探討大型土石方測(cè)量方法

【摘要】隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的良好發(fā)展，應(yīng)用到大型土石方測(cè)量的技術(shù)也越來越多，這推動(dòng)了我國(guó)大型土石方的測(cè)量和計(jì)算工作的不斷進(jìn)步，人們也越來越來重視測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此，如何提高測(cè)量速度，減少測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，全面的實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動(dòng)化也一直是從業(yè)人員不斷追求的目標(biāo)。本文主要闡述了目前我國(guó)對(duì)于大型土石方的幾種測(cè)量方法。

【關(guān)鍵詞】大型土石方；DEM法；方格網(wǎng)法；斷面算法

首先，大型土石方的測(cè)量方法在我國(guó)無非就是方格網(wǎng)法、2DEM法、斷面算法、等高線法等，精準(zhǔn)度都不是非常準(zhǔn)確，所以我們要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與需求，確定使用什么測(cè)量方法。每種測(cè)量方法都有其獨(dú)特的地方，都是取其容易計(jì)算的體積進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)數(shù)學(xué)公式統(tǒng)計(jì)體積的總和即可。

1、大型工程土石方量計(jì)算的幾種方法

大型土石方測(cè)量的主要內(nèi)容是計(jì)算同一地塊開挖（或填充）前后的填方量（或挖方量），實(shí)際都是計(jì)算其體積數(shù)值。所以無論是采取那種計(jì)算方法進(jìn)行體積計(jì)算，都必須具備已知的兩個(gè)基本數(shù)據(jù)的掌握：第一，開挖（或填充）前地表的起伏數(shù)據(jù)。第二，開挖（或填充）后地面的起伏狀況或地表的設(shè)計(jì)標(biāo)高數(shù)據(jù)。這是為了下面將針對(duì)工程上土石方量測(cè)量計(jì)算中的數(shù)據(jù)依據(jù)，無論是采用取等高線法、斷面法、方格網(wǎng)法以及基于數(shù)字高程模型（DEM）等計(jì)算發(fā)方法進(jìn)行分析。

2、方格網(wǎng)法計(jì)算原理。

將要進(jìn)行計(jì)算的地域，劃分為邊長(zhǎng)10―40m之間數(shù)值的正方形方格網(wǎng)，通常計(jì)算都以20m為最佳。再將場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高分別標(biāo)注在方格角上，場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高的差值即為各角點(diǎn)的施工高度（挖或填），習(xí)慣以“+”號(hào)表示填方，“-”表示挖方。將施工高度標(biāo)注于角點(diǎn)上，然后分別計(jì)算每一方格地填挖土方量，并算出場(chǎng)地邊坡的土方量。將挖方區(qū)（或填方區(qū)）所有方格計(jì)算的土方量和邊坡土方量匯總，即得場(chǎng)地挖方量和填方量的總土方量。

方格網(wǎng)法在計(jì)算中利用現(xiàn)有的數(shù)字地形圖將場(chǎng)地劃分為若干網(wǎng)格，根據(jù)實(shí)際測(cè)量求出零線位置，然后計(jì)算工程量。

基本計(jì)算公式為V=Ah均=AΣph/Σp，式中A代表場(chǎng)平總面積，公式進(jìn)行微分得到ΔV=h均ΔA+AΣph/Σp，從簡(jiǎn)化問題角度出發(fā)，建設(shè)方格網(wǎng)劃分均為正方形，A=L2，在方格網(wǎng)中不存在拐點(diǎn)的情況下，L=√N(yùn)S，土方時(shí)計(jì)算相對(duì)中誤差mv2/V2=（2/√A）2ml2+ma2ΣP2/h均2（ΣP）2，式中ml代表邊長(zhǎng)測(cè)量中誤差，mh代表施工高度誤差，mo代表等高線高程中誤差。

由于人眼存在的誤差，圖上直線長(zhǎng)量測(cè)中誤差一般在±0.1mm，在比例尺為1：500情況下，ml=0.10m，在比例尺為1：2000時(shí)，ml=±0.20m，hi=H地-H設(shè)，H地=-Hed2/dh0，mh2=m02+（d2+d12）h02md2/d4。

由于方網(wǎng)格法在計(jì)算中假設(shè)兩點(diǎn)的坡度均勻，但是實(shí)際情況并非如此，因此該方法適合使用在地形起伏小的區(qū)域，地形圖比例尺越大，精度越高。

3、斷面法計(jì)算方法分析

斷面法在計(jì)算中，沿著垂直方向每隔一段距離測(cè)量一個(gè)斷面，斷面間的土石方量等于截面積乘以間距的值，假設(shè)第i各斷面間距為L(zhǎng)i，則土石方量V=Σ（Ai-1+Ai）Li/2。從該方法的計(jì)算中可以看到，在地形起伏不大的情況下，或者是挖掘深度不大，采用斷面法計(jì)算非常方便。斷面法的計(jì)算結(jié)果精度與L的選取相關(guān)，L越小，計(jì)算量越大，精度越高。在實(shí)際的應(yīng)用中，斷面法存在很大的工作量，計(jì)算速度很慢，若是土石方量計(jì)算范圍比較法，對(duì)精度要求比較高，這種方法顯然不太合適。另外場(chǎng)地在測(cè)量中若是存在高低差，還需要通過計(jì)算平均值減小誤差，工作量大，在精度要求不高，場(chǎng)地范圍小的情況下可以考慮采用斷面法計(jì)算土石方量。

4、DEM法

DEM的實(shí)際精度主要由原始數(shù)據(jù)的采集誤差和高程內(nèi)插誤差兩方面決定。數(shù)據(jù)采集誤差來自原始資料的誤差、采點(diǎn)設(shè)備誤差、人為誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差。這種誤差可以采取一些措施盡量減小它，使之達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)。這些措施有：用仿射變換消除圖紙變形引起的誤差；采用高精度的數(shù)字化儀、掃描儀；將數(shù)字地圖回放成紙張地圖與出版地圖進(jìn)行比較等。高程內(nèi)插的誤差一方面和選用的數(shù)學(xué)方法有關(guān)，另一方面和采點(diǎn)的方式有關(guān)。這是一種性質(zhì)不同的處理，因?yàn)樘崛〉男畔⒃诤艽蟪潭壬鲜懿蓸訁^(qū)間和所用插值方法的影響。

數(shù)字高程模型（DEM）精度對(duì)土石方計(jì)算具有重大意義。基于DEM的土石方計(jì)算法克服了前面三種方法作業(yè)人員計(jì)算量大，工作繁重，計(jì)算精度不高，容易出錯(cuò)等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了土石方量計(jì)算的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化。目前市面上流行的GIS主流軟件都可以生產(chǎn)不同地形類型的DEM產(chǎn)品，且精度都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度要求，但不同的軟件對(duì)不同的地形類型在精度上存在一定的差異。所以在計(jì)算土石方量時(shí)，必須根據(jù)具體要求，選擇合適的DEM產(chǎn)品。

5、等高線法

這種方法比較考驗(yàn)工作人員的基本功，根據(jù)圖上封閉的等高線計(jì)算需要開挖的土石方量。第一步，利用封閉的等高線將整個(gè)地區(qū)分為若干個(gè)墩臺(tái)型的立體圖形。第二步，計(jì)算每個(gè)墩臺(tái)的上底和下底面積（即相鄰的兩條等高線各自圍成的封閉圖形的面積），再結(jié)合兩條等高線之間的高程差計(jì)算出該墩臺(tái)型立體圖形的體積。第三步，將各個(gè)墩臺(tái)型立體圖形的體積疊加求和便可得到需要開挖的總土石方量。該方法比較古老，不需要太多的現(xiàn)代化電腦設(shè)備，所以適應(yīng)性比較強(qiáng)，基本不受經(jīng)濟(jì)條件的制約，但是由于是人手工操作，必定會(huì)造成準(zhǔn)確度相對(duì)較低，適當(dāng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)計(jì)算便可減少精確度誤差，提高此方法的適應(yīng)性。

總結(jié)

上述的幾種大型土石方測(cè)量方法能很好的適應(yīng)各種地質(zhì)條件。如果精度要求不是很高，針對(duì)挖深較大的狹長(zhǎng)地區(qū)可以采用網(wǎng)格法和斷面法。地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)域邊界不規(guī)整，且要求的準(zhǔn)確度高的則需采用DTM三角網(wǎng)法，此種方法的計(jì)算量極其龐大，最大的問題是它的計(jì)算過程沒有辦法進(jìn)行核對(duì)。所以要根據(jù)不同的條件選擇不同的方法進(jìn)行計(jì)算。只有應(yīng)用合適的石方工程量的計(jì)算方法，才能使得到的數(shù)據(jù)更加精確。

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