ArcGIS在土地整治項(xiàng)目土方量計(jì)算中的應(yīng)用

趙瑜

摘? 要：ArcGIS作為一個(gè)可伸縮的平臺(tái)，其能夠在桌面、服務(wù)器、野外及Web等方面為用戶提供GIS功能，同時(shí)其還能夠建設(shè)完整的GIS軟件集合，將其在土地整治土方量計(jì)算中進(jìn)行應(yīng)用，不僅操作簡(jiǎn)單，而且計(jì)算速度快和精度高，可以實(shí)現(xiàn)三維可視化，具有較好的實(shí)效性。該文分析了土方工程量計(jì)算的原理和方法，并進(jìn)一步對(duì)ArcGIS在土地整治項(xiàng)目土方量計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：ArcGIS;土地整治項(xiàng)目;土方量計(jì)算;

中圖分類號(hào)：P208? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

土地整治是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中節(jié)約用地的重要途徑，土地平整能夠有效提高土地資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)耕地總量的動(dòng)態(tài)平衡，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供土地供給，改善生態(tài)環(huán)境。在土地整治項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需要計(jì)算出準(zhǔn)確的土方量，通過(guò)計(jì)算土方量能夠?yàn)橥恋卣雾?xiàng)目的成本統(tǒng)計(jì)、規(guī)劃設(shè)計(jì)以及施工進(jìn)度提供可靠的依據(jù)。由于傳統(tǒng)土方量計(jì)算工作較為煩瑣，工作量較大，而且工作效率和計(jì)算精度不高。因此通過(guò)應(yīng)用GIS技術(shù)可以有效地解決這些問(wèn)題，全面提高土方量計(jì)算的效率和精準(zhǔn)度。

1 土方工程量計(jì)算原理與方法

1.1 土方量計(jì)算的原理

土方量計(jì)算以求取地表物質(zhì)體積差作為主要目標(biāo)，并具體表述原始地形和改造后地形。通過(guò)人為設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)原始地形進(jìn)行改造，因此改造后的地形具有較強(qiáng)的規(guī)則性，能夠更清楚和準(zhǔn)確地進(jìn)行表述。但在實(shí)際表述原始地形過(guò)程中，由于由無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)組成地表表面，而我們只能獲取其中離散的有限數(shù)據(jù)，對(duì)于原始地形的表述也只是模擬和近似。各種模擬和近似的方法都是以地表連續(xù)和漸變的假定作為基礎(chǔ)，在土方量計(jì)算中通過(guò)借鑒微積分的思維方法，將研究區(qū)域劃分為微小的單元，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)或是經(jīng)空間插值后數(shù)據(jù)對(duì)各微元的地形進(jìn)行表述，分別對(duì)各微元體積差進(jìn)行求取，并求和，得到總的土方量。在針對(duì)土方量的計(jì)算過(guò)程中，其只是借鑒微積分的思維方法，并沒(méi)有借用其運(yùn)算程序。

1.2 土方量計(jì)算的方法

在具體針對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，斷面法、方格網(wǎng)法、散點(diǎn)法和表格法是較為常用的計(jì)算方法。針對(duì)山地及高差較大的地形多采用斷面法，整個(gè)計(jì)算十分煩瑣，野外作業(yè)量較大。對(duì)于平整平坦的地區(qū)則適合采用方格法，這種方法模型相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但精度不高。針對(duì)地形起伏，在變化均勻及不太復(fù)雜的情況下宜采用散點(diǎn)法。利用表格法計(jì)算土方量時(shí)，由于測(cè)算范圍受地形限制較小，無(wú)論是平坦地區(qū)還是地形變化較大的地區(qū)都具有較好的適用性，但整個(gè)計(jì)算法較為煩瑣，效率不高。利用統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，其是利用樣本點(diǎn)插值生成擬合表面來(lái)對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算效率和計(jì)算精度都能夠保證處于較高的水平。

2 ArcGIS在土地整治項(xiàng)目土方量計(jì)算的步驟

2.1 前期準(zhǔn)備

在土方量計(jì)算工作開(kāi)展之前，需要提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。具體要收集項(xiàng)目區(qū)域范圍內(nèi)的測(cè)繪地形圖和規(guī)劃圖，并從測(cè)繪地形圖和規(guī)劃圖中進(jìn)行高程點(diǎn)數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)信息的提取。利用ArcGIS進(jìn)行土方量計(jì)算過(guò)程中，需要針對(duì)測(cè)繪地形圖和規(guī)劃圖中提取的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后要仔細(xì)檢查具體的數(shù)據(jù)，全面提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 建立原始DEM

原始DEM的建立離不開(kāi)等高線、高程點(diǎn)和遙感影像等幾個(gè)要素。在具體插值過(guò)程中一般會(huì)采用柵格插值中的克里金法進(jìn)行，輸出柵格單元的大小要合理設(shè)置，以此來(lái)完成具體的插值，裁剪時(shí)宜將項(xiàng)目區(qū)范圍界與柵格圖相疊加，以此來(lái)獲取到項(xiàng)目區(qū)原始DEM圖。

2.3 確定平整單元

在土地整治工作中，土地現(xiàn)狀的地形起伏與土石方量有直接關(guān)系，土地坡度越大，土石方量就越大，土地平整的難度也就越大。所以需要根據(jù)地形現(xiàn)狀確定平整單元，往往會(huì)將1塊田地劃分成幾個(gè)平整區(qū)，然后根據(jù)實(shí)際情況將其中的一個(gè)或者幾個(gè)格田作為1個(gè)平整單元。在確定平整單元的過(guò)程中，需要對(duì)現(xiàn)實(shí)圖中的道路、河流以及溝渠的分布進(jìn)行深入了解，然后結(jié)合規(guī)劃圖中新建的道路和溝渠情況進(jìn)行確定。為了確定規(guī)劃是否合理，通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)DEM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)中展現(xiàn)的坡度和坡向，將高差相近的區(qū)域劃分為一個(gè)平整單元，確保每個(gè)平整單元中高差的合理性，最后再使用圖形編輯工具將其生成田塊。

2.4 確定田塊設(shè)計(jì)高程

為了確保規(guī)劃后的田塊設(shè)計(jì)高程符合規(guī)劃的思路，需要對(duì)各個(gè)田塊的平場(chǎng)高程進(jìn)行核對(duì)及調(diào)整。在ArcGIS中針對(duì)規(guī)劃田塊和生成的原始DEM進(jìn)行加載的過(guò)程中，將各個(gè)田塊的平場(chǎng)高程以表格的形式統(tǒng)計(jì)出來(lái)，然后將這些統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)與規(guī)劃圖中的田塊進(jìn)行疊加處理，檢查每塊田塊的高差以及其他要素是否與規(guī)劃思路相吻合。如果與規(guī)劃圖之間的差距超出規(guī)定范圍，則需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。如果全部要素都與規(guī)劃圖相符，表格中統(tǒng)計(jì)的平場(chǎng)高程則可作為田塊的設(shè)計(jì)高程。

2.5 建立規(guī)劃DEM

在將統(tǒng)計(jì)表格連接回規(guī)劃田塊過(guò)程中，需要利用到連接與關(guān)聯(lián)功能，同時(shí)以規(guī)劃田塊中的設(shè)計(jì)高程作為規(guī)劃高程，并利用轉(zhuǎn)換工具中的轉(zhuǎn)為柵格功能生成規(guī)劃DEM。具體要根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)為梯田或是平原地區(qū)來(lái)合理選擇適宜大小的柵格，并利用范圍界裁剪，從而得到規(guī)劃DEM。

2.6 基于ArcGIS的土方計(jì)算

在計(jì)算田塊土方量時(shí)，需要依托于DEM，并運(yùn)用柵格相減的計(jì)算方法，以積分求取其體積作為計(jì)算原理，利用ArcGIS中相關(guān)的柵格相減功能，以原始柵格高程與規(guī)劃柵格高程的差作為積分高度。運(yùn)用分析工具中的領(lǐng)域分析來(lái)創(chuàng)建泰森多邊形，以項(xiàng)目范圍界完成具體的裁剪操作，并以此來(lái)形成若干個(gè)微元，具體則需要以生成的單元網(wǎng)格面積來(lái)確定為積分單元。通過(guò)對(duì)生成的積分高度和積分單元進(jìn)行空間連接，并在設(shè)計(jì)田塊上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，采用屬表的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。利用電子表格獲取填挖深度，在乘以與其對(duì)應(yīng)的柵格面積，就得到挖填土方的體積。對(duì)于每個(gè)田塊具體的量值，可以將設(shè)計(jì)田塊的編號(hào)作為統(tǒng)計(jì)單元，填方的土方量以負(fù)值表示，挖方的土方量以正值表示。

3 結(jié)語(yǔ)

在土地平整工程實(shí)施過(guò)程中，土方量計(jì)算作為工程中較為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，其直接關(guān)系到項(xiàng)目投資，因此需要保證土地整治項(xiàng)目中土方量計(jì)算的快速性和準(zhǔn)確性。近年來(lái)由于研究力度不斷加大，土方量計(jì)算方法較多，而且計(jì)算效率和計(jì)算精度有了一定程度的提升。但相較于傳統(tǒng)土方量計(jì)算方法，利用ArcGIS進(jìn)行土方量計(jì)算具有明顯的優(yōu)勢(shì)。利用ArcGIS進(jìn)行土方量計(jì)算過(guò)程中，能夠?qū)⒌匦涡畔⒏鎸?shí)的反映出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)可視化，有效的保證了土方量計(jì)算的快捷性和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高土地整治項(xiàng)目的信息化和自動(dòng)化水平。而且在實(shí)際利用ArcGIS進(jìn)行土地整治項(xiàng)目土方量計(jì)算過(guò)程中，還需要重視計(jì)算精度和規(guī)劃方案的優(yōu)化，以此來(lái)獲取更為詳細(xì)和可靠的數(shù)據(jù)資料和圖件，實(shí)現(xiàn)土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)土地資源的高效利用。

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