有關土方測量計算方法的簡述

文/周祥旭 遼寧城市建設職業技術學院 遼寧沈陽 110122

有關土方測量計算方法的簡述

文/周祥旭 遼寧城市建設職業技術學院 遼寧沈陽 110122

不同礦山土方量的計算方法，具有不同的地形要求和計算特點。因此，在進行礦山土方量的計算之前，首先要明確礦山所處地形的特點，根據具體地形特點，靈活選擇相應的土方量計算方法。除此之外，還要考慮到不同礦山對土方量計算的精確度要求。只有綜合考慮以上問題，做到統籌兼顧，才能更好地完成礦山土方量的測量計算工作。

土方測量；計算方法；結果

一、土方內業計算方法

方格網法是根據測區場地的情況將測區劃分為若干方格形成的方格網，每個方格的邊長一般為 10 m ～50 m，然后再用儀器測量出每個方格角點的高程，根據預先設計的標準高程可以計算出施工填挖的平衡位置，然后再分別計算每一個方格的填挖土方量，所有方格的填挖量之和即為整個測區的土方填挖量。該測量方法適合于地勢比較平坦的地區，方格網越密集其土方測量越精確，對于地勢起伏較大的地區，使用該計算方法精度較低。斷面法是將測區按照一定的距離劃分為若干相互平行的橫斷面，然后將它與土方設計高程組成斷面圖，計算每個斷面線所圍成的面積，然后將相鄰兩個斷面面積的平均值乘以它們的間距，得出相鄰兩個斷面的體積，將各相鄰斷面的體積累加起來即為土方的填挖量。當相鄰斷面間的地勢起伏較大時，斷面法計算土方量的難度很大且計算精度難以估計。該方法適用于場地比較狹長平坦的地區。

DTM 即為數字地面模型，是根據所測得地面點的三維坐標來生成由若干個不規則三角形所組成的三角網， 然后計算每個三角形與設計高程所組成的三棱柱的體積，最后把每個三棱柱的體積累加即為所求的土方填挖量。DTM 法是目前土方量計算最常用的方法，其精度與所測得地面點的密度有關，當地面點的密度越高時，其測量精度就越高，能較好的反映測區的地形地貌特征。以上的土方計算方法均是使用常規的測量儀器時所使用的方法，它們都有一個共同特點，那就是使用常規的測量儀器進行土方測量時所測量的點都有一定的間距， 其距離從幾米到幾十米不等，而以上的幾種土方的計算方法都是先根據已有的點的坐標來計算出未測的點的坐標，這一步相當于是給點“加密”，當已測點的間距越大，它們之間所需加密的點就越多，因而加密的點的精度就會相應的越低，所以要想提高土方測量的精度，就需要縮短所測點的間距。當使用全站儀，GPS等儀器進行土方測量時，要想縮短所測點的間距就會大大提高外業工作的強度，而間距縮短到一定程度時也很難再縮短了。而使用三維激光掃描儀進行土方測量時測量的點的間距可達毫米級，其測量出點的密度比常規儀器測出點的密度大得多，因而其所需加密的點更少，當不考慮儀器精度等因素影響時其土方測量的精度高于常規儀器測量的精度。

二、實例分析

工程上常用的土方測量方法有水準儀測量法、全站儀測量法和 GPS 測量法。使用水準儀測量時得事先在測區布設方格網，然后用水準儀測量出方格網每個角點的高程，該方法適用性單一，一旦測區不適合布設方格網時，該方法就不太適用了，該方法的測量精度受方格網的密度的影響，方格網越密，測量的精度就越高，相比較后兩種土方測量而言，其測量精度低，測量費時費力。全站儀測量法具有操作簡單，儀器要求低等優點，適合測量面積較小和通視良好的測區，但一旦測區面積大和測區通視不好時，使用該方法測量時工作非常繁瑣， 且工作效率低下。

1、土方量的計算

由于現在市面上還沒有專門針對點云數據計算土方量的軟件，故要想計算點云數據的土方量就只能找其他軟件來進行代替，本次為了計算土方量，采用geomagic studio來進行計算，具體步驟是以高程 1．467 m 來建立一個基準平面，平面上的土方量即為挖方量，平面下的土方量即為填方量。

2、計算結果的分析

為了驗證三維掃描儀測量土方的效果，在三維掃描儀測量之后再使用GPS的方法對土坡又進行了一次土方測量，測量完之后，在對數據進行土方量計算之前還得將GPS測得數據進行坐標轉換，即根據靶球在兩種坐標系下的坐標，將GPS所測得數據的坐標轉換到掃描儀的坐標系統當中，轉換完之后將數據導入到CASS 軟件中，然后建立三角網(如圖 3 所示)， 再在CASS 軟件中按照以 1．467 m為基準面計算土方量。兩種方法測量的結果如下表所示。

從上表可以看出兩種方法在作業人數和作業時間上存在著很大的差異，三維掃描的方法更節省人員和時間，而兩種方法計算的土方量也存在著差異，具體為挖方量的偏差為8．96%， 填方量的偏差為8．77%，兩種偏差值相近，說明兩次測量的效果理想，兩種偏差值符合一般土方工程10%誤差以下的規范要求。GPS測量了84個點，而三維掃描儀測量2 521 014個點，測量的點數存在著巨大的差異，這就導致了最后形成的地面模型存在著差異。由于GPS測量的點少，其形成的DTM并不能真實的代表實地的地面模型，有些凸起和凹陷的地面可能沒有完整地測出來;而三維掃描儀測量的點間距可達毫米級， 其最后形成的地面模型能比較完整地反映真實的地面的起伏形態，所以使用三維掃描儀來進行土方測量是一種可行的方法。

結束語

本文簡單的介紹了土方內業計算的一些方法，并嘗試采用三維掃描儀進行土方測量和使用geomagic studio 計算土方量，并取得了不錯的結果，這可以為以后相應的工程提供參考。雖然三維掃描的方法測量土方具有精度高，速度快，外業勞動強度小等優點，但是由于現在市面上三維掃描儀基本都是外國產的，國產的三維儀較少，導致三維掃描儀的價格十分昂貴，使之在一般土方工程當中應用較少。

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