探討大型土石方測量方法

【摘要】隨著我國社會經濟建設的良好發展，應用到大型土石方測量的技術也越來越多，這推動了我國大型土石方的測量和計算工作的不斷進步，人們也越來越來重視測量的準確度。因此，如何提高測量速度，減少測量人員的勞動強度，全面的實現數字自動化也一直是從業人員不斷追求的目標。本文主要闡述了目前我國對于大型土石方的幾種測量方法。

【關鍵詞】大型土石方；DEM法；方格網法；斷面算法

首先，大型土石方的測量方法在我國無非就是方格網法、2DEM法、斷面算法、等高線法等，精準度都不是非常準確，所以我們要根據現場實際情況與需求，確定使用什么測量方法。每種測量方法都有其獨特的地方，都是取其容易計算的體積進行計算，最后根據數學公式統計體積的總和即可。

1、大型工程土石方量計算的幾種方法

大型土石方測量的主要內容是計算同一地塊開挖（或填充）前后的填方量（或挖方量），實際都是計算其體積數值。所以無論是采取那種計算方法進行體積計算，都必須具備已知的兩個基本數據的掌握：第一，開挖（或填充）前地表的起伏數據。第二，開挖（或填充）后地面的起伏狀況或地表的設計標高數據。這是為了下面將針對工程上土石方量測量計算中的數據依據，無論是采用取等高線法、斷面法、方格網法以及基于數字高程模型（DEM）等計算發方法進行分析。

2、方格網法計算原理。

將要進行計算的地域，劃分為邊長10―40m之間數值的正方形方格網，通常計算都以20m為最佳。再將場地的設計標高與自然地面標高分別標注在方格角上，場地設計標高與自然地面標高的差值即為各角點的施工高度（挖或填），習慣以“+”號表示填方，“-”表示挖方。將施工高度標注于角點上，然后分別計算每一方格地填挖土方量，并算出場地邊坡的土方量。將挖方區（或填方區）所有方格計算的土方量和邊坡土方量匯總，即得場地挖方量和填方量的總土方量。

方格網法在計算中利用現有的數字地形圖將場地劃分為若干網格，根據實際測量求出零線位置，然后計算工程量。

基本計算公式為V=Ah均=AΣph/Σp，式中A代表場平總面積，公式進行微分得到ΔV=h均ΔA+AΣph/Σp，從簡化問題角度出發，建設方格網劃分均為正方形，A=L2，在方格網中不存在拐點的情況下，L=√NS，土方時計算相對中誤差mv2/V2=（2/√A）2ml2+ma2ΣP2/h均2（ΣP）2，式中ml代表邊長測量中誤差，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，圖上直線長量測中誤差一般在±0.1mm，在比例尺為1：500情況下，ml=0.10m，在比例尺為1：2000時，ml=±0.20m，hi=H地-H設，H地=-Hed2/dh0，mh2=m02+（d2+d12）h02md2/d4。

由于方網格法在計算中假設兩點的坡度均勻，但是實際情況并非如此，因此該方法適合使用在地形起伏小的區域，地形圖比例尺越大，精度越高。

3、斷面法計算方法分析

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

4、DEM法

DEM的實際精度主要由原始數據的采集誤差和高程內插誤差兩方面決定。數據采集誤差來自原始資料的誤差、采點設備誤差、人為誤差、坐標轉換誤差。這種誤差可以采取一些措施盡量減小它，使之達到誤差允許的范圍內。這些措施有：用仿射變換消除圖紙變形引起的誤差；采用高精度的數字化儀、掃描儀；將數字地圖回放成紙張地圖與出版地圖進行比較等。高程內插的誤差一方面和選用的數學方法有關，另一方面和采點的方式有關。這是一種性質不同的處理，因為提取的信息在很大程度上受采樣區間和所用插值方法的影響。

數字高程模型（DEM）精度對土石方計算具有重大意義。基于DEM的土石方計算法克服了前面三種方法作業人員計算量大，工作繁重，計算精度不高，容易出錯等缺點，實現了土石方量計算的計算機自動化。目前市面上流行的GIS主流軟件都可以生產不同地形類型的DEM產品，且精度都符合國家標準規定的精度要求，但不同的軟件對不同的地形類型在精度上存在一定的差異。所以在計算土石方量時，必須根據具體要求，選擇合適的DEM產品。

5、等高線法

這種方法比較考驗工作人員的基本功，根據圖上封閉的等高線計算需要開挖的土石方量。第一步，利用封閉的等高線將整個地區分為若干個墩臺型的立體圖形。第二步，計算每個墩臺的上底和下底面積（即相鄰的兩條等高線各自圍成的封閉圖形的面積），再結合兩條等高線之間的高程差計算出該墩臺型立體圖形的體積。第三步，將各個墩臺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，不需要太多的現代化電腦設備，所以適應性比較強，基本不受經濟條件的制約，但是由于是人手工操作，必定會造成準確度相對較低，適當運用計算機計算便可減少精確度誤差，提高此方法的適應性。

總結

上述的幾種大型土石方測量方法能很好的適應各種地質條件。如果精度要求不是很高，針對挖深較大的狹長地區可以采用網格法和斷面法。地質條件復雜，區域邊界不規整，且要求的準確度高的則需采用DTM三角網法，此種方法的計算量極其龐大，最大的問題是它的計算過程沒有辦法進行核對。所以要根據不同的條件選擇不同的方法進行計算。只有應用合適的石方工程量的計算方法，才能使得到的數據更加精確。

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