CASS地形地藉成图软件在工程中的应用.doc

CASS地形地藉成图软件在工程中的应用【内容提要：】笔者有幸在水电施工项目学习到CASS地形地籍成图软件,本文简要介绍CASS成图软件的基本功能，重点以实例介绍在工程中的广泛应用，分析利用CASS成图软件进行土方计算相对常规测量计算方法的主要特点及优点，CASS成图软件值得在铁路、公路项目施工中推广应用。【关 键 词：】地形地籍 成图软件 地理信息系统 数字地面模型 地形图 方格网1. 几个概念1.1 CASS地形地籍成图软件 CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的GIS（地理信息系统）前端数据处理系统。广泛应用于地形成图、地藉成图、工程测量应用、空间数据建库等领域，全面面向GIS，彻底打通数字化成图系统与GIS接口，使用骨架线实时编辑、简码用户化、GIS无缝接口等先进技术。1.2地理信息系统（GIS） GIS主要由四个部分构成：1.2.1 计算机硬件系统1.2.2 计算机软件系统1.2.3 地理数据（或空间数据）1.2.4 系统管理操作人员。核心部分是计算机系统（软件和硬件）空间数据反映GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。1.3 数字地面模型（DTM） DTM（数字地面模型）是按一定结构组织在一起的数据组，它代表着地形特征的空间分布 。2. CASS地形地籍成图软件主要功能简介近年来科技发展日新月异，计算机辅助设计（CAD）与地理信息系统（GIS）技术取得了长足的发展。同时，社会对空间信息的采集、动态更新的速度要求越来越快，特别是对城市建设所需的大比例尺空间数据方便获取方面的要求越来越高，GIS数据的建设成为“数字城市”发展的短板。与空间信息获取密切相关的测绘行业在近十年来也发生了巨大而深刻的变化，基于GIS对数据新要求，测绘成图软件也正由单纯的“电子地图”功能转向全面的GIS数据处理，从数据采集、数据质量控制到数据无缝进入GIS系统，GIS前端处理软件扮演越来越重要的角色。CASS7.0版本运行平台基于AUTOCAD 2006平台同时支持AUTOCAD 2002/2003/2004/2005平台，基本绘图功能不变，并积极响应“金土工程”的要求，针对土地详查、土地勘测定界的需要开发了很多专业实用的工具，特别是为适应当前GIS系统对基础空间数据的需要，在空间数据建库的前端数据的质量检查和转换上提供更灵活更自动化的功能。地形制图地形图是按一定比例尺表示地貌、地物平面位置和高程的一种正射投影图。地貌一般用等高线表示，能反映地面的实际高度、起伏状态，具有一定的立体感，能满足图上分析研究地形的需要。 地物用规定的地物符号表示 。所以一幅完整的地形图应该包括等高线和地物符号。2.1.1地形制图主要内容数字化测图的准备工作：测区控制、碎部测量、测区分幅、人员安排；绘制平面图；绘制等高线（绘制地形图）；图形编辑：常用编辑、图形分幅、图幅整饰。2.1.2 地形制图的基本绘制流程数据输出建立DTM绘制等高线绘制地物符号数据输入（全站仪、测土精灵、原始数据） 选择定点方式 点号、坐标 修剪、注记等高线地籍制图地籍调查测量是获取和表述宗地的权属、位置、形状、数量、用途等基本情况，提供满足土地登记需要的基础资料的一系列工作总称。工作内容包括地籍调查、地籍测量。其目的是为规范地籍调查测量，建立健全地籍管理制 度，维护土地的社会主义公有制，保护土地所有者和使用者的合法权益，加强土地管理。土地利用土地详查 土地详查主要用于城镇土地利用情况的统计工作。根据行政区界线、权属界线、权属区内的图斑界线类型来统计一定行政区或权属区内土地的分类和利用情况。 土地详查主要功能：绘制行政区界，绘制地类，地类要素属性和拓扑操作，统计面积。土地勘测定界土地勘测定界是根据土地征用、划拨、出让、农用地转用、土地利用规划及土地开发、整理、复垦等工作的需要，实地界定土地使用范围、测定界址位置、调绘土地利用现状、计算用地面积，为国土资源行政主管部门用地审批和地籍管理提供科学、准确的基础资料而进行的技术服务性工作。工程应用CASS地形地藉成图软件在工程中主要应用于以下几个方面：基本几何要素查询，土方计算，公路设计，面积应用，图数转换。本篇根据近年来在施工中的应用实践主要介绍基本几何要素查询与土方计算。基本几何要素查询 基本几何要素查询主要包括：查询指定点坐标，查询两点距离及方位，查询线长，查询实体面积，计算表面积。前四项与AUTOCAD2006应用软件中的使用方法相同，对于不规则地貌，其表面积很难通过常规的方法来计算，而CASS系统通过DTM建模，在三维空间内将高程点连接为带坡度的三角形，再通过每个三角形面积累加得到整个范围内不规则地貌的总面积。土方计算DTM法土方计算由DTM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。DTM法土方计算共有三种方法，一种是由坐标数据文件计算，一种是依照图上高程点进行计算，第三种是依照图上的三角网进行计算。前两种算法包含重新建立三角网的过程，第三种方法直接采用图上已有的三角形，不再重建三角网。断面法土方量计算用断面法进行土方量计算包括：道路断面法土方计算，场地断面土方计算，任意断面土方计算，两断面线间土方计算四种类型。计算流程如下：生成里程文件选择土方计算类型生成里程文件给定计算参数计算工程量方格网法土方计算由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。系统首先将方格的四个角上的高程相加（如果角上没有高程点，通过周围高程点内插得出其高程），取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方量。方格网法简便直观，易于操作，因此这一方法在实际工作中应用非常广泛。用方格网法算土方量，设计面可以是平面，也可以是斜面。区域土方量平衡土方平衡的功能常在场地平整时使用。当一个场地的土方平衡时，挖掉的土石方刚好等于填方量。以填挖方边界线为界，从较高处挖得的土石方直接填到区域内较低的地方，就可完成场地平整。这样可以大幅度减少运输费用。3. 工程应用实例贵州乌江清水河格里桥水电站项目格里桥水电站项目坝高120m，坝肩采用分台阶梯段开挖，台阶高度12m，采用喷锚支护确保边坡初期安全稳定。如何安全准确的测量计算出坝肩开挖石方工程量及边坡喷锚支护工程量，是我们工程技术人员面临的一道难关。采用常规测量绘制原始地面线与开挖后坡面线，无法在保证测量人员人身安全的前提下完成测量任务。特征点测量数据的测量采集是工程量计算准确的关键，项目部选用CASS地形地籍成图软件，利用全站仪免棱镜测距技术，详细测量记录坝肩开挖区内所有特征点三维坐标数据，绘制出原始地貌地形图与开挖后地形图，在同一里程剖断面，通过标高特征点将两期断面叠加，利用断面法计算坝肩石方开挖工程量。理论上只要实测特征点样本数据足够多，CASS成图软件所绘制的地形图就越能真实的反映实际地形地貌，断面间距越小，所计算出的坝肩石方开挖工程量就越接近实际。根据测量数据利用DTM建模，在三维空间内将样本点连成带斜坡的三角形，边坡测区内所有三角形面积之和即为喷锚支护总面积，利用喷锚支护面积计算相应的喷锚支护工程量就非常方便。 图1 利用三角网计算边坡喷锚面积示意图贵州乌江沙陀水电站项目贵州乌江沙陀水电站库区移民安置场地平整项目设计图即采用方格网法进行区域土方平衡设计。开工前场地平整土石方工程量复核及竣工后收方测量均利用CASS成图软件采用方格网法进行土石方计算。根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土石方量，并绘出填挖方分界线。锡乌铁路土建四标项目锡乌铁路土建四标芒罕图隧道全长5400m，起讫里程DK464+180DK469+580,设计采用进口、出口、1号斜井三个工区，1号斜井与主洞交汇里程DK466+000主要向出口方向施工，整条隧道由三个掌子面施工。由于出口开挖揭露围岩地质条件差，地下水水位线较高，施工进展缓慢，为实现总工期目标，项目部邀请多位专家多次现场勘查决定增设2号斜井，根据进度计划安排与设计纵断面图初步选定与主洞交汇里程后，需选定2号斜井与主线方向夹角、洞口位置及纵坡。根据现场实测地面特征点坐标（X、Y、Z），利用CASS成图软件建立DTM模型，由DTM生成三角网，再由三角网生成等高线，绘制出地形图，在实测地形图中选定2号斜井方向、纵坡及洞口位置。见图2芒罕图隧道新增2号斜井设计平面图。4. 结论及建议4.1 在铁路、高速公路土石方工程施工中，常规做法是依据设计图中的断面在现场实测原地面线，通过与设计原地面线的比照计算复核土石方工程量，这样就无法摆脱设计对土石方工程量计算误差的控制与限定，而采用CASS地形地籍成图软件利用实测地面点坐标建立DTM,由DTM生成三角网绘制出实测地貌地形图，在地形图中可以沿设计中心线在任意位置剖断面，详细计算测区内土石方工程量，如此对设计工程量的复核是全方位并且真实的。 图2 芒罕图隧道新增2号斜井设计平面图尤其在由于地质原因造成超挖严重形成倒悬时也可以较准确的计算出实际完成工程数量。4.2 CASS地形地籍成图软件方格网法在铁路、高速公路土石方工程施工中土石方调配方面有更好的应用，既方便快捷又准确，其经济效益是明显又难以估量的。4.3 常规实测断面测量外业工作非常繁重，而内业数据处理相对较简单，只需根据实测数据利用AUTOCAD软件绘制对应里程位置的断面图即可。CASS地形地籍成图软件外业相对简单，可以利用全站仪或测图精灵实地测出地面点坐标，内业处理比较繁琐，需要利用坐标数据建立DTM模型，由DTM模