土方几种算法

1、内蒙古师范大学地理科学学院GIS专业2009级毕业论文目录摘要 1关键词 1引言 11 土方量计算的基本方法11.1 网格法 11.2 断面法11.3 高程线法11.4 不规则三角网法21.5 ArcGIS空间叠加计算法22 土方计算方法和软件操作过程22.1 网格法22.1.1 网格法计算原理22.1.2 运用CASS7.0进行网格法土方量计算的过程.32.2 断面法42.2.1 断面法计算原理42.2.2 运用CASS7.0进行断面法土方计算的操作步骤 42.3 高程线法 102.3.1 高程线法计算原理 102.3.2 运用CASS7.0进行等高线法土方计算的操作步骤102.4 不规则三

2、角网法 122.4.1 不规则三角网法计算原理 122.4.2 运用CASS7.0进行不规则三角网法土方计算的操作过程122.5 ArcGIS空间叠加计算法162.5.1 ArcGIS空间叠加法的计算原理 162.5.2 ArcGIS软件计算土方的操作过程163 结果与对比分析204结语21致谢 22参考文献23附录2424土方计算方法对比分析Comparative Analysis of the Earthwork Calculation Method摘要：土方计算一直是土地整理规划设计的重要内容，其在城区建设，道路桥梁工程等土地建设中对开展规划设计，成本预算，资金分配等起到重要作用。本文是

3、以土方计算原理结合CASS软件和ArcGIS软件对几种土方计算方法所得结果进行对比，通过对不同土方计算方法的分析，研究其实用价值和适用范围，已达到更快捷更精确更方便的解决不同地形土方计算的问题。Abstract:The Earthwork Calculation,an important content of the land consolidation planning and design,plays a significant role in construction of urban construction, road and bridge engineering land to c

4、arry out planning and design, cost estimates, and the allocation of funds.This article is based on earthwork calculation principle, combined with CASS software and ArcGIS software compared the results of several earthwork calculation method,to solve the problem of different terrains earthwork calcul

5、ation faster and more accurate and more convenient through analysis of different earthwork calculation method and research the value and application range.关键词：不规则三角网，数字高程模型；叠加分析；土方量Keywords: Triangulated Irregular Network, Digital Elevation Model,Overlay Analysis,Earthwork Volume引言：如今经济发展快速，土地建设项目多如

6、牛毛，因此土方计算在对工程成本预算，辅助决策，最优方案选上，起到重大作用。特别是大型建设项目的场地平整，土方工程量可达数百立方米以上。本文对计算土方量的几种方法原理的讲述和利用CASS软件和ArcGIS软件计算土方量的具体步骤及实力计算从而得出，网格法，断面法，等高线法和不规则三角网法。的优缺点。1 土方计算的基本方法1.1 网格法 格网法常用于土石方估算，适于地形起伏较小，坡度变化平缓的场地，网格法就是将场地划分为若干个具有一定间距的正方形方格。在格网点测定点位高程,对每一格网面按四角高程的平均值计算土方挖填方宜分别冠以“ - ”“ + ”号以示区别,然后分别计算每一方格的挖填土方并汇总，最

7、后获得填挖方量。1.2 断面法 断面法适用于地形变化较大，场地狭窄的带状地区。沿场地ABCD中央设一轴线U，每隔一定距离设横断面 11,22等。间距越小 ，土石方的计算精度就越高。按等高线法确定场地的地面高程H，然后安设计坡度确定每一断面处的设计高程和实地高程之差绘制地形图。1.3 等高线法等高线法适用于地面起伏较大，坡度变换较多的场地，在地形图精确度较高时更为实用。其可计算任两条等高线之间的土方量,但一般情况下计算时等高线必须闭合,如等高线不闭合,可以先离散化等高线后再进行计算。由两条等高线所围面积可求,两条等高线之间的高差已知,可求出这两条等高线之间的土方量。1.4不规则三角网法( TIN

8、)数字地面模型(DTM)计算土方量是利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网,对计算区域按三棱柱法计算土方,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量。其实质就是在坐标数据的基础上建立不规则三角网( TIN)后，计算三角网中每个三棱柱的土方量，汇总再计算总土方量。1.5ArcGIS空间叠加计算法 ArcGIS将设计面和原地面生成TIN，转成可处理的栅格数据（DEM）利用空间叠加计算，及算出填挖方。2土方量计算方法和软件操作过程 2.1网格法2.1.1 网格法土方计算原理该方法是将场地分为若干个方格，用实测等方法获得每个方格角点的自然标高，再由给出的设计标高，根据两个标高的差值得出各个交的施工高度，

9、从而算出挖填方。习惯用“+”表示填方，”-”表示挖方。一般方法为：测出方格网点的标高，计算方格的平均标高H及面积S，平均标高的算法有多种如（1）算术平均法。将格网的四个角点高程相加求和再除以点数为平均标高。（2）加权平均法。将各格网的四个角点高程相加求和再除以点数得出平均标高，再将每个网格的平均标高相加求和再除以网格数就为该网格的加权平均标高。 H平均=式中：H平均为各方格网点的加权平均值；Hi为各方格网点的高程；Pi为各方格网点的权；n为方格网点的个数。（3）用所得的加权平均标高乘以网格的底面积得出土方量。V=H平均×SV为土方量。2.1.2 运用CASS7.0进行网格法土方量计算

10、的过程 （1） 用闭合线画出区域（2） 在cass7.0中打开工程应用选项中网格法计算土方（如图1所示）图1（设置平场标高）网格法计算土方，可以是平面，斜面还可以是三角网。（3） 单机确定，命令行会显示：总填方，总挖方等数据；并绘出所分析的方格网，填挖方界限及每个方格每行每列的填挖方数据。（如图2所示）图2（土方计算结果）2.2 断面法2.2.1断面法计算原理 在地图上或碎步测量的平面图上，根据土方计算的范围，以一定间距等分场地，将场地分为若干个相互平行的横切面，按照高程与地面线所组成的断面图，将取每一个断面划分成若干个三角形和梯形，计算每条断面线围成的面积以相邻两个断面的面积乘以等分的间距，

11、求出两个断面之间的体积，再将各个体积相加从而求出总体积。两个断面间体积公式为： V=½（A1+A2）LV为断面间体积，A1，A2为两个断面的面积，L为断面间的距离。2.2.2运用CASS7.0进行断面法土方计算的操作步骤.（1）生成里程文件1）在工程应用下选择生成里程文件再选择由纵断面线生成中的新建选项。（如图3所示） 图3（新建成里程文件）选择中桩点获取方式为等分，横断面间距为20米，横断面左右长度为20米，单击确定。（如图4所示） 图4（设置中桩点获取方式及宽度）设置场地的宽度，横断面的间距，单击确定完成新建。2）在工程应用下选择生成里程文件再选择由纵断面线生成中的生成选项。（如

12、图5所示） 图5（生成里程文件）设置好高程点数据文件名，选好文件生成路径及名称，单击确定。（如图6所示） 图6（里程文件生成设置）3）查看生成的里程文件。（如图7所示） 图7（查看里程文件）（2）生成断面 1）在工程应用中选择断面法土方计算中的任意断面。（如图8所示） 图8（选择任意断面计算土方）2）选择里程文件，设置中桩高程，单击确定。（如图9所示） 图9（设置设计参数）3）选择好绘制断面图的位置。（如图10所示 ）图10（设置纵断面图的位置）4）点击工程应用，选中其中的断面法土方计算中的图面土方计算（图11） 图11（准备计算图面上的土方）4）绘制出断面图（如图12所示） 图12（选择位置

13、绘制纵断面图）(1)根据断面图算土方，在工程应用下的断面土方计算中选择图面土方计算。1） 在工程应用下选择断面法土方计算中的土方量计算。（如图13所示） 图13 （3）选中断面并选择表格适当的位置单机，系统会出现土方量表格。（如图14所示） 图14（得出计算结果表格） 2.3等高线法2.3.1等高线法的计算原理利用绘制好等高线的地形图，计算等高线所围成的面积，再根据两条相邻的等高线的高差按以下公式计算土方量 V=½（S1+S2）h式中：S1，S2为相邻两等高线所围成的面积；h为两相邻等高线间的高差；V为两等高线之间土方量。2.3.2 运用CASS7.0进行等高线法土方计算的操作步骤（

14、1）在cass7.0中将文件生成三角网，在绘制等高线。再选取工程应用中的等高线法土方计算。（如图15所示） 图15（先绘制出等高线的图，然后准备计算土方）（2）选取闭合的等高线，按屏幕显示输入最高点高程<直接回车不考虑最高点>（3）确定后屏幕弹出土方量结果。（如图16所示）图16（得出土方量）（4）在图上空白区双击鼠标左键系统将绘制出计算成果表格（如图十五所示）图17（绘制出填挖方表格）从而可得出相邻两条等高线之间的土方量和计算公式等。2.4不规则三角网法2.4.1 不规则三角网法土方计算的原理 由DEM来计算土方是根据实地测定的地面点坐标（X,Y,Z）和设计高程生成三角网来计算计

15、算每个三棱锥的挖方量，最后累计得到指定范围内的填挖方量，并绘制出填挖方的界限。2.4.2 运用CASS7.0进行不规则三角网法土方计算的操作过程在cass7.0中用闭合线选中区域(1）选中工程应用/DTM法土方计算/根据坐标文件（如图18所示） 图18（根据图上高程坐标计算土方）(2）在屏幕弹出的对话框中设置平场标高。（如图19所示）图19区域面积：为复合线围成的多边形投影面积面积。平场标高：设计要求的目标高程。边界采样间距：可设定，也可默认为20米。边坡设置：可因实际场地条件设定。并输入坡度值。(3）设置好参数后确定，屏幕会显示填挖方的量；并且图上会绘制出三角网和填挖方的分界线。（如图20，

16、21所示 ）图20（得出土方量）图21（查看填挖方界限）(4）关闭对话框后软件会提示：请指定表格左下角位置：<直接回车不绘表格>用鼠标在选好的位置上单击，系统会弹出表格，有平常面积，最大高程值，最小高程值，平常标高，填挖方量及图形。（如图20所示） 图22（系统绘制出填挖方量表格）(5）系统自动生成的记事本文件。（如图23所示） 图23（填挖方量的详细文件）2.5 ArcGIS空间叠加计算法2.5.1 ArcGIS计算原理ArcGIS是将原地面和设计面叠加，根据两地面的高程差进行填挖方计算。从而得出填挖方量，并能够做到可视化。2.5.2ArcGIS软件计算土方的操作过程（1）在ar

17、cGIS10.0的arctoolbox打开3D analyst工具选中TIN管理中的创建TIN。将输入要素中添加原地面的线要素和点要素并将线要素的SF_type改为硬断线，给予输出名。（如图24所示） 图24（选中点图层和面图层）（2）单击确定系统会创建TIN并自动加载到页面上。用同种做法将设计面也转换为TIN（如图25所示） 图25（生成的TIN图像）（3）为了便于土方量的计算需要将TIN文件转换为栅格数据。在工具栏选中3Danaiyst工具中的转换工具，打开转换工具后，选择由Tin转出工具中的Tin转栅格工具，进行转换。（如图26所示）图26（DEM图像）（4）在工具栏中选择Spatial

18、 Analyst工具下的表面分析工具中的填挖方工具。进行两个栅格数据的叠加计算，从而算出土方量。（如图27，28所示） 图27(将设计面和原地面两个图层选中) 图28（生成的填挖方图像）（5）图上蓝色为填方部分，红色为挖方部分，灰色为不变部分。打开属性变可见填挖方的表格。（如图29所示） 图29（查看填挖方图像属性表）3 结果与对比分析3.1结果对比土方计算方法总挖方量总填方量网格法23550.32338.2断面法23791.92563.8高程线法185.7不规则三角网法24702.22768.4利用Arcgis的三角网法24613.62645.73.2结果分析(1)格网法操作简单，内容直观，

19、可增强测量计算的透明度，方格网法计算土方的误差主要来源于方格顶点高程的测量误差，场地面积的求积误差等，同时也跟方格网的边长有关，边长越短误差越小。同时也和地形的高差有关，高差越大误差越大。(2)断面法适用于狭长的场地进行平整测量，特别是线路的土方测量。该方法是采用相邻两断面的面积和两面的间距算土方量，所以间距越小误差越小。外业操作相对复杂,工作量大, 断面对地面描述不连续, 精度也难以保证。(3)等高线法从实地直接传入计算机，不经过人工参与，可减少出错率。精度高，计算快捷，适用于任何地形。适用于地形起伏较大，坡度较平均的场地，并且可以生成足够闭合的等高线，否则精度无法保障。(4)不规则三角网法

20、从实地直接以数据的形式传入计算机，不经过人工参与，可减少出错率。精度高，计算快捷，适用于任何地形。另外DEM能够计算设计面是水平面，倾斜面，不规则面等的土方量。(5)AcrGIS空间叠加法是利用设计面和原地面叠加进行计算，所以计算误差较小。图像可视化程度比较高 ，土方的填挖方量分界比较明显。但是，操作对计算机硬件要求比较高，而且社会接受能力还比较弱。4结语：在几种土方计算方法中每种算法都有适合的场地，但是随着科技的发展发展，计算方法技术的进步，以及软件的辅助，有些方法逐渐被淘汰，土方计算方法也逐渐被软件淡化。总体来说，越新的方法，越新的软件，计算精度就越高，方法越简便，就会越适应地形。致谢毕业论文就要写完了，要感谢我的指导老师李老师，在论文中，老师给我提出了很多宝贵意见，认真地指导我完成了整个论文内容，是我的毕业论文顺利完成。李老师治学严谨，平易近人，在论文的写作过程中也给了我很多