利用全站仪进行土方测量及内业计算的实施 论文 定稿

1、利用全站仪进行土方测量及内业计算的实施 论文 定稿 2021届本科毕业论文(设计) 利用全站仪进行土方测量及内业计算的实施 姓 名: 系 别: 环境与规划系 专 业:测绘工程 学 号: 指导教师: 2021年4月27日目录摘 要Abstract引言11 全站仪概述11.1 全站仪的简介11.2 全站仪的根本原理与功能21.3 全站仪在土方工程中的作用22 土方测量的外业实施22.1 土方的含义以及在工程中的作用22.2 土方控制测量3 2.2.1 土方测量控制网的布设3 2.2.2 全站仪的外业观测32.3 内业数据处理与检核43 应用CASS7.0软件计算土方的方法43.1 简述CASS7.

2、0计算土方的方法4 3.1.1 DTM法4 3.1.2 方格网法53.2 土方计算方法的比拟与分析64 土方测量的应用74.1 平整土地实例75 结语10参考文献11致 谢12应用全站仪配合南方软件计算土石方量的探讨摘 要 土方工程在各类土木工程建设中意义很大,对工程的工程造价都有很重要的影响。所以提高土方测量的精度方法便成为了工程建设中的一个重点,而测量技术是土方施工过程中常用的一项技术,利用全站仪进行土方测量与传统土方测量相比可以缩短作业时间,减轻劳动强度,提高成果精度。应用平差软件及南方CASS7.0成图软件,大大降低了土方计算的复杂度、难度,提高了工作的效率,使工作流程更为简单,易操作

3、。利用全站仪和南方成图软件来计算土方的方法,越来越受到土方工程人士的欢送,本文主要介绍了一下这种方法的工作流程,解决一些相关问题,同时给出一些有益的结论。 关键词:全站仪;CASS7.0;土方;控制测量Total Station for the use of earth measurement and calculation within the industry, the implementation ofAbstract Earthwork construction of various types of civil engineering significant, the project

4、's construction costs are very significant. Therefore, the accuracy of measuring method of earth in building projects has become a major focus, while the earthwork measurement technology is a technology commonly used in the process of the use of total station measurements for earthwork, compared

5、 with the traditional Turkish measurement can be shortened operation time, reducing labor strength, improve the accuracy of the results.Application of Adjustment of software and the South Cass7.0 mapping software, and greatly reduce the earthwork calculation complexity, difficulty and improve the ef

6、ficiency of work, so that the workflow is more simple and easy to operate. The use of Total Station and the South into the mapping software to calculate the earth means more and more people welcome earthworks, we are here to look at this method of workflow to solve a number of related issues, and gi

7、ves someuseful conclusions Keywords: Total station; Cass7.0; Earthwork; Control survey利用全站仪进行土方测量及内业计算的实施引言 在工程施工中,土方工程是重要的分项工程。其工程量的测算是制作工程量清单及计算土方工程费用的重要依据。因此要求土方测量必须具有易操作性和准确性。随着测绘技术的不断进步以及大中型土方工程对其计算的精确度要求越来越高,传统的土方计算方法已经无法适应这一需求。进而被一些先进的仪器、测绘技术和相应的土方计算软件所代替,其中利用全站仪和南方CASS7.0软件进行土方的测量与计算就是一种常用的方

8、法。它有效地弥补了传统测绘土方方法的费时、费力、精度的缺点。1 全站仪概述1.1 全站仪的简介 电子全站仪是一种利用机械、光学、电子的高科技元件组合而成,可以同时进行角度(水平角、垂直角)测量和距离(斜距、平距、高差)测量的测量仪器。由于只要在测站上安置一次该仪器,便可以完成该测站上所有的测量工作,故称为“全站仪。 八十年代末、九十年代初,人们根据电子测角系统和电子测距系统的开展不平衡,将全站仪分成两大类,即积木式和整体式。 (1)积木式,也称组合式,它是指电子经纬仪和测距仪既可别离又可组合。用户可以根据实际工作的要求,选择测角、测距设备进行组合。 (2)整体式,也称集成式,它是指电子经纬仪和

9、测距仪做成一个整体,无法别离。 九十年代以来,根本上都开展为整体式全站仪。随着计算机技术的不断开展与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用,全站仪出现了一个新的开展时期,出现了带内存、防水型、防爆型、电脑型等等的全站仪,使得全站仪这一最常规的测量仪器越来越能满足各项测绘工作的需求,发挥更大的作用。此次论文野外测量局部主要使用的是拓普康全站仪,如图1-1所示。 图1-1?拓普康全站仪1.2 全站仪的根本原理与功能 全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器,是集水平角、垂直角、距离斜距、平距、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。它的基测量原理是电子测距技术和电子测角技术。 电子测距的根本原

10、理是利用电磁波在空气中传播的速度为这一特性,测定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。电子测距的方法很多其中主要可以分为两种方法,脉冲法和相位法。 电子测角,即角度测量的数字化,也就是自动数字显示角度测量结果,其实质是用一套角码转换系统来代替传统的光学读数系统。目前,这套转换系统有两类:一类是采用光栅度盘的所谓“增量法测角;一类是采用编码度盘的所谓“绝对法测角1。1.3 全站仪在土方工程中的作用 全站仪在土方工程中的作用主要是外业测量获得精确数据,主要测量方法为:三维坐标法。全站仪在土方测量中的应用,不仅提高了工作效率,而且还提高精度。应用方式有很多例如施工放样、前方交会、导线测量、对

11、边测量、悬高测量等。本文简单介绍三维坐标的采集与处理流程如图1-2所示。图1-2三维数据采集及处理流程2 土方测量的外业实施2.1 土方的含义以及在工程中的作用 土方工程是土建工程中土体开挖、运送、填筑、压密以及弃土、排水、土壁支撑等工作的总称。在工程施工中,土方工程是重要的分项工程。其工程量的测算是制作工程量清单及计算土方工程费用的重要依据。因此土方工程在整个工程建设工程中具有重大的意义其可分为以下六点: (1 完成拟建工程的场地平整,为建筑物的根底开工创造条件; (2 完成整个场地景观的初步造形;(3 完成整个场地后期的土石方根本平衡调配,包括根底开挖土石方在整个场地的平衡调配; (4 在

12、场地具备的条件下,为后期种植土回填储藏种植土资源; (5 完成整个场地的竖向标高控制; (6 整个工程本钱控制的重点2。2.2 土方控制测量2.2.1 土方测量控制网的布设 土方工程的测量与计算所需的控制网主要是测图控制网。该控制网的作用是为土方工程的测量工作提供工程范围内统一的参考框架,为土方测量工作提供位置基准,满足土方工程在设计阶段对测绘在质量、进度和费用等方面的要求。控制网也具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。 在布网前应收集测区内已有的平面、高程控制和地形图等测绘资料。网点的密度视测图而定,点的位置取决于地形条件,控制范围应较大,应尽量均匀便于施测和进行图根加密。测图控制

13、网还应与国家控制点相连2。图2-1土方测量导线控制网测量控制网的布设,即控制点的选择与测量工作。土方工程控制网的布设也采用逐级布设方式等。根据工程的精度要求进行网的的布设,建网步骤主要是: 确定控制网的等级;确定布网形式;确定测量仪器和操作规程(国家或行业标准);在图上选点构网,到实地踏勘;埋设标石、标志;外业观测;内业数据处理;提交成果。如图2-1所示,即为土方测量控制网一个导线控制网。2.2.2 全站仪的外业观测 全站仪的外业观测主要包括仪器的架设、外业作业、观测记录等。下面我们就分别介绍这三个方面: 1)仪器的架设:全站仪的架设与经纬仪过程根本一样:首先按观测者的身高调整好三脚架的长度,

14、张开三脚架,使三个脚尖的着地点大致与地面的测站点等距离,并使三脚架头大致水平,从仪器箱中取出全站仪,放到三脚架头上,一手握住全站仪支架,一手将三脚架上的连接螺旋转入全站仪支架;然后用光学对中器对中、整平,反复对中整平直到对中标志与控制点严格一致。 (2)外业作业:外业观测的主要任务是获得能正确反映工程区内的地形各个特征点以及必要的点的精确三维坐标。全站仪架设好后,假设A、B是控制点且B为测站点,A为后视点,其平面坐标分别为AXA,YA,BXB,YB,高程分别为HA,HB。P是待测点,其平面坐标用Xp、Yp表示,高程用Hp表示。开机并初始化,进入坐标测量模式,输入测站点B的坐标XB,YB、高程H

15、B以及仪器高i。再输入后视点A的平面坐标XA,YA,在仪器提示是否照准的时候去照准后视点A,并按确认。现在转动照准部去照准被测点P,输入该点的棱镜高v,按测量坐标键,几秒钟后就显示出P点面坐标Xp,Yp,以及P点的高程Hp其原理如图2-2所示。如此反复直到所有的必要点都测完为止。图2-2全站仪测点坐标的原理 (3)观测记录:全站仪的数据记录主要是自动记录观测数据。它是由全站仪自动测量,记录,并保存在全站仪器存储器中供随时调用和处理。它主要包括点的三维坐标:平面X坐标、平面Y坐标以及高程H坐标。2.3 内业数据处理与检核 观测成果应进行外业检核,这是确保外业观测质量和实现预期测量精度的重要环节。

16、观测任务结束后,必须在测区及时对观测数据的质量进行检核,对于外业预处理成果,要按?标准?要求严格检查、分析,以便及时发现不合格成果,并根据情况采取重测或补测措施。成果检核无误后,即可进行内业数据处理。内业数据处理过程大体可分为:预处理、平差计算以及坐标系统的转换。3.1.1 DTM法 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法土方计算共有两种方法,一种是进行完全计算,一种是依照图上的三角网进行计算。 完全计算法包含重新建立三角网的过程,又分为:“根据坐

17、标计算和“根据图上高程点计算两种方法。依照图上三角网法直接采用图上已有的三角形,不再重建三角网。 首先要展绘高程点,菜单“绘图处理-“展高程点,在弹出的“输入坐标数据文件名对话框中选择数据文件“。然后用复合线画出所要计算土方的区域,菜单“工程应用-“DTM法土方计算-“根据图上高程点计算。提示:选择边界线用鼠标点取所画的闭合复合线。请输入边界插值间隔m:边界插值间隔的设定的默认值为20m;提示:选择高程点或控制点此时可逐个选取要参与计算的高程点或控制点,也可拖框选择。如果键入“ALL回车,将选取图上所有已经绘出的高程点或控制点;提示:平场面积XXXX平方米,平场标高m:键入设计高程,此例输入5

18、.3m。回车后屏幕上显示填挖方的提示框,命令行显示:挖方量XXXX立方米,填方量XXXX立方米;关闭对话框后系统提示:请指定表格左下角位置:直接回车不绘表格用鼠标在图上适当位置点击,CASS7.0会在该处绘出一个表格,包含平场面积、最大高程、最小高程、平场标高、填方量、挖方量和图形4。其计算结果,如图3-1所示。图3-1土方计算成果3.1.2 方格网法 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长方体的填挖方量,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。 菜单“应用-“方格网法土方计算,将弹出选择高程坐标文件的对话框,在对

19、话框中选择所需坐标文件。提示:选择土方计算边界线,用鼠标点取所画的闭合复合线。输入方格宽度,这是每个方格的边长,默认值为20m。由原理可知,方格的宽度越小,计算精度越高。但如果给的值太小,超过了野外采集的点的密度也是没有实际意义的。提示:最小高程XXXX,最大高程XXXX。设计面是:1平面2斜面,选1。屏幕提示:输入目标高程:米输入设计高程回车后命令行显示:挖方量XXXX立方米,填方量XXXX立方米,同时图上绘出所分析的方格网,并给出每个方格的填挖方,每行的挖方和每列的填方,如图3-2所示。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

20、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。因此,用这种方法算出来的土石方量与用其它方法得出的结果会有较大的差异,一般说来,这种方法得出的结果精度不太高,这是由于这种方法的局限性。但是方格网法简便直观,加上土方的计算本身对精度要求不是很高,因此这一方法在实际工作中还是非常实用的。用格网法算土方量,设计面可以是水平的,也可以是倾斜的。图3-2方格网法计算土方的结果 注意:在用该方法时,用复合线画出所要计算土方的区域一定要闭合,但是尽量不要拟合。因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代影响计算结果的精度5。3.2 土方计算方法的比拟与分析 DTM模型来计

21、算土方量是根据实地测定的地面点坐标和设计高程,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。方格网计算土方量是根据实地测定的地面点坐标和设计高程,通过生成方格网来计算每一个长方体的填挖方量,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法是使用实测的地形数据构成不规那么三角TIN,而非拟合的数据构网。只要地形变化较大的区域具有足够的地形点,DTM构成的TIN是绝对能够真实客观反映实际地形变化的。TIN相对方格网法构成的面片高程来说精度非常高。DTM法的精度较高,因为三角网能很好地适应复杂、不规那么地形,从而更好

22、地表达真实的地面特征。但是要注意的是DTM方法计算土方量精度虽高,但其计算过程中数据量大,占用大量存储空间。因此,如果地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法,而且TIN网要比构成方格网消耗的资源多。地形点的位置不合理,DTM法算土方肯定不精确的,可能比方格网法还差。这就要看地形点是在什么地方。比方说,构成的三角型正好是陡坎削了或是一块凹塘填了,那构成的TIN就不合理了。所以打地形点和修改TIN还是要加以注意。如果在地形支离破碎的地方合理打地形点和构成的TIN真实反映地形,DTM法计算的土方就十分准确6。 方格网法要求测量格网节点的高程,这就需要先进行方格网节点放样,然后再测量高程,增加了

23、测量的工作量,但方格网有个好处能够在绘制成平面图,并且在图上标注各处的填挖高度和施工土方量,目前局部单位用全站仪或GPS-RTK在野外采样碎部特征点,然后构成DTM,用插值的方法内插出格网节点的高程,再计算土方量。插值时要求地面两点之间的坡度是均匀的,这就与实际情况很难相符。另外对于蜿蜒的带状地形,用方格网法出现许多不完整的格网,使用和计算都不方便,所以此方法一般适用于地形起伏不大,且地面坡度有规律,区域范围比拟大的施工场地。 计算土方量,操作简单,图面直观,可增强测量计算的透明度。方格法计算土方量的误差主要来源是方格顶点高程的测量误差及场地面积的求积误差等,同时也跟方格边长有关,采用的方格边

24、长越短,计算越精确,考虑到绘图比例尺的关系,一般方格边长取5.0m为宜。地形高差越大,采用算术平均法计算平均标高误差越大,求出的土方量误差也大。采用加权平均法可以提高其计算精度。当精度要求更高时,应考虑用DTM法计算7。 因此,采用DTM和方格网法计算土方,要看实际地形的起伏变化复杂程度,如果地形点数据的分布合理的话,DTM法绝比照方格网法准确。对于原地面起伏较大的地方,还是最好不要用方格网去算量,虽然这是大家比拟认可的土方算量的方法,但是它更适合地面比拟平坦的场地。如果地形起伏不大,那么是用方格网法比拟简单。4 土方测量的应用 平整土地采用的方法应根据实际情况而定:当平整的场地起伏较大时一般

25、主要采用DTM方法,这时因为应用DTM方法建立起的模型更接近实际地形,误差相对较小;当平整的场地起伏较小时应主要采用方格网法,因为应用方格网法可以使平整场地的各个地方的填火娃的土方量由一个较精确的参考数据;下面应用商丘师范学院平原路校区的假山来做说明。这是外业测量的数据,如图4-1所示。图4-1 外业数据具体数据处理如下:(一)应用DTM法计算 (1)将数据导入CASS7.0,如图4-2所示。图4-2 导入数据的结果图 (2)DTM模型的建立,如图4-3所示。图4-3 DTM模型 (3)根据图上三角网计算土方量的结果,如图4-4所示。 图4-4 由DTM方法计算得填挖土方量(二)应用方格网法计算 (1)导入数据其方法与DTM法相同。 (2)直接由方格网法计算如图4-5所示.。图4-5 由DTM方法计算得填挖土方量 由以上两图知这两种方法所得结果相差很大,其原因是以小山为中心的场地地面起伏较大,不适合应用方格网法。而DTM方法在此显示出了优势。因此,在工程中计算土方里应根据场地具体情况,选择不同方法。