基于数字地面模型的土方填方法

基于数字地面模型的土方填方法

1基于数字化成图的地形计算计算土方工程前后的土壤填充量和开挖量的主要目的是计算土方工程施工前后的土壤填充量和挖掘量。无论采用什么样的方法计算,都必须具备两个已知条件:①该工程场地的现状地形图;②该工程土方平整后的设计图。通常应用的方法主要有以下几种:(1)断面法。由于断面对地面描述不连续,随着计算机技术在测绘单位的普及,该方法已逐渐淘汰。(2)方格网法。其基本思想是利用现状地形图局部区域内的离散高程点,建立一个逼近于现状地形表面的曲面模型,再在这个曲面模型上画出一定规则的方格网并内插出网格点的高程数据,形成一组规则的矩形网格数据点,通过设计高程与矩形网格点高程相比较,其差值与格网面积的乘积为此格网内的填挖方量,其精度取决于格网面积的大小以及内插高程点的精度。这种方法对于大面积的范围,内业数据处理量比较大。(3)三角网法。随着计算机技术的应用,通过相关软件处理,提高了计算速度和计算结果的精度。我们单位应用VIEW7.0数字化成图软件主要是通过三角网来处理土方计算工程。主要原理是通过连接现状地形图的原始高程点组成三角网,通过计算三角形各顶点的高程与设计高程的差值的加权平均值,然后乘以三角形的面积,其结果为此三角形内的土方填挖量。其优点是:①利用三角网建立数字地面模型(DTM),通过数字化测图软件建立等高线,计算软件可以准确无误地描述地面的高低起伏状况,尤其是对陡坎、斜坡等特殊地形。如果DTM对地形细节描述不准确或不正确,只需增加或改变三角网,且修改方便。从而保证建立的三角网正确无误,使计算机识别的地形与现状一致。②与方格网法相比,三角网法保持了原始数据的精度,避免了方格网法中容易出现的点线不符和丢失部分高程点的精度。大比例尺测图软件多采用此种方法。2角形法:容易造成实际地形不一(1)对现状地形图的处理。对于地形图中的陡坎或斜坎均要测量其比高,使陡坎或斜坎上下的高程点连接成三角形,这样可避免连接成的三角网与实际地形不一致而导致的计算精度降低。(2)无论是用方格网法还是三角形法,要提高精度,除了要增强计算的认真性外,最主要的是增加外业测量高程点的密度。如果一个工程,其规划设计是一个曲面,其计算处理比较复杂。如果取设计高程的平均值,无疑会降低计算结果的精度,通过实践也确是如此。3截面高程的计算方法如果该工程场地平整后为一个具有相同高程值的平面,无论采用哪种方法,其数据处理都较为简单。如果场地平整后为一个曲面,通过规划设计参数(平面坐标、特征点高程、坡比等),在软件中展绘特征点,通过特征点高程和坡比在设计曲面范围内内插高程点,通过三角形连接成网状在软件中构造出设计面(暂称其为设计面)。设计面与现状面一般有3种关系,其计算方法相应也有3种关系,计算思路如下:(1)设计面的最低高程大于现状面的最高高程,其计算结果应为纯填方量;如图1所示,增加一个高程小于现状最低高程的水平面(参考面),设计面相对于参考面的挖方量为(2)设计面的最高高程小于现状面的最低高程,其计算结果应为纯挖方量;其计算方法类似于第一种情况,仅是将参考面设在设计面之上,计算方法则类同。(3)设计面与现状面交叉,其计算结果有填方量和挖方量两组数值。对于这种情况需要对设计面进行处理,首先要找到单一的设计面的填挖方量平衡点,即有一个高程如果设计面按相同的坡比进行设计,无疑取一个截面的高程平均值即为该设计面的填挖方量平衡点。如果设计面有多个坡比或为不规则的面,再取某个截面的高程平均值,其方法肯定是不合理的。通过工程实践也是行不通的。笔者通过多次实验,取得了一定的经验。如图2所示,假设一高程如图3所示,将设计面、现状面、设计平衡面交叉区分成挖方量为:填方量为:加入设计平衡面后,该工程土方量的挖方量为:填方量为:根据设计平衡面概念有公式:由式(1)、式(2)和式(5)可知该工程的总土方量为:总=加入设计平衡面后,由式(3)和式(4)可知,该工程的总土方量为:=比较式(6)与式(7)可