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南方CASS计算两期间土方与方格网法
土方计算相结合准确计算土方量
欧 陆
(荣县经纬国土资源测绘有限公司 四川荣县 643100)
摘 要：单纯的方格网法测量土方是将其方格均视为独立的规则平面，这与计算场地的实际地形是
有差别的，精度也无法评估，有其局限性；而三角网法测量土方量虽然精度高，但可读性差，客户不愿采用。针对这种情况，本文采用南方CASS计算两期间土方与方格网土方计算相结合的方法计算土方量，既提高了土方测量的效率，又保证了土方计算成果的正确性，很好地解决了这一难题。
关键词：CASS7.1；方格网法；计算两期间土方。
在工程建设中,不管是工业与民用建筑、道路建设还是其它工程建设常需要将自然地貌
改造为水平的或一个或多个坡度的场地，以便适用于布置各类建筑物和构筑物，这些都涉及到土石方的开挖与回填量的计算问题。随着数字测图技术的发展，南方数码科技有限公司研发的地形地籍成图软件CASS7.1是目前市面上较常见的一套测量软件，其中所包含的土方计算功能为大家所普遍使用，它不仅上手容易，内业操作简便，而且计算结果准确性良好,可信度较高，为广大使用者所认可。
土方量的计算，实际上就是计算设计标高与自然地面标高之间的土石方体积。设计面有平面、单一斜面、曲面，其中，对于设计面是平面和单一斜面的土方量计算，南方CASS7.1中提供了比较简单的操作方法进行计算；而以曲面或连续不同坡度的斜面作设计面来计算土方量时，操作就相对复杂了。南方CASS7.1中提供了DTM法、断面法、方格网法、等高线法四种计算方法，其中用得最多的是方格网法和DTM法两种方法，它们各有优点，又各有缺点；方格网法计算土方量，成果直观易懂，是绝大部分客户的首选方法，但方格网法土方量计算中，一旦确定了方格的边长，容易出现如图１所示的情况，方格的一端远离坎底，另一端正好在坎顶边，和如图２所示的情况，方格内有起伏较大的区域，该起伏区域的土方量是没有进行统计的，这就不能满足计算成果的精度要求。
不规则三角网(TIN)是数字地面模型DTM表现形式之一，该法直接利用外业所采集的地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。基于不规则三角形建模是直接利用野外实测的地形特征点(离散点)构造出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。相
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对于方格网，不规则三角网具有以下优点：直接利用原始数据作为网格结点，三角网中的点
图1方格网穿过斜坡示意图 图2方格网内没参与统计起伏区域示意图
和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相吻合；不改变原始数据和精度；能够插入地性线以保存原有关键的地形特征,能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现 得淋漓尽致等。由此可见，用三角网计算土方量适应范围最广，精度也是最高的了。但是三角方法计算土方量精度虽高,因其计算过程中数据量大,占用大量存储空间，可读性也差，实际工作中很少有客户选择用三角网法。如何既能满足客户的需要，使用方格网法出具测量成果，又要保证土方计算结果的正确性，提高工作效率，是摆在广大测量工作者面前的一道难题。笔者在实际工作中，采用CASS7.1“计算两期间土方”的方法计算出可靠的土方数据，并以此指导“方格网土方计算”的方法，很好地解决了这一难题。
１ 计算两期间土方
计算两期间土方指的是对同一区域进行了两期测量（我们把设计面模拟成外业测量，作为第二期测量；野外原始地形数据采集作为第一期测量），利用两次观测得到的高程数据建模后叠加，计算出该区域两期之中的土方变化情况。此方法适用范围广，计算精度高，特别适用于原始地形和设计面都是不规则表面的情况。
1.1 原始地形三角网（第一期三角网）
1.1.1 数据采集
用于土方计算的数据，在野外采集时，密度较一般的地形图要有所提高，要加强对地形变化点（如坎上、坎下）数据的采集工作，使得高程数据对地形的表达更加完整。如果受条件限制，使用的是现有的地形图，那么一定要对地形图进行二次处理，主要是对地形变化区域的高程点位进行添加和剔除。在完成处理之后，作为原始地形数据保存结果，以便下一步进行数据的提取和土方计算操作。 1.1.2 构成第一期三角网：
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首先在CASS7.1“绘图处理”菜单中：定显示区\\改变当前图形比例尺（尽可能使用大比例尺，如1：200、1：500等，这对提高土方量的计算精度很有好处）\\展高程点\\圈定计算区域边界线和连接地形变化特征线，如：山脊线、山凹线、坡顶坡脚线、陡坎线等（区域边界线一要注意闭合，二两期土方计算的区域边界在野外测量时，一般不可能采集的完全相同，但可在内业处理时，调整到一致，并且采用内插法求得每个边界点的高程数据，三切不可进行拟合处理，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
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）；
然后用CASS7.1“等高线”菜单中：建立DTM\\选择边界线\\构成三角网\\修改三角网（由于三角网的连接是随机的，不排除有一些三角形的连接是不满足计算要求的，所以需要对生成的三角网进行处理，剔除不符合要求的三角形，然后顺应实际地形的变化对三角网进行手工调整，如图３所示是对穿斜坡时不合理三角网进行调整前、后的示意图；如图4所示是对穿陡
(a)调整前 (b)调整后
图３ 三角网穿斜坡调整前与调整后的示意图
(a)调整前 (b)调整后
图4 三角网穿陡坎调整前与调整后的示意图
坎时不合理三角网进行调整前、后的示意图。使得生成的模型更加符合实际地貌，在调整完毕后注意要“修改结果存盘”）\\绘制等高线（为确保三角网的准确性，建议“绘制等高线”看绘制出的等高线正确与否，对三角网进行再校正，然后删除等高线和地形变化特征线所地图层）\\三角网存取\\写入文件（点击“写入文件”时，出现一个“输入三角网文件名”对话
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框，指定保存路径，将区域内已构成的三角网做为第一期三角网以＊.sjw扩展名格式保存在指定的文件下，如图5所示）。
1.2 设计面三角网（第二期三角网）
1.2.1 设计面数据采集：
将设计面模拟成外业测量的数据，即三维坐标数据文件，这只不过不是真正外业测量所得，而是直接赋值得到，采用的方法是：平面位置用鼠标在设计平面图上直接指定，手工直
图5 输入三角网文件名对话框
接输入高程（CASS7.1中直接用命令“G”或单击CASS工具栏中的交互展点符号“.91”来提取高程点并追加到到数据文件中），这里要注意的是，由于设计面不是平面，所以每个指定点的高程要计算正确、输入正确，与野外数据采集一样要有足够的密度，有坡、坎的，坡顶、坡底，坎上、坎下要相对应的加点，将所计算的点逐一追加到设计面数据文件中保存。 1.2.2 构成第二期三角网：
与生成原始地形三角网（第一期三角网）的流程一样。最后将设计面数据文件构成的三角网做为第二期三角网以＊.sjw扩展名格式保存在指定的文件下。
1.3 计算两期间土方量
用鼠标操作“工程应用\\DTM 法土方计算\\计算两期间土方”，根据电脑的提示在“第
一期三角网”时，导入前期的原始地形三角网文件，在提示“第二期三角网”时导入后期的
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