淺談土石方工程測量與計算畢業(yè)設(shè)計論文.doc

東華理工大學長江學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目：淺談土石方工程測量與計算姓名：學號：班級：年級：10級專業(yè)：測繪工程學院：測繪工程系指導(dǎo)教師：完成時間：作 者 聲 明本人以信譽鄭重聲明：所呈交的學位畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學長江學院或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。對本設(shè)計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔。本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸東華理工大學長江學院所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學位論文是本人指導(dǎo)學生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部內(nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準確性。 學位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日淺談土石方工程測量與計算鄧小淵discussion on the comparison of calculation methods and the measurement of cubic meter of earth and stone quantities deng xiaoyuan2014年 5月 28 日東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 淺談土石方工程測量與計算 摘要摘 要在建筑工程中，土方量工程是一個不可缺少的模塊。隨著計算機技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的日益成熟，充分發(fā)揮計算機和全站儀相結(jié)合的優(yōu)勢，能夠高效快速的對土方量進行計算。本文從兩個方面著手，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理來討論這個問題，在數(shù)據(jù)采集方面提出免定向測量方法，在數(shù)據(jù)處理方面，重點講述格網(wǎng)法和dtm法計算土方，并把土方工程分為兩類即測區(qū)有圓弧和測區(qū)沒有圓弧，通過控制變量法和比較分析法，得出理想結(jié)果，并在計算土方時建議使用兩種方法計算，取差值較小的一組，數(shù)據(jù)為計算結(jié)果。關(guān)鍵詞：土方量工程；數(shù)據(jù)采集 ；控制變量法；對比分析東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 淺談土石方工程測量與計算 abstractabstractin the construction engineering, earthwork engineering is an indispensable module. with the development of computer technology and digital technology becomes more mature, we can give full play to the computer and total station instrument that combines the advantages of efficient and fast calculation of earthwork. in this paper, from two aspects, data acquisition and data processing to discuss this issue. in terms of data acquisition from directional measurement method is proposed; in the aspect of data processing, with emphasis on grid method and dtm method to calculate the earthwork, the earthwork is divided into two categories - measuring area and the area has no arc by controlling the variables method and comparative analysis method, and get an ideal result, and use two methods to calculate the recommendations in the earthwork calculation, a group of smaller difference, data for the calculation results.keywords: earthwork engineering; data acquisition; control variable method; comparative analysis東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 淺談土石方工程測量與計算 目錄目 錄目 錄1第一章 緒論21.1概述21.2 國內(nèi)外目前研究現(xiàn)狀21.3本論文研究的主要內(nèi)容和意義21.3.1本論文研究的主要內(nèi)容21.3.2本論文的研究的意義3第二章 數(shù)據(jù)采集42.1 常用儀器設(shè)備42.2 采用的坐標及高程系統(tǒng)和作業(yè)依據(jù)42.3 現(xiàn)場踏勘42.4 外業(yè)測繪52.4.1 測量基本要求52.4.2 碎部點分布要求及運用技巧62.4.3 外業(yè)測量6第三章 內(nèi)業(yè)計算基本原理與數(shù)據(jù)處理83.1土方計算的基本方法83.1.1 斷面法83.1.2 格網(wǎng)法83.1.3 等高線法103.1.4 dem法113.2理想模型的體積計算123.2.1三棱柱體積計算123.3.2圓柱體積計算153.3實際例子的土方計算183.3.1 實例坐標數(shù)據(jù)183.3.2 格網(wǎng)法計算實例183.3.3 tem法計算實例20第四章 數(shù)據(jù)分析224.1 數(shù)據(jù)匯總224.2 數(shù)據(jù)分析254.2.1縱向比較254.2.2橫向比較274.3本章小結(jié)29第五章 總結(jié)和展望30致 謝31附錄：實例棚改房土方計算數(shù)據(jù)32參考文獻3435東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 淺談土石方工程測量與計算 第一章 緒論第一章 緒論1.1概述 隨著中國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，國家發(fā)展的重點已經(jīng)從一線城市漸漸向二線城市轉(zhuǎn)移，而農(nóng)村的格局也漸漸由原來的模式漸漸向小城鎮(zhèn)化和農(nóng)場制度轉(zhuǎn)變。相應(yīng)而來的許多建筑工程也接踵而來。而土石方工程是建筑工程特別像地鐵，修地下室的工程不可缺少的環(huán)節(jié)。為保證工程的順利進行，在工程施工之前，必須做出快速、合理、準確的工程預(yù)算，要拿出一套最合理的,最有效的，最經(jīng)濟的施工方案，就必須拿出準確的,甲乙方認可的土石方計算結(jié)果來。在上世紀七八十年代，土石方的計算是有監(jiān)理人員們先在圖紙上剖面數(shù)據(jù)，在米格紙上畫好剖面圖，然后再依照剖面圖上計算的要求運用求積儀或者其他的一些方法在剖面圖上求得面積，最后再計算出土石方量。但是這種工作程序相當繁瑣，工作量大、精確度不高、消耗大量的時間。隨著如今計算機技術(shù)和測量儀器技的發(fā)展和完善，特別是基于autocad二次開發(fā)的cass軟件和fastift的出現(xiàn)，不僅大縮短了計算的時間，而且得出的結(jié)果更加客觀，精確。土石方工程中測繪工作包含外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理計算。計算機根據(jù)外業(yè)觀測數(shù)據(jù)選取一種特定的方法計算土石方。這種方法不外乎就是 dem法、方格網(wǎng)法、斷面法和等高線法。1.2 國內(nèi)外目前研究現(xiàn)狀 針對土石方計算的研究自計算機高速發(fā)展可謂是數(shù)不勝數(shù)，專家學者主要圍繞dem法、方格網(wǎng)法、斷面法和等高線法這四種方法的比較分析以及根據(jù)外業(yè)測量數(shù)據(jù)怎樣建立最佳擬和曲面，使計算結(jié)果更加準確，同時也取得了巨大突破。1.3本論文研究的主要內(nèi)容和意義1.3.1本論文研究的主要內(nèi)容本文通過對一個理想的物理模型（三棱柱）和實際中撫州市鳳凰城棚改房8號樓地下室土方計算為例，從外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面著手，證實了先輩提出的部分觀點，同是也提出了一些自己的觀點，主要包括（1）在外業(yè)采集中，全部儀無需定向量儀高測量方法，快捷而簡單，縮短外業(yè)時間 （2）在數(shù)據(jù)處理方面，在cass8.0下，重點講述dtm法和格網(wǎng)法計算三菱柱，1/4圓柱以及撫州市鳳凰城棚改房8號樓地下室挖方，并比較分析數(shù)據(jù)結(jié)果，得出自己的結(jié)果。1.3.2本論文的研究的意義為了保證工程建設(shè)的經(jīng)濟性, 工程建設(shè)要求在最大程度上利益最大化。土石方計算的正確與否直接關(guān)系到工程投資與預(yù)算等經(jīng)濟利益, 因此土石方計算對于工程建設(shè)是至關(guān)重要的。本文通過總結(jié)先輩的理論觀點，提出自己的觀點，為土石方工程相關(guān)工作人員提供參考，為測繪初學者提供學習資料。同時，對本文的書寫，也增加了自己對測繪進一步認識，豐富自己的視野。東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 淺談土石方工程測量與計算 第二章 數(shù)據(jù)采集第二章 數(shù)據(jù)采集2.1 常用儀器設(shè)備2.1.1采用gps測量方方法所需儀器雙頻gps接收機和記錄手薄 1臺 對中桿 1根三腳架 1副2.1.2采用全站儀測量方法所需儀器全站儀 1臺對中桿 1根三腳架 1副必要時還需gps儀器一套做控制2.2 采用的坐標及高程系統(tǒng)和作業(yè)依據(jù)2.2.1采用的坐標及高程系統(tǒng)平面可以采用城建坐標系，高程采用城建高程系，同樣可以采取自己假定的獨立坐標系統(tǒng)。2.2.1外業(yè)作業(yè)依據(jù)公路全球定位系統(tǒng)（gps）測量規(guī)范（jtj/t 06698），以下簡稱gps測量規(guī)范。 公路勘測規(guī)范（jtj 06199），以下簡稱規(guī)范。1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式（gb/t 79291995），以下簡稱圖式。國家三、四等水準測量規(guī)范（gb12898-91）大比例尺地形圖機助制圖規(guī)范（gb14912-94）等2.3 現(xiàn)場踏勘主要包括幾方面內(nèi)容：1，現(xiàn)場交通情況，場地地形，場地大小，這方面需要增加費用，2，現(xiàn)場降水（如果是外地）量，需要的排降水設(shè)備3，周邊建筑物或場所是否對測量有影響，確定選取什么樣的方法測量更好 4，現(xiàn)場是否有淤泥，測量時是否需要雨鞋等總之一句話，就是完全了解現(xiàn)場情況，把對報價和將來的施工的影響因素都考慮全，確定好什么方法測量，怎樣測量更好。2.4 外業(yè)測繪2.4.1 測量基本要求測圖范圍：按甲方現(xiàn)場指定范圍進行施測。 測區(qū)內(nèi)所有居民地，獨立地物，管線及欄柵，道路，水系，植被等各項地物，地形要素，以及地理名稱注記等，均在地形圖上表示。2.5.3 地形圖上均展繪出各等級三角點，包括各等級平面控制點.圖根點.水準點等測量控制點，并按規(guī)定符號表示。各類建筑物，構(gòu)筑物及主要附屬設(shè)施，按實地輪廓準確測繪，房屋以墻基角為準，并按建筑材料和質(zhì)量分類（即注“ 砼”“混”“磚”等），并根據(jù)結(jié)構(gòu)分層表示及注記層數(shù) 地貌以等高線表示為主，明顯的特征地貌（如陡崖、沖溝等）以符號表示。從零米起算每隔四根首曲線應(yīng)繪一根計曲線，即0、5、10，并在計曲線上注記高程。山頂、鞍部凹地及斜坡方向不易判讀的等高線上，應(yīng)加繪示坡線。遇到山頂、鞍部，山脊、山腳、谷地、谷口、溝底、溝口以及其它地面傾斜變化處，均測高程注記點，高程注記取至小數(shù)點后兩位 測區(qū)內(nèi)所有的公路，大車路，鄉(xiāng)村路，小路均有測繪。公路及雙線道路在圖上均按真寬依比例尺表示，公路，街道按其路面材料劃分為水泥，瀝青，碎石，礫石，和土路等，以文字注記在圖上，鋪裝材料改變處用點線分隔。公路里程碑為實測其點位，并注明了里程數(shù)。河流，溝渠，池塘等各種水工設(shè)施均有表示，溝渠寬度小于1米以單線表示，堤坎均測注了頂部及底部及坡角的高程。 圖上所有居民地，道路，河流等自然地理名稱，以及單位名，均進行了調(diào)查核實并正確注記在圖上。 地形圖內(nèi)業(yè)編輯采用scs 軟件，嚴格按照軟件要求進行地物、地貌編輯，各種注記的字體大小，字型，方向按圖式規(guī)定執(zhí)行。2.4.2 碎部點分布要求及運用技巧根據(jù)計算原理，必須按地貌地形特征取點，特別是地勢變坡坡底線、陡坎邊線、梯田臺地邊線等，測點過程中繪制地形草圖，逐點做好記錄，文字記錄如：測點 23、40、24、41 間為臺地，其中測點60處有一約 0 . 8 米深坑；每次測取土方計算區(qū)域邊線應(yīng)相，且任何相鄰三個測點構(gòu)成的三角形不宜為 1 5 0 以上的鈍角三角形對不易測點地方做詳細文字描述，以備追加測點，如測點60文字記錄為：11,12,13,16間有一水坑，離11點3米，距點12點4 米，水深 0.6 米,注意追加。重點記錄地標點（甲方所給的起算高程點）的高程在情況允許的條件下盡量一站測完，這樣不僅省事，而且可以提高精度，還可以采用下面講到的免定向?qū)χ袦y量方法。2.4.3 外業(yè)測量2.4.3.1 普通測量方法 這種方法和普通的1:500地形測量沒有什么區(qū)別，主要步驟有找已有控制點或用gps做控制點；在已知控制點架站，對中整平；定向檢；內(nèi)業(yè)計算。同樣可以采用其他的方法像gps等，這里就不一一贅述。2.4.3.2 免定向?qū)χ辛績x器高測量由于土方工程中，要求的只是點與點的相對位置關(guān)系，在內(nèi)業(yè)是根據(jù)這些相對位置關(guān)系來擬合出最佳曲面，采用一定的算法計算出土的體積，這就是土石方計算最通俗的定義。正因為這樣，我們在小范圍的土方工程中就可以大膽的采用這種無定向?qū)χ械臏y量方法。下面是具體步驟； 在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)外面選取一個可以測全部測區(qū)又可以架設(shè)儀器的點。（要是沒有這樣的點，需要架設(shè)兩到三站的話，就不能用這種方法，后面再敘述另一種方法） 在所選的點架設(shè)儀器，并把儀器整平。 輸入正確的儀器高，測量甲方所給的地標點（甲方所給的起算高程點及設(shè)計高度點，大部分是距路面高多少公分或某一特征點下挖多少米），并記錄下來，計算出設(shè)計標高，以備內(nèi)頁計算； 碎步測量 內(nèi)業(yè)計算。上面有敘述，要是不能選取一個可以測全部測區(qū)又可以架設(shè)儀器的點，此時同樣無需定向，但需要對中整平和量儀器高，方法類似。當然這種方法有一定的局限性（主要是不適用大范圍的土方工程），但不能說是在不影響精度的情況的一種省時的好方法東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 土石方工程測量與計算 第三章 內(nèi)業(yè)計算原理與數(shù)據(jù)處理第三章 內(nèi)業(yè)計算基本原理與數(shù)據(jù)處理3.1土方計算的基本方法3.1.1 斷面法在碎步測量的平面圖或者是數(shù)字地形圖上，根據(jù)土石方的計算范圍，將場地劃分為若干個橫截面，這些橫截面需要的是相互平行且間距相等。（當精度要求不高時，可酌情根據(jù)已有地形圖來確定斷面，當精度要求較高時，則必須到達實地測量以確定斷面）。依據(jù)所繪制的斷面圖將所取的每一個斷面劃分成為若干個梯形或者三角形，計算每條斷面線相互所圍成的面積，用每相鄰兩個斷面的面積取平均值然后乘以橫斷面的間距，得出結(jié)果為每相鄰兩個斷面間的體積，將各個相鄰斷面的體積相加得出總體積，這種方法被稱為斷面法。3.1.2 格網(wǎng)法先將場地劃分為若干個具有一定間距的方格，從數(shù)字地形圖或者實際測量得到每個方格角點的實際自然標高，再有每個方格角點的設(shè)計標高與自然標高只差即為填挖高度，一般以“+”號 作為填方，“-”號作為挖方，然后計算每個方格角點的填挖量，并且得到場地邊坡的土方量，最后二者相加即為整個場地的工程量。格網(wǎng)法一般采用水準測量或者三角高程測量方法，測量出網(wǎng)點的標高，進而計算方格網(wǎng)的平均標高和面積。平均標高有以下幾種計算方法：算術(shù)平均法：將四個角點的高程求平均值即為平均標高加權(quán)平均法：將每個方格的四個角點取平均值作為平均標高，然后每個格網(wǎng)的平均高程即為加權(quán)平均高程。計算前應(yīng)分清楚挖方區(qū)與填方區(qū)的分界線，在這條線上的施工高度為零。方格中的土方量的計算方法有以下兩種：四角菱柱體的體積計算方法：方格的四個角點全部為填方或者挖方，它的挖填體積為： （3-1） 其中h1h2h3h4為方格的四個角點的填挖高度，取絕對值m，a為格網(wǎng)邊長。 圖3-2 四方棱柱體（a）角點全挖或者全填 （b）角點兩挖或者兩填 （c）角點一挖三填或者一填三挖方格四個角點中一部分是挖方一部分是填方,其挖方或者填方的面積為 （3-2） （3-3） 方格三個角點為挖方 ，一個是填方時，其挖方或填方量為 （3-4） （3-5）三角棱柱體的體積計算方法計算是先按照已繪等高線將各個方格劃分成為三角形，每個三角形的三個角點的填挖高度為當三角形的三個角點全部為填或者挖時，挖填體積為： （3-6） 圖 3-3 三角棱柱的體積計算若三角形的三個角點有填方也有挖方時，其椎體和楔體的體積為： （3-7） （3-8） 其中為椎體頂點的填挖高度3.1.3 等高線法一般我們根據(jù)已繪的等高線地形圖，計算等高線所圍的面積，再根據(jù)兩相鄰等高線的高差計算土方量，公式如下： （3-9）其中：si、si+1為相鄰兩等高線所圍成的面積，h為相鄰兩等高線高差計算時等高線必須要閉合，如果等高線不閉合，可先離散化等高線后再進行計算當?shù)孛嫫鸱^大、坡度變化較多時，可采用等高線法估算土石方量，在地形圖精度較高時更為合適。平原地區(qū)一般不采用該方法。3.1.4 dem法3.1.4.1 dem法的建網(wǎng)原理數(shù)字地面模型(dtm)是地貌形態(tài)的離散表示，地表的任一特征內(nèi)容均可視為dtm特征，以高程為特征值的dtm也成為數(shù)字高程模型（dem）。dem的數(shù)據(jù)主要有規(guī)則格網(wǎng)或不規(guī)則格網(wǎng)組成，實際中多為不規(guī)則dtm模型。數(shù)字形式x、y、z坐標來表達區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)是dtm的特點，然后用微縮的形式重現(xiàn)了地表形態(tài)的起伏和變化特征，更加精確，直觀，形象。不規(guī)則三角網(wǎng)法是直接利用測區(qū)內(nèi)所有地形特征點，構(gòu)造出鄰接三角形組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不規(guī)則三角網(wǎng)的每個核心基本單元就是不規(guī)則三角形的三個頂點坐標，這些坐標完全是由實地測量得到的。由于實地觀測時是由地形決定的，一般是平面位置的轉(zhuǎn)折點或地形坡度的變換點，著就使得離散點在相關(guān)區(qū)域中形成非規(guī)則形狀的三角形。 3.1.4.2 dtm土方量計算原理土方量實際上就是原始地表與設(shè)計地表之間的體積值，故我們只需在計算區(qū)建立兩個dem，一個為原始的dem，另一個為設(shè)計地表的dtm，然后根據(jù)兩個dem的差即可求出土方量。土方量的計算可按下述方法進行：在相同的坐標原點和格網(wǎng)分辨率的條件下，將統(tǒng)一區(qū)域的兩個 dem進行疊加得到一個新的dem，設(shè)為dem1，則有dem1=dtm-dem，其分量表達式為： （3-10）其中為地表dtm格網(wǎng)點高程，為dem的格網(wǎng)點高程。對于任一格網(wǎng)(i,j),若，則該格網(wǎng)點挖方，若，則該格網(wǎng)點為填方。設(shè)格網(wǎng)面積，則該格網(wǎng)處的土方量為： （3-11） 分別對和的數(shù)據(jù)進行累加，即可求的該區(qū)域的填挖方量 。3.2理想模型的體積計算這里所謂的理想模型是指其體積可根據(jù)已有的公式計算出來的模型，也就是說其真值是已知的模型。本文例舉了二了模型即三棱柱，四分之一圓柱，重點講述了在cass環(huán)境下格網(wǎng)法和三角dtm法計算。3.2.1三棱柱體積計算3.2.1.1三菱柱原始計算數(shù)據(jù)我們是把一個長為30m，寬為20m，高為10m的等腰三菱柱置于空間直角坐標系中，把長方形底面放置在z=5的平面上，再使三菱柱的長與x軸平行，寬與y軸平行，再把平面x=5,10,15,20,25,30，y=0,10,20以及x=2.5,7.5,12.5,22.5,27.5，y=5,15與三菱柱的交點作為特征點，并提取這些點的坐標，輸入到excel中，保存成csv格式的文件，最后改成cass8.0能夠識別的dat格式文件，具體截圖如下3-4圖3-4 三棱柱原始數(shù)據(jù)3.2.1.2三菱柱棱柱格網(wǎng)法體積計算采用格網(wǎng)法計算的主要步驟與dtm法是一樣的，主要包括將dat格式的數(shù)據(jù)展到cass里面繪制計算區(qū)域即三菱柱的長方形地面參數(shù)設(shè)置，這里我們計算三菱柱的體積，由坐標數(shù)據(jù)知道，設(shè)計高度應(yīng)為5m，輸出結(jié)果，格網(wǎng)間距依次設(shè)置為2.5，5 ，7.5.，10，15和20m計算體積，截圖見圖3-5圖3-5 三棱柱格網(wǎng)法5m間距方法計算結(jié)果截圖我們同樣把計算結(jié)果畫成散點圖，橫坐標表示格網(wǎng)間距，單位為m；縱坐標表示計算體積值，單位為m，結(jié)果顯示見圖3-6圖 3-6 格網(wǎng)法不同格網(wǎng)間距方法計算三棱柱結(jié)果散點圖3.2.1.3三棱柱tem法方法體積計算采用tem法計算的主要步驟包括將dat格式的數(shù)據(jù)展到cass里面繪制計算區(qū)域即三菱柱的長方形地面參數(shù)設(shè)置，這里我們計算三菱柱的體積，由坐標數(shù)據(jù)知道，設(shè)計高度應(yīng)為5m，輸出結(jié)果，格網(wǎng)間距依次設(shè)置為2.5，5 ，7.5.，10，15和20m計算體積，截圖見圖3-7圖3-7 三棱柱tem法5m間距方法計算結(jié)果截圖我們的計算結(jié)果繪制成散點圖，橫坐標表示格網(wǎng)間距，單位為m；縱坐標表示計算體積值，單位為m，結(jié)果顯示見圖3-8 圖3-8 tem法不同間距方法三棱柱計算結(jié)果散點圖3.3.2圓柱體積計算3.3.2.1圓柱原始計算數(shù)據(jù)我們把半徑為100，高為50的1/4圓柱的底面置于空間直角坐標系中z=5的平面上，讓圓心為與（0,0,5）處，一條半徑與x軸平行，一條半徑與y軸平行。然后選取邊界點以及內(nèi)部40有特征的點，寫出這些點的坐標，導(dǎo)入excel中，保存為csv文件，最后同樣把數(shù)據(jù)弄成cass能識別的dat格式文件，具體見圖3-9圖3-9 圓柱坐標數(shù)據(jù)截圖3.3.2.2圓柱格網(wǎng)方體積計算具體步驟同格網(wǎng)法計算三菱柱體積一樣，這里不再贅述，但是值得注意的是，這里計算邊界是圓弧，而電腦是識別線段，就要把曲線變成折線，就出現(xiàn)了折線內(nèi)插角。這個折線內(nèi)插角也是影響其計算精度的。我們采用控制變量法來處理這里圓柱的體積計算，先保持折線內(nèi)插角為5，用不同的格網(wǎng)間距來計算1/4圓柱的體積，計算結(jié)果散點圖見圖3-10。圖3-10格網(wǎng)法不同格網(wǎng)間距下1/4圓柱的體積計算結(jié)果散點圖（折線內(nèi)插角5）3.3.2.3圓柱體積tem方法計算現(xiàn)采用tem來計算圓柱的體積，同樣采用控制變量法來處理折線內(nèi)插角的問題，先保持折線內(nèi)插角為5，用不同的格網(wǎng)間距來計算1/4圓柱的體積，計算結(jié)果匯總，繪制成散點圖見圖3-11圖3-11 不同格網(wǎng)間距下tdm法1/4圓柱的體積計算結(jié)果散點圖（折線內(nèi)插角5）我們可以發(fā)現(xiàn)用這兩種方法計算結(jié)果是一樣的，而且與格網(wǎng)間距無關(guān)。于是我們控制格網(wǎng)間距不變，采取格網(wǎng)法后者采用tem法來計算不同折線內(nèi)插角時，圓柱體積的變化情況；同樣我們繪制出散點圖，橫坐標表示折線內(nèi)插角，單位為，縱坐標表示計算體積值，單位為m，結(jié)果見圖3-12圖3-12 相同格網(wǎng)間距下不同折線內(nèi)插角tdm法計算1/4圓柱體積結(jié)果散點圖（格網(wǎng)間距為10m）3.3實際例子的土方計算 理想模型是規(guī)則的，但現(xiàn)實生活中不能取代所有，正因為這樣，本文以撫州市鳳凰城棚改房8號樓地下室土方計算為例，其設(shè)計標高為36.000m,采用1985國家坐標系,用各種方法計算其土方。3.3.1 實例坐標數(shù)據(jù)見附錄一3.3.2 格網(wǎng)法計算實例計算實例土方量和計算三菱柱體積步驟是一樣的，甲方已經(jīng)告訴目標高程為36.000m，我們進行設(shè)置，見截圖3-13和計算結(jié)果輸出圖見截圖3-14 圖3-13 格網(wǎng)方參數(shù)設(shè)置-圖3-14 10m格網(wǎng)間距格網(wǎng)法計算結(jié)果顯示邊界不存在圓弧，故不要考慮折線內(nèi)插角，采用不同格網(wǎng)間距依次其土方量，繪制成散點圖，見圖3-15。圖3-15不同格網(wǎng)間距格網(wǎng)法下的實例土方計算量散點圖3.3.3 tem法計算實例tem法計算實例土方量和計算三菱柱的具體步驟是一樣的，參數(shù)設(shè)置截圖見圖3-15，計算結(jié)果顯示見圖3-16和圖3-17圖3-15 dtm法參數(shù)設(shè)置圖3-16 5m格網(wǎng)間距dtm法計算結(jié)果顯示 圖3-17 dtm法格網(wǎng)間距5m計算結(jié)果顯示二dtmtf.log文件截圖采用不同格網(wǎng)間距，tem法計算結(jié)果繪制成散點圖，橫坐標表示格網(wǎng)間距，單位為m，縱坐標表示計算土方量，單位為m，見圖3-18。表3-18 不同格網(wǎng)間距tem法實例的土方量散點圖東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 土石方工程測量與計算 第四章 數(shù)據(jù)分析第四章 數(shù)據(jù)分析4.1 數(shù)據(jù)匯總由于所選的三棱柱和四分之一圓柱的體積是已知的，我們可根據(jù)公式 (4-1)其中a,b,h依次代表三棱柱的底，長和高，本文中分別為20,30,10 (4-2)r代表圓柱的底半徑，h代表圓柱的高。本文中半徑為100，高為50。根據(jù)公式可計算出理想模型的真值 于是我們結(jié)合第三章結(jié)果可有下表4-1，表4-2，表4-3，表4-4，表4-5表4-1 dtm法不同間距下的三棱柱的體積計算值與理論值比較格網(wǎng)間距（dx=dy）/m計算體積/m差值（理論值-計算值）/m誤差（差值/理論值）/2.530000053000007.5300000103000001530000020300000表4-2 格網(wǎng)法不同格網(wǎng)間距下的三棱柱的體積計算值與理論值比較格網(wǎng)間距（dx=dy）/m計算體積/m差值（理論值-計算值）/m誤差（差值/理論值）/2.52970301.052818.5181.56.057.526703301110225075025151319168156.3201187181360.4補充說明折線內(nèi)插角的定義，電腦是識別線段的，當存在圓弧時，我們需要把圓弧轉(zhuǎn)化為折線，相同弧度等分，這個等分角即稱折線內(nèi)插角。表4-3 格網(wǎng)法不同格網(wǎng)間距下1/4圓柱的體積計算值與理論值比較（折線內(nèi)插角5）格網(wǎng)間距（dx=dy）/m計算體積/m差值（理論值-計算值）/m誤差（差值/理論值）/2.5392254.2444.8820.1135392254.2444.8820.1137.5392254.2444.8820.11310392254.2444.8820.11315392254.2444.8820.11320392254.2444.8820.113表4-4 tdm法不同格網(wǎng)間距下1/4圓柱的體積計算值與理論值比較（折線內(nèi)插角5）格網(wǎng)間距（dx=dy）/m計算體積/m差值（理論值-計算值）/m誤差（差值/理論值）/2.5392254.2444.8820.1135392254.2444.8820.1137.5392254.2444.8820.11310392254.2444.8820.11315392254.2444.8820.11320392254.2444.8820.113表4-5 tdm法不同折線內(nèi)插角四分之一圓柱的體積計算值與理論值比較（格網(wǎng)間距為10m）折線內(nèi)插角/計算體積/m差值（理論值-計算值）/m誤差（差值/理論值）/2.5392569.7129.3820.0325392254.2444.8820.1137.5391746.6952.4820.24210391088.51610.2850.41015389404.93294.1820.83920386273.56425.5821.636由于所選實例撫州鳳凰城棚改方房8#號樓土方工程的真值是無法知道的，下面講格網(wǎng)法和dtm法所算結(jié)果匯總在一起，有下表4-6。表4-6 不同方法不同間距撫州鳳凰城棚改方房8#號樓土方量計算結(jié)果格網(wǎng)間距（dx=dy）/m格網(wǎng)法計算結(jié)果/mdtm法計算結(jié)果/m差值（格網(wǎng)法dtm法）/m2.510458.910443.1-15.86510419.110458.1-39.07.510593.610447.4146.21010418.810501.8-831511043.910484.6559.32010635.810478.2157.64.2 數(shù)據(jù)分析4.2.1縱向比較表4-1，我們可以驚奇的發(fā)現(xiàn)，采用dtm法計算的結(jié)果和真值是一樣的，其主要原因可以認為是模型模擬數(shù)據(jù)采取使合理的，均勻分布的，特征點都彰顯出來；dtm對這種三菱柱模型的建立是合理的，準確的。表4-2，可以發(fā)現(xiàn)，采用格網(wǎng)法計算這種模型時，存在誤差的，這種誤差是有規(guī)律的，格網(wǎng)間距越小，誤差就小。同時我們發(fā)現(xiàn)，去掉最后兩組誤差較大數(shù)據(jù)，采用二次多項式擬合，最小二乘法原理會有下圖4-1結(jié)果。擬合度r = 0.986，曲線擬合還行，當格網(wǎng)間距趨近于0是，體積為2918 m，與真值是比較接近的。圖4-1 格網(wǎng)法計算三菱柱體積數(shù)據(jù)擬合表4-3我們采用控制變量法，控制折線內(nèi)插角，采用格網(wǎng)法計算，改變格網(wǎng)間距，結(jié)果發(fā)現(xiàn)誤差是一定的，不隨方格格網(wǎng)間距增大而變化；表4-4，同表4-3一樣，不同的是采用dtm方法計算，結(jié)果是類似的，并且結(jié)果是一樣的，誤差也是一定的，不隨三角網(wǎng)格網(wǎng)間距增大而變化；表4-5，也是采用控制變量法，控制格網(wǎng)間距，我們可以發(fā)現(xiàn)，折線內(nèi)插角越大，誤差越大，但是這樣誤差變化是不大的；同樣采用二次多項式擬合和最小二乘法原則下可得下圖4-2，知r = 0.9970.99且當內(nèi)插角趨近于0時，v趨近于392500，這個值的誤差為0.051%，幾乎為零！ 4-2 1/4圓柱體積/ m與折線內(nèi)插角/的關(guān)系圖表4-6 我們可以發(fā)現(xiàn)，無論是格網(wǎng)法還是dtm法去計算土方量是時大時小的；但隨著格網(wǎng)間距減小時，數(shù)據(jù)有減小的趨勢，表4-6及圖3-15和圖3-18有明顯顯示。4.2.2橫向比較表4-1和表4-2，可知在測區(qū)邊界沒有圓弧的情況下，dtm法計算土方的方法相對精度高一些，但有圖3-5和圖3-7,以及圖3-15和圖3-17顯示可知，dtm的輸出結(jié)果沒有格網(wǎng)法直觀，格網(wǎng)法輸出結(jié)果給出每個格網(wǎng)的的挖填方，挖填深度，更易被人們所接受的而三角網(wǎng)是沒有的；表4-3，表4-4和表4-5，可知在測區(qū)邊界有弧線時，這種模型無論采用格網(wǎng)法還是dtm法，其計算結(jié)果是一樣的，與算法和格網(wǎng)間距變化是沒有關(guān)系的，而與折線內(nèi)插角是有關(guān)系的，并且折線內(nèi)插角越大，誤差越大；但是必須指出的是其計算精度和所選算法及格網(wǎng)間距不是沒有關(guān)系的；有表4-1，表4-2，表4-3，表4-4還有表4-5，可推測，在一般土石方工程，其計算精度不僅和外業(yè)數(shù)據(jù)采集有關(guān)，還與內(nèi)業(yè)計算所選的算法，格網(wǎng)間距有直接關(guān)系；要是測區(qū)邊界有弧線是還和折線內(nèi)插就角與關(guān)系；表4-6是一個實例，兩種算法計算結(jié)果弄成圖4-3，不難發(fā)現(xiàn)，格網(wǎng)法計算的結(jié)果明顯比dtm計算的結(jié)果波動性要大許多，再次證實dtm法比格網(wǎng)法計算精度相對來說要高些；圖4-3 不同方法實例土方量計算結(jié)果散點圖我們再做這樣的的統(tǒng)計分析，把用dtm法和格網(wǎng)法計算三棱柱體積的結(jié)果的差值和計算實例的差值進行比較，可得圖4-4圖4-4 相同格網(wǎng)間距下dtm法和格網(wǎng)法計算三棱柱體積的結(jié)果的差值和計算實例的差值比較在不格網(wǎng)間距下，格網(wǎng)法和dtm法計算的結(jié)果差值是在變化的，間距減小，差值絕對值有減小趨勢，并且間距趨近與零時，結(jié)果幾乎是一樣的！同時間距越小，差值越小，差值變化值時也越來小的，特別是三菱柱的體積，她的結(jié)果是越來越接近真值的，于是我么可以在實際應(yīng)用中可以采用差值較小的結(jié)果作為最終計算結(jié)果。4.3本章小結(jié)本章在比較cass8.0下，采用控制變量法，利用格網(wǎng)法和dtm方法計算的三菱柱的體積，1/4半圓柱的體積以及實例的土方的結(jié)果，橫向縱向比較分析，可有下面結(jié)論（1）在外業(yè)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)精準時，測區(qū)邊界沒有圓弧的情況下dtm算法的精度是比較的高，格網(wǎng)越細，精度越高，但是輸出結(jié)果不是很明顯；格網(wǎng)法的也有要相對的精度，也是格網(wǎng)越細，精度越高，并且結(jié)果顯示通俗易懂，被人們接受；（2）在外業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集準確時，測區(qū)邊界有圓弧時，計算土方的準確度不僅和采用的算法有關(guān)，還和格網(wǎng)間距，折線內(nèi)插角有關(guān)系，并且這種關(guān)系可采用某個多項式擬合出來，內(nèi)插角越小，精度越高。（3）在實際應(yīng)用中，可以采用二種方法計算，可以取計算結(jié)果變化較小的其中一個作為最終結(jié)果；（4）較為平坦，地面起伏不大的的場地適宜使用格網(wǎng)法，這個方法相比其他方法優(yōu)勢在于計算量小，計算速度快，省去了dem法較為龐大的數(shù)據(jù)存儲量。（5）地形起伏較大，精度要求又比較高的地區(qū)則需要采用dem法，這種方法精度相對較高，但是巨大的數(shù)據(jù)量也是拖慢效率的關(guān)鍵因素。當然對于（4）（5），需要指出的是沒有絕對正確的方法，只有根據(jù)經(jīng)濟，人力，當?shù)氐匦?，精度要求，施工時間長短等多方面因素綜合考慮，慎重選擇方法。爭取用最小的代價達到最優(yōu)的目的 。東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 土石方工程測量與計算 第五章 總結(jié)和展望第五章 總結(jié)和展望土石工程是一個龐大的工程，土方量的計算是其中的一個環(huán)節(jié)。本文主要講述了怎樣計算土方量問題，從外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理分析兩個部分著手，達到了預(yù)期的結(jié)果。外業(yè)數(shù)據(jù)采集方面，大致總結(jié)了傳統(tǒng)的全站儀和gps測量方法，同時自己了在外業(yè)測繪時的應(yīng)用技巧，提出了免定向?qū)χ辛績x器高測量方法在適用范圍的可行性和實用性。在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析方面，重點講述了在cass8.0軟件下采用格網(wǎng)法和dtm法計算三棱柱，1/4圓柱的體積和撫州鳳凰城棚改房的土方計算，采用控制變量法比較分析，并對高達50個不同計算結(jié)果進行分析統(tǒng)計，得出理想結(jié)果，詳見本文第四章。當然由于自己知識有限，本文也有一定的局限性，只在cass環(huán)境下計算結(jié)果，只采用了格網(wǎng)法和dtm法處理，而等高線法和在道路土方計算用的多的斷面法沒有做詳細討論。在科技高速發(fā)展的今天，對土方計算的精度必然要求越來越高，這就要求我們測繪人員要更高的測繪素養(yǎng)，我對此有這幾點展望：（1）在數(shù)據(jù)采用方面，采用三維激光掃描儀來采集，特別是車載式三維激光掃描儀將是必然的趨勢；（2）在數(shù)據(jù)出來方面，我們可以把dtm法計算生成的dtmtf.log文件處理，采用vba語言編程，生成一個比較直觀的表格，這樣可以保留自己的精度優(yōu)勢，還可以吸取格網(wǎng)法的直觀易懂優(yōu)勢。東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 土石方工程測量與計算 致謝致 謝歷時一個來月，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在此，我非常感謝王老師在這段時間對我的細心指導(dǎo)，使我圓滿的完成了實習任務(wù)，并致以最誠摯的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的協(xié)作。感謝我的室友以及10級測繪的全體同學們，感謝他們這四年來的關(guān)心和幫助，是他們讓我對過去的歲月充滿了留戀。在此祝愿他們以后的工作順利！ 在大學四年里，我能接受到老師們的教育和指導(dǎo)。正是由于這些老師們的敬業(yè)精神和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，鞭策著我們前進。在大學生活中我們過得很充實，不曾虛度光陰，測量學的專業(yè)知識學得很到位。每當遇到問題，老師們都會悉心給以指導(dǎo)解答，讓我倍受感動，尤其在握考研階段時，是你們給我們講述怎樣復(fù)習，怎樣取得好成績。 由于時間倉促，論文未免有不盡完善之處，敬請各位老師批評指正。 最后，祝愿東華理工大學的老師們身體健康，再接再厲為國家培育更多的測繪人才！東華理工大學長江學院本科畢業(yè)論文 土石方工程測量與計算 附錄附錄：實例棚改房土方計算數(shù)據(jù)點號yxz點號yxz1502255.4309596445.66366502306.3309595842.7632502251.7309596245.59767502282.3309598844.3863502248.8309597046.5568502206309594049.544502244.1309598146.66869502200.9309594150.2765502236.1309597746.81670502194.7309593850.3526502236.1309596847.34771502187.2309593249.9627502239309596146.62472502181.4309591549.7318502233.1309595746.66173502179.7309590149.5359502213.1309594349.22574502180.3309589449.63210502211.7309593548.79575502179.3309588949.6711502214.8309593446.53476502187.6309591847.92112502229.8309593044.4777502193.7309592447.78513502242.1309593644.3178502190.4309592747.87914502250.7309593944.07579502187.8309592747.83815502254.4309592444.52880502189.4309591847.0216502252.9309592