各种计算方法的适用范围及特点

    土石方测量的主要内容是计算同一地块开挖(或填充)前后的填方量(或挖方量)，实际上就是计算土方体积。无论采用什么方法进行体积计算，都必须具备已知的两个基本条件：(1)开挖(或回填)前地面的起伏状况；(2)开挖(或回填)后地面的起伏状况或场地设计标高1。Cass7．o地形地籍成图软件提供了DTM法、断面法、方格网法、等高线法等计算土石方量的方法2。在确保精度的前提下，每种方法都有在特定环境下的优越性与适用性。

(1)DTM法土石方计算

    DTM(Digital terrain model)——即数字地面模型。是用众多地面的平面坐标和高程描述地表形状的一种方式。由DTM模型来计算土石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挖填方量，最后累计得到指定范围内挖填方的土石方量，并绘制出挖填方分界。DTM法土石方计算主要适用于设计面为平场或单一倾斜场的情况，共分为3种计算方法。分别为：根据坐标文件、根据图上高程点、根据图三角网进行计算。在运用时，根据实际已知情况，选择上述最恰当的一种方法进行计算。从DTM土石方计算原理上看，高程点密度越大越能体现实地地形的变化细节，适用于地形复杂区域的土石方计算。该方法对野外观测数据要求高，数据存储量大。

此外：DTM模型法还可以计算两期间的土石方量。该方法是对同一区域进行两次测量，利用两次野外测量得到的坐标数据建模后叠加，计算出两期间所测区域土石方变化情况4。此方法是计算区域内两期间均是不规则表面的上佳选择。同时也是解决实际施工过程中区分土质和石质挖方的最好办法。

(2)断面法土石方计算

断面法适用于狭长带状地形场地。其原理是依据某一方向为基准，用一定间距测定垂直于此方向的断面数据，以断面面积和断面间距计算两断面间的土石方量。主要用于道路、沟渠等线状区域的土石方计算。需要注意的是使用该方法计算土石方量要求计算人员对参数设置掌握得比较清楚。

(3)方格网法土石方计算

   方格网计算法适用于设计面为平面、斜面以及三角网的情况，是通过读取高程点坐标数据文件来实现的。计算设计面为平面和斜面时只需加入设计给出的高程值或斜面的基准点、基准线和坡度即可计算得出结果。对于设计面是不规则图形且各个点位高程设计值各不相同时，可将设计点位的所有高程值生成三角网文件“*．sjw”，选择该文件参与计算即可。

(4)等高线法土石方计算

    一般来说，用于建立DTM的等高线数据可以通过地图数字化的方法获得，通常包括等高线的高程值、等高线上的特征点数和依次排列的各特征点的平面坐标5。当用户只有扫描矢量图时，因为没有高程数据文件，利用等高线法计算土石方就是很好的选择。Cass7．o等高线计算土石方的功能专门为这类用户设计。由于两条等高线所围成的面积可以求得，高差已知，便可求出这两条等高线之间的土石方量。需要注意的是，该方法需要选择闭合的等高线才能计算出结果。

2几点体会

     (1)计算两期间土石方量需要注意的是：在野外采集碎部点时两次施测范围要求尽量保持一致，否者数据叠加后非重合部分将无法参与计算，这样势必会影响计算结果的准确性。尤其体现在土石方发生了较大变化的区域，必须在叠加范围之内。

    (2)在进行方格网土石方计算时可对方格宽度进行设置，方格的宽度设置越小，计算精度就会越高，但也取决于高程点的疏密程度。如果所输入的方格宽度小于高程点之间的最小距离，也就失去了实际意义。

(3)在DTM法计算时，由于三角网的连接是随机的，在高程点缺少的区域，尽管两点相距非常远，软件也会自动参考最近高程点的信息。数据生成三角网时会出现构网不合理的情况。在实际计算时必须予以删除，否则将影响到计算结果的精度。并在适当的地方增加或重组三角形，也可根据实际需要对构网条件加入限制，方法是通过菜单中“过滤三角形”进行适当的调整。在野外采集数据过程中如遇地形复杂，建议现场拍摄照片，标注地形变化较大处的特征点6。以便在构网时对三角进行修改和对比。使得三角网更加贴近真实地貌。下图是某工程原始地貌采集数据建立的三角网。图1箭头所指A～G三角形在参与计算之前应该予以删除。删除后如图2所示才是真正反映实际地貌的三角网构成。

(4)在运用Cass7．O土石方计算时不论建立方格网还是三角网，都是基于相邻高程点之间的位置关系，并不能完全体现实地地貌变化情况。尤其在山区沟坎较多的区域单纯依靠软件计算会产生较大误差。如图2中没有C点、D点高程数据，软件只会以ABEF进行构网计算，这样是肯定错误的。在野外，往往同一道陡坎的坎高是随着地形不断变化的。如图2所示，AB为坎上，CD为坎下，A点处坎高2m，B点处坎高5m。在坎类编辑时输入坎高2m或5m显然都不正确。所以即便是在建立DTM模型时选择了“建模过程考虑陡坎”也不会有太高的精度。因为软件在计算时需要加入坎的属性(坎高)作为计算条件，坎高不准确，计算结果自然就不准确。当然在坎高一致的时候，建立DTM模型选择“建模过程考虑陡坎”进行计算则是非常方便快捷的。为获取高精度的土石方计算成果，建议在野外碎部点采集时，对于地貌变化较大的区域增加高程点采集密度，特征点一定要如实测到。实测坎下数据，如图3中C、D的高程。这样计算结果精度才能够得到保障。

(5)由于仪器自身原因或作业人员的疏忽，可能在观测数据中产生高程粗差数据，很难直观的发现。容易造成计算结果出现较大误差。所以对于野外采集的碎部点数据在参与计算之前应该进行粗差检查。可建立一个DTM模型，进行等高线生成，通过观察等高线走向及分布，可轻松判别有无明显粗差。另外后期检查工作也很重要，鉴于土石方计算的繁琐性，手工检查显然不太现实。建议使用两种计算方法的结果进行对比。如使用“方格网法”和“DTM法”来对计算结果进行互检。一般情况下，两种计算结果的互差在5％以内则认为计算结果可以认可。

(6)在使用等高线法计算土石方量前尽量选择大比例尺地形图。计算时要求所选等高线必须闭合，另外等高线选取的多少将直接影响到计算结果，尤其是在地形复杂区域差别更大。如图4与图5的计算结果对比。显然图5的计算结果更加准确。

  所以在计算时应将待计算区域内的所有等高线逐一选取。等高线法一般在工程中很少用到，主要原因是该方法要求参与计算的等高线必须是闭合的，但在实际工程应用时等高线却很少是闭合的，除非要计算的区域刚好是一个山头。且等高线处理时人为的进行了取舍和综合，计算土石方量与实际土石方量存在一定的误差，需谨慎使用。

总结

    在对土石方量进行计算时，每种计算方法都有各自的优点和局限性。一定要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的因素，选择合适的计算方法，达到最优的目的。在实际工作中作为技术人员应该不断总结经验，不断挖掘计算软件潜力，吃透计算原理，不要单纯依赖于软件的傻瓜式操作，只有这样土石方量计算质量才会有保证。土石方工程中各方利益才会得到保障。