基于CASS在土石方量计算中的分析.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2023-02-12作者简介：杨文杰（1995），男，甘肃省陇南市，主要从事基础测绘测量工作研究通信作者：李军永（1985），男，山东省潍坊市，主要从事基础测绘测量工作研究E-mail：基于CASS在土石方量计算中的分析杨文杰，李军永（中国安能集团 第一工程局有限公司，广西 南宁 530000）摘要：随着经济快速发展，大量土地被开发利用。其中土方量准确计算对于项目施工尤为重要，CASS软件是基于ACTOCAD平台研发的前端数据采集系统，经过十几年的发展，具备土方量计算功能，且精度高、速度快，本文讨论CASS9.2在土石方量的不同计算方法和对精度影响、对比分析，由于计算原理的不同，各有利弊。关键词：CASS；土方计算：DTM法：方格网法：断面法中图分类号：TU751文献标志码：Bdoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.048在实际工程中，土石方量计算的准确影响着工程造价和进度，费用占比较大。土石方计量工作对整个项目的成本控制、施工作业计划及资金分配具有重大意义。CASS软件将RTK、全站仪结合将不规则、复杂的土石方量的采集、计算、绘图紧密衔接，使计量工作能够精确而高效的批量进行，极大地提高了计算效率和精度1-3。1概述1.1土石方量计算土石方量计算是对指定区域依据指定原始地形和设计高程面的体积量计算。其最关键的工作在于现场数据采集能准确表述出实际的地形施工前后的变化，因为原始地形和设计的地形是不规则、复杂多变的面组合在一起，而对于设计和原始地形的表达都只能是近似于实际地形。土石方量计算方法包括DTM法、方格网法、断面法等1-3。1.2现场数据采集与整理现场数据采集与整理步骤包括：架设仪。选择后方交会或设站定向方法，并对中、整平、精平等操作。创建文件及输入控制点坐标。测量点的坐标。进入“测量”模式，对地形数据进行采集，特别注意将高地、陡坡、深坑等地形起伏较大的位置进行加密采集，非加密区5 m5 m采集，加密区2 m2 m采集。外业补测。如发现数据不满足精度要求，需要进行外业数据的补测。原始地形地貌确认。2DTM法2.1DTM法计算原理CASS软件工程应用模块中，集成有DTM法计算功能，可根据采集的地形及设计面的数据生成三角网.sjw格式文件，DTM模型计算每个柱体的体积得出填挖方量，累计得到范围内填挖方量，并绘出表格及填挖方分界线，计算精度较高，复杂地形及设计面为斜面或不规则面时可采用DTM法中的两期间土方量计算。2.2准备工作先用“PL”画出计算区域，最后用“C”与起点闭合连接，否则提示该实体不闭合无法进行下一步，根据设计要求，确定平场标高、是否放坡、放坡方向。2.3DTM法DTM法计算共有3种方法，具体介绍如下。2.3.1坐标计算方法打开图纸，依次点击子菜单栏“根据坐标文件”。软件提示：选择计算边界线，点击选择多段线。参数设置里输入平场标高、边界采样间隔及边坡设置：“区域面积”是该多段线组成的平面积；“边界采样间隔”根据现场实际取值，当高程点间距过大时，软件自动内插高程点，软件设定默认值为20 m，即超过20 m时软件自动内插高程点；“边坡设置”当设计地形是斜面，则需要处理边坡，选择放坡的方式则分为向上或向下，平场高程低于地面高程则设置为向上放坡，类似于盆地放坡，否则为向下放坡，输入该坡的坡度值。回车后屏幕上弹出显示填挖方的提示框，提示：挖方量及填方量，并绘出分界线，图中为黑色线条所示，同时绘出该范围内所分析的三角网，可打开dtmtf.log文件详细查看，得到计算结果。2.3.2高程点计算展高程点绘制计算边界线，点取“工程应用DTM法土方计算根据图上高程点”。其余操作则与坐标计算法一样。2.3.3三角网计算展高程点，多段线绘出计算土石方量的边界线。点取“等高线S/建立DTM”，生成三角网并检查，点击子菜单下“依图上三角网计算”，输入平场标高。软件弹出提示：请在图上选取三角网，框选所有的三角形回车后。综上所述，相同的数据、不同计算方法，其结果是有差距的，即使采用一样的计算方法计算结果也会不一样，随着变量变大计算结果均增大，参数和方法越合理、精度越高。3方格网法3.1计算原理方格网法土石方量计算先将计算区域划分为若干个正方形方格，根据采集的地形数据和设计高程，cass计算得到每个方格的自然标高、零线位置及面积，利用体积公式计算得出填挖方量且绘制分界线。方格网法操作简单但精度较低。3.2设计面是平面用“PL”画出计算区域，注意最后用“c”与起点进行闭合连接，否则计算时提示：该实体没有闭合。点击子菜单栏“方格网法土石方计算”，选择边界线。选择高程数据文件；选择“平面”输入设计高程及方格网宽度，输入合适的宽度值，默认值为20 m。由计算原理可知，方格的边长越小，计算精度越高；取值太大或太小，反而对精度影响较大。最后“确定”，绘出所分析的方格网图，填挖方的分界线（为方便查看已选中），并得出每个方格的填挖方。3.3设计面是斜面操作步骤与是平面操作一致，关键在于斜面分为基准点和基准线，区别在于基准点用于单坡而基准线用于双边坡的工程。当斜面适用于基准点时：勾选“斜面【基准点】”需要确定好基准点的设计高程、坡度、基准点即向下方向上一点的坐标等信息，可图中选取也可直接输入确认，弹出如图8所示信息。当斜面适用于基准线时：点击选取“斜面【基准线】”输入坡度值，拾取两个基准点以及向下方向上的一点，在输入设计高程确认，软件进行计算绘制出方格网计算成果图。94人 民 黄 河2023年S13.4设计面是三角网文件首先展高程点，将地形数据展入图中，用多段线画出土石方的区域，注意用命令“c”与起点闭合连接。点击“等高线S建立DTM”建立三角网，提示选择：“选择计算区域边界线”，框选土石方边界线，生成后查看等高线进行添加或删除，使等高线符合实际情况提高计算精度。选择“等高线三角网存取写入文件”命令，将三角网文件以.sjw格式进行保存。点击“工程应用方格网法土方计算”，提示：“选择计算区域边界线”框选闭合土石方边界线。根据软件提示，在“输出格网点坐标数据文件”中选择数据文件，在“三角网”以栏选择提前保存的三角网.sjw文件；输入方格宽度完毕后，绘制出方格法三角网土石方量计算成果图，方格的宽度越小，计算精度越高，取值太大或太小，不符合现场实，计算精度反而变小，方格网大小跟高程点密度相匹配精度则越可靠，4断面法4.1基本原理断面法土石方计算首先确认纵断面线位置及横断面数量，在地形复杂、精度高的土石方工作可多设横断面线，提高精度，平坦地形可取值较大，一般间隔取值为整值，间隔取值越小，计算精度越高，工作量随之增加，分别得出横断面的填挖面积，根据相邻两横断面的间距累计得出该区域的土石方量，其公式为V=（A1+A2）/2 L（1）式中：V为土石方量，m3；A1、A2分别为相邻两横断面图的面积，m2；L为该相邻横断面之间的距离，m。4.2操作步骤断面法操作较为复杂，CASS软件经过多年的发展，将设计图纸、现场和仪器紧密结合在一起，处理过程较为直观快捷，生成横断面图首先需生成里程文件，而生成里程文件有4种方法，点击“工程应用生成里程文件”可见4种方法，生成里程文件的精度直接影响结果精度，具体如下。4.2.1由纵断面线生成首先展高程点，将数据展入图中，使用“PL”绘制纵断面线。依次点击“工程应用生成里程文件由纵断面生成新建”。点击选择纵断面线。由“添加、变长、剪切、设计”等横断面编辑功能根据实际并对横断面线进行修改，输入参数后，自动生成横断面线。4.2.2由复合线生成用“PL”绘制纵断面线，点击“工程应用生成里程文件由复合线生成”，从纵断面线的起点开始，软件按相同间距记录距起点的距离和所在交点的高程，生成里程文件。4.2.3由等高线生成由等高线生成指从断面线的起点开始验算，横断面线生成后处理与等高线交点处在纵断面线上的距离及高程。在操作图上用“PL”绘制纵断面线。点击子菜单栏下“由等高线生成”里程文件。按提示：选取纵断面线。根据提示，输入里程文件名称和起始里程，完成后按确认生成里程文件完成。4.2.4由三角网生成由三角网生成指从断面线的起点开始验算，处理与每个三角网边线的所有交点，记录该交点处的距离和高程。首先需“PL”绘制纵断面线及边界线范围，在点击“等高线 s建立DTM”根据提示选择范围生成的三角网，将三角网文件以.sjw格式保存。依次选择菜单栏下“由三角网生成”里程文件。提示信息：请选取纵断面线，输入要保存的里程数据文件名称和纵断面线起始里程。为满足实际需要，可以找到里程文件用记事本打开直接编辑，如断面高程点与实际测点不符合，此种情况就可手动修改。4.3选择土方计算类型4.3.1道路断面土石方计算首先选择子菜单栏下的“道路断面”。在信息框根据实际需要合理设置道路断面参数。选择里程文件：选择事先保存好的里程文件，中间部分的参数不需要修改默认值即可，对话框中输入道路设计的各种参数单位均为m。横断面设计文件：需要提前设置道路参数保存下来，在“道路设计参数文件”中横断面道路参数设置的对话框，根据设计地形的数据参数保存设计文件。绘图参数-断面图比例横纵断面图均调整为11 000，列间距根据断面图宽度确定，其余参数不变，选择断面图生成位置，生成开挖后断面图。修改断面线：生成实际断面线与现场实际不符的情况下，则需要手动修改使横断面符合实际，选择“编辑断面线编辑功能.按提示选择横断面图进行调整（输入新的里程及高程即可完成修改）。点击选择子菜单栏下的“图面土方计算”功能。完成选择后提示：选择要计算土石方的断面图：框选绘制出要计算的横断面图。指定土石方计算表格位置：生成土石方量计算表。4.3.2任意断面法土石方计算点击子菜单栏下“任意断面”功能。软件弹出对话框，任意断面参数设计：公路轴线3.5 m的左幅路面宽度，0.50.5的排水沟接11坡度向上的斜坡，输入断面图要绘制的比例，这里纵向、横向比按11 000，编辑好道路横断面线后确定。根据提示在绘制纵横断面图对话框输入断面图比例，选择断面图位置，绘出道路的纵断面图。同样步骤，点取“工程应用断面法土方计算图面土方计算”，系统绘制土石方计算表。5各种土石方量计算方法的分析比对运用等高线法生成里程文件的精度在于生成等高线的精度，等高线精度越高其精度越高，其优点是只需要闭合的等高线就能完成计算，过程简单，所以该方法多用于大面积山地区域的概算，一般很少使用，做参考作用。方格网法主要适用于范围较大、斜面、平面等土地形较为平坦的场地,可以从它的计算原理看出，该方法对于复杂多边、崎岖不平的地形特征很难精准地反映出来。DTM法可适用于各种地貌，其中应用较多的为方格网法与三角网法。三角网法计算精度较高，主要用于地形复杂多变、起伏不平；在数据满足的条件下，三角网能更好地模拟实际现场地形，对于数据采集和数量要求更高。断面法一般用于大坝、河道、道路等复杂多变且地形狭长的场地计算，要想断面法计算精度提高，就要增加横断面的数量和数据采集均匀分布于地形特征，必须对参数的设置理解透彻。参考文献：1 汪海燕.基于方格网法对工程土方量精度计算的研究 J.山西建筑，2010（20）：92-932 南方测绘仪器有限公司.南方CASS用户手册 S.上海：同济大学出版社，2008：10-523 季朝亮，李宗聚，马学民.关于几种土方量计算方法的研究 J 测绘与空间地理信息.2010（3）：2-3【责任编辑简群】95