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基于数字地面模型的土方计算软件的开发与应用
李为民
(厦门市测量队 361003)
【摘要】本文阐述了基于三角网数字地面模型计算土方的基本原理,描述了以此为基础的DTM-VOL土方计算软件的基本算法、程序结构和主要功能。
一、引言网
突飞猛进发展的计算机技术、空间技术和现代通讯技术推动了以3S为代表的现代数字测绘技术的研究和应用,数据采集和数据处理手段的多样化、自动化、智能化程度日益提高。然而,也存在这样的问题:实际生产对现代测绘成果的应用并不充分,土方测算就是一例。全站仪、计算机和数字测图软件等先进软硬件设备的普遍应用与传统方格网法和断面法土方测算等落后手段的普遍采用并不协调,生产单位对土方测算依然“忧喜参半”。喜在土方测算效益显著,忧在测算过程繁琐且精度差,纠纷难免。为此,笔者经过努力,利用数字测图软件自动建立的数字地面模型,开发了DTM-VOL土方计算软件,实现了土方测算内外业一体化的全自动过程。
二、基本原理和设计目标
1. 基本原理网
土方计算的目的主要是计算同一地块开挖(或填充)前后的填方量(或挖方量),实际上就是计算体积。无论采用什么方法进行体积计算,都必须已知的两个基本条件是:(1) 开挖(或填充)前地面的起伏状况;(2) 开挖(或填充)后地面的起伏状况。
地面起伏状况在计算机中的准确描述就是通常所说的数字地面模型(DTM)。其描述方法有三种:曲面方程、三角网或方格网、横(纵、水平)断面。用曲面方程准确描述地面的起伏状况十分困难,通常采用后两种方法,其实质分别是:(1) 用大量相互连接的三角形面或矩形面拟合地面的起伏状况;(2) 用平行截取的横(纵、水平)断面拟合地面的起伏状况。三角形面、矩形面或横(纵、水平)断面数量越多,对实际地面起伏的描述越准确。由于断面对地面的描述不连续,因此,通常所说的DTM指三角网或方格网,就是把若干三角形或矩形顶点的三维坐标(E,N,H)以及它们之间的邻接关系输入计算机而建立起来的。据此,计算机便可以准确无误地识别地面的高低起伏情况。
如果将DTM视为空间的曲面,填挖前后的两个DTM即为两个空间曲面,那么计算机便可以自动计算两个曲面的交线,也可以用一条铅垂线同时对两个曲面任意切割,并计算夹在两个切割下来的曲面间的空间的体积,实际上就是土方计算中的填挖交界线、填方量和挖方量。
2. 设计目标网
土方测算中,外业的工作内容就是地形测量。充分利用全站仪坐标存储和数据传输功能测量地形特征点是最自由、简便的地形测量作业方式,这样既准确刻画了地形的整体面貌和局部细节特征,又最大限度地减少了冗余高程点,为外业生产提供了无约束的工作空间,同时具有较高的作业效率。计算机智能化辅助数据处理则是内业追求的工作境界。因此,支持上述作业方式,实现内外业一体化、自动化成为设计DTM-VOL土方计算软件的目标。

三、DTM的建立网
目前,国产数字测图软件已日趋成熟,它们均具备用离散的碎部高程点建立三角网DTM,并自动生成等高线的功能。EPSW 97数字测图软件在建立三角网数字地面模型方面具有可靠的分析能力和良好的编辑功能,为快速准确构造一般地形甚至破碎地形的三角网DTM提供了一个有力的工具。DTM-VOL软件识别的基础数据就是来自EPSW 97的三角网DTM。
采用三角网D