土地平整土石方计算方法.docx

土地平整土石方计算方法高程点及数字化地形图完成后方进行内业计算,根据工程采用不同计算方法;比较经常的几种计算土方量的方法有:方格网法、等高线法、断面法、DTM法、区域土方量平衡法和平均高程法等。在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地,宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小,计算速度快,省却了DTM法庞大的数据存储量。   在狭长地带,比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方量。   在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到TIN的计算方法。但是也要考虑到,如果地图本身数据量大,数据储存量的问题。   总之,在对土方量进行计算时,要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情况,选择合适的计算方法,达到最优的目的(一)断面法   当地形复杂起伏变化较大,或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段,宜选择横断面法进行土方量计算。    上图为一渠道的测量图形,利用横断面法进行计算土方量时,可根据渠LL,按一定的长度L设横断面A1、A2、A3……Ai等。   断面法的表达式为(1)   在(1)式中,Ai-1,Ai分别为第i单元渠段起终断面的填(或挖)方面积;Li为渠段长;Vi为填(或挖)方体积。   土石方量精度与间距L的长度有关,L越小,精度就越高。但是这种方法计算量大,尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少计算量而加大断面间隔,就会降低计算结果的精度;所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。  (二)方格网法计算   对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网,然后计算每个四棱柱的体积,从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土方量。在传统的方格网计算中,土方量的计算精度不高。现在我们引入一种新的高程内插的方法,即杨赤中滤波推估法。1、杨赤中推估   杨赤中滤波与推估法就是在复合变量理论的基础上,对已知离散点数据进行二项式加权游动平均,然后在滤波的基础上,建立随即特征函数和估值协方差函数,对待估点的属性值(如高程等)进行推估。   2、待估点高程值的计算   首先绘方格网,然后根据一定范围内的各高程观测值推估方格中心O的高程值。绘制方格时要根据场地范围绘制。   由离散高程点计算待估点高程为 (2)    其中,为参加估值计算的各离散点高程观测值,为各点估值系数。而后进一步求得最优估值系数,进而得到最优的高程估值。3、挖(填)土方量区域面积的计算   如果,土方量计算的面积为不规则边界的多边形。那么在面积进行计算时,先对判断方格网中心点是否在多边形内,如果在,那么就要计算该格网的面积,否则可以将该格网面积略去。 如图3所示,首先对格网中心点P进行判断,可以采用垂线法,即过P()点作平行于y轴向下的射线    设多边形任意一边的端点为,令   (1)当δ<0时,若y>,则射线与该边有交点,否则无交点,若y=,则知P在多边形上。   (2)当δ=0时,若x=,则当y>时,二者有交点(),当y<时,不予考虑。当y=时,说明P在多边形上。若x=,方法同上。   (3)当δ>0时,不予考虑。   对多边形各边进行上述判断,并统计其交点个数m,当m为奇数时,则P在多边形内部,否则P不在多边形内部。   通过对图中、点的判断可以知道,位于多边形内,位于多边形外。那么,所在的格网的面积要进行计算,而所在的格网的面积则可以略去。   然后利用杨赤中滤波推估法求得的每个方格网的中心点的高程值与格网面积进行计算。即=  (3)   ij表示第i行j列的小方格网,a,b为格网的边长,最后汇总土方量。(三)DTM法(不规则三角网法)   不规则三角网(TIN)是数字地面模型DTM表现形式之一,该法利用实测地形碎部点、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。相对于规则格网,不规则三角网具有以下优点:三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调,直接利用原始资料作为网格结点;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,以及能很好地适应复杂、不规则地形,从而将地表的特征表现得淋漓尽致等。因此在利用T1N算出的土方量时就大大提高了计算的精度。  1、三角网的构建   对于不规则三角网的构建在这里采用两级建网方式。   第一步,进行包括地形特征点在内的散点的初级构网。   一般来说,传统的TIN生成算法主要有边扩展法,点插入法,递归分割法等,以及它们的改进算法。在此仅简单介绍一下边扩展法。   所谓边扩展法,就是指先从点集中选择一点作为起始三角形的一个端点,然后找离它距离最近的点连成一个边,以该边为基础,遵循角度最大原则或