■鐘險(xiǎn)飛

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院廣東廣州510800）

DTM法在土石方計(jì)算中的應(yīng)用及技巧

■鐘險(xiǎn)飛

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院廣東廣州510800）

本文分析了常用土石方計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，詮釋了DTM模型法的原理及應(yīng)用技巧。通過在韶關(guān)冶煉廠中對(duì)"DTM土石方計(jì)算方法"的具體應(yīng)用，得出了該方法在工程土方計(jì)算中的一些應(yīng)用技巧、對(duì)提高工程土石方計(jì)算精度、增加經(jīng)濟(jì)效益有一定的幫助。

DTM法 土石方計(jì)算 應(yīng)用技巧

1 引言

韶關(guān)市地處南嶺山脈之南的珠江流域，境內(nèi)山巒起伏，以山地丘陵為主，地面坡度大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)也隨之增加，施工場(chǎng)地的通平問題最先擺在了業(yè)主面前，隨之而來的是土石方量計(jì)算工作數(shù)量的增加。首先須經(jīng)外業(yè)的實(shí)測(cè)，為內(nèi)業(yè)計(jì)算建立模型提供數(shù)據(jù)；其次是在內(nèi)業(yè)處理時(shí)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理有效的模型；最后還要對(duì)影響模型的一些情況進(jìn)行干預(yù)和選擇。盡管和以前手工計(jì)算相比，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟件土石方計(jì)算成果方法也有很多，不僅快速，而且精度也有所提高。但土石方計(jì)算結(jié)果的預(yù)測(cè)往往和實(shí)際施工量之間存在的很多分歧，甚至巨大的差距也時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)一個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行土方石計(jì)算時(shí)，我們首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分析，應(yīng)該使用哪種方法能夠快速準(zhǔn)確的計(jì)算土石方量。

2 常用的計(jì)算土石方的方法

在工程建設(shè)中，常需要將自然地貌改造成水平的場(chǎng)地，或者將自然地貌改造成一個(gè)、幾個(gè)坡度的場(chǎng)地，以便適于布置各類建筑物和構(gòu)筑物。土石方量的計(jì)算方法常用的有方格網(wǎng)法、斷面法、DTM法等。

2.1 方格網(wǎng)法

對(duì)于大面積的土石方計(jì)算以及一些地形起伏較小、坡度變化較緩的場(chǎng)地適宜用方格網(wǎng)法。這種方法是將場(chǎng)地劃分成若干個(gè)正方形格網(wǎng)，然后計(jì)算每個(gè)四棱柱的體積，從而將所有四棱柱的體積匯總得到總的土石方量。在傳統(tǒng)的方格網(wǎng)計(jì)算中，土石方量的計(jì)算精度不高?，F(xiàn)在我們引入一種新的高程內(nèi)插的方法，即楊赤中濾波推估法。

2.2 斷面法

當(dāng)?shù)匦纹鸱兓^大、地形比較復(fù)雜，或地狹長(zhǎng)、挖填深度較大且不規(guī)則的地段，宜選擇橫斷面法進(jìn)行土石方量計(jì)算。

土石方量精度與間距L的長(zhǎng)度有關(guān)，L越小，精度就越高。但是這種方法計(jì)算量大,尤其是在范圍較大、精度要求較高的情況下更為明顯；若是為了減少計(jì)算量而加大斷面間隔，就會(huì)降低計(jì)算結(jié)果的精度;所以斷面法存在著計(jì)算精度和計(jì)算速度的矛盾。

2.3 DTM法

不規(guī)則三角網(wǎng)是數(shù)字地面模型DTM表現(xiàn)形式之一，DTM法是利用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)進(jìn)行三角構(gòu)網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土石方。

基于不規(guī)則三角形建模是直接利用野外實(shí)測(cè)的地形特征點(diǎn)(離散點(diǎn))構(gòu)造出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn);不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度；能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征，以及能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致等。因此在利用三角網(wǎng)算出的土石方量時(shí)就大大提高了計(jì)算的精度。

可以看出，DTM法的精度較高，因?yàn)槿蔷W(wǎng)能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而更好地表達(dá)真實(shí)的地面特征。

3 DTM法在工程中的應(yīng)用

在施工中，為了估計(jì)土石方的工程量和費(fèi)用，須根據(jù)設(shè)計(jì)平面位置對(duì)土石方量進(jìn)行計(jì)算，土方量實(shí)際上就是原始地表與設(shè)計(jì)地表之間的體積值。而在實(shí)際工作中，業(yè)主在很多情況下是對(duì)工程已經(jīng)進(jìn)行施工后才要求計(jì)算該工程的土石方量。

3.1 DTM法的原理

數(shù)字地面模型(Digital Terrain Model DTM)是地貌形態(tài)的離散表示。DTM是用數(shù)字形式(X，Y，z)坐標(biāo)來表達(dá)區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)，以縮微的形式再現(xiàn)了地表形態(tài)起伏變化特征，具有形象、直觀、精確等特點(diǎn)，適用于所有的地形條件，并且計(jì)量的精度相當(dāng)高。在生產(chǎn)中有廣泛的使用價(jià)值。例如；在民用和軍用的工程項(xiàng)目中計(jì)算挖填土石方量；道路設(shè)計(jì)的路線選擇、地址選擇，不同地形的比較和統(tǒng)計(jì)分析；計(jì)算坡度和坡向，繪制坡度圖、用于地貌分析，計(jì)算浸蝕和徑流等等。

土石方量計(jì)算實(shí)際上就是計(jì)算原始地表與設(shè)計(jì)地表之間的體積值。因此只需在計(jì)算區(qū)建立兩個(gè)DTM，一個(gè)為原始地表DTM，另一個(gè)為設(shè)計(jì)地表DTM，根據(jù)兩個(gè)DTM差值即可求出計(jì)算區(qū)的土石方量。

3.2 實(shí)例及相關(guān)技巧

2015年3月受業(yè)主委托，我部門承接了韶關(guān)冶煉廠土石方測(cè)量工作。業(yè)主提供了填挖前的原始地形數(shù)據(jù)為1966年成圖的1: 2000地形圖（獨(dú)立坐標(biāo)系），但是韶關(guān)冶煉廠的原始地貌已經(jīng)被破壞，不能對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)，只能測(cè)出現(xiàn)在韶關(guān)冶煉廠的地形地貌，業(yè)主需要我們算出韶關(guān)冶煉廠這片區(qū)域的土石方量。

承接工程之初，我們首先對(duì)該地區(qū)進(jìn)行分析，該地區(qū)所處地理位置為韶關(guān)市南郊九公里，多以山地丘陵為主，平坦地區(qū)稀少，經(jīng)討論分析，該地區(qū)適合用DTM法計(jì)算土石方量。其次我們將業(yè)主提供的韶關(guān)冶煉廠的原始數(shù)據(jù)1966年的地形圖進(jìn)行了分析，并按需要用南方CASS7.0在該圖上選取一些具有代表性的特征點(diǎn)，能夠很好的反應(yīng)該地區(qū)地形變化的特征點(diǎn)。比如在坎上、坎下、山坳、山脊等地形有明顯變化的地方取點(diǎn)，取點(diǎn)應(yīng)盡量多取，避免建立三角網(wǎng)時(shí)與實(shí)地地形不符，出現(xiàn)三角模型懸空狀態(tài)。

3.2.1 測(cè)取地貌地形特征點(diǎn)

（1）外業(yè)觀測(cè)時(shí)在凸起或凹下的部位，均適當(dāng)增加采集點(diǎn)的密度；特別是在地勢(shì)邊坡坡底線、陡坡邊線、梯田臺(tái)地邊線等，測(cè)點(diǎn)過程中繪制地形草圖，逐點(diǎn)做好記錄。

（2）每次測(cè)取土石方計(jì)算邊線應(yīng)相同，且任何相鄰三個(gè)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的三角形不宜為150°以上的鈍角三角形。

3.2.2 建立三角模型，生成等高線，檢查數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

建立三角網(wǎng)后，生成等高線，然后觀察等高線，如等高線有一處（A）非常密集(如圖1、如圖2)，跟其他地方的等高線相差比較大，我們就要分析并找出此處發(fā)生錯(cuò)誤的原因，然后對(duì)其進(jìn)行糾正，以便準(zhǔn)確的計(jì)算石土方量。

3.2.3 優(yōu)化計(jì)算三角網(wǎng)

（1）打開CASS7.0，將野外測(cè)點(diǎn)展到CASS7.0上。

（2）進(jìn)入CASS7.0軟件“等高線”菜單下的“由數(shù)據(jù)文件建立DTM”,然后生成等高線，按以上提供的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查之后再重新生成三角網(wǎng)，先對(duì)照土石方計(jì)算區(qū)域邊線、地勢(shì)邊坡坡底線、陡坡邊線、梯田臺(tái)地邊線等地形線，用“重組三角形”命令對(duì)橫跨這些地形線的三角形進(jìn)行重組，令三角形邊線順地形線，再用“刪除三角形”命令刪除超長(zhǎng)土石方計(jì)算區(qū)域邊線多余的、錯(cuò)誤的三角形、形成一期計(jì)量三角網(wǎng)（如圖3、如圖4），用“三角網(wǎng)存取”命令存為一期三角網(wǎng)文件（一期.sjw）。

（3）將二期測(cè)點(diǎn)展到圖面，依照上一步形成二期計(jì)量用三角網(wǎng)，存為二期三角網(wǎng)文件（二期.sjw）。

（4）三角網(wǎng)模型的疊加

應(yīng)用“工程應(yīng)用”下拉菜單中的“DTM法土方計(jì)算”中的“計(jì)算兩期間土方”命令，依提示輸入一期三角網(wǎng)文件和二期三角網(wǎng)文件，通過三角網(wǎng)模型疊加求差的方法，軟件將自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的挖方和填方。

4 結(jié)語

DTM法實(shí)際上是以三角網(wǎng)模型模型法為基礎(chǔ)，通過三角網(wǎng)模型疊加求差的方法來計(jì)算土石方量的一種方法。值得指出的是，在利用DTM法進(jìn)行土石方量計(jì)算時(shí)，所建模型是否足夠真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)地形是影響成果精度的最關(guān)鍵因素，模型準(zhǔn)確與否跟外業(yè)采點(diǎn)位置關(guān)系密切，對(duì)外業(yè)作業(yè)人員取點(diǎn)有很大的關(guān)系。

在利用軟件對(duì)工程進(jìn)行土石方量計(jì)算時(shí)，會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，要解決這些問題，還應(yīng)更加全面掌握“DTM法土方計(jì)算”，針對(duì)不同的地形選擇合適的土石方計(jì)算方法及選擇合適的計(jì)算技巧，合理的簡(jiǎn)化地形參數(shù)，才能更好的提高工作效率和質(zhì)量，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-302-2