周祥旭

【摘要】不同礦山土方量的計(jì)算方法，具有不同的地形要求和計(jì)算特點(diǎn)。因此，在進(jìn)行礦山土方量的計(jì)算之前，首先要明確礦山所處地形的特點(diǎn)，根據(jù)具體地形特點(diǎn)，靈活選擇相應(yīng)的土方量計(jì)算方法。除此之外，還要考慮到不同礦山對(duì)土方量計(jì)算的精確度要求。只有綜合考慮以上問(wèn)題，做到統(tǒng)籌兼顧，才能更好地完成礦山土方量的測(cè)量計(jì)算工作。

【關(guān)鍵詞】土方測(cè)量；計(jì)算方法；結(jié)果

一、土方內(nèi)業(yè)計(jì)算方法

方格網(wǎng)法是根據(jù)測(cè)區(qū)場(chǎng)地的情況將測(cè)區(qū)劃分為若干方格形成的方格網(wǎng)，每個(gè)方格的邊長(zhǎng)一般為 10 m ～50 m，然后再用儀器測(cè)量出每個(gè)方格角點(diǎn)的高程，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)高程可以計(jì)算出施工填挖的平衡位置，然后再分別計(jì)算每一個(gè)方格的填挖土方量，所有方格的填挖量之和即為整個(gè)測(cè)區(qū)的土方填挖量。該測(cè)量方法適合于地勢(shì)比較平坦的地區(qū)，方格網(wǎng)越密集其土方測(cè)量越精確，對(duì)于地勢(shì)起伏較大的地區(qū)，使用該計(jì)算方法精度較低。斷面法是將測(cè)區(qū)按照一定的距離劃分為若干相互平行的橫斷面，然后將它與土方設(shè)計(jì)高程組成斷面圖，計(jì)算每個(gè)斷面線所圍成的面積，然后將相鄰兩個(gè)斷面面積的平均值乘以它們的間距，得出相鄰兩個(gè)斷面的體積，將各相鄰斷面的體積累加起來(lái)即為土方的填挖量。當(dāng)相鄰斷面間的地勢(shì)起伏較大時(shí)，斷面法計(jì)算土方量的難度很大且計(jì)算精度難以估計(jì)。該方法適用于場(chǎng)地比較狹長(zhǎng)平坦的地區(qū)。

DTM 即為數(shù)字地面模型，是根據(jù)所測(cè)得地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)來(lái)生成由若干個(gè)不規(guī)則三角形所組成的三角網(wǎng)， 然后計(jì)算每個(gè)三角形與設(shè)計(jì)高程所組成的三棱柱的體積，最后把每個(gè)三棱柱的體積累加即為所求的土方填挖量。DTM 法是目前土方量計(jì)算最常用的方法，其精度與所測(cè)得地面點(diǎn)的密度有關(guān)，當(dāng)?shù)孛纥c(diǎn)的密度越高時(shí)，其測(cè)量精度就越高，能較好的反映測(cè)區(qū)的地形地貌特征。以上的土方計(jì)算方法均是使用常規(guī)的測(cè)量?jī)x器時(shí)所使用的方法，它們都有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是使用常規(guī)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行土方測(cè)量時(shí)所測(cè)量的點(diǎn)都有一定的間距， 其距離從幾米到幾十米不等，而以上的幾種土方的計(jì)算方法都是先根據(jù)已有的點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算出未測(cè)的點(diǎn)的坐標(biāo)，這一步相當(dāng)于是給點(diǎn)“加密”，當(dāng)已測(cè)點(diǎn)的間距越大，它們之間所需加密的點(diǎn)就越多，因而加密的點(diǎn)的精度就會(huì)相應(yīng)的越低，所以要想提高土方測(cè)量的精度，就需要縮短所測(cè)點(diǎn)的間距。當(dāng)使用全站儀，GPS 等儀器進(jìn)行土方測(cè)量時(shí)，要想縮短所測(cè)點(diǎn)的間距就會(huì)大大提高外業(yè)工作的強(qiáng)度，而間距縮短到一定程度時(shí)也很難再縮短了。而使用三維激光掃描儀進(jìn)行土方測(cè)量時(shí)測(cè)量的點(diǎn)的間距可達(dá)毫米級(jí)，其測(cè)量出點(diǎn)的密度比常規(guī)儀器測(cè)出點(diǎn)的密度大得多，因而其所需加密的點(diǎn)更少，當(dāng)不考慮儀器精度等因素影響時(shí)其土方測(cè)量的精度高于常規(guī)儀器測(cè)量的精度。

二、實(shí)例分析

工程上常用的土方測(cè)量方法有水準(zhǔn)儀測(cè)量法、全站儀測(cè)量法和 GPS 測(cè)量法。使用水準(zhǔn)儀測(cè)量時(shí)得事先在測(cè)區(qū)布設(shè)方格網(wǎng)，然后用水準(zhǔn)儀測(cè)量出方格網(wǎng)每個(gè)角點(diǎn)的高程，該方法適用性單一，一旦測(cè)區(qū)不適合布設(shè)方格網(wǎng)時(shí)，該方法就不太適用了，該方法的測(cè)量精度受方格網(wǎng)的密度的影響，方格網(wǎng)越密，測(cè)量的精度就越高，相比較后兩種土方測(cè)量而言，其測(cè)量精度低，測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力。全站儀測(cè)量法具有操作簡(jiǎn)單，儀器要求低等優(yōu)點(diǎn)，適合測(cè)量面積較小和通視良好的測(cè)區(qū)，但一旦測(cè)區(qū)面積大和測(cè)區(qū)通視不好時(shí)，使用該方法測(cè)量時(shí)工作非常繁瑣， 且工作效率低下。

1、土方量的計(jì)算

由于現(xiàn)在市面上還沒(méi)有專門針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算土方量的軟件，故要想計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)的土方量就只能找其他軟件來(lái)進(jìn)行代替，本次為了計(jì)算土方量，采用geomagic studio來(lái)進(jìn)行計(jì)算，具體步驟是以高程 1.467 m 來(lái)建立一個(gè)基準(zhǔn)平面，平面上的土方量即為挖方量，平面下的土方量即為填方量。

2、計(jì)算結(jié)果的分析

為了驗(yàn)證三維掃描儀測(cè)量土方的效果，在三維掃描儀測(cè)量之后再使用GPS的方法對(duì)土坡又進(jìn)行了一次土方測(cè)量，測(cè)量完之后，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行土方量計(jì)算之前還得將GPS測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即根據(jù)靶球在兩種坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，將GPS所測(cè)得數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到掃描儀的坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中，轉(zhuǎn)換完之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CASS 軟件中，然后建立三角網(wǎng)（如圖 3 所示）， 再在 CASS 軟件中按照以 1.467 m為基準(zhǔn)面計(jì)算土方量。兩種方法測(cè)量的結(jié)果如下表所示。

從上表可以看出兩種方法在作業(yè)人數(shù)和作業(yè)時(shí)間上存在著很大的差異，三維掃描的方法更節(jié)省人員和時(shí)間，而兩種方法計(jì)算的土方量也存在著差異，具體為挖方量的偏差為8.96%， 填方量的偏差為8.77%，兩種偏差值相近，說(shuō)明兩次測(cè)量的效果理想，兩種偏差值符合一般土方工程10%誤差以下的規(guī)范要求。GPS測(cè)量了84個(gè)點(diǎn)，而三維掃描儀測(cè)量2 521 014個(gè)點(diǎn)，測(cè)量的點(diǎn)數(shù)存在著巨大的差異，這就導(dǎo)致了最后形成的地面模型存在著差異。由于GPS測(cè)量的點(diǎn)少，其形成的DTM并不能真實(shí)的代表實(shí)地的地面模型，有些凸起和凹陷的地面可能沒(méi)有完整地測(cè)出來(lái)；而三維掃描儀測(cè)量的點(diǎn)間距可達(dá)毫米級(jí)， 其最后形成的地面模型能比較完整地反映真實(shí)的地面的起伏形態(tài)，所以使用三維掃描儀來(lái)進(jìn)行土方測(cè)量是一種可行的方法。

結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單的介紹了土方內(nèi)業(yè)計(jì)算的一些方法，并嘗試采用三維掃描儀進(jìn)行土方測(cè)量和使用 geomagic studio 計(jì)算土方量，并取得了不錯(cuò)的結(jié)果，這可以為以后相應(yīng)的工程提供參考。雖然三維掃描的方法測(cè)量土方具有精度高，速度快，外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于現(xiàn)在市面上三維掃描儀基本都是外國(guó)產(chǎn)的，國(guó)產(chǎn)的三維儀較少，導(dǎo)致三維掃描儀的價(jià)格十分昂貴，使之在一般土方工程當(dāng)中應(yīng)用較少。

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