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基于CASS7.1和Surfer8.0计算土方工程量

2011-09-20 13:07 浏览次数:

 

基于CASS7.1和Surfer8.0计算土方工程量

地质环境研究室    郭 林

    摘 要:应用CASS7.1对空间数据的分析和处理功能构造数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM);结合Surfer 8.0的曲面建模功能计算土方工程量。利用CASS7.1的边坡处理功能,得到设计地形面,提取坐标点z,Y,z数据,导出DEM 数据;利用Surfer 8.0将导出的DEM 数据进行网格化处理;根据三维表达结果,分别计算原始地形体积和设计地形体积,并进一步计算土方工程量。结果应用此方法结合实例计算了土方工程量。应用CASS7.1和Surfer 8.0计算土方工程量的方法,相对于常用的方格网法、断面法和等高线法,更为简洁、直观,在提高土方计算精度的同时,实现了计算的自动化。

    关键词:CASS7.1,Surfer 8.0,数字高程模型,土方工程量

引 言

    在工程建设施工中,土方工程占有很大比例。土方工程量计算是土地开发整理、项目设计和审查中的重点与难点,土方工程量计算的精度将影响建设工期乃至经济效益.现行的土方工程量计算方法有方格网法、断面法和等高线法.方格网法适用于较平坦的地形,断面法适用于起伏变化大的地形,等高线法适用于各种地形.使用这些方法时,通常采用手工计算,或者结合Excel、AutoCAD等软件半自动完成,其计算工作量大,人为干预的程度高,导致计算速度慢、精度低,在复杂地形的计算中误差较大[1, 2]。  

    计算土方工程量的关键是采用何种方法描述地形、地貌,进行曲面建模。现代大地测量广泛采用DEM法。DEM对地形表面进行的处理称为表面重建或表面建模。。当模型建立后。模型上任意点的高程信息就可从DEM 获得。高程是地理空间中的第三维坐标。在DEM 中,高程是关于平面坐标Z,Y两个自变量的连续函数。由DEM 法计算土方工程量,就是对土方工程前的原始地面点坐标(Xo,Yo,Zo )和设计地面标高点坐标(Xa,Ya,Za)的规则网格单元构成的高程矩阵,分别进行曲面建模和三维表达。根据三维表达结果,分别计算原始地形体积和设计地形体积,体积差就是土方工程量.假定:土方工程量为V,原始地形体积为Vo,设计地形体积为Va,则V=Va—Vo[3] 。   

    广州南方测绘仪器公司出品的CASS地形地藉成图软件集地形成图、地籍成图、土方量计算、公路曲线设计、绘制断面图于一体,广泛地应用于测绘行业。

    CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的GIS前端数据处理系统。广泛应用于地形成图、地藉成图、工程测量应用、空间数据建库等领域,全面面向GIS。在测绘行业和地质行业应用广泛。

    土方平整设计工作中需要根据实际的地形地貌设计合理设计面,平面部分较为简单,斜面部分因空间坐标系中面和面的倾斜、相交,手工计算复杂容易出错。CASS软件本身也是针对土地整理和地籍成图设计的软件,自带多种土方工程量计算模块,功能较为强大。但CASS在土方计算过程中,只是将原来的手工计算进化为计算机自动计算,所依据的仍是划分区块,取值计算,区块划分大计算不准确,区块划分小,对计算机要求高,生成速度很慢。技巧性利用CASS的方格网法模块的斜面设计功能,可以计算多个面相交的空间坐标分布,得到设计面的DEM。但CASS的计算每次只能计算一个斜面,多个斜坡面的计算需要技巧。

    CASS软件提取的坐标可以直接被Surfer8.0使用和处理,处理后的坐标数据可以作为新的设计面高程点展绘。SUFFER是美国GOLDEN Software公司出品的一款用于制作工程图形的优秀共享软件,Surfer软件独特的绘图功能和开放的接口技术,该软件不仅能图形化显示数据文件中的数据,图形样式包括:等值线图、基面图、张贴图、影像图、渐变地形图、线框图和表面图,而且其本身生成的图形也能输出多达20多种的图形图像格式。更为重要的是,Surfer有多达12种绘制等高线(等值线)的方法,包括加权反距离方法、克里格法、最近邻点方法等等。这就使得用户有了根据地形特征选择使用合适的等高线绘制方法的余地,而不用被动接受专业的绘图软件自带的某一种绘制等高线的方式。Surfer能够直接使用和处理CASS软件导出的地面坐标。

    交叉应用CASS的数据获得和计算功能与Surfer的数据分析整理功能,构造设计地形的数据高程模型(DEM);利用Surfer的克里格插值和曲面建模功能获得原始地形面和设计地形面的3D表面图并计算土方工程量。在实现计算自动化的同时提高土方的据算精度[4]。