农田土地整理土方量计算方法探讨1.docx

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1、农田土地整理土方量计算方法探讨随着经济社会的发展，土地资源的稀缺性逐步显现，保护耕地的压力不断增大。目前， 人均耕地面积仅为世界平均水平的40%。面对耕地日益减少的严峻挑战，积极推行土地整 理，已成为当前解决各方用地矛盾，实现土地资源可持续利用和保持经济快速、健康发展的 必然选择。农田土地精细化平整是农田土地高精度整理工作的重要内容，是农田合理改造建 设的一项基础工程，对提高土地质量、改善农业生产条件和生态环境、农田节水灌溉、杂草 控制植被体系重组、保墙助苗、机械化耕作具有重要的作用，以及农作物增收等方面均具有 非常重要的促进作用。土地平整测量是确保土地平整符合设计要求的一个重要环节。快速、

2、高效的进行场平测量，对加快场平进度、缩短场平周期、提高场平效益具有重要意义。土地 平整测量最重要的一项工作就是根据场平设计进行填、挖土方量的测量和计算。由于填、挖 方不是简单的几何体，所以土方数量的精确计算是一项繁琐复杂的工作。通常采用的计算方 法有方格网法、三角网法、面积形心法、数值法、断面法、等高线法等。而真正在实际工程 中，根据实际地块的地形地貌状况、土地平整方式等具体情况确定。本文根据工作实践认识， 分析这几种方法的特点，针对不同的实际情况得出相应的计算方法，并对结果进行比较分析。1. 土地平整测量的作业方法随着全站仪、RTK测量技术的不断更新换代，测量精度和自动化程度越来越高，利用全

3、 站仪、RTKW以快速获取控制点的三维坐标，然后可以通过一些嵌入式的程序和数据终端实 现与计算机的实时通讯，也可以用计算机来控制全站仪进行自动测量，并把测量结果自动的 传输给计算机，计算机再加以数据处理，然后利用南方CASS测图软件，通过测图内业处理， 可以实现土方量的计算。2. 实际操作流程南方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、工程测量应用领域1。本文主要以此软件为例来进行阐述。2.1 DTM法土方计算DTM（Digital Terrain Model）数字地面模型是利用一个任意坐标系中大量选择的已 知x、y、z的坐

4、标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说就是地形表面形态属性信息 的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征（程、坡度、坡向等）的数字描述。由 DTM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X，Y，Z）和设计高程，通过生成三 角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量。操作 步骤如下：首先将平整的区域的数据（含高程信息）导入cass程序，利用测量数据生成DTM 模型，用闭合的复合线指定出所要计算土方的区域，然后根据土地平整的设计要求给出设计 标高，如图1所示。按照软件自动提示从而计算出土方量，包含平场面积、最大高程、最小 高程、平场标高、填方量、挖方量和

5、图形，如图2所示。图1 DTM参数设置Figure 1 Parameter Set of DTM三角网法土石方计算W-.*图2 DTM 土方计算Figure 2 Volume of Earthwork2.2方格网法土方计算由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（X, Y, Z）和设计高程，通过生 成方格网来计算每一个长方体的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量， 并绘出填挖方分界线。系统首先将方格的四个角上的高程相加（如果角上没有高程点，通过 周围高程点内插得出其高程），取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每 个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方

6、量。用这种方法算出来的土方量与用 其它方法得出的结果会有一定的差异，但是方格网法简便直观，加上土方的计算本身对精度 要求不是很高，因此这一方法在实际工作中还是非常实用。操作步骤如下：首先将平整的区 域的数据导入cass软件，根据土地平整的设计标高按照软件自动提示从而计算出土方量， 如图3所示。15600-02316.817403.33ED32.241337.4图3 土方计算表Figure 3 Earthwork calculation Table图4断面图Figure 4 Cross Sectional Drawing2.3用断面法土方计算断面法就是在地形图上，根据土方计算的范围，以一定的间距

7、等分线路，将线路划分为 若干个相互平行的横截面。按照设计高程与地面线所组成的断面图，计算每条断面线所围成的面积，由相邻两断面面积及之间的间距算出相邻两断面间的体积，将各相邻断面的体积加2215730+7.61.00042000734.1543.C00球1.3导离戋法土石方计算LtMBffia 201堆M0V=(A1 +A2+/A1 硒2 )*(h2-hl)/3蔺B5.83553812219 刀图5 土方计算表Figures Earthwork calculation Table2.4等高线法土方计算 t电河tzflnh率ECB*KRtE心泌Ml土照J5lAOjM41X睥】:BtiifWbZI帔

8、财MB岬*做谊51.HX心11WfWjW5mg，好1邮网-JT汕迫SHE Xsum”npi-m.wJ J*4X-踏”1如叫gKL1ZEiDi-W.M博V3JUC1HlMDjMDi3axiaUMLID H啊心起来，求出总体积，这种方法称为断面法。操作步骤如下：第一步：绘制断面图。首先根据 设计要求生成里程文件（就是包含纵、横断面信息的文件），然后根据里程文件进行绘制断 面图。如图4所示，系统会自动生成道路的纵断面和横断面，然后以此为依据，按照提示进 行土方量计算，如图5所示。用此方法可计算任两条等高线之间的土方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线 所围面积可求，两条等高线之间的高差已知，可求

9、出这两条等高线之间的土方量。其计算原 理如下：（1） 截锥公式由棱台体积计算公式得出截锥公式：V = 1 h （A +pA+ A ）1 3 i，i+1 i i i+1i+1式中匕为截锥公式计算的两断面间的体积；气用为、A.+1两断面的间距（等高距）；A,、A.+1为两断面面积。截锥公式是有严格立体几何定义的公式，要求两底面平行且相似，各条 侧棱延长后交于一点（顶点），并且两底面的面积与顶点到各自底面的距离（锥高）的平方成比 例。实际工程中断面间几何体很难符合这些条件，但其立体概念明确，理论严谨，工程中常 被近似地使用。（2）梯形公式梯形公式又称平均平均断面法它是将两相邻断面面积之和的二分之一乘

10、以断面间距来 计算体积，然后以各部分体积的总和来计算工程量，它是一种近似的工程量计算方法。此方 法的特点是比较实用且简便迅速，但精度较差2。梯形公式可表达如下：u = 1 h （A + A ）这个公式适用于两断面之间面积呈线性2 2 i，i+1 ii+1i+4 xXi ,i+1变化的情况,简单推导如下。由于面积变量呈线性变化，故A = A、+ AXX1 + 11 + 1AA1 7V = A hx =（A + i+1i x）hx = h （A + A ）2xi x2 i，i+1 ii+1在实际应用中两断面之间面积是否呈线性变化并不容易观测和掌握。而对于两断面面 积和间距确定的空间体，梯形公式计算

11、的体积略大于截锥公式计算的体积这是因为：1 一 一 .匕匕=6匕+Z 气+1）2河等高线法土方计算操作步骤如下：首先将平整的区域的数据（含高程信息）导入cass软 件，利用测量数据生成DTM模型，由DTM模型自动绘制等高线。选择所要计算的区域的等 高线，由于两条等高线所围面积可求，两条等高线之间的高差已知，利用上述公式可求出这 两条等高线之间的土方量。如图6所示。3. 计算方法的的对比DTM法土方计算适合于各种地形，尤其是地势不平坦的区域，而且土方计算精度较高。 这是因为不规则三角网（TIN）是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。基于不规则三角形建模是直接利用野外

12、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：（1）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：2）不改变原始数据和精度（3）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，从而能准确表达出地貌特征。因此算出的土方量精度较高。方格网法计算土方量适合于大面积的土方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的 场地。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，它是通过高程内插的方法，即对已知离散

13、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 点的高程值进行推估，进而得到最优的高程估值。断面法计算土方量适合于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。计算的精度与间距h的长度有关，h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。等高线法计算土方比较方便快捷，即使没有野外实测的地形特征点数据而只有纸质的地 形图也可以进行计算。可以先将纸质图扫描矢量化转换成数字地形图。这样的图都没有高程 数据，所以无法用前面的几种方法计算土方量，但只要有等高线，就可以利用等高线来计算 土方量。此方法具有精度高，构造方法简便，便于程序化，对复杂地形适应性强的特点。4. 结束语从以上分析可以看出，土地平整土方量计算的每种方法的用法都不是绝对的，更多情况 下是几种方法混合交叉使用，在保证工程量计算误差较小的前提下，决定用哪种方法也是根 据具体的情况而灵活使用。