土方测量（共4篇）
土方测量 篇1
引言
高速公路施工前, 施工单位一般要进行断面测量和土方验方工作, 由于设计图纸存在着时效性的问题, 施工现场往往改变较大, 指导施工的断面测量图和土方验方工作显得十分重要, 测量的目的是计算工程施工区域的土方填 (挖) 数量。土方数量的测量、计算是建筑工程施工中工程量预算、编制施工组织设计和合理安排施工现场的重要依据。并且在实际工作中, 这项工作往往要求时间紧, 工作量大, 而且测量控制点破坏严重, 对测量人员要求较高。
根据施工场地自然地形的不同, 常用的测量方法有用水准仪或全站仪测量的方法, 计算方法有方格网法、断面法、地形等高线法等。采用RTK技术进行的高速公路断面测量和土方验方工作, 利用cass软件进行断面图绘制和土方计算, 大大提高了工作效率和土方数量的计算精度。
1 GPS RTK的数据采集
1.1 GPS RTK测量技术
GPS RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术。先利用测区控制点进行WGS84坐标系到工程施工所采用坐标系转换参数的求解, 常用外业流动站点校正法进行。然后在测区基准站上安置一台GPS接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续的观测, 并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给流动观测站。在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。
1.2 数据采集方法
在测区首级控制的基础上, 建立起GPS RTK作业模式。一般情况下由于测区已知水准点较少, 在RTK工作里程前方, 使用全站仪中点法布设水准路线, 给RTK作业提供高程拟合已知点, 在测区中部、对天通视较好、无干扰的地方设置基准站。每个流动站一般只需一人即可进行测量作业, 当测区可见卫星数在5颗或5颗以上、PDOP值小于6时, 只需几十秒就可完成初始化而得到固定解。对已知点进行检查, 确保系统无误后, 应用GPS电子手簿进行地形数据的自动采集和记录, 每点采集记录时间只需5秒。参照大比例尺地形测图采集地形点的要求, 在地形平坦场地按照方格网法进行数据采集, 在地形复杂的沟、渠、坎、土堆、坑、塘等加密测量特征点, 特征点最好高低、上下对应, 并在现场绘制草图, 以便内业数据处理。
2 数据处理
2.1 原始数据的导入和检查
将外业采集的数据传入计算机, 对多组作业的数据进行合并, 检查数据, 对超限数据及在外业采集时误操作记录的数据进行删除, 对点位不能满足计算要求的区域进行补测。
2.2 数据预处理
数据检查完整无误后, 首先对照草图进行折断线的连接。折断线的作用是在数字地面模型 (DTM) 生成时, 约束测点间的拓扑关系, 使测点间的拓扑连线符合现场地面实际形状。在实际操作时, 把属性相同的点, 如坎上、坎下、沟边、沟底、沟心等特征点分别连成折断线, 控制数字地面模型生成, 使其最接近地面实际形状。这步工作十分重要, 是软件自动生成的断面图能够反映实际断面测量特征点的关键步骤。
2.3 构建DTM
应用CASS软件, 选择用于生成DTM的野外观测点, 使用折断线和所要计算的边界, 构建测区的模拟数字地面模型, 如图1。
2.4 绘制横断面
基于已建成的每个里程的三角网, 绘制公路的横断面图, 并添加公路的设计线, 边坡等主要部分, 为后续土方量的计算做充分的准备。图2为某里程的横断面图。
2.5 计算土方数量
根据制图软件绘制的标准横断面图, 可以计算出横断面上填筑面积S1, 开挖面积S2。假设相邻横断面填筑面积为S3, 开挖面积S4, 那么该相邻断面间的土方量为:
填筑量U1= (S1+S2) /2*D1 (D为两断面间距)
开挖量U2= (S2+S4) /2*D2 (D为两断面间距)
3 体会与总结
3.1 每次作业前至少对一个已知点进行坐标检查, 确保RTK作业系统工作正常后方可进行数据采集。
3.2 土方量的多少直接影响到工程费用的投入, 测量时对地形复杂区域要准确测量、加密测点并现场绘制草图, 数据处理要仔细, 合理构网。
3.3 在测量和计算过程中要科学、公正, 不受任何单位和个人的影响。
3.4 应用GPS RTK测量技术和CASS软件进行土方测量、计算, 测量精度高、速度快, 计算精确、方便, 极大提高工作效率, 能为土方工程提供及时、满意的服务。
参考文献
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土方测量 篇2
关键词：三维扫描,土方,测量
1 土方外业测量方法
工程上常用的土方测量方法有水准仪测量法、全站仪测量法和GPS测量法。使用水准仪测量时得事先在测区布设方格网, 然后用水准仪测量出方格网每个角点的高程, 该方法适用性单一, 一旦测区不适合布设方格网时, 该方法就不太适用了, 该方法的测量精度受方格网的密度的影响, 方格网越密, 测量的精度就越高, 相比较后两种土方测量而言, 其测量精度低, 测量费时费力。全站仪测量法具有操作简单, 仪器要求低等优点, 适合测量面积较小和通视良好的测区, 但一旦测区面积大和测区通视不好时, 使用该方法测量时工作非常繁琐, 且工作效率低下。GPS测量法是目前土方测量当中应用较多的一种方法, 这种方法不受距离和通视限制, 且测量速度和精度较全站仪测量有所提高, 能够全天候测量, 不受时间的限制。但这种方法在测量时是有缺陷的, 当测区有一些建筑、树木、电磁场等影响GPS信号时, 这种方法就不太适用了;其次使用该方法进行土方测量时得需要在测区采集相当数量的点的坐标, 数据采集的时间比较长, 测量员比较辛苦。
2 土方内业计算方法
土方内业的计算其实就是计算地形表面与其指定的起算面之间所围成部分的体积, 计算方法因地形、工程、精度的不同而有多种, 目前常用的方法有方格网法、断面法和DTM法。每种方法的测量过程和计算原理都不相同, 适用的场合和精度也不尽相同。
方格网法是根据测区场地的情况将测区划分为若干方格形成的方格网, 每个方格的边长一般为10 m~50 m, 然后再用仪器测量出每个方格角点的高程, 根据预先设计的标准高程可以计算出施工填挖的平衡位置, 然后再分别计算每一个方格的填挖土方量, 所有方格的填挖量之和即为整个测区的土方填挖量。该测量方法适合于地势比较平坦的地区, 方格网越密集其土方测量越精确, 对于地势起伏较大的地区, 使用该计算方法精度较低。
断面法是将测区按照一定的距离划分为若干相互平行的横断面, 然后将它与土方设计高程组成断面图, 计算每个断面线所围成的面积, 然后将相邻两个断面面积的平均值乘以它们的间距, 得出相邻两个断面的体积, 将各相邻断面的体积累加起来即为土方的填挖量。当相邻断面间的地势起伏较大时, 断面法计算土方量的难度很大且计算精度难以估计。该方法适用于场地比较狭长平坦的地区。
DTM即为数字地面模型, 是根据所测得地面点的三维坐标来生成由若干个不规则三角形所组成的三角网, 然后计算每个三角形与设计高程所组成的三棱柱的体积, 最后把每个三棱柱的体积累加即为所求的土方填挖量。DTM法是目前土方量计算最常用的方法, 其精度与所测得地面点的密度有关, 当地面点的密度越高时, 其测量精度就越高, 能较好的反映测区的地形地貌特征。
以上的土方计算方法均是使用常规的测量仪器时所使用的方法, 它们都有一个共同特点, 那就是使用常规的测量仪器进行土方测量时所测量的点都有一定的间距, 其距离从几米到几十米不等, 而以上的几种土方的计算方法都是先根据已有的点的坐标来计算出未测的点的坐标, 这一步相当于是给点“加密”, 当已测点的间距越大, 它们之间所需加密的点就越多, 因而加密的点的精度就会相应的越低, 所以要想提高土方测量的精度, 就需要缩短所测点的间距。当使用全站仪, GPS等仪器进行土方测量时, 要想缩短所测点的间距就会大大提高外业工作的强度, 而间距缩短到一定程度时也很难再缩短了。而使用三维激光扫描仪进行土方测量时测量的点的间距可达毫米级, 其测量出点的密度比常规仪器测出点的密度大得多, 因而其所需加密的点更少, 当不考虑仪器精度等因素影响时其土方测量的精度高于常规仪器测量的精度。
3 实例分析
本文选择野外一个小型的土坡来进行土方测量, 该土坡上有树、杂草等一些遮挡物。本次三维扫描采用的是法如X330型扫描仪, 该型号扫描仪每秒最多能采集976 000个点, 测量点位精度可达毫米级, 该扫描仪体积小、重量轻、携带方便, 外业操作简单、快速, 且换站扫描时无需关闭扫描仪, 无需对中整平。
3.1 数据的获取及处理过程
本次测量的地方因为有一些树木和杂草的遮挡, 采用的测量方法如下:1) 分站扫描。充分考虑通视的情况, 采用分站扫描。首先在地势最高处进行扫描, 然后再根据植被的遮挡情况在植被周围进行设站扫描, 最后再在地势最低处进行扫描, 保证扫描数据没有遗漏。2) 靶球测量。为了将各个测站的扫描数据拼接到一起, 必须保证每相邻两站之间有至少3个公共靶球, 然后再用GPS测量每个靶球的坐标。3) 扫描参数设定。此次7站设定相同的参数进行测量, 扫描质量设定为4x, 分辨率设定为1/3, 扫描时打开彩色功能, 这是因为进行彩色扫描时, 拼接时更容易看清靶球。
而扫描点云数据的处理过程包括点云的拼接、点云的去噪、点云的修补等, 其数据处理步骤如下:1) 点云的拼接。本次拼接采用的法如扫描仪自带的scene软件进行拼接, 拼接数据时根据用公共靶球的坐标来将各站的扫描数据转换到统一的坐标系下。本次拼接的最大误差0.005 6 m, 最小误差为0.000 9 m, 满足土方测量的精度要求。2) 点云的去噪。点云的去噪主要分为两步, 第一步是在scene软件里进行手动去噪, 把一些明显的噪点 (如树木、杂草、人等) 进行手动删除;然后将点云数据导入到geomagic studio软件中进行后续的去噪, 去除一些非连接项和体外孤点。3) 点云的修补。在点云数据进行去噪时或多或少会把一些有用的点云删除了, 这时就需要对数据进行修补, 首先在geomagic studio对点云进行封装, 这一步就是用相邻的三个点来构成一个面, 这与CASS软件构建三角网 (TIN) 的过程有点相似。封装完之后的数据如图1所示, 修补后的数据如图2所示。
3.2 土方量的计算
由于现在市面上还没有专门针对点云数据计算土方量的软件, 故要想计算点云数据的土方量就只能找其他软件来进行代替, 本次为了计算土方量, 采用geomagic studio来进行计算, 具体步骤是以高程1.467 m来建立一个基准平面, 平面上的土方量即为挖方量, 平面下的土方量即为填方量。
3.3 计算结果的分析
为了验证三维扫描仪测量土方的效果, 在三维扫描仪测量之后再使用GPS的方法对土坡又进行了一次土方测量, 测量完之后, 在对数据进行土方量计算之前还得将GPS测得数据进行坐标转换, 即根据靶球在两种坐标系下的坐标, 将GPS所测得数据的坐标转换到扫描仪的坐标系统当中, 转换完之后将数据导入到CASS软件中, 然后建立三角网 (如图3所示) , 再在CASS软件中按照以1.467 m为基准面计算土方量。两种方法测量的结果如表1所示。
从表1可以看出两种方法在作业人数和作业时间上存在着很大的差异, 三维扫描的方法更节省人员和时间, 而两种方法计算的土方量也存在着差异, 具体为挖方量的偏差为8.96%, 填方量的偏差为8.77%, 两种偏差值相近, 说明两次测量的效果理想, 两种偏差值符合一般土方工程10%误差以下的规范要求。GPS测量了84个点, 而三维扫描仪测量2 521 014个点, 测量的点数存在着巨大的差异, 这就导致了最后形成的地面模型存在着差异。由于GPS测量的点少, 其形成的DTM并不能真实的代表实地的地面模型, 有些凸起和凹陷的地面可能没有完整地测出来;而三维扫描仪测量的点间距可达毫米级, 其最后形成的地面模型能比较完整地反映真实的地面的起伏形态, 所以使用三维扫描仪来进行土方测量是一种可行的方法。
4 结语
本文简单的介绍了土方内业计算的一些方法, 并尝试采用三维扫描仪进行土方测量和使用geomagic studio计算土方量, 并取得了不错的结果, 这可以为以后相应的工程提供参考。虽然三维扫描的方法测量土方具有精度高, 速度快, 外业劳动强度小等优点, 但是由于现在市面上三维扫描仪基本都是外国产的, 国产的三维仪较少, 导致三维扫描仪的价格十分昂贵, 使之在一般土方工程当中应用较少。不过随着国内对三维扫描技术的研究的重视, 国产的三维扫描仪将逐步增多, 三维扫描仪的价格也会逐步降低, 我相信未来三维扫描仪在土方测量中的应用会越来越普遍。
参考文献
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浅谈测量在土方量工程中的作用 篇3
1 基准点的确定
目前, 在土方量工程开始测量之前, 首先就要确定正确的基准点。基准点是由国家相关部门通过仔细勘察测量, 最终确定的用于建筑工程标高统一指标。在测量中, 要以固定的基准点开始引出, 确定最终的标高、基准平面以及坐标系等基本的测量参考依据。只有这样才能为后期的测量打下基础, 保证测量的精确性与科学性。
2 消除土方量测量误差的措施方法
在具体的实践中, 由于土方量的工作量较大, 涉及的面积范围较广, 且对测量结果的精度要求较高, 若工作中稍有失误, 就很有可能引起测量结果出现较大的误差, 影响土方量工程的后期施工质量。为此, 必须要严格控制施工测量技术和方法, 避免在土方量测量施工中产生误差。在此笔者结合自己的实际工作经验, 总结出在土方量测量施工中可以采取以下措施方法来有效消除土方量的测量误差:
2.1 加强对测量仪器的检验力度。
在很多土方量工程测量施工中, 出现测量误差的原因大都是因为测量仪器规格或性能不能满足测量要求而引起的。因此必须要对仪器进行定期的检修维护, 一般至少要一年一检, 以保证仪器的正常使用, 避免因仪器问题而引起的测量高程误差, 导致土方量的测量失去准确性。
2.2 提高测绘技术人员自身的业务水平。
测绘技术人员对测量仪器的掌握熟练程度对测量高程结果的准确性有很大影响, 为此, 必须要加强对测绘技术人员的培训与管理, 确保其能够熟练应用测绘仪器, 并对地形地貌进行详细的观察, 选择适宜的测量踩点方法及对于地形图进行专业的处理。
2.3 选择正确的计算方法。
只有采用合理的计算方法对土方量进行计算, 才能确保其结果的准确性。下文中会详细介绍土方量的计算方法, 在此就不多赘述。
2.4 考虑填土的范围及边坡处理问题。
在边坡处理中, 需要甲乙双方协调商定填土的范围以及边坡的角度问题, 一般都会选择30°、45°或60°作为边坡的坡角。
2.5 注意气候环境对土方量测量的影响。
在测量施工中, 要时刻关注天气变化以及周边环境变化所引起的下沉量, 并作出妥善处理, 以确保测量所得土方量尽可能的接近实际填土方量, 从而保证甲乙双方的利益。
3 土方量工程的测量计算方法
在一项工程中进行土方量计算, 主要是为了计算出在施工场地的开挖前与填筑后各自的土方体积总量。目前在土方量工程中应用最广泛的土方量测量计算方法主要有三种, 即方格网法、断面法以及数字高程模型法。在实际的应用中, 无论是选择哪种测量计算方法, 都必须要经过仔细的勘测, 根据工程的技术需求以及精度要求, 来确定最优是测量计算方案。以下笔者就结合自己的施工体会, 来分别介绍土方量的测量计算方法。
3.1 方格网法
所谓方格网法的测量, 主要是应用在一些施工场地地形较为平坦, 地面坡度有一定规律且面积较大的土方量工程中。具体做法是把整个场地划分为若干个边长为10m~50m的正方形方格网。方格网的一边与场地坐标网平行, 方格网的边长与地形和土方精度要求有关。用水准仪或全站仪测量出方格网各个角点的原地面标高。根据每个格网节点的原地面标高和设计标高得到该节点的施工填挖高度, 然后分别计算每一方格的填挖土方量。将挖方区或填方区所有方格计算的土方量汇总得出总土方量。这种测量计算方法不太适合在场地起伏幅度较大或带状地形中, 因为这样不利于方格网的划分, 也不利于测量与计算。
3.2 断面法
这种土方量测量计算方法的具体做法是把工程场地按照一定的距离分隔成些许横断面, 这些横断面要保持平行, 继而测出其各自的地面线。利用设计中要求的断面和场地上实际的断面数据绘制出断面图, 并计算每个断面的实际面积。再将两个相邻的断面所需要开挖的总土方面积平均分成两等分, 以其所得值乘以断面间距值, 所得的数值就是两断面之间的土方量。将这些所有的土方量叠加, 所得值为工程的总土方量。
采用断面法进行土方量的测量与计算, 需要花费大量的时间, 工作总量也相对较大。但这种测量计算方法能够灵活的确定高程点, 这是其的主要优点。在实际的测量中能够按照地形特点, 在不同高程的横断面上选择最合适的高程点, 这对于后期快速准确进行土方量计算有很大帮助作用, 计算方法较为简单。一般断面法都是在带状的地形中采用, 或者在一些地面坡度起伏较大、截面没有规律可循的工程中也可以采用。在断面法的应用中需要注意的一点是要确保每个断面之间的间距都相等, 且正确合理的选着高程点, 这是保证测量计算精度的关键。
3.3 基于数字高程模型法
数字地面高程模型是用一组地面点的平面坐标和高程描述地表形状的一种方式, 具有形象、直观、精确等特点, 在生产中有广泛的使用价值。由DEM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标和设计高程, 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, 并绘出填挖方分界线。
4 结论
总之, 在土方工程施工中, 土方量的测量与计算是一项非常重要的施工项目, 其计算的精准度对工程前期的施工进度、施工质量以及工程造价控制等都有着直接影响。并在选择土方量的测量计算方法时充分考虑到场地的地形特点与施工工期要求, 确定最佳的测量方法, 以提高土方量工程的施工速度, 保证土方量计算的精准度。
参考文献
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[2]何晗芝.工程土方量计算方法优化分析及其程序实现的研究[D].长沙:湖南大学, 2009.[2]何晗芝.工程土方量计算方法优化分析及其程序实现的研究[D].长沙:湖南大学, 2009.
土方测量 篇4
一、控制测量
控制测量首先要利用现有资料，由于在不同时间不同单位施测的控制点坐标系统与高程系统起算点不一致，因此，对于现有资料的利用，必须谨慎仔细。从控制资料到地形资料，必须经过可靠的检核，确认其能够满足本工程的设计要求后，方可使用。
根据测量面积的大小可选用不同等级的控制。面积较大时，应选用GPS施测D级或E级控制网，也可用全站仪施测一二级导线。在首级控制下加密图根点。在面积较小时，可直接布设图根点，用GPS和全站仪均可，具体要求按规范执行(略)。
二、采集开发范围内原地貌数据
控制红线范围，应按规划设计用地红线定点定线。采用动态GPS (RTK)或全站仪用放样方法确定红线所有拐点，钉桩插旗明确施工区范围，并观测记录数据。
红线范围内数据采集按1:500地形图测量精度采集观测记录。
三、碎布点位置选择与密度
碎部点即立镜点，也叫地形特征点。起着控制地形地貌的作用。碎部点选择不当所采集数据形成的地形模型就不准确，甚至变形，所以要准确逼真的体现地形地貌形态，正确选择立镜点位置是非常重要。
采集碎部点前，观测员和立镜员应观察本测站上能够观测的范围。商定观测路线，应在何处立镜，应注意哪些问题。一是在立镜时，立镜员应沿着地性线上所有的坡度转折点方向变换点和交叉点上立镜。立镜点除正常按确定的距离立镜外，遇到地形特征点，必须立镜观测，也就是凡遇到山丘的顶点、鞍部、谷底的中心点、斜坡的方向和倾斜变换点，山脊、山谷、山脚的转折点和交叉点均应立镜观测。二是立镜点的多少，原则上是少而精，我们希望测最少的特征点，而能形成真实的地形模型。当然立镜点过少，会因缺乏足够的数据而影响精度。但立镜点过多，就会影响工作进度，所以立镜点的数量则应取决于地貌的复杂程度。通常在地面坡度较整齐平缓，变化不大的地区，立镜点可以少些。而在地面坡度变化大，转折多和地形破碎的情况下，立镜点适当加大密度。总之恰当的选择立镜点位和确定其密度对于地形模型的精度有着极其重要的关系。
四、土方量计算
土方量的计算是建筑工程施工的一个重要步骤。工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算，它直接关系到工程的费用概算及方案选优。在现实一些工程项目中，如何利用测量单位现场测出的地形数据或原有的地形数据快速准确的计算出土方量就成了人们日益关心的问题。经常使用的几种土方量计算方法有：断面法、方格网法、DTM法、等高线法、区域土方量平衡法和平均高程法等。
1. 断面法。
当地形复杂起伏变化较大，或地域狭长、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。土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是这种方法工作量大，尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少工作量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度，所以断面法存在着计算精度和工作速度的矛盾。
2. 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方格网法。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。
3. 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：一是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。二是不改变原始数据和精度。三是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TIN算出的土方量时就大大提高了计算的精度。
4. 平均高程法。
平均高程法测量时隔10米观测1个碎部点，把所有的碎步点高程相加取平均值，作为该测区平均高程。该方法通常被施工单位采用，但该方法误差较大。
通过对以上几种土方量计算方法的介绍，总结如下：一是在较为平坦的平原地区和地形起伏不大的场地，宜采用方格网法。这种方法结果明了直观，设计部门使用方便，通常被普遍采用。二是在狭长地带，比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行测量和计算。三是在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到TIN的计算方法。
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因素，选择合适的计算方法，达到最优的目的。
五、充分考虑施工中各种出土与设计部门协调配合
在各种施工中有大量出土，应预算出出土量。在挖方量上除了整个平面所需的挖方外，还有基础地槽，管线地沟，地下室，地下车库，污水处理厂、道路路床等挖方余土，可以根据设计图中预算出出土量，在场地平整中给予考虑。如果没有设计图纸，整平面填挖方的比例关系可按填方：挖方=1： (0.7～0.8)计算。
在本人经历的两个案例值得借鉴：一个是原地貌测量与设计竖向标高计算出的土方方格网，没有考虑各种开槽出土，设计标高偏低，造成大量土方外运高达8万立方米。另一个是某开发楼盘，原地貌高程测量数据不准确，地面高程比实际高出0.4米，造成缺土10万立方米，需要大量买土，无形中损失百余万元。