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摘要：根据土方测量计算方法的数据结果进行研究探讨，从而对今后土方测量检查工作进行指导，并提出在土方测量作业过程中引用新技术新方法的展望。
关键词：土方测量；计算方法；精度分析；模型对比；应用
1前言
温州在进行大量的基础设施工程建设，例如温州市鹿城区七都综合建设开发有限责任公司七都岛千亩征地等项目中有大量的土方量测算，土方计算方法的选择不但牵涉到计算效率，而且其准确性直接影响到工程造价的控制与施工组织问题。所以需对土方计算方法进行精度分析与计算模型对比。
2计算方法
目前土方测量计算有较多可采用的软件及方法，测图软件有南方CASS 、清华山维EPSW2005等，GIS软件有ArcGIS、MAPGIS等；土方计算方法主要有DTM法、方格网法、断面法、等高线法四种，以下一一说明。
2.1 DTM法
通过采集的数据高程点信息对地形表面进行建模。当模型建立后，模型上任意点的高程信息就可获得。对土方工程前的原始地面点坐标和设计地面标高点坐标，分别进行DTM建模计算原始地形体积和设计地形体积，两者之差就是土方工程量。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。（三角网法适用于小范围大比例尺高精度的地形情况）
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：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；不改变原始数据和精度；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 T1N 算出的土方量时就大大提高了计算的精度。
可以看出，DTM法的精度较高，因为三角网能很好地适应复杂、不规则地形，从而更好地表达真实的地面特征。但是要注意的是DTM方法计算土方量精度高,但其计算过程中数据量大,占用大量存储空间。因此,如果地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法。
2.2方格网法
通常在计算平坦及高差不太大、地形比较平缓的地区采用，把计算区域范围为规则的方格网单个方格网计算土方量汇总之和就是土方工程量。该法外业工作量大，测点可能受地形限制；格网间距越小精度越高。优点是：直观、易懂、计算简单；但由于每点高程的权不一样，边界点、格网交叉点、格网线上点、格网中间点不能分别确权，故计算精度较差，适用于估算和概算。
2.3断面计算法
断面法是按一定的距离逐条测量断面数据并结合设计高程计算出断面面积，用断面面积乘以水平距离所得体积之和就是土方工程量。该法外业操作相对复杂，工作量大，精度取决于外业横断面密度、横断面平行度，内业计算相对简便，但首尾断面处和弯曲场地情形下的断面距离难以准确确定。
2.4等高线法
根据计算区域内每条封闭等高线面积与高程差的积之和就是土方工程量。
2.5土方计算方法的选用
⑴ 在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地，宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小，计算速度快，省却了DTM法庞大的数据存储量。
⑵ 在狭长地带，比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方量。
⑶ 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。但是也要考虑到，本身数据量大，数据储存量的问题。
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情况，选择合适的计算方法，达到最优的目的。
3计算精度分析
现就以南方CASS7.1在温州市鹿城区七都综合建设开发有限责任公司七都岛千亩征地等项目安置房与七都农房集聚区（一期）工程土方（以下简称七都土方）计算中来说明各方法的应用。
3.1项目测量数据说明
我院小组采用全站仪共测量有4079个坐标高程点数据，并拍摄了场地相片供建模与质量检查参照。
3.2土方计算
在南方 CASS7.1中，展出高程点数据并建立模型，首先用DTM法进行计算，平场标高统一设为2.5米；再用同样的高程点数据采用方格网法计算土方量，并根据5米、10米、20米不同方格网宽度计算多个方量（计算结果见表1），方便以后数据对比分析；在测区内按相同距离建立断面，按2.5米设计标高计算方量，因本测区不适合等高线法且该方法精度不高就未采用（计算结果见表2）。
3.3土方调配
当一个场地内的有好多区块的土方量，有填有挖，当我们把挖出来的运到需要填的区块里去，这里就涉及到一个怎么来运输土方量，就能达到一个挖填平衡、总的运距最短、费用最低。（原理：使用最小二乘法）土方调配的原则：总的运距最短、挖填平衡（时间平衡、空间平衡）。
3.4数据分析
以上数据得知，断面法适用于高差变、地形起伏变化较大，自然地面规则的地区；如河流，道路等带状测区，是常用的方法。
方格网法计算误差主要来源是方格网点坐标的量测误差，测量时要求测量每个高差变化数据点，计算时方格网宽度要与测量数据点间距基本保持一致时结果较理想，其计算方法较简单。
DTM完全由计算机软件提供的工具进行计算，测量数据点是测区内的特征点，要求有一定的数据量，能充分代表计算场地区域不同标高。综合以上情况，最终按方格网法5米宽度方量结果提供甲方使用。
4场地模拟
鉴于土方计算精度影响较大与测量数据采集因素相关及计算模型方法也有差别，特提供现场相片与根据数据生成计算表面模型供检查时对比分析。
根据测量的4079个坐标高程点数据，对数据进行规则网处理生成表面模型(见图1)，按测区范围对图1进行裁边而得到供检查用的计算模型(见图2)，再对模型的方量与南方CASS计算的方量进行校核，以确定方格网5米宽度的方量为提供甲方使用的成果。
5结束语
在土方测量计算过程中，根据场地地形情况确定测量与计算方法，充分考虑到计算的精度与数据要求，通过把现场采集的野外数据在计算机内业生成立体模型与实地相片进行对比，发现问题并进行纠正，希望能在今后的测算中应用研究出更好的技术方法与各位探讨。本文有不当之处，敬请读者批评指正。
参考文献：
土方与地基基础工程计算手冊.山西科学技术出版社，2006．
工程测量学[M ]. 北京:测绘出版社,2008.
数字地形分析[M ]. 北京:科学出版社, 2006.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：土方测量；计算方法；精度分析；模型对比；应用
1前言
温州在进行大量的基础设施工程建设，例如温州市鹿城区七都综合建设开发有限责任公司七都岛千亩征地等项目中有大量的土方量测算，土方计算方法的选择不但牵涉到计算效率，而且其准确性直接影响到工程造价的控制与施工组织问题。所以需对土方计算方法进行精度分析与计算模型对比。
2计算方法
目前土方测量计算有较多可采用的软件及方法，测图软件有南方CASS 、清华山维EPSW2005等，GIS软件有ArcGIS、MAPGIS等；土方计算方法主要有DTM法、方格网法、断面法、等高线法四种，以下一一说明。
2.1 DTM法
通过采集的数据高程点信息对地形表面进行建模。当模型建立后，模型上任意点的高程信息就可获得。对土方工程前的原始地面点坐标和设计地面标高点坐标，分别进行DTM建模计算原始地形体积和设计地形体积，两者之差就是土方工程量。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。（三角网法适用于小范围大比例尺高精度的地形情况）
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：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；不改变原始数据和精度；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 T1N 算出的土方量时就大大提高了计算的精度。
可以看出，DTM法的精度较高，因为三角网能很好地适应复杂、不规则地形，从而更好地表达真实的地面特征。但是要注意的是DTM方法计算土方量精度高,但其计算过程中数据量大,占用大量存储空间。因此,如果地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法。
2.2方格网法
通常在计算平坦及高差不太大、地形比较平缓的地区采用，把计算区域范围为规则的方格网单个方格网计算土方量汇总之和就是土方工程量。该法外业工作量大，测点可能受地形限制；格网间距越小精度越高。优点是：直观、易懂、计算简单；但由于每点高程的权不一样，边界点、格网交叉点、格网线上点、格网中间点不能分别确权，故计算精度较差，适用于估算和概算。
2.3断面计算法
断面法是按一定的距离逐条测量断面数据并结合设计高程计算出断面面积，用断面面积乘以水平距离所得体积之和就是土方工程量。该法外业操作相对复杂，工作量大，精度取决于外业横断面密度、横断面平行度，内业计算相对简便，但首尾断面处和弯曲场地情形下的断面距离难以准确确定。
2.4等高线法
根据计算区域内每条封闭等高线面积与高程差的积之和就是土方工程量。
2.5土方计算方法的选用
⑴ 在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地，宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小，计算速度快，省却了DTM法庞大的数据存储量。
⑵ 在狭长地带，比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方量。
⑶ 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。但是也要考虑到，本身数据量大，数据储存量的问题。
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情况，选择合适的计算方法，达到最优的目的。
3计算精度分析
现就以南方CASS7.1在温州市鹿城区七都综合建设开发有限责任公司七都岛千亩征地等项目安置房与七都农房集聚区（一期）工程土方（以下简称七都土方）计算中来说明各方法的应用。
3.1项目测量数据说明
我院小组采用全站仪共测量有4079个坐标高程点数据，并拍摄了场地相片供建模与质量检查参照。
3.2土方计算
在南方 CASS7.1中，展出高程点数据并建立模型，首先用DTM法进行计算，平场标高统一设为2.5米；再用同样的高程点数据采用方格网法计算土方量，并根据5米、10米、20米不同方格网宽度计算多个方量（计算结果见表1），方便以后数据对比分析；在测区内按相同距离建立断面，按2.5米设计标高计算方量，因本测区不适合等高线法且该方法精度不高就未采用（计算结果见表2）。
3.3土方调配
当一个场地内的有好多区块的土方量，有填有挖，当我们把挖出来的运到需要填的区块里去，这里就涉及到一个怎么来运输土方量，就能达到一个挖填平衡、总的运距最短、费用最低。（原理：使用最小二乘法）土方调配的原则：总的运距最短、挖填平衡（时间平衡、空间平衡）。
3.4数据分析
以上数据得知，断面法适用于高差变、地形起伏变化较大，自然地面规则的地区；如河流，道路等带状测区，是常用的方法。
方格网法计算误差主要来源是方格网点坐标的量测误差，测量时要求测量每个高差变化数据点，计算时方格网宽度要与测量数据点间距基本保持一致时结果较理想，其计算方法较简单。
DTM完全由计算机软件提供的工具进行计算，测量数据点是测区内的特征点，要求有一定的数据量，能充分代表计算场地区域不同标高。综合以上情况，最终按方格网法5米宽度方量结果提供甲方使用。
4场地模拟
鉴于土方计算精度影响较大与测量数据采集因素相关及计算模型方法也有差别，特提供现场相片与根据数据生成计算表面模型供检查时对比分析。
根据测量的4079个坐标高程点数据，对数据进行规则网处理生成表面模型(见图1)，按测区范围对图1进行裁边而得到供检查用的计算模型(见图2)，再对模型的方量与南方CASS计算的方量进行校核，以确定方格网5米宽度的方量为提供甲方使用的成果。
5结束语
在土方测量计算过程中，根据场地地形情况确定测量与计算方法，充分考虑到计算的精度与数据要求，通过把现场采集的野外数据在计算机内业生成立体模型与实地相片进行对比，发现问题并进行纠正，希望能在今后的测算中应用研究出更好的技术方法与各位探讨。本文有不当之处，敬请读者批评指正。
参考文献：
土方与地基基础工程计算手冊.山西科学技术出版社，2006．
工程测量学[M ]. 北京:测绘出版社,2008.
数字地形分析[M ]. 北京:科学出版社, 2006.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。