word学校代码: 学号:毕业〔设计〕论文土方量计算方法与误差分析 姓 名: 专 业:工程测量技术 班 级: 指导教师:二○一四年六月二十日土方量计算方法与误差分析: 指导教师:摘 要土方量计算是工程施工和设计中一个经常而重要的工作，目前在各种工程建设中，土方量算精度是大家在土方量算中最关心的问题,本文是基于对工程土方量计算中常用的几种方法：方格网法、断面法、等高线法与基于数字地面模型〔DEM〕法的根本原理比拟分析，探讨它们的适用围与精度分析关键词：方格网法； 断面法；等高线法； DEM / 目录第一章 绪 论 1第二章 土方量计算的根本方法 32.1 方格网法 32.2 等高线法 52.3 断面法 72.4 DTM法 7第三章 误差分析 93.1 方格法分析 93.2 断面法分析 133.3 等高线法分析 183.4 DTM 分析 19第四章案例分析与总结 234.1 案例分析 234.2 案例总结 25完毕语 26致 27参考文献 28第一章 绪 论随着我国经济的飞速开展，国家根据需要加大对工程建设的投入，无论是公路还是铁路，城市规划中，土方工程是主要项目，土方量计算是工程设计与施工中经常遇到的问题，需要准确计算土方量，土方计算是这些工程的一个重要组成局部，也是最关键的一局部，土方量直接关系到工程造价，同时土方量的计算方法的选取对施工机械，人力的配置起直接影响作用，因此对于土方计算符合实际。
在国家经济建设快速开展的今天，不断完善国家根底建设和改善人民水平一样的至关重要，根底建设离不开工程施工，土方量的计算是水土建筑工程施工的一个组成局部，工程施工前得设计阶段必须对土方量进展预算，直接关系到工程的费用概算和方案选优，现实中的一些工程项目中，因土方量计算的准确性而产生的纠纷也是常遇到的，如何利用现场测出的地形数据或原有的数字地形数据快速而准确计算出土方成了人们日益关心的问题在当今社会开展前提下，越来越多未开垦的地区被国家投入大量的建筑施工计划对于中国西部一直贫穷落后的状况，国家投入大量的金钱进展改善西部地区“十大工程〞，青藏铁路的开工建设；从西气东输，到西电东送工程的稳步实施；从西部地区大规模的机场建设，到铁路、公路建设的全面启动；从大规模的城市根底设施建设，到大面积的退耕还林还草试点西部开发—这一跨世纪的伟大工程，正在广阔西部地区扎扎实实地推进，土方工程是这些项目中的主体局部，每个工程的实施都牵涉到工程费用的概算，对于国家来说，合理安排好各项工程的施工费用是关键，国家每年投入西部开发的费用不计其数，但对于一个开展中的国家来说，经济是开展中的重中之重，对于一个经济赤字的国家来说，开展无从谈起，为了大型施工项目的正常实工，其工程预算是必不可少，这无论对于国家还是个人都同样重要。
研究现状：自九十年代以来，随着根底建设需求的加大，土方计算越来越受人们的重视，传统的土方计算方法越来越不能满足人们的要求，而伴随着计算机编程技术的飞速开展，通过计算机中的图像处理技术与土方理论的结合已成为现今提高土方量计算精度和效率的新的一个有效途径，与此同时国的研究学者在提高精度，改良公式方面进展大量探讨对于传统的土方计算方法，其实施起来不便利，步骤繁琐，且精度不高等特点，传统土方量计算方法主要包括断面法、方格网法、散点法和表格法，但这些土方量计算方法的适用围都受地形条件限制 基于上述问题，本文提出了工程土方量计算中常用的几种方法：方格网法、断面法、等高线法与基于数字地面模型〔DEM〕法，对其原理和方法进展介绍，同时对其不同种算法所带来误差定性分析第二章土方量计算的根本方法常见的方法包括利用DTM数字化高程法、断面法、方格网法、等高线法等几种方法§2.1 方格网法方格网法是土方量计算的最根本的方法之一，简便直观，易于操作，在实际工作中应用非常广泛方格网法根本原理是：根据野外实地测定的地面点三维坐标 (x,y,z) 和设计标高 h，将方格网的四个角上的高程相加，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量，最后累计求和得到指定围填方和挖方的土方量，绘出填挖方分界限〔如果角上没有高程点，通过周围高程点插得其高程〕高程插算法的根本原理：根据局部地域点的高程，构建一局部函数，将高程值表示为平面位置〔x、y坐标〕的函数，从而可以求得所需位置点的高程线性插〔平面插〕是使用最靠近欲插值点的3个数据点，确定一个平面的数学表达式，从而求出欲插值点的高程，平面方程：双线性多项式插是使用最靠近欲插点的4个数据点，确定一个曲面函数，这样由4个点构成的4边形一点的插高程就唯一确定了多项式曲面函数形式 ：双线性多项式插也属于数值逼近方法.图2-1 方格网模型如如下图：Ha,Hb,Hc,Hd 为A, B, C, D 四点高程与设计高程的高差四点的高程与其对应设计高程围成的图形这里近似等效为高为(Ha+Hb+Hc+Hd)/4 的长方体方格网法是将现场分成假设干正方形方格，确定每个方格顶点的高程，和设计高程比拟，可知每个方格顶点的填、挖的高度，取方格顶点填或挖高度的平均值和方格面积可以计算土方量方格网中计算土方有两种方法：四角棱柱体和三角棱柱体法〔h1、h2、h3、h4—方格四然点挖或填的施工高度 a为方格边长〕1.四角棱柱的体积计算方法。
〔1〕方格四个角点全部为填或全部为挖，其体积为：由上图2-1可得:(长方体体积公式)四个脚点全是填，挖方时，这是最简单的情况，此时的体积V 由四棱柱体积公式可得上式〔2〕 方格中三个角点为挖方，另一角点为填方时时，假定1,2，3个顶点处为挖方量，4处为填方量，其填方局部 4顶点的土方量为： 1,2,3顶点挖方局部土方量为:2.三角棱柱体的体积计算方法计算时先顺地形等高线将各个方格划分成三角形，每个三角形三个角点的填挖施工高度用h1、h2、h3表示当三角形三个角点全部为挖或全部为填时，其挖填方体积为：§2.2 等高线法等高线法计算土方是计算任意两条等高线之间的土方量，由于两条等高线所围面积可用数学方法求得，两等高线之间的高差即等高距，可求出这两条等高线之间的土方量 图2-2 等高线模型如图2-2 所示：等高线法所围成的图形为不规如此柱体，其体积算法:V=(S1+S2) h/2 (1) S1，S2 为相邻两等高线所围面积,h为相邻两等高线的高差 A1,A2为闭合等高线的面积，h1,h2 分别为其对应的高程由等高线围成的图形形状不定，如等高线之间所夹体积近似看成台体体积如此这局部的体积为： V = (S1+S2)/2 (2)如山顶体积为0，如此顶层按椎体体积公式计算： V = Sh/3 (3)§2.3 断面法断面法土方计算土方量是根据纵断面上某一里程处实际测量的地形断面线与设计断面线，相交后的闭合断面面积。
即可获得各个里程处的横断面的填挖面积，并由相邻两横段面的间距计算出土石方量，最终汇总出纵断面上所有两相邻断面间的土石方量 图2-3 断面法模型断面法是用互相平行的截面去截取假想的地物，地貌，假定由2个截面S1,S2 所围成的体积微元设为Vi，(二截面间的直线距离设为Di) Vi= (S1+S2)*Di/2假定体积微元Vi已算出，其总体积土方量就等于将每个局部求出的体积求和： 〔对同一片地区既有挖方，又有填方的情况，应先绘出填，挖方零线，分别计算填方量，挖方量〕§2.4 DTM法 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 h，通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定围填方和挖方的土方量，绘出填挖方分界限DTM模型法还可以计算两期间的土方量，两期间土方计算指的是对同一区域进展了两次测量，利用两次观测得到的高程数据叠加，计算出该区域两期之中的土方变化情况第三章误差分析土方量计算方法不限上述的四种，在现今社会，土方算法各式各样，下面对其在cass软件中的几种算法进展探讨。
学校外面名为家坎的地方，常年地势起伏较大，平均海拔在500米左右，今要在此地建一个高为515.00米高的建筑厂房，要计算其建设本钱，工程概算等，需要准确对这地进展土方计算， 对于这地区在工程上是实施填方还是挖方，都需要土方计算野外测量已用RTK测定好坐标数据，存放于111.dat中，详细文件见附录§3.1 方格法分析方格网法计算土方首先将野外采集数据通过展高程点的方式展到软件特定区域，这为展绘高程点过程绘图处理|展高程点命令，如图2-4所示：图2-4 展高程点 图2-5 方格网土方计算野外数据展绘到图形区域后，用复合线将区域圈定点取“工程应用命令〞下的“方格网法土方计算，图2-5所示按照软件提示，选取复合线，按鼠标左键点取，弹出“方格网土方计算〞图表，图2-5 所示，在高程点坐标数据文件栏选取“高程点坐标数据文件〞，在设计面选取“平面〞，设定目标高程确定后：屏幕弹出总方量消息框由图2-5 可知，此次计算，方格网宽度默认选为20米，对于此调整方格网为别为5米，10米，40米，80米，依次计算数据结果：〔1〕 当方格网宽度为5米时：（2） 当方格网宽度为10米时（3） 方格网宽度为40米时（4） 方格网宽度为80米由以上不同方格网宽度得到的数据结果，得到结论：方格网宽度大小影响计算精度，方格网宽度越小，相比拟而言，误差越小。
对于方格网法根本原理分析如下： C BG F E D A 图2-7 方格模型如图2-7所示：假定ABCD 为某方格网的四个顶点，任意2个顶点间间距为L，分别在AB，CD之间任意插E,F 2点，在EF间插G ，设定点F 至D之间的间距为X，Ha,Hb,Hc,Hd 分别为A,B,C,D 四顶点的高程，各顶点精度都为y，由C,D 二点高程，间距可知，DF间距为X ：。