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1、 学号 密级 公开 城市信息系统实践课程论文基于GIS填挖方计算的开发造价计算及对总体规划的评价以某镇总体规划为例学 生 姓 名 ： 二一五年七月郑 重 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要 土地平整工程在土地开发建设过程中处于非常重要的位置，特别是对于起伏较大的土地，准确、快速、高精度的土方量计算对于合理
2、安排工程进度、工程量大小计算和投资预算具有十分重要的意义。本文以大悟县某某镇总体规划中镇区填挖土方量计算为例，利用ArcGIS软件平台，通过不规则三角网(TIN)分别建立项目原始地面和规划地面的数字高程模型(DEM)，利用其表面差异分析功能实现ArcGIS 在土方量计算中的应用。实验结果表明，应用ArcGIS计算土方量，具有操作简便、计算精度高、能够实现三维可视化等优点，对于指导项目的开发建设具有重要作用。关键词：土地平整；土方量计算；ArcGIS地面模型；微丘地形AbstractLand levelling project has a very important position in t
3、he process of land exploitation and construction. Especially for the much fluctuant lands, accurate, fast and precise calculation of earthwork calculation has very important significance for making the reasonable arrangement of the project schedule, the calculation of engineering quantity and invest
4、ment budget. This paper is based on the excavation and backfilling earthwork calculation within the township of The overall planning of Xincheng town in Dawu county, uses the software platform of ArcGIS, the triangulated irregular network (TIN) of the studied area was used to establish the original
5、and planned ground digital elevation model (DEM), then uses the surface difference analysis function of ArcGIS in the earthwork calculation. The results show that the application of ArcGIS in calculating earthwork, has the advantages of simple operation, calculation precision, and threedemon-signal
6、visualization, and other advantages. It has important impact in conducting the development and construction of projects.Key words: land leveling; earthwork calculation; ArcGIS ground model; micro dune terrain目 录摘 要1Abstract4第一章 绪 论61.1研究背景61.2 ArcGIS在填挖土方量计算中的应用现状71.3本文研究的主要内容7第二章 基于ArcGIS的挖填土方量计算原理
7、72.1数字高程模型72.2 ArcGIS计算土方量的原理8第三章 某某镇总体规划挖填土方量预算83.1某某镇概况83.2原始数据准备与检查93.3创建原始地表面93.4输入规划地表面高程93.5创建规划地表面103.6土石方量计算103.7对总体规划的评价10第四章 应用ArcGIS计算土方量的要点114.1数据要点114.1.1对于地块原始高程数据的收集114.1.2对于地块规划高程数据的获取114.2操作要点114.2.1为规划地块边界输入高程114.2.2创建规划地表面11第五章 ArcGIS计算土方量的优点和不足125.1 ArcGIS计算土方量的优点125.1 ArcGIS计算土方
8、量的不足12结 论13参 考 文 献14致 谢15第一章 绪 论1.1研究背景随着我国城市的快速发展，用地规模也在快速扩张，土方工程在各种开发建设的项目中占有越来越重要的地位。合理的土地开发整理是实现土地可持续利用与耕地总量动态平衡的一项重要工作；是保护农耕地和生态环境的有效措施；也是提高土地利用率，促使土地集约化利用的重要手段。在目前的土地开发整理项目中，土地平整的土方工程量和工程预算约占项目总工程量及总预算的30%60%，因此，精确的计算填挖土方量是合理安排项目进程、准确估算项目造价以及顺利审查项目工作的关键。土地平整主要包括土地开挖、运输和回填等主要施工过程，开挖土方的置放以及回填土方的
9、来源是衡量项目设计是否合理的一个重要因素。特别是对于大型建设项目的场地平整，填挖土方工程量可达数百万立方米甚至更多，土地平整的施工周期也会随着土方量的增加而增加。目前存在许多以微丘地形为主的小城镇，对于这些小城镇的开发建设，一个比较理想的情况就是场地内开挖土方与回填土方的平衡，尽可能提高土地资源利用率，因此，简便、快速、高效的填挖土方量计算对于微丘地形的小城镇显得尤为重要。目前，传统的土方量计算方法有断面法、方格网法、散点法和表格法。断面法一般用于道路、沟渠和管线等地面起伏较大的带状地形，其前期野外测量工作量大，且计算方法较为繁琐；方格网法则适用于大面积平坦或高差变化不大的地区，其模型简单，易
10、于实现，但精度较低；散点法适用于变化均匀，不太复杂的地形；表格法计算土方量，测算范围虽不受地形限制，但计算工作量大且效率不高1。传统的计算方法对于微丘地形小城镇的小型开发项目中填挖土方量计算会显得比较简单，但对于要用填挖土方量的平衡评价其总体规划对于该小城镇的发展是否具有正确的指导作用，就会显得棘手。微丘地形往往情况复杂，对于大面积不规则的微丘地形无法使用传统方法快速、精确地计算填挖土方量。随着我国计算机科学和地理信息技术的发展和运用，ArcGIS的空间分析技术逐渐成熟，越来越多的运用在解决城市土木工程问题中,将ArcGIS技术与其他辅助手段结合，可以更为精确、快速的解决复杂地形的填挖土方量计
11、算问题。1.2 ArcGIS在填挖土方量计算中的应用现状在国外，ArcGIS应用较为成熟，早在二十世纪六十年代，美国就已经广泛运用ArcGIS技术对土壤状况、地质灾害及土地适应性进行了评价。在同一时间，美国麻省理工学院的Chairs L Milter教授提出了数字高程模型(Digital Elevation Model,缩写DEM)，应用这个模型可以直接生成等高线图、地形透视图、地形断面图以及地形可视化通视图2。运用DEM还可以进行土方量计算，主要是利用其提供的高程相关信息，用矢量数据创建TIN，根据创建的三角网模型结合3D分析功能系统协作完成。该方式在理论研究和应用实践方面有了很大的进展，目
12、前，DEM模型及TIN算法在土方量的计算中已被世界许多国家成熟应用。在我国，将ArcGIS应用到土地开发项目中的土方量计算还处在初级阶段，但已有部分成功应用的案例。随着我国由数字城市向智慧城市的转型，越来越多先进的遥感技术可为城市的建设提供详细的土地资料，为ArcGIS进行土方量计算提供良好的基础数据。对于地形复杂，面积较大的建设项目，使用传统方法进行土方量计算已显得捉襟见肘，利用遥感技术获取丰富的地形基础资料，结合ArcGIS分析功能，快速、准确的计算土方量是未来发展的趋势。1.3本文研究的主要内容基于以上传统方法在填挖土方量计算中的存在的缺点以及国内外ArcGIS的研究现状，本文首先阐述应
13、用ArcGIS计算填挖土方量的思路及原理，并以大悟县某某镇的总体规划为例，计算某某镇新一轮总体规划对于现状所需要进行的挖填方土方量，评价其合理性；并总结其操作过程所需要的重要数据及其分析结果存在的问题，为指导微丘地形的小城镇发展建设提供新的借鉴方法。第二章 基于ArcGIS的挖填土方量计算原理2.1数字高程模型数字地形模型是以数字形式存储的地球表面地形信息的集合，地形信息包括高程、坡度、坡向等，其中高程信息是最基础的信息，专门存储高程信息的数字集合就是数字高程模型。从数学的角度，DEM 是一种用X、Y、Z 坐标对地球表面地形地貌的一种离散数字表达，是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式
14、表述为：=(X，Y，Z)(i=1，2，3，n)(式中X、Y 为平面坐标，Z是（X，Y）所对应的高程值)。DEM模型按照数据的表现形式主要分为两种：不规则三角网（TIN）和规则格网(GRID)3。TIN采用离散数据点生成的连续的不重叠的不规则三角形网格来表示地形表面，在地形平坦的区域，三角形面片数较少，可以有效减少数据存储量。在生成三角形面片时，形状和大小有很大的灵活性。TIN还能较容易地表示断裂线和地形起伏较大的区域，较好地顾及地形地貌特征，逼真地表示复杂地形的高低起伏变化，克服地形平坦区域的数据冗余，适用于大比例尺的高精度地形建模4。因此TIN可以用于高程信息表达、土方工程量计算、面积计算、坡度研究以及地学分析等，在土地平整、机场设计和城市规划等多个领域应用广泛。2.2 ArcGIS计算土方量的原理在ArcGIS上应用TIN模型计算项目地块填挖土方量时，首先需要根据实地采集的地面高程点坐标和高程数据，建立原始地表面TIN模型；其次需要在相同坐标系中建立其规划地表面的TIN模型；然后通过TIN 表面差异功能计算原始地表面TIN与规划地表面TIN之间的体积差异。通过此方法不仅可以找到原始地表面TIN和规划地表面TIN之间的交线，即为挖填分界线，还可以计算每个回填区或开挖区的体积。最后通过ArcGIS的统计分析功能，得到各区域挖填土方量的总和，可对比得到平整该地块所需要开挖
