【摘 要】土方計算在各工程領域有著廣泛的應用，文章結合南方CASS軟件土方計算常用的DTM法、方格網法、斷面法、等高線法的原理作了簡單介紹，并針對不同方法的適用范圍和局限性進行了闡述。
【關鍵詞】CASS；土方計算 ；方格網法 ；DTM法；斷面法
一、土方計算的必要性
土方計算在建筑、交通、水利等領域都會涉及，土方計算在初步設計階段與工程造價相關，在施工階段是放樣數(shù)據(jù)的基礎，竣工階段是工程款結算依據(jù)，因此合理準確的土方計算影響著工程建設的各個環(huán)節(jié)，是業(yè)內人士值得探討研究的問題。許多測繪設計類軟件提供了土方計算的功能，其中由南方公司開發(fā)的南方CASS軟件使用廣泛。
二、土方計算方法
南方CASS軟件提供了應用于工程的多種土方計算方法，其中主要有DTM法、等高線法、方格網法、斷面法等。
�。ㄒ唬〥TM法土方計算。DTM模型來計算土方量的原理：根據(jù)實測地面點位三維坐標和設計高程，通過生成不規(guī)則三角網，來計算每一個三棱錐實際體積與設計體積的差值，所得數(shù)值為對應三角網的填挖方量，最后累加得到指定邊界范圍內填方和挖方的土方量，并據(jù)此繪出填挖方分界線，作為放樣的依據(jù)。
DTM法土方計算可通過坐標數(shù)據(jù)文件、圖上高程點或者圖上的三角網三種方法進行，其中依據(jù)坐標數(shù)據(jù)文件和圖上高程點的算法包含重新建立三角網的過程，而直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網。
（二）方格網法土方計算。方格網法土方量計算的原理：根據(jù)實測地面點位三維坐標和設計高程，通過指定邊長參數(shù)生成規(guī)則方格網，來計算每一個方格內的實際體積與設計體積的差值，所得數(shù)值為對應方格的填挖方量，最后累計得到指定邊界范圍內填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。
系統(tǒng)首先將方格的四個頂點上的高程相加，其頂點高程往往通過內插得到，取平均值與設計高程相減。然后通過指定的方格邊長得到每個方格的面積，再用長方體的體積計算公式得到填挖方量。用方格網法算土方量，設計面適用于平面、斜面或者三角網。
�。ㄈ⿺嗝娣ㄍ练搅坑嬎恪嗝娣ㄍ练接嬎阒饕迷诠吠练接嬎愫蛥^(qū)域土方計算，對于特別復雜的地方可以用任意斷面設計方法。斷面法土方計算主要有：道路斷面、場地斷面和任意斷面三種計算土方量的方法。
斷面法土方計算的大致流程為：生成里程文件――選擇土方計算類型――給定計算參數(shù)――計算工程量。在場地的土方計算中，常用的里程文件生成方法同道路斷面由縱斷面線方法一樣，不同是在生成里程文件之前利用“設計”功能加入斷面線的設計高程。另外用第一期工程、第二期工程（或是土質層石質層）的高程文件分別生成里程文件一和里程文件二，可利用二斷面線間土方計算兩工期之間或土石方分界土方的工程量。
�。ㄋ模┑雀呔�法土方計算。等高線法土方計算的原理：依據(jù)等高線已知的高程和等高線所圍成的面積，可計算兩等高線圍成的體積從而求出兩等高線間的土方量。南方CASS等高線法土方計算表格，提供了每條等高線圍成的面積、兩條相鄰等高線之間的土方量以及計算公式等。
�。ㄎ澹﹨^(qū)域土方量平衡。土方平衡的功能常在場地平整時使用，當一個場地的土方平衡時，從較高處挖得的土石方直接填到該區(qū)域內較低的地方，挖方量恰好等于填方量。南方CASS可完成指定范圍的土方平衡計算，并自動繪制出填挖方邊界線，依此為界就可完成場地平整，這樣可以大幅度減少運輸費用。
三、土方計算的適用范圍與局限性
�。ㄒ唬〥TM法的適用范圍。相對于規(guī)則格網，不規(guī)則三角網具有以下優(yōu)點：三角網中的點、線的分布密度和結構完全可以與地表的特征相協(xié)調，直接利用原始資料作為網格特點；不改變原始數(shù)據(jù)和精度，三角網能很好地適應復雜、不規(guī)則地形，從而更好地表達真實的地面特征。
DTM法計算土方量時不要求給定區(qū)域邊界，因為系統(tǒng)會分析所有被選取的三角形，且不顯示中間生成過程，因此在選擇三角形時一定要注意不要漏選或多選，否則計算結果有誤，且很難檢查出問題所在。對于質檢部門的檢查、委托方的判讀，造成了很大的困難，尤其對于面積較大的區(qū)域，也限制了DTM法的應用。為了增強成果的可讀性，可以利用CASS在其安裝目錄下生成的“dtmtf.log”文件。“dtmtf.log”文件詳細記錄了每一個三角網的編號、三維坐標、挖填方等數(shù)據(jù)。
�。ǘ┓礁窬W法的適用范圍。方格網法簡便直觀，易于操作，適用于地形起伏較小、坡度變化平緩的場地，尤其是大面積的土石方估算，因此在實際工作中應用非常廣泛。該法計算土方前，須使用復合線圍取閉合的土方量計算邊界，一定要閉合，但是盡量不要擬合，因為經折線迭代的擬合曲線會影響計算結果的精度；另外由于方格網是取4個角上的高程以及方格邊長，來計算方格網的體積，因此對于變化較大的地形來說，計算精度會降低；方格網法理論上采用的方格邊長越短，土方量計算越接近實際地面，精確度會越高，但工作量會隨之增加，不利于提高工作效率。
（三）斷面法的適用范圍。斷面法中的里程文件用離散的方法描述了實際地形。嚴格來說，生成里程文件方法可以通過圖面生成，還可以用手工輸入和編輯。在某些情況下，手工輸入編輯比由圖面生成等方法還要方便、快捷，但此方法要求用戶對里程文件的結構有較深的認識。例如在道路斷面土方計算中，自動生成的各個里程處的橫斷面圖中，必須有兩條斷面曲線，一條為原始地貌斷面曲線，一條為道路斷面設計曲線，并且兩條曲線必須相交為閉合多邊形才能進行土方量計算。如果橫斷面圖的中樁兩側的地面斷面曲線不夠寬，無法與道路設計斷面曲線相交形成閉合的多邊形，土方量計算結果是不準確的。 所以，生成“里程文件”和 編輯“橫斷面設計文件”在斷面法土方計算過程中是關鍵之處。
�。ㄋ模┑雀呔�法適用范圍。通過白紙掃面矢量化得到的圖形，沒有高程數(shù)據(jù)文件，無法通過DTM法、方格法和斷面法計算土方。一般來說，地形圖上都會有等高線，所以，南方CASS開發(fā)了由等高線計算土方量的功能，專為這類用戶設計。利用等高線法可以計算任意兩條所選等高線間土方，但所選等高線必須閉合，且等高線具有高程屬性。
四、結語
基于測量儀器與南方CASS相結合的土方計算方法，及時、準確、方便、快捷，減小測量人員的勞動強度，從而提高測量人員的工作效率，充分體現(xiàn)現(xiàn)代測量的智能化。在實際工作中，要綜合考慮地形特征、精度要求以及成果的可讀性等因素，選擇一種合適的計算方法，當測量數(shù)據(jù)真實反映地形的情況下，用DTM法來檢驗，從而提高計算結果的準確性和可靠性。
參考文獻
[1] 南方測繪儀器公司.CASS7.0使用說明書[G].廣州：南方測繪儀器公司，2006.
【關鍵詞】CASS；土方計算 ；方格網法 ；DTM法；斷面法
一、土方計算的必要性
土方計算在建筑、交通、水利等領域都會涉及，土方計算在初步設計階段與工程造價相關，在施工階段是放樣數(shù)據(jù)的基礎，竣工階段是工程款結算依據(jù)，因此合理準確的土方計算影響著工程建設的各個環(huán)節(jié)，是業(yè)內人士值得探討研究的問題。許多測繪設計類軟件提供了土方計算的功能，其中由南方公司開發(fā)的南方CASS軟件使用廣泛。
二、土方計算方法
南方CASS軟件提供了應用于工程的多種土方計算方法，其中主要有DTM法、等高線法、方格網法、斷面法等。
�。ㄒ唬〥TM法土方計算。DTM模型來計算土方量的原理：根據(jù)實測地面點位三維坐標和設計高程，通過生成不規(guī)則三角網，來計算每一個三棱錐實際體積與設計體積的差值，所得數(shù)值為對應三角網的填挖方量，最后累加得到指定邊界范圍內填方和挖方的土方量，并據(jù)此繪出填挖方分界線，作為放樣的依據(jù)。
DTM法土方計算可通過坐標數(shù)據(jù)文件、圖上高程點或者圖上的三角網三種方法進行，其中依據(jù)坐標數(shù)據(jù)文件和圖上高程點的算法包含重新建立三角網的過程，而直接采用圖上已有的三角形，不再重建三角網。
（二）方格網法土方計算。方格網法土方量計算的原理：根據(jù)實測地面點位三維坐標和設計高程，通過指定邊長參數(shù)生成規(guī)則方格網，來計算每一個方格內的實際體積與設計體積的差值，所得數(shù)值為對應方格的填挖方量，最后累計得到指定邊界范圍內填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。
系統(tǒng)首先將方格的四個頂點上的高程相加，其頂點高程往往通過內插得到，取平均值與設計高程相減。然后通過指定的方格邊長得到每個方格的面積，再用長方體的體積計算公式得到填挖方量。用方格網法算土方量，設計面適用于平面、斜面或者三角網。
�。ㄈ⿺嗝娣ㄍ练搅坑嬎恪嗝娣ㄍ练接嬎阒饕迷诠吠练接嬎愫蛥^(qū)域土方計算，對于特別復雜的地方可以用任意斷面設計方法。斷面法土方計算主要有：道路斷面、場地斷面和任意斷面三種計算土方量的方法。
斷面法土方計算的大致流程為：生成里程文件――選擇土方計算類型――給定計算參數(shù)――計算工程量。在場地的土方計算中，常用的里程文件生成方法同道路斷面由縱斷面線方法一樣，不同是在生成里程文件之前利用“設計”功能加入斷面線的設計高程。另外用第一期工程、第二期工程（或是土質層石質層）的高程文件分別生成里程文件一和里程文件二，可利用二斷面線間土方計算兩工期之間或土石方分界土方的工程量。
�。ㄋ模┑雀呔�法土方計算。等高線法土方計算的原理：依據(jù)等高線已知的高程和等高線所圍成的面積，可計算兩等高線圍成的體積從而求出兩等高線間的土方量。南方CASS等高線法土方計算表格，提供了每條等高線圍成的面積、兩條相鄰等高線之間的土方量以及計算公式等。
�。ㄎ澹﹨^(qū)域土方量平衡。土方平衡的功能常在場地平整時使用，當一個場地的土方平衡時，從較高處挖得的土石方直接填到該區(qū)域內較低的地方，挖方量恰好等于填方量。南方CASS可完成指定范圍的土方平衡計算，并自動繪制出填挖方邊界線，依此為界就可完成場地平整，這樣可以大幅度減少運輸費用。
三、土方計算的適用范圍與局限性
�。ㄒ唬〥TM法的適用范圍。相對于規(guī)則格網，不規(guī)則三角網具有以下優(yōu)點：三角網中的點、線的分布密度和結構完全可以與地表的特征相協(xié)調，直接利用原始資料作為網格特點；不改變原始數(shù)據(jù)和精度，三角網能很好地適應復雜、不規(guī)則地形，從而更好地表達真實的地面特征。
DTM法計算土方量時不要求給定區(qū)域邊界，因為系統(tǒng)會分析所有被選取的三角形，且不顯示中間生成過程，因此在選擇三角形時一定要注意不要漏選或多選，否則計算結果有誤，且很難檢查出問題所在。對于質檢部門的檢查、委托方的判讀，造成了很大的困難，尤其對于面積較大的區(qū)域，也限制了DTM法的應用。為了增強成果的可讀性，可以利用CASS在其安裝目錄下生成的“dtmtf.log”文件。“dtmtf.log”文件詳細記錄了每一個三角網的編號、三維坐標、挖填方等數(shù)據(jù)。
�。ǘ┓礁窬W法的適用范圍。方格網法簡便直觀，易于操作，適用于地形起伏較小、坡度變化平緩的場地，尤其是大面積的土石方估算，因此在實際工作中應用非常廣泛。該法計算土方前，須使用復合線圍取閉合的土方量計算邊界，一定要閉合，但是盡量不要擬合，因為經折線迭代的擬合曲線會影響計算結果的精度；另外由于方格網是取4個角上的高程以及方格邊長，來計算方格網的體積，因此對于變化較大的地形來說，計算精度會降低；方格網法理論上采用的方格邊長越短，土方量計算越接近實際地面，精確度會越高，但工作量會隨之增加，不利于提高工作效率。
（三）斷面法的適用范圍。斷面法中的里程文件用離散的方法描述了實際地形。嚴格來說，生成里程文件方法可以通過圖面生成，還可以用手工輸入和編輯。在某些情況下，手工輸入編輯比由圖面生成等方法還要方便、快捷，但此方法要求用戶對里程文件的結構有較深的認識。例如在道路斷面土方計算中，自動生成的各個里程處的橫斷面圖中，必須有兩條斷面曲線，一條為原始地貌斷面曲線，一條為道路斷面設計曲線，并且兩條曲線必須相交為閉合多邊形才能進行土方量計算。如果橫斷面圖的中樁兩側的地面斷面曲線不夠寬，無法與道路設計斷面曲線相交形成閉合的多邊形，土方量計算結果是不準確的。 所以，生成“里程文件”和 編輯“橫斷面設計文件”在斷面法土方計算過程中是關鍵之處。
�。ㄋ模┑雀呔�法適用范圍。通過白紙掃面矢量化得到的圖形，沒有高程數(shù)據(jù)文件，無法通過DTM法、方格法和斷面法計算土方。一般來說，地形圖上都會有等高線，所以，南方CASS開發(fā)了由等高線計算土方量的功能，專為這類用戶設計。利用等高線法可以計算任意兩條所選等高線間土方，但所選等高線必須閉合，且等高線具有高程屬性。
四、結語
基于測量儀器與南方CASS相結合的土方計算方法，及時、準確、方便、快捷，減小測量人員的勞動強度，從而提高測量人員的工作效率，充分體現(xiàn)現(xiàn)代測量的智能化。在實際工作中，要綜合考慮地形特征、精度要求以及成果的可讀性等因素，選擇一種合適的計算方法，當測量數(shù)據(jù)真實反映地形的情況下，用DTM法來檢驗，從而提高計算結果的準確性和可靠性。
參考文獻
[1] 南方測繪儀器公司.CASS7.0使用說明書[G].廣州：南方測繪儀器公司，2006.
