CASS7.0软件在土方量计算中的应用研究及精度分析_免费土方量计算软件

　　摘 要：结合实例应用CASS7.0软件分析，采用DEM法、断面法、方格法和等高线法计算土方量的精度，结果表明DEM法计算结果精度最高；采样间距、断面间距、等高距和方格边长越短，计算结果越准确。
　　关键词：CASS7.0软件; 土方量计算 ; 精度分析
　　0 引言
　　随着我国基础工程发展，工程测量对土方测量精度要求越来越高。尤其在土地平整中通常需要确定地面高程、施工范围和计算土方量等，以便控制施工进度，同时作为工程预算的依据。行业内常见计算有DEM法、断面法、方格法和高线法等。不同的计算将产生不同的结果。如何规范土方量计算[1]，需要对计算过程进行研究。特别是现在，测量仪器越来越先进，以及计算机也已经全面普及，各种土方计算软件更是层出不穷，评价软件的计算结果，具有现实意义。
　　CASS7.0 成图软件是基于AutoCAD平台开发的数字化测绘数据采集系统，主要包括地形成图、地籍成图、工程应用三大领域。其中，工程应用模块中提供以上四种土方量计算的功能。本文探讨应用CASS7.0软件进行土方量计算的方法和过程，并对其结果进行比较分析。为今后工程土方测量计算提供借鉴作用。
　　1 CASS7.0软件应用实例
　　本文应用5"级全站仪和南方测绘仪器公司研制的地形地籍成图软件(CASS7.0)，对某一基建工程地块使用经鉴定的全站仪进行实地数据采集（测量其特征点的地面坐标和高程）。通过CASS7.0软件下载至计算机，保存为dat格式的数据文件，并利用CASS7.0生成数字化地形图。在数字化地形图上分别用DEM法[2]、断面法和方格法计算同一范围的土方量，并比较不同过程(如采样间距、断面间距和方格边长的变化)对计算结果的影响。该软件还有一种等高线法计算土方量的方法，由于要求等高线必须是闭合的，所以不适用于本例，它多用于图上没有高程点而只有等高线的老图扫描后计算。
　　1.1 方格网法计算
　　用复合线圈定计算范围．在“ 工程应用”下拉菜单中选中“方格网法土方计算”。根据提示，分别选择初始和终了两个数据文件及方格网边长。即可计算出土方量的大小（见图1）。
　　
　　图1: 方格网法土方计算成果
　　1.2 DEM法计算
　　先分别用两次测得的数据生成两个三角网文件，然后选中“工程应用”菜单下的“DEM法土方计算”下的“计算两期间土方”。根据提示，选中相应数据文件，可算出圈定范围内的土方量（见图2）。
　　图2: DEM法土方计算成果
　　1.3 断面法计算方法
　　在要计算土方量的范围内，用复合线在适当位置画一纵断面线。使用CASS7.0“工程应用\生成里程文件\由纵断面线生成\新建”功能，在图上生成一定间距的横断面线。然后用“由纵断面线生成\剪切”功能剪去范围外的所有线条。最后用该菜单下的“生成”功能分别引用初期和终期两.dat格式的数据文件生成两个hdm格式的里程文件。应用软件的“工程应用\断面法土方计算\场地断面”功能，引用工程初期测量数据生成的里程文件初期断面图；再用软件的"工程应用\断面法土方计算\图上添加断面线"功能，在初期断面图上添加终了断面线；最后用软件的“工程应用\断面法土方计算\两断面线间土方计算”功能，便可用断面法计算出所求土方量的填挖方量（如图3）。
　　图3: 断面法土方计算成果
　　2 CASS7.0软件应用实例分析
　　2.1 土方量计算结果
　　将全站仪测的地面高程数据，分别采用方格法、断面法和DEM法计算出相同范围内土方量的大小，结果见表1、表2和表3。
　　表1 DEM 法的计算结果
　　计算三种方法计算结果的最或是值 、观测值中误差为:
　　，结果见表4。
　　表4 三种计算方法的最或是值和观测值中误差
　　从表1～表4可以看出．相同的外业测量数据，不同的计算方法,其结果会不同。即使用同一种方法计算，但用不同采样间距、断面间距和方格边长，其计算结果也不同。
　　2.2 结果分析
　　全站仪测量高程的精度由距离误差和高程误差决定，研究结果表明，全站仪采样位置的平面点位中误差为mD=±0.02m。土方计算的高程中误差是数字化地形图通过插求点的高程中误差。一般认为影响数字化地形图高程的精度[3]的主要因素有：地形类别、内插方法、采样方式和粗差剔除程度等。三种计算方法中，采样间距、断面间距和方格边长不同，其计算结果也不同。测量学认为，对某一量进行多次观测，观测值中误差越小，其离散程度越小则越可靠，所以认为其精度就越高。因此，判别观测值中误差的大小可以反映其计算的精度高低。从表4可知，以DEM法计算的观测值中误差最小，其次是断面法，最后是方格网法。说明DEM法的计算结果的离散程度小，精度最高。相同的外业数据，计算精度的高低主要根高程点的内插有关，DEM法和等高线法采用三角网的插点形式计算地面高程．其拟合效果较接近地面高程，所以精度较高。方格网法中方格顶点的高程通过按比例计算，受地形复杂因素的影响，其计算精度不高，所以土方计算的精度不高。通过实验，数字化地形图上方格顶点的高程中误差达到Mh=±0.35m，断面法通过提取横断面图计算两断面间的土方，其精度略高于方格网法。
　　3 CASS7.0软件应用几种测量计量方法的应用优缺点
　　3.1 CASS7.0软件包含普通CAD的功能。在此基础上，开发土方计算的模块，适合地质工程(如工程上土地平整)土方计算，界面友好、功能齐全、使用方便。计算土方量时，可根据实际情况(如精度要求等)选用不同的计算方法。并且注意野外采样方式，主要是碎部点间的距离，因为不同的采样方式会出现不同结果。
　　3.2 DEM法计算土方量，既提高精度又提高速度，适合于任何场合。另外，DEM法能够计算设计面是水平面、倾斜面和不规则面等的土方量，确定土方平衡时的设计高程和土方量．在控制施工进度方面作用非常大。
　　3.3 断面法计算土方量，采用相邻两断面的面积和其间距计算土方量，适用于地形为狭长地带的土地平整测量．特别是线路的土方测量。其计算精度略高于方格网法，但计算步骤比较复杂，增加不少工作量。
　　3.4 方格网法计算土方量，操作简单，图面直观，可增强测量计算的透明度。方格法计算土方量的误差主要来源是方格顶点高程的测量误差、场地面积的求积误差等，同时也跟方格边长有关，采用的方格边长越接近野外采样点距时，计算结果越精确。地形高差越大，采用算术平均法计算平均标高误差越大，求出的土方量误差也大。采用加权平均法可以提高其计算精度。当精度要求更高时，应考虑用DEM法计算。
　　3.5 等高线法计算土方量，适合于地形坡度均匀的地方。其等高线必须闭合，否则难以计算。因此，等高线法适合于地面坡度大，地物少的地方。
　　4 结论
　　CASS7.0软件分析应用工程测量计算中，有利于提高工程测量准确性和精确度，以便控制施工进度，同时作为工程预算的科学依据。
　　参考文献：
　　[1] 柯建明，叶根生．如何规范土石方计算 ．科技资讯，2006，33(1)：147-149.
　　[2] 钱业宏．利用数字化地形图进行土方计算的方法 ．四川测绘，2005，28(3)：137～139.
　　[3] 宫同森．地形、地籍测量精度[M]．北京：测绘出版社，1992.19～156.
　　作者简介：
　　曹钰华：女，测量工程师，1966年10月出生，本科学历，历年主要从事工程测量和工程质量检验技术与管理等技术工作。