（湖南省地质矿产勘查开局417队 衡阳 421001）
【摘 要】土方量计算是港口施工建设重要环节，本文介绍了基于ArcGIS 3D分析的土方量计算方法，通过将山脊山谷、坡顶坡底等地貌特征线描绘为隔断线并作为TIN模型建立要素引入，对不规则三角网生成过程中节点随机选取的算法加以约束，提升了TIN模型与地形地貌高度符合的可靠性及土方量计算精度。并通过实例与CASS成图软件土方量计算方法进行比较，验证了该方法的高效与精确。
【关键字】ArcGIS，3D分析，TIN，CASS，土方量，平均标高
中图分类号：P258 文献标志码：A 文章编号：
1 引言
在突飞猛进的土基建设潮流中，土方量计算贯穿着填海造陆、软基处理、场地平整等多个建设阶段，为项目规划设计、造价预算与工程验收提供了极为重要的数据服务。日前对于精确计算工程土方量，行业内普遍采用基于CAD平台的成图软件（例如Cass）来完成。
ArcGIS是当今最为主流的GIS平台之一，具有强大的地图编辑与分析功能。其3D分析方法能够快速构建表面模型，高效灵活对表面数据进行各类可视化呈现与分析。基于ArcGIS 3D分析进行土方量的计算，在对表面数据加以修订时，能够自动实现TIN模型重建与更新，对于沟、垄、坎分布密集的地貌复杂区域，其灵活性体现地更加明显。
2 计算原理与方法
基于ArcGIS 3D分析时的土方量计算，其原理是通过引入离散测点或等值线，自动识别离散测点z值或等值线的高程属性值，生成不规则三角网TIN表面模型[1]。在三维空间中，针对每个表面三角形，计算其立体三菱柱体积与投影面积数据，既而求取整个区域的填挖土方量与平均场地标高[2]。
TIN表面模型与实际地貌是否相符是判定TIN模型质量优劣的重要标准，模型的质量优劣直接影响土方量计算的正确性及可靠度。在利用ArcGIS 3D分析功能构建TIN模型时，通过添加隔断线来限定三角网生成过程中节点的随机选择，对计算机自动算法进行条件约束，以确保按照预期方式生成与地形地貌精确吻合的数字表面。在实际操作时将坡顶（底）线、山脊（谷）线等设置为隔断线，以确保任何三角网均不跨越隔断线。
计算时，将隔断线文件与离散测点文件、计算边界面文件一并作为TIN模型建立的要素参与计算。并根据实际情况，选择合适的表面要素类型，系统根据所输入要素及设定的计算条件创建出与地形地貌高度一致的TIN模型。以检查无误的TIN模型为基础，可快速计算指定区域的三维空间土方量值。
3 实际算例
以衡东某软基处理项目土方量计算为例，工区地形地貌如图1。该工区有垄、沟、土堆、坎等多类自然要素，地貌复杂，测图比例尺为1:500。图中黑色离散点为实测高程点，最小高程1.45m，最大高程5.34m；蓝色线条为土垄设施，绿色线条为坎或水沟边界；粉色粗线条为本次土方量计算边界，面积130873平方米。下面分别采用成图软件CASS及Arcigis 3D分析方法计算该工程土方量，并对两种计算方式进行综合比较。
图2 手动修订三角网效果示意图
3.2 基于ArcGIS 3D分析的土方量计算：
对图中离散点、垄坎（含顶线、脚线）等拟定隔断线、计算范围分别进行格式转换，生成ArcGIS平台下的点、线、面要素文件。之后采用ArcGIS 3D分析功能模块，将隔断线文件与数据源（离散点文件）、计算边界文件一并输入，并根据工程实际情况，设置Z值比例因子为1.0，参考高程面为0m，选择构建约束型Delaunay三角网的TIN模型（如图3）。最后以TIN为基础，引入目标高程面，计算指定范围内的三维空间土方量。土方量计算设置参数、模型表面积、投影面积、方量值等均以文本形式输出保存，便于数据共享管理与储存。
4 结论
基于ArcGIS 3D分析的土方量精确计算方法，经实例验证了其方法可行，操作简单，精度可靠。相比基于CAD平台的传统计算方式，不仅在计算效率、模型编辑操作灵活性上具有极大优势，而且实现了成果展示三维可视化与附加应用的广泛扩展，尤其对于地貌复杂区域，其优势越发明显，作为信息化技术在工程建设中的具体实现，有着广泛的应用前景。
【参考文献】
[1] ESRI．ArcGIS 10 Help．USA
[2] 慕永峰，朱昌永，李建．三角网结构DTM的土方计算及应用[J]．测绘工程，2000，9(1):52-56
[3] 南方测绘仪器有限公司．数字化地形地籍成图系统CASS7.0参考手册．2006年2月
论文作者:李俊利
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
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