摘要：本文主要基于使用Cass软件的前提下，对各种土石方量计算方法的精度进行研究。本文简单的介绍了Cass软件，阐述了Cass软件提供的四种土石方量计算方法---方格网法、DTM法、等高线法以及横断面法，并针对这四种土石方量计算方法的原理对他们的计算精度进行着重研究分析。
关键词：CASS；土石方量；精度研究
1 引言
随着经济的快速发展，我国对土地的利用越来越多。土石方量的计算是建筑工程施工非常重要的一个步骤。在工程施工前的设计阶段，项目组必须对土石方量进行计算，它将会直接影响到工程方案的选择以及对工程费用的预算。在使用Cass软件的情况下，不同的计算方法的精度会有所不同，为了计算出最精准的土石方量就需要掌握几种计算方法的原理，了解影响各计算方法精度的因素，根据需求选择最合适的方法进行土石方量计算。
2 Cass软件介绍
CASS软件是广东南方数码科技股份有限公司基于CAD平台开发的一套集地形、地籍、空间数据建库、工程应用、土石方算量等功能为一体的软件系统。CASS系统提供了方格网法、DTM法、等高线法和断面法等丰富的土方计算方法，Cass软件包含的土石方量的计算方法有自己各自不同的适应场景，对不同的工程条件可灵活地采用合适的土方计算模型。
3 CASS软件提供的土方计算方法介绍
3.1 方格网法
方格网法是常用的求土石方量方法，它广泛应用于实际工作中。方格网法依据设计高程和现场测量的地面点坐标（X，Y，Z）来生成方格网，用于计算每个方格的挖方和填方量并绘制填挖方的边界。方格网法在需要测量的站点范围内绘制方格网，方格网的大小会根据施工的精度要求、地形图的比例和待测区域的地形复杂程度的不同而存在差异。一般来说，范围广的平坦地形和较少高度差的项目更适合于此方法。
方格网法的计算原理为依据项目的标高和测量得到的坐标，计算出方格的高程平均值；将设计高程与测量高程平均值相减得高程差；对方格的面积进行计算后，通过面积与高程差的数据可以计算得出每个方格的挖方和填方的土石方量。
3.2 DTM法
DTM模型对土方工程的计算是基于设计高程和现场测量的地面点坐标（X，Y，Z）形成特定体积的三角网，通过三角网计算挖方和填方的土石方量并绘制出填挖方的边界。三棱锥的体积公式可用于计算每个三棱锥土石方量，然后通过简单的求和公式计算特定区域的土石方量。
DTM法对土方的计算方式有三种，第一种是是根据图表上的高程点计算，第二种是通过坐标数据计算，第三种是根据图表上的三角网进行测量计算。前面两种方法涉及重建三角网的步骤，第三种方法不需要重新建立三角网而是可以直接使用图上现有的三角形。DTM方法通常用于山地或矿场的土方计算，有较高的精准度并且方便计算，是用来计算土石方量的主要方法。一般来说，DTM法的精度略高于方格网线法。
3.3 等高线法
当所测量的区域地形变化幅度较大时，利用等高线法对土石方量进行计算更有效。等高线法可以依据两条闭合的等高线去计算出两等高线之间的面积，然后根据已知确定的两等高线之间的高差，因此可以获得两条轮廓线之间的土石方量。在工程的图纸中不包含高程信息或者不包含精准的高程信息时，DTM法和方格网法不适用，这种情况下等高线法可以有效的对土石方量进行计算。值得注意的是，等高线法要求等高线必须是闭合的，这增加了等高线法使用的受限情况。
3.4 断面法
断面法即截断面土石方量计算法。它是用于估计诸如道路和管道类的狭长土石方量的计算方法。在这种方法下首先需要确定相邻的横截面之间的面积，然后通过两者之间的距离计算出两个横截面之间的土石方量。断面法通常用于公路建设中土石方量的计算和区域土石方量的计算，包括任意断面、场地断面和道路断面。断面法对于参数的精准度有较高的要求。
4 土方计算方法的精度研究
4.1 对方格网法的精度研究
在计算土石方量的过程中，方格网法将待测区域划分为几个方形子区域，并通过所有方形子区域的平均高程数据和计算结果的累积得到测量区域的土石方量。但是单个网格角的高程不能准确反映所测量区域的地形特征，特别是当陡坡或斜坡穿过网格中部时（如图1所示），用方格网法对其进行计算将会产生较大的误差。为了提升土方计算的精准度，在使用方格网法的时候可以对特殊地形进行格网切割，然后分块对土石方量进行计算，以此确保计算的精准度。但是在复杂的地形下依然存在很大的局限性，方格网的数量和大小都会影响到方格网法的精度。
图1 陡坡或斜坡穿过网格图
4.2 对DTM法的精度研究
DTM方法是土方计算精度最高的计算方法。在DTM方法下，土石方量通过三角网被计算出来。三角测量的本质是通过使用彼此连接的多个三角形来构建表面形状的起伏模型，以模拟土地表面的形态特征。DTM方法下，待测区域通过三角网被划分可以更精准的对土石方量进行计算，同时可以更好的反应地形变化。所以DTM的精度要比方格网法的精度更高。但是DTM法对高程数据有较高的要求，高程数据的数量和准确度将会影响DTM法计算出来的土石方量精度。
4.3 对等高线法的精度研究
地图等高线的测绘精度决定等高线法的计算精度。所以在地形图的绘画比例精准度好的情况下使用等高线法更加合适。等高线法时要求等高线是闭合的，而且需要的数据量大。然而，在实际工程应用中，等高线非闭合的情况较多，因此使得等高线法的使用常常受到限制，可以使用的情况比较少。
4.4 对截断面法的精度研究
与等高线法类似，对于截断面法来说，截断面的数据测量精准度将会决定截断面的计算精准度。截断面法在线性区域的计算中更为准确，在线性区域中的大量的截面数据精准度都会高于非线性区域，因此截面法在平坦地形土石方量的计算中更加准确。
5 土石方量计算方法的精度研究结果分析
通过对四种土石方量计算方法的分析可知，不管哪种计算方式都会有它对应的更加适用的情况，土石方量计算的精准度主要都取决于测量与采集数据的精准度以及各项数据的数量。数据越多，精准度越高；采集的数据越准确，精准度越高。方格网法的计算精度受方格网的大小的影响，并且在地势平坦的工程中精度更高；DTM法的边界间距将会影响其计算精度；等高线法受地形条件以及地形图数据准确性的影响；截断面法的精度受测量数据的准确性的影响。所以在选择土石方量的计算方法时需要根据地形的条件以及数据的情况进行合理的选择。
6 小结
使用Cass软件计算场地土石方的方法主要有四种，分别是方格网法、DTM法、等高线法以及横断面法。每种计算方法的原理不同，都有各自适用的情况和范围。方格网法、DTM法、等高线法以及横断面法这四种计算方式的精度都会随着数据的变化而变化。方格网法的精度受方格网的个数和大小以及地形的影响；DTM法的精度受高程数据的影响，但是它的精度略高于方格网的精度；等高线法的精度受地形图的数据准确度影响；但是对高程数据没有要求；最后，截断面法的精度受测量数据的准确性的影响。根据地形的情况以及数据的情况去选择最合适的计算方法得到的数据精度越高，土石方量的计算精度越高对工程施工的效果越好，所以选择一个最适合工程的土石方量计算方法是十分有必要的。
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作者简介:骆元家;男;1975.10，高级工程师，广西科技大学鹿山学院，主要从事工程测量的研究与教学工作； 545616
论文作者:骆元家
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/10
标签：土石方论文; 方格论文; 等高线论文; 精度论文; 高程论文; 数据论文; 地形论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;