土方测量

土（石）方量是土方工程施工组织设计的主要数据之一，包括填、挖土方量的总和，是采用人工挖掘时组织劳动力或采用机械施工时计算机械台班和工期的依据。

在各种工程建设中土方量计算是一项经常性的、不可缺少的工作，且在整个工程量中，土方工程常占有较大比例。土方量的大小与工程的投资直接相关，土方量计算精度的高低直接影响到建设工期、经济效益。需要合理地进行土方调配，节省施工费用，加快工程进度。

一、应用领域

土方测量的应用领域非常广，包括：

路桥建设

矿山开采

建筑施工

水利工程

可以说，但凡是涉及挖掘、开采、填埋的工程都少不了土方测量的影子。

二、工作方法

1、传统测量法

传统的土方测量方法有水准仪测量法、全站仪测量法和GPS测量法。但这些方法均有受场地影响大、效率低下、人工成本高等缺陷，亟待寻求一种高效、安全且经济的测量方法。

2、无人机测量法

新兴无人机航测技术为解决上述难题开辟了一条崭新途径 。无人机航测作为测绘发展的新技术，以其机动灵活、数据现势性强、影像分辨率高、减轻劳动强度、提高生产效率等优点。

国内外众多学者也已开始使用该技术进行土石方量测量。该方法不受场地障碍影响，费用相对低廉，在对场地土石方量追踪管理方面成本较低，同时由于避免了大量人工现场作业，大幅提高了测量人员的安全保障。

传统测量与无人机测量的对比

三、工作流程

1、外业测绘

航测现场

2、航测数据处理

航测数据处理流程图

3、土石方量计算与分析

在计算机处理过程中，地表面模型DEM 的主要数字表现形式是不规则三角网TIN，故土石方量计算主要是利用TIN进行的 。因此，需要将改造前地表DEM 生成的TIN 和改造后生成的TIN 叠加，形成交线，即是场地开挖过程中开挖区与回填区的分界线。通过计算每条分界线所包围成的封闭区域的体积大小，就可以计算每一个开挖区与回填区的体积，然后对每个开挖区与回填区进行累加，即为所求区域里土石方的挖方与填方量。

（1）将改造前的点云数据DEM 导出为文本格式，并导入Autodesk的Civil3D软件中，生成TIN曲面模型。对改造前的地形进行分析，统计各处最大高程、最小高程以及各高程区间范围。

（2）将改造后的点云数据DEM 导出为文本格式，并导入Autodesk的Civil3D软件中，生成TIN曲面模型。对改造后的地形进行分析，统计各处最大高程、最小高程以及各高程区间范围。

(3) 在正射影像上圈出需要计算土石方量的区域，并用确定的边界对该区域地形的TIN曲面模型进行提取。无人机航测可同时得到测量区域影像，可直接在影像上确定土石方量的计算范围。

(4) 在Civil3D中打开需要计算土石方量区域的两期地形TIN 模型，利用软件中的地形分析工具，以改造前的地形为参考基准，计算改造后地形的填方量和挖方量。

(5)统计分析两期地形变化，得出填挖方量结果。

四、土方量计算方法

在对土方量进行计算时，根据地形特征、精度要求以及施工成本的不同，选择合适的计算方法也有所区别。

1、方格网法：按照计算范围将场地划分为一定间距的方格，从地形图或实测得到每个方格角点的高程，对每个格网面按四角高程取平均值计算土方，各方格土方量之和为总土方量。适用于平坦的平原区和地形起伏不大的场地。

方格网法

优点：简便直观，通用性强，使用面广，数据量小，计算速度快。利用南方软件

以满足平面、斜面等不同情况下的土方计算。

2、断面法：根据土方计算范围将场地划分为若干平行的横截面，由两断面的平均截面积和断面间距计算断面间土方量，各断面间土方量之和为总土方量。适用于狭长地带，比如公路、渠道、沟道。

优点：适合地形起伏变化大，或地形狭长，挖填深度较大且不规则的地段。

3、DTM法：以实地坐标和高程属性为主要元素的数据集合，从微分角度三维地描述测区地形地貌的空间分布，利用实测地面碎部点、特征点构建不规则三角网，对计算区域按三棱柱法计算土方。适用于面积大、地形起伏较大、精度要求高的情况。如：山区、机场、大片农田。

利用点云建立DTM格网

优点：不改变原始数据和精度，计算精度高；能很好的的适应复杂、不规则的

地形，能清楚的表现地表特征。