测绘技术在土石方量计算中的应用与对比研究

测绘技术在土石方量计算中的应用与对比研究

晁引兵

陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司 , 陕西省渭南市， 714000

摘要：随着科学技术的发展，我国的测绘技术有了很大进展，并在工程建设中得到了广泛的应用。土方量的计算是工程设计的一个重要组成部分，在现实中的一些工程项目中，因土方量计算的精确性而产生的纠纷也经常发生。针对这些问题，本文使用两种外业仪器三维激光扫描仪和GPS-RTK，并使用DEM法、DTM法、等高线法及方格网法进行计算，对比进行精度分析具有一定的实际意义。

关键词：三维激光扫描仪；GPS-RTK；土方量；计算；对比分析

引言

在诸多建筑工程的施工过程中，经常需要计算施工现场的土方量。土方量的计算，实际上就是计算设计标高与自然地面标高之间的土石方体积。随着科学技术的发展和社会的进步，对土方量的测算精度有着越来越高的要求，传统的用全站仪、GPS等测量仪器获取数据，尤其在测算沙堆、松软土堆等容易发生形变的土石方时十分困难，且精度会随着地形复杂程度的增加而呈现明显下降的趋势。

1测绘技术概述

测绘技术从字面释义可以理解为测量及绘图，现代测绘技术体系是以计算机技术、光电技术、网络通信技术、空间科学以及信息科学为基础，以全球导航卫星定位系统（GNSS）、遥感（RS）以及地理信息系统（GIS）为技术核心，在测绘过程中，根据选取地面已有的特征点以及界限对测量区域进行信息返还，进而得到测量位置的地面现状图形以及位置信息，以在土地管理中使用，如工程建设、规划设计以及土地资源行政管理等。近年来，随着我国计算机技术体系、通信技术体系以及现代卫星定位系统、RS以及GIS等技术体系的全面进步与发展，测绘技术的应用功能愈加完善，在现代社会经济发展中的多个领域提供了重要的技术支持。目前，测绘技术主要应用大地测量、普通测量、摄影测量、工程测量、海洋测绘以及地图制图等诸多领域，为我国土地资源管理与规划提供了重要的技术保障。

2测绘技术在土石方量计算中的应用

2.1三维激光扫描技术在土石方测量中的应用

三维激光扫描技术是继GPS技术以来又一新型的测绘技术，由三维激光扫描仪为主体的现代化测绘技术，由内置数码相机、附属设备、后处理软件、电源等组成。三维激光扫描技术就是利用扫描仪对测绘区域进行全方位扫描工作，对扫描后的数据进行整理，获得测绘区域的点云数据，进而提取三维空间坐标。土石方量的计算是以研究区域的地形表面为基础，将其投影至制定的起算平面上，形成一定堆积面积的体积。因此，土石方量的计算方法较多，不同的方法的使用范围和结果精度也存在较大差异。本次实验标高选择30m，根据点云计算得到的土方量为8585271.5立方米。土石方量的计算是以研究区域的地形表面为基础，将其投影至制定的起算平面上，形成一定堆积面积的体积。因此，土石方量的计算方法较多，不同的方法的使用范围和结果精度也存在较大差异。

2.2DTM法

DTM法直接利用外业采集的地形碎部点、特征点的三维坐标信息进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。DTM的表现形式之一是TIN(不规则三角网)，基于TIN建模可将在野外实测得到的地形特征点(离散点)直接构造出邻接的三角形，继而构成TIN。TIN具有直接利用原始数据作为网格结点，不改变原始数据和精度，利用插入地性线可以保存原有的、比较关键的地形特征，能良好地适应不规则且复杂的地形等优点。

2.3数字摄影测量技术的应用

数字摄影测量技术在目标观测过程中，可以在最短的时间内将有关的图像数据传送到相关设备中。数字摄像测量技术的应用，在使用时借助精密化的测量装置及照片设备，同时整合GPS技术，在不接触测定对象的情况下，可以对目标直接实施三维空间的数据获取。对于相关装置的数据处理及物体检测的图像模式，可以应用数码摄像技术，在测量质量、精度和效率都能达到很高的标准，能在很大程度上减轻测量人员的工作量。

2.4卫星导航系统（GNSS）

随着科技的发展，卫星导航系统愈加完善，在土地管理应用的测绘技术中，GNSS应用更加广泛。在土地测绘中，GNSS测绘技术的智能化、自动化以及信息化程度更高，且在互联网技术系统的支持下，GNSS测绘技术测绘操作更加简单，测绘精度也更高。在GNSS测绘技术的测绘过程中，能够通过卫星导航对测绘区域进行实时导航定位，实现对测绘土地区域空间速度以及时间等影响因素的反馈，进而全面提升土地管理测绘技术的服务质量。

3DEM法与基于CASS计算的方法比较

①外业数据采集对比。相比较传统的RTK技术效率更高，扫描仪每秒钟能扫描得到100万个点云数据，更能反映原始的地形特征，更重要的是在地势复杂危险的环境下，只需在高处架设仪器就能将周边环境的三维坐标采集下来。但不足的是，其价格昂贵，一般企业难以承受，且仪器笨重，外业至少需要两到三个人才能完成采集工作。而RTK测量外业靠测量员单点采集特征点，作业效率较低，且主观因素造成的误差较大，但一般最多只要两个人就能完成，且价格相比较低廉一般中小企业都能承受。②内业处理效率对比。由于三维激光扫描获取的点云数据量较大，因此建立DEM进行土方计算时对计算机配置要求高、人力耗费较大，通常需要几个小时时间。而进行CASS软件土方量计算则往往要简单许多。因此在内业效率方面，基于CASS软件的土方量计算要比基于点云计算土方量的效率高很多。③内业成果比较分析。由三维激光扫描得到的结果与RTK观测得到的结果三种方法进行比较：DEM法（扫描仪）观测值8585271.5立方米；DTM法（RTK），观测值8557347.6立方米，差值27923.9立方米，符合度99.75％；等高线法（RTK）观测值8553580.2立方米，差值31691.3立方米，符合度99.64％；方格网法（RTK）观测值8561353.8立方米，差值23917.7立方米，符合度99.77％。通过以上计算可以得出三种RTK外业采集的得到的数据各自计算的土方量与扫描仪测得的数据土方量误差值都在0.5％以下，说明本次外业采集数据精度较高，同时也说明RTK测量土方量准确可靠，基于CASS7.0进行土方量计算真实可靠。

结语

综上所述，随着信息技术的发展，测绘技术也逐渐出现和完善，在实际的应用中，促使其和信息技术、数字技术和网络技术有效融合，促使测绘技术更加广泛的应用。本文选择了RTK测量法和扫描仪进行土方量计算，并根据某填挖方工程示例进行分析，以扫描仪观测结果为准分别比较，最后得出得出在条件允许的情况下，使用三维激光扫描仪测土方量的精度更高更可靠。如果条件不允许没有扫描仪，RTK测土方量的精度也能满足要求，且精度较高，在RTK测得的数据进行CASS三种土方量计算方法中，方格网法更实用精度更高。

参考文献

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