基于ArcGIS的土方量计算及可视化

第３４卷第３期　２　０　１　５年９月　Ｖｏ１．３４．ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２　０　１　５　文章编号：１００３—６１９９（２０１５）Ｏ３一Ｏ１１５一Ｏ３　基于ＡｒｃＧＩＳ的土方量计算及可视化　刘耀斌　（宁夏回族自治区固原市节能监察中心，宁夏固原７５６０００）　计㈣Ｃ　　算ｌ三　ｇ　摘　要：基于ＡｒｃＧＩＳ平台，应用工业园区项目的基础数据，通过不规则三角网（ＴＩＮ）对研究区建立数　字高程模型（ＤＥＭ），探讨ＡｒｃＧＩＳ在土方计算中的应用，并对研究区的土方挖填量进行计算。结果表明，应　用ＡｒｃＧＩＳ计算土方量原理简单，速度快，能够实现三维可视化，具有可行性。　关键词：ＡｒｃＧＩＳ；土方计算；ＴＩＮ；ＤＥＭ　中图分类号：Ｐ２０９　文献标识码：Ａ　技　Ｕ　Ｕ　术∞　０　与　动啪　自ｄ　Ａ　ｍ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｃｕｔ／Ｆｉｌｌ　Ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　Ａｌｇｏｒｉｔ主－　ｈｍ　ａｎｄ　ｎ　Ａ　Ｕ　ＶｉｓｕａＩｉｚａｔｉ０ｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡｒｃＧＩＳ　ｎ　０　Ｈ　ｏ　Ｕ　化　∞　（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕｙｕａｎ，　Ｒ　ｇ　ｏ　ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡｒｃＧＩＳ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｄａｔａ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｐａｒｋ　Ｐｒｏｊ　ｅｃｔｓ，ｔｈｅ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒｎｅｔｗｏｒｋ　Ｇ　Ｕ　（ＴＩＮ）ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｒｅａ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ（ＤＥＭ）．Ｔｈｅ　ａｐｐｌＵ　ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＡｒｅＧＩＳ　ｉｎ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｒｅａ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ＡｒｃＧＩＳ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｆａｓｔ　ｓｐｅｅｄ，ｇｏｏｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｎ　ｙ　Ｎ　ｇ　Ｘ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡｒｃＧＩＳ；ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ＴＩＮ；ＤＥＭ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｈ　Ｃ　ｎ　提供可靠的依据并且具有重要的意义。　引　言　固原地处黄土高原地区，沟、塬、梁、峁密集，平　坦地区较少，处于平坦地区的建设用地更少。近年　来，随着政府确定构建以现代生态农业为基础、新　型工业为主导、现代服务业为支撑多元发展的现代　产业体系总思路以来，固原市全面推进工业化、城　镇化、农业产业化和构建和谐社会进程的加快。各　种工程项目的不断增多，在项目施工过程中，土石　方量的准确计算尤为重要，它不仅是测量技术人员　的一项基础性工作，而且对于拟定合理的施工方　案、正确选择工程施工机械，确定合理的施工方案、　确切估算工程造价和工期，妥善安排工程施工进度　收稿日期：２０１４—１２—２５　图１　固原市区位及地貌类型图　作者简介：刘耀斌（１９８７一），男，宁夏固原人，工程师，硕士，研究方向：工业园区规划。　十通讯联系人，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｂｐａｉｎｔ＠１６３．ＣＯｒｎ　计算技术与自动化　２　常用土方计算方法的比较　不同计算方法由于外业测量和数据的差异，其计　算结果可能会产生一些差异。一般根据场地的实际　情况和所掌握的数据选择计算方法。常用的计算土　方量的方法有：格网法、断面法、等高线法、不规则三　角网法、区域土方量平衡法和平均高程法等。　２．１格网法　格网法常用于大面积平坦地块的土方量计算　中。一旦确定了方格的边长，方格内起伏较大区域　的土方量并未进行统计，这就影响到计算成果的精　度。这种方法对于大面积的范围，内业数据处理量　也比较大。＿ｌ　２．２断面法　断面法多用于道路、沟渠、管道等呈带状分布　且地面起伏明显的土方工程量计算中。该法外业　操作相对复杂，工作量大，断面对地面描述不连续，　精度也难以保证，所以断面法存在着计算精度和计　算速度的矛盾ｏ［２３随着计算机技术在测绘单位的普　及，此方法已被逐渐淘汰。　２．３平均高程法　简单来讲，就把所获取的所有高程点值平均，　作为测量区域的平均高程，即把不规则的地表面处　理成平面。很显然，土方量算精度要受到，高程点　布置密度和代表性的影响，一般多为施工队伍采　用，精度相对较差，适用于地势平缓区域。　２．４等高线法　可计算任两条等高线之间的土方量，但一般情　况下计算时等高线必须闭合，如等高线不闭合，可　以先离散化等高线后再进行计算。由于两条等高　线所围面积可求，两条等高线之间的高差已知，可　求出这两条等高线之间的土方量。该方法操作起　来较为繁琐，测量精度还要取决于可利用的地形图　资料精度，以及求积仪测量精度。一般来讲，误差　相对较大，适用于地形起伏较大，坡度变化较多主　要用于初步规划阶段的土方量概算，但是在精确计　算土方量的时候已经较少使用ｏ［ｓ３　２．５不规则三角网法　对于不规则三角网的构建一般采用边扩展法，　就是指先选择一点作为起始三角形的一个端点，然　后找离它距离最近的点连成一个边，以该边为基　础，遵循角度最大原则或距离最小原则找到第三个　点，形成初始三角形。由初始三角形的三边依次往　外扩展，并进行是否重复的检测，最后将点集内所　有的离散点构成三角网，直到所有建立的三角形的　。在生成三角网后调用局部优化　不规则三角网的构建可采用外业测量的高程　点数据进行，形成三角网后，根据需要并结合实际　对已经形成的三角网进行必要的人工处理，删除测　区外多余的三角形。形成的该模型就是地形表面　ＴＩＮ模型。进行土方计算时需要两个ＴＩＮ模型，　按建成的ＴＩＮ模型，即地形表面ＴＩＮ模型和设计　表面ＴＩＮ模型，两个ＴＩＮ模型叠加，在两个表面　上对应的三角形单元所夹体积即为所求，直接利用　ＴＩＮ进行土方计算。即为基于ＴＩＮ计算的土方　量。算法的基本步骤：先求出每个不规则三角形所　构成的立柱体的土方量Ｖ。，再求区域内所有三角　形立柱体。根据给定设计高程确定零平面（即给定　设计高程所在的平面），于是这些三角形被零平面　分成两种情况：一种是全挖方或全填方；另一种是　既有挖方又有填方。基于ＴＩＮ的土方量计算克服　了前集中方法的不足之处，实现了计算过程的自动　化、计算结果更精确、节省了工作时问。　近年来，随着遥感技术和地理信息系统的发　展，ＡｒｃＧＩＳ软件凭借其强大的空间分析功能在计　算土方量方面得到应用。尤其是利用地统计分析　方法，由高程样本点插值生成拟合地表表面，进而　计算土方量，在一定程度上计算精度和效率都得到　较大提高。　３　实例分析　３．１研究区概况　本地块位于固原市轻工产业园区，轻工产业园位　于固原市新区，地处东经１０６。１１＇－－１０６。１２　、北纬３５。　０　一３６　２之间，北至丰堡村，南至固将路，东为Ｇ７０福　银高速公路，西至中河乡，东西长约２．２公里，南北长　约５公里，占地面积为１１．４０平方公里。　３．２数据的获取　利用尼康全站仪（测角精度２　，测距精度２ｍｍ　＋２ｐｐｍ×Ｄｋｍ）测定了施工区域的３２３个地面特　征点，地表最高处地面高程为１８１４．１８ｍ，地表最低　处地面高程为１８０２．７９ｍ，地面高程相差１１．３９ｍ，　总体地势东南高西北低。在地面起伏处适当增加　了采集点的密度，将所有实测得到的高程点数据输　入计算机并且导入到ａｒｃｇｉｓ软件中。　３．３　ＤＥＭ的建立　３．３．１　现状ＴＩＮ和ＤＥＭ的建立　利用ＡＲＣＧＩＳ软件的三维分析模块，根据现状　图中的离散点的高程信息生成研究区域的现状