土地开发整理计算土方量的两种方式

作者：左玉珍 闰永强

来源：《农村经济与科技》2020年第14期

[摘要]土方量计算是土地开发整理项目的重要内容，现阶段应用ArcGis的“面体积法”计算土方量已经是成熟的技术，在将此方法优化改造以便于后期应用的过程中，研究出一种“插值法”来计算土方量的方式。本文以选定研究区域为例比较两种方法的计算过程，提出两方法的适用情况，为土地开发整理土方量计算提供借鉴。 [关键词]土方量计算;TIN;面体积;插值法 [中图分类号]P208 [文献标识码]A

土地开发整理是在研究区域土地利用现状的基础上，依托自然地势，周边环境及当地经济条件和村民意愿，重新安排田、水、路、林、村等工程，使之改造成为优质良田，以增加有效耕地面积、改善农业生态条件的行为。主要涉及土地平整工程、灌溉与排水工程、田间道路等工程。

在开发整理工作过程中，土方量计算方法的优劣直接影响工作进展。现阶段主要应用ArcGis软件的DEM方法进行土方量计算，其过程是由高程数据生成TIN三角网模型，再由“面体积”工具与规划梯田面数据叠加，生成填挖方体积，这种方法我们称为“面体积法”[1]。在

土方量生成后将数据导出到Excel电子制表软件中进行后续利用，因此产生一种思路，若能将空间计算转换成纯数值计算，便能利用Excel的强大数据计算统计分析能力，于是产生了“插值法”计算土方量。

本文以“张家口市怀安县王虎屯乡涌泉堡村等二个村土地整治区”为研究区域，应用“面体积法”和“插值法”两种方法进行土方量计算，比较两种方法的计算过程和结果，提出两种方法的适用情况。 1 研究区域概况

研究区域位于怀安县，怀安县地处河北省西北部，隶属于张家口市，涉及王虎屯乡涌泉堡村、西李家窑村两村土地。研究区域地处浅山丘陵区，地貌类型为U型沟壑;地势南高北低，最高点1252m，最低点1162m，高差较大。多雨季节雨水汇流形成地面径流，侵蚀原有地表形成沟谷，沟谷底部较宽且平坦。 2 土方量计算 2. 计算原理

土方量的计算就是体积的计算，无论地形简单或复杂，总要由面积和高程数据才能完成计算。DEM数字高程模型，是利用地形高程数据描述地形表面的矢量模型，利用ArcGis软件能够方便的根据高程数据建立DEM模型[2]。在ArcGis中建立DEM模型，首先根据高程点生成TIN文件，TIN文件是以三角網模拟地形表面的一种表面模型文件。它可以叠加另一高程数据，依据两者高差和面积可以进行体积计算。 2.2 数据准备

研究区域范围内，在测量数据分析整理的基础上，首先考虑行政界线、现状道路、地形有无较大变化和规划道路等因素初步划分大的地块，其次在划分地块的基础上依周围地势自高而低、研究区域形状和走向继续分割梯田块;然后按研究区域两端与现状高程相衔接的原则设定两端的规划高程，按相邻梯田块设定2米高差的要求给定所有梯田的规划高程，形成梯田面矢量数据，以此作为计算土方量的田块基础。

利用ArcGis软件中3D分析工具箱中的“创建TIN”工具，输入要素选择高程点数据，高程字段选择“Elevation”，可同时输入“项目区面”要素以控制TIN输出的范围， “SF TYPE”选择“Soft_Clip”方式，然后设定坐标系和输出位置，生成现状TIN文件。 生成的TIN结果如图1所示。

两种土方量计算方法一种以ArcCis内部分析工具“面体积”计算，另一种“插值法”，由现状TIN转栅格、栅格转点要素，规划高程赋予点要素（以点要素承载现状高程，通过空间赋值使得每个点要素得到其所属梯田块编号和规划高程），然后点属性表转出到EXCEL中，用公式进行计算土方量。

2.3 面体积法计算土方量 2.3.1 计算现状高程

现状高程计算的思路是先计算出高于海平面的所有梯田块的体积，每个梯田块体积除以其水平面面积即为其现状平均高程。

研究区域范围内，在测量数据分析整理的基础上，首先考虑行政界线、现状道路、地形有无较大变化和规划道路等因素初步划分大的地块，其次在划分地块的基础上依周围地势自高而低、研究区域形状和走向继续分割梯田块;然后按研究区域两端与现状高程相衔接的原则设定两端的规划高程，按相邻梯田块设定2米高差的要求给定所有梯田的规划高程，形成梯田面矢量数据，以此作为计算土方量的田块基础。面状要素采用以上步骤形成的梯田面，建立一个数据字段“水平面”，赋值为0代表海平面。打开面体积工具，输入梯田面（“条田面”）和现状TIN文件，在高程字段选项中点选“水平面”字段，参考平面选择“ABOVE”，体积字段设置为“体积”，按“确定”输出计算结果。打开梯田面属性表，建立“现状平均高程”字段，字段类型设置为双精度型，依据“现状平均高程：体积/SHAPE_Area”计算出现状平均高程。 2.3.2 根据规划高程计算填挖方量

同理，应用“面积体”工具，输入梯田面和现状TIN文件，在高程字段选项中点选“规划高程”字段，参考平面选择 “ABOVE”，体积字段设置为“挖土方量”，按“确定”计算挖土方量结果。再次应用“面积体”工具，输入梯田面和现状TIN文件，在高程字段选项中点选“规划高程”字段，参考平面选择“BELOW”，体积字段设置为“填土方量”，按“确定”计算填土方量结果。经汇总填土方量=546413方，挖土方量=546706方，当前设计下，研究区域内填挖方量基本平衡。

2.4 插值法计算土方量 2.4.1 现状TIN转栅格

根据生成的现状TIN文件，应用3D分析工具箱中“TIN转栅格”工具，生成现状栅格。输入TIN选择“现状TIN”，采样距离设置为“CELLSIZE”方式，距离设置为1米，输出栅格为 “现状栅格”。

采样距离代表生成每个栅格单元的边长，若研究区域面积过大，可适当调大采样距离，否则生成的数据量会偏大，使计算量也会增大。经过栅格转换，相当于把研究区域转换为i平方米的栅格格网单元，每个格网都有其高程数值。 2.4.2 栅格转点文件

应用ARCCISI具箱“栅格转点”工具，将现状栅格转换成点文件，每个点要素同样代表1平方米，“Value”字段记录的就是每个点要素的高程值。

从最初的高程点数据，到TIN矢量三角网数据模型，再转换为栅格数据，由栅格数据再转换成点要素文件，现状高程数据由测量的离散点变成规则的格网点，相当于完成了高程的插值，因此这种方法可称为“插值法”。 2.4.3规划高程赋予点文件

两文件赋值可以采用多种方法，当前情况可以使用标识分析工具，将梯田面的梯田号与规划高程数据赋值到点文件。

这样每个点要素既有现状高程，又有规划高程，同时每个点要素代表固定的面积，因此每个点要素上的规划土方量是确定的。根据每个点要素的所属梯田号进行汇总分析，就可得到每个梯田块的规划填挖方量。 2.4.4 点要素属性转出Excel计算

复杂的土方量计算转换成为每个点位上的体积计算，也是从GIS方式i十算转换成纯数值计算的过程。这样只要把每个点位的现状和规划高程数据导出到Excel，就能进行数据计算和统计汇总分析了。

将“栅格转点赋规划值”文件的属性表导出dbft格式，用EXCEL将其打开，处理成如图2所示，B列为现状高程，D列为规划高程，在E1中填入“土方量”，E列用于计算规划高程减现状高程值，在F列使用“if，公式得到每个点的填挖属性，公式为“=if（E：E>0，”填方”，”挖方”）”如果E列的值大于0，则为填方，否则为挖方[3]。

創建数据透视表，得到每个梯田块的填挖方值。最终整理好的表格当前填挖方量均约为54.7万方，能够实现研究区域内土方平衡。

研究区域总面积为13.1913公顷，由每平方米动土方量：总土方量/研究区域总面积，计算得出每平方米动土方量约为4.14立方米，说明在当前设计下单位动土方量是很大的，这种情况只是纯理论计算，实际项目过程中还要对高程变化大的边缘地带设置不动工区，并且在重新

划定的研究区域的边坡上还要设置削坡，设置边缘削坡能极大的减小动土方量，并能够保护周边地势的稳固，本文只从土方量计算的两方法进行说明。 3 对比分析

这两种土方量计算的方法都是以建立DEM模型为基础，依托于高程点数据创建TIN三角网模型文件。由计算结果可知，最终的土方量基本相同。

面体积方式是直接在ArcGis内部计算挖填方量，通过“面体积”工具计算规划梯田面与TIN表面之间的体积，在规划高程之上的即为挖方，在规划高程之下的即为填方。这种方法比较简便迅速，在重新分割田块重置规划高程时有较大优势。

插值方式是由TIN转栅格，栅格转点，赋予点规划高程，在Excel中通过计算每个点的填挖方来实现总的土方量的计算。这种方式操作步骤稍多。通过汇总表格，能够清晰的知道哪些田块的土方量过大，是大在填方还是挖方上，在不改变设计的梯田块的前提下，只通过调整表格内规划高程数据即能实现土方量的即时更新，并且数据统计汇总极为方便。

同时，这两种方式都是在当前设计形状下的试算，如果土方量不合要求还必须修改梯田形状和相应的规划高程，然后重新依上步骤计算，直到土方量达到要求。 4 结论

对于土方量的计算有多种方式，选取合适的方式能够有效快速的实现土方量的计算。本文所述“面体积法”在对土方量进行计算时步骤少，对于规划田块和规划高程进行修改时能够快速实现土方量计算。插值点法提出了一种由矢量方式计算转化成纯数值计算的思路，利用Excel的强大数据计算统计分析功能，能够方便的为文本提供表格等数据。 [参考文献]

[1]柳长顺，齐实，杜丽娟，土地整理项目土方量计算方法[J].中国水土保持科学，2003（06）.

[2]李志林，朱庆，数字高程模型.武汉：武汉大学出版i.2003.

[3]曲世洁，王子茹.ArcCis结合Excel-VBA在土地平整土方量计算及调配的应用研究[J].水利与建筑工程学报，2011（06）.

[作者简介]左玉珍（1976-），女，河北省石家庄市人，工程师;闫永强（1977-），男，河北省石家庄市人，本科，工程师。