周祥旭

【摘要】不同矿山土方量的计算方法，具有不同的地形要求和计算特点。因此，在进行矿山土方量的计算之前，首先要明确矿山所处地形的特点，根据具体地形特点，灵活选择相应的土方量计算方法。除此之外，还要考虑到不同矿山对土方量计算的精确度要求。只有综合考虑以上问题，做到统筹兼顾，才能更好地完成矿山土方量的测量计算工作。

【关键词】土方测量；计算方法；结果

一、土方内业计算方法

方格网法是根据测区场地的情况将测区划分为若干方格形成的方格网，每个方格的边长一般为 10 m ～50 m，然后再用仪器测量出每个方格角点的高程，根据预先设计的标准高程可以计算出施工填挖的平衡位置，然后再分别计算每一个方格的填挖土方量，所有方格的填挖量之和即为整个测区的土方填挖量。该测量方法适合于地势比较平坦的地区，方格网越密集其土方测量越精确，对于地势起伏较大的地区，使用该计算方法精度较低。断面法是将测区按照一定的距离划分为若干相互平行的横断面，然后将它与土方设计高程组成断面图，计算每个断面线所围成的面积，然后将相邻两个断面面积的平均值乘以它们的间距，得出相邻两个断面的体积，将各相邻断面的体积累加起来即为土方的填挖量。当相邻断面间的地势起伏较大时，断面法计算土方量的难度很大且计算精度难以估计。该方法适用于场地比较狭长平坦的地区。

DTM 即为数字地面模型，是根据所测得地面点的三维坐标来生成由若干个不规则三角形所组成的三角网， 然后计算每个三角形与设计高程所组成的三棱柱的体积，最后把每个三棱柱的体积累加即为所求的土方填挖量。DTM 法是目前土方量计算最常用的方法，其精度与所测得地面点的密度有关，当地面点的密度越高时，其测量精度就越高，能较好的反映测区的地形地貌特征。以上的土方计算方法均是使用常规的测量仪器时所使用的方法，它们都有一个共同特点，那就是使用常规的测量仪器进行土方测量时所测量的点都有一定的间距， 其距离从几米到几十米不等，而以上的几种土方的计算方法都是先根据已有的点的坐标来计算出未测的点的坐标，这一步相当于是给点“加密”，当已测点的间距越大，它们之间所需加密的点就越多，因而加密的点的精度就会相应的越低，所以要想提高土方测量的精度，就需要缩短所测点的间距。当使用全站仪，GPS 等仪器进行土方测量时，要想缩短所测点的间距就会大大提高外业工作的强度，而间距缩短到一定程度时也很难再缩短了。而使用三维激光扫描仪进行土方测量时测量的点的间距可达毫米级，其测量出点的密度比常规仪器测出点的密度大得多，因而其所需加密的点更少，当不考虑仪器精度等因素影响时其土方测量的精度高于常规仪器测量的精度。

二、实例分析

工程上常用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。使用水准仪测量时得事先在测区布设方格网，然后用水准仪测量出方格网每个角点的高程，该方法适用性单一，一旦测区不适合布设方格网时，该方法就不太适用了，该方法的测量精度受方格网的密度的影响，方格网越密，测量的精度就越高，相比较后两种土方测量而言，其测量精度低，测量费时费力。全站仪测量法具有操作简单，仪器要求低等优点，适合测量面积较小和通视良好的测区，但一旦测区面积大和测区通视不好时，使用该方法测量时工作非常繁琐， 且工作效率低下。

1、土方量的計算

由于现在市面上还没有专门针对点云数据计算土方量的软件，故要想计算点云数据的土方量就只能找其他软件来进行代替，本次为了计算土方量，采用geomagic studio来进行计算，具体步骤是以高程 1.467 m 来建立一个基准平面，平面上的土方量即为挖方量，平面下的土方量即为填方量。

2、计算结果的分析

为了验证三维扫描仪测量土方的效果，在三维扫描仪测量之后再使用GPS的方法对土坡又进行了一次土方测量，测量完之后，在对数据进行土方量计算之前还得将GPS测得数据进行坐标转换，即根据靶球在两种坐标系下的坐标，将GPS所测得数据的坐标转换到扫描仪的坐标系统当中，转换完之后将数据导入到CASS 软件中，然后建立三角网（如图 3 所示）， 再在 CASS 软件中按照以 1.467 m为基准面计算土方量。两种方法测量的结果如下表所示。

从上表可以看出两种方法在作业人数和作业时间上存在着很大的差异，三维扫描的方法更节省人员和时间，而两种方法计算的土方量也存在着差异，具体为挖方量的偏差为8.96%， 填方量的偏差为8.77%，两种偏差值相近，说明两次测量的效果理想，两种偏差值符合一般土方工程10%误差以下的规范要求。GPS测量了84个点，而三维扫描仪测量2 521 014个点，测量的点数存在着巨大的差异，这就导致了最后形成的地面模型存在着差异。由于GPS测量的点少，其形成的DTM并不能真实的代表实地的地面模型，有些凸起和凹陷的地面可能没有完整地测出来；而三维扫描仪测量的点间距可达毫米级， 其最后形成的地面模型能比较完整地反映真实的地面的起伏形态，所以使用三维扫描仪来进行土方测量是一种可行的方法。

结束语

本文简单的介绍了土方内业计算的一些方法，并尝试采用三维扫描仪进行土方测量和使用 geomagic studio 计算土方量，并取得了不错的结果，这可以为以后相应的工程提供参考。虽然三维扫描的方法测量土方具有精度高，速度快，外业劳动强度小等优点，但是由于现在市面上三维扫描仪基本都是外国产的，国产的三维仪较少，导致三维扫描仪的价格十分昂贵，使之在一般土方工程当中应用较少。

参考文献

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