摘要：隨著科學(xué)的發(fā)展，土方測(cè)量方法也出現(xiàn)了多樣化。但對(duì)土方量的測(cè)量計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：在方格法、等高線法、斷面法和DEM法等4種方法中以DEM法的計(jì)算精度最好，利用全站儀采集數(shù)據(jù)、DEM法計(jì)算土方量是目前精度最高和速度最快的測(cè)量方法，適合于任何地形的土方測(cè)量；經(jīng)緯儀測(cè)量適合于精度要求不高的丘陵地區(qū)的土方測(cè)量；水準(zhǔn)儀測(cè)量地面高程的精度較高，野外測(cè)量簡(jiǎn)單、成本低．適合于平坦地形的土方測(cè)量。
　　關(guān)鍵詞：土方測(cè)量;比較；評(píng)價(jià)；
　　引言
　　隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)土方測(cè)量要求越來越高。尤其在土地平整中通常需要確定地面高程、施工范圍和計(jì)算土方量等，以便控制施工進(jìn)度。土地平整測(cè)量外業(yè)常采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等測(cè)量?jī)x器，內(nèi)業(yè)計(jì)算有方格法、等高線法、斷面法和數(shù)字高程模型(DigitalElevationMode1，簡(jiǎn)稱DEM）法等方法。采用不同的測(cè)量計(jì)算方法會(huì)有不同的結(jié)果，可見選擇合適的測(cè)量計(jì)算方法有利于提高平整效果，提高精度和速度，甚至可以減少糾紛。目前，對(duì)于這些測(cè)量方法和計(jì)算方法的優(yōu)劣尚未有全面的比較和評(píng)價(jià)，特別是工程測(cè)量規(guī)范還沒有對(duì)土方量測(cè)量結(jié)果的精度標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定，只是提出10％的誤差要求。為尋求土地平整中精準(zhǔn)的土方測(cè)量計(jì)算方法，本人及我院同事開展了不同土方測(cè)量方法比較試驗(yàn)，現(xiàn)將試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。
　　1材料與方法
　　供測(cè)量的地塊位于瀏陽市關(guān)口工業(yè)小區(qū)，測(cè)量使用的儀器有S3級(jí)微頃式水準(zhǔn)儀、J6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀和5''級(jí)全站儀3種。
　　不同土方測(cè)量方法比較試驗(yàn)設(shè)水準(zhǔn)儀法、經(jīng)緯儀法和全站儀法等3種測(cè)量方法。(1)水準(zhǔn)儀法：用5m塔尺將現(xiàn)場(chǎng)劃分成若干個(gè)邊長(zhǎng)是5m的正方形方格，用水準(zhǔn)儀測(cè)量每個(gè)方格頂點(diǎn)的高程，按照40m的設(shè)計(jì)高程用方格法計(jì)算土方量。(2)經(jīng)緯儀法：用經(jīng)緯儀按照地形測(cè)量(比例尺為1∶500)的要求，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪成地形圖，在地形圖上用方格法(邊長(zhǎng)為5m)手工計(jì)算土方量。(3)全站儀法：用全站儀代替經(jīng)緯儀測(cè)量地形，生成數(shù)字化地形圖，在數(shù)字化地形圖上用方格法(邊長(zhǎng)為5m)由計(jì)算機(jī)計(jì)算土方量。
　　不同土方量計(jì)算方法比較試驗(yàn)是通過CASS7.0軟件分別用方格法、等高線法、斷面法和DEM法在數(shù)字化地形圖上對(duì)面積和設(shè)計(jì)高程相同的土方量進(jìn)行計(jì)算，重復(fù)計(jì)算5次以上，得出觀測(cè)值的中誤差：m計(jì)=±，式中m計(jì)為計(jì)算結(jié)果的中誤差，v為擬真誤差(觀測(cè)值和最或是值之差)；n為觀測(cè)次數(shù)。最后根據(jù)觀測(cè)中誤差比較不同計(jì)算方法的精度。 
　　2結(jié)果與分析
　　2.1不同測(cè)量方法的比較
　　2.1.1土方量測(cè)量精度比較 水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀采集的數(shù)據(jù)，應(yīng)用方格法通過手工計(jì)算土方量；將全站儀采集的測(cè)量數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)上，然后用CASS7.0軟件生成數(shù)字化地形圖，用方格法計(jì)算土方量。3種儀器測(cè)量土方量的結(jié)果見表l。
　　表1不同測(cè)量方法測(cè)量土方量的結(jié)果

　　注：挖方量的真值為10442.9m3
　　從表l可知，全站儀測(cè)量所用的時(shí)間最少，經(jīng)緯儀測(cè)量次之，而水準(zhǔn)儀測(cè)量計(jì)算花費(fèi)的時(shí)間最長(zhǎng)。以挖方量為例，在面積和設(shè)計(jì)高程相同的情況下。以3種測(cè)量結(jié)果的平均值作為最或是值(真值)，為10442.9m3，挖方量的擬真誤差表現(xiàn)為：全站儀<經(jīng)緯儀<水準(zhǔn)儀。說明全站儀測(cè)量土方的精度最高。
　　2.1.1計(jì)算精度比較 采用方格法計(jì)算出來的土方量，其精度可通過誤差傳播定律進(jìn)行分析。土方量按如下公式求算：
　　v=(hl+h2+h3+h4)•s=h•s………………2.1
　　在本試驗(yàn)中，土方量的誤差主要是在外業(yè)中產(chǎn)生。即主要是由高程測(cè)量中誤差(mh)和面積測(cè)量中誤差(ms)造成。在相同觀測(cè)條件下，4個(gè)方格頂點(diǎn)高程測(cè)量精度是相同的，則平均高程測(cè)量中誤差()按如下計(jì)算：
　　=mh/=mh/2………………2.2
　　此外方格面積測(cè)量的中誤差(ms)主要是由距離誤差(mD)造成，因此按如下公式計(jì)算：
　　ms=2D•mD………………2.3
　　根據(jù)誤差傳播定律，土方量的中誤差(mv)按如下公式計(jì)算：
　　mv=±=………………2.4
　　
　　以S=100m、D=5m、=10m、S=25m2的土方面積為例，水準(zhǔn)儀法、經(jīng)緯儀法和全站儀法測(cè)量土方量的計(jì)算精度如下：
　　(1)水準(zhǔn)儀法：S3級(jí)微頃水準(zhǔn)儀每站水準(zhǔn)測(cè)量高差(或高程)的精度為±2.4mm。另外，水準(zhǔn)儀測(cè)量的距離通常用皮尺丈量，其精度為100mm，因此計(jì)算出土方量中誤差為10.0m3,相對(duì)中誤差為1／25。
　　(2)經(jīng)緯儀法：J6級(jí)經(jīng)緯儀測(cè)量的視距精度約為1／500，距離中誤差為200mm，測(cè)量單點(diǎn)高程的精度為±60mm。經(jīng)緯儀采集點(diǎn)位數(shù)據(jù)展繪在圖紙上畫上方格網(wǎng)，根據(jù)碎部點(diǎn)高程通過目估內(nèi)插法確定方格頂點(diǎn)的高程。方格頂點(diǎn)的高程精度取決于碎部點(diǎn)的高程，也與測(cè)量員的站尺位置、數(shù)量、環(huán)境條件有關(guān)，其主要誤差包括地形點(diǎn)高程測(cè)量誤差、地面概括誤差和平面位移誤差。經(jīng)緯儀測(cè)繪1∶500比例尺地形圖后，對(duì)于坡度為l5°的坡地。地面概括誤差為±0.23m，平面位移誤差為±0.17m。由誤差傳播定律得出地形圖上方格頂點(diǎn)高程中誤差為±0.29m。因此用土方量的中誤差計(jì)算公式，可得出經(jīng)緯儀測(cè)量計(jì)算土方量的中誤差為±20.0m3，相對(duì)中誤差約為1／12。
　　(3)全站儀法：全站儀計(jì)算土方的精度也是由距離誤差和高程誤差決定的。研究結(jié)果表明，全站儀采樣位置的平面點(diǎn)位中誤差為±0.02m。方格頂點(diǎn)的高程中誤差是DEM插求點(diǎn)的高程中誤差。一般認(rèn)為影響DEM精度的主要因素有地形類別、內(nèi)插方法、采樣方式和粗差剔除程度等。通過試驗(yàn)，方格頂點(diǎn)的高程中誤差為0.35m左右。因此按照土方量的中誤差計(jì)算公式求得全站儀計(jì)算土方量的中誤差為±4.8m3，相對(duì)中誤差約為l/52。說明全站儀法在3種儀器測(cè)量方法中計(jì)算精度最高。
　　2.2不同計(jì)算方法的比較
　　將全站儀測(cè)量的地面高程數(shù)據(jù)，分別采用方格法、等高線、斷面法和DEM法等4種方法計(jì)算在平整面積和高程相同的情況下的土方量大小，結(jié)果見表2。

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