学文网【摘要】 土方量计算是诸多工程领域中遇到的问题，在系统地总结土方量计算的原理和方法的基础上，介绍了技术成熟的几种主要应用软件，并比较各种土方计算方法优缺点。
【关键词】 土方计算、评价、DTM、CASS
1.土方量计算的原理
求取地表物质体积差是土方量计算的目标，而其关键在于对原始地形和改造后地形的表述。改造后地形是人为设计的结果，而且往往是规则的，易于清楚、准确地表述出来。原始地形的表述则存在一个矛盾：地表是由无数个点组成的表面，而我们所获得的只是离散的有限数据。因此对于原始地形的任何表述只能是模拟和近似。各种模拟和近似的方法，都是基于地表连续和渐变的假定，这也是连续和渐变这一朴素的哲学思想在地理学领域的应用。
2.土方计算方法
现以计算土方流行软件南方CASS 软件里所描述的土方计算方法进行浅析。
2.1 DTM 法土方计算
由DTM 模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（ X，Y，Z） 和设计高程，通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。
DTM 法土方计算共有3 种方法，一种是由坐标数据文件计算，一种是依照***上高程点进行计算，第三种是依照***上的三角网进行计算。前两种算法包含重新建立三角网的过程，第三种方法直接采用***上已有的三角形，不再重建三角网。
对于这种方法笔者以为最好运用第三种，即建立三角网，然后很直观地根据实地情况判断三角网的正确性，通过修改三角形建立合理准确的三角网，最后再通过已有三角网进行计算，从而保证计算结果的准确性。
2.2 用断面法进行土方量计算
断面法土方计算主要用于公路土方计算和区域土方计算，对于特别复杂的地方可以用任意断面设计方法。断面法土方计算主要有： 道路断面、场地断面和任意断面3 种计算土方量的方法。
2.3 方格网法土方计算
由方格网来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标（ X，Y，Z） 和设计高程，通过生成方格网来计算每一个方格内的填挖方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，并绘出填挖方分界线。系统首先将方格的4个角上的高程相加（ 如果角上没有高程点，通过周围高程点内插得出其高程） ，取平均值与设计高程相减，然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积，再用长方体的体积计算公式得到填挖方量。方格网法简便直观，易于操作，因此这一方法在实际工作中应用非常广泛。
用方格网法算土方量，设计面可以是平面，也可以是斜面，还可以是三角网。这种方法只限于地势变化平缓、无陡坎、斜坡，高程点密度与分布能反映真实地形条件;或者有陡坎、斜坡，但是地性线处理得当，高程点密度与分布亦能反映实际地形的条件。
2.4 等高线法土方计算
用户将白纸***扫描矢量化后可以得到***形。但这样的***都没有高程数据文件，所以无法用前面的几种方法计算土方量。一般来说，这些***上都会有等高线，所以，南方CASS软件开发了由等高线计算土方量的功能，专为这类用户设计。
用此功能可计算任意两条等高线之间的土方量，但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求，两条等高线之间的高差为已知，即可求出这两条等高线之间的土方量。
2.5 区域土方量平衡
土方平衡的功能常在场地平整时使用。当一个场地的土方平衡时，挖掉的土石方刚好等于填方量。以填挖方边界线为界，从较高处挖得的土石方直接填到区域内较低的地方，就可完成场地平整。这样可以大幅度减少运距，从而使工程费用最省。
基于以上所述，笔者以为土方计算从原理上分为3种：即方格法土方计算、DTM 法土方计算、断面法土方计算。
3.土方计算流程
场地分析―――地形实测资料分析―――设计资料分析―――施工方法分析―――选择土方计算方法―――依据软件设计程序进行土方计算―――设计施工***纸―――土方计算报告。
4.主要应用软件介绍
可以用于土方量计算的软件可以分成两大系列： AutoCAD 系列;遥感和GIS 系列。前者代表传统和成熟技术，仍是主流，这与AutoCAD ***形文件格式是当前国内测绘产品的通用格式文件有关;后者是在土方量计算领域是新兴技术，应用前景广阔。
4.1 AutoCAD 系列
可以在AutoCAD 中直接编程解决土方量计算问题，也可以开发出计算土方量的应用软件，杭州家园科技有限公司开发的HTCAD 软件就是其中之一。
专业测绘软件南方CASS 提供了功能强大的土方量计算模块，是目前最具代表性的基于AutoCAD 计算土方量的技术。以南方CASS8.0为例，它提供了DIM 法、断面法、方格网法、等高线法和区域土方量平衡计算五种功能模块。
4.2 遥感和GIS 系列
遥感和GIS 软件以ERDAS 和ArcGIS 最具代表性。
利用遥感软件ERDAS的SpatialModeler模块，通过对遥感***像的处理建立数字高程模型，基于格网法对土地整理中进行土方量计算。
利用ArcGIS 进行了土方量计算，是从地统计的角度出发，以Geostatistical Analyst 模块为平台，通过克里格法空间插值建立DEM，基于格网法进行了土方量计算。
5.关于传统的方格法、断面法与三角法土方计算方法的比较：
5.1 方格网法
对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用格网法。这种方法是通过实测资料将场地划分成若干个正方形格网，然后将高程值内插到每个正方形顶点，从而通过计算所有四棱柱的体积，求和得出总的土方量。
5.2 断面法
采用相邻两断面的面积和其间距计算土石方量的， 适用于地形为狭长地带的土地平整测量， 特别是线路的土方测量， 但计算的数据格式要符合计算软件的要求， 增加不少工作量。
5.3 DTM 法（ 不规则三角网法）
不规则三角网（ TIN） 是数字地面模型DTM 表现形式之一，该法利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。相对于规则格网，不规则三角网具有以下优点：
三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格节点;不改变原始数据和精度;能够插入地性线以保存原有关键的地形特征;能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得很真实等。因此利用TIN 算出的土方量就大大提高了计算的精度。
6.结束语
不论采用了哪种计算方法，只要测量数据能真实反映场地的地形，则用DTM 法计算所得值就是准确的，因此所有计算都可通过DTM 法来检验。
参考文献
【1】汤国安，杨昕编著.ArcGIS 地理信息系统空间分析实验教程 [M].北京：科学出版社，2006
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【5】谢炳科，赵雪云等编著.建筑工程测量[M].北京：中国电力出版社，2007
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