RTK配合全站儀法在土石方工程量計(jì)算中的應(yīng)用

辜超 趙十璧 鄭鈞予

摘? 要：目前國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)較以前發(fā)展更加迅速，管理更加規(guī)范，各級(jí)政府對(duì)工程的質(zhì)量，造價(jià)，安全等要求更高，土石方工程作為各類工程項(xiàng)目的第一項(xiàng)重要分部工程，其準(zhǔn)確度和工期要求顯得尤為重要。傳統(tǒng)的土方測(cè)量工作是采用先挖后算，根據(jù)取運(yùn)土量計(jì)算，精度極低，而且存在很多人為因素的影響，隨著科技的飛速發(fā)展特別是測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，利用RTK配合全站儀技術(shù)再結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件如南方CASS軟件，不僅可以在開挖前得到土方數(shù)據(jù)，而且可以大大提高精度，減少人為干擾，為縮短工期，提高工程質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：全站儀;土石方量;DTM法;南方CASS

中圖分類號(hào)：TV541? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0172-02

Abstract： At present， the national infrastructure is developing more rapidly than before， the management is more standardized， and the governments at all levels have higher requirements for the quality， cost， and safety of the project. earthwork is the first important branch project of all kinds of engineering projects. Its accuracy and time limit requirements are particularly important. The traditional earthwork survey work is to dig first and then calculate. According to the amount of earth taken， the accuracy is very low， and there are many human factors， with the rapid development of science and technology， especially the continuous progress of surveying technology， By using RTK combined with total station technology and advanced computer aided mapping software such as southern CASS software， not only earthwork data can be obtained before excavation， but also accuracy can be greatly improved， human interference can be reduced， and in order to shorten the construction period， Improving the quality of the project has played a key role.

Keywords： total station; earthwork; DTM method; southern CASS

土石方工程是各類建筑工程的第一項(xiàng)分部工程，在各類建筑工程，如道路工程，橋梁工程，特別是土木建筑工程中都占有很大的比重。如場(chǎng)地平整、一般土方、基坑開挖，管溝土方等，不僅是萬(wàn)丈高樓平地起的第一步，更涉及到挖，填，運(yùn)，找平等的各項(xiàng)費(fèi)用問(wèn)題，極其重要。由于其具有工程量大，精度要求高、工期短等特點(diǎn)，土方測(cè)量必須采用更先進(jìn)的方法，一步到位，以免漏算重算。

本文主要介紹如何采用RTK配合全站儀技術(shù)進(jìn)行土石方工程的測(cè)量及利用南方CASS軟件繪制和計(jì)算土石方工程量。

1 RTK配合全站儀進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集

1.1 RTK測(cè)量技術(shù)

RTK（Real time kinematic）載波相位差分技術(shù)以其實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高精度、誤差不積累等特點(diǎn)在測(cè)繪工程中的應(yīng)用非常廣泛。并且隨著技術(shù)的發(fā)展，比如城市CORS系統(tǒng)的建立、雙星甚至三星系統(tǒng)的運(yùn)用，RTK的精度也越來(lái)越高、作業(yè)半徑越來(lái)越大、使用也越來(lái)越簡(jiǎn)單。RTK技術(shù)有著極其多的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)，快捷，但是其受地形地貌條件及地物遮擋等的影響是其致命缺點(diǎn)，所以一般情況下還需要配合全站儀作業(yè)。

1.2 全站儀測(cè)量技術(shù)

全站儀，即全站型電子測(cè)距儀（Electronic Total Station），是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。與光學(xué)經(jīng)緯儀比較電子經(jīng)緯儀將光學(xué)度盤換為光電掃描度盤，將人工光學(xué)測(cè)微讀數(shù)代之以自動(dòng)記錄和顯示讀數(shù)，使測(cè)角操作簡(jiǎn)單化，且可避免讀數(shù)誤差的產(chǎn)生。因其一次安置儀器就可完成該測(cè)站上全部測(cè)量工作，所以稱之為全站儀。

土石方測(cè)量中，主要是利用全站儀的高差測(cè)量功能，利用所測(cè)高差計(jì)算特征點(diǎn)位的高程，從而進(jìn)行土方量的計(jì)算。

1.3 高程數(shù)據(jù)采集

土石方工程所在區(qū)域一般屬于拆遷區(qū)或者是原始未開發(fā)地帶，這些地方一般地形地貌復(fù)雜，衛(wèi)星信號(hào)不太穩(wěn)定，僅僅使用RTK很難采集到合適密度的高程數(shù)據(jù)，一般需要配合使用全站儀。首先要檢測(cè)RTK的精度，方法是利用RTK檢測(cè)附近5公里范圍內(nèi)的高等級(jí)控制點(diǎn)，滿足精度規(guī)定后即可開始測(cè)量。其次是控制點(diǎn)布設(shè)，選擇在衛(wèi)星信號(hào)良好的地方利用RTK根據(jù)測(cè)區(qū)的大小和形狀布設(shè)適當(dāng)?shù)膱D根控制網(wǎng)，最后架設(shè)全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量，在衛(wèi)星信號(hào)良好的地方，也可以直接利用RTK進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集。

RTK在控制測(cè)量過(guò)程中必須保證各項(xiàng)誤差參數(shù)滿足規(guī)范要求，利用三腳架進(jìn)行控制點(diǎn)采集必須在固定解情況下存儲(chǔ)，并多次測(cè)量取平均值。

全站儀數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中要注意特征點(diǎn)的采集，各種地形的起伏，突變等都是重要的特征點(diǎn)，如果采集過(guò)程中不注意這些特殊意義的點(diǎn)，計(jì)算機(jī)輔助軟件在生成三角網(wǎng)時(shí)就得不到好的結(jié)果，會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算數(shù)據(jù)。

2 土石方工程量計(jì)算

2.1 土石方量計(jì)算方法

目前用于土石方工程量計(jì)算的方法很多，最常用的有方格網(wǎng)法、DTM法、斷面法、等高線法四種。這些方法都有各自不同的特點(diǎn)和適用范圍，如方格網(wǎng)法適用于平整的場(chǎng)地、DTM法適用于地形起伏較大的場(chǎng)地、斷面法適用于道路、管道等陜長(zhǎng)帶狀地形、等高線法適用于山地等，下面以DTM法為例論述土石方量計(jì)算的原理和在工程中的實(shí)際應(yīng)用。

2.2 DTM法土石方量計(jì)算原理與方法

用DTM模型計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過(guò)生成三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。

DTM法土方計(jì)算共有三種方法，一種是由坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算，一種是依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，第三種是依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。本文主要論述依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算土方工程量。

首先是構(gòu)建三角網(wǎng)，一般我們可以利用南方CASS軟件直接生成，三角網(wǎng)面與地面符合的程度，直接關(guān)系到土方量計(jì)算的精度，應(yīng)確保三角網(wǎng)面與地面盡量接近，這樣就需要我們的測(cè)量數(shù)據(jù)與地形地貌保持一致，另外，有時(shí)還需要對(duì)一些特殊地貌進(jìn)行三角網(wǎng)調(diào)整，主要是在等高線遇到地物斷開和陡坎地帶。

然后就是三角網(wǎng)進(jìn)行土方量計(jì)算，計(jì)算公式如下：V=（Z1+Z2+Z3）S3/3;

其中，Zi表示三角形角點(diǎn)填挖高差，S3為三棱柱底面積。

具體計(jì)算過(guò)程應(yīng)按以下順序進(jìn)行：（1）將坡坎、溝、坑塘、突起等地貌標(biāo)繪在圖上，以便于判斷組成三角網(wǎng)是否正確。（2）根據(jù)組成的三角網(wǎng)繪制等高線，在點(diǎn)位稀疏部分根據(jù)等高線值人工采集一些點(diǎn)加入采集的數(shù)據(jù)中，以提高計(jì)算的精度。（3）刪除等高線與地形、地貌不一致部分的三角網(wǎng)，人工重組后重新生成等高線，直到一致。（4）計(jì)算土石方量。

2.3 方格網(wǎng)法計(jì)算土石方量實(shí)例

根據(jù)RTK和全站儀采集的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)制成DLG圖文件，然后在南方CASS軟件中進(jìn)行土方量計(jì)算，南方CASS軟件還可以對(duì)不同的設(shè)計(jì)面進(jìn)行計(jì)算，實(shí)例如圖2：

通過(guò)DTM得到填挖方量并生成圖表如圖2所示，完成土方工程量的計(jì)算。

3 存在的問(wèn)題與誤差分析

3.1 測(cè)量數(shù)據(jù)誤差問(wèn)題

RTK配合全站儀是目前比較高效的測(cè)量方法，要確保數(shù)據(jù)的精度，在利用RTK進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量前后都必須進(jìn)行高級(jí)點(diǎn)位檢測(cè)，測(cè)量過(guò)程中必須確保儀器對(duì)中，整平達(dá)到規(guī)定精度，而且確保測(cè)量中沒有震動(dòng)影響，測(cè)量完成后應(yīng)使用全站儀進(jìn)行邊角誤差檢測(cè)，確保控制點(diǎn)符合規(guī)定的精度。在用全站儀進(jìn)行碎部點(diǎn)高程采集的過(guò)程中，一定要照準(zhǔn)棱鏡中心，花桿一定要豎直，這樣測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)才能符合精度要求。

3.2 土石方計(jì)算方法問(wèn)題

DTM法計(jì)算土方量精度較高，計(jì)算繁瑣，工作量大，適用于高差較大以及高程突變的小范圍地區(qū)，平坦地區(qū)我們還是可以利用方格網(wǎng)法計(jì)算土石方量，一般情況下我們可以結(jié)合采用這兩種方法，這樣不僅可以提高精度，又可以減輕工作量。

3.3 誤差分析

RTK配合全站儀技術(shù)結(jié)合某些計(jì)算軟件計(jì)算土方量已經(jīng)在很多土石方工程量項(xiàng)目中運(yùn)用并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它充分發(fā)揮了測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)點(diǎn)，提高了計(jì)算精度，我們對(duì)比過(guò)這種方法計(jì)算的土方量和實(shí)際挖土折算量的誤差，完全可以控制在允許誤差范圍內(nèi)。由于這種方法具有高效，準(zhǔn)確的特點(diǎn)，我相信它的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

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