浅谈露天煤矿基于南方Cass软件土方计算方法

摘要：南方Cass软件是数字化测绘成图系统，不但有着地籍、地形成图这一主要功能，而且拥有土方计算功能，并具有计算精度之高、计算速度之快、计算方法之多的特点。本文结合典型的土方工程，探讨利用南方Cass软件中的几种土方计算方法。

关键词：Cass；土方量；方格网法；DTM法；计算

Abstract: the south Cass software is digital surveying and mapping mapping system, not only has the cadastral, to form the figure this one main function, and has the earthwork calculation function, and has high calculation precision and calculation speed, calculation method of characteristics. This paper, based on using a typical earthwork, the south Cass software in several kinds of earthwork calculation.

Key words: Cass; Earthwork quantity; Grid method; DTM method; calculation

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1DTM法 DTM法土方量计算以外业所采集的测量数据为依据(从全站仪导入到Cass后,通过绘图处理定显示区展高程点生成*.dat文档)建立DTM模型，然后生成三角网（即相邻的三个点连成互不重叠的三角形）来计算每一个三棱锥的挖填方量，最后累计得到指定范围内的采剥量。1.1根据坐标文件首先用闭合的复合线圈定所要计算采剥量的区域，一定要闭合，但是尽量不要拟合。因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代，影响计算结果的精度。用鼠标点取“工程应用DTM法土方计算根据坐标文件”提示：选择边界线用鼠标点取所画的闭合复合线弹出土方计算参数设置对话框区域面积：该值为复合线围成的多边形的水平投影面积平场标高：指设计要达到的目标高程。边界采样间隔：边界插值间隔的设定，默认值为20米。边坡设置：选中处理边坡复选框后，则坡度设置功能变为可选，选中放坡的方式（向上或向下：指平场高程相对于实际地面高程的高低，平场高程高于地面高程则设置为向下放坡）。然后输入坡度值。l设置好计算参数后屏幕上显示填挖方的提示框，命令行显示：挖方量=XX立方米，填方量=XX立方米同时图上绘出所分析的三角网、填挖方的分界线(白色线条)。关闭对话框后系统提示：请指定表格左下角位置:用鼠标在图上适当位置点击，Cass会在该处绘出一个表格，包含平场面积、最大高程、最小高程、平场标高、填方量、挖方量和图形。1.2根据图上高程点首先要按数据文件展绘高程点，然后用闭合的复合线圈定所要计算采剥量的区域，要求同DTM法。用鼠标点取“工程应用”菜单下“DTM法土方计算”子菜单中的“根据图上高程点计算”提示：选择边界线用鼠标点取所画的闭合复合线。提示：选择高程点或控制点此时可逐个选取要参与计算的高程点或控制点，也可拖框选择。如果键入“ALL”回车，将选取图上所有已经绘出的高程点或控制点。弹出土方计算参数设置对话框，以下操作则与根据坐标文件一样。1.3根据图上的三角网计算在计算区域先建立DTM模型，生成三角网，然后根据地形的实际情况，对既有的三角网进行必要的添加和删除，使结果更接近实际地形。l用鼠标点取“工程应用”菜单下“DTM法土方计算”子菜单中的“依图上三角网计算”提示：平场标高(米):输入平整的目标高程请在图上选取三角网:用鼠标在图上选取三角形，可以逐个选取也可拉框批量选取。回车后屏幕上显示填挖方的提示框，同时图上绘出所分析的三角网、填挖方的分界线(白色线条)。

2 方格网法

方格网法简便直观、易于掌握、通用性强、适用面广，但美中不足的是复杂地形的土方量计算精度相对不高，不及DTM法的精度。方格网法是很多业主单位很青睐的方法，因为可用笔或计算器直接进行复核。

方格网法就是用固定尺寸的方格网对挖方范围进行有规则的分块，先计算出每一个小方格块的体积，体积之和就是整个挖方体积。选取的方格网大小决定了最终的计算精度。剥离工程土石方工程量一般较大，考虑边坡与不考虑边坡时的体积之差绝对值相对较大。

2.1方格网法计算步骤

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。

系统首先将方格的四个角上的高程相加（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。

2.2方格网法的边坡处理

2.2.1不处理边坡的情况

一般露天煤矿挖方的结果都是挖出一个顶面积大底面积小的坑状结构，设S1为挖方顶面面积，S2为挖方底面面积，则一般情况下S1＞S2。计算土方量时，可以S1的边界为计算范围向下做垂直切割，以原始地面标高数据为顶面，以测量的底面坐标高程数据所织成的三角网为底，计算出体积V顶。同样以底面面积S2的边界为计算范围向上做垂直切割，以原始地面标高数据为顶面，以测量的底面坐标高程数据所织成的三角网为底，计算出体积V底。上述两个体积可以用软件很方便的进行计算。

2.2.2用三角网织出边坡的情况

既然是利用方格网法计算挖方工程量，在方格网的顶面标高确定的情况下，方格网的底部标高高程数据就决定了每一个方格网的体积。在织底部三角网时，可以考虑将边坡处的坐标高程及边坡坡顶处的坐标高程一并作在一起，相当于将底及四周认为是一个整体的盆状结构，原始地面标高为盆顶，盆底及盆顶所围成的结构体积就是要计算的挖方体积。

3DTM法

3.1原始数据整理

先把外业采集的坐标数据按开挖前、开挖后分别建立DTM 模型，并绘制等高线，根据实地地形情况校对，剔除无效高程点(特别是采用免棱镜全站仪测量会出现飞点，要注意剔除，以免影响方量计算的准确性)。为了使边界处数据充分利用，可将挖后边线上的所有边界点补充挖前坐标数据文件中，或将开挖后边线范围之外所有开挖前坐标数据补充进开挖后坐标数据文件中，重新生成开挖前、开挖后完整的坐标数据文件。

3.2绘制特征线

根据外业实测情况和作业草图，需将特征线上的点依次连接形成特征线(如：斜坡、陡坎等)，同时将需计算的挖方边界以闭合线绘出。

3.3构建三角网

根据整理好的坐标数据建立DTM模型，先利用软件“工程应用一DTM法土方计算 根据图上高程点(或坐标文件)”功能自动生成三角网(注意开挖前后平场标高、边界及采样间距为等值)，并由三角网绘制等高线草图以评判构网的合理性。

3.4方量计算

利用软件“工程应用_+DTM法土方计算一根据图上三角网”进行土方计算，

4 举例

新疆准东地区奇台县开滦准东大井矿区东露天煤矿首采区剥离工程2009年7月开工至2009年8月20日的土方开挖图，施工前地表坐标已经全部测量完毕，图1周围边线分别为开挖后的坡顶边界线和坡底边界线，坡顶与坡底的连线就形成了边坡，边坡角不固定。原始地面标高数据、挖方后的沟底及坡底坐标高程数据都已测完。

4.1 不同方法计算结果

计算结果对比情况见下表

表1不同方法计算结果对比

5结论

5.1误差

不同的计算方法结果不可能完全一样，会有一定的误差，一定情况下，误差相对较大，见表2。与该误差相对应的经济利益是很可观的。选取不同的体积计算方法对结果会有影响。在剥离体积较大时，误差的绝对值也相对较大，相对应的经济利益非常可观。

表2不同方法计算结果与平均值的偏离对比

5.2方格网的选取对结果的影响

方格网选择的越小则计量相对越精确。这种情况下，可以充分发挥计算机算量的优越性。能在相对较短的时间内给出较精确的结果。且实践证明，当选取的方格网达到比1m还小时方格网的大小对计算结果与的影响基本可以忽略。

5.3连续计量

方格网法适合于一次性计量，能相对较精确。但若考虑到连续施工及多次计量的情况，方格网法由于需要单独织出不同的顶和底面，不易操作；此时断面法的优点比较突出，断面线固定，做出的断面同时也是固定的，连续施工时只需在已经做好的断面基础上继续做即可。

5.4分类计量

分成若干类计量时，若采用方格网法则需织出不同的顶、底面，分的类别越多，编织的工作量越大，精度越低。断面法不存在这种问题，若选取切割的断面为上下底计算的话，可以很方便地在断面上区分不同类别的剥离物，且可以方便的计量。

经过多次尝试及比较，新疆准东露天煤矿的土石方剥离及采煤计量工作采用方格网法进行计算，取得了较好的效果，有效避免了验收及计量争议。

6.总结

新疆准东大井矿区开滦中联润世露天煤矿开工于2009年7月中旬，按照甲方的要求，实现“节约成本，快速出煤”的工程形象，我们作为施工单位，独立建立了自己的测量队伍，在生产上，配合领导进行现场的安全生产管理，在进度上，加大测量力度，对每月完成的土方剥离工程量及时进行土方验收测量，学习并熟练掌握CASS算量软件后得到良好的运用，获得了甲方的好评，测量出的坐标点以及测算的工程量准确度极高，同时，为我单位以后在使用CASS软件计算土方工程量上打下了良好基础，解决了一些利用GPS等测量仪器解决不了的问题。

参考文献

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