土石方算量各种算法的精度比较分析

摘要：在工程开始施工之前，需要对工程中的相关工程量进行合理的测算，以便于确定出合理的施工方案，对工程的造价及工期进行有效的预测，这对于工程的顺利施工是非常重要的，而在这一系列的测算工作中，其中最基本的一项工作就是对工程中的土石方量进行计算，本文就简单介绍了几种不同的土石方量的计算方法，并对其计算精度进行了比较。

关键词：土石方；算法；精度比较

中图分类号：TU751 文献标识码： A

在工程的施工过程中，土石方算量是工程施工过程中非常重要的一项工程量，在工程的可行性研究、勘探设计、施工管理等各个阶段都离不开土石方算量的计算，尤其是在一些大型工程中，比如公路的施工，在工程涉及的土石方是一个庞大的数量，对其进行准确的计算，直接关系到工程量、施工方案的确定、机械设备的选取、施工工期的长短等多种因素，因此，在工程的施工过程中，对土石方算量进行准确的计算是非常必要的。

在土石方算量的计算过程中，有很多种计算方法可供选择，但是不同的计算方法的测量方法及数据处理方法存在着一定的差异，这就使得不同计算方法的计算结果及计算精度不同，这就需要在工程的计算中，对各种计算方法的优劣性进行有效的分析，最终根据工程的需要确定出合理的计算方法。

目前常用的土石方算量计算方法有平均高程法、区域土方量平衡法、不规则三角网法、等高线法、断面法、方格网法等，本次研究中就对不规则三角网法、等高线法、断面法、方格网法三种算法的计算精度进行比较分析。

一、等高线计算法

运用等高线法来计算土石方算量，能够对任意两条等高线之间的土方量进行计算，但是使用该种计算方法的前提是，必须具有两条闭合的等高线，如果所要计算的区域的等高线不闭合，可以先将两条等高线进行离散化，两条等高线之间的高差是已知量，并且可以计算出两条等高线之间所围的面积，这样就能方便的求出两条等高线之间所具有土石方算量，在该种计算方法中，通常会以将两条等高线之间的体积近似为截椎体的方法来进行近似计算，计算的过程中，可以先对每一层的椎体体积进行计算，计算公式如下式所示：

上式中，Ai表示的含义是所计算的椎体的底面积，hi表示的含义是第i条等高线所具有的高程，在该种计算方法中，等高距对计算的精度具有较大的影响，通常情况下，为了提高计算的精度，会在测量过程中应用平均高程法，每隔一定的距离进行一次高程的测量，最后将所有的高程测量值相加取平均值，将所得的高程平均值作为所测区域的高程值，运用该种计算方法进行计算时，通常只适用于土石方算量的估算过程中，因为将该种计算方法应用于地形复杂区域的土石方算量的计算具有较大的计算误差，无法满足工程施工的需要。

二、不规则三角网计算法

不规则三角网法又被称为DTM法，数字地面模型DTM表现形式之一就是不规则三角网，该种计算方法在计算的过程中，是采用三棱柱法对土方算量进行计算，而计算过程中是参照实测地形的特征点、碎部点来进行构网的，该种计算方法主要适用于高精度、大比例尺、小范围地形情况下的土石方算量的计算。

在不规则三角网法的计算过程中，通常会利用实测地形的特征点，构成不规则的三角网结构来进行不规则三角形的建模，与规则的三角格网，不规则的三角格网，具有一些其自身的特点，如：能够很好的展现不规则的复杂地形的特点，非常适用于复杂地形的地形表征；在地形的表征过程中，不需要对原始的精度及数据进行改变，能够通过插入地形线的方式对地形中原有的关键特征进行很好的保留；三角格网可以直接运用原始的数据来作为相应的网格节点，其点、线的结构及分布密度可以直接与地表的结构进行很好的协调。正因为不规则三角网法具有以上的一系列的优点，因此，在计算土石方算量时，该种计算方法具有很高的计算精度。

因为不规则三角网能够真实的表现出复杂的不规则地形，因此在采用不规则三角网法进行土石方算量的计算时，具有很高的计算精度，但是该种计算方法也具有一些缺点，为了能够提高计算精度，相应的计算量就会增大，这会使得在计算的过程中，占较大的计算存储空间，并且需要投入较多的精力进行计算，因此，将该种计算方法应用于较大计算量的工程中时，需要综合的考虑采用该种计算方法是否合理。

一个决定不规则三角网法的计算精度高低的关键因素是TIN模型的精度高低，在实际的计算工作中，采样点的数量、密度等因素都会对计算精度有直接的影响，而在进行采样点密度的确定工作时，可以根据计算需要及计算区域的地形情况而定，对于一些地形复杂的区域，为了提高计算精度，可以适当的增大采样点的密度，而对于地形平缓的区域，采样点的密度可以适当的减小，如果在TIN模型的构建过程中，发现所构建的模型与实际的地形情况不相符，可以对相关的测量数据核实之后进行修改，但是在进行计算时，计算量非常的大，需要占用较大的存储空间，在实际的工程计算中，是否采用该种计算方法需要慎重考虑。

三、方格网法

该种计算方法是将所要计算的区域划分成为具有一定的间距的正方形方格，在相关的格网点中进行高程的测量，按照四角高程的平均值来进行每个格网面的土石方算量的计算，用“-”、“+”来对区域中的挖填方来进行标记，然后对每一网格中的挖填方进行计算，然后将所有网格中的挖填方的值进行累加，就可以得到总的挖填方的值，采用这种传统的方格网计算方法，计算的精度通常不是很高。

杨赤中滤波推估法是一种新型的高程内插方法，采用该种计算方法能够有效的提高计算精度，该种计算方法中，首先要绘制出方格网，如果所要计算的区域面积是一个不规则的多边形，那么在其面积的计算过程中，首先需要判断出方格网的中心点是否在多边形内，如果在，需要对网格的面积进行计算，如果不在，可以省略掉网格的面积，然后需要根据相关的各高程观测值来估测方格中心的高程值。在方格的绘制过程中，主要的依据是场地的范围，该种方法的优点是计算简单、计算方法直观，但是也具有一些缺点，如收到地形的限制，格网中间点、格网线上点、格网交叉点、边界点等不能进行很好的区分，导致该种方法的计算精度不高，想要提高计算精度，可以适当的减小方格网的尺寸，但是这会增加外业的工作量。

四、断面法

断面法中，断面间的土石方算量确定的主要依据是断面间距及断面的平均截面积，断面法适用于挖填深度较大、地形分布不规则、狭长、地形复杂且变化较大的区域计算中，断面间距的长度与计算精度有着非常重要的联系，断面间距长度的值越小，相应的计算精度就越高，但是在一些精度要求较高、计算范围较大的区域，使用该种计算方法具有很大的计算量，如果想要减少计算量，就需要增大断面间距长度的值，那么计算精度就会相应的降低，二者之间存在的这种矛盾，在工程的计算中需要全面的考虑。

五、结语

土石方算量的计算是工程施工管理阶段的重要的计算内容，为了能够为工程的施工提供有效的数据依据，需要在计算过程中根据工程需要选取合理的计算方法，本文就对几种常用的土石方算量计算方法的优缺点进行了简单分析，各种计算方法的计算精度也有所不同，在实际的工程计算中，需要综合考虑各种因素，选择合适的计算方法。

参考文献

[1]李星文.浅谈土石方算量各种算法的精度比较分析[J].城市建设理论研究.2013(4).

[2]孙璧辉,杨丽雄,向朋.浅谈土石方工程量计算方法的应用[J].城市建设理论研究.2013(7).