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

　　注：挖方量的真值為10442.9m3
　　從表l可知，全站儀測量所用的時間最少，經(jīng)緯儀測量次之，而水準儀測量計算花費的時間最長。以挖方量為例，在面積和設(shè)計高程相同的情況下。以3種測量結(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<水準儀。說明全站儀測量土方的精度最高。
　　2.1.1計算精度比較 采用方格法計算出來的土方量，其精度可通過誤差傳播定律進行分析。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。即主要是由高程測量中誤差(mh)和面積測量中誤差(ms)造成。在相同觀測條件下，4個方格頂點高程測量精度是相同的，則平均高程測量中誤差()按如下計算：
　　=mh/=mh/2………………2.2
　　此外方格面積測量的中誤差(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)按如下公式計算：
　　mv=±=………………2.4
　　
　　以S=100m、D=5m、=10m、S=25m2的土方面積為例，水準儀法、經(jīng)緯儀法和全站儀法測量土方量的計算精度如下：
　　(1)水準儀法：S3級微頃水準儀每站水準測量高差(或高程)的精度為±2.4mm。另外，水準儀測量的距離通常用皮尺丈量，其精度為100mm，因此計算出土方量中誤差為10.0m3,相對中誤差為1／25。
　　(2)經(jīng)緯儀法：J6級經(jīng)緯儀測量的視距精度約為1／500，距離中誤差為200mm，測量單點高程的精度為±60mm。經(jīng)緯儀采集點位數(shù)據(jù)展繪在圖紙上畫上方格網(wǎng)，根據(jù)碎部點高程通過目估內(nèi)插法確定方格頂點的高程。方格頂點的高程精度取決于碎部點的高程，也與測量員的站尺位置、數(shù)量、環(huán)境條件有關(guān)，其主要誤差包括地形點高程測量誤差、地面概括誤差和平面位移誤差。經(jīng)緯儀測繪1∶500比例尺地形圖后，對于坡度為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高程中誤差為±0.29m。因此用土方量的中誤差計算公式，可得出經(jīng)緯儀測量計算土方量的中誤差為±20.0m3，相對中誤差約為1／12。
　　(3)全站儀法：全站儀計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位中誤差為±0.02m。方格頂點的高程中誤差是DEM插求點的高程中誤差。一般認為影響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，方格頂點的高程中誤差為0.35m左右。因此按照土方量的中誤差計算公式求得全站儀計算土方量的中誤差為±4.8m3，相對中誤差約為l/52。說明全站儀法在3種儀器測量方法中計算精度最高。
　　2.2不同計算方法的比較
　　將全站儀測量的地面高程數(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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