RTK配合全站仪法在土石方工程量计算中的应用

辜超 赵十璧 郑钧予

摘  要：目前国家基础建设较以前发展更加迅速，管理更加规范，各级政府对工程的质量，造价，安全等要求更高，土石方工程作为各类工程项目的第一项重要分部工程，其准确度和工期要求显得尤为重要。传统的土方测量工作是采用先挖后算，根据取运土量计算，精度极低，而且存在很多人为因素的影响，随着科技的飞速发展特别是測量技术的不断进步，利用RTK配合全站仪技术再结合先进的计算机辅助制图软件如南方CASS软件，不仅可以在开挖前得到土方数据，而且可以大大提高精度，减少人为干扰，为缩短工期，提高工程质量起到了关键作用。

关键词：全站仪;土石方量;DTM法;南方CASS

中图分类号：TV541         文献标志码：A         文章编号：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

土石方工程是各类建筑工程的第一项分部工程，在各类建筑工程，如道路工程，桥梁工程，特别是土木建筑工程中都占有很大的比重。如场地平整、一般土方、基坑开挖，管沟土方等，不仅是万丈高楼平地起的第一步，更涉及到挖，填，运，找平等的各项费用问题，极其重要。由于其具有工程量大，精度要求高、工期短等特点，土方测量必须采用更先进的方法，一步到位，以免漏算重算。

本文主要介绍如何采用RTK配合全站仪技术进行土石方工程的测量及利用南方CASS软件绘制和计算土石方工程量。

1 RTK配合全站仪进行高程数据采集

1.1 RTK测量技术

RTK（Real time kinematic）载波相位差分技术以其实时、动态、高精度、误差不积累等特点在测绘工程中的应用非常广泛。并且随着技术的发展，比如城市CORS系统的建立、双星甚至三星系统的运用，RTK的精度也越来越高、作业半径越来越大、使用也越来越简单。RTK技术有着极其多的优点，实时，快捷，但是其受地形地貌条件及地物遮挡等的影响是其致命缺点，所以一般情况下还需要配合全站仪作业。

1.2 全站仪测量技术

全站仪，即全站型电子测距仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。

土石方测量中，主要是利用全站仪的高差测量功能，利用所测高差计算特征点位的高程，从而进行土方量的计算。

1.3 高程数据采集

土石方工程所在区域一般属于拆迁区或者是原始未开发地带，这些地方一般地形地貌复杂，卫星信号不太稳定，仅仅使用RTK很难采集到合适密度的高程数据，一般需要配合使用全站仪。首先要检测RTK的精度，方法是利用RTK检测附近5公里范围内的高等级控制点，满足精度规定后即可开始测量。其次是控制点布设，选择在卫星信号良好的地方利用RTK根据测区的大小和形状布设适当的图根控制网，最后架设全站仪进行三角高程测量，在卫星信号良好的地方，也可以直接利用RTK进行高程数据采集。

RTK在控制测量过程中必须保证各项误差参数满足规范要求，利用三脚架进行控制点采集必须在固定解情况下存储，并多次测量取平均值。

全站仪数据采集的过程中要注意特征点的采集，各种地形的起伏，突变等都是重要的特征点，如果采集过程中不注意这些特殊意义的點，计算机辅助软件在生成三角网时就得不到好的结果，会严重影响计算数据。

2 土石方工程量计算

2.1 土石方量计算方法

目前用于土石方工程量计算的方法很多，最常用的有方格网法、DTM法、断面法、等高线法四种。这些方法都有各自不同的特点和适用范围，如方格网法适用于平整的场地、DTM法适用于地形起伏较大的场地、断面法适用于道路、管道等陕长带状地形、等高线法适用于山地等，下面以DTM法为例论述土石方量计算的原理和在工程中的实际应用。

2.2 DTM法土石方量计算原理与方法

用DTM模型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法土方计算共有三种方法，一种是由坐标数据文件计算，一种是依照图上高程点进行计算，第三种是依照图上的三角网进行计算。本文主要论述依照图上的三角网进行计算土方工程量。

首先是构建三角网，一般我们可以利用南方CASS软件直接生成，三角网面与地面符合的程度，直接关系到土方量计算的精度，应确保三角网面与地面尽量接近，这样就需要我们的测量数据与地形地貌保持一致，另外，有时还需要对一些特殊地貌进行三角网调整，主要是在等高线遇到地物断开和陡坎地带。

然后就是三角网进行土方量计算，计算公式如下：V=（Z1+Z2+Z3）S3/3;

其中，Zi表示三角形角点填挖高差，S3为三棱柱底面积。

具体计算过程应按以下顺序进行：（1）将坡坎、沟、坑塘、突起等地貌标绘在图上，以便于判断组成三角网是否正确。（2）根据组成的三角网绘制等高线，在点位稀疏部分根据等高线值人工采集一些点加入采集的数据中，以提高计算的精度。（3）删除等高线与地形、地貌不一致部分的三角网，人工重组后重新生成等高线，直到一致。（4）计算土石方量。

2.3 方格网法计算土石方量实例

根据RTK和全站仪采集的高程点数据制成DLG图文件，然后在南方CASS软件中进行土方量计算，南方CASS软件还可以对不同的设计面进行计算，实例如图2：

通过DTM得到填挖方量并生成图表如图2所示，完成土方工程量的计算。

3 存在的问题与误差分析

3.1 测量数据误差问题

RTK配合全站仪是目前比较高效的测量方法，要确保数据的精度，在利用RTK进行控制点测量前后都必须进行高级点位检测，测量过程中必须确保仪器对中，整平达到规定精度，而且确保测量中没有震动影响，测量完成后应使用全站仪进行边角误差检测，确保控制点符合规定的精度。在用全站仪进行碎部点高程采集的过程中，一定要照准棱镜中心，花杆一定要竖直，这样测出来的数据才能符合精度要求。

3.2 土石方计算方法问题

DTM法计算土方量精度较高，计算繁琐，工作量大，适用于高差较大以及高程突变的小范围地区，平坦地区我们还是可以利用方格网法计算土石方量，一般情况下我们可以结合采用这两种方法，这样不仅可以提高精度，又可以减轻工作量。

3.3 误差分析

RTK配合全站仪技术结合某些计算软件计算土方量已经在很多土石方工程量项目中运用并取得了良好的经济效益和社会效益，它充分发挥了测量技术和计算机软件的优点，提高了计算精度，我们对比过这种方法计算的土方量和实际挖土折算量的误差，完全可以控制在允许误差范围内。由于这种方法具有高效，准确的特点，我相信它的应用将会越来越广泛。

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