CASS软件在线路测量中的应用研究new

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1、CASS软件在线路测量中的应用研究南方数码长沙分公司 杨广波摘要：现代测绘，例如线路测量放样数据的计算、公路路基土石方量的计算、断面的绘制与设计、矿山采场测量等等，都涉及到大量的数据处理、检索、管理、图形处理、输出等工作。这时传统的人工计算方法已逐渐不能满足测量开发需要。随着计算机技术的革新与飞速发展，以及人们认识的提高，测绘正从传统的效率低下的手工作业阶段向高效的信息化和数字化阶段迈进。而这个过程中，测绘软件的开发与应用技术也越来越成熟。本次设计主要以广州南方测绘仪器公司开发的CASS9.0软件为例，结合湖南省望城县潇湘大道工程项目，对其在线路测量中的应用进行研究。关键词： CASS；线路测

2、量；土石方计算；断面设计Study on the Application of the Software CASS in Line Engineering SurveyAbstract: Modern surveying and mapping, such as setting-out line measurement data, the volume of road embankment of earth and stone, the cross-section of the drawing and design, mining field measurement, etc., are in

3、volved in a large number of data processing, retrieval, management, graphics processing, the output and so on. At this time the traditional manual method has been gradually developed can not meet the measurement needs. With the computer technology innovation and rapid development, as well as the inc

4、rease in awareness, mapping is from the traditional manual inefficient to efficient information stage and into the digital stage. And this process, the Survey and Mapping software development and application of technology is increasingly mature. In this paper, survey and mapping equipment in Guangzh

5、ou South CASS9.0 software developed as an example, its in-line measurement research.Keywords: CASS; Line measurement; Earthwork calculation; Section design1 绪论11 研究背景线路测量是指铁路、公路、河道、输电线路及管道等线形工程在勘测设计和施工、管理阶段所进行的测量工作的总称。近几年，随着30多年改革开放的发展，我国铁路建设、各等级公路建设、河道加固，高电压输电线建设以及输油输气管道等各方面的线形工程越来越多。而线形工程往往涉及距离较长，

6、地形多变，这使测量工作者需要在断面图的绘制与设计、土石方的计算等方面进行许多复杂而且重复的工作，给测量工作者带来很大的麻烦3。而测量工作是保证施工顺利进行的基本条件，直接关系到工程建设的速度和质量。因此，测量及数据计算就尤为重要。随着计算机技术和程序设计方法的发展，以及人们认识的提高，测绘正从传统的效率低下的手工作业阶段向高效的信息化和数字化阶段迈进。现代测绘，如大型水电站的大坝监测、边坡安全监测、建筑物变形监测、矿山采场测量等等，都涉及到大量的数据处理、检索、管理、图形处理、输出等工作。这时传统的人工计算方法已逐渐不能满足测量工作的需要。12 研究意义上世纪六十年代以来随着计算机技术在测绘行

7、业的广泛应用，测距仪、全站仪的出现，数字化测图技术应运而生。今天，数字化成图软件的应用已经越来越普遍。由于社会各个领域的发展越来越快,对测绘、设计等专业部门在工程测量及设计方面的数据和图件要求越来越全面，特别是对线路工程测量所需的大比例尺带状地形图及道路纵横断面图测绘，建设单位和设计单位想一次性获取必要图件的要求越来越高，测绘单位由单纯的基础测绘工作转向各专业综合测绘及数据处理工作从数据采集、数据质量控制到数据无缝进入前端处理软件进行数据编辑、数据处理、图件形成、数据库的建立等一系列的工作，都由测绘单位准确快速地完成，这对测量工作者来说，选择一个完善的测绘软件是十分重要的4。应用好软件的每个功

8、能是及时准确完成各项工作的保证。由广州南方测绘仪器公司研发的CASS系列软件在线路测量中的断面测量，土石方测量的计算有方便易学之处，图件和数据清楚直观，便于数据处理和设计工作。13 研究进展虽然在实际测量中，CASS软件在线路测量中的应用很广泛，包括地形图的绘制，断面的绘制与设计，土石方量的计算，公路曲线设计等，而对于土石方量计算，CASS软件给出的四种方法，我们在实际测量中主要以所拥有数据的格式，所需要的精确度以及地形状况来确定使用的方法，从而决定外业数据的获取方法。本文通过对土石方量计算的四种方法结果进行分析，从而得出其计算精度的高低。14 研究的技术、方法利用CASS9.0软件对湖南省望

9、城县潇湘大道北段进行公路断面设计与绘制，并通过DTM法，断面法，方格网法和等高线法进行土石方量的计算，并以断面法计算土石方量的计算结果为参考，分析其它三种计算方法的精度。15 存在问题和研究前景1.5.1 存在的问题此次研究存在着较多需要改进的地方，首先是精度对比的参照标准，本人在研究中默认断面法计算土石方量的精度是最高的，其它三种计算方法以此为参照进行对比，这中间断面法计算土石方量的精度是不是最高的，本身就存在争议；其次，由于时间关系，此次研究仅以湖南省望城县潇湘大道北段项目的数据为例进行计算，数据单一，结果在很大程度上有偶然性。1.5.2 研究前景 如前所述，如果通过研究我们能得出DTM法

10、，断面法，方格网法和等高线法四种计算土石方量方法的精度的话，那么在线路工程测量中，计算土石方量如果有很高的精度要求的话，那么我们所研究的结果便是一个参考，这对于测量工作者对计算方法的选取有了一个科学的指导，而不只是局限于地形状况。16 研究内容通过研究线路测量施工方案，对项目简介、施工方案、技术要求以及外业数据的获取初步了解，并通过内业的计算得出成果，以介绍数据的处理方法及其实际操作过程，最后通过方案实施及结果分析，得出相应的可供参考的结论。2 CASS地形地籍成图软件21 CASS9.0系统简介CASS系列地形地籍成图软件，是广州南方测绘仪器公司基于AutoCAD平台推出的数字化测绘成图系统

11、。该系统操作简便，功能强大，成果格式兼容性强，被广泛应用于地形、地籍成图，工程测量应用，空间数据建库等领域.CASS系统自推出以来始终保持与AutoCAD的同步升级1。CASS9.0是以AutoCAD为技术平台，充分运用AutoCAD平台的最新技术，全面采用真彩色XP风格界面，重新编写和优化了底层程序代码，大大完善了等高线、电子平板、断面设计、图幅管理等技术，并使系统运行速度更快更稳定。同时，CASS9.0运用全新的CELL技术，使界面操作、数据浏览管理、系统设置更加直观和方便。在空间数据建库、前端数据质量检查和转换上，CASS9.0提供更灵活、更自动化的功能。特别是为适应当前测绘工程对线路测

12、量的需要，该版本对于数据本身的结构也进行了相当的完善2。22 CASS9.0的安装CASS9.0的运行环境（硬件）为：处理器（CPU）：Pentium(r)或更高版本内存（RAM）：256MB（最少）视频：1024768真彩色（最低）硬盘安装：300MB定点设备：鼠标、数字化仪或其他设备CD-ROM:任意速度（仅对于安装）安装CASS9.0的步骤是：先安装AutoCAD2006，重新启动计算机，并运行一次，再安装CASS9.013。3 线路工程测量概述31 简述 线路工程是指长宽比很大的工程，包括公路、铁路、运河、供水明渠，输电线路，各种用途的管道工程等。这些工程的主体一般是在地表，但也有在地

13、下或在空中的，如地铁，地下管道，架空索道和架空输电线等，工程可能延伸十几公里以至几百公里，它们在勘测设计及施工测量方面有不少共性。相比之下，公路、铁路的工程测量工作较为细致，因此，在本文叙述中以公路工程为例。线路工程建设过程中需要进行的测量工作，称为线路工程测量，简称线路测量14。32 线路测量的任务和内容3.2.1 线路测量的任务线路测量是为各等级的公路和各种管道设计及施工服务的8。它的任务有两方面：一是为线路工程的设计提供地形图和断面图，主要是勘测设计阶段的测量工作；二是按设计位置要求将线路敷设于实地，其主要是施工放样的测量工作。而此两项任务借助于CASS9.0地形地籍成图软件将变得简便易

14、行。3.2.2 线路测量的内容整个线路测量工作包括下列内容。1收集规划设计区域内各种比例尺地形图、平面图和断面图资料，收集沿线水文、地质以及控制点等有关资料。2根据工程要求，利用已有地形图，结合现场勘察，在中小比例尺图上确定规划路线走向，编制比较方案等初步设计。3根据设计方案在实地标出线路的基本走向，沿着基本走向进行控制测量，包括平面控制测量和高程控制测量。4结合线路工程的需要，沿着基本走向测绘带状地形图或平面图，在指定地点测绘工地地形图(例如桥位平面图)。测图比例尺根据不同工程的实际要求参考相应的设计及施工规范选定。5根据设计图纸把线路中心线上的各类点位测设到地面上，称为中线测量。中线测量包

15、括线路起止点、转折点、曲线主点和线路中心里程桩、加桩等。6根据工程需要测绘线路纵断面图和横断面图。比例尺则依据不同工程的实际要求选定。7根据线路工程的详细设计进行施工测量。8工程竣工后，按照工程实际现状测绘竣工平面图和断面图。33 线路测量的基本特点3.3.1 全线性测量工作贯穿于整个线路工程建设的各个阶段。以公路工程为例，测量工作开始于工程之初，深入于施工的各个点位，公路工程建设过程中时时处处离不开测量技术工作，当工程结束后，还要进行工程的竣工测量及运营阶段的稳定监测。3.3.2 阶段性这种阶段性既是测量技术本身的特点，也是线路设计过程的需要，体现了线路设计和测量之间的阶段性关系。反映了实地

16、勘察、平面设计、竖向设计与初测、定测、放样各阶段的对应关系。阶段性有测量工作反复进行的含义。3.3.3 渐近性线路工程从规划设计到施工、竣工经历了一个从粗到细的过程，线路工程的完美设计是逐步实现的。完美设计需要勘测与设计的完美结合，设计技术人员懂测量，测量技术人员懂设计，完美结合在线路工程建设的过程中实现。34 线路测量的基本过程3.4.1 规划选线阶段规划选线阶段是线路工程的开始阶段，一般内容包括图上选线、实地勘察和方案论证。1图上选线根据建设单位提出的工程建设基本思路，选用合适比例尺的地形图(1：50001：50 000)，在图上比较、选取线路方案9。现实性好的地形图是规划选线的重要图件，

17、为线路工程初步设计提供地形信息，可以依此测算线路长度、桥梁和涵洞数量、隧道长度等项目，估算选线方案的建设投资费用等。2实地勘察根据图上选线的多种方案，进行野外实地视察、踏勘、调查，进一步掌握线路沿途的实际情况，收集沿线的实际资料。特别注意以下信息：有关的控制点；沿途的工程地质情况；规划线路所经过的新建筑物及交叉位置；有关土、石建筑材料的来源。地形图的现势性往往跟不上经济建设的速度，地形图与实际地形可能存在差异。因此，实地勘察获得的实际资料是图上选线的重要补充资料。3方案论证根据图上选线和实地勘察的全部资料，结合建设单位的意见进行方案论证，经比较后确定规划线路方案。3.4.2 线路工程的勘测阶段

18、线路工程的勘测阶段通常分为初测和定测阶段。1初测阶段在确定的规划线路上进行勘测、设计工作。主要技术工作有：控制测量和带状地形图的测绘，为线路工程设计、施工和运营提供完整的控制基准及详细的地形信息。进行图上定线设计，在带状地形图上确定线路中线直线段及其交点位置，标明直线段连接曲线的有关参数。2定测阶段定测阶段主要的技术工作内容是。将定线设计的公路中线(直线段及曲线)测设于实地；进行线路的纵、横断面测量，线路竖曲线设计等。3.4.3 线路工程的施工放样阶段根据施工设计图纸及有关资料，在实地放样线路工程的边桩、边坡及其他的有关点位，指导施工，保证线路工程建设的顺利进行。3.4.4 工程竣工运营阶段的

19、监测线路工程竣工后，对已竣工的工程，要进行竣工验收，测绘竣工平面图和断面图，为工程运营做准备。在运营阶段，还要监测工程的运营状况，评价工程的安全性。4 湖南省望城县潇湘大道工程项目概述41 项目简介 为满足湖南省长沙市潇湘北路北延线建设的需要，受长沙市水利水电勘测设计院委托，东华理工大学勘察设计研究院对潇湘北路北延线（三叉矶至沩水桥）区域实施1：1000带状地形及横断面测量。本次具体测绘范围及技术要求由长沙市水利水电勘测设计院提出。我们于2008年10月23日开始进场测量，于2008年11月25日结束所有外业工作，随后进行资料整理和制图工作。4.1.1 测区概况本项目湖南省望城县潇湘大道北段，

20、属沿湘江堤防地区，测区内交通较为便利，大部分村庄有乡村道路连接。测区内主要植被为水田、旱地、经济林地，河滩上广泛分布防浪树，大部分村庄房前屋后种有风景树或果树，对测量工作有一定影响。4.1.2 测区范围1北测至沩水大桥南100m，南至三叉矶大桥南100m，要求河堤两边东侧测出60m，西侧测出100m；2 测图区域内进行1:200横断面测量(包括所有桥梁、涵管)。42 技术标准及主要技术要求4.2.1 技术标准1. JTJ/T066-98全球定位系统(GPS)城市测量技术规程；2. GB12898-91国家三、四等水准测量规范；3. CJJ8-99城市测量规范；4. ZBA75002测绘产品检查

21、验收规定；5. ZBA75003测绘产品质量评定标准；6. GB7929-19951：500、1：1000、1：2000地形图图式；7. CH1002-95测绘技术总结编写规定；8. 本测区技术设计书7。 4.2.2 主要技术要求 1. 坐标系统采用采用1954年北京坐标系。为减少投影长度变形值，采用任意带高斯正形投 影,中央子午线为113。并提供一套高斯正形投影3带；2. 高程系统采用1985国家高程基准，基本等高距1.0m；3. 测图比例尺为1:1000；4. 断面测量为1:200比例尺10。4.2.3 主要精度指标1.平面控制测量：i. 四等GPS网最弱相邻点的相对平面点位中误差不得大于

22、5cm。ii. 四等以下各级GPS控制网最弱点相对于起算点的点位中误差不得超过5cm。2. 高程控制测量：i.四等水准网中最弱点的高程中误差（相对于起算点）不得大于20mm;ii.四等水准附合路线或环线闭合差20。3. 极限误差中误差的两倍值为极限误差，极限误差的个数不应超过5%。43 外业数据的获取4.3.1 控制测量根据已收集到的测绘资料,结合测区实际情况，以测区内E99、E085、E113三个GPS点作为全测区起算点，再在D级GPS导线网下使用RTKGPS进行加密，在居民区不便施测GPS的地段布设二级全站仪测距导线；平面控制点布设电磁波测距三角高程或使用GPS拟合高程，各级控制点的点位选

23、择、网形结构、通视要求等均按规范要求执行。本次控制测量共布设了D级GPS点53个,RTKGPS点60余个,二级导线点30个；详见附录1。4.3.2 碎部测量根据测区情况，作业小组在开阔地带使用RTK-GPS进行全野外碎部点采集，在居民区使用全站仪进行全野外碎部点采集，采集后的数据直接传输到计算机，作业组长则依据野外绘制的草图以南方公司编制的CASS9.0绘图软件为工作平台绘制地形图，作业组将图块输出纸图进行野外修测和检查，再进行二次绘图。44 地形图绘制本项目内业处理使用南方测绘仪器公司研制的CASS9.0地形地籍成图软件，各种线型、分层、字体注记按照要求进行；出图为.dwg格式。横断面测量的

24、横断面比例均采用1：200，测量范围与地形图一致，约平均50m测一个断面；桥梁、涵管均单独测绘。图4-1 望城县潇湘大道地形勘测图5 断面的绘制与设计在线路测量中，为了了解沿线地区的地形起伏变化情况，在地面上定出其中心位置，然后沿路线方向测出其地面起伏情况，进行纵断面测量，而且在线路中心线的垂直方向上进行横断面测量，并绘制成纵横断面图，作为设计路线坡度和计算土石方时的依据。线路测量一般包括踏勘选线，中线测量，纵横断面绘制，在纵横断面上进行线路设计和土石方量计算，以及变坡放线等工作。横断面图的绘制与设计对于很长的路线或者复杂的地段来说是一项繁重又大量重复的工作，但是，如果借助于CASS9.0地形

25、地籍成图软件，将会使工作效率大大提高15。51 横断面数据获取的几种方法横断面测量是测量垂直于线路中线方向的地面起伏情况，并按一定比例绘制成横断面图。根据各种工程的性质和不同要求，其横断面图的用途也不尽相同。对于道路工程，主要供路基设计、土石方量计算、路基加固防护工程设计和路基施工放样等之用。线路横断面测量包括定出横断面方向、施测和绘制横断面图等工作。下面是四种横断面数据获取的方法。1水准仪视距法。适用于线路两侧地势平坦，且要求测量精度较高的一种方法，多用于城市建筑区和平原地区。把水准仪安置在横断面位置上，读取视距和视线高，测出横断面上点的距离和高程。2经纬仪视距法。此方法是将经纬仪安置在中桩

26、上或横断面点上，在这个断面的地形变化处立上标尺，量取仪器高，读取视距和垂直角，测出距离和高程。当方法适用于起伏较大和树木杂草较多不便量距的地方，测量精度也较高。3全站仪坐标法。首先沿中心线在施工范围以外埋设高程和平面控制点，把全站仪安置在已知控制上，设置测站点坐标，定向点坐标和高程，将棱镜立在要测的横断面上，测出每个点的三维坐标，并储存到全站仪内存里。在每一个站都要记录各个断面的桩号，点号和中心桩点号。RTK坐标法与此法同原理。4数字地形图上横断面数据的量取。在南方地籍地形成图软件系统CASS9.0中，打开地形图用复合线（pline）在原地形图上绘制中心线，然后再用复合线绘制垂直于中心线的横向

27、联合断面位置线，自中心线起始位置开始注记各横断面的里程，最后用复合线生成各横断面的里程断面数据文件。52 利用CASS9.0建立数据文件利用 CASS9.0软件绘制断面图时，一般需要两种格式的数据文件：已知坐标数据文件和里程文件14。5.2.1 已知坐标数据文件已知数据文件是用全站仪观测而得到的数据，已知数据文件扩展名是“.dat”，其格式如下：1点点号，1点编码，1点Y(东)坐标，1点X(北)坐标，1点高程 (H)2点点号，2点编码，2点Y(东)坐标，2点X(北)坐标，2点高程 (H)N点点号，N点编码，N点Y(东)坐标，N点X(北)坐标，N点高程 (H)坐标数据文件内每一行代表一个点；每个

28、点 Y，X，H的单位均为，编码可以为横断面的序号，也可以为空，其后的逗号也不能省略；所有的逗号不能在全角方式下输入。5.2.2 里程文件里程文件由前文所述方式观测所得的水平距离和高程组成，里程文件扩展名是“.hdm”，里程文件有两种格式。每个断面第一行以“BEGIN”开始；“断面里程” 表示当前横断面中桩在整条纵断面上的里程，如果里程文件只用来画断面图可以不要这个参数；各点应按断面上的顺序表示。第一种格式是里程依次从小到大，格式如下：BEGIN，第一断面里程第一点里程，第一点高程第二点里程，第二点高程BEGIN，第二断面里程 *下一个断面第二种格式是把横断面以中心桩分为两侧，左侧距中心桩距离为

29、负，右侧距中心桩距离为正，中心桩处为 0.0，其具体格如下：BEGIN，第一断面里程第一点 (左侧)距中心桩距离，第一点 (左侧 )高程第二点 (左侧)距中心桩距离，第二点 (左侧 )高程0.0第一点 (右侧 ) 距中心桩距离，第一点 (右侧 )高程BEGIN，第二断面里程 *下一个断面53 利用CASS9.0绘制断面图利用CASS9.0绘制横断面图有根据已知坐标生成，根据里程文件绘制，根据等高线绘制以及根据三角网绘制四种方法。5.3.1 根据已知坐标文件生成打开CASS9.0，展绘横断面的三维坐标数据，然后以复合线(pline)从左依次连接每个点即得各横断面位置，如图5-1所示。图5-1连接

30、已知坐标的断面位置然后，选择菜单命令中的【工程应用】【绘制断面图】【根据已知坐标】命令，用鼠标选择横断面线，弹出窗口，选择数据坐标文件即Dm1.dat，输入采样间距和起始里程后按【确定】，然后又弹出【绘制横断面】窗口，在这窗口中输入横断面图的纵横方向比例、断面图位置等参数后按【确定】，并绘制横断面图。设其横断面坐标数据文件名为Dm1.dat，具体数据格式如下：1,M1,53596.280,31464.840,31.7542,1 , 53532.140,31466.790,37.7733,1 , 53508.100,31461.980,40.2179,1 , 53344.100,31322.26

31、0,24.36810,M2,53362.800,31340.890,26.8215.3.2 根据里程文件绘制打开CASS9.0 ，选择菜单命令中的【工程应用】【绘制断面图】【根据里程文件】命令，就弹出【绘制横断面】窗口，在这窗口中输入横断面图纵向比例 (1：100)和横向比例 (1：500)、断面图位置 (在屏幕任意位置上用鼠标点击 )等参数后按【确定】，并绘制横断面图。这种里程数据文件是用水准仪视距法或经纬仪视距法观测后得到或在地形图中生成里程文件。如前所述，在实际测量工程中，一般采用以下两种横断面里程文件:第一，里程依次从小到大排的里程文件，设其里程文件名为Dm2.hdm。以中心桩里程为

32、K+306.20的断面数据文件为例 ,其具体数据如下:BEGIN,306.20:120.000,32.5735.000,32.25615.000,31.99320.000,31.81725.000,31.75430.000,31.81735.000,31.997用Dm2.hdm文件绘制的横断面图 ,如图5-2所示:图5-2利用第一种数据绘制的横断面图第二 ,把横断面以中心桩为中心分为两侧 ,左侧距中心桩的距离为负，右侧距中心桩的距离为正，中心桩处为 0. 00,以中心桩里程为K0+93.68的断面数据文件为例 ,设其里程文件名为Dm3.hdm。里程数据格式如下：BEGIN,93.68:4-20

33、.000,36.625-15.000,36.719-10.000,36.950-5.000,37.2900.000,37.4825.000,32.97710.000,30.576用 Dm3.hdm里程文件绘制的横断面图 ,如图5-3所示:图 5-3利用第二种数据绘制的横断面图5.3.3 根据等高线绘制在 CASS9.0环境中，打开已绘制完等高线的地形图，然后在横断面位置上绘制复合线(pline)，如图5-4所示。选择菜单命令中的【工程应用】【绘制断面图】【根据等高线】命令，用鼠标选择图4中横断面位置线，就弹出绘制断面图的窗口，窗口中输入横断面图的纵横方向比例、断面图位置等参数后按【确定】，并绘

34、制纵断面图。图 5-4地形图上横断面位置图5.3.4 根据三角网绘制如果图面存在三角网，则可以根据断面线与三角网的交点来绘制纵断面线图。在 CASS9.0环境中，打开已绘制完三角网的地形图（地形图数据见附表2），然后在横断面位置上绘制复合线(pline)，如图5-5所示。图 5-5地形图上横断面位置图 选择菜单命令中的【工程应用】【绘制断面图】【根据三角网】命令，用鼠标选择图5-5中横断面位置线，就弹出绘制断面图的窗口，窗口中输入断面图的纵横方向比例、断面图位置等参数后按【确定】，并绘制纵断面图，如图5-6所示。图 5-6利用三角网法绘制的纵断面图6 土石方量的计算研究在线路工程测量中，道路的

35、勘察和设计需要借助于数字地形图和土石方量的计算，同时也便于控制施工进度和作为预算的根据。南方测绘CASS9.0地形地籍成图软件在土石方量的计算中有强大的功能，能很好地为测绘人员在设计的过程提供帮助，其内业计算有方格网法、等高线法、断面法和数字高程模型(Digital Elevation Model，简称 DEM)法等。不同的计算将产生不同的结果，如何规范土方计算，需要对计算过程进行研究，特别是现在，测量仪器越来越先进，计算机也已经全面普及，各种土石方量计算软件更是层出不穷。评价软件的计算结果，具有现实意义5。CASS9.0地形地籍成图软件是基于 AutoCAD平台技术的数字化测绘数据采集系统，

36、主要包括地形成图、地籍成图、工程应用三大领域，其中，工程测量模块中提供以上四种土方计算的功能，本文探讨其中两种应用 CASS9.0软件进行土石方量计算的方法和过程，希望能为日后工程土方测量计算提供借鉴作用。61 研究方法研究所使用的仪器为全站仪，计算软件为广州南方测绘仪器公司研制的CASS9.0地形地籍成图软件。采集数据前，对所用的全站仪进行检验，检验合格后方用于数据采集。选择湖南省望城县潇湘大道北段项目为代表，用全站仪测量其特征点的地面坐标和高程，通过 CASS9.0软件生成数字化地形图，在数字化地形图上分别用方格网法、断面法以及手工输入里程文件的断面法，计算相同面积和设计高程的土方量，并比

37、较不同过程(如采样间距、断面间距和方格边长的变化)对计算结果的影响。6.1.1 断面法断面法土石方量计算主要用在道路土方计算和区域土方计算。断面法土方计算主要有道路断面、场地断面和任意断面三种方法。本文研究线路工程测量，所以，以道路断面法计算土石方量为例。首先，生成里程文件。里程文件用离散的方法描述了实际地形。接下来的所有工作都是在分析里程文件的数据后才能完成的。在勘测的地形图中用复合线绘制纵断面线，在CASS9.0软件中【工程应用】菜单下，由纵断面线生成里程文件。其次，选择土方计算类型。在CASS9.0软件中【工程应用】菜单下，在【断面法土方计算】中选择【道路断面】，导入里程文件，在断面设计

38、参数中输入中心桩高程、路宽以及其它参数，如图6-1。最后生成道路纵断面线和横断面线，如图9。在修正完部分断面的设计参数之后便可以进行图面土石方量的计算，土石方数量计算表见附录2。图6-1 断面设计参数图6-2 设计断面与实际断面图6.1.2 手工输入里程文件的断面法先以中桩为基准，在道路中线的垂直方向上采集断面数据，并将数据在南方CASS9.0地形地籍成图软件中展高程点，展野外测点点号，并用复合线（pline）连结道路中桩，即道路中线，然后以道路中线为中心向左100米，向右60米偏移两条复合线，如图6-3所示。用【工程应用】菜单下的【查询两点间距离及方位】，逐个断面查询所测量高程点至所在断面中

39、桩的距离，在里程文件中编辑，如前所述，横断面以中心桩为中心分为两侧 ,左侧距中心桩的距离为负，右侧距中心桩的距离为正，中心桩处为 0. 00，数据格式详见5.3.2。生成里程文件后，土石方量的计算如6.1.1所示。图6-3断面数据手工输入方法6.1.3 方格网法由方格网来计算土石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填方和挖方的土石方量，并给出填挖方分界线。系统首先将方格的四个角上的高程相加，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。方格网法简便直观，

40、易于操作。具体操作为：用复合线将计算范围标定，在CASS9.0软件【工程应用】下拉菜单中选中方格网法计算土方，根据提示，输入平整高程，和方格网边长，即可计算出土方量的大小。62 结果与分析6.2.1 土石方量计算结果将湖南省望城县潇湘大道北段中的中桩编号为208-230的地面高程数据取样，如上所述，分别用断面法、手工输入里程文件的断面法以及方格网法在相同平整面积和高程情况下土石方量的大小对比以填方量为基准，结果见表6-1、表6-2、表6-3。表6-1 断面法的计算结果断面间距()5101520填方量()1813.71787.31711.51639.1表6-2 手工输入里程文件的断面法的计算结果

41、断面间距()5101520填方量()1822.91794.31748.01727.5表6-3 方格网法的计算结果方格边长()5101550填方量()1799.61663.71538.21467.8计算三种方法计算结果的平均值，观测值中误差为，结果见表6-4。表6-4 三种计算方法结果的平均值和观测值中误差计算方法平均值( )中误差( )断面法1737.9022.36手工输入里程文件的断面法1773.1818.87方格网法1617.3378.73从表6-1、表6-2以及表6-3中，可以看出相同的外业测量数据，不同的计算方法，其结果会不同。即使用同一种方法计算，但用不同断面间距和方格边长，其计算结

42、果也不同，断面间距和方格边长越短，计算结果均越大。6.2.2 结果分析全站仪测量高程的精度由距离误差和高程误差决定，研究结果表明，全站仪采样位置的平面点位中误差为 mD=0.02m11。土方计算的高程中误差是数字化地形图通过的插求点的高程中误差。一般认为影响数字化地形图高程精度的主要因素有：地形类别、内插方法、采样方式和粗差剔除程度等。三种计算方法中，断面间距和方格边长不同，其计算结果的不同，测量学认为，对某一量进行多次观测，观测值中误差越小，其离散程度越小则越可靠，所以认为其精度就越高，因此，判别观测值中误差的大小可以反映其计算的精度高低。从表6-4可知，以手工输入里程文件的断面法计算的观测

43、值中误差最小，其次是断面法，最后是方格网法，说明以手工输入里程文件的断面法计算结果的离散程度小，精度最高。结论1CASS地形地籍成图软件该软件包含AutoCAD的功能，在此基础上开发土方计算的模块，适合线路工程的土方计算，界面友好，功能齐全，使用方便。计算土方量时，可根据实际情况 (如精度要求等)选用不同的计算方法，并且注意采样方式，比如方格的边长等，因为不同的采样方式会出现不同结果 当然像方格边长也不可能无穷小，可考虑制图的需要进行选择。2CASS软件在线路测量中土石方量计算精度方格网法中方格顶点的高程通过按比例计算，受地形复杂因素的影响，其计算精度不高，所以土方计算的精度不高。通过试验，数

44、字化地形图上方格顶点的高程中误差达到mh=0.35m5。断面法通过提取横断面图计算两断面间的土方，相对于方格法计算结果，其计算结果较实际土方量，所以其精度较方格法高，而以手工输入里程文件的断面法，采集数据的时候就是逐个断面的采集，最接近实际高程，所以，计算结果最接近实际土方量，所以其精度在三种方法中最高。当然，由于学识浅显，此项研究还存在相当多的不足。如只能通过CASS9.0软件本身对线路测量中的部分应用予以研究，显得不够全面；土石方的计算也只是讲述了CASS9.0软件其中的几种方法，缺乏整体性；用于研究的数据单一，只有湖南省望城县潇湘大道地形图的数据，不能形成全面对比。但是，仅是借此次实践，

45、来达到一个指明方向的作用，来发现自己的不足以及优势，帮自己定位好以后可以努力的方向。对于本人来说，已是收获良多。参考文献：1 CASS软件使用说明2 CASS软件用户手册3 CASS5.0地形地籍成图软件的应用与体会.王君华.内蒙古水利4 CASS数字化测图软件的作业过程及发展前景.冯仲科.北京测绘5 宫同森.地形、地籍测量精度M.北京:测绘出版社,1992.19156.18 H.L.Dijksterhuis,L.G.Van Willigenburg & R.P.Van Zuydam. Centimeters-precision guidance of moving implements in

46、 the open field :a simulation based on GPS measurements, 1998. 6 孔祥元,梅是义. 控制测量学M.武汉:武汉大学出版社,2002.7 国家技术监督局 中华人民共和国建设部.工程测量规范GB50026-93M,中华人民共和国国家标准,2001.8 张正禄.工程测量学. 武汉大学出版社9 李远富.线路勘察设计.高等教育出版社10 公路隧道施工技术规范.JTJ042-199411 张孝军,林云发.GPS-RTK技术的测量精度探讨.人民长江12 张弘,刘学.RTK定位测量的误差分析及提高精度的关键.城市勘测13 郭敬波，线路工程测量浅谈.

47、黑龙江交通科技，2008年第8期，38-4014 李玉宝,曹智翔,余代俊.大比例尺数字化测图技术.西南交通大学出版2006，90-94，251-29115 李昌根,廉光日.利用南方CASS绘制断面图的几种方法.地矿测绘,2008,24(2):39-4116 林观土.CASS7.0软件在土方量计算中的应用.农业网络信息.2007,8:143-14517 中国测绘学会.中国测绘学科发展蓝皮书.北京:测绘出版社，2005.118 赵长胜，石金峰.测量平差M，北京：教育科学出版社，2000. implements in the open field :a simulation based on GPS

48、 measurements, 1998.附录附录1湖南省望城县潇湘大道静态GPS控制点坐标表点号X坐标（m）Y坐标(m)高 程(m)I1131121406.49932501.33437.148I1165121712.35032852.98735.303I997121169.92432794.18335.514I990121106.94333075.16735.449I869120783.32933280.27235.670I1192120589.05133431.90535.869I940120094.00933736.95135.904I1183119726.53433885.17237.5

49、44I1182119431.61433896.22837.459I1181119230.26233973.20736.581I1144119108.44134332.46135.852I991118699.77934604.06936.127I972118507.02134909.05137.061I1068118286.34735222.51836.206I941118006.22335543.25736.376I942117758.80635898.15536.369I1124117584.30036119.26436.366I993117343.82436456.90036.356I97

50、0117167.83036686.13136.321I1103116604.08736984.57436.587I1100116369.33837260.95136.368I945116107.78637576.04236.181I943115962.23037783.25936.241I1032115528.02338267.23136.315I1033115401.62538617.13536.209I980115255.76738828.87536.556I859115037.98039155.81236.509I838114922.68239515.86535.987I89311477

51、6.78539840.57936.619I860114527.40440275.35836.352I853114184.70040910.55136.327I863114019.65241325.57836.382I831113748.28941651.74936.503I807113460.65741993.06436.065I803113182.75142270.94236.445I866112810.07542577.59936.168I813112608.17842720.08136.497I810112038.56743077.37136.502I806111345.55743509

52、.76136.351I1377110812.36643746.38636.308I1489110244.59444116.57536.873I1470109955.00544377.78136.962I1420109711.69144600.94236.547I1540109457.65844907.94436.197E099121912.54132714.53335.498E074119851.78433853.81637.268E100118161.41335348.52136.423E085116981.68636879.68136.849E084115331.64838733.7923

53、6.275E081114388.71840572.97336.396附录2 随着我国交通基础设施建设的快速发展,需要修建越来越多的各种等级的公路。而公路设计与其他土木工程设计不同,有其自身的特点。主要表现在以下两个方面:1)公路工程是一种带状的建筑结构物,会受到沿线的地形、地貌、环境因素等的影响;2)公路设计是在前期勘测得到的地形图上进行选线或现场定线,因此前期工作要花费大量的人力、物力。传统的公路设计是先在地形图上人工判读数据,然后进行初步路线方案设计,在施工图设计时,则根据初步设计中已经确定好的平面线形,通过野外实地测量路线平、纵、横数据进行设计。但是这一方法存在费时、费力、精度难以保证和

54、动态调整困难等缺点。随着现代科技的发展,公路设计手段的提高,特别是三维数字地形图和三维数字地面模型在公路中的广泛应用,为设计工作实现野外实测与公路设计一体化提供了有利条件,也为设计者在外业勘测前对路线设计意图的总体把握提供了方便。 所谓数字地面模型,也称/DTM(DigitalTerrainModels)0,它是地形起伏的数字表达,它由对地形表面取样所得到的一组点x,y,z坐标数据和一套对地面提供连续描述的算法组成。简单地说,数字地面模型是按一定结构组织在一起的数据组,它代表着地形特征的空间分布。数字地面模型是建立地形数据库的基本数据,可以用来制作等高线图、坡度图、专题图等多种图解产品。 有了

55、三维数字地面模型以后,在外业勘测前,可以先在三维数字地形图上建立沿公路走向的带状三角网数字地面模型,为公路设计自动提供了纵、横断面地面线数据,然后对公路进行纸上定线、纵断面设计和横断面设计。这样,可以克服传统设计方法中存在的缺点,达到准确合理又省时省力的目的。 1 三维数字地面模型的优势 三维数字地面模型应用于模拟地形表面,便于存储、更新、传播和计算机自动处理,特别适合于各种定量分析与三维建模,是公路工程勘察设计自动化、三维化、可视化不可缺少的工具,是实施路线三维空间设计和进行全方位优化设计的前提条件。数模应用可对数字地面模型进行各种计算和分析,它在公路设计中与传统设计方法比较,DTM作为地表

56、信息的一种数字表达形式有着无可比拟的优越性。 1) 公路选线。数字地面模型真实地模拟了地形表面,包含有三维真实坐标数据,因此设计人员可以不用到现场踏勘便可利用数模在计算机上完成公路的选线。 2) 进行任意桩号或已知平面坐标点的高程插值。在数模边 界内可以获得任意桩号或任意点的高程值,也可以通过指任一个x,y平面坐标,程序通过搜索,确定该平面点位于哪一个三角中,并通过插值计算准确得到该平面点在数模上的投影高程值。 3)完成路线任意方案的纵、横断面高程插值。设计人员利用数模不需要通过现场放线、打中桩、测中平、测横断面即可准确方便地获得路线纵、横断地面线数据,一方面大大节省了外业测量所需耗费的人力、

57、物力,提高了勘察设计的效率和精度;另一方面也使大范围的路线方案比选成为可能。设计人员每完成一条方案平面设计,即可得到该方案全套的纵、横断地面数据。 4)直接将路线或立交三维模型与地面模型叠加处理,得到整个路线或立交方案的三维真实模型。设计人员在完成平、纵、横设计后,计算机利用这些数据可生成路线三维模型。该模型对原数模进行沿边界挖空,之后先将地面模型三维实体形式输出到当前的AutoCAD图形窗口中,再生成公路路基、边坡、边沟、排水沟、标线、护栏、桥梁等的三维实体。 2 数字地面模型在道路设计中的实际应用 在数字地面模型中,我们可以充分运用其数字化的特点,在三维立体地面数字模型中,进行公路线形的选

58、定;在数字地面模型的基础上,比较可能的平面线形,进行路线平面的空间优化,确定最佳路线位置的方案;通过CAD系统提供的路线平面逐桩坐标,在数字地面模型上插值出路线的纵、横断面地面线,利用插值得到的地面线进行纵、横断面设计生成路线的纵横断面图。对于地形复杂的地区高等级公路,把路线或立交三维模型与路线数字地形三维模型叠加处理,消影,然后经过渲染和动画,得到整个路线或立交方案的三维真实模型,生成地面模型和路线三维真实模型后,设计人员可以用AutoCAD的命令从任意的角度来浏览观察公路建成的景观;可以从行车时驾驶员的角度观察公路。 3 结语 数字地面模型应用到公路设计中,极大地提高了公路设计的 效率,降低了设计成本,对于促进我国公路建设事业的发展,推进我国交通事业步入现代化具有重要的意义。