一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法，首先获取CAD格式的现状地形高程数据，在ArcGIS软件中转成DEM高程数据栅格文件raster1；同样，将设计CAD格式的设计高程转换成DEM高程数据栅格文件raster2；得到管道位置走向和管内底高程数据，并获取检查井对应的现状地面高程；绘制各检查井位置点的沟槽开挖断面图；计算沟槽底、沟槽顶及转折点高程，将带高程信息的沟槽开挖控制点的CAD图转成DEM高程数据栅格文件raster3；根据3个栅格文件、检查井、管道的体积等数据计算得到挖填方值。本发明专利技术能准确、快速的计算管道沟槽开挖的土方量。的土方量。的土方量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法


[0001]本专利技术属于市政工程领域，具体涉及一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法。

技术介绍

[0002]在城市地下管道建设中，管道沟槽开挖土方工程是市地下管道建设的重要组成部分，如何准确、快速、高精度地计算管道沟槽开挖的土方量对于合理安排工程进度、准确计算工程费用、提高工程质量等具有十分重要的意义。现有的土方量计算方法有断面法、方格网法、散点法和表格法，这些方法对于管道沟槽开挖的土方量计算精度低、计算工作量大，不易在计算机上实现，无法充分利用现有的数据资源进行沟槽开挖的土方量的快速计算。因此，我们迫切需要一种新的土方计算方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法，该计算方法能准确、快速的计算管道沟槽开挖的土方量。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法，该方法首先获取CAD格式的现状地形高程数据，在ArcGIS软件中将CAD高程数据转成DEM高程数据栅格文件raster1；同样，将设计CAD格式的设计高程转换成DEM高程数据栅格文件raster2；根据城市地下管道建设需要，进行地下管道的设计，得到管道位置走向和管内底高程数据，并获取检查井对应的现状地面高程，根据周围环境条件确定管道沟槽开挖方式，根据地质条件、管道埋深、管径等条件确定沟槽开挖坡率、工作宽度、垫层厚度等数据，并绘制各检查井位置点的沟槽开挖断面图，根据断面图计算沟槽底、沟槽顶及转折点高程，并在CAD图上标识出对应点的位置点和对应的高程信息，将带高程信息的沟槽开挖控制点的CAD图导入ArcGIS，在ArcGIS软件中将CAD高程数据转成DEM高程数据栅格文件raster3。最后，利用ArcGIS的挖填方工具进行土方量计算，其中利用栅格文件raster1作为开挖之前栅格表面数据，栅格文件raster3作为开挖后高程栅格表面数据，两者相减即可以计算出挖方量值；利用栅格文件raster3作为开挖后高程栅格表面数据，栅格文件raster2作为管道沟槽填方后的栅格表面数据，两者相减即可得到初始填方量值，将初始填方量值减去管道及检查井所占的体积V1，即得到最终的填方量值。同时，可以利用ArcGIS中的3D Analyst工具对沟槽开挖前后各断面的横断面进行分析。具体包括如下步骤：
[0006](1)对现状地面高程进行实地地形勘测，按照一定的测量密度逐点获取现状地面高程，得到CAD格式的现状地面高程数据文件；并将现状地面高程数据导入ArcGIS软件，生成现状地面DEM高程数据栅格文件raster1；
[0007](2)按照城市整体规划对该区域现状地形进行详细设计，得到CAD格式的设计地面高程数据文件；并将设计地面高程数据导入ArcGIS软件，生成设计地面DEM高程数据栅格文
件raster2；
[0008](3)根据城市地下管道建设需要，进行地下管道设计，得到管道位置、走向和各管道管内底高程数据；
[0009](4)根据各检查井位置及现状地面高程数据栅格文件raster1，获取各检查井位置的现状地面高程数据；
[0010](5)根据项目实际情况，确定管道沟槽开挖方法，确定管道开挖坡度等数据，绘制管道沟槽开挖横断面；
[0011](6)根据管道沟槽开挖横断面，计算开挖沟槽坡底线和坡顶线断面控制点的坐标和高程数据，在CAD绘制数据点并添加高程属性，并将数据点导入ArcGIS软件，转为GIS格式的shape文件，并利用shape文件的高程数据，转换生成TIN文件；将TIN文件转换成开挖高程数据文件栅格文件raster3；
[0012](7)根据管道和检查井的设计尺寸规模，计算检查井和管道的所占的体积V1；
[0013](8)根据栅格文件raster1、栅格文件raster2、栅格文件raster3和体积V1，利用ArcGIS软件的栅格计算器进行计算得到挖填方值；挖方量为：V挖＝raster1
‑
raster3；填方量为：V填＝raster3
‑
raster2+V1。
[0014]按上述方案，步骤(1)中，生成现状地面DEM高程数据栅格文件raster1的方法为：整理并添加带有高程属性的CAD等高线或者高程点，将导入的等高线或高程点数据转换为ArcGIS软件可编辑的Shapefile文件；进一步整理、检查、修正Shapefile文件中的数据错误；使用整理好的Shapefile生成数字高程三角模型TIN文件；将TIN文件转换为栅格数字高程模型DEM文件。
[0015]按上述方案，步骤(6)中，管道沟槽开挖横断面的参数为：开挖深度h1＝地面高程h2
‑
管内底高程h3+管道壁厚t1+垫层厚度t2，开挖沟底宽度d1＝管内径d2+管道壁厚t1
×
2+工作宽度d2
×
2，开挖沟顶宽度d3＝开挖沟底宽度d1+2
×
开挖深度h1
÷
坡率i。沟槽坡顶坡底控制点位置由开挖宽度确定，开挖宽度方向与管道方向垂直。
[0016]按上述方案，步骤(7)中，管道及检查井体积的计算方法为：管道体积计算方法V2＝π(管内径d2+管道壁厚t1)2×
管长L，检查井的体积V3参照标准图集或根据实际选择的检查井大小进行体积计算，检查井和管道的所占的体积V1＝管道体积V2+检查井体积V3。
[0017]按上述方案，步骤(5)中，绘制管道沟槽开挖横断面的方法为：利用3DAnalyst中的横断面工具任意选择横断面位置，利用开挖前的地形图、开挖后的地形图、填方完成后的地形图，显示剖面绘制管道沟槽横断面图。对指定管道位置进行横断面分析，可以分析开挖前、开挖中、开挖后等各个状态的横断面信息，直观地展示管道沟槽开挖和回填的土方状态，为地下管道设计与施工等过程提供指导和参考。
[0018]按上述方案，步骤(5)中，沟槽开挖时根据土壤种类来确定开挖的坡率，当开挖区域的地质条件较好时，开挖的坡率i可以取值相对较高，工作宽度根据施工机械及人员作业的空间要求来确定；沟槽开挖的垫层厚度根据土质情况确定，一般为150mm。
[0019]按上述方案，步骤(5)中，管道沟槽开挖方法为放坡开挖或支护开挖，管道可以是给水、雨水、污水、燃气、电力等各种类型。
[0020]按上述方案，步骤(4)中，检查井位置的现状地面高程数据的确定方法为：将CAD中的检查井节点数据导入ArcGIS软件，在同一个图形界面对地形高程数据进行显示，利用
Spatial Analyst工具中的值提取分析进行地形图高程值提取至点，便得到了检查井位置对应的地面高程值。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]通过采用ArcGIS软件可以准确、快速、高精度地实现管道沟槽开挖的土方量计算，对于合理安排工程进度、准确计算工程费用、提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对现状地面高程进行实地地形勘测，获取现状地面高程，得到CAD格式的现状地面高程数据文件；并将现状地面高程数据导入ArcGIS软件，生成现状地面DEM高程数据栅格文件raster1；(2)按照城市整体规划对该区域现状地形进行设计，得到CAD格式的设计地面高程数据文件；并将设计地面高程数据导入ArcGIS软件，生成设计地面DEM高程数据栅格文件raster2；(3)进行地下管道设计，得到管道位置、走向和各管道管内底高程数据；(4)根据各检查井位置及现状地面高程数据栅格文件raster1，获取各检查井位置的现状地面高程数据；(5)确定管道沟槽开挖方法，确定管道开挖坡度，绘制管道沟槽开挖横断面；(6)根据管道沟槽开挖横断面，计算开挖沟槽坡底线和坡顶线断面控制点的坐标和高程数据，在CAD绘制数据点并添加高程属性，并将数据点导入ArcGIS软件，转为GIS格式的shape文件，并利用shape文件的高程数据，转换生成TIN文件；将TIN文件转换成开挖高程数据文件栅格文件raster3；(7)计算检查井和管道的所占的体积V1；(8)根据栅格文件raster1、栅格文件raster2、栅格文件raster3和体积V1，利用ArcGIS软件的栅格计算器进行计算得到挖填方值；挖方量为：V挖＝raster1
‑
raster3；填方量为：V填＝raster3
‑
raster2+V1。2.根据权利要求1所述的基于GIS的管道沟槽开挖的土方量计算方法，其特征在于：步骤(1)中，生成现状地面DEM高程数据栅格文件raster1的方法为：整理并添加带有高程属性的CAD等高线或者高程点，将导入的等高线或高程点数据转换为ArcGIS软件可编辑的Shapefile文件；进一步整理、检查、修正Shapefile文件中的数据错误；使用整理好的Shapefile生成数字高程三角模型TIN文件；将TIN文件转换为栅格数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘标，姜家良，王庆，赵芳，冯振鹏，艾庆华，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：