一彰亥、問題描述

????????計(jì)算填挖方量與平衡填挖方是豎向規(guī)劃的一項(xiàng)重要內(nèi)容。尤其在山地市衰齐，需要充分利用自然地形任斋，合理確定規(guī)劃用地和道路的設(shè)計(jì)標(biāo)高，減少土石方工程量耻涛，力求填挖方就近平衡废酷，從而降低工程造價(jià)。在 AUTOCAD中使用方網(wǎng)格方法計(jì)算填挖方量抹缕，效率較低澈蟆。填挖方計(jì)算結(jié)果要反饋到規(guī)劃方案并調(diào)整標(biāo)高，需要多次反復(fù)，才能確定合理的標(biāo)高晌区，傳統(tǒng)方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)芯咧。使用 ARCGIS計(jì)算填挖方量，速度快哮幢，效率高，通過計(jì)算結(jié)果的反饋志珍，能直觀地輔助規(guī)劃標(biāo)高調(diào)整橙垢。

二、挖填方的基本原理

? ? ? ?填挖方的計(jì)算過程非常簡(jiǎn)單伦糯，只需要輸入前期的數(shù)字高程模型DEM（原始柵格表面）和后期的數(shù)字高程模型DEM（改造后的柵格表面）柜某。在城市規(guī)劃中嗽元，原始柵格表面往往是現(xiàn)狀地表高程表面，改造后的柵格表面是由規(guī)劃標(biāo)高構(gòu)成的規(guī)劃高程表面喂击。Inraster1為原始柵格表面剂癌， Inraster2為填挖后的柵格表面，填挖方的原理是兩者相減得到 Outraster翰绊。 Outraster為負(fù)值的像元佩谷，后期高程大于前期高程，即規(guī)劃高程大于原始高程监嗜，產(chǎn)生填方量谐檀。例如-4表示所填的凈高為4m，-5表示所填的凈高為5m裁奇。由于柵格像元的大型┾（分辨率）是已知的，假設(shè)為5m×5m刽肠，那么第二行第二列的像元位置上將產(chǎn)生5m×5mx4m＝100m3的填方量溃肪；同理，第2行第3列的像元位置上將產(chǎn)生5mx5mx5m＝125m3的填方量音五。這樣惫撰， Outraster所有負(fù)值像元均計(jì)算得到填方量。

反之躺涝，Outraster為正值的像元润绎，后期高程小于前期高程，即規(guī)劃高程小于原始高程诞挨，產(chǎn)生挖方量莉撇。例如，6表示所挖凈高為6m惶傻，5表示所挖凈高為5m棍郎。那么第1行第2列的像元位置上將產(chǎn)生5m×5mx6m＝150m3的挖方量；同理银室，第1行第3列的像元位置上將產(chǎn)生5m×5mx5m＝125m3的挖方量涂佃。這樣，Outraste所有正值像元均計(jì)算得到挖方量蜈敢。

Outraster為0的像元辜荠，后期高程等于前期高程，即規(guī)劃高程等于原始高程抓狭，不產(chǎn)生挖填方量伯病。Outraster沒有值的像元為空值Nodata,無論InRaster1還是InRaster2，只要像元出現(xiàn)空值否过，計(jì)算結(jié)果在相應(yīng)的像元位置上均為空值午笛。

?三惭蟋、挖填方的應(yīng)用實(shí)踐

1、原始高程表面

（1）提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)：1）加載 “挖填方分析.dwg Point”药磺，篩選顯示圖層為“高程點(diǎn)”告组，導(dǎo)出“點(diǎn)數(shù)據(jù).shp”文件；2）加載 “挖填方分析.dwg Annotation”癌佩，篩選顯示圖層為“地形圖”木缝，使用“要素轉(zhuǎn)點(diǎn)”工具轉(zhuǎn)換為點(diǎn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出 “點(diǎn)數(shù)據(jù)2.shp”文件围辙，如下圖

△提取point高程點(diǎn)數(shù)據(jù)

△提取annotation高程點(diǎn)數(shù)據(jù)

（2）提取等高線數(shù)據(jù)：加載“挖填方分析.dwg Polyline”氨肌，篩選顯示圖層為“地形圖”，導(dǎo)出 “等高線數(shù)據(jù).shp”文件酌畜，如下圖

△提取等高線數(shù)據(jù)

（3）提取帶高程信息的面數(shù)據(jù)：加載“挖填方分析.dwg Polygon”，篩選顯示圖層為“地形圖”卿叽，定義查詢“Entity=Insert”桥胞，導(dǎo)出“面數(shù)據(jù).shp”文件，如下圖

△提取帶高程信息的面數(shù)據(jù)

注：導(dǎo)出需要的數(shù)據(jù)后移除引用原始CAD文件考婴，養(yǎng)成良好習(xí)慣贩虾。

（4）刪除奇異值并創(chuàng)建TIN模型：打開編輯器開始編輯，打開屬性表刪除奇異值（或按屬性查找正確的值沥阱，反向選擇不滿足數(shù)據(jù)并刪除）缎罢，導(dǎo)入上述全部shp，生成TIN文件考杉，如圖

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\3D Analyst Tools.tbx\數(shù)據(jù)管理\TIN\創(chuàng)建 TIN

△刪除奇異值并創(chuàng)建TIN模型

（5）TIN模型轉(zhuǎn)為柵格表面策精，像元大小設(shè)置為5，如圖

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\3D Analyst Tools.tbx\轉(zhuǎn)換\由 TIN 轉(zhuǎn)出\TIN

△TIN模型轉(zhuǎn)為柵格表面

2崇棠、規(guī)劃道路高程表面

（1）地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法內(nèi)插生成高程表面：加載 “挖填方分析.dwg Point”咽袜，篩選顯示圖層為“MD-道路標(biāo)高”，利用地統(tǒng)計(jì)“Geostatistical Analyst”枕稀，選擇“克里金法/協(xié)同克里金法”命令询刹，使用規(guī)劃道路標(biāo)高生成“普通克里金/預(yù)測(cè)”，然后導(dǎo)出柵格數(shù)據(jù)萎坷，命名為roadpre凹联，像元大小和原始高程一樣，如圖

△克里金法/協(xié)同克里金法

△地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法內(nèi)插生成高程表面

（2）道路規(guī)劃標(biāo)高只在紅線范圍內(nèi)有效哆档，提取道路高程表面：加載“挖填方分析.dwg Polygon”蔽挠，篩選并導(dǎo)出圖層為“道路.shp”面文件（如果道路為polyline，使用要素轉(zhuǎn)面工具將道路紅線轉(zhuǎn)為面文件）瓜浸，利用 “按掩膜提取”命令提取道路高程表面象泵，如圖

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\提取分析\按掩膜提取

△提取道路高程表面

3寞秃、規(guī)劃臺(tái)地高程表面

????????豎向規(guī)劃中，每個(gè)地塊或臺(tái)地（以臺(tái)地為例）都有一個(gè)規(guī)劃標(biāo)高值偶惠，這個(gè)規(guī)劃標(biāo)高值標(biāo)記在臺(tái)地內(nèi)部春寿。臺(tái)地邊界線應(yīng)該是閉合的多義線。首先忽孽，提取臺(tái)地的規(guī)劃標(biāo)高绑改；然后，將其轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)圖層兄一。為了減少挖填方工程量厘线，規(guī)劃用地中的綠地盡量不改變其原始地表高程，即不產(chǎn)生填挖方量出革。不產(chǎn)生填挖方的用地造壮，不參與該步操作，也不參與后續(xù)的填挖方骂束。實(shí)現(xiàn)過程如下耳璧。

（1）提取臺(tái)地高程和臺(tái)地多邊形：加載“挖填方分析.dwg Polygon”，篩選顯示”臺(tái)地”圖層展箱，并導(dǎo)出圖層為“臺(tái)地.shp”面文件旨枯；加載“挖填方分析.dwg Point”，篩選“地塊標(biāo)高”并導(dǎo)出圖層為“臺(tái)地標(biāo)高.shp”點(diǎn)文件混驰，如圖

△提取臺(tái)地高程和臺(tái)地多邊形

（2）將臺(tái)地標(biāo)高點(diǎn)連接到臺(tái)地：攀隔，如圖

△將臺(tái)地標(biāo)高點(diǎn)連接到臺(tái)地

（3）將矢量格式臺(tái)地轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)：如圖

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\Conversion Tools.tbx\轉(zhuǎn)為柵格\面轉(zhuǎn)柵格

△將矢量格式臺(tái)地轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)

4、規(guī)劃道路填挖方

? ? ? 根據(jù)填挖方基本原理栖榨，只計(jì)算填（挖）之前的柵格表面和填（挖）之后的柵格表面的重疊部分昆汹。計(jì)算結(jié)果紅色表示填方區(qū)域，藍(lán)色表示挖方區(qū)域婴栽，灰色表示不產(chǎn)生填挖方量筹煮。“道路填挖方”屬性表中“VOLUME”字段記錄了每個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的填挖方體積居夹。其中败潦，負(fù)值為填方量，正值為挖方量准脂，0是不產(chǎn)生填挖方劫扒。

（1）計(jì)算規(guī)劃道路挖填方：

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\3D Analyst Tools.tbx\柵格表面\填挖方

或

工具箱\系統(tǒng)工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\表面分析\填挖方

△工具設(shè)置

△計(jì)算規(guī)劃道路挖填方

△計(jì)算規(guī)劃道路挖填方計(jì)算結(jié)果

△查看填挖方值

（2）計(jì)算道路總挖方量總填方量：在“道路填挖方”屬性表中按屬性選中volume<0的行，分別統(tǒng)計(jì)總填方量和填方面積（area）狸膏；同理沟饥，統(tǒng)計(jì)挖方量和挖方面積。

△計(jì)算道路總挖方量總填方量

（3）計(jì)算道路填挖方平衡：在“道路填挖方”屬性表中統(tǒng)計(jì)volume，“總和”的意義是填挖兩者平衡后還需要挖方157479m3土石方量贤旷。

△統(tǒng)計(jì)道路挖填方

5广料、規(guī)劃臺(tái)地填挖方

（1）計(jì)算規(guī)劃臺(tái)地挖填方：同規(guī)劃道路填挖方。

△計(jì)算規(guī)劃臺(tái)地挖填方結(jié)果

（2）計(jì)算臺(tái)地總挖方量總填方量：同計(jì)算道路總挖方量總填方量

（3）計(jì)算臺(tái)地填挖方平衡：同計(jì)算道路填挖方平衡

6幼驶、規(guī)劃區(qū)整體填挖方

如果計(jì)算規(guī)劃區(qū)內(nèi)的整體填挖方艾杏，需要將規(guī)劃道路高程表面與規(guī)劃臺(tái)地高程表面拼接為規(guī)劃區(qū)完整規(guī)劃高程表面，然后與原始高程表面做填挖方計(jì)算盅藻。

（1）規(guī)劃道路高程表面與規(guī)劃臺(tái)地高程表面拼接：

工具箱\系統(tǒng)工具箱\Data Management Tools.tbx\柵格\柵格數(shù)據(jù)集\鑲嵌至新柵格

△規(guī)劃道路高程表面與規(guī)劃臺(tái)地高程表面拼接

△規(guī)劃道路高程表面與規(guī)劃臺(tái)地高程表面拼接結(jié)果

（2）計(jì)算規(guī)劃區(qū)整體填挖方：

工具：工具箱\系統(tǒng)工具箱\3D Analyst Tools.tbx\柵格表面\填挖方

或

工具箱\系統(tǒng)工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\表面分析\填挖方

△計(jì)算規(guī)劃區(qū)整體填挖方

△計(jì)算規(guī)劃區(qū)整體填挖方結(jié)果

（3）計(jì)算規(guī)劃區(qū)總挖方量總填方量：同計(jì)算道路總挖方量總填方量

（4）計(jì)算規(guī)劃區(qū)填挖方平衡：同計(jì)算道路填挖方平衡

7购桑、規(guī)劃某地塊填挖方

??????當(dāng)填挖量不能達(dá)到平衡時(shí)，需要調(diào)整豎向規(guī)劃中的規(guī)劃道路標(biāo)高和規(guī)劃臺(tái)地標(biāo)高氏淑。調(diào)整地塊內(nèi)的臺(tái)地標(biāo)高時(shí)勃蜘，需要參考每個(gè)地塊內(nèi)的填挖方平衡結(jié)果。如果某地塊的填方量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挖方量假残，應(yīng)適當(dāng)降低該地塊內(nèi)的臺(tái)地標(biāo)高缭贡，反之適當(dāng)增加臺(tái)地規(guī)劃標(biāo)高。某個(gè)特定地塊的填挖方量仍然使用填挖方工具計(jì)算辉懒，不同的是阳惹，要把填挖方運(yùn)算限定在這個(gè)地塊內(nèi)。

（1）提取某地塊：

△提取某地塊

（2）設(shè)置處理范圍：

△設(shè)置處理范圍

（3）計(jì)算某地塊的填挖方：同計(jì)算道路填挖方

（4）計(jì)算某地塊的填挖方平衡：同計(jì)算某地塊填挖方平衡

四耗帕、總結(jié)

? ? ? ? 根據(jù)填挖方計(jì)算的結(jié)果，調(diào)整道路和臺(tái)地的規(guī)劃標(biāo)高袱贮。通常情況下仿便，從整體填挖方量、道路填挖方量攒巍，以及每個(gè)地塊的填挖方量三個(gè)方面考慮嗽仪，適當(dāng)調(diào)整規(guī)劃道路標(biāo)高和地塊內(nèi)的臺(tái)地規(guī)劃標(biāo)高。如果道路規(guī)劃標(biāo)高是根據(jù)已有的路網(wǎng)確定的柒莉，豎向調(diào)整的重點(diǎn)應(yīng)該是參照每個(gè)地塊的填挖方平衡量調(diào)整臺(tái)地的規(guī)劃標(biāo)高闻坚。在填挖方計(jì)算時(shí)，綠地和公園等用地雖然將其視為不產(chǎn)生填挖方量兢孝，但是在規(guī)劃實(shí)踐中窿凤，這些用地可以就近接納部分挖方量，使得規(guī)劃區(qū)總的填挖方量更容易平衡跨蟹，從而節(jié)省土石方運(yùn)輸和處理成本雳殊。因此，填挖方分析時(shí)需要在規(guī)劃區(qū)內(nèi)綜合考慮規(guī)劃標(biāo)高和用地性質(zhì)根據(jù)規(guī)劃實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)窗轩，通過填挖方量的反饋夯秃，調(diào)整規(guī)劃標(biāo)高，再進(jìn)行填挖方計(jì)算，如此反復(fù)3～5次仓洼，基本上能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃區(qū)的填挖方平衡介陶。值得說明的，數(shù)據(jù)的誤差是不可避免的色建，規(guī)劃區(qū)總的填方量與總的挖方量也沒有必要做到絕對(duì)相等哺呜，填挖方平衡量只要處在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)即可。

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