arcscene支持下基于tin的土地平整土方量可视化计算

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1、ArcScene支持下基于TIN的土地平整土方量可视化计算ArcScene支持下基于TIN的土地平整土方量可视化计算http://www.lq52.comArcScene支持下基于TIN的土地平整土方量可视化计算陈尹军中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 (221008）E-mail：c.rf@163.com摘    要：土方量计算是预算土地平整工作量与投资的重要依据，准确快速地计算土方量具有重要的实用价值。针对传统土方量计算方法精度不高、计算复杂及计算过程不可视的特点，通过对具有三维显示功能的ArcScene软件进行功能扩展，对能表达任意形状

2、地形的不规则三角网 TIN 直接计算以提高土方量计算精度，由图形用户界面输入工作区边界及土地平整设计高程，实现土地平整挖填土方量的可视化计算。关键词：TIN；土方量；可视化计算中图分类号：P2081．引言土地整理中土地平整工程投资约占总投资的40-80%，土方量的大小与土地平整的投资直接相关[1]，因此准确计算土方量对开展土方工程、控制投资额具有重要意义。传统土方量计算方法主要包括断面法、方格网法、散点法和表格法。断面法主要用于山地及高差变化比较大的地形，也是土方计算的主要方法。方格网法适用于平坦地区及地形高差变化不太大的地形。散点法适用于地形

3、虽有起伏，但变化比较均匀，不太复杂的地形[1]，这些土方量计算方法的适用范围都受地形条件限制。随着GIS的迅速发展，GIS技术在土地整理方面得到广泛应用。TIN是GIS中常用的数据模型，根据数模理论，任何复杂的表面都可以用三角网表示[2]，应用TIN进行土地平整土方量计算不受地形条件限制成为土方量计算新方法。通过对现有的具有三维功能的ArcScene软件进行功能扩展，对工作区TIN模型进行直接运算来提高土方量的计算精度及计算速度，并实现计算过程可视化。2．土方量可视化计算技术流程2.1 数据采集在土方工程量计算中，主要采用野外实测或数字化最新的

4、大比例尺地形图的方式来获取建立数字地面模型的源数据[3]。野外实测时主要通过全站仪获取地表物征点的三维坐标X、Y、Z，采样密度根据土方量计算精度要求而定，地形变化剧烈的部分应增大采样密度，地形平缓可减小采样密度。通过地形图获取源数据时可进行同样的操作。2.2 构建TIN模型根据野外实测或地形图数字化获得的采样点数据生成TIN数字地面模型。Delaunay不规则三角网的生成规则：①Delaunay三角网中的三角形互不重叠；②每个Delaunay三角形外接圆内不包含其他点。基于TIN的土方量计算精度取决于TIN模型的精度，对于不符合实际地形的TIN

5、可进行修正。此外在建立TIN时可考虑实际地形中的地性线，将其作为约束条件加入TIN建立约束Delaunay三角网，使其尽可能接近实际地形以保证土方量计算精度[4]。-1-http://www.lq52.com根据计算精度要求采集区域地面特征点坐标（X、Y、Z值）将采样点随机分成两部分用其中一部分特征点构造TIN模型否用另一部分特征点对TIN进行精度评价是否符合精度要求是输入工作区边界点的X、Y坐标值并通过线性插值得到Z值计算边界线与TIN中三角形边交点的X、Y值并插值得到交点Z值根据所求交点及边界线内原TIN模型的结点重构工作区TIN模型输入设

6、计高程判断工作区TIN模型中每个三角形与设计高程面的位置关系计算三角形三个顶点都在平面之上的三角立柱的体积计算三角形面与平面相交所围成空间的体积计算三角形三个顶点都在平面之下的三角立柱的体积统计挖填土方量并显示三维平整效果图图1 基于TIN的土地平整土方量可视化计算流程图Fig1FlowchartofvisualizedTIN-basedearthworkvolumecalculation2.3TIN模型精度评价在构建TIN前可先预留一定数量均匀分布的采样点不参与TIN的构建。在TIN模型生成之后，根据这些点的X、Y坐标内插出其在TIN模型中的

7、Z值，计算插值得到的Z值与实际Z值的差值均方根，差值均方根越小表明计算的Z值越接近实际Z值，以此来评价所构建的TIN模型的精度、质量。2.4 输入工作区边界和设计高程值工作区边界是由边界点连接成的闭合线，如果输入的边界点在非采样点处，则根据所落-2-http://www.lq52.com入三角形的三个采样点线性内插得到该边界点的Z值。如图2(a)所示，要获得a点的Z值，先计算直线3a与直线12的交点b的X、Y值，其计算公式为：Xb ??(Y1 ??Y3 ??m??X3 ??n??X1)/(m??n)    (1)Yb ??Y3 ??m (Xb 

8、??X3)    (2) m??(Ya ??Y3) (Xa ??X3)，n??(Y2 ??Y1) (X2 ??X1)    (3) 由1、2点的坐标计