利用三维点云数据的土方量计算方法
BIM+三维扫描技术在土方工程测量中运用分析
BIM+三维扫描技术在土方工程测量中运用分析摘要：伴随着我国科学技术的发展，使得在进行建筑领域广泛的运用到了智能建造技术，这样的技术涉及到三维激光扫描仪、无人机以及各种智能化的设备。
将其运用到土方测量领域，可以具备着非接触、高精度、自动化的测量特征。
在本文的分析中，主要阐述了BIM+三维扫描技术在土方工程测量中运用方法。
关键词：BIM；三维扫描；信息模型引言：在进行土方建设的过程中，由于是基坑位置十分重要的组成部分，为了保障基坑工程顺利的开展建设，就需要对土方工程施工进行科学合理的规划。
例如针对施工建设方案进行合理编制，同时计算出具体的土方量，这样才可以避免对后期工程建设带来不良影响。
1 模型数据集成运用采用的三维激光扫描处理方式，在点云数据与BIM模型进行技术结合，实现土方量的计算分析。
这样的技术可以为后续施工以及结算工作提供良好的数据支持。
点云的获取方式，主要是结合项目建设的情况进行分析，在现场扫描处理中，要对模型整合基准点进行分析，以此保障后期模型的准确与契合[1]。
1.1 三维激光扫描在进行三维激光技术以及无人机倾斜技术的使用，可以较大范围的实现测量目标的信息采集，这样高精度以及高清晰度的处理方式，为工程建设队伍提供较为全面的数据信息。
这样的技术无论是安全性还是自动化程度，都具备着较高的技术优势。
之后将采集到的数据信息输入到系统中，便可以自动生成点云数据信息，同时基于数据模型，进行长度、高度以及面积方面快速测量与评估。
1.2 BIM建模在当前采用的BIM模型技术，则是一种基于二维与三维技术结合的处理方式，该技术可以建立可视化的信息模型，对基坑设计图纸进行分析。
该技术在处理的过程中，主要是工作人员对基坑内容进行评估[2]。
例如，利用采集到的数据信息，建立参数化族，同时在后续进行参数方面的调整中，强化对不同信息的建立体系。
在这样的设计模式下，不仅仅可以明确出具体的建设内容，也相应的利用具体的模型，对于不同的建设结构进行评估。
三维激光扫描技术在土方量计算中的应用
三维激光扫描技术在土方量计算中的应用摘要：文章介绍了三维激光扫描仪工作原理，给出了处理点云数据的过程和方法，阐述了地形场景建模的方法，并用实例介绍了整体方法的实现过程和效果，实践表明，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据，可快速建立不规则场景的三维可视化模型，进而导入cad软件来提取建筑物特征及其各种线划图。
省时又省力，这种能力是传统测量方法所不能比拟的。
关键词：三维激光扫描点云数据处理三维建模中图分类号：p258 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0085-021 概述三维激光扫描技术又称作高清晰测量（high definition surveying，简称hds），它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面点的三维坐标信息、反射率、纹理等信息，将被测实体和场景的三维数据完整地采集到电脑中，进而快速复建出被测目标三维模型及线、面、体等图件数据。
项目位于内蒙古敖仑花铜钼矿露天采场，面积约1平方公里，扫描区域如图1。
作业要求：全野外三维点云数据采集、填挖方量计算、1：2000地形图、建立三维模型、生成三维视频。
2 三维激光扫描系统的原理脉冲式三维激光扫描仪工作原理是激光器发射出单点的激光，通过记录激光的回波信号，计算激光的飞行时间，来计算目标点与扫描仪之间的距离。
这样连续地对空间以一定的取样密度进行扫描测量，就能得到被测物体的密集的三维彩色散点数据，称作点云。
三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值s，精密时钟编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。
三维激光扫描一般使用仪器内部坐标系统，x轴在横向扫描面内，y轴在横向扫描面内与x轴垂直，z轴与横向扫描面垂直，由此可得点云坐标（xs，ys，zs）的计算公式，如图2、3所示。
3 仪器介绍本项目点云采集三维激光扫描仪，图4。
此仪器是当今最先进的三维激光扫描系统之一，它是一种高速脉冲式扫描仪，特点如下：（1）完全的视场角：扫描视场角为水平360°，垂直270°，可获取顶部，垂直方向、水平方向和水平方向以下区域的数据；（2）测量级精度的双轴补偿器：可架设在已知点上进行导线测量、可输入点坐标来放样、精度1”，补偿范围+/-5’；（3）基于标准反射率表面工作距离：300m-90%反射率；134m-18%反射率；（4）高速扫描：扫描速度可达50000点/秒；发射的光斑大小为50m处恒定3mm，大大提高了扫描的速度和精度。
三种不同矿山土方量量算方法对比与分析
三种不同矿山土方量量算方法对比与分析作者：韩丽苹李明来源：《西部资源》2023年第05期［關键词］土方量；RTK；倾斜摄影测量；三维激光扫描仪矿山生态治理中常常涉及到土石方，土石方量的精确性不仅直接关系到施工的费用，残余资源的回收利用，而且影响着施工工期以及方案设计优化等[1]。
因此快速准确地计算土石的剥离方量，在露天矿山生态修复方案设计、实施、竣工验收等各个环节中是一项非常重要的工作[2]。
传统的土石方测算方法是用全站仪或者GNSS接收机进行全野外测量，然后使用南方CASS软件中的三角网法、方格网法或者断面法等来计算方量。
不同的量算方法其量算结果也有差异。
DTM法又称为三角网法，其原理是通过生成不规则三角网，将整个地形生成由无数三角锥组成的集合。
它利用所测土方特征点与高程点构建不规则三角网进行土方量算，数据所建立的不规则三角网模型能更好反映实际地形。
方格网法是利用一定边长正方形格网对土方量算区域分割，内插计算各格网点高程及差值，通过高差拟合计算每个格网土方填挖方量，总和得到总土方填挖量，其计算相对简单，适用性广泛[3]。
随着科学技术的发展和应用，土石方量测算的方法也在不断的改进。
本文以淮北市某废弃矿山为例，使用不同的数据采集手段，分别计算土方量。
以传统测量手段计算得到的方量为真值，分析对比其余几种方法计算结果的偏离度，并对测量精度进行评价，研究对比不同测算方法的优缺点。
1. 测区概况测区位于淮北市某废弃矿山，主要分三部分，研究内容为对治理区未完成山体开挖剩余方量、废弃地范围废料进行测绘，估算该处截至目前未开挖山体的方量，及废弃地范围剩余废料的方量。
其中区块一面积约132亩，属于削坡退台区域，主要为废弃地范围，区块北部基本为原始山体，南部有少部分区域堆放废料。
区块二、区块三为南区废弃地设计开挖范围，现场曾用于废料堆放，属于整平区域。
区块二面积约8.42亩，区块三面积约14.85亩。
为方便对比分析，研究组采用传统的GPS-RTK、无人机倾斜摄影测量和三维激光扫描仪进行野外数据采集，采用三种测绘仪器采集数据计算土石方量，确保测量数据的正确性和精确度同时，对三种方法的计算结果、投入成本进行比较分析。
DAT法土方计算(根据三维坐标及设计平面标高)
一、适用条件：
1、已知区域原始地貌三维坐标及设计平面高程
2、已知区域原始地貌及设计地面三维坐标（两期土石方）
二、优点：相当准确缺点：无法以报告形式出结果
三、操作过程：
1、建立原始地貌坐标数据DAT文件
2、“绘图处理”
↓
“展高程点”
在命令栏设置绘图比例
↓
Enter确认
↓
选择原始地貌坐标DAT文件
↓
在命令栏设置高程点距离＜5＞
↓
Enter确认后出现设计高程点
3、“工具”
↓
“画复合线”
↓
在命令栏输入设计四大角坐标，以闭合直线框出计算面积的范围
↓
4、等高线--建立DTM模型--选取封闭复合线
↓
等高线--修改结果存盘
↓
等高线--绘制等高线
↓
5、编辑--删除--实体所在图层--选取等高线
↓
等高线--三角网存取--写入文件--保存于桌面（原始地貌三角网文件）
↓
6、以同样方法得到设计地面三角网文件，并用封闭复合线围出计算范围
↓
7、“工程应用”
↓
“DTM法土方计算”→“计算两期间土方”--在命令栏输入三角网文件（2）
↓
选取原始地貌三角网文件
↓
选取设计地面三角网文件即可得到挖填方工程量。
土方量计算操作说明
土方量计算操作说明7.2土方量的计算7.2.1 DTM法土方计算由DTM模型来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。
前两种算法包含重新建立三角网的过程，第三种方法直接采用图上已有的三角形，不再重建三角网。
下面分述三种方法的操作过程：1. 根据坐标计算●用复合线画出所要计算土方的区域，一定要闭合，但是尽量不要拟合。
因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代，影响计算结果的精度。
●用鼠标点取“工程应用\DTM法土方计算\根据坐标文件”。
●提示：选择边界线用鼠标点取所画的闭合复合线弹出如图7-3土方计算参数设置对话框。
图7-3土方计算参数设置区域面积：该值为复合线围成的多边形的水平投影面积。
平场标高：指设计要达到的目标高程。
边界采样间隔：边界插值间隔的设定，默认值为20米。
边坡设置：选中处理边坡复选框后，则坡度设置功能变为可选，选中放坡的方式（向上或向下：指平场高程相对于实际地面高程的高低，平场高程高于地面高程则设置为向下放坡不能计算向内放坡。
不能计算向范围线内部放坡的工程）。
然后输入坡度值。
●设置好计算参数后屏幕上显示填挖方的提示框，命令行显示：挖方量= XXXX立方米，填方量=XXXX立方米同时图上绘出所分析的三角网、填挖方的分界线(白色线条)。
如图7-4所示。
计算三角网构成详见cass\system\dtmtf.log文件。
图7-4 填挖方提示框关闭对话框后系统提示：请指定表格左下角位置:<直接回车不绘表格> 用鼠标在图上适当位置点击，CASS 9.0会在该处绘出一个表格，包含平场面积、最大高程、最小高程、平场标高、填方量、挖方量和图形。
三维激光扫描技术应用于土方计算
填挖方体积测量报告—广州中海达定位技术有限公司一、概述本次土方外业数据采集前后共用时2.5天，完成了测区0.13 公顷的多山体的整体扫描。
三维激光扫描设立站点 35 个，全部外业三维激光扫描数据 3G。
同时，采用 GPS-RTK 测量 84 个测区范围点。
配合三维激光扫描不同测站三维点云数据的拼接，采用 GPS-RTK 测量207 个靶球坐标。
通过对三维激光扫描点云数据的绝对坐标解算、滤波处理和三角网构建，与开挖面高程模型进行开挖计算统计，测区范围按照设计开挖面全部挖方:4525055.8914 m3，填方: 790.2523 m3。
二、测量依据1、 CJJ8-99《城市测量规范》；2、光电测距仪 GB/T 14267-20093、全球定位系统（GPS）测量规范 GB/T 18314-20094、工程测量规范 GB50026-2007）三、测量方法与测量过程1、测量方法采用高精度三维激光扫描仪直接测量出被测物体表面高密度点的三维坐标，通过 GPS-RTK 测量出不同三维激光扫描测站连接点的绝对坐标，以此将不同测站的三维激光扫描点云数据合并成全区域三维点云；进一步对三维点云中的植被进行滤波和编辑处理，获取被测对象高密度的地面高程，据此对测物体表面进行不规则三角网（TIN）的构建，生成 DEM 数据；最后，根据生成的 DEM 模型与开挖面高程模型进行开挖分析，统计开挖分析后的开挖数据，得出具体的开挖工程量。
2、测量仪器三维激光扫描采用Faro Focus 3D（如图1）地面高精度激光扫描仪。
Faro Focus 3D 三维激光扫描成像系统是 Faro 公司在新所推出的划时代的激光扫描仪新产品。
该扫描仪体积小、重量轻、携带方便，外业操作简单、快速。
它使用极其纤细的近红外线激光束，采用非接触式快速获取数据的相位式扫描机制原理，每秒发射高达976，000 点的纤细激光束，单站扫描时间仅需 3 分钟，且换站扫描时无需关闭扫描仪，无需对中整平。
土方量计算的方法及计算过程和土方量计算
土方量计算的方法及计算过程和土方量计算土方量计算是指通过对地表或地下不同形状地物（如山体、凹坑、挖方区域等）进行测量，并计算出其体积的过程。
土方量计算是工程测量中的重要工作，广泛应用于土木工程、矿山工程、道路工程等领域。
下面将详细介绍土方量计算的方法和计算过程。
一、土方量计算的基本原理1.平面三角测量法：通过测量不同地物的边长和夹角来确定其平面图形的形状，再通过测量地物与水平面的高差来确定其高程。
2.交会定点法：通过在地物周围选取若干个标志点，然后测量这些标志点与地物的水平距离和垂直高差，从而确定地物的形状和体积。
3.水准测量法：通过在不同位置测量地物的高程，再通过数学运算来确定地物的高差和体积。
4.形态测量法：通过使用测量仪器，如全站仪、激光扫描仪等，对地物的三维形态进行直接测量和记录，然后利用计算机软件进行数据处理和体积计算。
二、土方量计算的具体步骤1.准备工作：确定测量的范围、建立测量控制点、选择合适的测量仪器和工具，并对其进行校准和调试。
2.进行测量：根据选定的测量方法，进行实地测量。
根据具体情况，可以使用放样法、放线法、简便法或电子测量法等测量方法。
3.数据处理：将测量得到的数据导入计算机，利用地图制图软件或测量数据处理软件进行数据处理。
根据测量数据的不同格式和精度要求，进行数据的筛选、去噪、滤波或插值等处理。
4.土方量计算：根据测量得到的数据和土方量计算的具体要求，使用合适的计算方法和公式进行土方量计算。
常用的计算方法有体积差法、剖面法、厚度法等。
5.结果分析和检查：对计算得到的土方量结果进行分析和检查，并进行比对和验证。
如果发现错误或偏差，需要进行修正和调整。
6.结果输出：将土方量计算的结果输出为报表或图像，并进行相关说明和解释。
同时，还可以将结果导入地理信息系统（GIS）或其他工程软件，进行进一步的分析和应用。
三、计算案例以剖面法为例，介绍土方量计算的具体过程。
1.根据工程设计要求，在地物上选择位置，安装测量控制点，并使用全站仪等仪器进行校准和定位。
基于三维模型的土石方量核算方法
基于三维模型的土石方量核算方法作者：孙成科来源：《中国高新技术企业》2016年第14期摘要：文章介绍利用三维模型将断面法与三角网法相结合，优势互补，实现土石方量精确度最优方案，预计实施后的效果能达到土石方量精确度最高，图形直观说服力强，土建资料充分满足需要，为企业形成一套完整齐备的土石方量技术平台。
关键词；三维模型；土石方量核算方法；断面法；三角网法；精确度文献标识码：A中图分类号：P231 文章编号：1009-2374（2016）14-0115-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.058矿山企业在生产建设过程中，涉及到很多土建工程，而土建工程中的土石方量的计算是一个十分重要的环节，土石方量计算的精确度直接关系到企业的经济利益。
现场工程技术人员根据多年的工作经验，总结出很多的土石方量计算方法，例如平均方格网法、平面断面法、三角网法、区域土方量平衡法和高程平均法。
但在实际操作过程中会出现不同方法计算相同区域土方量误差偏大的情况，通过具体问题具体分析总结出一套实用、可靠、技术能力强的技术方案，以保证土石方量的精确度。
1 功能介绍我们利用矿业工程专业软件3DMine（教育版本及免费版本）进行地形图的三维可视化处理。
3DMine即三维矿业工程软件，是一款完全由国人创新和设计、针对国内用户量身定做的三维软件。
3DMine可以同时在一个图形窗口中显示二维和三维状态，并且通过相关的功能键进行转换。
AutoCAD的传统操作方法可以应用在其二维状态下，而与AutoCAD不同的是其在三维状态下进行编辑和处理图形。
AutoCAD版本的图形文件格式大都可以应用于3Dmine中，这样经常使用CAD的技术人员可以更加方便地使用这款软件。
而本文将利用矿业工程专业软件3DMine进行地形图的三维可视化处理。
3DMine下的三维模型较二维模型更加直观，地形起伏和变化部分一目了然，传统的二维方法计算土石方量过程中无法做到这点，因为在断面的选取过程中采用平均间距或者指定间距的方法，即使进行断面的加密，也可能错过地形变化较大的部分。
点云土建量测方法
点云土建量测方法点云土建量测呀，就像是给土建工程做一个超级细致的“体检”呢。
咱先说说啥是点云吧。
点云其实就是好多好多的点组成的集合，这些点就像一群小侦察兵，分布在土建的各个角落，把土建的样子记录得清清楚楚。
比如说一个建筑的外形、内部结构啥的，点云都能捕捉到。
那怎么用量测点云来做土建量测呢？一种方法是直接在点云数据里找特征点。
就像寻宝一样，找到那些墙角、柱子边缘之类的点。
这些点可是关键，通过测量它们之间的距离，就能知道房间的长宽啦，柱子的粗细啦。
这就好比你量身高，找到头顶和脚底这两个关键的“点”，一量就知道多高了。
还有就是利用软件工具。
现在有好多专门处理点云数据的软件，可智能啦。
把点云数据导进去，软件就能自动识别出一些几何形状。
比如说一个圆形的柱子，软件就能给你圈出来，然后直接算出柱子的直径、周长这些数据。
这就像是有个小助手在帮你干活，你只要点点鼠标，数据就出来了。
在实际操作的时候，要注意点云数据的精度哦。
要是数据不准，量测出来的结果肯定也不对。
就像你用一把刻度不准的尺子量东西，肯定量不好。
有时候采集点云数据的时候会受到一些干扰，像周围环境太复杂啦，光线不好啦，这时候就要想办法去处理这些干扰因素，让点云数据更纯净、更准确。
另外呢，对于一些不规则的土建结构，量测就更需要点技巧啦。
不能光靠软件的自动识别，还得自己手动去调整测量的方法。
比如说一个奇形怪状的雕塑在建筑里，那就要从不同的角度去看点云数据，把这个雕塑的各个部分都量测准确。
这就像给一个调皮的小动物量尺寸，得想办法把它按住，各个部位都量到。
点云土建量测虽然有点复杂，但是只要掌握了方法，就像找到了打开宝藏的钥匙，能让我们对土建工程有更清楚的认识，确保工程的质量和安全呢。
点云土方计算方案
点云土方计算方案
点云土方计算是通过对采集到的点云数据进行处理和分析，
以实现土方量的计算。
在土方工程中，点云土方计算是非常重
要的环节，它可以帮助工程师精确地计算出土方量，为工程规
划和设计提供重要的参考依据。
以下是一个点云土方计算的基本方案，具体步骤如下：
1.数据采集和预处理
首先，需要使用激光扫描仪或摄像机等设备对工程现场进行
数据采集。
采集到的数据包括点云数据和影像数据。
然后，对
采集到的数据进行预处理，包括点云配准、噪声去除和点云分
割等。
预处理的目的是提高数据的准确性和可用性。
2.土层划分和体积计算
根据工程的实际情况和需要，将点云数据划分成不同的土层。
土层划分可以根据颜色、密度、高度等特征进行分类。
然后，
对每个土层进行体积计算。
体积计算可以采用体素化方法或曲
面拟合方法，根据点云数据的密集程度和地形复杂程度选择合
适的方法。
3.土方量计算和分析
根据土层的体积计算结果，可以得到每个土层的土方量。
可
以通过对点云数据进行体积计算，或者利用生成的数字表面模
型（DSM）和数字地面模型（DTM），计算土方量。
而且还可
以根据土方量计算的结果进行分析，包括挖方和填方的计算、最佳平衡填方量的确定等。
4.结果展示和评估
最后，将土方计算结果以可视化的方式展示出来，可以生成三维地形模型、土方量统计图表和土方变形分析图等。
这样可以更直观地了解土地表面的变化和土方工程的情况。
并且对结果进行评估和验证，比对实际情况和设计要求，以检查计算的准确性和可靠性。
三维模型土方计算方法
三维模型土方计算方法嘿，朋友们！今天咱就来唠唠这个三维模型土方计算方法。
你说这土方计算，就像是给大地做一次精准的测量和统计。
想象一下，那一大片土地，高高低低，坑坑洼洼，要算出到底有多少土方量，可不简单呐！但有了三维模型，嘿，那就不一样啦！三维模型就像是给这片土地拍了个超级详细的立体照片。
它能把每一个小凸起、小凹陷都清晰地展现出来。
然后呢，通过一些巧妙的算法和计算，就能得出准确的土方量啦！这可比以前那种靠人工大致估摸的方法靠谱多了呀！比如说，就像我们盖房子，得先知道要挖多少土才能打地基吧。
要是算多了，那不是白费力气嘛；要是算少了，哎呀，那可就麻烦啦，工程进度都得受影响。
三维模型这时候就派上大用场啦！它能把土地的形状、高度等各种信息都整合起来，让我们一目了然。
这就好像我们有了一双能穿透土地的眼睛，什么都看得清清楚楚。
而且啊，这种方法还特别快，一下子就能算出结果，不用我们等太久。
你再想想，要是没有这个三维模型土方计算方法，那得费多大劲呀！工人们可能得拿着尺子这儿量量，那儿测测，还不一定准呢。
但现在有了它，一切都变得简单啦！这就好比我们走路，以前是摸着黑走，不知道前面有啥；现在呢，有了盏明灯，路看得清清楚楚，走起来也踏实呀！三维模型不就是我们土方计算路上的那盏明灯嘛！它让我们能更准确地掌握土地的情况，更好地规划工程。
不管是挖个大坑，还是填个小坡，都能心中有数。
这样一来，工程质量也有保障啦！总之呢，这个三维模型土方计算方法可真是个好东西呀！它让我们的土方计算变得轻松、准确又高效。
大家可千万别小瞧它哟！以后遇到土方计算的事儿，就找它帮忙准没错！你说是不是呀？。
arcgis算土方的方法
arcgis算土方的方法在ArcGIS中计算土方的方法可以包括以下步骤：1. 打开野外测量好的高程文件，选中需要计算土方的范围线，在左侧“特性”的“标高”中改为“-”（规划土方量标高）。
2. 打开ArcMap，加载高程点。
直接使用加载的高程点或者转换为shape点文件格式都可以，打开属性表高程字段为“Elevation”。
3. 打开“ArcToolbox”工具箱，打开“3D Analyst/数据管理/TIN/创建TIN”。
4. 打开“创建TIN”对话框，填写好相应的参数，在“高度字段”中选择“Elevation”，点击“确定”。
5. 重复上述步骤，完成规划后地形创建TIN。
6. 将TIN转栅格，打开“ArcToolbox”工具箱，打开“3D Analyst/转换/由TIN转出/TIN转栅格”。
7. 打开“TIN转栅格”对话框，填写好相应的参数，点击“确定”。
此外，如果原始数据是las点云数据，则需要进行以下操作：1. 创建las数据集。
2. 将las转为栅格，其他参数默认即可，只是采样值这一栏需要注意。
尽量与填挖方之前的高程采样栅格一样或者更小。
如果不一样ArcGIS也可以计算，只是准确度差点。
3. 一般原始数据都会比填挖方范围要大，因此我们需要裁剪，可以用按腌膜裁剪工具。
4. 重复1、2、3步骤计算出填挖方之前的las数据，然后选择填挖方工具。
填挖方之前和之后的栅格表面利用第3步骤生成的数据，便会得到输出栅格。
输出的栅格中有volume体积这一属性便是填挖方数据。
需要注意的是：填挖方前后的坐标系一定要是统一投影坐标系；填挖方之后可能会有很多volume项，右击该字段选择统计即可。
以上步骤仅供参考，可以查阅ArcGIS软件使用说明或请教专业人士获取更多帮助。
基于ArcGIS 3D分析的土方量精确计算
基于ArcGIS 3D分析的土方量精确计算发表时间：2019-09-10T11:50:07.343Z 来源：《科技新时代》2019年7期作者：李俊利[导读] 并通过实例与CASS成图软件土方量计算方法进行比较，验证了该方法的高效与精确。
（湖南省地质矿产勘查开局417队衡阳 421001）【摘要】土方量计算是港口施工建设重要环节，本文介绍了基于ArcGIS 3D分析的土方量计算方法，通过将山脊山谷、坡顶坡底等地貌特征线描绘为隔断线并作为TIN模型建立要素引入，对不规则三角网生成过程中节点随机选取的算法加以约束，提升了TIN模型与地形地貌高度符合的可靠性及土方量计算精度。
并通过实例与CASS成图软件土方量计算方法进行比较，验证了该方法的高效与精确。
【关键字】ArcGIS，3D分析，TIN，CASS，土方量，平均标高中图分类号：P258 文献标志码：A 文章编号：1 引言在突飞猛进的土基建设潮流中，土方量计算贯穿着填海造陆、软基处理、场地平整等多个建设阶段，为项目规划设计、造价预算与工程验收提供了极为重要的数据服务。
日前对于精确计算工程土方量，行业内普遍采用基于CAD平台的成图软件（例如Cass）来完成。
ArcGIS是当今最为主流的GIS平台之一，具有强大的地图编辑与分析功能。
其3D分析方法能够快速构建表面模型，高效灵活对表面数据进行各类可视化呈现与分析。
基于ArcGIS 3D分析进行土方量的计算，在对表面数据加以修订时，能够自动实现TIN模型重建与更新，对于沟、垄、坎分布密集的地貌复杂区域，其灵活性体现地更加明显。
2 计算原理与方法基于ArcGIS 3D分析时的土方量计算，其原理是通过引入离散测点或等值线，自动识别离散测点z值或等值线的高程属性值，生成不规则三角网TIN表面模型[1]。
在三维空间中，针对每个表面三角形，计算其立体三菱柱体积与投影面积数据，既而求取整个区域的填挖土方量与平均场地标高[2]。
三维建模法在土石方量测算中的应用
三维建模法在土石方量测算中的应用田浩（山东省胶东调水工程莱州管理站山东莱州 261400）【摘要】通过与现在比较常用的几种测算土石方量的方法相对比，具体介绍了三维建模法这种新方法，并具体陈述了各种方法的优点和缺点，为读者具体方法的选用提供了依据。
【关键词】全站仪；CAD；三维建模法；土石方量土石方量的测量和计算是水利工程施工中的一个重要环节。
工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行测算，它将直接关系到工程造价的费用概算及决定方案的优选，它的精确性直接关系到一个工程竞标底价和工程的盈亏情况。
因此由土石方量计算的多少而产生的纠纷也是很常见的。
如何准确的测算土石方量就成了人们日益关心的问题，笔者在此比较分析常用的一些测算方法和结合实际经验，给大家分享一种全新的三维建模法，希望大家能共同讨论提升。
1现行常用的方法在实际工程的土石方量的测算中，现在比较常用的计算的方法有：方格网法、断面法、DTM法、等高线法、区域土石方量平衡法和平均高程法等。
具体介绍如下：1.1方格网法方格网法现在土石方量计算最常用的方法之一。
首先将需要计算的地形在平面上划分为若干个等值的方格网（一般用正交方格，也可用非正交方格），然后根据各个方格内测得的所有离散点的高程，计算出每个方格的平均高程，然后用方格的面积乘以自身的平均高程就是每个方格内的体积，将所有的棱柱体积汇总求和就是所需要测量的土石方量。
计算公式为：H i=1n ∑h jnn=1V=∑H i S i这种方法的优点是计算方法简便易行，好学好上手，但是计算起来非常繁琐，计算量大，而且计算结构的准确性和网格的大小有直接关系：网格间距大，计算简单，但结果误差大；网格间距小，计算复杂，但结果误差小。
幸好现在开发了很多辅助工具，比如天正土方等用电脑计算替代了人的计算，弥补了它的缺点，但仍有一定的误差。
（下图为方格网法示意图）1.2断面法断面法也是现在土石方量计算最常用的方法之一。
它一般适用于长条形的高程和形状变化不大的土石方，在宽度方向上按一定的距离切出一组断面，计算出每个断面的面积，然后乘以每两个断面之间的距离，就可得到各个不标准梯形体的体积，汇总求和就是所需计算的土石方量了。
基于无人机三维激光点云数据的DTM法边界自动提取及土方量计算分析
基于无人机三维激光点云数据的DTM法边界自动提取及土方
量计算分析
关喜彬
【期刊名称】《市政技术》
【年(卷),期】2022(40)10
【摘要】基于Visual Studio 2019平台,采用C++的MFC语言编程,实现了DTM 模型边界自动提取。
以宜春至井冈山高速公路宜春三阳至新田段新建工程为例,使用无人机获取了三维点云数据并建立了DTM模型,创建了完整边界与紧缩边界并分别计算了土方量。
将计算结果与CASS软件计算结果进行对比分析,结果表明:使用边界自动提取方法计算土方量准确、高效,去除了DTM模型中的冗余数据,对提高DTM法计算土方量的自动化程度有重要意义。
【总页数】5页(P198-202)
【作者】关喜彬
【作者单位】中铁十九局集团第六工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU12
【相关文献】
1.一种基于三维激光点云数据的单木树冠投影面积和树冠体积自动提取算法
2.基于固定翼无人机激光雷达点云数据的输电线路三维建模与树障分析
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于激光雷达点云数据的分裂导线自动提取与三维重建4.基于图像法的点云数据边界自动提取5.基于CASS的方格网法和DTM法土方量计算比对与分析
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基于AutoDeskMap3D的土方量计算_徐志刚
收稿日期：２０１２－０７－１９基金项目：福建省省级大学生创新训练计划项目（６７０；６７１号）；福建省教育厅Ａ类（ＪＡ１２３１７）；福建省教育厅Ｂ类（ＪＢ１２２０２）；２０１１年龙岩学院校立服务海西面上项目（ＬＹＸＹ２０１１０９９）作者简介：徐志刚(1982-),男,讲师,主要从事“3S ”技术应用、基础测绘等方面的研究，E-mail:xzg.xzg1982@.文章编号：2095-3046（2013）01-0047-04基于AutoDesk Map 3D 的土方量计算徐志刚，高鹏，张金雷，纪王凌(龙岩学院资源工程学院，福建龙岩364012)摘要：为了提高土方量计算的精度及效率，文中提出了基于AutoDesk Map 3D 的土方量计算方法.该方法是以AutoDesk Map 3D 作为软件开发平台，建立土方量计算原始表面与设计表面的精确地形模型，计算两个曲面之间的组合体积来实现土方量的计算.文中通过对比分析提出了采用混合表示节点及三角形邻接关系的数据结构，建立狄洛尼三角网，然后通过加入约束条件建立带约束条件的狄洛尼三角网来模拟地形模型.根据提出的算法编写程序代码，利用VBA 对系统进行开发，生成工程文件，然后加载到Autodesk Map 3D 软件平台，建立计算土方量模块.关键词：土方量计算；Map 3D ；DTM 中图分类号:P258文献标志码:AEarthwork calculations based on Auto Desk Map 3DXU Zhi-gang,GAO Peng,ZHAGN Jin-lei,JI Wang-ling(Institute of Resource ，Longyan University ，Longyan 364012，China )Abstract ：In order to improve the precision and efficiency of earthwork volume calculation,an earthwork volume calculation method based on the Auto Desk Map 3D is put forward in the paper.Through establishing the DTM of the original surface and the design surface,the volume is calculated through the combination between two surfaces to achieve an accurate calculation of earthwork volume.Through the contrast and analysis,the data structure is presented by mixing said node and triangle abutting relationship to establish Delaunay triangulation.Constraints being added,the constrained Delaunay triangulation is established to simulate terrain model.Program code is written according to the proposed algorithm.VBA is adopted for system development,to generate project files,and then to load in the Autodesk Map3D software platform,so as to realize the module establishment of earthwork volume calculation.Key words ：earthwork volume calculation ；Map 3D ；DTM0引言随着国家经济的繁荣发展，各类工程建设遍地开花.工程建设需要对复杂的地形表面进行平整，平整工作涉及大范围的填（挖）土，需要投入大量的资金.测算土石方量也就成为了工程施工前设计阶段的必要工作，它直接关系到工程费用及方案选优.在工程实践中，因土石方量计算问题而产生的纠纷是经常遇到的，能否及时、准确的测量数据、计算土石方量，直接关系到工程造价和建设工程项目的盈亏情况.传统的土石方量计算方法主要有方江西理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第34卷第1期2013年2月Vol.34,No.1Feb.2013DOI:10.13265/ki.jxlgdxxb.2013.01.012格网法、断面法等[1].方格网法主要适用于平坦场地及高差不太大的地区或是经过施工后高程相对平缓的地形；断面法适用于带状地形，在变化较大的地区需要加测断面来提高精度，地形复杂的情况下给外业带来一定的难度[2-3].现代建筑的规模越来越大，特别是在地形复杂的填（挖）土区，区域范围较大，需要测算土石方量较大，这时，传统的计算方法在整个作业过程中就会有费时、精度低或适用性差等不足，使得工程成本偏高或测算的土方量跟实际有较大的出入，不能满足工程的需要.因此，如何利用测量仪器现场测出的地形数据或利用原有的数字地形数据快速准确的计算出土石方量，就成了人们日益关心的问题.文中所讨论的土方量计算，是通过建立精确的原始地形模型与设计面模型之间所包围的空间体积来计算.土方量的计算的精确程度取决于两个曲面模型建立的准确度[4].文中以AutoDesk Map3D作为软件平台，采用不规则三角网法模拟地形模型的算法，以VBA语言为开发工具，在此基础上进行集成式二次开发，建立精确的地形模型，从而通过精确的DTM计算土方量[5-6].此方法适应各种地形和项目的土方量计算，并可以相对节省外业数据采集的工作量，提高土方量计算的精度.1地形模型(DTM)建立方法的选择DTM有时也称为数字高程模型(Digital Elevation Modal，简称DEM).在实际工作中，常用的数字地面模型是：规则网格模型（GRID）和不规则三角网格模型（TIN）[7].不规则三角网格模型直接利用原始数据作为网格结点，不改变原始数据和精度，能够插入地性线以保存原有关键的地形特征，以及能很好地适应复杂、不规则地形.因而建立的曲面能精确的表达计算土方量的原始地面和设计地面，从而提高土方量计算的地形的适应性及精度等.不规则三角网模型采用矢量拓扑数据结构，主要通过三角形节点与边、边与面的关系来表示采集点之间的拓扑关系.这样，模型不仅要存储每个节点的三维坐标值（如x，y，h），而且要存储描述节点之间拓扑关系的信息.不规则三角网模型存储结构一般分为三种[8]：直接表示节点邻接关系；直接表示三角形及邻接关系；混合表示节点及三角形邻接关系.第一种存储量小，编辑方便，但计算量大，三角网模型显示和检索速度慢；第二种存储结构检索效率高，但数据存储量大，不易编辑；第三种是在直接表示节点邻接关系的结构基础上，再增加一个三角形的链表，优点是方便编辑和快速检索.因此，建立不规则三角网模型采用混合表示节点及三角形邻接关系的数据结构，也即采用此方法来建立狄洛尼(Delaunay)三角网.前人的研究结果表明，在建立地形模型时，狄洛尼(Delaunay)三角网建立的地形模型能够最大限度地符合实际地形，而这种符合度还受到特殊地形的影响，如地性线、断裂线、地物边缘线等特征线的影响.为了建立计算土方量所要求的地形模型，文中采用建立带约束条件的狄洛尼三角网来模拟地形表面.2构建带约束条件的狄洛尼三角网2.1基本思路带约束条件的狄洛尼三角网生成采用的基本思路：首先将所有采集的地形、地物坐标数据生成狄洛尼三角网，然后以特征线或地物为基础扩展出一个极窄的条形闭合区域，并在闭合区两边分别扩充三角网，从而建立带约束条件的狄洛尼三角网，此时得到三角网构建的模型就是符合实际地形的地形模型[8].2.2具体流程建立带约束条件的狄洛尼三角网时，首先通过软件平台读取点文件中的离散点坐标，以离散点为数据建立狄洛尼三角网.由于在点文件中有些高程数据是特征线的高程，所以通过Autodesk Map 3D2005把地物、特征线等画出，然后以此为限制条件，建立符合实际地形的三角网模型，最后删除地物及特征线内部的三角网[9].在Autodesk Map3D2005中，点文件的格式一般是：[点编号][X-东坐标][Y-北坐标][Z-Z坐标]，否则Autodesk Map3D2005无法读取.如果不是以上的格式，应该转换成以上的文件格式.了解了点文件的格式之后，可以通过文件操作逐行读取点文件数据的内容.这样，通过读取点文件中所有江西理工大学学报2013年2月48第34卷第1期徐志刚，等：基于AutoDesk Map3D的土方量计算离散点，作为构建地形模型的数据源.数据的采集过程中，由于某些数据点的重复观测等，造成某些离散点的坐标值雷同或接近雷同.在建立不规则的三角网之前，必须剔除雷同的离散点，以便能够精确创建符合实际地形的三角网.具体实施的方法是：将每个地形、地物点坐标与其他所有点进行对比，如果坐标值相等，删除雷同点，一个点检查完后，接着检查下一点，直到所有点检查完为止，这时才算完成雷同点的检查.当数据点文件中的离散点数据包括特征线数据点时，构建TIN时应该先绘制特征线，然后把特征线作为边界条件构建TIN.利用Autodesk Map 3D2005的绘图功能把特征线点连接起来绘制特征线.TIN生成的单一算法有：递归生长法、凸闭包收缩法、分割-归并法.递归生长法和凸闭包收缩法耗费的空间少，但执行速度慢.而分割-归并法将点集递归划分成子集，递归的过程将占据大量的存储空间，算法时间效率高，但空间性能不佳.基于以上考虑，文中在狄洛尼三角网的构建中，采用递归生长法、凸闭包收缩法和分割-归并法相结合的方法，有效地兼顾了时间和空间性能.构建狄洛尼三角网主要包括排序原始点并划分子集、利用递归生长法对每个最小子集建立子三角网、子三角网的归并三个步骤[10-12].地球陆地表面大部分都是不平坦的，或有一些人工建筑物与构筑物，如山谷、山脊、地面坡度转折处、建筑物等.因此，建立狄洛尼三角网时，应考虑不平坦地区和建筑物，并由此先生成的特征线.在建网时，必须把这些特征线作为约束条件来生成带约束条件的狄洛尼三角网,从而建立与实际地形相符合的DTM.采集地物、地貌点数据时，一定要采集到特征线及建筑物的边界点数据，且以此作为约束条件，建立带约束条件的狄洛尼三角网.在建立三角网之前，事先把各类特征线的数据点和建筑物的边界数据点分别连起来，把它们相连成除端点之外不交叉相交的线段作为约束条件，成为三角形的边.因此，带约束条件的狄洛尼三角网的构建是在标准狄洛尼三角网已经生成的基础上，运用“多对角线交换循环算法”实现的.“多对角线交换循环算法”的基本原理为[11]：对每一条约束边进行检测，如果其不存在于标准狄洛尼三角网中，则利用循环算法，将其加入到三角网中.具体实现为：从起始点开始，按照一定的规则逐步交换对角线，最后使起始点和目标点相连.建立好带约束条件的狄洛尼三角网后，删除地物及特征线内部的三角网.3计算土方量模块的建立土方量的精确计算，主要在于建立最大限度地符合实际地物、地貌的地形模型.文中主要采用混合表示节点及三角形邻接关系的数据结构来建立狄洛尼三角网，然后通过加入约束条件建立带约束条件的狄洛尼三角网，从而实现精确地形模型的建立.通过以上对不规则三角网模型建立的算法分析，编写程序代码（程序代码略），利用VBA对系统进行开发，生成工程（*.dvb）文件，然后在Autodesk Map3D软件平台上加载，从而实现计算土方量模块的建立[12].建立土方量计算模块计算土方量主要包括DTM建立、土方量计算两个部分.程序设计时，把该模块设为软件中的一个菜单项，该菜单项由参数设置下拉菜单、DTM模型建立下拉菜单、土方量计算下拉菜单组成.4土方量计算本系统土方量的计算是通过计算原始表面与设计表面两个曲面之间的组合体积来实现.组合体积使用顶面和底面（曲面对即DTM表面）建立下挖体积值、堆填体积值和净值体积值.4.1计算组合体积方法计算土方量的原理使用组合方法计算体积，主要是基于两个曲面中的点计算体积.该方法对新的曲面进行三角剖分，使用两个曲面中的点以及这两个曲面之间的三角形边发生交叉的任何位置.将基于这两个曲面的高程差计算新的组合曲面高程[13].从而计算出两个曲面定义之间的精确体积测量值.计算组合体积的原理如图1.494.2计算土方量的具体步骤设原始表面与设计表面的数据文件分别为“等高线”和“高程为25的等高线”，根据这两个点文件分别建立TIN曲面，然后利用建立的曲面计算土方量.具体步骤如下：（1）设置DTM（TIN曲面）参数主要是创建TIN 曲面样式.从“参数设置”菜单的下拉菜单选取“创建TIN曲面样式”，对话框中的选项可根据要求进行设置或修改.（2）从“DTM建立”菜单的子菜单中选取“创建TIN曲面模型”，分别以“等高线”和“高程为25的等高线”的两个点文件创建名为“等高线曲面”和“高程为25的等高线曲面”的两个TIN曲面，如图2.组合体积实用程序将比较两个曲面（曲面对），因此的图形中必须具有两个可用的曲面.（3）从“计算土方量”的下拉菜单中选取“计算土方量”菜单项，弹出如图3所示的对话框.（4）执行以下操作之一：在“计算组合体积”对话框中，单击“创建新体积条目”按钮，然后通过单击“基面”和“对照曲面”列中的<选择曲面>条目（分别用于选择基准曲面和对照曲面）选择要比较的曲面；或者在“计算组合体积”对话框中，单击“从曲面创建新体积条目”按钮.系统将提示使用图形方法从绘图区域中选择基准曲面和对照曲面.（5）选定曲面后，系统将计算体积，并显示以下类型的信息：下挖：必须删除的材料量；堆填：必须添加的材料量；净值：下挖体积和堆填体积之间的差值；净值图形：整个体积的图形百分比显示表示.下挖净值以红色条显示，表明必须删除材料.完成选定后如图4所示.4.3精度分析文中以漳平市开发区某地块填土工程方量计算为例，整个地块填土面积约为81300㎡，需计算两工期间的土石方量.通过野外测量采集离散点数据，通过该方法计算得出的土方量为373896.1m3；传统方格网法计算得到的土方量为387022.2m3，误差为3.51%；现场施工人员利用机械运出统计的土方量为380000m3，误差为1.63%.工程结束后，委托方和施工方对该土方量计算方法得到的成果都比较满意.5结束语基于AUTODESK MAP3D建立DTM，更能精确地表示地面和设计面的形状.通过计算原始表面与设计表面两个曲面之间的组合体积来计算土方量，它与其他计算方法方法相比，具有形象直观，简单高效，计算精度高，适应性强，还能用作相应的数学分析，在实践中能取得很好的效果.参考文献：[1]鲁成树，吴次芳，汪峰，等.农地整理土方工程量计算及调配中地理信息系统的应用[J].农业工程学报，2003，19(6):289-292.[2]雷松，王海英，艾云毅.方格网法与三角网法相结合准确计算土方量[J].城市勘测，2011(6):154-156.[3]王棋.基于CASS的方格网法计算土方量的研究[J].科技创新导报，2011(30):44-45.[4]张建平.信息化土木工程设计Autodesk Civil3D[M].北京:中国建筑工业出版社，2005:123-133.[5]曾宪珪，廖重贵.基于AutoCAD的基础地理空间数据处理[J].江西理工大学学报，2008，29(6):21-23.[6]张帆.AutoCAD VBA二次开发教程[M].北京:清华大学出版社，2005.[7]周秋生.建立数字地面模型的算法研究[J].测绘工程，2001，10(1):13-18.[8]黎华，吴浩，崔巍.基于Supermap的三维地形动态显示及土方量算系统的设计与实现[J].武汉理工大学学报，2011，35(1): 206-212.[9]刘鸿剑，肖伟红，何建英，等.基于DEM的工程土方量算法研究———以抚州市人工湖项目堤防工程土方量计算为例[J].江西理工大学学报，2009，30(4):17-21.[10]潘红飞，赵翠薇.基于TIN模型较高精度土方量计算方法[J].价值工程，2012(5):63-67.[11]柳林.大比例尺数字高程模型的生成及可视化研究[D].重庆:重庆大学，2001.[12]陈绍杰，徐志刚.基于AutoDesk Map3D的DTM建立及等高线绘制研究[J].测绘通报，2008(8):36-39.[13]刘正.地理信息系统应用教程Autodesk map[M].北京:国防工业出版社，2005:145-149.江西理工大学学报2013年2月50。
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摘 要：土方量精确计算对工程建设具有重要意义．基于三维点云数据，提出了结合贪婪投影三角化算法和 ＤＴＭ法的土 方量计算方法，采用 ＶＣ＋＋并借助 ＱＴ和 ＰＣＬ编制了土方量计算软件，通过实地采集的三维激光点云数据进行实验，并与 Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件计算结果进行对比验证，结果表明该方法可以快速、精确地进行土方量计算，为基于三维点云数据的精确土方 量计算提供了参考． 关键词：三维点云；贪婪投影三角剖分；ＤＴＭ法；土方量计算；对比验证 中图分类号：ＴＰ３９１；Ｐ２３７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－３３０Ｘ（２０１８）０１－００４９－０４
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ；ｇｒｅｅｄｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ；ＤＴＭｍｅｔｈｏｄ；ｅａｒｔｈｗｏｒｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒａｓｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
土方量计算作为工程建设的基础和前提，在铁路、公路、水电工程、港口、城市规划等工程建设中占有重 要位置，精确计算土石方工程量在土石方调配、工程费用预计、加快工程进度和提升工程质量方面具有重要 意义［１－２］．传统的土石方量计算以全站仪、水准测量、ＧＮＳＳＲＴＫ等单点量测方法为主，在外业实测离散点的 基础上，利用断面法、方格网法、等高线法、平均高程法、不规则三角网（ＴＩＮ）法和区域土方量平衡法建立土 方量计算模型进行土方量计算［３］．然而，一方面土方工程表面形状通常具有复杂性，数据采集较为困难，另 一方面采用单点量测得到的特征点具有稀疏性，难以全面描述土方工程表面的三维信息，致使通过单点量 测获得的土石方计算结果与实际土方量存在差异［４］．
Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅａｒｔｈｗｏｒｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇ３Ｄ ｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｄａｔａ
ＷＡＮＧ Ｇｕｏ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇｘｉａｎｇ１，ＭＥＮＧ Ｊｉｎｇ３，ＷＥＮＨｕａｌｉ１ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＣｏａｌＲｅｓｏｕｒｃｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｉｎＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１９１， Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期：２０１７－０６－０９ 基金项目：河南省高等学校重点科研项目（１８Ｂ１７０００３）；河南工程学院博士基金（Ｄ２０１５０４０）；煤化工资源利用与污染治理河南省工程试验 室开放基金项目（５０２００２－Ｂ０２，５０２００２－Ｂ０３） 作者简介：王果（１９８６－），男，河南南阳人，讲师，博士，主要从事测绘工程教学、三维数据获取及处理方面的研究．
随着三维激光扫描数据获取设备的推广和普及，以及密集匹配技术的成熟，三维点云数据获取手段呈 现快速多样化发展的趋势，为精确计算土方量提供了新的途径．国内外学者针对三维激光扫描技术已开展 大量相关的研究，验证了利用点云数据进行土方量计算的可行性及存在的优势［５－９］．本研究以基于三维点云 数据的土方量计算方法为主要研究对象，提出了结合贪婪投影三角化算法及 ＤＴＭ法的土方量计算方法，对
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅａｒｔｈｗｏｒｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｅａｒｔｈｗｏｒｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈｇｒｅｅｄｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＤＴＭ ｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎ３Ｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｄａｔａ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ，ＥａｒｔｈｗｏｒｋＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｃｏｍｐｉｌｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆＱＴａｎｄＰＣＬｕｓｉｎｇＶＣ＋＋．Ｔｈｅ３Ｄｌａｓｅｒｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎ ｔｈｅｆｉｅｌｄｉｓｕｓｅｄｆｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＴｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｒｅｓｕｌｔｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＧｅｏｍａｇｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄｃａｎｃａｌｃｕｌａｔｅｅａｒｔｈｗｏｒｋｒａｐｉｄｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒａｃｃｕｒａｔｅｅａｒｔｈｗｏｒｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎ３Ｄｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄｄａｔａ．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ５０·
河南工程学院学报（自然科学版）
２０１８年
基于三维点云数据的土方量计算进行了深入研究．
基于点云数据的土方量计算原理及其实现
基于点云数据的土方量计算方法主要包括三维点云数据的
读取与显示、点云数据的贪婪投影三角剖分算法、利用 ＤＴＭ 法
的土方量计算等环节，整个流程如图 １所示．
１．１ 贪婪投影三角剖分算法
第 ３０卷 第 １期 ２０１８年 ３月
河南工程学院学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＮＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ３０，Ｎｏ１ Ｍａｒ．２０１８
利用三维点云数据的土方量计算方法
王 果１，２，张祥祥１，孟 静３，文化立１
（１．河南工程学院 土木工程学院，河南 郑州 ４５１１９１； ２．煤化工资源综合利用与污染治理河南省工程试验室，河南 郑州 ４５１１９１；
贪婪投影三角剖分算法是由基本的三角网生长算法经过优 化与改善产生的一种快速高效的三维曲面重建算法［１０］，是一种 基于生长法的曲面建模技术［１１］，它将三维空间中的点及周围的