ArcGIS在土地整治项目土方量计算中的应用

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：ArcGIS作为一个可伸缩的平台，其能够在桌面、服务器、野外及Web等方面为用户提供GIS功能，同时其还能够建设完整的GIS软件集合，将其在土地整治土方量计算中进行应用，不仅操作简单，而且计算速度快和精度高，可以实现三维可视化，具有较好的实效性。该文分析了土方工程量计算的原理和方法，并进一步对ArcGIS在土地整治项目土方量计算中的应用进行了具体的阐述。
　　关键词：ArcGIS;土地整治项目;土方量计算;
　　中图分类号：P208          文献标志码：A
　　0 前言
　　土地整治是我国经济发展过程中节约用地的重要途径，土地平整能够有效提高土地资源的利用效率，实现耕地总量的动态平衡，为经济建设提供土地供给，改善生态环境。在土地整治项目实施过程中，需要计算出准确的土方量，通过计算土方量能够为土地整治项目的成本统计、规划设计以及施工进度提供可靠的依据。由于传统土方量计算工作较为烦琐，工作量较大，而且工作效率和计算精度不高。因此通过应用GIS技术可以有效地解决这些问题，全面提高土方量计算的效率和精准度。
　　1 土方工程量计算原理与方法
　　1.1 土方量计算的原理
　　土方量计算以求取地表物质体积差作为主要目标，并具体表述原始地形和改造后地形。通过人为设计来对原始地形进行改造，因此改造后的地形具有较强的规则性，能够更清楚和准确地进行表述。但在实际表述原始地形过程中，由于由无数个点组成地表表面，而我们只能获取其中离散的有限数据，对于原始地形的表述也只是模拟和近似。各种模拟和近似的方法都是以地表连续和漸变的假定作为基础，在土方量计算中通过借鉴微积分的思维方法，将研究区域划分为微小的单元，利用现有数据或是经空间插值后数据对各微元的地形进行表述，分别对各微元体积差进行求取，并求和，得到总的土方量。在针对土方量的计算过程中，其只是借鉴微积分的思维方法，并没有借用其运算程序。
　　1.2 土方量计算的方法
　　在具体针对土方量进行计算的过程中，断面法、方格网法、散点法和表格法是较为常用的计算方法。针对山地及高差较大的地形多采用断面法，整个计算十分烦琐，野外作业量较大。对于平整平坦的地区则适合采用方格法，这种方法模型相对简单，易于实现，但精度不高。针对地形起伏，在变化均匀及不太复杂的情况下宜采用散点法。利用表格法计算土方量时，由于测算范围受地形限制较小，无论是平坦地区还是地形变化较大的地区都具有较好的适用性，但整个计算法较为烦琐，效率不高。利用统计分析时，其是利用样本点插值生成拟合表面来对土方量进行计算，计算效率和计算精度都能够保证处于较高的水平。
　　2 ArcGIS在土地整治项目土方量计算的步骤
　　2.1 前期准备
　　在土方量计算工作开展之前，需要提前做好各项准备工作。具体要收集项目区域范围内的测绘地形图和规划图，并从测绘地形图和规划图中进行高程点数据和基本数据信息的提取。利用ArcGIS进行土方量计算过程中，需要针对测绘地形图和规划图中提取的数据格式进行转换，转换后要仔细检查具体的数据，全面提高数据的准确性。
　　2.2 建立原始DEM
　　原始DEM的建立离不开等高线、高程点和遥感影像等几个要素。在具体插值过程中一般会采用栅格插值中的克里金法进行，输出栅格单元的大小要合理设置，以此来完成具体的插值，裁剪时宜将项目区范围界与栅格图相叠加，以此来获取到项目区原始DEM图。
　　2.3 确定平整单元
　　在土地整治工作中，土地现状的地形起伏与土石方量有直接关系，土地坡度越大，土石方量就越大，土地平整的难度也就越大。所以需要根据地形现状确定平整单元，往往会将1块田地划分成几个平整区，然后根据实际情况将其中的一个或者几个格田作为1个平整单元。在确定平整单元的过程中，需要对现实图中的道路、河流以及沟渠的分布进行深入了解，然后结合规划图中新建的道路和沟渠情况进行确定。为了确定规划是否合理，通过相关软件对DEM中的数据进行分析，根据数据中展现的坡度和坡向，将高差相近的区域划分为一个平整单元，确保每个平整单元中高差的合理性，最后再使用图形编辑工具将其生成田块。
　　2.4 确定田块设计高程
　　为了确保规划后的田块设计高程符合规划的思路，需要对各个田块的平场高程进行核对及调整。在ArcGIS中针对规划田块和生成的原始DEM进行加载的过程中，将各个田块的平场高程以表格的形式统计出来，然后将这些统计的数据与规划图中的田块进行叠加处理，检查每块田块的高差以及其他要素是否与规划思路相吻合。如果与规划图之间的差距超出规定范围，则需要对其进行调整。如果全部要素都与规划图相符，表格中统计的平场高程则可作为田块的设计高程。
　　2.5 建立规划DEM
　　在将统计表格连接回规划田块过程中，需要利用到连接与关联功能，同时以规划田块中的设计高程作为规划高程，并利用转换工具中的转为栅格功能生成规划DEM。具体要根据规划设计为梯田或是平原地区来合理选择适宜大小的栅格，并利用范围界裁剪，从而得到规划DEM。
　　2.6 基于ArcGIS的土方计算
　　在计算田块土方量时，需要依托于DEM，并运用栅格相减的计算方法，以积分求取其体积作为计算原理，利用ArcGIS中相关的栅格相减功能，以原始栅格高程与规划栅格高程的差作为积分高度。运用分析工具中的领域分析来创建泰森多边形，以项目范围界完成具体的裁剪操作，并以此来形成若干个微元，具体则需要以生成的单元网格面积来确定为积分单元。通过对生成的积分高度和积分单元进行空间连接，并在设计田块上进行标识，采用属表的形式进行存储。利用电子表格获取填挖深度，在乘以与其对应的栅格面积，就得到挖填土方的体积。对于每个田块具体的量值，可以将设计田块的编号作为统计单元，填方的土方量以负值表示，挖方的土方量以正值表示。
　　3 结语
　　在土地平整工程实施过程中，土方量计算作为工程中较为重要的一项内容，其直接关系到项目投资，因此需要保证土地整治项目中土方量计算的快速性和准确性。近年来由于研究力度不断加大，土方量计算方法较多，而且计算效率和计算精度有了一定程度的提升。但相较于传统土方量计算方法，利用ArcGIS进行土方量计算具有明显的优势。利用ArcGIS进行土方量计算过程中，能够将地形信息更真实的反映出来，并实现可视化，有效的保证了土方量计算的快捷性和准确性，进一步提高土地整治项目的信息化和自动化水平。而且在实际利用ArcGIS进行土地整治项目土方量计算过程中，还需要重视计算精度和规划方案的优化，以此来获取更为详细和可靠的数据资料和图件，实现土地整理规划设计信息系统的开发，实现土地资源的高效利用。
　　参考文献
　　[1]范军，郭正鑫.土地整理中数字高程模型的应用[J].现代测绘，2017（3）：42-44.
　　[2]李原存.GIS可视化在土地整治中的运用研究综述[J].老区建设，2013（12）：27-29.
　　[3]陈勇.利用ArcGIS地统计分析进行土地平整土方量计算的研究[J].安徽农业科学，2007（1）：70-71，103.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15115335.htm