山区风电场道路施工土石方计算方法、装置和存储介质

1.本发明涉及建筑测量处理技术领域，具体地指一种山区风电场道路施工土石方计算方法、装置和存储介质。


背景技术：

2.随着我国新能源工程等基础设施建设的快速发展，在山区开展工程建设的需求越来越大，如山区光伏、山区风电的建设等等，这些工程建设为我国的清洁能源发展、减少碳排放等方面产生了巨大积极作用。但由于地处山区，工程建设的道路设计与施工是一项重要的作基础性工程，传统计算方法得出的土石方工程量往往偏大，导致成本预估不合理，资金过度投入，资源浪费现象严重。故开展道路土石方计算方法的研究具有重要的理论意义和应用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供山区风电场道路施工土石方计算方法、装置和存储介质。
4.本发明的技术方案为：山区风电场道路施工土石方计算方法，进场道路所处区域的数据构建当前dem图层；基于进场道路设计参数构建设计dem图层；基于设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分；通过当前dem图层和设计dem图层分别计算道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方；叠加道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方即可获得风电场道路施工的土石方。
5.进一步的所述通过当前dem图层和设计dem图层计算道路路面部分的土石方的方法包括：基于进场道路设计参数构建以道路路面纵向设计高程的最低点所处平面为纵向基准面，通过当前dem图层计算处于纵向基准面以上的当前道路土石方，通过设计dem图层计算处于纵向基准面以上的设计道路土石方；所述道路路面部分的土石方为当前道路土石方与设计道路土石方的差值。
6.进一步的所述通过当前dem图层和设计dem图层计算防护边坡部分的土石方的方法包括：基于进场道路设计参数构建以以道路路面设计高程面为横向基准面，通过当前dem图层计算处于横向基准面以上的当前边坡土石方，通过设计dem图层计算处于横向基准面以上的设计边坡土石方；所述防护边坡部分的土石方为当前边坡土石方与设计边坡土石方的差值。
7.进一步的所述基于设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分的方法包括：将设计dem图层与当前dem图层按照坐标重叠起来，当前dem图层中沿高度方向与设计dem图层中的设计道路部分重叠的为道路路面部分，当前dem图层中沿高度方向与设计dem图层中的设计防护边坡部分重叠的为防护边坡部分。
8.进一步的所述采集进场道路所处区域的数据构建当前dem图层的方法包括：采集进场道路所处区域的高程图构建等高线图，利用地理信息系统将等高线图转换为当前dem
图层。
9.进一步的所述基于进场道路设计参数构建设计dem图层的方法包括：在地理信息系统中导入设计的道路中心线、道路边线、道路影响区域的数据，按照设定的栅格像元的尺寸大小生成设计dem图层。
10.一种山区风电场道路施工土石方计算装置，包括，
11.当前dem图层获取模块，基于采集到的进场道路区域数据获得当前dem图层；
12.设计dem图层获取模块，基于进场道路设计参数获得设计dem图层；
13.区域划分模块，基于设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分；
14.道路路面土石方计算模块，构建基准面基于当前dem图层和设计dem图层计算道路路面部分的土石方；
15.防护边坡土石方计算模块，构建基准面基于当前dem图层和设计dem图层计算防护边坡部分的土石方；
16.施工土石方计算模块，用于叠加道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方得到进场道路施工的总土石方。
17.进一步的所述道路路面土石方计算模块包括，
18.纵向基准面确定模块，用于将进场道路设计参数中道路路面纵向设计高程最低点所处平面作为纵向基准面；
19.道路设计超出部分计算模块，用于计算设计dem图层中道路路面部分超出纵向基准面的道路设计超出土石方；
20.道路实际超出部分计算模块，用于计算当前dem图层中道路路面部分超出纵向基准面的道路实际超出土石方；
21.道路路面土石方结果获取模块，用于计算道路实际超出土石方和道路设计超出土石方之间的差值作为道路路面土石方。
22.进一步的所述防护边坡土石方计算模块包括，
23.横向基准面确定模块，用于将进场道路设计参数中以道路路面设计高程面作为横向基准面；
24.边坡设计超出部分计算模块，用于计算设计dem图层中防护边坡部分超出横向基准面的边坡设计超出土石方；
25.边坡实际超出部分计算模块，用于计算当前dem图层中防护边坡部分超出横向基准面的边坡实际超出土石方；
26.防护边坡土石方结果获取模块，用于计算边坡实际超出土石方和边坡设计超出土石方之间的差值作为防护边坡土石方。
27.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述山区风电场道路施工土石方计算方法的步骤。
28.本发明的优点有：1、本发明是基于风电场进场道路当前道路情况构建当前dem图层，然后通过进场道路设计参数构建设计dem图层，将进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分，利用两个dem在高程方向上的差别，能够准确获得进场道路开挖的土石方，计算方法简单、精确，大幅度提高了土石方的计算效率，具有极大的推广价值；
29.2、本发明计算道路路面土石方的方式是先构建纵向基准面，纵向基准面是设计道路纵向方向中高程最低点所处平面，基于纵向基准面能够准确获取设计道路路面超出纵向基准面的部分，准确获取当前道路路面超出纵向基准面的部分，两者的差值即为实际需要开挖的道路路面土石方，计算方法极为简单；
30.3、本发明计算防护边坡土石方的方式是先构建横向基准面，横向基准面是通过道路路面设计高程面构建的，基于横向基准面能够准确获取设计防护边坡超出横向基准面的部分，准确获取当前防护边坡超出横向基准面的部分，两者的差值即为实际需要开挖的防护边坡土石方，本发明的方法能够准确计算道路两侧的防护边坡所需开挖的土石方；
31.4、本发明对于当前dem图层中的道路路面部分和防护边坡部分的划分是极为简单的，通过将当前dem图层和设计dem图层按照对应坐标的方式重叠在一起，与设计道路路面部分重叠的就是道路路面部分，与设计防护边坡部分重叠的就是防护边坡部分，确定的方式极为简单，极大程度方便了后续的土石方的计算；
32.5、本发明构建当前dem图层的方式极为简单，只需要进场道路所处区域的等高线图，就可以通过地理信息系统构建成本发明所需要的的当前dem图层，简单、方便；
33.6、本发明构建设计dem图层的方式也极为简单，通过利用地理信息系统的功能，导入设计参数，即可方便的获得设计dem图层，简单、高效；
34.7、本发明构建的计算模块能够方便快捷的计算出山区风电场道路施工的土石方，计算效率高，计算结果更为精确；
35.8、本发明的道路路面土石方计算模块能够准确计算出当前道路需要开挖的道路路面土石方，计算结果精准，计算方式简单；
36.9、本发明的防护边坡土石方计算模块能够准确计算出当前防护边坡需要开挖的防护边坡土石方，计算结果精准，计算方式简单；
37.10、本发明基于计算方法设定了一个存储介质，存储介质存储了计算的方法，极大程度方便了人员的操作。
38.本发明的计算方法极为简单，利用dem图层能够极大程度方便山区风电场道路施工土石方的计算，且计算结果极为精确，大幅度提高了土石方计算的效率，具有极大的推广价值。
附图说明
39.图1：本发明的道路路面土石方计算模型；
40.图2：本发明的防护边坡高程示意图；
41.图3：本发明的防护边坡土石方计算模型。
具体实施方式
42.下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
46.如图1～3，本实施例涉及一种山区风电场道路施工土石方计算方法，用于在山区修建风电场的进场道路时计算具体施工需要开挖的土石方，本实施例基于构建的dem(数字高程模型)图层进行土石方的计算，具体的过程是：首先采集进场道路所处区域的数据构建当前dem图层，即首先测量进场道路施工区域的地貌情况，基于采集的数据构建当前dem图层，此时构建的当前dem图层反映的是风电场进场道路施工区域的当前情况；
47.然后基于进场道路的设计参数构建设计dem图层，初期会根据风电场进场道路的要求进行相应的设计，根据进场道路的设计参数可以构建设计dem图层，设计dem图层反映的是风电场进场道路的设计情况；
48.由于风电场进场道路不仅仅涉及到道路部分，还包括防护边坡部分，道路路面部分和防护边坡部分对于土石方的计算是不同的，因此需要对dem图层中的道路路面部分和防护边坡部分进行区分，本实施例直接通过设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分，道路路面部分按照道路路面部分的情形进行计算，防护边坡部分按照防护边坡的情形进行计算；
49.通过当前dem图层和设计dem图层分别计算道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方，叠加道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方即可获得风电场道路施工的土石方。
50.本实施例的这种计算方法通过将进场道路分割为道路路面部分和防护边坡部分，并进行分别计算再叠加，能够准确获取风电场进场道路最终的施工土石方，相较于现有技术来说，计算结果更为精准，为风电场进场道路的施工提供了良好的数据支撑。
51.在进一步的实施例中，本实施例构建当前dem图层的方法是，通过采集工程道路施工区域的高程点数据，可直接由gis工具转换成dem地形图层。高程点数据也可以构建dwg格式的等高线图。针对dwg等高线图也可以由地理信息系统转换为当前dem图层，通过这种方法构建当前dem图层极为简单，效率极高。
52.在另一个实施例中，本实施例对构建设计dem图层的方法是，基于设计参数中的道路中心线、道路边线、道路影响区域(包括道路路面和两侧放坡以后的土石方施工区域)的数据，将上述的设计参数导入到地理信息系统中，然后按照设定的栅格像元的尺寸大小生成设计dem图层。地理信息系统构建设计dem图层的方法极为简单，大幅度提高了设计效率。
53.在一个实施例中，本实施例对于基于设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分的方法是，在地理信息系统中，将设计dem图层与当前dem图层按照坐标重叠起来，即通过设定坐标系，将设计dem图层和当前dem图层都放置到这个坐标系中，设计dem图层和当前dem图层按照对应坐标进行重叠布置，此时当前dem图层中
与设计dem图层中的设计道路路面部分在高度方向场重叠的部分即为道路路面部分，当前dem图层中与设计dem图层中的设计防护边坡部分在高度方向上重叠的部分即为防护边坡部分。更为具体的也可以这样设置，即设计参数中如果有道路路面和防护边坡的边线，将这些边线沿高程方向延伸，形成一个垂直面，当前dem图层中处在道路边线构成的垂直面内的部分即为道路路面部分，而当前dem图层中处于防护边坡边线构成的垂直面和邻近的道路边线构成的垂直面之间的部分即为防护边坡部分。通过上述的方式就能够很好的将当前dem图层中的道路路面部分和防护边坡部分进行区分开来。
54.在进一步的实施例中，本实施例需要对道路路面部分和防护边坡部分的土石方进行分别的计算，对于道路路面部分的土石方计算方法如下：首先构建道路路面纵向模型，从设计参数中可以获得道路起点高程，在满足道路设计最大、最小纵坡、经济纵坡的技术标准情况下，以栅格尺寸为步长，以每一段不同的纵坡设计值为控制参数，按照下述公式进行计算道路路面的设计高程：
55.hi＝h
i-1
l*tanα
ꢀꢀꢀ
(1)
56.其中：h
i-1
——第i段步长下的道路纵坡的起点高程，或者是第i-1段步长下的设计高程值；
57.hi——第i段步长下的道路纵坡的终点高程，或者是第i段步长下的设计高程值；
58.l——第i段步长下的道路纵坡的起点至道路纵坡的终点的距离；
59.α——第i段步长下的道路纵坡的坡度；
60.构建道路路面横向模型，若已知起始高程和纵坡设计坡率，则道路实际高程面可简化为如图1所示的三棱柱体，将栅格尺寸和纵坡坡率等作为控制参数，以栅格尺寸为步长，单个及数个格网覆盖的区域为计算区域进行土石方体积的计算，再与实际的地理高程模型计算所得的结果相减，即可得到该区域内所需要作业的土石方量的大小。
61.道路路面部分的土石方计算，道路的设计高程面与实际高程面相交，低于设计高程面的部分即为填方区，高于设计高程面的部分为挖方区。实际上就是构建一个基准面，本实施例以道路路面部分纵坡中高程最低点所处水平面为纵向基准面，基于当前dem图层和纵向基准面能够得到一个施工土石方，基于设计dem图层和纵向基准面能够得到另一个施工土石方，两个土石方的差值即为道路路面部分实际要开挖的土石方。具体的以栅格格网划分计算区域，结合前面所建立的路面模型，以矩形格网划分计算区域，以单个栅格作为土石方计算的基本单元，曲线格网表示地面的实际起伏状况，直线格网表示路面设计高程变化趋势，则在一个步长下的土石方计算模型如图1所示，道路路面土石方量v
1i
计算公式如下：
[0062]v1i
＝(a1 a2 ... an)
×
l
2-0.5(h
i-1
hi)
×n×
l2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0063]
其中：l——步长(设计值)；
[0064]hi-1
——第i-1步设计高程值；
[0065]hi
——第i步设计高程值；
[0066]
n——格网数目；
[0067]
a1——格网中第一格的实际高程值；
[0068]
a2——格网中第二格的实际高程值；
[0069]an
——格网中第n格的实际高程值；
[0070]
以上高程值均为相较于纵向基准面的高程值。
[0071]
以此类推，即可依次计算出每个步长下的道路路面部分土石方量，再求和即可得出总的道路路面部分土石方量。需要注意的是：在划分道路格网和构建dem图层时，需要根据道路宽度的大小合理确定栅格尺寸的大小，栅格尺寸过小则会增加数据量，栅格尺寸过大则会降低图层的数据精度，故需要综合考虑，合理确定dem的分辨率。
[0072]
在进一步的实施例中，防护边坡部分的土石方计算方法如下：以设计dem图层和当前dem图层为基础进行边坡模型的建立，图2为道路横断面的部分图示，道路设计高程面与实际地形相交，以道路的设计高程面所处的水平面为横向基准面，以栅格尺寸为搜索步长，向道路左右两侧进行数据的搜索。每行进一个步长，即取该格网格中的高程数据进行判断运算，直至坡度值小于或等于设计坡度值时停止搜索，符合条件的数据保留，进行下一步的计算，坡率判断公式如下：
[0073]i坡度
＝(h
m-h0)/(m
×
l)≥i
设计
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0074]
其中：hm——格网中第m格的实际高程值；
[0075]
h0——道路路面设计高程值(该高程值是沿道路横向方向与第m个栅格对应的道路路面的设计高程值)；
[0076]
m——表示格网序号数；
[0077]
l——格网尺寸；
[0078]i设计
——边坡设计坡度值；
[0079]
上述的第m个栅格中的高程值hm是相较于道路路面设计高程值所处的水平面的高度。
[0080]
计算防护边坡土石方，首先计算单个步长下土石方量，以道路路面设计高程为计算基准高度，向两侧构建三角形棱柱体，在相同的基准面上分别计算实际道路路面和设计坡面各自的体积，相减即可得到该局部区域的防护边坡土石方作业量，以格网划分边坡土石方计算区域，曲线格网表示实际坡面，直线格网表示设计坡面，则单个步长下的土石方v
2j
计算模型如图3所示，计算公式如下：
[0081]v2j
＝(h1 h2 ... h
m-m
×hj0
)
×
l
2-0.5(m
×
l)
×
(i
设计
×m×
l)
×
l(4)
[0082]
其中：l——格网尺寸；
[0083]
m——格网数目；
[0084]i设计
——边坡设计坡度值；
[0085]hj0
——表示第j步长的道路路面设计高程值；
[0086]
h1——格网中第一格的实际高程值；
[0087]
h2——格网中第二格的实际高程值；
[0088]hm
——格网中第m格的实际高程值；
[0089]
以上高程值均为相较于横向基准面即第j步长的道路路面设计高程的高程值；每个步长范围均采用上式计算，即可得到防护边坡部分的土石方作业量。
[0090]
另外，本发明还提供一种山区风电场道路施工土石方计算装置，具体的包括以下模块，当前dem图层获取模块、设计dem图层获取模块、区域划分模块、道路路面土石方计算模块、防护边坡土石方计算模块和施工土石方计算模块，其中当前dem图层获取模块基于采集到的进场道路区域数据获得当前dem图层，设计dem图层获取模块基于进场道路设计参数
获得设计dem图层，区域划分模块基于设计dem图层将当前dem图层中的进场道路划分为道路路面部分和防护边坡部分，道路路面土石方计算模块通过构建基准面基于当前dem图层和设计dem图层计算道路路面部分的土石方，防护边坡土石方计算模块通过构建基准面基于当前dem图层和设计dem图层计算防护边坡部分的土石方，施工土石方计算模块用于叠加道路路面部分的土石方和防护边坡部分的土石方得到进场道路施工的总土石方。
[0091]
在进一步的实施例中，道路路面土石方计算模块包括纵向基准面确定模块、道路设计超出部分计算模块、道路实际超出部分计算模块、道路路面土石方结果获取模块，具体的纵向基准面确定模块用于将进场道路设计参数中道路路面纵向设计高程最低点所处平面作为纵向基准面，道路设计超出部分计算模块用于计算设计dem图层中道路路面部分超出纵向基准面的道路设计超出土石方，道路实际超出部分计算模块用于计算当前dem图层中道路路面部分超出纵向基准面的道路实际超出土石方，道路路面土石方结果获取模块用于计算道路实际超出土石方和道路设计超出土石方之间的差值作为道路路面土石方。
[0092]
在另一个实施例中，防护边坡土石方计算模块包括横向基准面确定模块、边坡设计超出部分计算模块、边坡实际超出部分计算模块、防护边坡土石方结果获取模块，其中横向基准面确定模块用于将进场道路设计参数中以道路路面设计高程面作为横向基准面，边坡设计超出部分计算模块用于计算设计dem图层中防护边坡部分超出横向基准面的边坡设计超出土石方，边坡实际超出部分计算模块用于计算当前dem图层中防护边坡部分超出横向基准面的边坡实际超出土石方，防护边坡土石方结果获取模块用于计算边坡实际超出土石方和边坡设计超出土石方之间的差值作为防护边坡土石方。
[0093]
另外，本发明还提供一种计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现申述的山区风电场道路施工土石方计算方法。
[0094]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。