一种矿产资源开挖土石方量计算方法及系统与流程

1.本发明涉及矿产资源开挖技术领域，尤其涉及一种矿产资源开挖土石方量计算方法及系统。


背景技术：

2.矿产资源，又名矿物资源，是指经过地质成矿作用而形成的，天然赋存于地壳内部或地表埋藏于地下或出露于地表，呈固态、液态或气态的，并具有开发利用价值的矿物或有用元素的集合体，矿产资源属于非可再生资源，其储量是有限的，是经过几百万年，甚至几亿年的地质变化才形成的，它是社会生产发展的重要物质基础，现代社会人们的生产和生活都离不开矿产资源，目前世界已知的矿产有160多种，其中80多种应用较广泛，按其特点和用途，通常分为四类：能源矿产11种、金属矿产59种、非金属矿产92种和水气矿产6种，共有168种矿。
3.在矿产资源的开采挖掘工作中，需要先进行地质勘探，再矿体性质，选用合适方法进行采矿，整个过程中设计大量的计算量，其中矿产资源的土石方量计算尤为复杂繁琐，现有的矿产资源开挖土石方量计算方法往往采用估算的方式，结果较为粗略，更无法得到其中一些特殊量的准确结果，且结果输出较为麻烦，不能对施工方案的选择、工程施工机械的选择、工程预算和成本控制带来决定性帮助，因此，本发明提出一种矿产资源开挖土石方量计算方法及系统以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提出一种矿产资源开挖土石方量计算方法及系统，解决现有的矿产资源开挖土石方量计算方法的计算结果较为粗略，且无法得到其中一些特殊量的准确结果的问题。
5.为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种矿产资源开挖土石方量计算方法，包括以下步骤：
6.步骤一：先判别施工场地的土质类别，再判断施工场地土的干湿性，接着判断施工场地挖土的类型，然后确定施工场地的挖土深度，最后确定施工场地的工作面宽度，得到施工场地的基础参数；
7.步骤二：基于得到的施工场地基础参数，以高程为特征值，利用计算机仿真和模拟技术建立与施工场地匹配的数字化地面模型，即数字高程模型，根据数字高程模型进行施工场地地面点的坐标测量；
8.步骤三：先根据施工前后地面点的测量坐标，将最相邻的三个离散点连接成三角形，生成不规则三角格网来计算每个三角锥的填挖方量，再累计每个三角锥的体积得到计算范围内填方和挖方的土方量，然后绘制出填挖方分界线进行区分；
9.步骤四：先依据绘制出的填挖方分界线，设施工前的数字化地面模型为dtm
前
，施工后的数字化地面模型为dtm
后
，接着在相同坐标原点和网度下，将同一计算范围的dtm
前
和
dtm
后
叠加，得到差值
△
dtm，则差值
△
dtm的高程分量为施工后格网点高程与施工前格网点高程之差，再根据高程分量计算结果判断该三角格网为挖方或填方；
10.步骤五：先计算该三角格网面积，用三角格网面积乘以高程分量，得到该三角格网的体积，再对挖方的三角格网体积和填方的三角格网体积分别进行统计和累加，得到计算范围内的总填方量和总挖方量，其中总挖方量即为施工场地矿产资源开挖的土石方量。
11.进一步改进在于：所述步骤一中，所述施工场地土的干湿性以地下水位线判断，所述施工场地挖土的类型包括平整场地、挖沟槽、挖基坑和挖土方石，所述挖土深度指自然地坪到基底垫层底的深度。
12.进一步改进在于：所述步骤二中，通过建立数字高程模型，使地表特征空间分布的数值成离散表现，使地形表面形态信息以数字表示。
13.进一步改进在于：所述步骤二中，所述高程为边界点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，数字高程模型以数字坐标形式表达地形特征的空间分布。
14.进一步改进在于：所述步骤三中，生成三角格网时保证三角形为锐角三角形，同时设置钝角阀值和锐角阀值，避免出现超出预设阀值的钝角和锐角。
15.进一步改进在于：所述步骤四中，若高程分量小于零，表示该格网为挖方，若高程分量大于零，表示该格网为填方。
16.一种矿产资源开挖土石方量计算系统，参数获取模块、模型建立模块、分界线绘制模块、挖方及填方判断模块和开挖土石方量计算模块，所述参数获取模块通过模型建立模块与分界线绘制模块连接，所述分界线绘制模块通过挖方及填方判断模块与开挖土石方量计算模块连接，所述参数获取模块将获取的施工场地基础参数发送至模型建立模块，所述模型建立模块利用计算机仿真和模拟技术建立与施工场地相似的数字化地面模型，所述分界线绘制模块根据施工前后地面点的测量坐标生成不规则三角格网来计算每个三角锥的填挖方量，所述挖方及填方判断模块判断三角格网挖方或填方，所述开挖土石方量计算模块对挖方的三角格网体积和填方的三角格网体积分别进行统计和累加，并得到计算范围内的总填方量和总挖方量。
17.进一步改进在于：所述参数获取模块包括用于判别施工场地土质类别的土质检测单元、用于判断施工场地土的干湿性的干湿度检测单元、用于确定施工场地挖土深度的深度检测单元和用于确定施工场地工作面宽度的看度检测单元。
18.本发明的有益效果为：本发明先获取施工场地基础参数并建立与施工场地匹配的数字化地面模型，使地表特征空间分布的数值呈离散表现，地形表面形态信息以数字表示，精细的场地模拟，使土石方量的计算精度得到保证，且不受边界采样间距大小的影响，可以适用于复杂地形，另外本发明计算过程简单明了，计算结果直观的把每个三角格网的填挖方量和分界线显示出来，便于用户了解格网各定点的填挖高度和控制施工高度，直接输出计算结果，成果输出比较方便，对施工方案的优化选择、工程施工机械的正确选择、精确的工程预算和成本控制均具有决定性意义，同时也为矿产资源的开采工作带来极大的帮助。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例一的方法流程示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.实施例一
24.参见图1，本实施例提供了一种矿产资源开挖土石方量计算方法，包括以下步骤：
25.步骤一：先判别施工场地的土质类别，再判断施工场地土的干湿性，接着判断施工场地挖土的类型，然后确定施工场地的挖土深度，最后确定施工场地的工作面宽度，得到施工场地的基础参数，施工场地土的干湿性以地下水位线判断，施工场地挖土的类型包括平整场地、挖沟槽、挖基坑和挖土方石，挖土深度指自然地坪到基底垫层底的深度；
26.步骤二：基于得到的施工场地基础参数，以高程为特征值，利用计算机仿真和模拟技术建立与施工场地匹配的数字化地面模型，即数字高程模型，根据数字高程模型进行施工场地地面点的坐标测量，通过建立数字高程模型，使地表特征空间分布的数值成离散表现，使地形表面形态信息以数字表示，高程为边界点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，数字高程模型以数字坐标形式表达地形特征的空间分布，精细的场地模拟，使土石方量的计算精度得到保证，且不受边界采样间距大小的影响；
27.步骤三：先根据施工前后地面点的测量坐标，将最相邻的三个离散点连接成三角形，生成不规则三角格网来计算每个三角锥的填挖方量，再累计每个三角锥的体积得到计算范围内填方和挖方的土方量，然后绘制出填挖方分界线进行区分，生成三角格网时保证三角形为锐角三角形，同时设置钝角阀值和锐角阀值，避免出现超出预设阀值的钝角和锐角，计算结果可以直观的把每个三角格网的填挖方量和分界线显示出来，便于用户了解格网各定点的填挖高度和控制施工高度；
28.步骤四：先依据绘制出的填挖方分界线，设施工前的数字化地面模型为dtm
前
，施工后的数字化地面模型为dtm
后
，接着在相同坐标原点和网度下，将同一计算范围的dtm
前
和dtm
后
叠加，得到差值
△
dtm，则差值
△
dtm的高程分量为施工后格网点高程与施工前格网点高程之差，再根据高程分量计算结果判断该三角格网为挖方或填方，若高程分量小于零，表示该格网为挖方，若高程分量大于零，表示该格网为填方；
29.步骤五：先计算该三角格网面积，用三角格网面积乘以高程分量，得到该三角格网的体积，再对挖方的三角格网体积和填方的三角格网体积分别进行统计和累加，得到计算
范围内的总填方量和总挖方量，其中总挖方量即为施工场地矿产资源开挖的土石方量。
30.实施例二
31.本实施例提供了一种矿产资源开挖土石方量计算系统，参数获取模块、模型建立模块、分界线绘制模块、挖方及填方判断模块和开挖土石方量计算模块，参数获取模块通过模型建立模块与分界线绘制模块连接，分界线绘制模块通过挖方及填方判断模块与开挖土石方量计算模块连接，参数获取模块将获取的施工场地基础参数发送至模型建立模块，模型建立模块利用计算机仿真和模拟技术建立与施工场地相似的数字化地面模型，分界线绘制模块根据施工前后地面点的测量坐标生成不规则三角格网来计算每个三角锥的填挖方量，挖方及填方判断模块判断三角格网挖方或填方，开挖土石方量计算模块对挖方的三角格网体积和填方的三角格网体积分别进行统计和累加，并得到计算范围内的总填方量和总挖方量。
32.参数获取模块包括用于判别施工场地土质类别的土质检测单元、用于判断施工场地土的干湿性的干湿度检测单元、用于确定施工场地挖土深度的深度检测单元和用于确定施工场地工作面宽度的看度检测单元。
33.该一种矿产资源开挖土石方量计算系统使用时，先利用参数获取模块确定施工场地基础参数，再利用模型建立模块建立与施工场地相似的数字化地面模型，接着利用分界线绘制模块根据施工前后地面点的测量坐标生成不规则三角格网来计算每个三角锥的填挖方量，然后利用挖方及填方判断模块判断三角格网挖方或填方，最后利用开挖土石方量计算模块对挖方的三角格网体积和填方的三角格网体积分别进行统计和累加，并得到计算范围内的总填方量和总挖方量，完成矿产资源开挖过程中的土石方量计算。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。