水电工程土石方工程量电算及平衡调配规划研究

【摘要】：土石方工程是水利水电工程的重要组成部分,随着施工机械、施工技术、科技水平的不断提高和发展,土石方工程施工规模日益增大,土石方工程量的快速计算及平衡调配规划在工程建设中所起的作用日趋重要。 本文借助数字高程模型对地形表面的精确数字描述和计算机强大的计算能力,对传统土石方计算的格网法进行改进,解决了土石方工程量计算中存在的问题,实现了土石方工程量计算地快速、高效、精确。该方法不仅适用于土石方量的计算,也适用于与此类似的工程体积、容量计算。文中详细讨论了数字高程模型中数据点获得、参考点的快速搜索、二次曲面的插值算法、粗差剔除等内容,并运用AutoCAD二次开发技术,实现了二维地形图的三维矢量化以及DEM数据的三维显示和编辑修改。 本文还对现有土石方调配规划方法中存在的问题进行了改进,深入考虑了调配中存在的约束条件和人为干预因素,完善土石方动态调配的优化模型,然后用线性规划的二阶段单纯形法进行求解,同时引入能较准确反映道路运输情况的运输机械模型。并以向家坝水电站工程土石方平衡调配规划作为研究背景,对取得的成果进行了具体实践。 取得的成果主要有: (1)详细论述了数字高程模型理论,通过对数字高程模型和土石方计算格网法特点的研究,探讨了数字高程模型在格网法中的应用,实现了基于DEM的大范围土石方量快速、精确计算,并通过渣场容量计算证明方法的实用性。 (2)基于ActiveX自动化界面技术,通过编程对AutoCAD进行二次开发,实现二维图形的矢量化、等高线数据的离散化以及数字高程模型结果的三维直观显示。 (3)探讨了土石方调配系统中料物匹配关系的各种影响因素,根据影响因素的不同对匹配关系划分等级,以满足不同工程的实际要求。 (4)对原有土石方调配道路模型进行改进,引入土石方运输机械,使模型能够更准确的反映道路运输情况,并编程统计道路运输强度、行车密度等技术经济指标,为施工组织设计提供科学依据。 【关键词】：土石方工程 数字高程模型 最小二乘法 土石方平衡调配 线性规划
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TV541
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 概述8-13
• 1.1 土石方工程量计算的现状8-10
• 1.2 土石方调配的发展10-11
• 1.3 选题的意义11-12
• 1.4 研究的内容12-13
• 第二章 数字高程模型13-32
• 2.1 数字地面模型(DTM)与数字高程模型(DEM)13-14
• 2.2 数字高程模型原始数据的采集14-15
• 2.2.1 摄影测量及遥感14-15
• 2.2.2 地形图15
• 2.2.3 野外实地采集15
• 2.3 数字高程模型表面建模和数据结构15-25
• 2.3.1 不规则三角网数字高程模型16-19
• 2.3.2 规则格网数字高程模型19-21
• 2.3.3 根据等高线数据生成三角网和格网网络21-23
• 2.3.4 不规则三角网与规则格网的比较23
• 2.3.5 数字高程模型的数据结构23-25
• 2.4 数字高程模型内插方法25-29
• 2.4.1 分块内插26-27
• 2.4.2 逐点内插27-29
• 2.5 数字高程模型在水利水电工程中的应用29-32
• 第三章 基于DEM的土石方工程量计算32-50
• 3.1 计算的基本步骤32-33
• 3.2 原始离散点数据的获取和网格划分33-36
• 3.2.1 用VB连接 AutoCAD34-35
• 3.2.2 图形三维矢量化及数据点导出35-36
• 3.3 参考点的搜索36-39
• 3.3.1 利用搜索圆实现对参考点的搜索36-37
• 3.3.2 利用搜索正方形实现对参考点的搜索37-38
• 3.3.3 利用先正方形后圆的搜索方式38-39
• 3.4 内插计算和粗差剔除39-42
• 3.4.1 内插计算39-40
• 3.4.2 选择权函数40-41
• 3.4.3 粗差检测和剔除41-42
• 3.5 土石方量的计算42-46
• 3.6 影响DEM精度的因素46-47
• 3.7 DEM的三维显示47-50
• 第四章 水电工程土石方调配平衡规划问题50-62
• 4.1 问题概述50-53
• 4.2 问题解决的基本数学模型53-58
• 4.2.1 土石方调配平衡系统53-56
• 4.2.2 土石方调配平衡系统建模56-58
• 4.3 模型求解与应用58-60
• 4.3.1 单纯形法59-60
• 4.3.2 二阶段单纯形法60
• 4.4 结果整理分析60-62
• 第五章 向家坝水电站土石方调配平衡规划62-82
• 5.1 工程概况62-64
• 5.1.1 主要土石方工程量62
• 5.1.2 场内交通布置条件62-64
• 5.2 工程挖填方量分析64-67
• 5.2.1 工程开挖特性分析64-65
• 5.2.2 工程开挖量分析65-67
• 5.2.3 工程填筑量分析67
• 5.3 弃渣场地规划67-68
• 5.4 出渣道路规划68-70
• 5.4.1 临时出渣道路布置68-69
• 5.4.2 路段划分69-70
• 5.5 挖填进度安排70-72
• 5.6 调配计算结果72-82
• 5.6.1 土石方调配成果72-74
• 5.6.2 道路运行情况74-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87

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