技术摘要：
本发明的一种基于点云测量技术的工程土方计量方法，采用微积分思想，在操作快速方便的基础上，显著提高了计算精度和计算效率，具有较强的鲁棒性，适用于各类常见土方工程场景，其计算精度取决于输入的三维地形数据本身的质量，该方法可实现高度自动化，只需输入设计数  全部
背景技术：
在土木工程领域，土方计量作为施工和结算的重要依据，贯穿全施工周期。经典的 土方量计算方法包括断面法、方格网法和不规则三角网格法。 断面法常用于道路、河堤等狭长区域的土方计算。依据工程设计资料选取若干典 型工程断面，并假定相邻断面之间均匀变化。该方法本质上是一种简化模型，仅适用于简单 施工情形。当地形较复杂时，计算结果与实际土方量之间存在较大误差。 方格网法常用于地形起伏较小、坡度变化平缓的场地的土方计算。将场地划分为 若干正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土 方量。该方法划分的正方形格网覆盖区域面积较大，因而对场地地形要求严苛。同时，该方 法对异形区域几何边界处的计算处理十分繁琐。 不规则三角网格(TIN)是数字地面模型(DTM)的表现形式之一。该方法利用实测地 形特征点构建三角形格网，对计算区域按三棱柱法计算土方。该方法计算的精度和效率取 决于不规则三角形网格的网格剖分质量，对工程技术人员要求较高。 另一方面，土方工程测量常采用水准仪、全站仪以及GPS-RTK测量等常规技术。随 着计算机算力的提升和智能算法的发展，近年来多波束测量、激光扫描测量、无人机摄影测 量等新兴技术也越来越多的被应用于土木工程领域。有别于常规技术，这类新兴技术基于 点云测量数据集。而传统土方计量方法在设计之初并未考虑到点云数据集的输入，不能有 效地、充分地对输入数据加以利用，不利于实际生产施工。
技术实现要素：
本发明提供一种基于点云测量技术的工程土方计量方法，以解决现有土方计量方 法误差大、鲁棒性差、需大量人工干预的技术问题。 根据本发明的一个方面，提供一种基于点云测量技术的工程土方计量方法，包括 以下步骤： S1，基于目标三维地形曲面数据、初始三维地形曲面数据和阶段三维地形曲面数 据，通过三维曲面插值法，以获取目标地形曲面的构造点云、初始三维地形曲面的构造点云 和阶段三维地形曲面的构造点云； S2，分别对所述构造点云的水平投影，采用三角形格网微分或泰森多边形格网微 分处理，以获取得到投影点阵构造格网； S3，计算格网柱柱体微元体积差值，以判断是挖方或是填方； S4，将格网划分形成的棱柱体微元作差后的体积值，按正负值分别累加求和，以获 取工程土方量。 4 CN 111595403 A 说　明　书 2/5 页 在上述方案基础上优选，所述步骤S2详细步骤为： S21，分别对目标地形曲面的构造点云、初始三维地形曲面的构造点云和阶段三维 地形曲面的构造点云投影，以获取目标地形曲面的构造点云在水平面投影点阵、初始三维 地形曲面的构造点云在水平面投影点阵和阶段三维地形曲面的构造点云在水平面投影点 阵； S22，采用三角形格网微分或泰森多边形格网微分处理，以获取得到投影点阵构造 格网。 在上述方案基础上优选，S22中采用三角形格网微分微分处理的具体方法是，以目 标地形曲面的构造点云在水平面投影点阵中最小三元点阵为顶点构建三角形网格，依次连 接点阵中所有的点形成目标地形曲面的投影点阵构造格网；以初始三维地形曲面的构造点 云在水平面投影点阵中最小三元点阵为顶点构建三角形网格，依次连接点阵中所有的点形 成初始三维地形曲面的投影点阵构造格网；以阶段三维地形曲面的构造点云在水平面投影 点阵中最小三元点阵为顶点构建三角形网格，依次连接点阵中所有的点形成阶段三维地形 曲面的投影点阵构造格网。 在上述方案基础上优选，S22中采用泰森多边形格网微分处理的具体方法是，以目 标地形曲面的构造点云在水平面投影点阵为输入数据，采用Voronoi函数对计算区域投影 平面进行剖分，形成目标地形曲面的投影点阵构造格网；以初始三维地形曲面的构造点云 在水平面投影点阵为输入数据，采用Voronoi函数对计算区域投影平面进行剖分，形成初始 三维地形曲面的投影点阵构造格网；以阶段三维地形曲面的构造点云在水平面投影点阵中 最小三元点阵为顶点构建三角形网格，依次连接点阵中所有的点形成阶段三维地形曲面的 投影点阵构造格网。 在上述方案基础上优选，所述步骤S3具体步骤为： 将初始三维地形曲面的投影点阵构造格网微元减去阶段三维地形曲面的投影点 阵构造格网微元，当差值大于零时，为挖方；当差值小于零时，为填方。 在上述方案基础上优选，所述步骤S3具体步骤为： 将阶段三维地形曲面的投影点阵构造格网微元减去目标地形曲面的投影点阵构 造格网，当值大于容许欠挖值时，为挖方；当值大于容许超挖值时，为填方。 在上述方案基础上优选，所述目标三维地形曲面数据，是依据设计资料，基于BIM 技术构建工程项目的设计数字三维曲面模型，采用编程手段将曲面控制线上的控制点提取 出来，形成点云数据。 在上述方案基础上优选，所述初始三维地形曲面数据是在进场施工前，采用点云 测量技术，进行地形表面数据采集工作，对数据进行校准、修正后，形成初始地形点云数据。 在上述方案基础上优选，所述阶段三维地形曲面数据是在施工周期内，需要进行 阶段性测量时，采用点云测量技术，进行地形表面数据采集工作，对数据进行校准、修正后， 形成阶段地形点云数据。 本发明的一种基于点云测量技术的工程土方计量方法，采用微积分思想，在操作 快速方便的基础上，显著提高了计算精度和计算效率，具有较强的鲁棒性，适用于各类常见 土方工程场景，其计算精度取决于输入的三维地形数据本身的质量，该方法可实现高度自 动化，只需输入设计数字三维曲面、水下测量数据和投影点阵排布参数，显著减少了人工操 5 CN 111595403 A 说　明　书 3/5 页 作，特别的，该方法涉及点云处理，可与激光扫描技术、无人机摄影技术等新技术兼容耦合， 具备良好扩展性。 附图说明 图1为本发明基于点云测量技术的工程土方计量方法流程示意图； 图2a为本发明实施例一中未加工的点云示意图； 图2b为本发明实施例一中未加工的点云示意图； 图3a为本发明实施例一中构造点云示意图； 图3b为本发明实施例一中未加工的点云示意图； 图4a为本发明实施例一中三角形格网示意图 图4b为本发明实施例一中三角形格网示意图 图4c为本发明实施例一中三角形格网示意图； 图5为本发明实施例一中三角形格网下棱柱体挖填方体积计算示意图； 图6a为本发明实施例一中泰森多边形格网示意图； 图6b为本发明实施例一中泰森多边形格网示意图； 图6c为本发明实施例一中泰森多边形格网示意图； 图7为本发明实施例一中泰森多边形格网下棱柱体超欠挖高度及体积计算示意 图； 图8a为本发明实施例二中未加工的点云示意图； 图8b为本发明实施例二中未加工的点云示意图； 图9a为本发明实施例二中构造点云示意图 图9b为本发明实施例二中构造点云示意图； 图10为本发明实施例二中三角形格网示意图； 图11为本发明实施例二中泰森多边形格网示意图。