垃圾填埋场:用无人机测量剩余库容、填埋速度与压实度
垃圾填埋场卖的是容积。批复决定了最终形态,而填进去的一切——垃圾、日覆盖土、每个填埋单元中修筑的材料——都会消耗当前地表与这一形态之间的一部分空间。无人机测量比过去的地面测量更频繁、更细致地量测这一空间,但前提是每次都以相同方式处理曲面、边界和高程基准。本指南说明这些数字是如何得出的。
每次填埋场测量要回答的三个数字
剩余库容:在批准范围内,当前地表与批准的最终封场面之间的体积。本期已用库容:上一期测量与本期测量之间的体积。以及有效密度:本期接收的吨数除以同期消耗的库容,常称为库容利用系数。
第一个数字是场地的剩余寿命;第二个是本期消耗;第三个告诉运营方压实和覆盖作业是否充分利用了空间。
需要的曲面
每次计算都由三个曲面支撑:批准的最终设计——通常以 LandXML 格式的 TIN 或 DEM 交付;本期测量;以及上一期测量。第四个曲面,即填埋单元底部或防渗层表面,用于计算单元启用以来消耗的总库容。
所有曲面都必须使用同一平面坐标系和同一高程基准。用正高表示的设计与用椭球高表示的无人机 DEM 相比较,会在整个场地上差出当地的大地水准面差距——许多地方可达数十米。
对照设计计算剩余库容
把批准的设计作为曲面加载,并在批准边界内计算它与当前地形之间的挖填方。地面低于设计的地方,差值就是仍可使用的库容。地面高于设计的地方,场地在该处超出了批准标高——这是一个合规问题,最好在测量中发现,而不是在检查时才发现。
在 STREAM 中,LandXML 曲面作为 TIN 打开,“按模型计算方量”在后台计算 TIN 与地形之间的挖填方,不修改 DEM。以栅格形式交付的设计可以作为第二个地形情景加载,并用作参考。
两期测量之间消耗的库容
在作业区内把本期测量与上一期进行比较。净变化就是本期消耗的库容——但只有大于两期测量合成噪声的变化才应计入。使用检测阈值的变化检测会滤除低于该阈值的差异,并给出带不确定度范围的净体积;配准则在相减之前消除两期测量之间的系统性高程偏移。
压实与库容利用系数
用本期地磅吨数除以同期消耗的库容。数值上升表示每吨占用的空间更少;数值下降则指向压实、覆盖作业或测量本身的问题。
有两点需要注意。体积包含填入的一切——垃圾、日覆盖土和建筑材料——而老垃圾的沉降也会降低地表,测量会把它记为重新获得的库容。请让测量日期与吨数统计期对齐,否则这个比值比较的是两个不同的月份。
| 问题 | 比较的曲面 | 结果 |
|---|---|---|
| 还剩多少库容? | 本期测量与批准的最终设计 | 批准边界内低于设计的体积 |
| 哪里超出了批准标高? | 本期测量与批准的最终设计 | 高于设计的区域和体积 |
| 用掉了多少库容? | 上一期测量与本期测量 | 超过检测阈值的净变化 |
| 压实做得如何? | 已用库容与地磅吨数 | 每立方米库容的吨数 |
| 哪里会积水? | 本期测量 | 带蓄水量和溢流标高的封闭洼地 |
场地上的边坡与积水
同一次测量也能回答运营问题。坡度分析对照设计坡比检查侧坡。“积水”分析找出雨水会在覆盖层或作业面上停留的封闭洼地,并报告其蓄水量和溢流标高;在“流域”模式下点击即可显示汇入任意一点的集水区。两者都在实测曲面上运行,因此描述的是场地的现状,而不是设计时的样子。
填埋场测量的良好做法
无人机曲面包含站在其上的一切:压实机、卡车、防飞散网。在作业面空闲时飞行,或在量测前从 DEM 中去除这些地物。两期测量之间保持像控点和高程基准一致,并且每次都量测同一边界——在两个不同边界上得到的体积差,量的是边界,而不是垃圾。
常见问题
垃圾填埋场的库容如何计算?
剩余库容是批准边界内当前地表与批准最终封场面之间的体积。某一时期的已用库容是同一区域两期测量之间的体积,只计入超过两期测量合成噪声的变化。
什么是库容利用系数?
某一时期接收的吨数除以同期消耗的库容——一种有效密度,反映压实和覆盖作业对批准空间的利用程度。
无人机能准确测量填埋场方量吗?
能,前提是每期测量都使用一致的像控点、相同的高程基准和相同的边界,并让机械远离地表或将其从地表中去除。小于合成测量噪声的变化应通过检测阈值滤除。
STREAM 能把填埋场与其批准的设计进行比较吗?
能。LandXML 设计曲面作为 TIN 打开,“按模型计算方量”在不修改 DEM 的情况下计算它与实测地形之间的挖填方;设计栅格也可以作为参考情景使用。
日覆盖土算作已用库容吗?
算。覆盖土与填入单元的垃圾和建筑材料一样占用批准的容积,因此属于测量计为已用的库容的一部分。
参考来源
在 STREAM 中计算两期测量之间的方量
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