地形图的测绘与应用

, , , , , , ,*,工程测量,西藏大学工学院,2008,年,5,月,第,十,章 地形图的测绘和应用,第一节,测图前的准备工作,第二节,视距测量,第四节,地形图的应用,第三节 全站仪数字化测图,本章要求,教学目的,：,理解测图前的准备工作，掌握视,距测量原理及精度，掌握经纬仪,测绘法测绘地形图，掌握等高线,的勾绘方法，了解地形测绘的其,它方法，了解地形图的检查、整,饰及阅读方法，理解地形图的应用。,教学重点,：,视距测量原理，经纬仪法测绘地形,图，等高线的勾绘方法。,教学难点,：,等高线的勾绘方法。,第一节,测图前的准备工作,一、资料的收集和准备,收集测区平面高程控制点及既有地形图的资料，并进行实地核实。收集有关的测量规范细则，以及图式符号等，仪器工具的准备和检校。,地形图测绘,:,以测量控制点为依据，按以一定的步骤和方法将地物和地貌测定在图之上，并用规定的比例尺和符号绘制成图。,二、图纸准备,按规定图幅的需要准备图纸，目前普遍采用,聚酯薄膜,代替绘图纸。聚酯薄膜具有透明度好、伸缩性小、不怕潮湿、牢固耐用等特点，表面不清洁，可用水洗涤，方便和简化成图工序。但聚酯薄膜易燃，折和老化，故在使用保管过程中应注意防火防折。一般将图纸固定在图板上进行测绘。,三、绘制坐标格网,绘制直角坐标格网：用坐标仪、坐标格网尺、计算机等在图纸上绘制的,10cm10cm,的方格网。,对角线法绘制格网,:,先用直尺在图纸上绘出两条对角线，从交点,o,为圆心沿对角线量取等长线段，得,a、b、c、d,点，用直线顺序连接4点，得矩形,abcd。,再从,a、d,两点起各沿,ab、dc,方向每隔10,cm,定一点；,方格网的大小：,50,50,、,50,40,、,40cm,40cm,方格的大小：,10cm,10cm,o,a,b,c,d,从,d、c,两点起各沿,da、cb,方向每隔10,cm,定一点，连接矩形对边上的相应点，即得坐标格网。,格网的检查,要求：格网交点应在一条直线上，偏离不应大于,0.2mm,。每格长度误差也不应超过,0.2mm,。,例：展绘控制点,A(647.43, 634.52,4.50),；,B(913.46,748.63,6.45,）,1,、确定格网线的坐标、注记。,2,、确定控制点所在的方格，按比例尺展出。,3,、检查,：,在图上量取相邻控制点间的距离。其与理论值之差,图上,0.3mm,。,1:1000,0.5,0.5,1000,900,800,700,600,500,500 600 700 800 900 1000,A,4.50,6.45,B,四、展绘控制点,第二节,视距测量,在测绘地形图时，普遍采用,视距测量,方法。,视距测量,：,利用测量仪器望远镜中的视距丝并配合视距尺，根据几何光学及三角学原理，同时测定两点间的水平距离和高差的一种方法。,特点,：,此法操作简单，速度快，不受地形起伏的限制，但测距精度较低，一般可达,1/200,，故常用于地形测图。,一、视距测量原理,1,、视线水平时,K,取,100,，,n ,上、下丝读数之差，,i,仪器高，,v,中丝读数。,2,视线倾斜时,n,为水准尺与视线,垂直时的尺间隔,视距公式：,高差公式：,1,、工具：经纬仪、图板、塔尺、小钢尺、量角器、三棱尺、计算器、铅笔、橡皮等。,2,、人员：观测员、记录计算员、绘图员各,1,人、立尺员,2,人。,3,、步骤：,（,1,）安仪：在控制点,A,安置经纬仪，量取仪器高。,（,2,）定向：后视,(,盘左瞄准,),控制点,B,，度盘置零。,二、视距测量,（,3,）,立尺：,立尺员把塔尺立到地形、地貌特征点上。,东 大 道,混,5,5.40,5.35,1,） “地物”取“轮廓转折点”,2,）地貌,取“地性线上坡度或方向变化点”,（,4,）观测：瞄准点,1,的塔尺，分别读取上、下丝之差、中丝读数、竖盘读数,L,、水平角,。,（,5,）,记录、计算：,记录上述观测值，按视距测量公式计算出点,1,的水平距离,D,和高程,H,。,（,6,）展碎部点：,在图纸上，按,、,D,，定出点,1,的位置。,（,7,）,绘制地形图（地物和等高线）,等高线的绘制方法：,）首先描绘出地性线（山脊线、山谷线）,）再在相邻碎部点之间内插出等高线,等高线的绘制方法,视距测量具体操作,1,a,4,、注意事项,（,1,）每观测,2030,个碎部点，应检查起始方向,归零,差应,4,，否则，应重新定向，并检查已测碎部点。,（,2,）立尺人员应将视距尺,竖直,，综合取舍碎部点，,地形复杂时,绘制草图,。,（,3,）绘图人员注意图面正确、整洁、注记清晰,并做到,随测点及时展绘、检查,。,（,4,）当该站工作结束时，应,检查有无漏测,、测,错，并将图面上的地物、地性线、等高线,与实地对照，发现问题,及时纠正,。,5,、地形图的检查、拼接与整饰,（,1,）检查,图面检查、野外巡视和设站检查,（,2,）拼接,一般规定每幅图的图边应测出图幅外,1cm,。若偏差小于容许值，可以平均分配到两幅图中。,（,3,）整饰,：,擦掉不必要的点、线、高程等。使图面整洁、规范。,第三节 全站仪数字化测图,常规的白纸测图，其实质是,图解法测图,，在测图过程中，将测得的观测值,数字值按图解法转化为静态的线划地形图。全站仪数字化测图的实质是,解析法测图,，将地形图形信息通过全站仪转化为数字，输入计算机，以数字形式存贮在存储器（数据库）中形成数字地形图。,全站仪能同时测定距离、角度、高差，提供待测点三维坐标，将仪器野外采集的数据，结合计算机、绘图仪，以及相应软件，实现自动化测图。,一、 全站仪测图模式,全站仪地形测图三种模式,1,）全站仪结合电子平板模式,以便携式电脑作为电子平板，通过通讯线直接与全站仪通讯、记录数据，实时成图。,具有图形直观、准确性强、操作简单等优点，即使在地形复杂地区，也可现场测绘成图，避免野外绘制草图。,这种模式的开发与研究相对比较完善，由于便携式电脑性能和测绘人员综合素质不断提高，因此它符合今后的发展趋势。,全站仪数字化测图的三种主要模式：,2,）直接利用全站仪内存模式,使用全站仪内存或自带记忆卡，把野外测得的数据，通过一定的编码方式，直接记录，同时，野外现场绘制复杂地形草图，供室内成图时参考对照。,操作过程简单，无需附带其他电子设备；对野外观测数据直接存储，纠错能力强，可进行内业纠错处理。,随着全站仪存储能力的不断增强，此方法进行小面积地形测量时，具有一定的灵活性。,3,）全站仪加电子手薄或高性能掌上电脑模式,通过通讯线将全站仪与电子手薄或掌上电脑相联，把测量数据记录在电子手薄或便携式电脑上，同时可以进行一些简单的属性操作，并绘制现场草图。内业时把数据传输到计算机中，进行成图处理。,它携带方便，掌上电脑采用图形界面交互系统，可以对测量数据进行简单的编辑，减少外业工作量。,二、全站仪数字化测图的作业过程,基本硬件,：,全站仪；电子记录手薄；微型计算机；便携式计算机；打印机；绘图仪,。,作业过程主要分为：,准备工作、数据获取、数据输入、数据处理、数据输出,五个阶段。,1,）准备工作阶段,：包括资料准备、控制测量、测图准备等，与传统地形测图类似。下面以全站仪加电子手薄测图模式为例，介绍全站仪数字化测图过程。,2,）野外碎部点采集,：用全站仪进行碎部点数据采集，用电子手薄记录三维坐标（,x,，,y,，,H,）及其绘图信息。既要记录测站参数、距离、水平角和竖直角的碎部点位置信息，还要记录编码、点号、连接点和连接线型四种信息，在采集碎部点时要及时绘制观测草图。,3,）数据传输,：用数据通讯线连接电子手薄和计算机，把野外观测数据传输到计算机中，每次观测的数据要及时传输，避免数据丢失。,4,）数据处理,：数据处理包括数据转换和数据计算。数据处理是对野外采集的数据进行预处理，检查可能出现的各种错误；把野外采集到的数据编码，使测量数据转化成绘图系统所需的编码格式。数据计算是针对地貌关系的，当测量数据输入计算机后，生成平面图形、建立图形文件、绘制等高线。,5,）图形处理与成图输出,：编辑、整理经数据处理后所生成的图形数据文件，对照外业草图，修改整饰新生成的地形图，补测重测存在漏测或测错的地方。然后加注高程、注记等，进行图幅整饰，最后成图输出。,全站仪数字化测图主要过程可简化为,野外数据采集（包括数据编码）、计算机处理、成果输出,三个阶段。,软件系统功能为：,数据的图形处理；交互方式下的图形编辑；等高线自动生成；地形图绘制等。,全站仪,软件系统,电子手薄,计算机,绘图仪,打印机,数据库系统,全站仪数字化测图的流程示意图,三、全站仪数字化测图的特点,自动化程度高，数据成果易于存取，便于管理,精度高,无缝接图,便于使用,数字测图的立尺位置选择更为重要,第四节,地形图的应用,地形图是国家各个部门、各项工程建设中必需的基础资料，在地形图上可以获取多种、大量的所需信息。,可读性：,全面客观反映 地面情况：地貌、地物、,居民地、水系、交通、通讯、管线、 农,林等多方面信息，作为设计依据。,可量性：,提供地面基本数据：点、线、角、,高程、方向、面积、坡度等。,多用性：,可编绘一系列专题图。,地形图的主要用途,1,、地质勘探,2,、矿山开采,3,、城市用地分析,4,、城市规划,5,、工程建设,主要用途,(,一,),图廓外注记识读,1,、图号、图名和邻接图表 ；,2,、比例尺、图幅范围、坐标系统、,高程系统；,3,、测图年月和测图单位 ；,4,、图的新旧。,一般原则,:,先图外后图内 、先地物后地貌、,先注记后符号、先主要后次要。,读图方法,(,二,),地物识读,1,、测量控制点,2,、居民地,3,、工矿企业建筑,4,、独立地物,5,、道路、管线和垣栅,6,、水系及其附属设施,7,、植被的分布、类别、面积等,8,、境界等,主要根据地形图图式进行判读。,(,三,),地貌识读,主要根据地形图上的等高线进行判读。,主要包括：,地面坡度的变化、地势起伏的,大体趋势、是否有山头、鞍部、,山脊、山谷及其大致走向等。,如右图，欲求,P,点的直角坐标，可以通过从,P,点作平行 于直角坐标格网的直线，交格网线于,e,、,f,、,g,、,h,点。用比例尺（或直尺）量出,ae,和,ag,两段距离，则,P,点的坐标为：,X,p,=,X,a + a,e,=,211,00,27,=,21127,7 m,Y,p,=,Y,a +,a,g,=,32,100,29,=,32129,m,一、确定图上点位的坐标,1:1000,1100 1200 1300 1400 1500,1000,A,B,p,n,m,q,(X,0,Y,0,),400,500,600,700,800,o,如图：,求,A,点坐标,式中：,X,0,Y,0,该点,所在方格,西南角,坐标；,M,比例尺分母,1,、图解法（直接量测）,二、确定两点间的水平距离,2,、量测坐标计算（解析法）,例：图上量得,d,ab,=169.7mm,则,AB,的,实地距离：,例：图上量得,则算得,1100 1200 1300 1400 1500,1000,A,B,p,n,m,q,(X,0,Y,0,),400,500,600,700,800,o,1:1000,三、确定直线的坐标方位角,1,、直接量测（,量角器，精度低,）,2,、量测坐标计算（反算公式）,例：图上量得,例：图上量得,则算得,1100 1200 1300 1400 1500,1000,A,B,p,n,m,q,(X,0,Y,0,),400,500,600,700,800,o,1:1000,1,、等高线上点的高程，等于等高线的高程，如,p,点的高程为,20,米。,2,、,不在等高线上点的高程，用目估或内插方法求得。,内插方法：,先过,q,点作垂直于相邻两等高 线的线段,mn,，再依高差和平距成比例的关系求解。,四、确定图上点的高程,式中,50,m,n,F,等高距,例如，上图中等高线的基本等高距为,1,米，则,q,点高程为：,如右图所示，欲求,p,、,q,两点之间的地面坡度，可先求出两点高程，然后求出高差，以及两点水平距离，再计算,p,、,q,两点之间的地面坡度：,i,= h/d,1,、如果地面点恰好位于某一等高线上，则根据等高线,图中等高线的基本等高距为,1,米，则,q,点高程为：,五、确定图上地面坡度,如地形图的比例尺为,12000,，等高距为,2m,。设需在该地形图上选出一条由车站,A,至某工地,B,的最短线路，并在该线路任何处坡度都不超,4%,。步骤如下：,1,、截取平距 按下式计算相邻等高线间的最小平距（图上距离）：,图中等高线的基本等高距为,1,米，则,q,点高程为：,2,、将分规脚尖距离设置为,25mm,，把一脚尖立在以点,A,为圆心上作弧，交另一等高线得,1,点，再以,1,点为圆心，另一脚尖交相邻等高线得,2,点。如此继续直到,B,点。这样，由,A,、,1,、,2,、,3,至,B,连接的,AB,线路，就是所选定的坡度不超过,4%,的最短线路。,六、在图上设计规定坡度的线路,如下图所示，要求在等高距为,5m,、比例尺为,15000,的地形图上，沿,AB,方向绘制地形断面图：在地形图上绘出断面线,AB,，依次交于等高线,1,、,2,、,3,、,点。,如下图所示，在另一张白纸（或毫米方格纸）上绘出水平线,AB,，并作若干平行于,AB,等间隔的平行线，间隔大小依竖向比例尺而定，再 注记出相应的高程值。把交点,1,、,2,、,3,、,等转绘到水平线,AB,上，并通过各点作,AB,垂线，各垂线与相应高程的水平线 交点即断面点。用平滑曲线连各断面点，则得到沿,AB,方向的断面图。,通过绘制断面图，可以判断图上任两点间是否通视。例如上图中,A,、,B,两点通视。,七、沿图上已知方向绘制断面图,1,3,4,B,5,6,7,8,9,10,11,12,A,B,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2,26,28,30,32,34,A,H,D,30,27,28,29,31,32,按一定方向绘制纵断面图,汇水面积是由,山脊线 （即分水线）所构成的区域,。如下图所示，某公路经过山谷地区，欲在,m,处建造涵洞，,cn,和,em,为山谷线，注入该山谷的雨水是 由山脊线,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,f,、,g,及公路所围成的区域。根据等 高线的特性可知，山脊线处处与等高线相垂直，且经过一系 列的山头和鞍部，它可以在地形图上直接确定。汇水区域的面积可通过面积量测方法求得。,八、确定汇水面积,九、平整场地的土方量计算,（一）方格网法平整成水平面时的步骤：,1,打方格。,按精度要求和地形的不同，一般取,1010m,、,2020m,、,5050m,。,2,根据等高线确定各方格顶点的高程,（用内插法）,3,计算设计高程,（,1,）,设计高程由设计单位定出，则无需计算。,（,2,）填挖方基本平衡时的设计高程,把每一个方格四个顶点的高程相加，除以,4,，得每一个方格的平均高程；再把,n,个方格的平均高程加起来，除以方格数,n,，得设计高程。,即有：,4,、计算每一个桩的填挖高度,有：,h=H,地,-H,设,h,正数为挖，负数为填。,5,、计算填、挖方量,（,1,）方法一（用公式,:V=S,h,）,1,）根据方格顶点的正负，内插出填挖界线。,2),计算那些顶点均为正的各个方格的挖方量。,V=S,h,平均挖,3,）计算那些顶点均为负的各个方格的填方量。,V=S,h,平均填,4,）对于有正有负的方格，则按各自所占面积分开计算挖方和填方。,5,）将挖方和填方分别相加，得总挖方和总填方。,66.88,66.35,65.65,65.14,64.75,65.28,65.92,64.11,64.37,64.63,64.33,65.37,64.89,64.64,64.24,63.88,63.81,+2.04,+1.51,+0.62,+1.25,+0.81,+0.33,+0.30,-0.09,+1.08,+0.44,-0.21,-0.51,+0.53,+0.05,-0.47,-0.73,-0.20,-0.60,-0.96,-1.03,填挖零线,高程,:64.84,（,2,）方法二,（,*,）,角点：,V=h,A/4,边点：,V=h,2A/4,拐点：,V=h,3A/4,中点：,V=h,4A/4,A,为一方格的面积。,再将填方和挖方分开求和,V,，得总填方和总挖方。,66.88,66.69,65.46,65.17,66.35,65.65,65.14,64.75,63.83,64.13,65.28,65.92,64.36,64.11,64.37,64.63,64.33,65.37,64.89,64.64,64.24,63.88,63.81,63.58,+2.04,+1.51,+0.62,+1.25,+0.81,+0.33,+0.30,-0.09,-0.48,+1.08,+0.44,-0.21,-0.51,-0.71,+0.53,+0.05,-0.47,-0.73,-1.01,-0.20,-0.60,-0.96,-1.26,-1.03,填挖零线,高程,:64.84,（二）断面法计算土方量,断面一：,K5+080,设计线,地面线,挖面积,S1,填面积,S1,断面二：,K5+090,设计线,地面线,挖面积,S2,填面积,S2,设断面一的挖方面积为,S1,，填方面积为,S1,断面二的挖方面积为,S2,，填方面积为,S2,断面一和断面二之间,的距离为,D,，则：,挖方,V=D,（,S1+S2,）,/2,填方,V=D,（,S1+S2,）,/2,概括起来，土地面积量算方法有两种，即,解析法,与,图解法,。,1,、解析法,解析法：根据实测的数值计算面积的方法，包括几何图形法和坐标法。,几何图形法,：,是根据实地测量有关的边、角元素进行面积计算的方法。,坐标法,：,测出一个不规则的几何地块边界转折点的坐标值，然后引用坐标法面积计算的公式，计算出地块的面积的方法。,十、在图上求算面积,2,、图解法,图解法：是指从图上直接量算面积的方法，包括几何要素与坐标量算法、膜片法、求积仪法、沙维奇法、光电求积仪以及电算法。,特点：直接在图上量算，一般可以很快地得到图形的面积，没有复杂的计算；但由于各自使用的量测仪器工具与技术手段的不同，各种方法的精度是不一致的，有的精度比较高且有发展前途；有的虽然简单，但有一定的实用价值，就精度而言均不如解析法。,从方法来看，解析法精度高于图解法的精度；电算法精度高于沙维奇法精度；沙维奇法精度又高于求积仪法精度；求积仪法精度高于膜片法精度。不过太小的面积不适于求积仪法，而采用膜片法比较有效，所以面积大小也影响方法的精度。,一般要从实际出发，由面积的大小、精度的要求以及设备条件来决定具体方法。,几何图形法,把图形分解成简单的几何形状，计算所有简单几何图形面积之和。,2,3,A1,A2,A3,1,4,5,A=A1+A2+A3,常用几何图形：,三角形 长方形,梯 形 正方形,扇 形 圆 形,坐标法,化成一般形式：,膜片法,格网法,格点法,P,=,(N-1+L/2)D,用绘有单元方格的透明纸蒙在待测图形上，统计在待测图形轮廓线内的单元方格个数来量测面积。,边长为,1mm,的小方格，如图,a),，每个方格的面积为,1,平方毫米。,先数出完整的方格数,n,1,，再数出图形边缘不完整的方格数,n,2,。按下式计算整个图形面积：,式中，,M,为地形图比例尺分母。,透明方格法,透明方格纸法测算面积,透明方格网法的缺点是数方格困难，为此，可以使用上,图,b),透明平行线法。,被测图形被平行线分割成若干个等高的长条，每个长条的面积可以按照梯形公式计算。,例如，图中绘有斜线的面积，其中间位置的虚线为上底加下底的平均值,d,i,，可以直接量出，而每个梯形的高均为,h,，则其面积为：,透明平行线法,沙维奇法,求积仪有以下特点：,自动读数,自动计算面积,换算面积单位,动极式可以扩大,求积的范围,跟踪放大镜比,描迹针使用方便,求积仪法,动极轴,动极,放大镜,功能键 显示窗,跟踪臂,使用方法,：,1,、固定欲测面积的地形图，并将以其放在图形轮 廓的中间偏左处，动极轴与跟踪臂大致垂直，放大镜大致放在图形中央。,2,、在图形轮廓线上标记起点。,3,、打开电源，手握描迹放大镜，使放大镜中心对准起点，按下“,STAR,”,键后沿图形轮廓线,顺时针方向,移动。,4,、准确跟踪一周后回到起点，再按“,OVER,”,键。此时,显示器上显示的数值即为所测量的面积。,注意：,开始测量前，应选择单位：,m,2,或,km,2,。,将比例尺分母输入计算器。,视准轴水平时的,视距,公式为,：,测站点到立尺点的,高差,为,：,i,仪器高，是桩顶到仪器水,平轴的高度；,v,中丝在标尺上的读数。,h,2,固定值,（,约,3423,）,l,2,l,1,1,2,A,D,1,D,2,i,h,1,a,2,b,2,a,1,v,2,v,1,b,2,视线水平,时的距离和高差公式,本 章 小 结,一、视距测量公式,倾斜距离,L,为,：,视线倾斜,时的距离和高差公式,高差,h,为,：,水平距离,D,为,：,本 章 小 结,本 章 小 结,在测站安置经纬仪，量取仪器高,i,，在测点竖立视距尺；,盘左位置，照准视距尺，读取视距间隔,n,；,转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数；,根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。,二、,经纬仪测地形图,1,在图上确定某点坐标。,2,在图上确定直线的长度和坐标方位角。,3,在图上确定点的高程。,4,根据地形图按指定坡度选定线路。,三、大比例尺地形图测绘,1,准备工作：资料和仪器准备；图纸准备；绘制坐标格网；展绘测图控制点。,2,地形图测绘方法：经纬仪测绘法；全站仪数字化测图,四、地形图应用,教材,P194-195:,1.,3.,4.,5.,6.,7.,9.,本 章 习 题,