工程测量技术-大比例尺地形图测绘.ppt

大比例尺地形图测绘,6.1 地形图的比例尺 6.2 地形图的分幅与编号 6.3 地形图上的符号 6.4 测图前的准备工作 6.5 地形图的施测方法 6.6 地形图的绘制 6.7 数字化测图概述 6.8 数字化测图实施,6.1. 地形图的基本知识 6.1.1地形图的比例尺,分子为1，分母为整数的分数。书写形式：1:500、1:2000、1:10000、1:1000000等,2.图示比例尺 图解距离，可抵消图纸伸缩变形的影响。,1.数字比例尺,比例尺：图上长度与相应实际长度之比。,1:2000,3.地形图按比例尺分类,大比例尺： 1:500 1:1000 1:2000 1:5000 城建、工程使用，采用外业实测或航测。 中比例尺： 1:1万 1:2.5万 1:5万 使用航测测绘的国家基本图。 小比例尺： 1:10万 1:25万(1:20万) 1:50万 1:100万 由大中比例尺图编绘。,定义：图上0.1mm所表示的实地水平距离。,用途:（1）选择成图比例尺的一种依据； （2）概略地确定所需量距的精度。,4.比例尺精度,从上表可看出：比例尺越大，其比例尺精度越高。,例如要求在图上能反映地面上0.2m的精度，则，因此，选用测图的比例尺不得小于1：2000。,5.地形图比例尺的选用,2.地形图分幅两大类： （1）按经纬度分幅，图幅呈梯形， 用于中小比例尺图分幅。例如 1:10万每幅图为经差30、纬差20 ，呈梯形状。 （2）按坐标格网分幅，图幅呈矩形或正方形，用于大比例尺图分幅。,1.目的：便于测绘、管理与使用,6.2 地形图的分幅与编号,大比例尺地形图通常采用矩形分幅法，图幅大小有4040cm（1:5000）与50 50cm两种：,2.矩形分幅与编号,(1)图幅西南角坐标公里数编号法,(2)以1:5000编号为基础后面加罗马数字的编号法：如右图以1:5000地形图西南坐标公里数为基础图号，后面再加罗马数字、组成。,矩形分幅的编号法,图幅西南角坐标公里数 xy,1:5000图 坐标取至1km 如 32-56 1:2000、1:1000图 坐标取至0.1km 如 32.0-56.0 1:500 图 坐标取至0.01km 如 32.00-56.00,图幅西南角坐标公里数编号法举例：,3. 数字顺序编号法。带状测区或小面积测区，可按测区统一用顺序进行标号，一般从左到右，从上到下用数字1，2，3，4， 编定，如图所示，其中“新镇-8”为测区新镇的第8幅图编号。,4.行列编号法。行列编号法的横行是指以A、B、C、D、编排，由上到下排列；纵列以数字1、2、3、，从左到右排列来编排。编号是“行号-列号”，如图所示，“C-4”为其中3行4列的一辐图幅编号。 北京市大比例尺地形图采用象限行列编号法，把北京市分成四个象限，每个象限内再按行列编号。,把北京市分为4个象限，顺时针排列、和。在每个象限内，以纵4公里，横5公里为110000比例的一个图幅，例如编号-2-1表示在第2象限第2列第1行，见下图(a)。各象限内行列均自原点向外延伸。 15000比例尺的图幅大小是把110000图幅再分为4个象限，见下图(b)剪头所指的编号为-2-1(1)。 12000比例尺图幅大小是把110000图幅分成25幅，下图(c) 剪头所指的编号为-2-1-15。 11000比例尺图幅大小是把110000图幅分成100幅，剪头所指编号为-2-1-73。 1500比例尺图幅大小是把一幅11000图幅再分为4幅，它的编号是-2-1-73(4)，见下图(d)。,北京市大比例尺地形图采用象限行列编号法：,-2-1,-1-1,-1-1,-2-3,(a)1:10000 -2-1,(b)1:5000 -2-1(1),(c)1:2000 -2-1-15,(d)1:1000 -2-1-73 1:500 -2-1-73(4),5km,4km,1、比例符号： 地物较大，可按测图比例尺缩小描绘的符号。如房屋、稻田和湖泊等 。,6.3 地形图上的符号,6.3.1 地物的表示方法,2、非依比例符号： 不能按比例缩小描绘的符号，如控制点(三角点、导线点、水准点)、路灯、水井等。,3、半比例符号：对于延带状延伸的地物（如道路、通讯线管道等），其长度依比例缩绘，宽度不依比例的符号。,4.注记 文字、数字、特殊符号等对地物加以说明，称为地物注记。诸如城镇、工厂。河流、道路的名称，桥梁沿长宽及载重量，公路路面路基宽度及铺筑材料，果园果树名称等。,定义：地面上相同高程的相邻点连成的闭合曲线。,6.3.2 地貌表示法 1.等高线,等高距 h ： 相邻等高线的高差 等高线平距 d ：相邻等高线间的水平距离 地面坡度 i ：两点的高差h与其相应水平距离d的比值。,等高距与等高线平距,(M:地形图比例尺分母),2 .几种典型地貌,山头,洼地,山脊、山谷、鞍部,悬崖、冲沟,某 区 域 等 高 线 图,(1)首曲线 也称基本等高线，按规定的基本等高距描绘的等高线称首曲线，用宽度为0.15mm的细实线表示。,3 等高线分类,(2) 间曲线:按二分之一基本等高距所加绘的等高线，称为间曲线，用长虚线表示。 (3) 助曲线:按四分之一基本等高距所加绘的等高线，称为助曲线，用短曲线表示。 (4) 计曲线:每5倍等高距的等高线加粗描绘，称为计曲线。,3. 绘坐标格网 采用对角线法,1. 仪器、工具及资料的准备 。 2. 图纸 可用白绘图纸或聚酯薄膜。,6.4 测图前的准备,检查： 方格边长误差 .2mm， 各方格交点不在一直线偏离 0.2mm， 对角线长度与理论值之差0.3mm。,对角线法绘制方格网,对角线法绘制方格网,1000,标注X轴坐标值： 根据控制点X值最大值与最小值,标注Y轴坐标值： 根据控制点Y值最大值与最小值,展绘控制点： 例：图比例尺 1:500 x1=526.43m y1=508.52m 首先确定所在方格，然后在方格内 向上量26.43m,即量 5.28cm 向右量8.52m,即量 1.74cm,分子为点号 分母为高程,检查：用比例尺量相邻点间距与实测比较，其差值不应超过0.3mmM (M测图比例尺分母),常用的测图仪器有大平板仪、中平板仪、小平板仪、经纬仪、光电测距仪、全站仪等。本节重点介绍大、中、小平板仪的构造及平板仪安置。,6.4.1测图仪器简介,1.大平板仪的构造,大平板仪由平板、照准仪、和若干附件组成。,定向罗盘用于平板的粗略定向。圆水准器用于整平平板,对点器可使平板上的点与相应的地面点安置在同一铅垂线上。,照准仪由望远镜、竖盘和直尺组成。,2.中平板仪的构造,中平板仪与大平板仪基本相同，主要不同点在于照准仪，左图为大平板仪的照准仪，右图为中平板仪的照准仪。后者虽有望远镜与竖盘，但竖盘不是光学玻璃度盘，而是一个竖直安置的金属盘，与罗盘仪相同，用游标直读竖直角，精度较低。,3.小平板仪的构造,由照准器、图板、三脚架和对点器组成，如图所示，与大、中平板仪最大的不同就是照准的部分，仅仅是一个瞄准目标用的照准器，靠近眼晴一端称接目觇板（有3个孔眼），向目标端称接物觇板（中间有一根丝）。直尺上有水准器，作为整平平板之用。长盒罗盘作为粗略定向之用。,平板仪测量实质上是在图板上图解画出缩小的地面上图形，图板方位要与实地相同，因此，在测站上不仅要对中、整平，并且要定向。对中、整平、定向，这三步工作互相有影响。为了做好安置工作，首先初步安置，然后精确安置。,4.平板仪的安置,(1)初步安置 用长盒罗盘将平板粗略定向，移动脚架目估使平板大致水平，再移动平板使平板概略对中。,对中：使用对点器，对中允许误差为0.05mmM(M为测图比例尺分母)。 整平：用圆水准器或照准仪直尺上的水准器。 定向：它的目的是使图上的直线与地面上相应的直线在同一个竖面内。 精确定向应使用已知边定向，如图所示，将照准器紧靠图上的已知边ab，转动图板，当精确照准地面目标b时，把图板固定住。,(2)精确安置：与初步安置步骤正相反。,要把地面上的地物、地貌测绘到图纸上，关键在于测定地物特征点和地貌特征点的位置。地物特征点和地貌特征点统称碎部点。测定碎部点的平面位置和高程的工作称碎部测量。,地物的特征点：即地物轮廓的转折点,地貌的特征点：即地面坡度变换点与方向变换点。,6.4.2碎部点的选择,直角坐标法,a,DAa,x1,y1,极坐标法,x2,y2,(1)极坐标法：测水平角，A至a的水平距。,6.4.3碎部点位测定的基本方法,(2)直角坐标法：当地面较平坦，并靠近已知点时，量x、 y来确定点位。,角度交会法（方向交会法）,距离交会法,a,DAE,DBE,(3)角度交会法：当地物点距控制点较远，或不便于量距时，测角度前方交会定点。 (4)距离交会法：当地面较平坦，地物靠近已知点时，可量D1、D2来确定点位。,A,B,a,巳测绘,1,2,(5)方向距离交会法：实地可测定控制点至未知点方向，但不便于由控制点量距，可以先画一方向线，由临近已测定地物量距交会定点。,6.4.4测图方法 1.经纬仪测绘法,(1)观测者工作 在测站点上安置经纬仪，对中，整平后，量取仪器高i。启始方向对准00000。瞄准碎部点塔尺中线，首先读水平度盘读数，只要读至分。然后读上丝读数，下丝读数，中丝读数v，竖盘读数L。 (2)立尺员工作 立尺员将塔尺立在地物、地貌的特征点上。 (3)记录者工作 记录观测的结果，并计算出碎部点的水平距离和高程。 (4)绘图员工作：展绘碎部点 小平板安置在测站旁，用大头针将量角器的圆心插在图上测站点处，根据观测得碎部点水平角，用量角器画出碎部点的方向，然后在碎部点的方向上，按所测得距离定出碎部点的位置。同法，展绘出其余各碎部点的位置。,实地距离D换算为图上距离d的简便算法：,例1:500：,例1:2000,本例图中A1实际距离D=53.93m，测图比例尺1:500，按公式很容易心算得图上距离d=107.9mm，然后按量角器直径边的毫米分划展绘碎部点。 展绘碎部点用量角器，在精度方面损失较大，如有可能，直接用AutoCAD来绘图可大大提高精度，并可获得数字化的成果，操作法如下：,用AutoCAD绘图时，当然不必预先打方格展绘控制点，而是直接将控制点按其坐标输入计算机中，但应注意原测量X、Y值互换后输入。经纬仪测绘法测得水平角及距离，相当于极坐标法的角度与向径。输入时由控制点用AutoCAD的相对坐标输入。主要步骤如下： 1.设置图形界限 AutoCAD绘图区域可看一幅无穷大的图纸，左下角一般为0，0，右上角根据实际测区，输入一对较大的数值。选定范围，便于辅助检查绘图的正确性。,2.设置绘图单位 绘图单位包括： (1)长度类型与精度设置，长度选小数，精度选0.000，即毫米。 (2)角度类型与精度设置，类型选：度/分/秒，精度选0d0000。方向顺时针应打。 (3)基准角度，即 0角度方向应选北。,3控制点坐标输入 原测量X、Y值互换后输入。 4碎部点输入 从控制点开始，绘碎部点幅射线，用AutoCAD的相对坐标输入，以极坐标形式，如,22.0195d1512，见图，即表示从控制点1开始距离22.01m，角度为951512展得碎部点。 绘图时注意：测站实测零方向至碎部点的角度为111512应加上零方向的坐标方位角8500，故极坐标法输入角度应为951512。根据野外草图把相关的碎部点相连接便得地物，最后把绘碎部点的幅射线删去。,小平板安置在测站点上，经纬仪安置在测站旁。,2.小平板配合经纬仪测图法,小平板安置在测站点上，经纬仪安置在测站旁。,小平板配合经纬仪测图法(另一操作法）,用照准仪瞄准碎部点画方何线，并测定距离及高程，直接在图纸上定出碎部点。,3 .大平板仪测图法,首先用铅笔画地性线，山脊线用虚线，山谷线用实线。然后用目估内插等高线通过的点。图中ab、ad为山脊线，ac、ae为山谷线。图中，a点高程为48.5m，b点高程为43.1m，若等离距为1m，则ab间有44、45、46、47、48共5条等高线通过。 实际工作中目估即可，方法是先“目估首尾，后等分中间”,6.6地形图绘制,地形图拼接的方法,将相邻两幅图衔接边处的地形分别蒙于透明纸上，将两张纸条拼接起来，即可看出地物与等高线衔接情况。,如果相邻图幅地物与等高线接后差不超过下表规定中误差的 时，在透明纸上取其平均位置，然后再转绘到相邻图邻图纸。,整饰的格式如下：,（0.45-0.40 ）表示本图幅编号，它是以图幅西南角坐标公里数表示的。,平面图实例,1.数字化测图的基本原理 数字化测图（Digital Surveying and Mapping，简称DSM）是以电子计算机为核心，以测绘仪器和打印机等输入、输出设备为硬件，在测绘软件的支持下，对地形空间数据进行采集、传输、编辑处理、入库管理和成图输出的一整套过程。 利用电子全站仪在野外进行数字化地形数据采集，并机助绘制大比例尺地形图的工作，简称为数字测图。,6.7 数字化测图概述,数字测图则由计算机自动完成这样的测绘过程。不难看出，要完成自动绘图，必须赋于点的三类信息： (1)点的三维坐标； (2)点的属性，告诉计算机这个点是什么点（地物点，还是地貌点，）； (3)点的连接关系，与哪个点相连，连实线或虚线，从而得到相应的地物。 在外业测量时，将上述信息记录存储在计算机中，经计算机软件处理（自动识别、检索、连接、调用图式符号等），最后得到地形图。一幅图的各种图形都是以数字形式来存储。根据用户的需要，可以输出不同比例尺和不同图幅大小的地形图。除基本地形图外，还可输出各种专题地图，例如交通图、水系图、管线图、地藉图、资源分布图等。,传统的测图的方法是：,外业测量地物地貌的特征点,在图纸上展绘碎部点,按点之间关系连线，显示地物地貌,按碎部点高程，手工内插描绘等高线,2.数字化测图的基本配置 (1)硬件配置 (a)野外测量数据采集：全站仪、电子手薄等。 (b)内业计算机辅助制图系统：微机、绘图仪等。 (2)软件配置 (a)系统软件：操作系统和操作计算机所需的其他软件。 (b)应用软件：AutoCAD，MicroStation PC系统，或南方测绘的CASS5.0，或清华山维的EPSW电子平板测图系统，或武汉瑞得的RDMS测图系统等。,3.数字化测图的基本作业过程 (1)数据采集 数据采集方法有：摄影测量法 对现有地图进行数字化法 野外地面测量法 (2)数据处理 在数据采集到成果输出之间要进行的各种处理 (3)成果输出 生成的图形文件存贮在磁盘上 通过自动绘图仪打印出纸质地图,数字化测图系统组成,4.数字测图的主要特点 (1)自动化程度高 自动记录存储，直接传输给计算机进行数据处理、绘图， 由计算机建立数据和图形数据库，生成数字地图，便于成果应用和信息管理工作。 (2)精度高 精度取决于对地物和地貌点的野外数据采集的精度。 (3)使用方便 测量成果的精度均匀一致，与绘图比例尺无关，分层绘制，实现了一测多用，同时便于地形图的检查、修测和更新。,5. 数字化测图的现状与发展 发展过程大致可以分为以下两个阶段： (1)全站仪在野外测量，电子手薄记录，人工画草图，室内将数据用电子手薄传输到计算机，配以成图软件编辑成数字地图，最后由绘图仪输出。 (2)仍然采用野外数字测记模式，但成图软件有了实质性进展。主要表现在两个方面：一是开发了智能化外业数据采集软件；二是自动成图软件能直接针对电子手薄记录的地形信息数据进行处理。,随着科学技术水平的进一步发展，地面数字测图系统发展为更自动化的模式： (1)全站仪自动跟踪测量模式 测站上安置自动跟踪式全站仪，棱镜站则有司镜员和电子平板操作员（或由一人兼担）。 (2)GPS测量模式 近几年发展起来的GPS载波相位差分技术，又称RTK（Real Time Kinematic），即实时动态定位，能够实时给出厘米级的定位结果。 在RTK作业模式，若与电子平板测图系统连接，就可现场实时成图，避免了测后返工问题。 随着RTK技术的不断发展和系列化产品的不断出现，一些更轻小、更廉价的RTK模式的GPS接收机正在不断地推向市场。现在有一些厂家还生产出了用于地形测量的GPS产品，称为GPS Total Station（GPS全站仪）。,6.8 数字化测图实施,6.8.1 地面数字化测图,1.数据采集的作业模式 (1)数字测记法模式： 将野外采集的地形数据传输给电子手簿，利用电子手簿的数据和野外详细绘制的草图，室内在计算机屏幕上进行人机交互编辑、修改，生成图形文件或数字地图。 ( 2)数字测绘法模式（又称电子平板模式）： 在野外利用电子全站仪测量，将数据传输给便携式计算机，测量工作者在野外实时地在屏幕上进行人机对话，对数据、图形进行处理、编辑，最后生成图形文件或数字地图，所显即所测，实时成图，内外业一体化。,数字测绘法模式（又称电子平板模式）,2.地形信息的编码 （1）地形信息编码应包含的信息 (a)测点的三维坐标 (b)测点的属性，即点的特征信息 (c)测点间的连接关系 （2）地形信息编码的原则 (a)规范性 (b)简易实用性 (c)便于计算机处理，且具有唯一性 （3）地形编码的方案 (a)三位整数编码 (b)四位整数编码,3.地面数字化测图的实施 （1）施测方法,传统的测图作业步骤是先控制后碎部。数字测图同样可以采取相同的作业步骤，但考虑到全站仪数字测图的特点，充分发挥其优越性，图根控制测量与碎部测量可以同步进行。 在采用图根控制测量与碎部测量同步进行的作业过程中，图根控制测量与传统的作业方法相同；所不同的是在施测每个图根点的测站上，同步测量图根点站周围的地形，并实时计算出各图根点和碎部点坐标。这时的图根点坐标是未经平差的。 待图根控制导线测毕，由系统对图根导线进行平差计算。若闭合差在允许范围之内，则认可计算的各点的坐标，不必重新计算。 如两者相差很大,则根据平差后的坐标值重新计算各碎部点的坐标，然后再显示成图。若闭合差超限，则应查找出错误的症结所在，进行返工，直至闭合差在限差允许的范围之内，然后根据平差所得各图根导线点的坐标值重算各碎部点坐标。,（2）碎部测量 (a)测站设置与检校 将电子全站仪安置在测站点上，对中、整平、量仪器高，连接电子手簿或便携机，启动野外数据采集软件，按菜单提示键盘输入测站信息。 根据所输入的点号即可提取相应控制点的坐标，并反算出后视方向的坐标方位角，以此角值设定全站仪的水平度盘起始读数。 然后，用全站仪瞄准检核点反光镜，测量水平角、竖直角及距离，输入反光镜高度。即可自动算出检核点的三维坐标，并与该点已知信息比较，若检核通过则继续碎部测量。,(b)碎部点的信息采集 数字化测图野外数据的采集方式，常用的方法是极坐标法。 在完成好测站设置和检核后，即可用全站仪瞄准选定的碎部点反光镜进行测量；同时按菜单提示输入碎部点信息；全站仪自动测量测站点至待测碎部点间的坐标方位角、竖直角和距离。经软件的自动处理，即可算出待定点的三维坐标，以数据文件的形式存储或在便携机屏幕上显示点位，实时展点成图。 现在的电子测图软件，能够在现场自动完成成图，测完后图也全部显示出来。经过现场的编辑、修改，可确保测图的正确性，真正做到内外业一体化。,4. 地形图的处理与输出 (1)图形截幅 对所采集的数据范围应按照标准图幅的大小或用户确定的图幅尺寸，进行截取。对自动成图来说，这项工作就称为图形截幅。 基本思路： 根据四个图廓点的平面直角坐标，确定图幅范围。 判断坐标，将属于图幅内的数据，组成该图幅相应的图形数据文件，而图幅外的数据仍保留在原数据文件中，以供相邻图幅提取。 图形截幅的原理和软件设计的方法很多，常用的有四位码判断截幅、二位码判断截幅和一位码判断截幅等方法。,(2)图形的显示与编辑 高斯直角坐标向屏幕坐标的转换,只需将高斯坐标系的原点平移至图幅左上角，在按顺时针方向旋转90，并考虑两种坐标系的变换比例，即可实现由高斯直角坐标向屏幕坐标的转换。,对在屏幕上显示的图形，可根据野外实测的草图或记录的信息进行检查，若发现问题，用程序可对其进行屏幕编辑和修改，同时按成图比例尺完成各类文字注记、图式符号以及图名图号、图廓等成图要素的编辑。 经检查和编辑修改成为准确无误的图形，软件能自动将其图形定位点的屏幕坐标再转换成高斯坐标。连同相应的信息编码保存在图形数据文件中（原有误的图形数据自动被新的数据所代替）或组成新的数据文件，供自动绘图时调用。,(3)等高线的自动绘制 根据实测的离散高程点自动建立不规则的三角网数字高程模型，并在该模型上内插等值点生成等高线； 依已建立的规则网格数字高程模型数据点生成等高线。 由于不规则三角网数字高程模型点（三角形的顶点）全为实测的碎部点，地形特征数据得到充分利用，完全依据碎部点高程的原始数据插绘等高线，几何精度高，且算法简单。等高线和碎部点的位置关系与原始数据完全相符，减少了模型中错误的发生。因此，数字化测图中生成等高线，多数采用建立不规则的三角网数字高程模型生成等高线。,(4)绘图仪自动绘图 平台式绘图仪： 具有性能良好的x导轨和y导轨、固定光滑的绘图面板，故应用最为普及，但绘图速度较慢。 滚筒式绘图仪： 图纸装在滚筒上，前后滚动作为x方向，电机驱动笔架作为y轴方向，因此图纸幅面在x轴方向不受限制，绘图速度快，但绘图精度相对较低。,6.8.2 地形图手扶跟踪数字化,1. 手扶跟踪数字化仪的原理 采用电磁感应元件制作，在数字化平板的表层下有相互垂直的x和y两组栅格线，作为测量x和y方向坐标值的依据；鼠标器内设有一个圆形线圈，线圈发射正弦交流信号，栅格线接受线圈的发射信号，通过对鼠标器下方附近栅格线感应信号的处理，即可确定线圈中心在平板上的坐标，其坐标值是相对于零栅格线的坐标值。,影响图形数字化采集精度的主要因素有仪器本身的硬件误差、人为的采样误差、图纸伸缩变形及定位误差等。,数字化仪坐标系的坐标 地图坐标系的坐标,2. 数字化仪坐标转换成地图测量坐标系数的确定 利用原图数字化采集的数据，应考虑图纸的伸缩变形和平面坐标的变换。,通过四个定向元素确定，即x、y坐标的平移值、旋转角和长度比。通常在图幅内选择35个均匀分布的已知点（或四个图廓点）作为定向点。定向元素可以按间接平差原理求出。,3. 图形数字化的方法 图形数字化的具体步骤如下： (a)固定图纸 (b)检查设备、开机 (c)地图定位 (d)菜单定位 (e)地图符号的数字化 (f)全图数字化结束后，应再次数字化四个图廓点或选定的控制点，以检核数字化成果的质量。 手扶跟踪数字化由于速度较慢，工作强度较大、精度较低等因素，正在逐步丧失数字化方法的主导地位，取而代之的是扫描屏幕数字化。,6.8.3 地形图扫描屏幕数字化,1扫描仪简介 按色彩辐射分辨率分为： 黑白扫描