[工学]10地形图的应用.ppt

第十章 地形图的应用 10.1 地形图的基本应用 10.2 图形面积的量算 10.3 平整场地的土方量计算 地形图 10.1 地形图的基本应用 一、确定图上点的平面坐标与高程 1、平面坐标用比例尺在图上量取。 X Y 1000 900 800 700 600 500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1：1000 h h. A 52 51 50 49 48 E F G 1:500 2、目估内插点位高程 ： HE=51.0m, HF=48.3m, HG=51.9m 二、图上直线的距离、方向（方位角）、坡度 1、图上直线距离 1000 900 800 700 600 500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1：1000 （1）解析法 在图上量测A、B坐标， 计算A、B距离： (XB,YB) (XA,YA) （2）图解法 用比例尺直接 量取 . A . B 2、图上直线的坐标方位角 1000 900 800 700 600 500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1：1000 （1）解析法 量测两点坐标， 用坐标反算公式计算： (XB,YB) (XA,YA) . A . B AB 说明：应用上式，要注意 方位角所在象限。 （2）图解法 用量角器量取。 3、确定图上直线的坡度 三、绘制指定方向的纵断面图 1、沿指定方向量取两相邻等高线间的平距，用 一定比例标在横坐标轴上； 2、再按各点的高程以一定比例标在纵坐标轴 上。纵坐标高程比例一般比水平比例大510 倍。 四、按限制的坡度选定最短线路 例：要在A、B间选定一条满足坡度为 的最短路线。 解：坡度公式 ： 故在相邻两根等高线之间的图上平距 必须 d： 方法： 计算由山脊 线围成的面积。 五、确定汇水面积五、确定汇水面积 10.2图形面积的量算 一、方格纸法数方格的个数，计算面积。 二、平行线法分解成梯形，计算面积。 (方格纸及平行线法计算面积举例) 三、解析法 面积公式：相邻顶点与坐标轴（X或Y）所围成的各梯形面积的代数和。 经整理后： 写成以下四种形式的通用公式： 4 四、求积仪法 方法：沿边线滚动一圈。 1、机械求积仪(mechanical planimeter) 2、电子求积仪 (electronic planimeter) u功能：可进行面积、点的坐标、周长等项目的量测。 u使用方法： （1）在折线段，进入点方式，采集始终点，共2点。 （2）在圆弧段，进入圆弧方式，采集始终点及圆弧上一 点，共3点。 （3）曲线段，进入连续跟踪进入方式，描绘曲线形状。 10.3 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=Sh） 1）根据填挖界线，计算那些4个顶点均为正的各个 方格的挖方量。 2）计算那些4个顶点均为负的各个方格的填方量。 3）分别计算填挖界线上4个顶点有正有负的方格的 挖方量和填方量。 4）将挖方和填方分别相加，得总挖方和总填方。 （2）方法二（*） n角点：V=hA/4 n边点：V=h2A/4 n拐点：V=h3A/4 n中点：V=h4A/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。 第十章 地图分析与应用 讲授的主要内容 10.1地图分析概述 10.2传统地图分析的基本方法 10.3数字地图分析的基本方法 10.4地图在科学研究方面的应用 10.5地图在国民经济建设中的应用 10.1 地图分析概述 A地图分析概念 将地图作为研究对象，采用各种定量 和定性的方法，对地图上表示的制图 对象时空分布特征及相互关系规律进 行研究，并得出有用的结论。 地图定量分析 的基础 地图地理基础 10.2 传统地图分析的基本方法 地图目视分析法 地图图解分析法 地图图解解析法 地图解析法 地图目视分析法 用图者通过视觉器官或人眼对地 图进行分析 v制图区域范围信息：图名、经纬网 v地图数学基础信息：地图比例尺、经 纬网、直角坐标网 v地图内容信息：地理要素和现象的数 量和质量，分布特征、相互联系与制 约关系。 地图图解分析法 通过作图改变原来的制图对象，增强 或突出被分析对象，使之成为更适合地图 分析目的的形式。 v剖面图法 v块状图法：轴侧投影、透视投影块状图 v图解加和图解减法：同一区域不同性质 地图相互之间或叠加，进行图解加或图解 减运算。 剖面图法 定线 找点 取尺 画矩形并作 平行线与垂 直虚线 定位 点点相连 地图解析法 根据在地图上提取的被研究的数据，建 立相应的数学模型，经过数据处理，抽象出 现象分布和规律性，作为地理参考。 v简单线性相关系数法 v 顺序（等级）相关系数法 v偏相关系数法 v复相关系数法 地图图解解析法 综合运用图解和解析的方法获得分析结 果的方法。 v等值线表面分解的图解解析法 v 标志等值线表面形态特征的图解解析法 10.3数字地图分析的基本方法 A利用数字地图进行基本的量算 A地形分析 A缓冲区分析 A路径网络分析 A叠加分析 利用数字地图进行基本的量算 A 高程量算：地面任意点的高程（距离加权 法、拟合面法），一定区域的平均高程 A距离量算：水平距离、地表距离 A面积量算 A体积量算：填方、挖方 A坡度量算：地表斜面对水平面的倾斜程度 A坡向计算：地表单元的法向量在OXY平面上的 投影与X轴之间的夹角。坡向角一般换算成正 北方向起算的角度，坡向通常综合成4种：平 缓坡、阳坡、半阳坡合阴坡。 坡度坡向的计算 又： 所以 (0,0) (1,1) (1,0) Z10 Z11 Z01 P O Q R S Grid DEM上制作 坡度、坡向图 数字地面模型应用坡度坡向的计算 平地岗丘丘陵低山高山 绝对h400600 相对h100100-200 坡向3 DEM 计算地表形态要素 H,H,坡度、坡向等 地形分类标准表 地形自动分类 地貌形态的自动分类 地形三维图绘制 DEM 高程点 建立几 何模型 透视 变换 隐藏线、 面的消除 光照 模型 计算 贴 纹 理 图形 输出 模拟飞行 透视图的绘制 水淹示例 三维规划设计 用于工程项目中的开挖填方、线路勘 测设计、水利建设工程等。 地形分析 A通视分析 A断面图分析 剖面分析 1）意义：可以以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质 构造、斜坡特征、地表切割强度等。 如果在地形剖面上叠加其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用 现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。 2）绘制 可在格网DEM或三角网DEM上进 行。 已知两点的坐标A(x1，y1)， B(x2，y2)，则可求出两点连线 与格网或三角网的交点，并内插 交点上的高程，以及各交点之间 的距离。然后按选定的垂直比例 尺和水平比例尺，按距离和高程 绘出剖面图。 剖面图不一定必须沿直线绘制 ，也可沿一条曲线绘制。 通视分析 通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形 分析。 1）方法： a、以O为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的每个点判断通视与否， 通视赋值为1，不通视赋值为0。由此可形成属性值为0和1的格网或三 角网。对此以0.5为值追踪等值线，即得到以O为观察点的通视图。 b、以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0360的所有方位 线上的通视情况。对于每条方位线，通视的地方绘线，不通视的地方 断开，或相反。这样可得出射线状的通视图。 2）关键算法 均是判断格网或三角网上的某一点是否通视（ 即两点是否可见）。 两点是否可见的算法： a）倾角法 格网DEM为例，O(xo，yo，zo)为观察点，P(xp,yp,zp)为某一格网 点，OP与格网的交点为A、B、C。 OP的倾角为 观察点与各交点的倾角为 i (iA,B,C) 若tgmax(tgi , iA、B、C)， 则OP通视 ,否则，不通视。 b) 剖面图 两点连线是否与剖面 相交。 A B A 3）通视分析示例 观察点 不通视 通视 雷 达 盲 区 飞 行 可 视 域 的 三 维 显 示 缓冲区分析 根据数字地图上的给定点、线、面等空间目 标，自动建立其周围一定范围的缓冲区，并在该 范围内对有关地物进行查询统计分析。 网络分析 A网络分析：网络模型是对现实世界网络的抽 象。在模型中，网络由链(Link)、结点(Node) 、站点(Stop)、中心(Center)和转向点(Turn) 组成。 A网络分析功能 A路径分析 A资源分配 A网络跟踪 A 网络分析应用之路径分析 路径分析是用于模拟两个或两个以上地点之间 资源流动的路径寻找过程。当选择了起点、终 点和路径必须通过的若干中间点后，就可以通 过路径分析功能按照指定的条件寻找最优路 径。 应用：在远距离送货、物资派发、急救服务和 邮递等服务中，经常需要在一次行程中同时访 问多个站点(收货方、邮件主人、物资储备站 等)，如何寻找到一个最短和最经济的路径， 保证访问到所有站点，同时最快最省地完成一 次行程，这是很多机构经常遇到的问题。 网络分析应用之资源分配 (Allocation) 反映现实世界网络中资源的供需关系模型。可以解决 资源的有效利用和合理分配；确定最近中心，实现最 佳服务 “供(Supply)”代表一定数量的资源或货物，它们位于 被称之为“CENTER”的设施中。“需(Demand)”指对资源 的利用。Allocate分析就是在空间中的一个或多个点 之间分配资源的过程。 为了实现供需关系，在网络中必然存在资源的运输和 流动。资源要么由供方送到需方，要么由需需方到供 方索取。 网络分析应用之网络跟踪 (Trace) 概念：网络中用于研究网络中资源和信息的流 向就是网络跟踪的过程。 在点污染研究中，可以跟踪污染物从污染 源开始，沿河流向下游扩散的过程。在电网 应用中，可以根据不同开关的开、关状态， 确定电力的流向。 数据结构的拓扑基础：网络跟踪中涉及的一个 重要概念是“连通性”(Connectivity)，这定义 了网络中弧段与弧段的连接方式，也决定了资 源与信息在网络中流动时的走向。 叠置分析 能够极为便利地进行同地区多层面空间信息的自动复合 叠置分析，是栅格数据一个最为突出的优点。正因为如此 ，栅格数据常被用来进行区域适应性评价、资源开发利 用、规划等多因素分析研究工作。在数字遥感图象处理工 作中，利用该方法可以实现不同波段遥感信息的自动合成 处理；还可以利用不同时间的数据信息进行某类现象动态 变化的分析和预测。因此该方法在计算机地学制图与分析 中具有重要的意义。 信息复合模型(overlay)包括两类，简单的视觉信息复合 和较为复杂的叠加分类模型 视觉信息复合 叠置分析 矢量/栅格叠加分类模型 10.4地图在科学研究方面的应用 P利用地图研究各种现象的空间分布规律 P利用地图研究制图对象的相互联系和制约关系 P利用地图研究各种制图对象的动态变化 P利用地图对自然条件、土地资源和环境质量进 行综合评价 P利用地图进行预测预报 地图科学研究利用地图研究 各种现象的空间分布规律 P分布规律包含一种现象分布的一般规律和地域 差异，也包含自然综合体和区域经济综合体各 要素总的分布规律。例如，水系分布、结构和 河网密度，居民点的类型、密度、分布特点及 其与水系、地貌、交通网的联系，从土壤图和 植被图上分析我国各种土壤和植被分布的地带 性规律等。 地图科学研究利用地图研究 制图对象的相互联系和制约关系 P利用地图研究各种现象之间的联系是很有效 的。例如，分析地震和地质构造图，发现强烈 地震多发生在活动断裂带的曲折最突出部位、 中断部位、汇而不交的部位，与大地构造体系 密切相关；在一定的气候条件下形成稳定的植 被和土壤类型；某种特殊的“指示植物”同某种 矿藏有关等。 地图科学研究地图研究各种制 图对象的动态变化 P研究地图上某种现象在不同时期的分布范围和 界线、运动方向、运动途径等变量线，或者根 据三维动态电子地图获得制图现象的发展变化 情况。例如，通过不同时期的河道、岸线位置 反映水体的变动方向、距离和速率；根据地图 了解诸如台风路径、动物迁移、人口流动、疾 病流行、货物流通、军队行动、沟谷发育等发 展过程。 地图科学研究利用地图对自然条 件、土地资源和环境质量进行综合评价 P 根据一定的目的，对影响主体的各种因素进 行综合分析，得出被评价主体的优势等级称为 综合评价。利用地图可以对自然条件、生态环 境、土地资源、生产力水平等作为主体进行综 合评价。 地图科学研究利用地图