南阳某小区暴雨积水地形分析

南阳师范学院20XX届毕业生毕业论文（设计） 题 目： 南阳某小区暴雨积水地形分析 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 测绘工程 指导教师： 完成日期： 目录摘要(1)0 绪论(1)1野外测量数据(2)1.1数据收集(2)1.1.1卫星地图获取（2)1.1.2导线测量起始控制坐标（2)1.1.3坐标系选取（3)1.1.4控制网布设原则（3)1.1.5精度要求（3)1.2实地踏勘（3)1.3仪器准备（4)1.4实地测量（5)15数据检校（5)2内业成图（6) 2.1数据导出（6) 2.2数据导入CASS绘图软件并绘制地形图（8) 2.2.1定显示区（8） 2.2.2选择测点点号定位成图法（8） 2.2.3展点（8） 2.2.4 绘平面图（10） 2.2.5 绘等高线（13） 2.2.6加图框（16） 2.2.7绘图（16）3计算汇水面积、坡度、流速（17） 3.1汇水面积的计算（17） 3.2坡度的计算(19） 3.3流速和水位的计算(20）4总结（22）参 考 文 献（23）Abstract（24）南阳某小区暴雨积水的地形分析 摘要:这次测绘实施主要是结合实际主要从图根控制网的设计布设、实测和利用全站仪对碎步点进行的采集方法以及控制点、碎步点数据的处理三方面做了探讨；也非常详细的阐述了利用CASS8.0软件绘制地形图的具体步骤，以及利用CASS8.0计算测区的汇水面积的方法；还有城市道路的坡度计算，和在CASS8.0上展示测区的坡度分析；最终计算出测区的流速。数字化测图以其成图精度高，成图周期短，即用即测，快速建立城市大比例尺地形图的特点，为城市道路的排水、给水提供了基础资料，和设计依据，因此已被一些城市建设规划管理的领导所青睐和引用。地形图测绘的基本思想是将地面上的地形和地理要素（或称模拟量）转换为数字量，然后由计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时有图形输出设备（如显示器、绘图仪）输出地形图或各种专题图图形。在CASS8.0软件上不仅可以绘出所需比例的地形图，还可以根据需要计算出自己所需的面积，高程等数据。是测绘工程中不可缺少的应用软件。计算出汇水面积、坡度、流速等数据后，为城区的给水、排水提供依据。关键词:全站仪；CASS8.0；地形图；汇水面积；坡度；流速0绪论随着科技不断发展,测绘技术不断更新,测绘大比例尺地形图的方法多年来由传统的平板白纸测图、经纬仪测图等发展到现在的全站仪配合绘草图、全站仪配合测图精灵或笔记本电脑进行野外数字化成图的方法,在技术和精度上都有很大的提高，因此应用更加广泛。南阳市内铁路线以北至北京大道之间，是一个坡度较大的东西向斜坡，中州路和麒麟路之间是一个南北向斜坡，结果形成地形洼地。每逢夏季暴雨天气，此地都会有大面积的积水，给居民的工作和生活带来很大不便。因此决定对这个地区进行地形测绘，并成图，作为分析积水原因和解决积水问题的依据。此外介绍怎样计算测区的汇水面积、坡度、流速等，为解决积水问题提供数据支持。1野外测量数据1.1数据收集1.1.1卫星地图获取根据本次测量要求，我们可以在geogle地图上找到测量区域，下载地图作为布设控制点、实地踏勘、实地测量的依据。如下图1红色区域即为实测范围：图1 卫星地图1.1.2导线测量起始控制坐标由于测量需要我们需查阅相关资料，找到一个和测区相近的国家四级级控制点坐标： 表1 控制点坐标 点号X坐标Y坐标H坐标K059058.87078052629.6396421441.1.3坐标系选取1、平面坐标系及基准北纬32.59，东经112.29，测区平均高程140，中央子午线精度为108，本次作业的平面坐标系为北京54坐标系，属于国家坐标系，其基准是国家参考椭球的基准。2、高程基准本次作业采用1985国家高程基准。1.1.4控制网布设原则为了给地形测图提供基本控制，必须要选择一个比较完善的平面控制测量方案。布设平面控制网要符合其布设原则：分级布设，逐级控制；具有足够的精度；保证必要的密度；应有统一的布网方案、精度指标和作业规格1。1.1.5精度要求本测区主要精度指标如下： 1、各等级平面控网中最弱点相对于起算点的点位中误差不大于5cm2； 2、各等级水准网中最弱点相对于起算点的高程中误差不大于2cm2； 3、地物点相对于邻近控制点点位中误差不大于图上0.5mm，邻近地物点间距中误差不大于图上0.4mm2； 4、图上高程注记中误差,在铺装地面不大于图上0.07m，在一般地面不大于0.15m2。 1.2实地踏勘 携带水泥钉、喷漆、彩笔、地图、铁锤等工具进行实地踏勘和控制点布设。并且对照地图和实地地形、建筑物等在地图上进行标注。选点：1)为了保证测量精度，控制点应有足够的密度，以既能满足测图需求，但又不浪费，且控制点应有统一的规格3。 2)应按照设计好的选点图到现场选点，若两点不通视，则尽量在设计点的周围选点。设计选点时要避开河道等处，尽量在土质坚实的地方或主干道上进行选点，这样即方便导线观测，又能做出利于长期保存的控制点3。 3)相邻点之间应通视良好，一级导线网视线超越障碍物距离要大于0.5m，以能保证成像清晰、便于观测为原则3。 1.3仪器准备所需仪器：宾得全站仪、两个三脚架、大棱镜、对中杆、对重锤等注意事项4：1)开工前应检查仪器箱背带及提手是否牢固。2)开箱后提取仪器前，要看准仪器在箱内放置的方式和位置，装卸仪器时，必须握住提手，将仪器从仪器箱取出或装入仪器箱时，请握住仪器提手和底座，不可握住显示单元的下部。切不可拿仪器的镜筒，否则会影响内部固定部件，从而降低仪器的精度。应握住仪器的基座部分，或双手握住望远镜支架的下部。仪器用毕，先盖上物镜罩，并擦去表面的灰尘。装箱时各部位要放置妥帖，合上箱盖时应无障碍。3)在太阳光照射下观测仪器，应给仪器打伞，并带上遮阳罩，以免影响观测精度。在杂乱环境下测量，仪器要有专人守护。当仪器架设在光滑的表面时，要用细绳（或细铅丝）将三脚架三个脚联起来，以防滑倒。4)当架设仪器在三脚架上时，尽可能用木制三脚架，因为使用金属三脚架可能会产生振动，从而影响测量精度。5)当测站之间距离较远，搬站时应将仪器卸下，装箱后背着走。行走前要检查仪器箱是否锁好，检查安全带是否系好。当测站之间距离较近，搬站时可将仪器连同三脚架一起靠在肩上，但仪器要尽量保持直立放置。6)搬站之前，应检查仪器与脚架的连接是否牢固，搬运时，应把制动螺旋略微关住，使仪器在搬站过程中不致晃动。7)仪器任何部分发生故障，不勉强使用，应立即检修，否则会加剧仪器的损坏程度。8)元件应保持清洁，如沾染灰沙必须用毛刷或柔软的擦镜纸擦掉。禁止用手指抚摸仪器的任何光学元件表面。清洁仪器透镜表面时，请先用干净的毛刷扫去灰尘，再用干净的无线棉布沾酒精由透镜中心向外一圈圈的轻轻擦拭。除去仪器箱上的灰尘时切不可作用任何稀释剂或汽油，而应用干净的布块沾中性洗涤剂擦洗。9)湿环境中工作，作业结束，要用软布擦干仪器表面的水分及灰尘后装箱。回到办公室后立即开箱取出仪器放于干燥处，彻底凉干后再装箱内。10)冬天室内、室外温差较大时，仪器搬出室外或搬入室内，应隔一段时间后才能开箱。1.4实地测量步骤：1)架设仪器2)对中整平3)建立新的文件4)输入仪器点的坐标等数据5)进行测量15数据检校测量一段时间后，打开图形显示，查看点位各个方位是否正确。若正确，继续测量；若错误，则需返测。测量结束后，控制点进行坐标闭合差计算，然后反算到坐标点上，最后碎步测量。标准如下5：表2 三级导线网的主要技术序号项目指标1方位角闭合差24n2测角中误差123导线全长绝对闭合差13cm4导线全长相对闭合差不低于1/60005最弱点点位中误差5cm表3 三级导线外业测量技术要求序号项目技术指标1拓普康 全站仪2”,3mm+2ppmD2水平角测回数13半测回归零差8”4一测回2C较差13”5边长测回数单程一测回6气温测量最小读数0.57气压测量最小读数100pa8改边垂直角测回数22内业成图2.1数据导出传输数据步骤6：1)连接电脑和全站仪 2)在全站仪里选择“数据传输”-“传输文件名” 3)打开CASS点击菜单里的“数据”-读取全站仪数据-选择仪器名称，波特率，数据位，停止位通讯口-选择文件-转换。 4)在全站仪里，点发送数据。 注意：必须要全站仪里的参数与CASS里的参数一样，也就是波特率什么的，要一致。全站仪的在设置里可以改变，CASS软件里,文件-CASS参数设置就可以。如图2：图2 参数设置位置图 导出的数据如下图3所示：图3 传输出的数据格式保存文件，重命名，即完成数据传输。2.2数据导入CASS绘图软件并绘制地形图由上节传出的数据，我们可以利用CASS8.0软件绘制成我们所需要的地形图。下面就展示我的成图过程及步骤：2.2.1定显示区进入CASS8.0软件后移动鼠标至“绘图处理”项，按左键，即出现下拉菜单。然后移至“定显示区”项，使之以高亮显示，按左键，即出现一个对话框。这时，需要输入坐标数据文件名。这时，命令区显示：最小坐标(米):X=52609.640,Y=59031.431最大坐标(米):X=54726.164,Y=60372.8872.2.2选择测点点号定位成图法移动鼠标至屏幕右侧菜单区之“坐标定位”项，按左键，即出现“点号定位”按左键，即可选中坐标文件，打开即可。命令区出现：“读点完成! 共读入 134 个点”字样。2.2.3展点先移动鼠标至屏幕的顶部菜单“绘图处理”项按左键，这时系统弹出一个下拉菜单。再移动鼠标选择“绘图处理”下的“展野外测点点号”项，按左键。选择需展点文件，和上步相同。展出点如下图4所示：图4 展点图由于软件底面的颜色是黑色，展点的颜色是红色，而且点较小，颜色对比不是很清晰，为此我把展点截屏下来，便于清晰的观看到点的对应方位和对应范围。如下图5：图5 展点截图在这幅图上我们还可以观察出野外测量时的测量路径，可以回忆出有些地物地貌。2.2.4 绘平面图（1）我们可以灵活使用工具栏中的缩放工具进行局部放大以方便编图。先把左上角放大，选择右侧屏幕菜单的“交通设施”按钮，弹出所需界面。找到“城际道路”并选中，在打开的页面选择所需道路如“平行省道”点确定。命令区提示：绘图比例尺 1:输入K0，回车。点P/输入K00，回车。 点P/输入K000，回车。点P/输入K0000，回车。点P/输入K01，回车。点P/输入K02，回车。点P/输入K03，回车。点P/输入K03S03，回车。 点P/输入K04，回车。点P/输入K04S03，回车。点P/输入K04S04，回车。点P/输入K05，回车。点P/输入K05S02，回车。点P/回车拟合线?输入Y，回车。说明：输入Y，将该边拟合成光滑曲线；输入N（缺省为N），则不拟合该线。1.边点式/2.边宽式:回车（默认1）说明：选1（缺省为1），将要求输入公路对边上的一个测点；选 2，要求输入公路宽度。输入对面一点点号即可画成公路，其他几条路方法不变。说明：其中巷道、街道、街道支路等用城市道路中的“街道支路”进行画图，只需输入点号，最后拟合该路就可以，不需宽度设定。 最后成图如下图6：图6 道路成图（2）下面作多点房屋。选择右侧屏幕菜单的“居民地”选项，弹出界面。先用鼠标左键选择“四点砼房屋”，再点击“OK”按钮。命令区提示：1. 已知三点/2.已知两点和宽度/3.已知四点（1）选2，回车第一点:点P/输入K03S02，回车。指定点:点P/输入K04S01，回车。输入宽度40回车。输入层数:6回车。由于此地区建筑群密集，无法进行准确测量，并且房屋都是依街而建，因此道路边缘就是房屋边缘，只需分辨出房屋用途即可，可以采用文字标示的方法表示建筑进行区别。结果如下图7：图7 房屋标注图（3）下面是地貌标示，在右侧屏幕菜单中“植被土质”菜单中，选择“耕地”步骤和绘制房屋一样，只需输入地貌种类边缘测点点号，再进行拟合。再分别绘制出大面积灌木林、 菜地、旱地等地貌。（其中要求边界拟合，并且不保留边界。）结果如下图8：图8 地貌绘制图2.2.5 绘等高线。（1）展高程点。用鼠标左键点取“绘图处理”菜单下的“展高程点”，将会弹出数据文件的对话框，找到展点文件，选择“OK”，命令区提示：注记高程点的距离(米):直接回车，表示不对高程点注记进行取舍，全部展出来。（2）建立DTM。用鼠标左键点取“等高线”菜单下“用数据文件生成DTM”，将会弹出数据文件的对话框，找到文件，选择“OK”，命令区提示：请选择: 1.不考虑坎高 2.考虑坎高:回车（默认选1）。请选择地性线:(地性线应过已测点，如不选则直接回车)Select objects:回车（表示没有地性线）。请选择: 1.显示建三角网结果 2.显示建三角网过程 3.不显示三角网:回车（默认选项）如下图9：图9 三角网成图（3）绘等高线。用鼠标左键点取“等高线”菜单下的“绘等高线”，命令区提示：最小高程为 132米,最大高程为 150米请输入等高距:输入1。请选择: 1.不光滑 2.张力样条拟合 3.三次B样条拟合 4.SPLINE :输入3。最后确定，这样等高线就绘好了。再选择“等高线”菜单下的“删三角网”，等高线绘制成功。（4）等高线的修剪。利用“等高线”菜单下的“等高线修剪”二级菜单，用鼠标左键点取“切除穿建筑物等高线”，软件将自动搜寻穿过建筑物的等高线并将其进行整饰。点取“切除指定二线间等高线”，依提示依次用鼠标左键选取左上角的道路两边，CASS8.0将自动搜寻，把等高线穿过道路的部分切除。最后结果如下图10：图10 等高线成图地形图截屏下的清晰表示如下图11：图11 地形图截图其中由于百里奚南路和中州西路、麒麟路交叉，之间的高程不是一直上升或下降，有起伏，下面是其高程的曲线图12： 图12 高程曲线图2.2.6加图框。 用鼠标左键点击“绘图处理”菜单下的“标准图幅（5040）”，弹出界面。在“图名”栏里，输入“南阳某小区”；在“测量员”、“绘图员”、“检查员”各栏里分别输入“许可”、“许可”、“许可”；在“左下角坐标”的“东”、“北”栏内分别输入“53073”、“31050”；在“删除图框外实体”栏前打勾，然后按确认。这样这幅图就作好了。2.2.7绘图。用鼠标左键点取“文件”菜单下的“用绘图仪或打印机出图”，进行绘图。选好图纸尺寸、图纸方向之后，用鼠标左键点击“窗选”按钮，用鼠标圈定绘图范围。将“打印比例”一项选为“2：1”（表示满足1：500比例尺的打印要求），通过“部分预览”和“全部预览”可以查看出图效果，满意后就可单击“确定”按钮进行绘图了。 至此地形图绘制完毕。3计算汇水面积、坡度、流速3.1汇水面积的计算由于南阳市内铁路线以北至北京大道之间，是一个坡度较大的东西向斜坡，中州路和麒麟路之间是一个南北向斜坡，结果形成地形洼地。因此此地区的汇水面积可以用北京大道和中州路交叉口、中州路和百里奚南路交叉口、百里奚南路和麒麟路交叉口和麒麟路与北京路交叉口，以及四条路来确定。在CASS8.0上就有可以直接生成面积的选项。打开前面保存的地形图文件，选择工具栏中的工程应用选项，出现下拉菜单，其中就有用“指定点所围成的面积”选项，按左键，选定一个交叉口（打开捕捉，选择端点和最近点捕捉）回车，依次选定四个交叉路口分别回车，最后再回车，或者依次输入四个交叉口坐标点点号，依次回车，最后回车确定，在命令区就会显示所算面积7，如下图13：图13 命令界面命令区显示：指定点所围成的面积=1317423.035 平方米这样就求出整个测区的面积。图14 特殊高程点在上图14中G点的高程比I点低，I点的高程比F高，F点的高程比E低，其中A、B、C、D、H的高程依次降低。图15 等高线汇水面积图由于汇水面积是一点周围等高线的山脊线所围成的面积，即地势高的点向地势低的点汇聚，所以在图3-3中我们可以看出图3-2中F点的汇水面积是3-3中的A区域，图3-2中的G点的汇水区域是图3-3中的B区域。有上面所说的在CASS8.0中的面积计算方法，我们可以得出：F点的汇水面积为： 指定点所围成的面积=980806.469平方米 G点的汇水面积为： 指定点所围成的面积=291813.564平方米 这种用软件CASS8.0计算面积可以很方便快捷并且准确的计算出汇水面积，省时省力，主要是还具有一定的精度8。3.2坡度的计算 由于南阳市内铁路线以北至北京大道之间，是一个坡度较大的东西向斜坡，中州路和麒麟路之间是一个南北向斜坡，结果形成地形洼地。因此坡度地计算，就是计算北京大道、中州西路、百里奚南路、麒麟路的坡度。其中坡度计算公式为：a=h/ ；（其中a为坡度，h为高差,l为路长）（1）北京大道的坡度为:A北京大道=h/； （ l=，h=(HK37-HK01)）；代入数据得出：A北京大道=0.0053 ；（2）中州西路的坡度为：A中州西路=h/； （ l=，h=(HK02-HK06S01)）；代入数据得出：A中州西路=0.0270 ；（3）百里奚南路的坡度为：A百里奚南路=h/； （ l=，h=(HK44-HK06S01)）；代入数据得出：A百里奚南路=0.0044 ；（4）麒麟路的坡度为：A麒麟路=h/； （ l=，h=(HK37-HK44)）；代入数据得出：A麒麟路=0.0243 ；至此各条路的坡度都已计算出来。下面是在CASS8.0上的坡度表示图16：图16 坡度表示3.3流速和水位的计算1、流速的计算可以由势能转化为动能，汇水面积进行。势能转化为动能公式为： mgh=1/2mv2 ； mgh=1/2mv2终-1/2mv2始；（有初始速度）(m为物体质量，g为重力势能，h为高差，v为速度)；计算中m由汇水面积和降雨量确定，h由道路起始两点的高程确定。流速的计算公式为： v= ； v终= ；（有初始速度）（g为重力势能，h由道路起始两点的高程差）；由于测区铁路线以北至北京大道之间是一个坡度较大的东西向斜坡，中州路和麒麟路之间是一个南北向斜坡，所以（1） 北京大道上的流速为： v北京大道= ；（g为重力势能，h由道路起始两点的高程差）；代入数据，即可求出流速： v北京大道=12.6491m/s ；（2） 中州西路的流速为： v中州西路= ；（v北京大道为北京大道于中州西路交叉口的北京大道上计算的流速，g为重力势能，h由道路起始两点的高程）；代入数据，即可求出流速： v中州西路=20m/s ；（3） 麒麟路上的流速为： v麒麟路= ；（g为重力势能，h由道路起始两点的高程差）；代入数据，即可求出流速： v麒麟路=10.9545m/s ；（4） 百里奚南路上的流速为： v百里奚南路= ；（v百里奚南路麒麟路与百里奚南路交叉口麒麟路上的流速，g为重力势能，h由道路起始两点的高程差）；代入数据，即可求出流速： v百里奚南路=14.8324m/s ；至此流速全部计算出来。2、测区某点的汇水量和水位百里奚南路是一条起伏较大的公路，在图3-2中的I点，由前面计算的汇水面积，以及查阅资料得20113年南阳夏季的某次暴雨的降雨量达121.6毫米，以及则I点的汇水量为：V=S*h ；（S为汇水面积，h为降雨量）则 V=18677.526立方米 ；若I点的下水道堵塞，则I点的水位为：h =V/s ；（V为汇水量，s道路面积，路宽*路长）则 h=0.7625米 ；由此可见水位较高，为居民出入带来很大不变，因此政府需定期检校排水设施，或者更改排水设施，减少道路积水，为居民工作生活减少不变。4总结通过本次任务分析，得出如下结论：1）数字化测图能够快速方便的观测点位的坐标，大大降低了人力、物力和财力。2）支点搬站太多，仪器对中整平误差次数多，有误差累计。3）每次观测时尽量选在每天的同样时间，一般上午比下午好。4）通过全站仪测量时，必须有观测者在旁边，不能让仪器晃动。避免数据误差5）在画草图时要标注清晰，以便在绘制地形图时参考使用，可以避免犯错。6）CASS系列软件应用广泛，要熟练掌握此软件，知道这个软件都有什么功能，方便使用。7）计算汇水面积、坡度、流速、水位时，注意带入数据，以免出错。8）城市排水工程非常重要，要定期检校，以免为居民生活工作带来不变。另外对于野外测量有如下建议：1）受全站仪最大测程影响，当超过1.5千米后因成像不清晰而降低作业精度。2）由于测点比较多，最好对每个测点都画上草图，使在软件中绘图更有数。3）受全站仪对中整平、支点多带来的误差累计影响，每站都尽可能的测最多的点。4）每次观测有同样的观测者和仪器进行参 考 文 献1 李宝莹，刘星，周波灯,等.大比例数字化测图技术M.成都：西南交通大学出版社，2009:34-36.2 蒋辉.数字化测图技术及应用M.长沙：国防科技出版社，2006:47-55.3 谢刚生.数字化成图原理与实践M.西安：西安地图出版社，2000：20-32.4 吴胜强.大比例尺数字化地形图测绘方法的探讨J.山西：山西科技出版社，2010:353.5 测绘技术设计规定，（CH-T1004-2005）.6 赵文亮.地形测量M.武汉：测绘科技出版社，2005：55-58. 7 杨国清.控制测量学M.武汉：测绘科技出版社.2005：30-34. 8 徐宇飞.数字测图技术M.武汉：测绘科技出版社.2005：11-20.Nanyang terrain analysis, a district stormwater Abstract：This mapping is a combination of collection methods implemented mainly from the actual main root control network design layout , measurement and use of Total Station for Scattered points and the control points , handling three Scattered data do point discussed ; very detailed describes the specific steps to take advantage of CASS8.0 software to draw topographic maps , and the use of catchment area calculation method CASS8.0 survey area ; urban roads as well as the calculation of the slope , and display the survey area on CASS8.0 slope analysis ; calculate the final velocity measuring area. Digital mapping into a high figure for its accuracy , mapping cycle