地形图的测绘与应用.ppt

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10cm定一点；,方格网的大小： 5050、 5040 、 40cm 40cm 方格的大小：10cm10cm,从d、c两点起各沿da、cb方向每隔10cm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。,1:1000,0.50.5,1000 900 800 700 600 500,500 600 700 800 900 1000,四、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,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。,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,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 + ae = 2110027 = 211277 m Y p = Y a + ag = 3210029 = 32129 m,一、确定图上点位的坐标,1:1000,如图： 求A点坐标,式中： X0,Y0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dab=169.7mm,则AB的 实地距离：,例：图上量得,则算得,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,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,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,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=Sh） 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=Sh平均挖 3）计算那些顶点均为负的各个方格的填方量。V=Sh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=hA/4 边点：V=h2A/4 拐点：V=h3A/4 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。,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,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,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n1，再数出图形边缘不完整的方格数n2。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di，可以直接量