测量学-地形图的应用PPT课件

1 第8章地形图的应用 8 1地形图的识读8 2地形图应用的基本内容8 3图形面积的量算8 4地形图在工程规划和设计中的应用8 5数字地形图的应用 2 地形图的应用内容包括 在地形图上 确定点的坐标 点与点之间的距离和直线间的夹角 确定直线的方位 确定点的高程和两点间的高差 勾绘出集水线 山谷线 和分水线 山脊线 标志出洪水线和淹没线 计算制定范围的面积和体积 由此确定地块面积 土石方量 蓄水量 矿产量等 了解各种地物 地类 地貌等的分布情况 计算诸如村庄 树林 农田等数据 获得房屋的数量 质量 层次等资料 截取断面 绘制断面图 利用地形图作底图 可以编绘出一系列专题地图 如地质图 水文图 农田水利规划图 土地利用规划图 建筑物总平面图 城市交通图和地籍图等 3 8 1地形图的识读 一 地形图图外注记 1 图名与图号图名是指本图幅的名称 图号 即图的分幅编号 注在图名下方 2 接图表与图外文字说明图幅接图表 用于说明本图幅与相邻八个方向图幅位置的相邻关系 文字说明是了解图件来源和成图方法等 3 图廓与坐标格网图廓是地形图的边界线 有内 外图廓线之分 4 5 6 二 地物和地貌的识读 在各项工程中 通过地形图来分析 研究地形 主要是根据 地形图图式 中的符号 等高线的性质和测绘地形图时综合取舍的原则来识读地物 地貌 1 地物 地貌的识别 地形图识读包括如下内容 1 图廓外要素的阅读 2 图廓内要素的判读 7 1 地物的识别识别地物的目的是了解地物的大小种类 位置和分布情况 通常按先主后次的程序 并顾及取舍的内容与标准进行 按照地物符号先识别大的居民点 主要道路和用图需要的地物 然后再扩大到识别小的居民点 次要道路 植被和其它地物 通过分析 就会对主 次地物的分布情况 主要地物的位置和大小形成较全面的了解 2 地貌的识别识别地貌的目的是了解各种地貌的分布和地面的高低起伏状况 8 识别时 主要是根据基本地貌的等高线特征和特殊地貌 如陡崖 冲沟等 符号进行 山区坡陡 地貌形态复杂 尤其是山脊和山谷等高线犬牙交错 不易识别 可先根据水系的江河 溪流找出山谷 山脊系列 无河流时可根据相邻山头找出山脊 再按照两山谷间必有一山脊 两山脊间必有一山谷的地貌特征 即可识别山脊 山谷地貌的分布情况 结合特殊地貌符号和等高线的疏密进行分析 就可以较清楚地了解地貌的分布和高低起伏情况 最后将地物 地貌综合在一起 整幅地形图就像立体模型一样展现在眼前 9 2 野外使用地形图 1 地形图的野外定向常用的方法有以下二种 罗盘定向 地物定向 2 在地形图上确定站立点位置当站立点附近有明显地貌和地物时 可利用它们确定站立点在图上的位置 3 地图与实地对照 4 野外填图是指把土壤普查 土地利用 矿产资源分布等情况填绘于地形图上 10 人眼能分辨的图上最小距离是0 1mm 对1 M比例尺的地形图 对应的实地水平距离为0 1Mmm 对于1 1000比例尺的地形图 小于0 1 1000 0 1m的实地水平距离在图上是分辨不出来的 0 1Mmm称为比例尺的精度 测绘地形图碎部点位时的距离测量精度是参照比例尺的精度制定出来的 城市测量规范 的规定 对于城市大比例尺地形图 地物点平面位置精度为地物点相对于邻近图根点的点位中误差在图上不得超过0 5mm 邻近地物点间距中误差在图上不得超过0 4mm 补充 地形图的精度 11 山地 高山地和设站施测困难的旧街坊内部 其精度要求按上述规定适当放宽 分别为0 75mm和0 6mm 高程精度的规定是 城市建筑区和平坦地区的铺装地面的高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不得超过0 07m 一般地面则不得超过0 15m 在等高线地形图上 根据相邻等高线内插求得地面点相对于邻近图根点的高程中误差 在丘陵地区不得超过1 2等高距 在山地不得超过2 3等高距 在高山地不得超过1个等高距 12 8 2地形图应用的基本内容 一 确定图上点位的坐标 为了防止图纸伸缩变形带来的误差 可以采用下列计算公式消除 13 二 确定图上直线段的距离 如图若求PQ两点间的水平距离 最简单的办法是用比例尺或直尺直接从地形图上量取 为了消除图纸的伸缩变形给量取距离带来的误差 可以用两脚规量取PQ间的长度 然后与图上的直线比例尺进行比较 得出两点间的距离 更精确的方法是利用前述方法求得P Q两点的直角坐标 再用坐标反算出两点间距离 14 如图若求直线PQ的坐标方位角 PQ 可以先过P点作一条平行于坐标纵线的直线 然后 用量角器直接量取坐标方位角 PQ 要求精度较高时 可以利用前述方法先求得P Q两点的直角坐标 再利用坐标反算公式计算出 PQ 三 确定图上直线的坐标方位角 15 在地形图上的任一点 可以根据等高线及高程注记确定其高程 如果点正好位于等高线上 则点的高程就等于该等高线的高程 如果所求点不在等高线上 则可用内插法求出 如下页图中的k点 过k点作一条大致垂直于相邻等高线的线段mn 量取mn的长度d 再量取mk的长度d k点的高程Hk可按下式求得 四 确定图上点的高程 16 式中Hm为m点的高程 h为等高距 在图中h 1m 17 五 求图上两点间地面的坡度 设地面两点间的水平距离为D 高差为h 高差与水平距离之比称为坡度 以i表示 通常以百分率 或千分率 来表示 可用下式计算 式中d为图上两点间的长度 以米为单位 M为地形图比例尺分母 18 一 几何图形法可将多边形分解成若干个几何图形如三角形 梯形或平行四边形 如下图 用比例尺量出这些图形的边长 按几何公式算出各图形的面积 然后求出多边形的总面积 8 3图形面积的量算 19 二 坐标解析法 坐标解析法是使用待测图形边界上点的坐标用公式求算面积的一种方法 这是一种较高精度的面积计算方法 对于n点多边形 其面积公式的一般形式为 或 20 三 透明方格法 对于不规则图形 可以采用图解法求算图形面积 通常使用绘有单元图形的透明纸蒙在待测图形上 统计落在待测图形轮廓线以内的单元图形个数来量测面积 21 四 透明平行线法 将绘有等间隔平行线的透明纸蒙在待求面积的图形上 图形则被分割成若干个长条 每一个长条可按照梯形来计算面积 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 可以直接量出 而每个梯形的高均为h 则其面积为 22 五 电子求积仪法 电子求积仪是一种专门供图上量算面积的仪器 其优点是操作简便 速度快 适用于任意图形的面积量算 且能保证一定的精度 23 8 4地形图在工程规划和设计中的应用 一 在图上设计规定坡度的线路 设从公路上的A点到高地B点要选择一条公路线 要求其坡度不大于4 限制坡度 设计用的地形图比例尺为1 1000 等高距为1m 为了满足限制坡度的要求 计算出该路线经过相邻两条等高线之间的最小水平距离d 24 二 沿图上已知方向绘制断面图 断面图是表现沿某一方向的地面起伏情况的一种图 是以距离为横坐标 高程为纵坐标绘出的 断面图可以在现场实测 也可以从地形图上获取资料而绘出 绘制断面图的方法如下 例如要绘出下页图中直线AB方向的纵断面图 可先量出AB线与各等高线交点1 2 3 等点到A的距离 然后在绘图纸或方格纸上用与地形图相同的比例尺或其它适宜的比例尺 在横坐标轴上绘出1 2 3 等点 根据等高线可得出这些点的高程 再用一定的比例尺 在纵坐标方向上绘出各点的高程 就得出相应的地面点 顺次连接各地面点 就绘出了沿直线AB方向的断面图 25 26 三 在地形图上确定汇水面积 修筑道路时 有时要跨越河流或山谷 这时就必须建设桥梁或涵洞 兴修水库必须筑坝拦水 桥梁 涵洞孔径的大小 水坝的设计位置与坝高 水库的蓄水量等 需要根据汇集于这个地区的水流量来确定 汇集于某一区域内的降水 并流经河道的某一断面 这个区域即是河道上该断面的 汇水面积 catchmentarea 汇水的边界线是由一系列的山面积脊线连接而成的 确定汇水面积的边界线时 应注意边界线应与山脊线一致 且与等高线垂直 区域汇水面积可通过面积量测方法得出 27 四 地形图在平整土地中的应用 1 方格网法 1 绘制方格网 2 求各方格角点的高程 3 计算设计高程 4 确定填 挖边界线 5 计算各方格网点的填 挖高度挖 填高度 地面高程 设计高程 28 6 计算挖填土方量 计算挖填土方量时是将角点 边点 拐点 中点分别计算 计算公式为 7 计算总的填 挖方量 29 2 等高线法 采用等高线法计算土石方量 首先从设计高程的等高线开始计算出各条等高线所包围的面积 然后将相邻等高线面积的平均值乘以等高距即得相邻等高线间的填挖方量 总的土石方挖方量为 如图 各相邻等高线间的土方量 30 3 断面法 如图 a 利用地形图以一定间距绘出地形断面图 如图 b 在各个断面图上绘出平整场地后的设计高程线 然后 分别求出断面图上地面线与设计高程线所围成的面积 再计算相邻断面间的土石方量 求其和即为总土石方量 a b 31 32 补充 数字地形图应用基础 本节介绍使用CASS5 1在数字地形图上查询点位坐标 直线的方位角和距离 封闭对象或指定区域的面积 选线 绘制路线纵横断面图 计算填挖土方量等命令的操作方法 这些命令放置在下拉菜单 工程应用 下 如图所示 学习完本节后 读者容易发现 数字地形图的应用比图解地形图的应用无论是精度还是效率都要高得多 一 查询计算与结果注记 33 1 查询指定点的坐标执行下拉菜单 工程应用 查询指定点的坐标 命令 提示如下 输入点 点取需要查询的点位 注意使用对象捕捉 测量坐标 X 31173 642米Y 53175 444米H 0 000米如要在图上注记点的坐标 则必须执行屏幕菜单的 文字注记 命令 在弹出的图所示的 注记 对话框中点击坐标注记图标并单击 确定 按钮 根据命令行的提示指定注记点和注记位置后 CASS自动标注指定点的X Y坐标 图11 41注记了D121和D123点的坐标 34 35 2 查询两点的距离和方位角执行下拉菜单 工程应用 查询两点距离及方位 命令 提示如下 第一点 输入点 圆心捕捉图11 41中的D121点 第二点 输入点 圆心捕捉图11 41中的D123点 两点间距离 45 273米 方位角 201度46分57 39秒 3 查询线长执行下拉菜单 工程应用 查询线长 命令 提示如下 选择精度 1 0 1米 2 1米 3 0 01米选择曲线 点取图11 41中D121点至D123的直线 完成响应后 CASS弹出如图11 42所示的提示框给出查询的线长值 36 4 查询封闭对象的面积执行下拉菜单 工程应用 查询实体面积 命令 提示如下 选择对象 点取图中砼房屋轮廓线上的点 实体面积为202 683平方米 5 注记封闭对象的面积执行下拉菜单 工程应用 计算范围的面积 命令 提示如下 1选目标 2 选图层 3 选指定图层的目标 1选目标 选择指定的封闭对象注记面积 3 选指定图层的目标 先键入图层名 再选择该图层上的封闭对象 注记它们的面积 37 注记Study dwg图形文件中全部封闭房屋的面积并填充斜线的操作步骤如下 1选目标 2 选图层 3 选指定图层的目标2图层名 jmd是否对统计区域加青色阴影线 1 是 2 否Enter注意 CASS将各种类型房屋都放置在JMD 意为居民地 图层 面积注记文字位于对象的中央 并自动放置在MJZJ 意为面积注记 图层 6 统计注记面积对图中的面积注记数字求和 统计上述全部房屋面积的操作步骤为 执行下拉菜单 工程应用 统计指定区域的面积 命令 38 提示如下 面积统计 可用 窗口 W C 多边形窗口 WP CP 等多种方式选择已计算过面积的区域选择对象 all选择对象 Enter总面积 597 88平方米也可以点取单个面积注记文字 当面积注记文字比较分散时 也可以使用各种类型窗选方法选择面积注记对象 CASS自动过滤出MJZJ图层上的面积注记对象进行统计计算 统计计算的结果只在命令行提示 不注记在图上 7 计算指定点围成的面积执行下拉菜单 工程应用 指定所围成的面积 命令 39 提示如下 输入点 输入点 Enter指定点所围成的面积 X XXX平方米面积计算结果只在命令行提示 不注记在图上 二 土方量的计算由下拉菜单可知 土方量的计算方法有5种 1 DTM法土方计算该法又分了4种方法 下面介绍前面两种方法 1 根据坐标文件 40 下面以 C CASS50 Demo dgx dat 文件为例讲解操作方法 执行下拉菜单 绘图处理 展高程点 命令 将坐标数据文件dgx dat中的碎部点三维坐标展绘到当前图形中 执行AutoCAD的多段线命令Pline绘制一条闭合多段线作为土方计算的边界 执行下拉菜单 工程应用 DTM法土方计算 根据坐标文件 命令 提示如下 选择边界线 点取封闭边界对象 请输入边界插值间隔 米 Enter在弹出的标准文件选择对话框中选择dgx dat文件后 命令行提示如下 41 平场面积 2822 3平方米平场标高 米 12挖方量 84442 7立方米 填方量 0 0立方米请指定表格左下角位置 为了使绘制的表格不与已经展绘的高程点重叠 可以透明执行 标准工具栏 中的 平移 视图命令 上述键入的平场标高为12米 在屏幕上指定了表格左下角 42 的位置以后 CASS将在指定点处绘制一个土方计算专用表格 2 根据图上高程点与 根据坐标文件 命令唯一不同的是 该命令是通过在屏幕上选取已展绘的高程点来计算土方量 其余操作方法都一样 2 方格网法土方计算执行下拉菜单 工程应用 方格网法土方计算 命令 在弹出的标准文件对话框中选择dgx dat文件后 提示如下 选择土方计算边界线 输入方格宽度 米 5 43 最小高程 24 368 最大高程 43 900设计面是 1 平面 2 斜面 3 数据文件Enter输入目标高程 米 12总填方 0 0立方米 总挖方 84569 3立方米完成操作后 CASS自动在边界对象附近绘制表格放置计算结果 方格宽度一般要求为图上2cm 上面输入的方格宽度为5m 因比例尺为1 500 所以图上宽度为1cm 方格宽度越小 土方计算精度就越高 与上一图例结果比较可知 两种计算法得出的结果相差126 6m3 应该说DTM法计算土方的精度是最高的 在 设计面是 提示行中可以有3个选项 上面使用的 44 是12米高程水平面 如果选择 2 斜面 选项 则提示如下 点取高程相等的基准线上两点 第一点 第二点 输入基准线设计高程 米 斜面的坡度为百分之 指定设计高程高的方向 如果选择 3 数据文件 选项 则要求用户输入平整后的曲面点的数据文件 3 区域土方量平衡计算计算指定区域挖填平衡的设计高程和土方量 执行下拉菜单 工程应用 区域土方量平衡 命令 提示如下 45 请选择 1 根据坐标数据文件 2 根据图上高程点Enter在弹出的标准文件对话框中选择dgx dat文件后 提示如下 选择边界线 仍然选择图11 44所示的多段线边界 请输入边界插值间隔 米 10平场面积 2822 3平方米土方平衡高度 41 932米 挖方量 1433立方米 填方量 1433立方米 46 请指定表格左下角位置 完成响应后 CASS在指定点处绘制一个土方计算专用表格 并绘出挖填平衡分界线 4 等高线法土方计算该命令可以计算任意两条封闭等高线之间的土方量 执行下拉菜单 工程应用 等高线法土方计算 命令 提示如下 选择参与计算的封闭等高线 47 依次选择图11 31中从山顶向山底方向的8条闭合等高线 选择对象 Enter输入最高点高程 Enter请指定表格左上角位置 完成响应后 CASS在指定点处绘制一个土方计算专用表格 并给出相临两条等高线之间的土方量和总土方量 三 数字地形图的在路线勘察设计中的应用1 路线曲线设计在CASS5 1中 还只能进行 基本形 平面线形公路曲线设计 48 创建ZX 中线 图层并设置为当前图层 冻结除ZX图层以外的所有图层 根据JD25 JD26 JD27点的坐标 执行AutoCAD的Pline命令绘制图中粗线所示的路线中线对象 注意 绘制多段线的方向代表路线方向 创建QX 曲线 图层并设置为当前图层 执行下拉菜单 工程应用 公路曲线设计 单个节点处理 命令 弹出 公路曲线计算 对话框 参照表11 1的设计数据进行输入 结果如图11 50所示 其中 起点坐标 和 交点坐标 可以单击其右边的 拾取 按钮 分别在屏幕上捕捉起点和交点点位获得 49 捕捉到的点位坐标立即显示在其坐标文本框中 采样间隔 文本框输入从ZH点起 整10m桩号开始的桩号计算间隔 完成对话框设置后 单击 开始 按钮 50 命令行提示如下 选定平曲线要素表左上角点 在路线桩号附近的空白处点取一点 完成响应后 CASS自动绘制出道路曲线并注记主点ZH HY QZ YH YZ的点位 在指定点处放置自动计算出来的平曲线要素表和20m采样间隔的整数里程桩位点的坐标 它们均位于QX图层 如图所示 2 不含路线曲线的中线纵断面图的绘制如果已经获得了路线中线地区的数字地形图 就可以在CASS中自动生成中线方向的纵断面图 绘断面图命令位于下拉菜单 工程应用 绘断面图 下 设置当前图层为ZX 冻结QX图层 解冻其余图层 51 52 执行下拉菜单 工程应用 绘断面图 根据坐标文件 命令 提示如下 选择断面线 点取图中的路线中线对象 在弹出的标准文件选择对话框中选择当前图幅的坐标数据文件02108350 dat 完成操作后 命令行提示如下 请输入采样点间距 米 Enter请输入起始里程 13357 395弹出如图所示的 绘制纵断面图 对话框 53 一般横向比例尺设置与数字地形图比例尺相同 纵向比例尺为横向比例尺的10 20倍 图中为10倍 其它根据需要设置 完成设置后 单击 确定 按钮 命令行提示如下 是否绘制平面图 1 否 2 是2键入2 选择绘制平面图的纵断面图 图中自动绘出了所有转点和以20米为采样间距的采样点的地面高程和里程 所有转点的相对于所选路线对象起点的里程 各转点的转折角 将路线拉直后两端20米范围内的带状地形图 可以执行下拉菜单 工程应用 绘断面图 查询断面点 命令查询断面线上任一点的里程和高程值 命令执行后 54 的提示如下 横向比例为1 1000纵向比例为1 Enter指定参照点 在纵断面图上用端点捕捉JD26点 参照点里程 13500参照点高程 34 68指定断面点 指定断面点 Enter需要说明的是 输入的横向比例和纵向比例必须与绘制纵断面图时设置的比例一致 55 完成参照点的指定及其里程 高程值的输入以后 每在断面图上指定一点 CASS立即在命令行提示该点的里程 高程值 按Enter键空响应结束操作 3 包含路线曲线的中线纵 横断面图的绘制和土方量的计算 1 路线横断面线与里程文件的生成可以根据路线曲线和地形图的坐标数据文件 按用户给定横断面的间距值和横断面线上采集点的间距值 在路线曲线上自动绘制横断面线并生成它们的里程文件 执行下拉菜单 工程应用 生成里程文件 由纵断面线生成 命令 在弹出的 输入里程文件名 对话框中键入02108350 CASS自动为其加上扩展名hdm 意为横断面 56 单击 保存 按钮 弹出 输入坐标数据文件名 对话框 选中前已生成的坐标数据文件02108350 dat 单击 打开 按钮 命令行提示如下 选择纵断面线 点取编辑后的道路曲线多段线对象 输入横断面间距 米 Enter输入横断面线上点距 米 Enter输入带状区域的宽度 米 Enter是否加入复合线结点 1 否 2 是2 2 生成路线的纵 横断面图 执行下拉菜单 工程应用 断面法土方计算 道路断面 命令 弹出 断面设计参数 对话框 单击 选择里程文件 区域框中的 按钮 在弹出的 选择里程文件名 对话框中选中前已创建的 57 58 59 02108350 hdm里程文件 设置 中桩设计高程 为34 路宽为25 其余根据需要设置 单击 确定 按钮 弹出 绘制纵断面图 对话框 将纵断面图的纵 横向比例都设置为1 1000 单击 确定 按钮后 CASS自动绘制出纵断面图 命令行提示如下 指定横断面图起始位置 完成响应后 CASS自动在指定点位的右下方绘制28个横断面图 它们是下一步计算道路土方量的基础 3 设计路线纵断面 由于纵断面图的纵横坐标比例尺都为1 1000 因此 可以使用AutoCAD的绘图与编辑命令直接在纵断面图上进行路线纵断面设计 4 修改道路横断面设置参数 60 自动生成28个横断面线 它们位于HDM 意为横断面 图层 61 例如所有横断面处的道路中桩设计高程均为34m 这显然不符和路线设计实践 因此 需要根据上面绘制的路线设计纵断面图进行修改 可以执行下拉菜单 工程应用 断面法土方计算 下的 修改设计参数 编辑断面线 修改断面里程 等命令编辑修改各个横断面图的设计参数 例如要将第1个横断面的中桩设计高程修改为32m 其命令操作步骤为 执行 工程应用 断面法土方计算 修改设计参数 命令 命令行提示如下 选择断面线 点取第1个横断面线上的任意点 弹出 断面设计参数 对话框 图中凡是白底的数字都可以修改 62 将图中 中桩设计高程 由34修改成32 单击 确定 按钮完成操作 此时 第1个横断面图中的设计断面线自动从标尺的34m移动到32m 5 道路土方量计算 执行下拉菜单 工程应用 断面法土方计算 图面土方计算 命令 提示如下 选择要计算土方的断面图 窗选全部28个横断面图 选择对象 Enter指定土石方计算表左上角位置 完成响应后 CASS自动在指定点的右下方绘制土石方数量计算表 它位于02108350 dwg图形文件的 土石方数量计算表 布局标签中 63 64 65 8 5数字地形图的应用 一 在科学研究方面的应用 DEM主要用在以下几个主要领域 1 区域 全球气候变化研究 2 水资源 野生动植物分布 3 地质 水文模型建立 4 地理信息系统 5 地形地貌分析 6 土地分类 土地利用 土地覆盖变化检测等 建立数字高程模型 DEM 66 二 在工业 工程方面的应用 数字高程模型主要用于进行各种辅助决策和设计 以提高服务 设计质量 提高设计自动化水平 获取更大的经济效益 三 在军事方面的应用 DEM在军事上的应用主要在以下几个方面 1 虚拟战场 2 战场地形环境模拟 3 为作战部队提供作战地图 4 军事工程 5 基于地形匹配的导引技术 67 建筑设计要求考虑现场的地形特点 不剧烈改变地形的自然形态 使设计建筑物与周围景观环境比较自然地融为一体 可以避免开挖大量的土方 节约建设资金和不破坏周围的环境状态 如地下水 土层 植物生态和地区的景观环境 地形对建筑物布置的间接影响主要是自然通风和日照效果两方面 由地形和温差形成的地形风 往往对建筑通风起主要作用 常见的有山阴风 顺坡风 山谷风 越山风和山垭风等 在布置建筑物时 需结合地形并参照当地气象资料加以研究 为达到良好的通风效果 在迎风坡 高建筑物应置于坡上 在背风坡 高建筑物应置于坡下 补充 1 建筑设计中的地形图应用 68 把建筑物斜列布置在鞍部两侧迎风坡面 可充分利用垭口风 以取得较好的自然通风效果 建筑物布列在山堡背风坡面两侧和正下坡 可利用绕流和涡流获得较好的通风效果 在平地 日照效果与地理位置 建筑物朝向和高度 建筑物间隔有关 而在山区 日照效果除了与上述因素有关外 还与周围地形 建筑物处于向阳坡或背阳坡 地面坡度大小等因素密切相关 日照效果问题就比平地