《工程测量》第10章 地理空间信息的应用

1、2021-12-141工程测量工程测量第第1010章章 地理空间信息的应用地理空间信息的应用The Application of Geospatial Information2021-12-142 10.1 10.1 概述概述 10.2 10.2 地形图应用的基本知识地形图应用的基本知识 10.3 10.3 面积量算面积量算 10.4 10.4 在地形图上按一定方向绘制断面图在地形图上按一定方向绘制断面图 10.5 10.5 地形图在平整场地中的应用地形图在平整场地中的应用 10.6 10.6 地理信息系统在城市管理中的应用地理信息系统在城市管理中的应用（自学）（自学） 章节题目章节题目: :

2、2021-12-143 地理信息系统地理信息系统GIS 应用数据库管理系统和相关应用软件应用数据库管理系统和相关应用软件 直接应用地形直接应用地形图图10.1 10.1 概述概述 基础地理信息基础地理信息 GIS 应用应用 数字地图、纸载地图数字地图、纸载地图 地理信息的应用地理信息的应用广泛和深入广泛和深入GIS2021-12-14510.2 10.2 地形图应用的基本知识地形图应用的基本知识地形图应用于广泛的领域，如国土整治、资源勘地形图应用于广泛的领域，如国土整治、资源勘测、城乡建设、交通规划、土地利用、环境保护、测、城乡建设、交通规划、土地利用、环境保护、工程设计、矿藏采掘、河道整理、

3、等，可在地形图工程设计、矿藏采掘、河道整理、等，可在地形图上获取详细的地面现状信息。在国防和科研方面，上获取详细的地面现状信息。在国防和科研方面，更具重大用途。更具重大用途。 数字化地形图使地形图在管理和使用上体现出图数字化地形图使地形图在管理和使用上体现出图纸地形图所无法比拟的优越性。纸地形图所无法比拟的优越性。2021-12-146(1) (1) 地形图的图廓外注记地形图的图廓外注记1) 图号、图名和接图表图号、图名和接图表2) 比例尺比例尺3）经纬度与坐标格网）经纬度与坐标格网4）地形图的平面坐标系统和高程系统地形图的平面坐标系统和高程系统5）测图时间）测图时间一、一、 地形图的识读地形

4、图的识读图示比例尺数字比例尺2021-12-147图号图名接图表2021-12-1482021-12-1492021-12-1410(2) 地物与地貌的识别地物与地貌的识别n先熟悉测图所用的地形图图式、规范和测图日期。n1) 地物的识别n了解地物大小种类、位置、分布情况。n按先主后次的步骤，顾及取舍的内容与标准进行。n先识别大的居民点、主要道路和用图需要的地物，n再扩大识别小居民点、次要道路、植被和其它地物。n通过分析，对主、次地物的分布情况，n主要地物的位置和大小形成较全面的了解。2021-12-1411n2) 地貌的识别n了解各种地貌分布和地面高低起伏状况。n根据基本地貌等高线特征和特殊地

5、貌(如陡崖、冲沟等)符号进行。n根据水系的江河、溪流找出山谷、山脊系列，n识别山脊、山谷地貌分布情况。n特殊地貌符号和等高线疏密，n了解地貌分布和高低起伏情况。2021-12-1412(3) 地形图的精度地形图的精度n1) 图上量距精度n与比例尺有关。对于1:1万比例尺图，n图上小于0.1mm10000=1m的实地距离分辨不出；n对于1:1000比例尺地图，n图上小于0.1mm1000=0.1m的实地距离分辨不出。n2) 图上平面位置精度n城市大比例尺地形图，n地物点平面位置精度为地物点n相对于邻近图根点的点位中误差在图上不超过0.5mm；n邻近地物点间距中误差在图上不超过0.4mm。2021

6、-12-1413n2) 图上高程注记精度n山地、高山地和设站施测困难的旧街坊内部，n分别为0.75m和0.6m。 n城市建筑区和平坦地区铺装地面高程注记点n相对于邻近图根点的高程中误差不超过0.07m，n一般地面不得超过0.15m。 n在等高线地形图上，n根据相邻等高线内插求得地面点n相对于邻近图根点的高程中误差，n丘陵地区不超过1/2等高距，n在山地不超过2/3等高距，n高山地不超过1个等高距。 2021-12-1414（一）、确定点位的平面坐标（一）、确定点位的平面坐标nXm = Xa + （ag /ad/ad）* *100100nYm = Ya + （ae / ab）* *100二、二、

7、 地形图应用的基本知识地形图应用的基本知识2021-12-1415 5000 300 B 250 4500 C 200 150 A 4000 2000 2500 3000 100 0 100 200 300 400 500 1 : 10000 XaYa点位的坐标量测点位的坐标量测xyyyYxxXaa00a2021-12-1416有两种方法。有两种方法。n1)：图量法，按比例化算：图量法，按比例化算成实地距离。成实地距离。n2)：用公式计算：用公式计算：)yy()xx(ABABABD22x yBA（二（二) )、确定两点之间的距离、确定两点之间的距离2021-12-1417 (1)图解法：图解法

8、： (2)解析法解析法 ： )()(arctan121212xxyy12xyyx12( (三三) )、确定某一直线的坐标方位角、确定某一直线的坐标方位角2021-12-1418例：例：在图上量得A、B坐标为：1000 900 800 700 600 5001000 1100 1200 1300 1400 15001：1000.A.BXB= 683.2mYB=1378.5mXA= 845.6mYA=1140.3m求DAB、AB。DABAB解解 :X= 683.2- 845.6=-162.4 Y=1378.5-1140.3=+238.2DAB=(-162.4)2+238.22=288.29RAB

9、=tan-1 =tan-1 1.466749YX=554253 第象限AB =180RAB = 1241707 2021-12-1419如果某点位置恰好位于一条等高线上，则这点的高程如果某点位置恰好位于一条等高线上，则这点的高程就等于该等高线的高程。如果某点的点位位于两条就等于该等高线的高程。如果某点的点位位于两条等高线之间，则可以用线性比例内插法计算。如图等高线之间，则可以用线性比例内插法计算。如图所示所示: : hBABMHHBM( (四四) )、确定点位的高程、确定点位的高程2021-12-1420( (五五) )、在地形图上量取曲线长度、在地形图上量取曲线长度 利用曲线计测定利用曲线计

10、测定( (六六) )、在地形图上确定某一直线的坡度、在地形图上确定某一直线的坡度 要确定地面要确定地面AB的坡度，可以在图上量测两的坡度，可以在图上量测两点之间的水平距离点之间的水平距离D与高差与高差h则其坡度则其坡度i为：为：dMhDhi2021-12-1421四四. .点位的高程和点位的高程和两点间的坡度量测两点间的坡度量测点位的高程和两点间的坡度量测点位的高程和两点间的坡度量测 在等高线地形图上进行量测1. 1.点位高程：点位高程：可根据等高线目估可根据等高线目估 HE=51.0m, HF=48.3m, HG=51.9m2.2.两点间坡度两点间坡度 坡度公式：i=hDhdm=tan=52

11、51504948EFG1:500例：例：设量得F、G的图上距离为28.5mm， 求F、G之间的平均坡度(点的高程见上)。解：解：平均坡度地面倾角 14.2i=hDhdm=51.9-48.30.0285500=0.2526=25.3%2021-12-1422 在一些工程建设过程中，常遇到坡度限制问题。利用地形在一些工程建设过程中，常遇到坡度限制问题。利用地形图就可以根据限制的坡度选择规划最佳的路线。图就可以根据限制的坡度选择规划最佳的路线。例如，从山脚例如，从山脚A A点到山顶修一条公路，限制坡度点到山顶修一条公路，限制坡度ii=5=5 。图的比例尺为图的比例尺为1:20001:2000，等高距

12、，等高距h h为为2 2米，要满足设计要求，可米，要满足设计要求，可先求出路线在相邻等高线之间的最小平距先求出路线在相邻等高线之间的最小平距d d ， d =h /d =h /（I MI M）= 2 /= 2 /（0.050.05* *20002000）= 0.02= 0.02米米 ( (七七) )、按限制坡度选定最短路线、按限制坡度选定最短路线2021-12-1423在图上设计等坡度线在图上设计等坡度线例：要在例：要在A、B间选定一条满足坡度为间选定一条满足坡度为 的最短路线。的最短路线。%33. 3i解：由坡度公式解：由坡度公式 ：mdhDhi（毫米）3050000333. 0100050

13、333. 00333. 0mhdmdh当相邻两根等高线之间的当相邻两根等高线之间的 图上图上 d 30毫米时，地面坡毫米时，地面坡 度度 i 3.33%。取。取d =30毫米毫米 作图时，作图时，A、B间路线最短间路线最短。P270 图9-11dddddddddddddd2021-12-1424 如图所示，汇水面积的分界线为山脊线，图中虚线和如图所示，汇水面积的分界线为山脊线，图中虚线和AB围围起来部分为汇水区域。只要测出围起来的面积即可。起来部分为汇水区域。只要测出围起来的面积即可。 ( (八八) )、 确定汇水面积确定汇水面积2021-12-14252021-12-14262021-12-

14、14272021-12-142810.3 10.3 面积量算面积量算一、透明方格纸法一、透明方格纸法 二、平行线法二、平行线法 三、解析法三、解析法 四、求积仪法四、求积仪法五、直接利用几何图形计算面积五、直接利用几何图形计算面积2021-12-1429一、透明方格纸法一、透明方格纸法 透明方格纸法透明方格纸法 计算曲线内的面积，先计算曲线内的面积，先将毫米透明方格纸覆盖将毫米透明方格纸覆盖在图形上，数出图形内在图形上，数出图形内完整的方格数完整的方格数n1n1和不完和不完整的方格数整的方格数n2n2，则面积，则面积可按下式计算可按下式计算 )(10)21(26221mMnnAn2图形边界所占

15、的方格数n1为图形边界所包围的方格个数M为比例为比例尺分母尺分母2021-12-1430二、平行线法二、平行线法 将绘有等距平行线的透将绘有等距平行线的透明纸覆盖在图形上。则相明纸覆盖在图形上。则相邻两平行线间截割的图形邻两平行线间截割的图形面积可近似视为梯形。各面积可近似视为梯形。各梯形面积分别为：梯形面积分别为： hSnhllShlS)l(l21)(21)0(21n1n21211nSSSS21图形总面积：2021-12-1431三、解析法三、解析法 )()()()(214343144123321221yyxxyyxxyyxxyyxxA)()(21)()(214443343314114441

16、2322333212112221yxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxA)()()()(21314243132421yyxyyxyyxyyxA如果图形为任意多边形，且各顶点的坐标已在图上量出或实如果图形为任意多边形，且各顶点的坐标已在图上量出或实地测定，可利用各点地测定，可利用各点 坐标以解析法计算面积。坐标以解析法计算面积。整理得下式展开后得下式 ： x 1234Y2021-12-1432三、解析法三、解析法 若若n n边形各顶点投影于边形各顶点投影于X X轴时，则图形面积公式轴时，则图形面积公式可以写为下式：可以写为下式：niiiiyyxA1)(2111niiii

17、xxyA1)(2111对于任意对于任意n n边形，可以边形，可以 写出面积计算的通用公写出面积计算的通用公式：式：当当i=1i=1，y yi-1i-1=y=yn n; ;当当i=ni=n，y yi+1i+1=y=y1 1。当当i=1i=1，x xi-1i-1=x=xn n; ;当当i=ni=n，x xi+1i+1=x=x1 1。niiiiiyyxxA111212021-12-1433四、求积仪法四、求积仪法n求积仪是一种专门供图上量算面积的仪器，求积仪是一种专门供图上量算面积的仪器，n其优点是操作简便、速度快，适用于任意曲线其优点是操作简便、速度快，适用于任意曲线图形的面积量算，并能保证一定的

18、精度。图形的面积量算，并能保证一定的精度。n求积仪有机械求积仪和电子求积仪两种。求积仪有机械求积仪和电子求积仪两种。2021-12-1434求积仪法求积仪法- - 机械求积仪机械求积仪1) 机械求积仪n机械求积仪是一种利用积分原理在图纸上测定不规则图形面积的完全机械装置，n它结构简单，售价低廉，便于使用。n机械求积仪由极臂、描迹臂和计数器三部分组成。 2021-12-1435求积仪法求积仪法- - 机械求积仪机械求积仪 求积仪的使用方法 ：F是所量面积，P是分划值，U是起点和终点读数2021-12-1436求积仪法求积仪法-电子求积仪电子求积仪2) 2) 电子求积仪电子求积仪图所示为日本图所示

19、为日本KOIZUMI(KOIZUMI(小泉小泉) )公司生产的公司生产的KP-90NKP-90N电子求积电子求积仪，仪，仪器是在机械装置动极、动仪器是在机械装置动极、动极轴、跟踪臂极轴、跟踪臂( (相当于机械求相当于机械求积仪的描迹臂积仪的描迹臂) )等的基础上，等的基础上，增加了电子脉冲记数设备和增加了电子脉冲记数设备和微处理器，能自动显示测量微处理器，能自动显示测量的面积，的面积，面 积 测 量 的 相 对 误 差 为面 积 测 量 的 相 对 误 差 为1/10001/10002021-12-1437地籍中的用地面积计算由计算机地籍管理软件自动计算由计算机地籍管理软件自动计算2021-1

20、2-143810.4 10.4 在地形图上按一定方向绘制断面图在地形图上按一定方向绘制断面图一、按指定方向绘制纵断面图一、按指定方向绘制纵断面图n在进行道路、隧道、管线等工程设计时，在进行道路、隧道、管线等工程设计时，需要了解两点之间的地面起伏情况，这时，需要了解两点之间的地面起伏情况，这时，可根据地形图中的等高线来绘制断面图。可根据地形图中的等高线来绘制断面图。2021-12-1439按指定方向绘制纵断面图按指定方向绘制纵断面图2021-12-1440二、按设计线路绘制纵断面图二、按设计线路绘制纵断面图2021-12-144110.5 10.5 地形图在平整场地中的应用地形图在平整场地中的应

21、用 q场地平整有两种情形：场地平整有两种情形：一、要求平整成水平面，一、要求平整成水平面，土方量的计算土方量的计算二、要求按设计等高线整理成倾斜面，二、要求按设计等高线整理成倾斜面，土方量的计算土方量的计算2021-12-1442一、要求平整成水平面土方量的计算假设要求将原地貌按照挖填平衡的原则改造成水假设要求将原地貌按照挖填平衡的原则改造成水平面，土方量的计算步骤如下：平面，土方量的计算步骤如下：1 1、 在地形图上绘制方格网在地形图上绘制方格网n方格网大小取决于地形的复杂程度、地形图比例尺的方格网大小取决于地形的复杂程度、地形图比例尺的大小和土方计算的精度要求，大小和土方计算的精度要求，n

22、一 般 地 ， 方 格 边 长 为 图 上一 般 地 ， 方 格 边 长 为 图 上 2 c m ,2 c m , 相 当 于 地 面相 当 于 地 面10M10M* *10M,20M10M,20M* *20M20M。2021-12-1443一、要求平整成水平面土方量的计算第一步在地形图上绘制方格网地面10M*10M20M*20M2021-12-1444第二步计算各方格顶点的高程一、要求平整成水平面土方量的计算2、计算各方格顶点的高程计算各方格顶点的高程2021-12-14453 3、计算设计高程、计算设计高程 n“挖、填平衡”。先将每一方格顶点的高程加起来除以4，得到各方格的平均高程，再把每

23、个方格的平均高程相加除以方格总数，就得到设计高程H。 nHnHHHHin210Hi-每个方格的平均高程每个方格的平均高程n n-方格总数方格总数2021-12-1446第三步“挖、填平衡”，计算设计高程H0=33.04m H1H4H5H6H7H8H9H10H11H2H3Hi-每个方格的平均高程2021-12-1447n分析分析H的计算过程，可以发现：的计算过程，可以发现：n角点的角点的高程高程使用一次使用一次-n边点的边点的高程高程使用二次使用二次-n拐点的拐点的高程高程使用三次使用三次-n中点的中点的高程高程使用四次使用四次-n因此设计高程因此设计高程H。可以表达为：。可以表达为：nHHHH

24、H44320）（中拐边角权为1/4权为2/4权为3/4权为4/42021-12-1448 4 4计算挖、填高度并绘制填挖边界线计算挖、填高度并绘制填挖边界线 n根据设计高程和方格顶点的高程，可以计算出根据设计高程和方格顶点的高程，可以计算出每一方格顶点的挖、填高度，即：每一方格顶点的挖、填高度，即： 0HHH实将图中各方格顶点的挖、填高度写于相应方格将图中各方格顶点的挖、填高度写于相应方格顶点的左上方。正号为挖深，负号为填高顶点的左上方。正号为挖深，负号为填高。根据根据各方格顶点的挖、填高度各方格顶点的挖、填高度绘制填挖边界线。绘制填挖边界线。2021-12-1449第四步计算挖、填高度绘制挖填边界线2021-12-14505 5计算挖、填土方量计算挖、填土方量 n 挖、填土方量可按角点、边点、拐点和中点挖、填土方量可按角点、边点、拐点和中点分别按下式列表计算。正号为挖，负号为填。分别按