工程测量第九章基础地理信息采集与成图方法

《工程测量》

第九章

基础地理信息采集

与成图方法

BasicGeographicInformationAcquisitionandMappingMethod本章内容

9.1基础地理信息概述

9.2地形图的基本知识

9.3大比例尺地形图的传统测绘方法(测量实习）

9.4数字化测图方法（自学）

9.5普通地图的数字化（自学）

§9.1基础地理信息概述

数据与信息

?测量数据与地理空间信息

?地图与地形图

??数据与信息

?测量是与地理空间数据打交道的，

?距离、角度、高差…直接观测量

?坐标(x,y,H)…间接观测量

数据：信息的载体，是对客观事物定位(地理位置）、定性（本质特征）、定量（几何形状和数量）描述的原始材料。包括数字、文字、符号、图形、影像等形式。

?信息：是客观事物在人们头脑中的反映。数据经过人的解释，理解其内涵，并赋予一定的意义后，成为信息。

??测量数据与地理空间信息

??地理信息

?与所研究对象的空间地理分布有关的信息。它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、属性、规律和相互关系的数字、文字和音像、图形的总称。

?地理信息具有区域性、多维数据结构、动态特征。

基础地理信息的载体--地理空间数据与地图

?地理空间数据——地物和地貌空间位置的数据（通过测量得到），基础地理信息的载体

?地图——是地理空间数据最直观、历史最悠久、最容易被人们认识和使用的表示形式，是基础地理信息的最好载体

?地图与地形图

?地图定义：

由数学所确定的经过综合概括并用形象符号表示的地球表面在平面上的图形。同时，地图能在一定范围内，根据其具体用途有选择的表示各种自然现象和社会现象的分布、状况和相互联系。

?地图三要素：

数学要素、几何要素、地图综合。

地图的基本特性

1.可量测性

特殊的数学法则

地球自然表面上的点

垂直投影

地球椭球面

地图投影

可展面（圆柱、圆锥、平面）地图投影

比例尺

地图定向

2.直观性

地图语言

符号

注记

颜色

3.一览性

制图综合（概括）

两次抽象：符号化过程和

选取和概括（比例尺缩小）

地图的种类

??按内容分类：

?普通地图：（x,y,H），如：地形图

?平面图：

(x,y)?专题地图：城市交通图、旅游图、资源人口分布图等

载体不同：传统纸质等，计算机存储设备

?数字地图：是以地图数据库为基础，以数字形式存储在计算机外储存器上，可以在电子屏幕上显示的地图。

?电子地图：数字地图符号化处理后的数据集合，它具有地图的符号化数据特征，并能够快速实现图形的平面、立体和动态跟踪显示，供人们在屏幕上阅读和使用。

地理信息系统：

将地理信息与研究目的相关的各种因素有机地结合，并由现代计算机技术统一管理、分析，从而对某一专题产生决策支持，就形成了地理信息系统（GIS）。

?定义：是在计算机软硬件的支持下,运用信息科学、管理科学，对空间地理信息进行综合处理、分析和应用的信息系统。

?各种纸质地图、数字地图、遥感及摄影测量影象、野外数字化采集的数据是地理信息系统的重要数据来源。还有各种专业来源的调查数据，如资源、土地利用、城市市政设施、管理规划、灾害因子、地质环境调查采集的数据等。并且可以及时更新数据，实现动态监测、多因子分析统计、查询、辅助决策等功能。

§9.2地形图的基本知识

地形图定义

?地形图的比例尺

?地物符号

?地貌符号——等高线

?地形图的分幅编号与图廓注记

?一、地形图的定义

?定义：地形图是普通地图的一种，是按一定的比例，用规定的符号表示地物、地貌平面位置和高程的正射投影图。

??为了将地物和地貌测绘到图上，理论上必须从地面各特征点向水准面作铅垂线，铅垂线与水准面的交点称为地面各特征点的垂直投影。

当测区很小（测区半径小于10km，测区面积小于

320km2），水准面可以用水平面代替，可认为地面各特征点是垂直投影在水平面上。

?分类：区域图，带状图，断面图

1:500城区居民地地形图样图

二、地形图的比例尺

???绘制各种图时，实地的形状必须经过缩小后才能绘在图纸上。

图的比例尺（缩尺）：图上某一线段长度与地面上相应线段的水平长度之比。

比例尺的表示方法：

数字比例尺

?图示比例尺

?1、数字比例尺：

用分子为1，分母为整数的分数表示。

?假设图上的线段长度为S，地面上相应线段的水平长度为

，M为比例尺的分母，则该图的数字比例l尺为：

1S1??lMlS数字比例尺的缺点：无法避免图纸变形对用图的影响。

2、图示比例尺：

用线段表示的比例尺。

?图示比例尺有直线比例尺和复式比例尺两种。

1000100200300地形图按比例尺的不同分为大、小、三种。

?大比例尺图：1:500、1:1千、1:2千、1:5千、1:1万

?中比例尺图：1:2.5万、1:5万、1:10万

?小比例尺图：1:25万、1:50万、1:100万

?我国规定

1:5000万、1：、501：万、1万、1：1100：2.5万八种比例尺地形图——万、1：5万、1：10万、

国家基本比例尺地形图。

：251?????中比例尺地形图为国家的基本地图，由国家专业测绘部门负责测绘，目前均用航空摄影测量方法成图，

小比例尺地形图由中比例尺地图缩小编绘而成，

城市和工程建设一般需要大比例尺地形图，

比例尺为1：500和1：1000的地形图一般用平板仪、经纬仪或全站仪等测绘，

比例尺为1：2000和1：5000的地形图一般用由1：500或1：1000的地形图缩小编绘而成，

大面积1：500----1：5000的地形图也用航空摄影测量方法成图。

??地形图比例尺的选择

3、地形图比例尺精度

地形图上所表示的地物、地貌的细微部分的精确详细程度受比例尺的影响。

?地形图是经过人眼用绘图工具将测量成果绘于图上。

?由于人眼最小视角的限制，在25cm明视距离内分辨两条平行线的间距为0.1mm。通常把0.1mm称为人眼分辨率。

?地形图上0.1mm所表示的实地水平长度0.1M(mm，M为地形图比例尺分母)——称为地形图的比例尺精度。

?不同比例尺的地形图，比例尺精度不同。

1:5001:10001:20001:50000.05m0.10m0.20m0.50m……

……

地形图比例尺

地形图比例尺精度m在传统地图中地形图比例尺精度的作用：

（1）根据比例尺确定实际量测精度。

（2）根据用图需要表示地物地貌的详细程度，确定所选用的比例尺。

大比例尺地形图上所绘的地物、地貌比小比例尺图更精确详细。但同一范围内的大比例尺测图比小比例尺测图更费工时。

选择地形图比例尺的一般原则：

1.图面显示地物地貌的详细和明晰程度是否满足设计要求。

2.平面位置和高程的精度是否满足要求。

3.图幅大小符合总图设计的要求。

4.尽量选择较小比例尺的测图。

数字地形图的精度与比例尺无关

?在现代数字地形图中用坐标数字表示地形要素,其精度是测量坐标的精度，与测图比例尺无关,故不存在比例尺精度。

三、地物符号

????地形：是地物和地貌的总称。

地物：指地球表面自然物体和人工（构）建筑物。

地貌：指地球表面高低起伏的形态。

地形图符号分类：地物符号、地貌符号和注记符号。《地形图图示》规定

地物符号的种类：

?比例符号、

?非比例符号、

?线状符号、

?地物注记。

（1）比例符号：将地面上实物的轮廓按测图比例尺缩小后绘制在图上的符号。该符号与实际地物形状相似，也称轮廓符号。房屋、江河、果园等。

（2）非比例符号

??当地物的轮廓很小，不能按测图比例尺缩小，但这些地物很重要，不能舍去，则需按统一规定的符号描绘在图上。如测量控制点、钻孔、矿井、烟囱等。

非比例符号在地形图上的位置必须与实物位置一致，为此规定了非比例符号的定位点：

?规则几何图形符号。（圆形、矩形、三角形）

?宽底符号。（蒙古包、烟囱、水塔）

?底部为直角形的符号。（风车、路标）

?几种几何图形组成的符号。（气象站等）

?下方没有底线的符号。（窑、亭等）

瓦

水准点

烟囱

路标

盐井

窑

一些非比例符号

方柱假山圆柱（电杆）气象站避雷针亭碉堡旗杆水塔塔喷水池窨井井烟囱灯塔路灯纪念碑里程桩（3）线状符号（半比例符号）

??凡是长度能依比例，而宽度不能依比例缩绘的狭长地物符号，也称半比例符号。

线状符号的长度方向按实际测定，宽度和符号样式有专门规定。如铁路、高压线路、围墙等。

围墙土围墙1：2000图中的围墙栅栏铁丝网绿篱行列树土坎加固的坎斜坡加固斜坡土垅围墙城墙已毁城墙（４）、地物注记符号

?号的补充说明。是对地物、地貌符

?如城镇、铁路、河流、山峰的名称，河流的流向和流速等。

?数字和线段注记符号可用表示。文字、

胜

利

路

说明：

?地形图符号的大小、形状，均视测图比例尺的大小而异。

?各种比例尺地形图的符号、图廓形式、图上和图边注记字体的位置和排列等都有一定的格式，总称为图式。

?为规范全国的图式和便于用图，国家测绘局制定了统一图式，供测绘单位使用。

?我国当前使用的、最新的大比例尺地形图图式由国家测绘总局组织制定的、国家技术监督局发布的、1996年5月1日开始实施的

?《1：5001：10001：2000地形图图式》

?(GB/T7929-1995)。

1:500城区居民地地形图样图

1:1000城镇居民地地形图样图

1:2000城郊地形图样图

四、

地貌与等高线

????定义和名词

典型地貌等高线

等高线分类

等高线特征

等高线是地面上高程相等的各相邻点所连成的闭合曲线。也是水平面（严格是水准面）与地形相截所形成的闭合曲线。

（一）、等高线原理

?山头被水淹没，水平面高程为80m，该水平面与山头相截所得的闭合曲线句是一条高程为80m的等高线。

如果水位上涨10m，水平面高程为90m，可得一条高程为90m的等高线。

依此类推，可得一系列不同高程的等高线。

等高线的形状代表山头个部位的形状。

将等高线垂直投影到同一个水平面上，并按测图比例尺缩小后绘在图纸上，可得到用等高线表示的山头地形图。

（二）、几个名词：

?等高距：相邻等高线之间的高差称为等高距。h?规范规定：一个测区内只能采用一种等高距。

?等高距选择的重要性：

选择等高距过大，不能正确表示地貌的形状；等高距过小，虽然能精确表示地貌，不但增加了测绘工作量，影响图的清晰度，给用图带来不便。

hhi?d?等高线平距：相邻等高线间的水平距离——d，

?坡度：相邻等高线间的地面坡度——i

hi?d?M??

同一幅地形图，等高线平距大，地貌坡度小；

反之，坡度愈大。

hd???合理等高距的选择方法

结合图的用途、测图比例尺及测区地形坡度的大小等多因素综合考虑。

规范中关于大比例尺地形图等高距的规定

平地

1:10001:20001:50000.50.51.0丘陵地

1.01.02.0山地及高山地

1.02.05.0一般情况下，地面倾角小于20为平地，20-60之间为丘陵地，60-250为山地，大于250为高山地。

（三）、典型地貌的等高线

?1、山地：凸出且高于四周的高地。高大为山峰，矮小为山丘。

?2、凹地：比四周地面低，且经常无水的地势较低的地方。大范围称为盆地，小范围成为洼地。

示坡线：与等高线垂直，指示下坡方向的短线。

?3、山脊：山的凸棱由山顶延伸至山脚者称为山脊。山脊（分水线）最高点间的连线成为山脊线。以等高线表示的山脊凸向低处。

?4、山谷：相邻二山脊之间的凹部称为山谷，其两侧叫谷坡，两谷坡相交部分叫谷底。而谷底最低点连线称为山谷线，或称集水线。以等高线表示的山谷凸向高处。

?5、鞍部：是介于相邻两个山头之间、形式马鞍的低洼部分。

鞍部(K点处)往往是山区道路必经之地,又称垭口。因是两个山脊与两个山谷的会合点，所以,鞍部等高线是两组相对的山脊等高线和山谷等高线的对称组合。

对于悬崖、峭壁、冲沟、雨裂等特殊地貌，不能用等高线来表示，要用地形图图式中规定的特殊符号来表示。

?????陡崖和悬崖

陡崖——坡度>70°的陡峭崖壁，石质，土质，陡崖符

悬崖——上部突出、下部凹进的陡崖。

上部等高线投影到水平面，与下部的等高线相交，

下部凹进的等高线用虚线表示。

陡石崖

崩崖

冲沟

陡崖

?综合地貌和等高线

等高线的特性

1、同一条等高线上各点高程相等。

2、等高线必定是一条闭合曲线，不会中断。

3、一条等高线不能分叉为两条；不同高程的等高线不能相交或合并成一条；悬崖处等高线相交必有两个交点。

4、等高线越密表示坡度越陡，等高线越稀表示坡度越缓，等高线平距相等表示坡度相等。

5、等高线通过山脊线时与山脊线正交，凸向低处；等高线通过山谷线时与山谷线正交，凸向高处。

等高线的种类

????1、首曲线：按规定的基本等高距测绘的等高线称为首曲线（或基本等高线）。

2、间曲线：当首曲线不能详细表示地貌特征时，需要在首曲线间加绘等高距等于1/2基本等高距的等高线，间曲线也称半距等高线，一般用长虚线表示。

3、助曲线：如果采用间曲线仍不能表示较小的地貌特征，则在首曲线和间曲线间加绘助曲线，等高距为基本当高距的1/4，一般用短虚线表示。

4、计曲线：每隔4条首曲线描绘一条加粗等高线。地形图上只有计曲线注记高程。

示

例

等高线表示的特点

优点：

-方法科学

-可量算

缺点：

?缺乏立体效果

?两条等高线之间的微地形无法表示

辅助措施

?采用其它辅助方法与之配合

?在等高线本身上下功夫（粗细等高线，明暗等高线）

五、地形图的分幅编号与图廓注记

为什么要分幅？

区域表达，编图、印刷、保管和使用的方便。

地图分幅的方法：矩形、经纬线分幅

?1．矩形分幅

用矩形的图廓线分割图幅．相邻图幅间的图廓线都是直线，矩形的大小根据图纸规格、用户使用方便以及编图的需要确定。

五、地形图的分幅编号与图廓注记

?1：500、1：1000、1：2000地形图一般采用50cm×50cm正方形分幅或40cm×50cm矩形分幅。1：5000地形图也可采用40cm×40cm正方形分幅。表9-3为1：5000~1：500地形图的图幅大小和实地面积。

比例尺

图幅大小

实地面积/km2

一幅1：5000的图幅所包含的本图幅的数目

1：50001：20001：10001：50040cm×40cm50cm×50cm50cm×50cm50cm×50cm410.250.0625141664???大比例地形图的编号

一般采用图幅西南角坐标的公里数编号法。如，某图西南角坐标为x=3420.0km,y=521.0km，故其编号为3420.0-521.0（x坐标在前，y坐标在后）

?1：500地形图取至0.01km?1:1000，1:2000地形图取至0.1km。

也可采用测区统一顺序各种代号、行列编号法。

162738495101112ABCB412345举例：矩形分幅

(1)、图名、图号

(2)、接图表

(3)、内外图廓和坐标网线

(4)、其他图外注记

?1:1000地形图

2.梯形分幅编号与图廓注记

图廓线由经线和纬线组成，大多数情况下表现为上下图廓为曲线的梯形。地形图、大区域的分幅地图多用经纬线分幅。

国际上统一规定，梯形分幅应该以1：1000000比例尺地形图为基础，实行全球统一的分幅和编号。

?1：1000000地形图的分幅和编号

整个地球表面用子午线平均分成60个6°的纵列，由经度180°起，自西向东用数字1，2，3，…，60编号。同时，由赤道起分别向北向南直到纬度88°止，每隔4°一行，纬圈分成22个横行。用字母ABC,…,V编号。

图号图幅行号（字符码）和图幅列号（数字码）组成。

每幅1：1000000地形图，由纬差4°的纬圈和经差6°的子午线所形成的梯形。

1:1000000地形图的分幅编号

任一点所在图幅的编号：

横列号=[]+1

纵行号=[]+31

纵行号=31-[]

[]

纬度纬差4?经度经差6?（东经）经度经差6?（西经）代表取整

1:1000000地形图的分幅编号

例如：

北京某地的纬度为北纬39°

54′23″,经度为东经116°

28′13″,其所在1:1000000地形图的图号为J50；

合肥某地的纬度为北纬31°

53′00″,经度为东经117°

16′00″,其所在1:1000000地形图的图号为H50。

??1：500000~1：5000地形图的分幅和编号

以1：1000000地形图编号为基础，采用行列编号法。即将1：1000000地形图按所含各比例尺地形图的经差和纬差划分若干行列。横行从上到下，纵列从左到右按顺序分别用三位数字码表示（不足三位者前面补零）。不同比例尺分别用不同字符代码加以区别。

╳╳╳╳╳╳╳╳╳╳

1:1000000图幅行号(字符码)图幅列号(数字码)

1:1000000图幅列号(数字码)图幅行号(数字码)

不同比例尺的代码

不同比例尺的图幅关系

比例尺

1：10000001：5000001：2500001：1000001：500001：250001：1：500010000经差

图幅范围

纬差

行列行数

数量关系

列数

6°

4°

113°

2°

221°30′

1°

4430′

20′

121215′

10′

24247′303′451′52.5

5′

48482′30

96961′15192192比例尺代码

1不同比例尺的图幅数量关系

B41C1641D1443691E5761443641FGH2304921636864576230492161445762304166425641664141614001000000010000003000040000200500000070000300800000000000011111111112222123456078901203456789012300336070772311444520404489009967011203022450044890010010010000111100001002200300001003400500001260240040000701240359001002001行006序00900201000401100000012?举例：

?北京某地：北纬39°54‘23“。东经116°28'13”

?1：1000000地形图的图号J50;?1:500000地形图的编号J50B001001?1:250000的地形图编号J50C00100240°

40°

00100100200100200200238°

36°

114°

J50120°

1:100000036°

114°

117°

120°

J50B0010011:500000(B)00140°

00100100100200100300100439°

00200200200238°

00100200300400300300300337°

00100200300400400400400436°001002003004114

°

115°30′

117°118

°30′

120°J50C0010021:250000(C)

39°54‘23“。东经116°

'13”

北京某地：北纬28

北京某地：北纬39°54′23″。东经116°28′13″

40°