地形圖應(yīng)用優(yōu)秀公開課課件

《測量學(xué)》第八章

地形圖應(yīng)用156

第八章地形圖應(yīng)用

內(nèi)容提要：地形圖應(yīng)用概述地形圖應(yīng)用的基本內(nèi)容和方法面積測量和計算工程建設(shè)中的地形圖應(yīng)用數(shù)字地形圖的應(yīng)用

256一、地形圖的主要用途§8-1地形圖應(yīng)用概述356地形圖是國土整治、資源勘察、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護(hù)、工程設(shè)計、礦藏采掘、河道整理等工作的重要資料,可以從地形圖上獲取地物、地貌、居民點(diǎn)、水系、交通、通訊、管線、農(nóng)林等多方面的信息,作為設(shè)計的依據(jù)。在地形圖上可以:*確定點(diǎn)位、點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離和直線方位角;*確定點(diǎn)的高程和兩點(diǎn)間的高差，繪制集水線和分水線；*計算出土地等的面積和體積計算土石方量、蓄水量等；*確定工程設(shè)計對象的施工數(shù)據(jù)；*編繪出一系列專題地圖,如城市規(guī)劃圖、地籍圖等；因此，地形圖也是基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)中的重要組成部分。(二)地形圖的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)

對于平面坐標(biāo)系統(tǒng)：小比例尺地形圖，通常采用國家統(tǒng)一的高斯平面直角坐標(biāo)系。城市地形圖多數(shù)采用以通過城市中心地區(qū)的某一子午線為中央子午線的高斯平面直角坐標(biāo)系(城市獨(dú)立坐標(biāo)系)。建筑工程中采用以建筑軸線為坐標(biāo)軸的建筑坐標(biāo)系。556對于高程系統(tǒng)：采用“1985國家高程基準(zhǔn)”。也有一些地方性的高程系統(tǒng)，例如上海及其鄰近地區(qū)即采用“吳淞高程系”，在地形圖應(yīng)用時，必須加以注意。各高程系統(tǒng)之間只需加減一個常數(shù)即可進(jìn)行換算。566(三)地形圖圖式和等高線應(yīng)用地形圖應(yīng)該了解地形圖所使用的地形圖圖式,熟悉一些常用的地物符號和地貌符號,了解圖上文字注記和數(shù)字注記的確切含義,我國現(xiàn)行采用的大比例尺地形圖圖式是由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局與國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布、2007年12月1日實(shí)施的《國家基本比例尺地圖圖式第1部分：l:500l:1000l:2000地形圖圖式》(GB/T20257.1-2007),它是讀識地形圖的重要依據(jù)。還應(yīng)該了解等高線的特性,要能根據(jù)等高線判讀出山脊、山谷、鞍部、山脊線、山谷線等各種地貌。(四)測圖日期地形圖上所反映的是測繪當(dāng)時的地形情況,因此需要知道測圖日期,以便了解地形圖的現(xiàn)勢性。對于測圖后的地面變化情況，應(yīng)根據(jù)需要予以修測或補(bǔ)測。一、點(diǎn)位的坐標(biāo)量測二、兩點(diǎn)間的水平距離和方位角量測三、點(diǎn)位的高程及兩點(diǎn)間的坡度量測四、在圖上設(shè)計等坡度線§8-2地形圖應(yīng)用的基本內(nèi)容和方法756(二)紙質(zhì)地形圖兩點(diǎn)間的水平距離和方位角量測10009008007006005001000110012001300140015001:10001.在圖上量測A、B點(diǎn)坐標(biāo)，計算A、B距離：(XB,YB)(XA,YA)2.用比例尺直接在圖上量測A-B距離。(應(yīng)考慮圖紙伸縮).A.B兩點(diǎn)間的水平距離量測9563.在圖上量A、B點(diǎn)坐標(biāo)計算A-B距離和方位角10009008007006005001000110012001300140015001：1000.A.BXB=683.2mYB=1378.5mXA=845.6mYA=1140.3m求DAB、aAB。DABaAB

DX=683.2-845.6=-162.4

DY=1378.5-1140.3=+238.2DAB=√(-162.4)2+238.22=288.29坐標(biāo)反算：1056量得：（三）數(shù)字地形圖的點(diǎn)位量測和距離方位角量測1156應(yīng)用AutoCAD中的id（Identify）命令,可量測指定點(diǎn)的X，Y，Z坐標(biāo)（若為平面圖,則只有X,Y坐標(biāo),Z坐標(biāo)為零）。量測池塘面積量測房屋面積量測道路中軸線長度和方位角量測道路側(cè)石圓曲線半徑5613在數(shù)字地形圖上量測前，必須設(shè)置好長度和角度的單位、形式和精度，使符合測繪行業(yè)的規(guī)定。為此，在AutoCAD中發(fā)units命令，顯示“圖形單位”對話框，設(shè)置如圖所示。起始方位的設(shè)置：按“方向（D）”按鈕，使顯示“方向控制”對話框，其中“基準(zhǔn)角度”選擇“北”。設(shè)置完畢，按“確定”按鈕后退出。5614利用dist命令，即可量測指定兩點(diǎn)間的三維坐標(biāo)增量,水平距離和坐標(biāo)方位角值。數(shù)字地形圖量測長度和坐標(biāo)方位角以量測圖中A-B長度和坐標(biāo)方位角為例，發(fā)dist命令(或單擊“查詢”工具條的第一個快捷鍵—距離），命令行顯示“指定第一點(diǎn)”；鍵入對象捕捉中的nod

命令(或按對象捕捉工具條中的相應(yīng)快捷鍵),將光標(biāo)移至A點(diǎn)附近,自動捕捉到A點(diǎn)，按鼠標(biāo)的左健確認(rèn)；命令行顯示“指定第二點(diǎn)”，鍵入nod

命令，將光標(biāo)移至B點(diǎn)附近，自動捕捉到B點(diǎn)，按鼠標(biāo)的左健確認(rèn)；命令行顯示：距離＝200.000，XY平面中的傾角＝84d55’26（即坐標(biāo)方位角）

X

增量＝199.216,

Y

增量＝17.6965615

三、點(diǎn)位的高程及兩點(diǎn)間的坡度量測

在等高線地形圖上，如果所求點(diǎn)恰好位于某一條等高線上，則該點(diǎn)的高程就等于該等高線的高程。如圖中E點(diǎn)的高程為54m。如果所求點(diǎn)位于兩根等高線之間時，則可以按比例關(guān)系求得其高程,如圖中F點(diǎn)位于53m與54m兩根等高線之間,可通過F點(diǎn)作一大致與兩根等高線相垂直的直線，與兩根等高線相交于m和n點(diǎn)，從圖上量得mn=d,mF=d1，設(shè)等高線距為h，則F點(diǎn)的高程:四、在圖上設(shè)計等坡度線例：在A、B間需選定一條滿足坡度為的路線。解：由坡度公式：從A點(diǎn)開始,取d

=30毫米在各等高線上截取1,2,3…點(diǎn),連線得到i=3.33%的等坡線。1756(d

圖上距離m比例尺分母)#面積量算概述面積量算概述

面積統(tǒng)計是生產(chǎn)和建設(shè)活動中一項(xiàng)重要的工作。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，土地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使每一塊土地都成為很有價值的商品，尤其在大城市中。因此，進(jìn)行精準(zhǔn)的面積量算顯得越發(fā)重要。1856§8-3面積測量和計算面積的測量方法分兩類：面積概略統(tǒng)計時，可在圖紙上量算；要求精確統(tǒng)計時，可到野外現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)測。面積的計算方法，可根據(jù)不同的目的、用途和精度要求而定。規(guī)則的圖形通?？刹捎脦缀螆D形量算法和坐標(biāo)解析量算法；不規(guī)則圖形通?？刹捎们蠓e儀法。如果是實(shí)測的數(shù)字地形圖,用AutoCAD面積查詢功能是十分方便的。1956（一）簡單幾何圖形面積量算幾何圖形是一種有規(guī)則的平面圖形，常見的有矩形、三角形、梯形、圓形、扇形、弓形、橢圓形等。其測量方法是測定圖形中的一個或幾個幾何元素(長度和角度)；對于地塊、房屋等實(shí)物，以測量邊界長度較為實(shí)用與方便。實(shí)際需要量算面積的幾何圖形往往不僅是表中所列舉的簡單幾何圖形，量算方法之一是將較復(fù)雜的圖形分解成若干個簡單幾何圖形，分別量算后取其總和。常見簡單幾何圖形的面積量測和計算公式列于下表：幾何圖形與面積計算公式1

幾何圖形量取幾何元素面積（P）計算公式扇形半徑r弦長c弓形弦長c矢高h(yuǎn)橢圓形長半徑a短半徑b2156規(guī)則幾何圖形面積算例算例：地籍測量某宗地的丈量距離如下圖，計算該宗地的面積和宗地內(nèi)房屋的面積(陰影線部分)。將圖形分成兩個三角形和兩個矩形計算面積:2256二.坐標(biāo)解析法幾何圖形面積量算（二）多邊形面積量算面積計算公式：多邊形面積是各個梯形面積的和或差：經(jīng)整理后：寫成以下四種形式的通用公式：2356P2556角點(diǎn)號坐標(biāo)

（m）橫坐標(biāo)差

（m）分塊面積

（m2）XiYi1234544.7547.8022.8010.0020.1213.0050.1865.5060.2020.0430.1452.5010.02-45.46-47.20674.38251254.7500114.2280-227.3000-474.8320∑01341.2285

表8-3多邊形坐標(biāo)解析法面積計算#不規(guī)則圖形的面積量算二、不規(guī)則圖形的面積量算地物和土地邊界除了由直線段、圓曲線段等有規(guī)則線條組成的幾何圖形以外，還有各種由任意曲線組成的圖形，總稱為不規(guī)則圖形。對此面積量算方法對于紙質(zhì)地形圖可用“求積儀法”；對于數(shù)字地形圖，則可利用“CAD面積查詢功能”。不規(guī)則圖形面積計算的原理是對數(shù)學(xué)曲線圍成的圖形進(jìn)行定積分。2656KP-90N電子求積儀動極輪動極軸連接軸電子計數(shù)器及操作面板整流器插座跟蹤臂跟蹤放大鏡顯示屏5629（二）建立面域法本方法適用于圓形、橢圓形、矩形、多邊形以及由直線、圓弧或樣條曲線組成的任意封閉圖形的面積查詢。然后發(fā)面積查詢的area

命令,再在命令行鍵入“o”(object)，命令行提示“選擇對象”，用光標(biāo)選中已建立的面域，命令行中立即顯示該圖形的面積和周長。首先，需要對求面積的圖形建立一個“面域”。建立面域的方法如下：在命令行發(fā)region命令，命令行提示“選擇對象”，用光標(biāo)依次選取組成圖形的各個圖元(entity):各段直線、圓弧或樣條曲線；所選圖元必須使圖形嚴(yán)格封閉，最后按回車鍵確定，命令行中顯示“已建立1個面域”。數(shù)字地形圖利用AutoCAD進(jìn)行面積查詢3056建立面域顯示面積11425.06

M2AREA選中建立面域法：1.發(fā)region命令2.選擇圖元對象3.封閉形成面域4.發(fā)area命令5.選擇面域?qū)ο?.顯示圖形面積四、面積量算的精度坐標(biāo)解析法求面積的精度分析函數(shù)式：微分式：3156先把微分式中的同類項(xiàng)“合并”處理：得到：3256設(shè)坐標(biāo)值xi，yi為獨(dú)立變量，根據(jù)誤差傳播定律，由上式得到：

設(shè)各點(diǎn)的坐標(biāo)中誤差都相等,且D為間隔點(diǎn)之間的連線(見圖）則面積中誤差的公式為：可見周圍測定坐標(biāo)的點(diǎn)愈密(D小)則面積的精度愈高?！?-4工程建設(shè)中的地形圖應(yīng)用一、繪制地形圖斷面圖二、確定匯水范圍三、確定填挖邊界線和土方量計算四、建筑設(shè)計中的地形圖應(yīng)用五、城市規(guī)劃用地分析的地形圖應(yīng)用六、道路勘測設(shè)計中的地形圖應(yīng)用3356用途：道路、隧道、管線等工程設(shè)計，例如縱坡設(shè)計、邊坡設(shè)計、土石方量計算等。繪制方法：

1.繪制縱橫坐標(biāo)軸

橫坐標(biāo)軸表示水平距離，比例尺與地形圖比例尺同。縱坐標(biāo)軸表示高程(高程比例尺一般比水平比例大

5～10倍)。2.繪制斷面圖從沿斷面線AB,量與各等高線交點(diǎn)的水平距離標(biāo)于橫軸；取各點(diǎn)的高程為縱坐標(biāo)，標(biāo)出點(diǎn)位；光滑圓滑連接各點(diǎn)，即為AB斷面線線處的地形斷面圖。一、繪制地形斷面圖34563556按指定的斷面線AB繪制地形斷面圖等高線地形圖A-B斷面圖指定斷面線二、確定匯水范圍用途：小范圍內(nèi)用于鐵路、公路橋涵孔徑設(shè)計中求匯水面積,據(jù)此設(shè)計橋涵的孔徑；大范圍用于求水庫、江河流域的匯水面積,確定水庫容量或江河流量。3656確定方法：在地形圖上根據(jù)山脊線(包括鞍部)確定流域的分水線,從而確定匯水范圍及流向。對于紙質(zhì)地形圖可用求積儀求匯水面積，對于數(shù)字地形圖可用CAD面積查詢法求匯水面積。匯水范圍流向橋涵長江三峽水利樞紐的大壩及上游水庫

3756其流域匯水面積達(dá)100萬平方公里正常蓄水高175m,庫容393億m3三峽水利樞紐衛(wèi)星影像地圖5638大壩發(fā)電廠船閘泄洪道發(fā)電廠上游水庫下游長江水道三、確定填挖邊界線和計算土方量設(shè)計平整水平場地高程為50米1.確定填挖邊界線(50米等高線)2.在地形圖上繪小方格(一般取

2厘米邊長),方格編號；3.計算方格頂點(diǎn)的填挖值(挖為

+,填為-)：填挖值=(方格頂點(diǎn)地面高)－（設(shè)計地面高）vⅡ填=—(0+0-0.4)AⅡ填=-0.13AⅡ填方格ⅠvⅠ挖=—(2.0+2.6+1.5+0.9)AⅠ挖=1.75AⅠ挖14方格ⅡvⅡ挖=—(0.9+1.5+0.3+0+0)AⅡ挖=0.54AⅡ挖1513(一)平整成水平面3956挖方區(qū)填方區(qū)等高線地形圖設(shè)計平整成傾斜平面,指定坡度及斜坡方向1.設(shè)計斜坡為一組平行等高線(圖中虛線)；2.確定填挖邊界線,即相同高程的原地面等高線與設(shè)計等高線交點(diǎn)的連線

(圖中點(diǎn)劃線)；3.確定挖方區(qū)和填方區(qū)(圖中陰影線區(qū))；(二)平整成傾斜平面4.用方格法確定方格角點(diǎn)的填挖值；5.計算每個方格的填挖方量。40565641在進(jìn)行建筑設(shè)計時，應(yīng)該充分考慮地形特點(diǎn)，進(jìn)行合理的豎向規(guī)劃。例如，當(dāng)?shù)孛嫫露葹?.5%～5%時，應(yīng)盡可能沿等高線方向布置較長的建筑物，這樣，房屋的基礎(chǔ)工程較節(jié)約，道路和聯(lián)系階梯也容易布置。由地形和溫差形成的地形風(fēng)，往往對建筑通風(fēng)起著主要作用，須結(jié)合地形加以研究，以達(dá)到良好的通風(fēng)效果。日照效果與地理位置、建筑物朝向和高度、建筑物間隔等有關(guān)；而在山區(qū)，日照效果除了與上述因素有關(guān)外，還與周圍地形、建筑物處于向陽坡或背陽坡、地面坡度大小等因素密切相關(guān)。因此，日照效果問題就比平地復(fù)雜得多，必須對每個建筑物進(jìn)行個別的具體分析來決定。四、建筑設(shè)計中的地形圖應(yīng)用其它方面的地形圖應(yīng)用

五、城市規(guī)劃用地分析的地形圖應(yīng)用4256從地形圖上可以看出這個地區(qū)的地形特點(diǎn)如下：(1)光明村以西有一座不太高的小山；(2)光明村東南有一條河流，河的南岸有一沼澤地；(3)在向陽公路以北有一個高出地面約30m的小丘，小丘東西向地勢較南北向平緩；(4)光明村以西的地形,從75m等高線以上較陡,65～75m等高線一段漸趨平緩,從65m等高線以下靠近河邊，地形更為平坦。4356

六、道路勘測設(shè)計中的地形圖應(yīng)用在路線勘測之前，首先要搜集與路線有關(guān)的地形、地質(zhì)、水文和氣象等資料，然后進(jìn)行分析研究。在地形圖上初步選擇路線走向，利用地形圖對山區(qū)和地形復(fù)雜、外界干擾多、牽涉面大的段落進(jìn)行重點(diǎn)研究。提供設(shè)計方案時，一般應(yīng)在地形圖上設(shè)計多種比較方案。初測是根據(jù)基本確定的路線走向、道路控制點(diǎn)和路線等級標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行的外業(yè)調(diào)查勘測工作。概略地擬定中線位置，若有現(xiàn)勢性強(qiáng)的大比例尺地形圖，則可利用該地形圖編制路線各方案的帶狀地形圖和概略縱斷面圖。定測是實(shí)地標(biāo)定路線，進(jìn)行路線詳細(xì)測量，為編制施工圖搜集資料。在選定設(shè)計方案的路線上進(jìn)行中線測量、縱斷面和橫斷面測量,繪制路線的縱橫斷面圖。由此可見地形圖在道路勘測中所起的重要作用?！?-5數(shù)字地形圖的應(yīng)用一、數(shù)字地形圖應(yīng)用的特點(diǎn)4456數(shù)字地形圖應(yīng)用的最大特點(diǎn)是可以在計算機(jī)的屏幕上操作，例如量測數(shù)據(jù)、工程設(shè)計、內(nèi)容改編；圖與客觀實(shí)體的尺度比例是1:1的，因此不受比例尺精度的限制。DTM數(shù)字地形圖擴(kuò)大了地形信息的內(nèi)涵,可以用三維表達(dá)方式，更真實(shí)和完備地反映客觀世界。數(shù)字地面模型(DTM)直觀地表示地面的立體的形態(tài)。城市數(shù)字地形圖，可以形成城市三維模型，并已成為數(shù)字城市和數(shù)字地球的重要內(nèi)容之一。5645二、數(shù)字地形圖的應(yīng)用范圍(一)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)是用于地理空間數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、查詢、分析、利用和可視化的電子計算機(jī)信息系統(tǒng)。主要用于國土整治、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)、城市規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)報、農(nóng)作物估產(chǎn)等。其原始的數(shù)據(jù)采集主要依據(jù)測繪和遙感技術(shù)。對于GIS來說,測繪資料是一種與空間分布有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，而這種數(shù)據(jù)源的主要內(nèi)容是數(shù)字地形圖。(二)在工程建設(shè)及工業(yè)中的應(yīng)用利用AutoCAD等的三維圖形處理功能，可以建立數(shù)字地面型,地面的立體形態(tài)。在公路和鐵路設(shè)計中，可以繪制地形的三維軸測視圖和縱、橫斷面圖,進(jìn)行自動選線設(shè)計。在建筑工程中,利用數(shù)字地形測量的原理和方法,除了可獲得建筑物的平面圖形外，還可以得到三維立體圖形和虛擬現(xiàn)實(shí)的建筑模型。對于古建筑、歷史性建筑、建筑文物等的勘察、修復(fù)、資料保存有重要作用。右圖為用數(shù)字地形測量方法獲得的歷史性保護(hù)建筑

—飛機(jī)樓的三維立體圖形。46565647飛機(jī)樓的三維建筑模型是按“精細(xì)模型”的要求測繪:實(shí)測建筑物外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)部構(gòu)造(為了文物修復(fù))。因而可衍生出各種立面圖、軸測圖和剖面圖,下圖為沿其中軸線A-A所作的剖面圖，其中墻壁、梁柱、門窗、樓板樓梯等建筑結(jié)構(gòu)均顯示且可量測，滿足修復(fù)設(shè)計需要。建筑物三維模型的虛擬現(xiàn)實(shí)圖像可以在任意視角下觀察,并可作任意縮放。下圖為飛機(jī)樓頂層臺另一視角的放大圖像,可充分顯示其建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)：4856上圖所示為飛機(jī)樓的樓頂?shù)膶优_，還可以從中衍生出該建筑物的任一細(xì)部圖形，作為文物資料的保存。如下圖所示為層臺石欄雕刻的建筑大樣圖。49565650在機(jī)械制造工業(yè)中，利用數(shù)字地形測量的原理和方法建立工業(yè)品的數(shù)字模型，能詳細(xì)地表示出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)品的形狀，據(jù)此可進(jìn)行各種數(shù)據(jù)量測和計算機(jī)輔助設(shè)計。如圖所示為對已安裝于艦艇上的推進(jìn)器的三維圖形測繪，利用CAD的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn),平移等功能，使三維圖形歸化為以推進(jìn)器軸為Z軸的坐標(biāo)系，使能對推進(jìn)器試運(yùn)行后的各種設(shè)計參數(shù)進(jìn)行檢測(國防工業(yè))。ZXY（三）在土地規(guī)劃管理中的應(yīng)用數(shù)字地形圖不僅能滿足土地規(guī)劃管理的需要，而且易于維持內(nèi)容的現(xiàn)勢性，并能編輯出與使用目的相適應(yīng)的多種專題地圖?？稍跀?shù)