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1、地理信息资料在水文检算中的应用,沈阳局吉林线桥检测设计所,前 言,国家基础地理信息包括多种比例尺、地貌、水系、居民地、交通、地名等基础地理信息。国家基础地理信息系统是以形成数字信息服务的产业化模式为目标，通过对各种不同技术手段获取的基础地理信息进行采集、编辑处理、存贮，建成多种类型的基础地理信息数据库，并建立数据传输网络体系，为国家和省（市、自治区）各部门提供基础地理信息服务。它是一个面向全社会各类用户、应用面最广的公益型地理信息系统。是一个实用化的、长期稳定运行的信息系统实体。,国家测绘局1994年建成了全国1:100万地形数据库(注：含地名)、数字高程模型数据库, 1:400万地形数据库等
2、；1998年完成全国1:25万地形数据库、数字高程模型和地名数据库建设；1999年建设七大江河重点防范区1:1万数字高程模型(DEM)数据库和正射影像数据库；2000年建成全国1:5万数字栅格地图数据库；2002年建成全国1:5万数字高程模型(DEM)数据库，并更新了全国1:100万和1:25万地形数据库；2003年建成1：5万地名数据库、土地覆盖数据库、 TM卫星影像数据库。现正在建立 全国1:5万矢量要素数据库、正射影像数据库等。,在水文检算中流量的计算确定（包括汇水面积、河道长度以及河道坡度等）必须应用地理信息数据资料，也就是说必须使用地形图。因此读懂地形图，了解地形图的相关知识是至关重
3、要的。下面就地形图的相关知识进行介绍。,1-1地形图的基本知识,一、地形图及其投影关系,(一)地形图 将地面上的房屋、道路、农田、河流、森林、果园、铁路及桥梁等天然人工的物体(我们称之为地物)的平面位置，测绘至图纸上，同时还将地面高低起伏的地貌形状用规定的符号表示在图纸上，即为地形图(如图1-1),(二)地形图的投影关系,测绘地形图，是通过测定一系列能反映出地物及地貌特征的点的位置，并将这些点垂直投影到一个水平面上，然后按一定的比例关系缩小绘到图纸上。这种垂直投影的主要特点是；图上所绘的地物、地貌与其实地相应的地物、地貌对比，在平面位置上的形状保持相似。 大家知道，地球形状为一旋转椭元体，也可
4、近似地当做元球看待。当测区面积较小时(其半径小于10公里范围)，由于地球表面的弯曲很微小，则可把这部分球面当作为与测区中心铅垂线相垂直的平面。在这种情况下，将地面各点A、B、C、D、E沿其铅垂线方向投影到平面上，则得其相应的平面位置为a、b、c、d、e，这就构成了垂直投影关系(如图1-2所示)。,但是当测区面积较大时，就不能再把地球当做平面看待，此时投影关系是个较为复杂的问题， 这是地图投影专门研究的问题。,二、比例尺 在测绘地形图时，不可能将地面上的地物、地貌按其原来大小绘测到图纸上，而是将实地的地物、地貌缩小若干倍后，再绘测图上。这种缩小的倍数就叫比例尺。由此可知，比例尺就是图上的一段长度
5、与其相应的实地长度(指的是投影到水平面上的长度、即水平距离)之比。即比例尺 比例尺通常是以分数来表示的：其分子为1，其分母为整数。如1：1000即1/1000，1：2000即1/2000。比例尺的大小是由分数值的大小决定的，并非由分母大小而定。如 ，因为前者表示缩小1000倍，而后者缩小2000倍，当然前者大于后者。由此可见，缩小倍数愈大，也就是比例尺分母愈大，则其比例尺愈小。而比例尺愈大，描绘在图上的地物、地貌的尺寸就愈大，且描绘得愈精细。,根据比例尺定义，可推导出以下两种换算关系： (一)将实地水平距离化算为图上的长度 例如实地距离为10米，表示在1/1000地形图上的长度为 根据这样换算
6、，可求得实地水平距离同是10米在不同比例尺图上相应长度。如表1-1所列：,表1-1,从以上换算可知，若有一条10米宽的公路，在测绘地形图时，若测图比例尺为1:1000或1:2000，那就要按比例关系绘到图上，若测图比例尺为1:10000或1:50000，按比例关系则无法绘出，只能用规定的地物符号去表示。 (二)将图上的长度化算为相应的实地水平长度 例如图上长度1mm，图的比例尺为1:1000，其相应的实地水平长度为 根据这样换算，可求得图上长度为1mm，对于不同比例尺，其相应的实地水平长度如1-2表所列：,表1-2,总之，比例尺概念及其换算关 系，无论是对测图还是用图，都是至 关紧要的。 一般
7、在地形图上除写有数字比例尺外，还有用线段表示的比例尺，这就是图示比例尺，如图1-3所示。 图1-3,图1-3,三、地形图图式 地面上的地物是形形色色的，地貌是变化万千的。如何简单明瞭地把它们绘在图上呢？这就必须概括地物、地貌、制定出其在图上表示的符号和方法，以便科学地反映其形态特征。从图1-1我们可看到，各式各样的符号，一条条的曲线以及各样数字和文字的注记等等， 就是常用的地形图符号。应当指出，地形图上所用的各种符号，如同语言辞汇一样，不能各人随意制造，否则就找不到共同“语言”，无法流通使用。地形图的符号是人们从长期的生产和科学实践中总结出来的，又为人们所普遍采用，所以地形图的符号又叫惯用符号
8、，就是这缘故。为统一规定表示各种地物，地貌的符号，国家测绘机关专门编有地形图图式将各种比例尺的地形图符号汇编成册，作为测图的依据，以供对照使用。图1-4-1、图1-4-2是1:5000及1:10000常用的部分地形图符号。 地形图符号共分为三大类：地物符号、地貌符号和注记符号。,图1-4-1,图1-4-2,(一)地物符号 地物符号是用以表示地面物体的类别、形状、大小及其在图上的相应位置。它又可分为两类:比例符号与非比例符号。 有些地物、如房屋、池塘、场地的边界等，其形状与大小可以按测图比例尺缩小后，用规定的符号描绘在图上，这种符号就叫比例符号。 有些地物，如里程碑、纪念塔、独立树、钻孔、矿井、
9、三角点，水准点等等，无法将其形状大小按测图比例尺缩小绘到图上，只能依照统一规定的符号表示其在图上的相应位置，这类符号就叫非比例尺符号。非比例尺符号不仅其形状大小不按比例去画，而符号的中心位置与该地物实地的中心位置表示方法亦随各物体的不同而异。例如矿井、水井、三角点等，图形的中心即代表各物体的中心位置；烟囱、纪念塔的实际中心位置则由各符号的底部中心表示；而里程碑的中心位置则是由符号的下部拐角处表示的。 上述比例符号与非比例符号的区分仅仅是相对的。同一地物，如道路、河流，在大比例尺测图时用比例符号描绘之，而在小比例尺测图时则用非比例符号表示之。总之，测图比例尺愈大，按比例符号描绘的地物就愈大；比例
10、尺愈小，则用非比例符号表示的愈多。,(二)地貌符号 当我们身临大地，看到山脉蜿蜒起伏，河川交错如织，难免会感到地形变化万千，不知从何下手测绘。然而当我们把错综复杂的地形加以分析，便可归纳以下几个基本类型：山头(山顶)、盆地、山脊、山谷、洼地、山坡、鞍部等等，见图1-5所示。无论多么复杂的地形，都可以看成是由这些基本类型组合而成的。,图1-5,现在的问题在于，究竟以什么样的符号才能既简单明瞭，又准确地把地面高低起伏表示在图上呢？ 通常是用等高线来表示地面高低起伏的。 1.等高线的概念 简单地讲，等高线就是地面上高程相等的点所连成的闭合曲线。 现举一例加以说明，如图1-6所示：,图1-6,假想湖中
11、的一座山，起初湖水淹没到山顶，设此时水面的高程为100米。然后水位下降5米，于是就露出了山头，此时水面与山就有一条交线，而且是闭合的曲线，其上各点的高程是相等的，这就是高程为95米的一条等高线。随后水位又落5米，山上又可留下一条水位线，这就是高程为90米的等高线。照此类推，水位每降落5米，就在山上留下一条等高线，从而就可得到一组等间隔为5米的等高线。若把这一组实地上的等高线垂直投影到水平面H上去，再按规定的比例尺缩小后绘到图上，结果就得到一张用等高线表示地形起伏的地形图。,上例中水位降落的幅度，即相邻两根等高线之间的高差，叫做等高线间距(或称等高距)，用h表示之。上例等高距为5米。要指出的是，
12、同一张地形图上的等高线间距是规定相等的，且每根等高线的高程要等于其间距的整倍数，如等高距为5米，则等高线的高程应为5米，10米、15米等等，而不能是1米，6米、11米等等。,相邻两根等高线之间的水平距离，叫做等高线平距，用d表示之。因为同一张地形图内，等高距h是相同的，所以等高线平距d的大小直接与地面坡度i有关。当地面坡度愈陡，等高线平距就愈小，因而等高线就显得密集；反之，则变得稀疏；当地面坡度均匀时，等高线平距就相等，因而等高线分布也就显得均匀。反过来，我们也可根据等高线的疏密情况，来判断地面坡度的缓陡，如图1-7所示。坡度、等高距、平距三者之间的关系可用下式表达:,图图1-7,2.典型地形
13、的等高线 前面讲过错综复杂的地形，不外乎是几种典型地形的综合，因此我们应当先了解典型地形用图1-7等高线表示的特征，进而才能判断复杂地形的等高线。 (1)山头 其等高线表现为一组近似于同心园状的闭合曲线，如图1-8所示 根据等高线的高程注记，从上图可看出，A山比B山高。此外，以A山的立体图可看出，沿a、b、c、d方向，山坡的坡度几乎是相同的，因此表示在图上，等高线平距ab、bc、cd几乎是相等的，所以其等高线也显得分布均匀。而从B山的立体图可看出，沿e、f、g、h方向，山坡的坡度是不均匀的，ef处较陡，gh处较缓，因此表现在图上，等高线平距ef较小，所以此处等高线就显得密集，而gh较大，因而此
14、处等高线就变得稀疏。这就具体说明了，等高线疏密与地面坡度陡缓的关系。,(2)盆地 其等高线和山头相似，表现为一组闭合曲线，但其高程注记却和山头相反，其数值是由里向外增加的，如图1-9所示。此处，为了区别盆地和山头，也可用示坡线来表示。示坡线指向低处，且与等高线相垂直，与等高线相垂直的短线即为示坡线。,图1-8 图1-9,(3)山脊、山谷和山坡 山脊等高线表现为一组向低处凸出的曲线，而曲线改变方向处的连线就是山脊线，如图1-10所示。从实际地形来看，雨水是以山脊线为分界，分别流向其两侧，所以山脊线又叫分水线。 山谷的等高线表现为一组向高处凸出的曲线，曲线改变方向处的连线即为山谷线，如图1-10中
15、T。从实际地形来看，雨水必然由两侧山坡流向谷底，集中到山谷线，再流出谷外，所以山谷线又叫集水线。,图1-10,山脊和山谷之间的侧面就是山坡。山坡近似于一个斜面，其等高线表现为一组平行线。 (4)鞍部 两山头之间的低处，状似马鞍形，称为鞍部，如图1-11中的K处。其等高线有点象一组双曲线。,图1-11 图1-12,(5)绝壁 从实际地形来看，它是近于直立的平面，其等高线经垂直投影后合而为一，因此不能用等高线来描绘，而要用规定的绝壁符号来表示，如图1-12所示。当我们掌握了典型地形等高线之后，就不难了解复杂地形的等高线。如图1-13所示，是一块综合性地形及相应的等高线地形图。,图1-13,3.等高
16、线的特性 根据等高线的原理，可归纳出等高线特性如下： (1)同一条等高线上任何一点的高程都相等； (2)等高线是水平面与地面的交线，因此它必定是闭合的曲线，如不在本图幅内闭合，则必在相邻图幅内闭合； (3)除悬崖陡壁外，等高线不能相交，而悬崖陡壁是用特定符号表示的； (4)等高线愈稀疏，表示地面坡度愈平缓，反之，则陡； (5)等高线与山脊线、山谷线都成正交。 (三)注记符号 它是对地物符号和地貌符号的补充说明，可用文字、数字、特殊线段来表示，如山川地名、村名、桥梁长度及载重量，树的高度与径粗、等高线的注记、河流的流向与流速，示坡线等等。它是地形图不可缺少的项目。,1-2地形图的分幅和编号 我国的领土辽阔，测绘地图就需要将地表面按一定的规则分块进行。地形图是国家建设和国防的重要资料，这是由专门单位保管的。为了
