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1、第一章 工程建设中地形图的应用 第一节 地形图在工程建设勘察设计阶段的应用1 设计用地形图的特点工程建设一般分为规划设计（勘测）、施工、运营管理阶段。在规划设计时，必须要有地形、地质等基础资料，其中地形资料主要是地形图。没有确实可靠的地形资料是无法进行设计的，地形资料的质量将直接影响到设计的质量和工程的使用效果。设计对地形图的要求主要体现在以下三方面：意识地形图的精度必须满足设计要求；二十地形图的比例尺应选择恰当；三是测图范围合适，出图时间要快，具有较好的实时性。2 地形图在水利工程勘测设计阶段的应用我国具有极其丰富的水资源、港湾和海洋资源。为了开发和利用这些资源，必须兴建水工建筑物，如河坝、
2、船闸、运河、港口、码头等。为了合理地选择水利枢纽的位置和分布，以便使其在发电、航运、防洪及灌溉等方面都能发挥最大的效益，需在全流域测绘比例尺为1:500或1: 100 000的地图，以及水面与河底的纵断面图，一边研究河谷地貌的特点，探讨各个梯级中水利枢纽水头的高低、发电量的大小、回水的分布情况以及流域与水库的面积等，并确定各主要水利枢纽的型式和建造的先后顺序。拦河坝市水利枢纽工程中的主要工程，地形和地质条件决定了坝址的位置。最有可能建坝的地方是在河谷最窄而岩层最好的河段。为了确定建坝以后在河流上形成的水库淹没范围及面积，计算总库容与有效库容，设计库岸的防护工程，确定哪些城镇、工矿企业以及重要耕
3、地被临时淹没或永久浸没，并拟定相应的防护工程措施，涉及航道及码头的的位置，指定库底清理、居民迁移以及交通线改建等的规划，需要各种不同精度的地形图。3 地形图在城市勘测设计阶段的应用城市的建设也离不开地形图，在确定城市的整体布局时需用各种大、中、小比例尺的地形图。比如：道路规划、各种管线的规划、工矿企业的规划以及各种建筑物的规划等。在设计中如果没有地形图，设计人员就没办法确定各种工程及相应建筑物的具体位置。利用1: 2 000或1:500比例尺地形图作为选址的依据和进行总图设计的地图，在图上设计人寻找合适的位置、放样各种设施、量取距离和高程，并进行工程的定位和定向及坡度的确定，从而计算工程量和工
4、程费用等。设计人员只有掌握了可靠的自然地理、资源及经济情况后才能进行正确合理的设计。4 地形图在工程建设中的其他作用地形图除了在设计阶段的作用外，在工程施工和工程竣工验收过程中也少不了。总之，地形图在工程建设中必不可少的重要资料，没有确实可靠的资料是无法进行设计的。地形资料的的质量也将直接影响到设计的质量和工程的使用效果。所以，在有关规程中明确规定：“没有确实可靠的设计基础资料，是不能进行设计的。第二节 工矿企业设计对地形图的进度要求工矿企业设计对地形图的要求主要体现在三个方面：一是地形图的精度必须满足设计要求；二是要选择恰当的比例尺和测图范围；三是出图时间要比较快。对于工矿企业设计来说，地形
5、图主要用于总图运输设计，结合工矿企业的特点和地形图提供的原始资料，合理布局生产设备和生产车间相互之间的位置。1 工矿企业设计对地形图的平面位置精度要求图 1-1体的生产工艺流程，将主要建筑物的轮廓位置按设计所需比例尺绘在透明再将透明纸覆盖在相同的比例尺地形图上纸上，或者做成相同比例的模型摆在地形图上，调整建筑屋顶的安放位置。同时要考虑现场地形条件、原有建筑物的限制、生产工艺要求等条件。综上所述，一般要求地形图上场地边界的地物点位置误差不得大于图上1mm。在进行总平面的设计时，先按照城市规划、卫生、消防等部门的要求结合具体的生产工艺流程，将主要建筑物的轮廓位置按设计所需比例尺绘在透明再将透明纸覆
6、盖在相同的比例尺地形图上纸上，或者做成相同比例的模型摆在地形图上，调整建筑屋顶的安放位置。同时要考虑现场地形条件、原有建筑物的限制、生产工艺要求等条件。综上所述，一般要求地形图上场地边界的地物点位置误差不得大于图上1mm。建筑物位置确定后，将其标定在地形上，然后在主要建筑轴线方向上确定两点A、B（如图1-1所示），图解出它们的坐标并反算出方位角，将AB方向作为施工坐标系的X（或Y）方向，再在适当位置取一点作为施工坐标系的原点，通常取A点为坐标原点，然后根据AB的设计距离，计算B点的施工坐标。另外，由总平面设计的解析数据可以计算出其他个点的施工坐标。再按此施工坐标系将一些重要的设计内容绘在地形图
7、上，量测其与现行地形地物的相对位置，进行检核。有此在地形图上确定施工坐标系的原点位置的允许误差一般为图上的12mm。所以我们可以认为，这项检核的允许误差亦为12mm。考虑量测的误差，可以得出设计对地形图上地物的平面位置允许误差不应大于图上1mm。2 工矿企业设计对地形图高程精度的要求工业厂地的地面竖向布置，就是将厂区的自然地形加以整平改造，以保证上产运输有良好的联系，合理地组织排水，并要使土方量最小且填挖方量平衡。根据设计过程，我们可以从地面连接方式设计、建筑物高程设计以及土方量计算等方面分析设计中对地形图高程的精度要求。工业场地的地面连接方式一般分为平坡式和阶梯式两种，在实际应用中应根据企业
8、的性质、总平面布置、地址的地质结造及自然地形因素综合考虑决定，其中地形因素有决定性的影响。地形图可供量取自然地面的坡度，确定地面起伏，即在图上用分规（或直尺）量取两根等高线之间的平距L，根据这两等高线的高程H1、H2，则可以求得相应的地面坡度为 （1-1）在进行地面连接方式的设计时，若场地采用平坡式连接，因关系到场地中的排水问题，所以规定场地的最小排水坡度为0.5%。一般要求图解坡度的误差不大于场地最小排水坡度的一半，当采用平坡式连接时，对地形图高程的精度要求最高。设允许图解坡度误差的限差为，则图解的坡度中误差为 （1-2）设计规范上规定，设计地面平整的宽度不应小于100m，否则应采用阶梯式设
9、计。以上是设计竖向布置系统和地面连接方法对于等高线高程的精度要求。建（构）筑物的地坪高程、铁路轨顶高程、道路中心线高程以及工程管网的设计原则是要使其尽量与自然地形相适应，考虑到排水条件，室内地坪一般要高出室外地面0.150.50m。地下管道埋设深度最浅为0.6m.因此，平坦地区地形图的高程中误差可为0.15m，最大误差应为0.3m以内。土方量是进行投资预算、施工准备以及论证设计方案可行性的资料，是在竖向布置的高程设计完毕后进行计算的。其计算的允许误差为10%20%，受到确定整平坡度的大小、土方量计算的方法、施工验收的方法、土的松散系数、等高线的高程误差等因素的影响。一般认为等高线高程误差对于土
10、方量计算的影响应小于5%。土方量计算对地形图的高程精度要求见表1-1。表1-1 土方量计算对地形图的高程精度要求坡面坡度0.05以下0.050.100.100.150.150.20每一万m用地土方量(m)200040004000600060008000800010000h均(m)0.30.50.70.9五万m用地土方量mh(m)0.170.280.390.50从上面可以看出，设计中对于地形图的精度要求常取决于设计的方法。随着科学技术的进步，设计方法在不断地更新，也将对地形图的精度提高要求。第三节 大比例尺数字测图的地形图精度在工程规划和方案设计中需要各种比例尺的地形图，其中校比例尺地形图大多利
11、用现有资料进行汇编而来，二大比例尺地形图则是由实地实测。在这里，主要讨论大比例尺地形图的测绘精度问题，通过分析地形图精度影响的因素，从而确定适合的测图方法，更好地为设计服务。由于影响地形图精度的因素很多，而且其中有些因素的影响很难用具体的数字来描述。所以，在这里进介绍精度分析的一般原则和方法，并给出一定的经验数据。目前我国测绘地形图的方法主要有野外地面测图和摄影测量法（航测、地面近景摄影）成图，地面测图方法又分为模拟法测图和数字测图，所测的地形图绝大都数是为了满足工程建设所需的大比例尺地形图。下面主要讨论数字测图的精度。野外采样大比例尺数字测图的全过程几乎都是遵循解析分析方式进行的。虽然最后成
12、果仍可表现为图解的线划图，但与传统的平板仪测图想必有本质的区别。前者不但在效率上有很的提高，而且减轻了野外作业的劳动强度，更为突出的是地形图数学精度的提高。数字测图是利用电子速测仪（全站仪或半站仪）配合棱镜在野外测量测站至地物点的方向、距离和高差，并将野外测量的数据自动传输（或人工健入）到电子手簿、磁卡或便携式微机内记录。现场绘制地形（草）图，到内室将数据自动传输到计算机，借助计算机及配套的数字测图软件，人机交互编辑后，按一定的比例尺及图示符号自动生成数字地形图，并控制绘图仪自动输出地形图。这种方法是从野外实地采集数据的，所以又称野外地面数字测图（以区别其他的数字测图，如航测数字测图），其实只
13、是一种全数字机助测图的方法。测绘出的地形图是以计算机磁盘（或光盘）为载体的数字地图，它以数字的形式表达地形信息（几何信息和描述信息）。 1 数字测图时地物点平面位置的误差来源数字测图时地物点平面位置的精度可用地物点相对于临近的图根点的点位中误差（实地）来衡量。数字测量是地物点的平面位置的误差主要受下联误差的影响：1 定向误差对地物点平面位置的影响-m定；2 对中误差对地物点平面位置的影响-m中；3 观测误差对地物点平面位置的影响-m测；4 棱镜中心与待测地物点不重合对地物点平面位置的影响-m重； 因此，数字测图时地物点相对邻近的图根点平面位置的点位中误差可用下式表示： (1-4) 2 数字测图
14、时地物点平面位置的精度分析2.1 定向误差对地物点平面位置的影响m定对地物点平面位置的影响可用下式计算： (1-5)式中 D-测站点到地物点的距离；-定向方位角中误差；-206 265。 设测站点坐标（X0,Y0）,定向点坐标(X1,Y1)，则定向方位角为 (1-6)式中, = X1- X0 , = Y1 - X0 。 对式（1-6）微分得 (1-7)式中 D0-测站点到定向点的平距。 将式（1-7）转化为中误差形式 (1-8)式中,设两个图根点之间的相对误差为mxy,且m ，则 (1-9)2.2 对中误差对地物点平面位置的影响 对中误差包括测站对中误差和定向对中误差，它通过对测角的影响而影响地物点平面位置。根据对中误差对测角的影响可推求得 （1-10）式中 m1-仪器上光学对点器的对中误差，一般不超过3mm; D、D0 含义同前。2.3 观测误差对地物点平面位置的影响m测 数字测图时是根据测量的距离和角度直接解算点坐标，观
