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1、第九讲地形图应用及数字化测图2013.05.16一、地形图的基本应用一、地形图的基本应用xya1 1、求地形图上点的坐标、求地形图上点的坐标 解析法：先分别求出解析法：先分别求出A A、B B两点坐标，再计算两点坐标，再计算xx、yyB 图解法：直接量取图图解法：直接量取图上距离上距离 d d ，再计算，再计算ABAB的的实际距离实际距离求地形图上两点的距离求地形图上两点的距离 解析法：先分别解析法：先分别求出求出A A、B B两点坐标，两点坐标，再计算再计算xx、yy，再，再反方位角。反方位角。B 图解法：图解法：直接量取角度直接量取角度ABAB求图上直线的坐标方位角求图上直线的坐标方位角
2、点在等高线上：点的点在等高线上：点的高程等于点所在等高线高程等于点所在等高线的高程的高程 点在等高线间：目估点在等高线间：目估内插法内插法123求地形图上点的高程求地形图上点的高程5 5、求地形图上两、求地形图上两点的坡度点的坡度ABAB6 6 6 6、按限制的坡度选定最短线路、按限制的坡度选定最短线路、按限制的坡度选定最短线路、按限制的坡度选定最短线路如图所示。若地形图的比例尺为1：5000，等高距h=2m，今由A点到D点选一条路线，其路线的平均纵坡规定为i=4相相邻等高等高线间应有的有的图上距离上距离为：因其图上距离为10mm，使两脚规开口长度为10mm，从A点起用两脚规画圆弧与较高的等高
3、线上交出1点，再从1点用同法在较高的等高线上交出2点，如此继续下去即得3、4、5D的交点位置。若直线34长度大于两脚规距离，说明34直线坡度小于4，图上可有两条路线可走，最后根据路线的选线设计要求，从中选定一条路线。二二、 图形面积的量算图形面积的量算 1 1、方格纸法、方格纸法、方格纸法、方格纸法数方格的个数，计算面积。数方格的个数，计算面积。数方格的个数，计算面积。数方格的个数，计算面积。2 2、平行线法、平行线法、平行线法、平行线法分解成梯形，计算面积。分解成梯形，计算面积。分解成梯形，计算面积。分解成梯形，计算面积。(方格纸及平行线法计算面积举例方格纸及平行线法计算面积举例)3、解析法
4、、解析法面积公式：面积公式： 相邻顶点与坐标轴（相邻顶点与坐标轴（X或或Y）所围成的各梯形面积的）所围成的各梯形面积的代数和代数和。写成以下四种形式的通用公式：写成以下四种形式的通用公式：44 4、求积仪法、求积仪法、求积仪法、求积仪法 （1 1 1 1）机械求积仪）机械求积仪）机械求积仪）机械求积仪n n（2 2 2 2）电子求积仪）电子求积仪）电子求积仪）电子求积仪横向:平距 1:1000纵向:高程 1:2004550556065三、利用地形图绘制某方向的断面图三、利用地形图绘制某方向的断面图四、确定汇水面积四、确定汇水面积确定汇水面积的边界线时，应注意以下几点：n1)边界线(除公路AB段
5、外)应与山脊线（分水线）一致，且与等高级垂直；n2)边界线是经过一系列的山脊线、山头和鞍部的曲线，n并在河谷的指定断面(公路或水坝的中心线)闭合。五、五、 土方量计算土方量计算 （一）方格网法（一）方格网法填挖方基本平衡时的设计高程填挖方基本平衡时的设计高程填挖方基本平衡时的设计高程填挖方基本平衡时的设计高程 把每一个方格四个顶点的高程相加，除以把每一个方格四个顶点的高程相加，除以把每一个方格四个顶点的高程相加，除以把每一个方格四个顶点的高程相加，除以4 4 4 4，得每一个方格的，得每一个方格的，得每一个方格的，得每一个方格的平均高程；再把平均高程；再把平均高程；再把平均高程；再把n n n
6、 n个方格的平均高程加起来，除以方格数个方格的平均高程加起来，除以方格数个方格的平均高程加起来，除以方格数个方格的平均高程加起来，除以方格数n n n n，得设，得设，得设，得设计高程。计高程。计高程。计高程。 即有：即有：填挖高度填挖高度h=H地地-H设设 h正数为挖，负数为填。正数为挖，负数为填。计算计算计算计算填、挖方量填、挖方量填、挖方量填、挖方量 （1 1）方法一（用公式）方法一（用公式:V=S:V=Sh h） 1 1）根据填挖界线，计算那些）根据填挖界线，计算那些4 4个顶点均为正的各个方格的个顶点均为正的各个方格的挖方量。挖方量。2 2）计算那些）计算那些4 4个顶点均为负的各个
7、方格的填方量。个顶点均为负的各个方格的填方量。3 3）分别计算填挖界线上）分别计算填挖界线上4 4个顶点有正有负的方格的挖方量个顶点有正有负的方格的挖方量和填方量。和填方量。4 4）将挖方和填方分别相加，得总挖方和总填方。）将挖方和填方分别相加，得总挖方和总填方。（2 2 2 2）方法）方法）方法）方法二二二二n角点：角点：V=hV=hA/4A/4n边点：边点：V=hV=h2A/42A/4n拐点：拐点：V=hV=h3A/43A/4n中点：中点：V=hV=h4A/44A/4 A A为一方格的面积。为一方格的面积。 再将填方和挖方分开求和再将填方和挖方分开求和V V，得总填方和总挖方。，得总填方和
8、总挖方。 2.2.基本方法：基本方法： 1)1)绘填挖分界线。绘出绘填挖分界线。绘出H=33.17mH=33.17m分界线分界线2)2)测算填挖面积。即测算等高线与方格围测算填挖面积。即测算等高线与方格围成的填挖面积。成的填挖面积。测算挖的面积是测算挖的面积是测算填的面积是测算填的面积是3)3)计算填挖土方。墩台形体积公式计算填挖土方。墩台形体积公式二、等高线法二、等高线法二、等高线法二、等高线法1.1.基本思想：在图中，只要得到高程基本思想：在图中，只要得到高程65m65m、70m70m的等高线围成的区域面积的等高线围成的区域面积S S6565、S S7070，则二等高线围成的平面成墩台形，
9、则二等高线围成的平面成墩台形体积是体积是 在在在在 AEMAEM和和和和ADNADN间的间的间的间的在在在在 EIMEIM和和和和FILFIL间的间的间的间的四、断面法四、断面法四、断面法四、断面法 1.1.基本思想：基本思想：n n从图可见，按从图可见，按ABAB方向展绘的断面图形象地反映了方向展绘的断面图形象地反映了AB AB 方向地方向地形断面形态。可以想象，根据这种形态可以测算该断面面积形断面形态。可以想象，根据这种形态可以测算该断面面积S SABAB。同理，沿。同理，沿EF EF 方向展绘的断面图也可以测算断面的面积方向展绘的断面图也可以测算断面的面积S SEFEF。如果断面。如果断
10、面EFEF与与ABAB之间的间隔距离为之间的间隔距离为L L，则这二个断面之，则这二个断面之间的土方量是间的土方量是 V=1/2(SV=1/2(SABAB + S + SEFEF) )L L 六、数字高程模型及其应用六、数字高程模型及其应用（一）数字高程模型的概念（一）数字高程模型的概念n数字高程模型（数字高程模型（DEMDEM，Digital Elevation ModelDigital Elevation Model）最初是）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（为了高速公路的自动设计提出来的（MillerMiller，19581958）。）。n数字高程模型是区域地表面中地理对象海拔高程的
11、数字化数字高程模型是区域地表面中地理对象海拔高程的数字化表达。表达。nD DE EM M可以用于各种线路的设计、各种工程面积、体积、坡可以用于各种线路的设计、各种工程面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。地表形态表达方式（二）（二）DEMDEM的应用的应用n n可以较好地将地表三维可视化；能够方便地计算坡度、坡可以较好地将地表三维可视化；能够方便地计算坡度、坡向等各种地形因子；求算体积、表面积；制作坡度图、断向等各种地形因子；求算体积、表面积；制作坡度图、断面图；与其他专题信息进行叠置分析；面图；与其他专题信息进行叠置分析
12、；n n规划中的项目选址（道路、水库）、开发建设中土方量计规划中的项目选址（道路、水库）、开发建设中土方量计算、通视性的判断算、通视性的判断.n n在防洪减灾方面，在防洪减灾方面，DEMDEM是进行水文分析不可或缺的基础：是进行水文分析不可或缺的基础：汇水区分析、水系网络分析、淹没分析汇水区分析、水系网络分析、淹没分析n n它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制判断及任意断面图绘制。 （三）三）DEMDEM的数据结
13、构的数据结构正方形格网模型（正方形格网模型（GridGrid DEM DEM）不规则三角网模型（不规则三角网模型（TINTIN DEM DEM）（四）（四）DEM的数据采集及处理的数据采集及处理n nDEMDEM数据采集方法数据采集方法: :1 1）直接从地面测量）直接从地面测量n nGPSGPS测量、测量、n n全站仪野外测量全站仪野外测量2 2）由摄影测量与遥感方式获取）由摄影测量与遥感方式获取3 3）从现有地形图上采集）从现有地形图上采集（五）（五）DEMDEM的数据处理的数据处理n nDEMDEM的建立离不开对离散化的原始数据的处理，的建立离不开对离散化的原始数据的处理，即采用数学内插
14、函数获得规则格网点高程从而建即采用数学内插函数获得规则格网点高程从而建立立DEMDEM模型。模型。n n内插函数方法主要有：内插函数方法主要有：n n整体内插、整体内插、n n分块内插、分块内插、n n逐点内插。逐点内插。（五）（五）DEM在线路工程建设在线路工程建设中的应用中的应用n n在公路、铁路等的勘测设计中，通过高精度的数在公路、铁路等的勘测设计中，通过高精度的数字地形模型，可以绘制各种比例尺的等高线地形字地形模型，可以绘制各种比例尺的等高线地形图、地形立体透视图，可以绘制地形的三维轴视图、地形立体透视图，可以绘制地形的三维轴视图和纵、横断面图。确定汇水范围和计算面积。图和纵、横断面图
15、。确定汇水范围和计算面积。n n利用该模型，设计人员可以进行土方量计算与调利用该模型，设计人员可以进行土方量计算与调配、道路的多种方案比较和选择，并通过设计表配、道路的多种方案比较和选择，并通过设计表面模型和面模型和DEMDEM的叠加，实现道路的景观模型以及的叠加，实现道路的景观模型以及动画演示。动画演示。航空影像三维立体景观用于工程项目中的开挖填方、线路用于工程项目中的开挖填方、线路勘测设计、水利建设工程等。勘测设计、水利建设工程等。流域水文特征及土木工程流域水文特征及土木工程 立体计算线路挖土、石方量立体计算线路挖土、石方量第二部分第二部分 数字测图数字测图n n数字测图是在采集解析数据的
16、基础上，依靠地形数据的传输、处理、编辑的平台，产生数字的图形。它的基本特征是数据从采集、传输、处理到图形编辑输出，不需要过多的人工干预，整个过程在人机交互的环境中基本实现自动化。一、数字测图基本作业模式一、数字测图基本作业模式由数字工程测绘仪器（全站仪、测距电子经纬仪由数字工程测绘仪器（全站仪、测距电子经纬仪等）、电子手簿（或笔记本、掌上电脑）、计算等）、电子手簿（或笔记本、掌上电脑）、计算机和数字测图软件构成的内外业一体化数字测图机和数字测图软件构成的内外业一体化数字测图作业模式；作业模式；由全球定位系统（由全球定位系统（GPSGPS）实时差分定位装置）实时差分定位装置（RTKRTK）、计算
17、机和数字成图软件构成的）、计算机和数字成图软件构成的GPSGPS数字数字测图作业模式；测图作业模式；由航片（航空摄影地面影像）或卫片（卫星地面由航片（航空摄影地面影像）或卫片（卫星地面影像）和解析测图仪、计算机（或数字摄影测量影像）和解析测图仪、计算机（或数字摄影测量系统）组成的数字摄影测图作业模式。系统）组成的数字摄影测图作业模式。通过对已有的模拟地形图进行数字化来获取数字通过对已有的模拟地形图进行数字化来获取数字地形图。地形图。 数字数字测图测图作业作业模式模式全站仪全站仪 + + 笔记本电脑笔记本电脑( (或或PDAPDA等）等）大比例尺地形图数字测图一般采用的大比例尺地形图数字测图一般
18、采用的作业模式作业模式n n全站仪成为大比例尺数字地形测图主要采用的野外数据采集设备 ；基本操作：设站（测站置程序）设站（测站置程序）定向（测站定向程序）定向（测站定向程序）极坐标方式逐点进行碎部点测量极坐标方式逐点进行碎部点测量存储记录观测数据（角度、距离）以及系统实时存储记录观测数据（角度、距离）以及系统实时计算得出的碎部点坐标（以点为单位存储，点号计算得出的碎部点坐标（以点为单位存储，点号很重要）很重要）l l数据端口与计算机通信实现数据传输；n n采用配套的地形图成图软件处理生成数字地形图；数字地形图的特点数字地形图的特点（1) 测量精度高（2) 定点准确（3) 绘图高效且规范（4）图
19、幅连接自由（5) 便于比例尺选择（6）便于地图数据的更新（7）便于图形的传输（8）便于数据共享二、内外业一体化数字测图二、内外业一体化数字测图（一）体化数字测图特点n n采用数字仪器采集野外地形数据；如全站仪、采用数字仪器采集野外地形数据；如全站仪、GPSGPS实时差分（实时差分（RTKRTK）定位系统、以及目前已经出现的）定位系统、以及目前已经出现的激光扫描仪等；激光扫描仪等；n n地形数据从采集、存储、传输、处理到成图、形成地形数据从采集、存储、传输、处理到成图、形成“ “数据流数据流” ”，对数据的人为干预少；，对数据的人为干预少；n n地形图成图软件系统实现自动展点、自动绘制符号、地形
20、图成图软件系统实现自动展点、自动绘制符号、自动绘制等高线等，少量的人机交互编辑成图自动绘制等高线等，少量的人机交互编辑成图n n数字化测图对作业员专业理论水平、计算机操作水数字化测图对作业员专业理论水平、计算机操作水平提出了更高的要求平提出了更高的要求 n n 测距、测角精度很高测距、测角精度很高, ,控制点的数量、密度减少。若控制点的数量、密度减少。若采用采用RTKRTK作作 业业, ,由于其作业半径达到数公里由于其作业半径达到数公里, ,所以需所以需要的已知点更少要的已知点更少n n碎部测量时不受图幅边界的限制，外业不采用分幅碎部测量时不受图幅边界的限制，外业不采用分幅作业，地形绘制完成后，采用绘图软件的分幅功能作业，地形绘制完成后，采用绘图软件的分幅功能自动进行分幅处理自动进行分幅处理。 （二）一体化数字测图的作业流程1. 1.野外数据采集2. 2.采用成图系统软件编辑成图3. 3.图面检查4. 4.绘图输出，实地检查5. 5.修改错误，进行图形整饰及分幅；6. 6.绘制输出图形成果，刻录数字图光盘。数字地图的种类数字地图的种类 数字栅格地图（数字栅格地图（ DRG ）数字划线地图（数字划线地图（ DLG ）数字高程模型（数字高程模型（ DEM ）数字正射影像地图（数字正射影像地图（ DOM ） 大庆市域影像图哈尔滨市正射影像图 佳木斯市伪彩色正射影像图上海市正射影像图
