第7章-地形图的知识与应用

《工程测量学》第7章

地形图的知识与应用1101内容提要1、地形图的基本知识2、地形测量原理3、大比例尺地形图传统测绘4、等高线地形图测绘5、数字测图的原理和方法6、城市三维模型构建

2101§7-1地形图概述地物

—地面上由人工建造的固定物体例如房屋、道路、桥梁、隧道、人工河岸、树林、边界桩等。地貌—地面上主要由自然力形成高低起伏的连续形态，例如平原、河流、山岭、山谷、斜坡、洼地等。地形

—地物和地貌的总称，按时代的需要，其所含信息将愈来愈丰富。地形图

—表示地物和地貌信息的载体。经典地形图是以图纸上的线条和文字为载体。而现代的地形图是数字地形图，将地形信息以数字形式贮存于光盘等载体，其信息量远比经典的地形图丰富，但必要时仍可和经典地形图一样,用图纸为载体按指定的比例尺打印输出。3101天佑楼4办公楼学生公寓学生公寓教室大楼图书馆101城市地形平面图5101农村等高线地形图6101地形图的主要用途7地形图是国土整治、资源勘察、城乡规划、土地利用、环境保护、工程设计、矿藏采掘、河道整理等工作的重要资料,可以从地形图上获取地物、地貌、居民点、水系、交通、通讯、管线、农林等多方面的信息,作为设计的依据。在地形图上可以:*确定点位、点与点之间的距离和直线方位角;*确定点的高程和两点间的高差，绘制集水线和分水线；*计算出土地等的面积和体积计算土石方量、蓄水量等；*确定工程设计对象的施工数据；*编绘出一系列专题地图,如城市规划图、地籍图等；因此，地形图也是基础地理信息系统中的重要组成部分。1017.1.2地形图的识读(一)

图廓和图廓外注记*图号、图名和接图表*比例尺(数字、直线)*经纬度及坐标格网*三北方向图当地真北、磁北和坐标纵轴方向角度关系*坐标系统高程系统*测图日期测图者8101(二)地形图的平面直角坐标系统和高程系统

对于平面坐标系统：小比例尺地形图，通常采用国家统一的高斯平面直角坐标系。城市地形图多数采用以通过城市中心地区的某一子午线为中央子午线的高斯平面直角坐标系(城市独立坐标系)。建筑工程中采用以建筑轴线为坐标轴的建筑坐标系。9对于高程系统：采用“1985国家高程基准”。也有一些地方性的高程系统，例如上海及其邻近地区即采用“吴淞高程系”，在地形图应用时，必须加以注意。各高程系统之间只需加减一个常数即可进行换算。10110(三)地形图图式和等高线应用地形图应该了解地形图所使用的地形图图式,熟悉一些常用的地物符号和地貌符号,了解图上文字注记和数字注记的确切含义,我国现行采用的大比例尺地形图图式是由国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员会发布、2007年12月1日实施的《国家基本比例尺地图图式第1部分：l:500l:1000l:2000地形图图式》(GB/T20257.1-2007),它是读识地形图的重要依据。还应该了解等高线的特性,要能根据等高线判读出山脊、山谷、鞍部、山脊线、山谷线等各种地貌。(四)测图日期地形图上所反映的是测绘当时的地形情况,因此需要知道测图日期,以便了解地形图的现势性。对于测图后的地面变化情况，应根据需要予以修测或补测。101（一）比例尺表示方法7.1.3地形图的比例尺M=称为比例尺分母—Dd比例尺=—————=图上长度d

实地长度D

数字比例尺：1:500，1:1000，1:5000，…

10

50

10

203040m2cm1:500图示比例尺(直线比例尺)：在地形图上，比例尺的注记方法：定义：11101（三）

城市和工程建设中地形图比例尺的选用比例尺1:100001:50001:20001:10001:500城市总体规划、厂址选择区域布置方案比较城市详细规划及工程项目初步设计建筑设计、城市详细规划工程施工设计、工程竣工图用途（二）

地形图按比例尺分类大比例尺图

—

l:500，l:1000,l:2000,l:5000中比例尺图

—

l:1万，1:2.5万,1:5万,1:10万小比例尺图

—

l:20万，1:50万，l:l00万大比例尺图为工程建设所需，中比例尺图为国家基本图,小比例尺图为全国地图、分省、分县图。比例尺越大,一幅图包括的面积越小，而包含的地形信息则较详细。12101(四)地形图的比例尺精度比例尺比例尺精度（cm）1:500

1:10001:20001:50001:100005

10

2050100人眼能分辨的图上最小长度为0.1mm,0.1mm乘以比例尺分母所得长度称为“比例尺精度”。13比例尺精度对于图解地形图(以图纸为载体的图)的测图和图的使用有重要意义。例如，以图解法测绘比例尺为1∶1000的地形图时,10cm以下的长度已无法表示；又例如,要求在图上能反映5cm的细节，则选用的地形图比例尺不应小于1∶500。对于数字地形图，地形信息的数据直接来源于实地测量,不需以图纸为在载体，因而不受比例尺精度的限制。但数字地形信息一旦输出打印在图纸上，则仍应考虑。1017.1.4地形图图式为便于测图和用图,在地形图上用各种点位、线条、符号、文字等表示实地的地物和地貌,这些线条和符号等统一代表地形图上所有的地形要素,总称为地形图图式。《地形图图式》是由国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员会发布的“国家标准”(GB)，其全名为《国家基本比例尺地形图图式第1部分：1∶500

1∶1000

1∶2000地形图图式》，以后简称《图式》。三类图式符号：

（一）地物符号，（二）地貌符号，（三）注记14101(二)地貌符号—最常用为等高线，对于一些特殊地貌如峭壁、冲沟等则用专用符号表示。

(一)地物符号

1.比例符号—地物轮廓大,可按比例缩小；例如房屋、道路、河流、桥梁、旱田等。

2.非比例符号—地物轮廓小但重要,用专用符号表示；例如导线点、水准点、界址点、电线杆等。

3.半比例符号—也称线形符号,长度可按比例、宽度不依比例。例如围墙、篱笆、边界等。(三)注记—用文字和数字对地形符号加以说明；例如地名、路名、单位名、房屋结构和层数、河流的水深等。1510116三角点卫星定位点导线点埋石图根点水准点常用地形图图式一般房屋室外楼梯简房,台阶廊柱围墙车行桥人行桥级面桥铁路等级公路等外公路过街天桥内部道路输电线路电线铁塔配电线路通讯线路陡坎加固陡坎斜坡加固斜坡土堆坑穴101(一)典型地貌的名称(二)用等高线表示的典型地貌(三)阴影等高线(四)等高线特性7.1.5等高线17(一)典型地貌的名称地貌是地形图要表示的重要信息之一。地貌尽管千姿百态、错综复杂，但其基本形态可以归纳为几种典型地貌，如山头、山脊、山谷、山坡、鞍部、洼地、绝壁等。10118101(二)用等高线表示地貌等高线—

地面上高程相等的相邻点所连接而成的闭合曲线等高线间隔(等高距)—相邻等高线之间的高差h（一幅图中h为一常数）等高线平距—相邻等高线之间的水平距离d,(d为一变数,随地面坡度而异）地面坡度—

两点间高差与平距之比i19各种高程的水平面与地面的相交线将相交线垂直投影到某一高程的水平面101等高距,等高线平距,地面坡度的关系：由于h为定值,所以i与d成反比,即：

d大(等高线稀),i小(地面坡度缓和)

d小(等高线密),i大(地面坡度陡峭)hhhhhh山坡剖面线aid1d2d3d4d5d620投影在水平面上的的等高线10121比例尺地形类别平地丘陵地山地高山地l:5000.50.50.5或1.01.0l:10000.50.5或1.01.01.0或2.0l:20000.5或1.01.02.02.0

表7-1地形图的基本等高距h(单位:m)图上的等高线分为：首曲线，计曲线，间曲线在图上按基本等高距描绘的等高线称“首曲线”,每隔四条首曲线加粗一条等高线称“计曲线”，在计曲线上注有高程。个别地方坡度较平缓，用基本等高线不足以显示局部地貌特征时，可按l／2基本等高距用虚线加绘半距等高线,称为“间曲线”,间曲线可以仅画出局部线段。10122粗线为计曲线细线为首曲线计曲线上的高程注记10123首曲线计曲线间曲线(间隔50m)(间隔10m)(间隔5m)1011.山头和洼地的等高线两者都是一组闭合曲线,从高程注记可区分是山头还是洼地。地形相反，图形相似；山头越向中心越高，洼地反之。为便于区分,在曲线突出处加绘短线—

示坡线，示坡线指向低处。示坡线241012.山脊,山谷和山坡的等高线山脊的等高线—一组凸向低处的曲线，其方向改变处的连线称为山脊线。山脊为山体的突出部分。山谷的等高线—一组凸向高处的曲线，其方向改变处的连线称为山谷线。两个山脊之间的凹地为山谷，其最低点连线即为山谷线。25山坡的等高线—山脊山谷的两侧一组近似的平行线(近似于一个倾斜平面)。山坡山坡山坡山脊和山谷山脊线和山谷线称为地性线，对于正确认识和分析地形都很重要。10126雨水以山脊线为分界线,垂直于等高线方向而向下坡方向径流。因此,山脊线成为分水线、山谷线成为集水线。雨水由两侧山坡流下,汇集到集水线,再向谷口流出,成为山泉和溪流。分水线和集水线在山区的工程设计中有重要意义。山区一系列山脊线形成汇水范围的边界线；在大的范围内，某些山脊线形成河流流域的分水岭。例如秦岭为黄河与长江的分水岭。山脊线分水线山脊线分水线山谷线集水线3.分水线和积水线10127典型的鞍部是在相对的两个山脊和山谷的会聚处，形如马鞍。它的左、右两侧的等高线是大致相对称的两组山脊线和两组山谷线。山脉的鞍部称为“岭”。鞍部或岭在山区道路的选线中是一个关节点，越岭道路常须经过鞍部。鞍部鞍部4.鞍部的等高线10128绝壁为地壳断裂运动而产生近似于直立的山体(陡岩峭壁),等高线非常密集,以致无法表示。《图式》规定,此类地形可用“陡崖”“崩崖”等地形图符号表示。悬崖为上部凸出而下部凹入的陡崖，等高线投影到水平面上会相交，这种地形也只能用符号表示。陡崖悬崖陡崖符号等高线相交5.绝壁和悬崖的等高线10129综合地貌等高线地形图101

阴影等高线同一地区的一般等高线和阴影等高线地形图3010131影像地图加绘等高线101(四)等高线的特性1.同一条等高线上高程必相等(等高);2.各条等高线应是闭合曲线，如不在本幅图闭合，必定在相邻的其他图幅闭合(闭合);3.只有在绝壁悬崖处等高线才会相交(特例相交);4.等高线与山脊线或山谷线成正交(两线正交);5.同一幅图内等高距为定值，所以地面平缓处等高线平距大、陡峭处平距小(缓稀,陡密)。32对于绘制等高线地形图或使用它,必须掌握等高线的特性:1017.1.6地形图的分幅和编号地形图的分幅与编号是便于地形图的管理与使用。两种分幅方法：

梯形分幅—按经线和纬线划分图幅范围,用于中小比例尺的国家基本图的分幅。

矩形分幅—按纵横坐标格网线划分图幅范围,用于城市大比例尺图的分幅。（一）地形图的国际分幅和编号33按国际统一规定的经线为图幅的东西边界，纬线为南北边界，并以1∶100百万比例尺地形图的分幅为基本分幅，衍生出其他比例尺的分幅。1011:100万地图国际分幅和编号东半球北纬1:100万比例尺地形图的国际分幅和编号34每幅图的经度差为6°纬度差为4°每一梯形格为一幅1∶100万图101我国领土在1:100万地图国际分幅的编号48°44°40°36°32°28°24°20°16°12°8°4°84°90°96°102°108°114°120°126°ABCDEFGHIJKLM4950514847464544北京所在1∶100万图幅编号为J50★35北京上海上海所在1∶100万图幅编号为H5110136每幅1∶100万图分为4幅1∶50万图，每幅经差3°纬差2°该图幅编号为J50B001002每幅1∶100万图分为144幅1∶10万图，每幅经差30′纬差20′该图幅编号为J50D0100041:50万和1:10万比例尺的地形图编号1011:50万～1:5000比例尺图号的数码构成比例尺1∶5000001∶2500001∶1000001∶500001∶250001∶100001∶5000代码BCDEFGH示例J50B001002J50C003003J50D010010J50E017016J50F042002J50G093004J50H192192

地形图比例尺代码表37101（二）地形图的矩形分幅和编号大比例尺图(1∶5000以下)以坐标格网线划分图幅(矩形分幅),图幅的尺寸为：50cm×50cm，50cm×40cm，40cm×40cm。图幅的编号与测区的坐标值联系，便于按坐标查找图幅。矩形分幅又有多种编号法，例如：38图幅西南角坐标公里数编号法基本图幅编号法3.行列编号法比例尺1:50001:20001:10001:500图幅大小(厘米)40×4050×5050×5050×50实地面积(平方公里)410.250.0625平方公里图幅数

0.25

1

416大比例尺地形图矩形分幅每幅图的面积：10139以每幅图的图幅西南角坐标值(x，y)的公里数作为该图幅的编号，如下图所示为1:1000比例尺的地形图，按图幅西南角坐标公里数编号法编号。其中画阴影线的两幅图的编号分别为3.0-1.5

和2.5-2.5。图幅西南角点坐标的公里数3.0-1.5图幅西南角点坐标的公里数2.5-2.51.图幅西南角坐标公里数编号法101IIIIIIIV40将坐标原点置于城市中心，X,

Y坐标轴将城市分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ四个象限。以城市地形图最大比例尺1:500图幅为基本图幅(50cm×40cm),实地范围为:东西25Om、南北200m。XYO行号按坐标的绝对值:

x

＝0～200m编号为001

x

＝200～400m编号为002

……列号按坐标的绝对值:

y

＝0～25Om编号为001

y

＝250～5O0m编号为002

……x，y

编号中间以下划线（_）分隔，成为图幅号。例如：Ⅱ001_002,Ⅲ002_002。2.基本图幅编号法101大比例尺地形图的象限代码图的类型比例尺象限图解地形图ⅠⅡⅢⅣ数字地形图1:500ABCD1:1000EFGH1:2000IJKL41有关地形图编号的规定：原有的图解地形图以罗马字ⅠⅡ

Ⅲ

Ⅳ表示所在象限；数字地形图根据其所在的象限和比例尺分别用大写的英文字母A，B，C，D，…L

表示。101基本图幅编号法42图解地形图以罗马字分象限1∶500数图以ABCD分象限1∶1000数图以EFGH分象限1∶2000数图以IJKL分象限ALF101ⅠⅡⅢⅣ1:50020-10-Ⅲ-Ⅳ-Ⅰ基本分幅：1:5000,以其西南角行列开始编号,依次为行列号Ⅰ(1行1列)Ⅱ(1行2列)Ⅲ(2行1列)Ⅳ(2行2列)。1:500010111222212020-101:500010111222212020-101:2000ⅠⅡⅢⅣ20-10-ⅠⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ433.矩形图分幅的行列编号法101从经典的全人工的白纸测图和绘图,到自动化数据采集和机助成图的数字地形图,其基本原理并未有本质改变：

(1)首先必须进行控制测量,作为整体控制；

(2)按一定的投影方法和数据采集的原则,进行测量；

(4)用行业规范,统一数据采集的内容和精度；

(3)按国家统一规定的符号表示其内容。§7-2地形测量原理但白纸测图和数字地图存在的明显差异:

(1)数据采集和成图的方法从全人工,逐步到半自动化和自动化,由此提高工作功效和成品精度；

(2)满足现代化建设日益增多的对地形信息的需求,从提供平面信息为主到全面的空间信息(从二维到三维)。441017.2.1图根控制测量图根控制测量—直接为测绘地形图而进行的控制测量，分为平面控制测量和高程控制测量。测量方法：导线测量,水准测量,交会定点,GNSS测量。

图根控制点—为其控制点(简称图根点),具有平面坐标(和/或)高程。45图根控制应尽量利用已有的国家或城市平面控制加密建立。对于独立测区，图根平面控制可以在测区的首级控制或等级控制下布设。图根高程控制必须在国家或城市高程各等级水准点的基础上布设，以取得统一的高程基准(城市和工程建设地区不允许采用假定高程)。101（一）图根电磁波测距导线布设成附合导线、闭合导线或导线网，其主要技术指标：一、图根平面控制测量461:50090080≤1/40001:100018001501:20003000250测图比例尺平均边长(m)导线全长(m)导线全长相对闭合差角度测回(J6)方位角闭合差1表7-3图根电磁波测距图根导线的主要技术指标10147（三）图根交会定点平面控制测量用GNSS方法测定图根点平面坐标可采用静态、快速静态以及GNSS-RTK定位方法，作业要求应按《卫星定位城市测量技术规程》执行。GNSS网可采用多边形环、附合路线和插点等形式；GNSS外业观测应采用精度不低于(10mm+2ppm×D)的各种单频或双频GNSS接收机，GNSS控制网平差计算采用与地面数据进行联合平差。图根交会定点可采用前方交会、测边交会、边角交会、后方交会等形式。（二）GNSS图根平面控制测量101二、图根高程控制测量48附合路线长

度（km）每公里高差中误差(mm)水准仪级

别水准尺闭合差或往返互差（mm）平地山地8±20DS3双面尺

图根高程控制测量可采用水准测量、电磁波测距三角高程测量和GNSS高程测量方法进行。（一）图根水准测量图根水准测量应在城市三、四等水准点下加密。图根水准测量的主要技术指标见表7-7。表7-7图根水准测量主要技术指标注：表中L为水准路线的总长（km）；n为测站数。10149仪器类型角度观测距离观测指标差互差（"）垂直角互差（"）对向观测高差互差（mm）三角高程路线闭合差（mm）测角测距Ⅱ级对向1单程12525100×S图根电磁波测距三角高程路线应起讫于不低于四等的水准点上,路线中各边应对向观测。表7-8

图根电磁波测距三角高程测量的技术指标

注：表中S为对向观测边长(km)；L为三角高程路线总长(km)采用GNSS方法布设图根高程控制点,可联测不低于四等水准的高程点,通过拟合的方法确定图根控制点的高程。（二）图根电磁波测距三角高程测量（三）图根GNSS高程控制测量101§7-3

大比例尺地形图传统测绘一、平板仪图解法测图二、经纬仪测记法测图

三、地物测绘的一般规定四、图的注记50101abBA32—

图解法测图原理7.3.1平板仪图解法测图1bS51

1.平板的定位与定向地面控制点AB,板图纸上按测图比例尺画出相应的ab点。定位—使Aa在一铅垂线上,定向—使图上ab平行地面AB

2.按极坐标法图上定点照准仪瞄准目标,图上画出方向线；量距工具测量距离A1,按比例缩为a1,按方向线及图上距离，在图板上画出目标点1。

3.按相似图形作图对照实地地物，将测定的一系列目标点连线成图。图上得到房屋平面的矩形轮廓1017.3.2经纬仪测记法测图1.观测和记录经纬仪安置在图根点A,瞄准另一图根点B,水平度盘定向，经纬仪瞄准目标点(1,2,3…),测得方位角；用安装的测距仪或卷尺量距、测高差；记录观测数据。3.绘图用绘图工具根据观测数据绘图522.计算根据观测记录用极坐标法计算目标点的三维坐标(故称测记法或测算法)10153经纬仪测图法是按极坐标法定位的原理。用经纬仪的水平度盘、竖盘和安装在经纬仪上的测距仪(或用卷尺)测量定点位的必要数据，然后用各种作图方法进行绘图。经纬仪测记法的最后阶段,用测距仪测距,用便携机记录和计算，根据数据在绘图仪上绘图。10154地物在地形图上的表示原则：

凡是能依比例尺表示的地物，则测定其轮廓的几何图形图形中加绘地物属性符号，例如房屋的结构和层数、耕地和树林的种类等符号。

凡是面积较小,不能依比例尺表示的地物,则测定其中心位置，绘以相应的地物符号,如导线点、水准点、界址点、电线杆、消防栓、水井等。作业规范：

地形测量规范和地形图图式是测绘地形图的依据。7.3.3地物测绘的一般规定10155东大道坚55.405.35地物测绘主要方法：测定地物几何形状的特征点。例如：地物轮廓的转折点、交叉点、直线端点、曲线上的曲率变化点、独立地物的中心点等。连接相应的特征点，得到与实际地物相似的图形。房屋轮廓转折点独立地物中心点曲率变化点直线端点直线端点1017.3.4图的注记（一）注记的排列形式（1）水平字列—各字中心连线应平行于南、北图廓，由左向右排列；（2）垂直字列—各字中心连线应垂直于南、北图廓，由上而下排列；（3）雁行字列—各字中心连线应为直线且斜交于南、北图廓；（4）屈曲字列—各字字边应垂直或平行于线状地物，且依线状地物的弯曲形状而排列。56101（二）注记的字向（三）名称注记（四）说明注记（五）数字注记57水平和垂直字列字头朝北,雁行字列按右图所示的光线法则。市县镇村街道名、政府机构企业单位名，一般用水平字列。建筑结构、道路等级、路面材料、土质、植被名。控制点点号、等高线高程、散点高程、门牌号