《工程測量》第10章 地理空間信息的應(yīng)用

1、2021-12-141工程測量工程測量第第1010章章 地理空間信息的應(yīng)用地理空間信息的應(yīng)用The Application of Geospatial Information2021-12-142 10.1 10.1 概述概述 10.2 10.2 地形圖應(yīng)用的基本知識地形圖應(yīng)用的基本知識 10.3 10.3 面積量算面積量算 10.4 10.4 在地形圖上按一定方向繪制斷面圖在地形圖上按一定方向繪制斷面圖 10.5 10.5 地形圖在平整場地中的應(yīng)用地形圖在平整場地中的應(yīng)用 10.6 10.6 地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應(yīng)用（自學(xué)）（自學(xué)） 章節(jié)題目章節(jié)題目: :

2、2021-12-143 地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)GIS 應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用軟件應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用軟件 直接應(yīng)用地形直接應(yīng)用地形圖圖10.1 10.1 概述概述 基礎(chǔ)地理信息基礎(chǔ)地理信息 GIS 應(yīng)用應(yīng)用 數(shù)字地圖、紙載地圖數(shù)字地圖、紙載地圖 地理信息的應(yīng)用地理信息的應(yīng)用廣泛和深入廣泛和深入GIS2021-12-14510.2 10.2 地形圖應(yīng)用的基本知識地形圖應(yīng)用的基本知識地形圖應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，如國土整治、資源勘地形圖應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，如國土整治、資源勘測、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護(hù)、測、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通規(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、

3、等，可在地形圖工程設(shè)計、礦藏采掘、河道整理、等，可在地形圖上獲取詳細(xì)的地面現(xiàn)狀信息。在國防和科研方面，上獲取詳細(xì)的地面現(xiàn)狀信息。在國防和科研方面，更具重大用途。更具重大用途。 數(shù)字化地形圖使地形圖在管理和使用上體現(xiàn)出圖數(shù)字化地形圖使地形圖在管理和使用上體現(xiàn)出圖紙地形圖所無法比擬的優(yōu)越性。紙地形圖所無法比擬的優(yōu)越性。2021-12-146(1) (1) 地形圖的圖廓外注記地形圖的圖廓外注記1) 圖號、圖名和接圖表圖號、圖名和接圖表2) 比例尺比例尺3）經(jīng)緯度與坐標(biāo)格網(wǎng)）經(jīng)緯度與坐標(biāo)格網(wǎng)4）地形圖的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)地形圖的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)5）測圖時間）測圖時間一、一、 地形圖的識讀地形

4、圖的識讀圖示比例尺數(shù)字比例尺2021-12-147圖號圖名接圖表2021-12-1482021-12-1492021-12-1410(2) 地物與地貌的識別地物與地貌的識別n先熟悉測圖所用的地形圖圖式、規(guī)范和測圖日期。n1) 地物的識別n了解地物大小種類、位置、分布情況。n按先主后次的步驟，顧及取舍的內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。n先識別大的居民點(diǎn)、主要道路和用圖需要的地物，n再擴(kuò)大識別小居民點(diǎn)、次要道路、植被和其它地物。n通過分析，對主、次地物的分布情況，n主要地物的位置和大小形成較全面的了解。2021-12-1411n2) 地貌的識別n了解各種地貌分布和地面高低起伏狀況。n根據(jù)基本地貌等高線特征和特殊地

5、貌(如陡崖、沖溝等)符號進(jìn)行。n根據(jù)水系的江河、溪流找出山谷、山脊系列，n識別山脊、山谷地貌分布情況。n特殊地貌符號和等高線疏密，n了解地貌分布和高低起伏情況。2021-12-1412(3) 地形圖的精度地形圖的精度n1) 圖上量距精度n與比例尺有關(guān)。對于1:1萬比例尺圖，n圖上小于0.1mm10000=1m的實地距離分辨不出；n對于1:1000比例尺地圖，n圖上小于0.1mm1000=0.1m的實地距離分辨不出。n2) 圖上平面位置精度n城市大比例尺地形圖，n地物點(diǎn)平面位置精度為地物點(diǎn)n相對于鄰近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差在圖上不超過0.5mm；n鄰近地物點(diǎn)間距中誤差在圖上不超過0.4mm。2021

6、-12-1413n2) 圖上高程注記精度n山地、高山地和設(shè)站施測困難的舊街坊內(nèi)部，n分別為0.75m和0.6m。 n城市建筑區(qū)和平坦地區(qū)鋪裝地面高程注記點(diǎn)n相對于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差不超過0.07m，n一般地面不得超過0.15m。 n在等高線地形圖上，n根據(jù)相鄰等高線內(nèi)插求得地面點(diǎn)n相對于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差，n丘陵地區(qū)不超過1/2等高距，n在山地不超過2/3等高距，n高山地不超過1個等高距。 2021-12-1414（一）、確定點(diǎn)位的平面坐標(biāo)（一）、確定點(diǎn)位的平面坐標(biāo)nXm = Xa + （ag /ad/ad）* *100100nYm = Ya + （ae / ab）* *100二、二、

7、 地形圖應(yīng)用的基本知識地形圖應(yīng)用的基本知識2021-12-1415 5000 300 B 250 4500 C 200 150 A 4000 2000 2500 3000 100 0 100 200 300 400 500 1 : 10000 XaYa點(diǎn)位的坐標(biāo)量測點(diǎn)位的坐標(biāo)量測xyyyYxxXaa00a2021-12-1416有兩種方法。有兩種方法。n1)：圖量法，按比例化算：圖量法，按比例化算成實地距離。成實地距離。n2)：用公式計算：用公式計算：)yy()xx(ABABABD22x yBA（二（二) )、確定兩點(diǎn)之間的距離、確定兩點(diǎn)之間的距離2021-12-1417 (1)圖解法：圖解法

8、： (2)解析法解析法 ： )()(arctan121212xxyy12xyyx12( (三三) )、確定某一直線的坐標(biāo)方位角、確定某一直線的坐標(biāo)方位角2021-12-1418例：例：在圖上量得A、B坐標(biāo)為：1000 900 800 700 600 5001000 1100 1200 1300 1400 15001：1000.A.BXB= 683.2mYB=1378.5mXA= 845.6mYA=1140.3m求DAB、AB。DABAB解解 :X= 683.2- 845.6=-162.4 Y=1378.5-1140.3=+238.2DAB=(-162.4)2+238.22=288.29RAB

9、=tan-1 =tan-1 1.466749YX=554253 第象限AB =180RAB = 1241707 2021-12-1419如果某點(diǎn)位置恰好位于一條等高線上，則這點(diǎn)的高程如果某點(diǎn)位置恰好位于一條等高線上，則這點(diǎn)的高程就等于該等高線的高程。如果某點(diǎn)的點(diǎn)位位于兩條就等于該等高線的高程。如果某點(diǎn)的點(diǎn)位位于兩條等高線之間，則可以用線性比例內(nèi)插法計算。如圖等高線之間，則可以用線性比例內(nèi)插法計算。如圖所示所示: : hBABMHHBM( (四四) )、確定點(diǎn)位的高程、確定點(diǎn)位的高程2021-12-1420( (五五) )、在地形圖上量取曲線長度、在地形圖上量取曲線長度 利用曲線計測定利用曲線計

10、測定( (六六) )、在地形圖上確定某一直線的坡度、在地形圖上確定某一直線的坡度 要確定地面要確定地面AB的坡度，可以在圖上量測兩的坡度，可以在圖上量測兩點(diǎn)之間的水平距離點(diǎn)之間的水平距離D與高差與高差h則其坡度則其坡度i為：為：dMhDhi2021-12-1421四四. .點(diǎn)位的高程和點(diǎn)位的高程和兩點(diǎn)間的坡度量測兩點(diǎn)間的坡度量測點(diǎn)位的高程和兩點(diǎn)間的坡度量測點(diǎn)位的高程和兩點(diǎn)間的坡度量測 在等高線地形圖上進(jìn)行量測1. 1.點(diǎn)位高程：點(diǎn)位高程：可根據(jù)等高線目估可根據(jù)等高線目估 HE=51.0m, HF=48.3m, HG=51.9m2.2.兩點(diǎn)間坡度兩點(diǎn)間坡度 坡度公式：i=hDhdm=tan=52

11、51504948EFG1:500例：例：設(shè)量得F、G的圖上距離為28.5mm， 求F、G之間的平均坡度(點(diǎn)的高程見上)。解：解：平均坡度地面傾角 14.2i=hDhdm=51.9-48.30.0285500=0.2526=25.3%2021-12-1422 在一些工程建設(shè)過程中，常遇到坡度限制問題。利用地形在一些工程建設(shè)過程中，常遇到坡度限制問題。利用地形圖就可以根據(jù)限制的坡度選擇規(guī)劃最佳的路線。圖就可以根據(jù)限制的坡度選擇規(guī)劃最佳的路線。例如，從山腳例如，從山腳A A點(diǎn)到山頂修一條公路，限制坡度點(diǎn)到山頂修一條公路，限制坡度ii=5=5 。圖的比例尺為圖的比例尺為1:20001:2000，等高距

12、，等高距h h為為2 2米，要滿足設(shè)計要求，可米，要滿足設(shè)計要求，可先求出路線在相鄰等高線之間的最小平距先求出路線在相鄰等高線之間的最小平距d d ， d =h /d =h /（I MI M）= 2 /= 2 /（0.050.05* *20002000）= 0.02= 0.02米米 ( (七七) )、按限制坡度選定最短路線、按限制坡度選定最短路線2021-12-1423在圖上設(shè)計等坡度線在圖上設(shè)計等坡度線例：要在例：要在A、B間選定一條滿足坡度為間選定一條滿足坡度為 的最短路線。的最短路線。%33. 3i解：由坡度公式解：由坡度公式 ：mdhDhi（毫米）3050000333. 0100050

13、333. 00333. 0mhdmdh當(dāng)相鄰兩根等高線之間的當(dāng)相鄰兩根等高線之間的 圖上圖上 d 30毫米時，地面坡毫米時，地面坡 度度 i 3.33%。取。取d =30毫米毫米 作圖時，作圖時，A、B間路線最短間路線最短。P270 圖9-11dddddddddddddd2021-12-1424 如圖所示，匯水面積的分界線為山脊線，圖中虛線和如圖所示，匯水面積的分界線為山脊線，圖中虛線和AB圍圍起來部分為匯水區(qū)域。只要測出圍起來的面積即可。起來部分為匯水區(qū)域。只要測出圍起來的面積即可。 ( (八八) )、 確定匯水面積確定匯水面積2021-12-14252021-12-14262021-12-

14、14272021-12-142810.3 10.3 面積量算面積量算一、透明方格紙法一、透明方格紙法 二、平行線法二、平行線法 三、解析法三、解析法 四、求積儀法四、求積儀法五、直接利用幾何圖形計算面積五、直接利用幾何圖形計算面積2021-12-1429一、透明方格紙法一、透明方格紙法 透明方格紙法透明方格紙法 計算曲線內(nèi)的面積，先計算曲線內(nèi)的面積，先將毫米透明方格紙覆蓋將毫米透明方格紙覆蓋在圖形上，數(shù)出圖形內(nèi)在圖形上，數(shù)出圖形內(nèi)完整的方格數(shù)完整的方格數(shù)n1n1和不完和不完整的方格數(shù)整的方格數(shù)n2n2，則面積，則面積可按下式計算可按下式計算 )(10)21(26221mMnnAn2圖形邊界所占

15、的方格數(shù)n1為圖形邊界所包圍的方格個數(shù)M為比例為比例尺分母尺分母2021-12-1430二、平行線法二、平行線法 將繪有等距平行線的透將繪有等距平行線的透明紙覆蓋在圖形上。則相明紙覆蓋在圖形上。則相鄰兩平行線間截割的圖形鄰兩平行線間截割的圖形面積可近似視為梯形。各面積可近似視為梯形。各梯形面積分別為：梯形面積分別為： hSnhllShlS)l(l21)(21)0(21n1n21211nSSSS21圖形總面積：2021-12-1431三、解析法三、解析法 )()()()(214343144123321221yyxxyyxxyyxxyyxxA)()(21)()(214443343314114441

16、2322333212112221yxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxyxA)()()()(21314243132421yyxyyxyyxyyxA如果圖形為任意多邊形，且各頂點(diǎn)的坐標(biāo)已在圖上量出或?qū)嵢绻麍D形為任意多邊形，且各頂點(diǎn)的坐標(biāo)已在圖上量出或?qū)嵉販y定，可利用各點(diǎn)地測定，可利用各點(diǎn) 坐標(biāo)以解析法計算面積。坐標(biāo)以解析法計算面積。整理得下式展開后得下式 ： x 1234Y2021-12-1432三、解析法三、解析法 若若n n邊形各頂點(diǎn)投影于邊形各頂點(diǎn)投影于X X軸時，則圖形面積公式軸時，則圖形面積公式可以寫為下式：可以寫為下式：niiiiyyxA1)(2111niiii

17、xxyA1)(2111對于任意對于任意n n邊形，可以邊形，可以 寫出面積計算的通用公寫出面積計算的通用公式：式：當(dāng)當(dāng)i=1i=1，y yi-1i-1=y=yn n; ;當(dāng)當(dāng)i=ni=n，y yi+1i+1=y=y1 1。當(dāng)當(dāng)i=1i=1，x xi-1i-1=x=xn n; ;當(dāng)當(dāng)i=ni=n，x xi+1i+1=x=x1 1。niiiiiyyxxA111212021-12-1433四、求積儀法四、求積儀法n求積儀是一種專門供圖上量算面積的儀器，求積儀是一種專門供圖上量算面積的儀器，n其優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、速度快，適用于任意曲線其優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、速度快，適用于任意曲線圖形的面積量算，并能保證一定的

18、精度。圖形的面積量算，并能保證一定的精度。n求積儀有機(jī)械求積儀和電子求積儀兩種。求積儀有機(jī)械求積儀和電子求積儀兩種。2021-12-1434求積儀法求積儀法- - 機(jī)械求積儀機(jī)械求積儀1) 機(jī)械求積儀n機(jī)械求積儀是一種利用積分原理在圖紙上測定不規(guī)則圖形面積的完全機(jī)械裝置，n它結(jié)構(gòu)簡單，售價低廉，便于使用。n機(jī)械求積儀由極臂、描跡臂和計數(shù)器三部分組成。 2021-12-1435求積儀法求積儀法- - 機(jī)械求積儀機(jī)械求積儀 求積儀的使用方法 ：F是所量面積，P是分劃值，U是起點(diǎn)和終點(diǎn)讀數(shù)2021-12-1436求積儀法求積儀法-電子求積儀電子求積儀2) 2) 電子求積儀電子求積儀圖所示為日本圖所示

19、為日本KOIZUMI(KOIZUMI(小泉小泉) )公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的KP-90NKP-90N電子求積電子求積儀，儀，儀器是在機(jī)械裝置動極、動儀器是在機(jī)械裝置動極、動極軸、跟蹤臂極軸、跟蹤臂( (相當(dāng)于機(jī)械求相當(dāng)于機(jī)械求積儀的描跡臂積儀的描跡臂) )等的基礎(chǔ)上，等的基礎(chǔ)上，增加了電子脈沖記數(shù)設(shè)備和增加了電子脈沖記數(shù)設(shè)備和微處理器，能自動顯示測量微處理器，能自動顯示測量的面積，的面積，面 積 測 量 的 相 對 誤 差 為面 積 測 量 的 相 對 誤 差 為1/10001/10002021-12-1437地籍中的用地面積計算由計算機(jī)地籍管理軟件自動計算由計算機(jī)地籍管理軟件自動計算2021-1

20、2-143810.4 10.4 在地形圖上按一定方向繪制斷面圖在地形圖上按一定方向繪制斷面圖一、按指定方向繪制縱斷面圖一、按指定方向繪制縱斷面圖n在進(jìn)行道路、隧道、管線等工程設(shè)計時，在進(jìn)行道路、隧道、管線等工程設(shè)計時，需要了解兩點(diǎn)之間的地面起伏情況，這時，需要了解兩點(diǎn)之間的地面起伏情況，這時，可根據(jù)地形圖中的等高線來繪制斷面圖?？筛鶕?jù)地形圖中的等高線來繪制斷面圖。2021-12-1439按指定方向繪制縱斷面圖按指定方向繪制縱斷面圖2021-12-1440二、按設(shè)計線路繪制縱斷面圖二、按設(shè)計線路繪制縱斷面圖2021-12-144110.5 10.5 地形圖在平整場地中的應(yīng)用地形圖在平整場地中的應(yīng)

21、用 q場地平整有兩種情形：場地平整有兩種情形：一、要求平整成水平面，一、要求平整成水平面，土方量的計算土方量的計算二、要求按設(shè)計等高線整理成傾斜面，二、要求按設(shè)計等高線整理成傾斜面，土方量的計算土方量的計算2021-12-1442一、要求平整成水平面土方量的計算假設(shè)要求將原地貌按照挖填平衡的原則改造成水假設(shè)要求將原地貌按照挖填平衡的原則改造成水平面，土方量的計算步驟如下：平面，土方量的計算步驟如下：1 1、 在地形圖上繪制方格網(wǎng)在地形圖上繪制方格網(wǎng)n方格網(wǎng)大小取決于地形的復(fù)雜程度、地形圖比例尺的方格網(wǎng)大小取決于地形的復(fù)雜程度、地形圖比例尺的大小和土方計算的精度要求，大小和土方計算的精度要求，n

22、一 般 地 ， 方 格 邊 長 為 圖 上一 般 地 ， 方 格 邊 長 為 圖 上 2 c m ,2 c m , 相 當(dāng) 于 地 面相 當(dāng) 于 地 面10M10M* *10M,20M10M,20M* *20M20M。2021-12-1443一、要求平整成水平面土方量的計算第一步在地形圖上繪制方格網(wǎng)地面10M*10M20M*20M2021-12-1444第二步計算各方格頂點(diǎn)的高程一、要求平整成水平面土方量的計算2、計算各方格頂點(diǎn)的高程計算各方格頂點(diǎn)的高程2021-12-14453 3、計算設(shè)計高程、計算設(shè)計高程 n“挖、填平衡”。先將每一方格頂點(diǎn)的高程加起來除以4，得到各方格的平均高程，再把每

23、個方格的平均高程相加除以方格總數(shù)，就得到設(shè)計高程H。 nHnHHHHin210Hi-每個方格的平均高程每個方格的平均高程n n-方格總數(shù)方格總數(shù)2021-12-1446第三步“挖、填平衡”，計算設(shè)計高程H0=33.04m H1H4H5H6H7H8H9H10H11H2H3Hi-每個方格的平均高程2021-12-1447n分析分析H的計算過程，可以發(fā)現(xiàn)：的計算過程，可以發(fā)現(xiàn)：n角點(diǎn)的角點(diǎn)的高程高程使用一次使用一次-n邊點(diǎn)的邊點(diǎn)的高程高程使用二次使用二次-n拐點(diǎn)的拐點(diǎn)的高程高程使用三次使用三次-n中點(diǎn)的中點(diǎn)的高程高程使用四次使用四次-n因此設(shè)計高程因此設(shè)計高程H。可以表達(dá)為：?？梢员磉_(dá)為：nHHHH

24、H44320）（中拐邊角權(quán)為1/4權(quán)為2/4權(quán)為3/4權(quán)為4/42021-12-1448 4 4計算挖、填高度并繪制填挖邊界線計算挖、填高度并繪制填挖邊界線 n根據(jù)設(shè)計高程和方格頂點(diǎn)的高程，可以計算出根據(jù)設(shè)計高程和方格頂點(diǎn)的高程，可以計算出每一方格頂點(diǎn)的挖、填高度，即：每一方格頂點(diǎn)的挖、填高度，即： 0HHH實將圖中各方格頂點(diǎn)的挖、填高度寫于相應(yīng)方格將圖中各方格頂點(diǎn)的挖、填高度寫于相應(yīng)方格頂點(diǎn)的左上方。正號為挖深，負(fù)號為填高頂點(diǎn)的左上方。正號為挖深，負(fù)號為填高。根據(jù)根據(jù)各方格頂點(diǎn)的挖、填高度各方格頂點(diǎn)的挖、填高度繪制填挖邊界線。繪制填挖邊界線。2021-12-1449第四步計算挖、填高度繪制挖填邊界線2021-12-14505 5計算挖、填土方量計算挖、填土方量 n 挖、填土方量可按角點(diǎn)、邊點(diǎn)、拐點(diǎn)和中點(diǎn)挖、填土方量可按角點(diǎn)、邊點(diǎn)、拐點(diǎn)和中點(diǎn)分別按下式列表計算。正號為挖，負(fù)號為填。分別按