第6章數(shù)字地形圖的應(yīng)用

1、第六章 數(shù)字地形圖的應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字地圖與傳統(tǒng)地圖相比有諸多優(yōu)點(diǎn)（載體不同，管理與維護(hù)不同），因此，數(shù)字地形圖廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究等各個(gè)方面。 在數(shù)字化成圖軟件環(huán)境下，利用數(shù)字地形圖可以非常方便地獲取各種地形信息，如量測(cè)各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，量測(cè)點(diǎn)與點(diǎn)之間的水平距離，量測(cè)直線的方位角、確定點(diǎn)的高差和計(jì)算兩點(diǎn)間坡度等。而且查詢速度快，精度高。 本章主要以CASS7.0軟件為例介紹數(shù)字地形圖的應(yīng)用。 主要內(nèi)容包括： 基本幾何要素的查詢 TM法土方計(jì)算 斷面圖的繪制6.1 基本幾何要素的查詢基本幾何要素的查詢 主要介紹如何查詢指定點(diǎn)坐標(biāo)，查詢兩點(diǎn)距

2、離及方位，查詢線長(zhǎng)，查詢實(shí)體面積。 1、查詢指定點(diǎn)坐標(biāo)、查詢指定點(diǎn)坐標(biāo) 用鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單中的“查詢指定點(diǎn)坐標(biāo)”，用鼠標(biāo)點(diǎn)取所要查詢的點(diǎn)即可。 2、查詢兩點(diǎn)距離及方位、查詢兩點(diǎn)距離及方位 用鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下的“查詢兩點(diǎn)距離及方位”。用鼠標(biāo)分別點(diǎn)取所要查詢的兩點(diǎn)即可。 注意：注意：顯示的兩點(diǎn)間的距離為實(shí)地距離。 3、查詢線長(zhǎng)、查詢線長(zhǎng) 用鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下的“查詢線長(zhǎng)”。用鼠標(biāo)點(diǎn)取圖上曲線即可 4、查詢實(shí)體面積、查詢實(shí)體面積 用鼠標(biāo)點(diǎn)取待查詢的實(shí)體的邊界線即可，要注意實(shí)體用鼠標(biāo)點(diǎn)取待查詢的實(shí)體的邊界線即可，要注意實(shí)體應(yīng)該是閉合的。應(yīng)該是閉合的。 5、計(jì)算表面積、計(jì)算表面

3、積 通過通過DTM建模，在三維空間內(nèi)將高程點(diǎn)連接為帶坡度建模，在三維空間內(nèi)將高程點(diǎn)連接為帶坡度的三角形，再通過每個(gè)三角形面積累加得到整個(gè)范圍的三角形，再通過每個(gè)三角形面積累加得到整個(gè)范圍內(nèi)不規(guī)則地貌的面積。如圖內(nèi)不規(guī)則地貌的面積。如圖1要計(jì)算矩形范圍內(nèi)地貌的要計(jì)算矩形范圍內(nèi)地貌的表面積。圖表面積。圖2為建模計(jì)算表面積的結(jié)果：為建模計(jì)算表面積的結(jié)果：用鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下的“查詢線長(zhǎng)”。用鼠標(biāo)點(diǎn)取圖上曲線即可 圖1選定計(jì)算區(qū)域 圖2 表面積計(jì)算結(jié)果6.2土方量的計(jì)算土方量的計(jì)算 第三維空間數(shù)據(jù)在這里主要是指地物高度和紋理數(shù)據(jù)1 1、DTMDTM法土方計(jì)算法土方計(jì)算 由DTM模型來計(jì)算土方量

4、是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。 DTM法土方計(jì)算有三種方法： 由坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算， 依照?qǐng)D上高程點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算， 依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。 主要介紹第一種方法的操作過程，第二、三種方法大家自己操作練習(xí)。如何獲取這些數(shù)據(jù)是目前三維可視化區(qū)域地形圖的一個(gè)難點(diǎn)。（1）、根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算）、根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算步驟如下：用復(fù)合線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用DTM法土方計(jì)算根據(jù)坐標(biāo)文件”。提示：選擇邊界線 用鼠標(biāo)點(diǎn)取所畫的閉合復(fù)合線復(fù)合線彈出如圖3

5、土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。 圖3 土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置區(qū)域面積：區(qū)域面積：該值為復(fù)合線圍成的多邊形的水平投影面積。平場(chǎng)標(biāo)高：平場(chǎng)標(biāo)高：指設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)高程。邊界采樣間隔：邊界采樣間隔：邊界插值間隔的設(shè)定，默認(rèn)值為20米。置好計(jì)算參數(shù)后屏幕上顯示填挖方的提示框，命令行顯示：挖方量= XXXX立方米，填方量=XXXX立方米同時(shí)圖上繪出所分析的三角網(wǎng)、填挖方的分界線(白色線條)。如圖4所示。關(guān)閉對(duì)話框后系統(tǒng)提示：請(qǐng)指定表格左下角位置: 用鼠標(biāo)在圖上適當(dāng)位置點(diǎn)擊，CASS 7.0會(huì)在該處繪出一個(gè)表格，包含平場(chǎng)面積、最大高程、最小高程、平場(chǎng)標(biāo)高、填方量、挖方量和圖形。如圖8-5所示。 圖4 填挖方提示框 圖

6、8-5 （2）、根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算）、根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算 步驟如下： 先要展繪高程點(diǎn)，然后用復(fù)合線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域，要求同DTM法。 鼠標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下“DTM法土方計(jì)算”子菜單中的“根據(jù)圖上高程點(diǎn)計(jì)算” 提示：選擇邊界線用鼠標(biāo)點(diǎn)取所畫的閉合復(fù)合線。 彈出土方計(jì)算參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，以下操作則與坐標(biāo)計(jì)算法一樣。 (3)、根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算、根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計(jì)算 建立DTM，生成的三角網(wǎng)進(jìn)行必要的添加和刪除，使結(jié)果更接近實(shí)際地形。 標(biāo)點(diǎn)取“工程應(yīng)用”菜單下“DTM法土方計(jì)算”子菜單中的“依圖上三角網(wǎng)計(jì)算” 提示：平場(chǎng)標(biāo)高(米): 輸入平整的目標(biāo)高程 請(qǐng)?jiān)趫D上選取三角網(wǎng): 用鼠標(biāo)在圖上

7、選取三角形，可以逐個(gè)選取也可拉框批量選取。 回車后屏幕上顯示填挖方的提示框，同時(shí)圖上繪出所分析的三角網(wǎng)、填挖方的分界線(白色線條)。 注意注意：用此方法計(jì)算土方量時(shí)不要求給定區(qū)域邊界，因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)分析所有被選取的三角形，因此在選擇三角形時(shí)一定要注意不要漏選或多選，否則計(jì)算結(jié)果有誤，且很難檢查出問題所在。 2、方格網(wǎng)法土方計(jì)算、方格網(wǎng)法土方計(jì)算 由方格網(wǎng)來計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成方格網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)方格內(nèi)的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。 系統(tǒng)首先將方格的四個(gè)角上的高程相加（如果角上沒有高程點(diǎn)，通過周圍高程點(diǎn)內(nèi)插得

8、出其高程），取平均值與設(shè)計(jì)高程相減。然后通過指定的方格邊長(zhǎng)得到每個(gè)方格的面積，再用長(zhǎng)方體的體積計(jì)算公式得到填挖方量。方格網(wǎng)法簡(jiǎn)便直觀，易于操作，因此這一方法在實(shí)際工作中應(yīng)用非常廣泛。 用方格網(wǎng)法算土方量，設(shè)計(jì)面可以是平面，也可以是斜面，還可以是三角網(wǎng)，如圖5所示。 圖5 方格網(wǎng)土方計(jì)算對(duì)話框（1）設(shè)計(jì)面是平面時(shí)的操作步驟：）設(shè)計(jì)面是平面時(shí)的操作步驟：展野外觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，用復(fù)合線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。選擇“工程應(yīng)用方格網(wǎng)法土方計(jì)算”命令。命令行提示：“選擇計(jì)算區(qū)域邊界線”；選擇土方計(jì)算區(qū)域的邊界線（閉合復(fù)合線）。屏幕上將彈出如圖5方格網(wǎng)土方計(jì)算對(duì)話框，在對(duì)話框中選擇

9、所需的坐標(biāo)文件；在“設(shè)計(jì)面”欄選擇“平面”，并輸入目標(biāo)高程；在“方格寬度”欄，輸入方格網(wǎng)的寬度，這是每個(gè)方格的邊長(zhǎng)，默認(rèn)值為20米。由原理可知，方格的寬度越小，計(jì)算精度越高。但如果給的值太小，超過了野外采集的點(diǎn)的密度也是沒有實(shí)際意義的。點(diǎn)擊“確定”，命令行提示：總填方=XXXX.X立方米, 總挖方=XXX.X立方米同時(shí)圖上繪出所分析的方格網(wǎng)，填挖方的分界線(綠色折線)，并給出每個(gè)方格的填挖方，每行的挖方和每列的填方。結(jié)果如圖6所示。 圖6 方格網(wǎng)法土方計(jì)算成果圖 （2）設(shè)計(jì)面是斜面時(shí)的操作步驟：）設(shè)計(jì)面是斜面時(shí)的操作步驟： 設(shè)計(jì)面是斜面的時(shí)候的，操作步驟與平面的時(shí)候基本相同，區(qū)別在于在方格網(wǎng)土

10、方計(jì)算對(duì)話框中“設(shè)計(jì)面”欄中，選擇“斜面【基準(zhǔn)點(diǎn)】”或“斜面【基準(zhǔn)線】” 如果設(shè)計(jì)的面是斜面（基準(zhǔn)點(diǎn)），需要確定坡度、基準(zhǔn)點(diǎn)和向下方向上一點(diǎn)的坐標(biāo)，以及基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程。 a.展野外觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，用復(fù)合線畫出所要計(jì)算土方的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。 點(diǎn)擊“拾取”，命令行提示： b.點(diǎn)取設(shè)計(jì)面基準(zhǔn)點(diǎn): 確定設(shè)計(jì)面的基準(zhǔn)點(diǎn)； c.指定斜坡設(shè)計(jì)面向下的方向: 點(diǎn)取斜坡設(shè)計(jì)面向下的方向； 如果設(shè)計(jì)的面是斜面（基準(zhǔn)線），需要輸入坡度并點(diǎn)取基準(zhǔn)線上的兩個(gè)點(diǎn)以及基準(zhǔn)線向下方向上的一點(diǎn)，最后輸入基準(zhǔn)線上兩個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程即可進(jìn)行計(jì)算。 點(diǎn)擊“拾取”，命令行提示： 點(diǎn)取基準(zhǔn)線第一點(diǎn): 點(diǎn)取基準(zhǔn)線的一點(diǎn)；

11、點(diǎn)取基準(zhǔn)線第二點(diǎn): 點(diǎn)取基準(zhǔn)線的另一點(diǎn)； 指定設(shè)計(jì)高程低于基準(zhǔn)線方向上的一點(diǎn): 指定基準(zhǔn)線方向兩側(cè)低的一邊； 方格網(wǎng)計(jì)算的成果如圖6。 3、等高線法土方計(jì)算、等高線法土方計(jì)算 用戶將白紙圖掃描矢量化后可以得到圖形。但這樣的圖都沒有高程數(shù)據(jù)文件，所以無法用前面的幾種方法計(jì)算土方量。 一般來說，這些圖上都會(huì)有等高線，所以，CASS7.0開發(fā)了由等高線計(jì)算土方量的功能，專為這類用戶設(shè)計(jì)。 用此功能可計(jì)算任兩條等高線之間的土方量，但所選等高線必須閉合。由于兩條等高線所圍面積可求，兩條等高線之間的高差已知，可求出這兩條等高線之間的土方量。 1、點(diǎn)取“工程應(yīng)用”下的“等高線法土方計(jì)算”。 屏幕提示：選擇參

12、與計(jì)算的封閉等高線 可逐個(gè)點(diǎn)取參與計(jì)算的等高線，也可按住鼠標(biāo)左鍵拖框選取。但是只有封閉的等高線才有效。 回車后屏幕提示：輸入最高點(diǎn)高程： 回車后：屏幕彈出如圖7總方量消息框； 回車后屏幕提示：請(qǐng)指定表格左上角位置： 在圖上空白區(qū)域點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，系統(tǒng)將在該點(diǎn)繪出計(jì)算成果表格，如圖8所示。 圖8 等高線法土方計(jì)算6.3 斷面圖的繪制斷面圖的繪制繪制斷面圖的方法有四種，由圖面生成，根據(jù)里程文件，根據(jù)等高線，根據(jù)三角網(wǎng)。1由圖面生成（1）由坐標(biāo)文件生成坐標(biāo)文件指野外觀測(cè)得的包含高程點(diǎn)文件，方法如下： 用復(fù)合線生成斷面線，點(diǎn)取“工程應(yīng)用繪斷面圖根據(jù)已知坐標(biāo)”功能。提示：選擇斷面線 用鼠標(biāo)點(diǎn)取上步所繪斷面

13、線。屏幕上彈出“斷面線上取值”的對(duì)話框，如圖9，如果“坐標(biāo)獲取方式”欄中選擇“由數(shù)據(jù)文件生成”，則在“坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件名”欄中選擇高程點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。輸入采樣點(diǎn)間距： 輸入采樣點(diǎn)的間距，系統(tǒng)的默認(rèn)值為20米。采樣點(diǎn)的間距的含義是復(fù)合線上兩頂點(diǎn)之間若大于此間距，則每隔此間距內(nèi)插一個(gè)點(diǎn)。 輸入起始里程 系統(tǒng)默認(rèn)起始里程為0。 點(diǎn)擊“確定”之后，屏幕彈出繪制縱斷面圖對(duì)話框，如圖10。 圖9 根據(jù)已知坐標(biāo)繪斷面圖 圖10 繪制縱斷面圖對(duì)話框 輸入相關(guān)參數(shù)，如： 橫向比例為1: 輸入橫向比例，系統(tǒng)的默認(rèn)值為1:500。 縱向比例為1: 輸入縱向比例，系統(tǒng)的默認(rèn)值為1:100。 斷面圖位置：可以手工輸入，亦可在圖面上拾取。 可以選擇是否繪制平面圖、標(biāo)尺、標(biāo)注；還有一些關(guān)于注記的設(shè)置。 點(diǎn)擊“確定”之后，在屏幕上出現(xiàn)所選斷面線的斷面圖。如圖8-46所示。 圖11 縱斷面圖（2）由圖面高程點(diǎn)生成如圖9所示，選“由圖面高程點(diǎn)生成”，此步則為在圖上選取高程點(diǎn)，前提是圖面存在高程點(diǎn)，否則此方法無法生成斷面圖，其它步驟與上述方法完全相同。2. 根據(jù)里程文件根據(jù)里程文件繪制斷面圖，里程文件格式見書上第213頁。一個(gè)里程文件可包含多個(gè)斷面的信息，此時(shí)繪斷面圖就可一次繪出多個(gè)斷面。里程文件的一個(gè)斷面信息內(nèi)允許有該斷面不同時(shí)期的斷面數(shù)據(jù)，這樣繪制這個(gè)斷面時(shí)就可以同時(shí)繪出實(shí)際斷面線和設(shè)計(jì)斷面線。3根據(jù)等高線 如果圖面存在