地形圖測繪及應(yīng)用

1、工 程 測 量 學(xué)第 五 章 地形圖測繪及應(yīng)用 主要內(nèi)容:水下地形圖測繪工程建設(shè)對地形圖的要求地形圖的應(yīng)用竣工總圖實測與編繪重點:國家基本比例尺地形圖及其應(yīng)用水下大比例尺地形圖測繪場地平整土石方計算工程竣工總圖及其編繪2022/9/292主 要 內(nèi) 容 和 重 點一、地形圖的定義與特點地形圖：將地球表面的起伏形態(tài)和地物的位置、形狀采用水平投影的方法并按一定的比例尺縮繪到圖紙上，或以數(shù)字形式存放在計算機上，后者稱為數(shù)字（或電子）地形圖。 數(shù)字地形圖：特點：可視性強、易讀性好、信息量大具有可量測性具有時間性、保密性、現(xiàn)勢性。5.1 地形圖及比例尺系列2022/9/293二、地形圖的比例尺（1）大比

2、例尺地形圖：1:5000以上（2）中比例尺地形圖：1:1萬1:10萬（3）小比例尺地形圖：小于1:10萬（4）國家基本比例尺地形圖：1:1萬1:2.5萬1:5萬1:10萬1:25萬1:50萬1:100萬測繪的編繪的2022/9/2945.1 地形圖及比例尺系列一、陸地地形圖測繪 5.2 地形圖的測繪簡述課程：測量學(xué)(數(shù)字測圖原理與應(yīng)用)：主要講述用地面測繪方法特別是用電子全站儀進行大比例尺地形圖測繪。航空攝影測量學(xué)：4D產(chǎn)品（DRG、DLG、DEM、DOM），最常測繪的是1:2 000、1:5 000、1:1 0000和1:2 5000比例尺的地形圖。低空攝影測量：測繪和生產(chǎn)1:500和1:1

3、 000比例尺的地形圖地面攝影測量：測繪山地1:500到1:2 000比例尺地形圖航天遙感：生產(chǎn)1:1萬到1:5 萬比例尺的專題遙感解譯地形圖地面遙感：生產(chǎn)1:10000到1:1000比例尺的專題遙感解譯地形圖地圖制圖學(xué)：主要講小比例尺地形圖如1:10萬、1:25 萬、1:50萬、1:100萬的編繪與制作。2022/9/295一、陸地地形圖測繪 5.2 地形圖的測繪簡述繪高新技術(shù)：遙感技術(shù)可以測繪制作各種中小比例尺地形圖和專題圖機載激光雷達可以測繪大、中比例尺地形圖和專題圖，制作數(shù)字地面模型；機載與地面激光掃描技術(shù)可測繪大比例尺地形圖；用合成孔徑雷達測量也可測繪制作各種比例尺地形圖；無人小飛機

4、攝影測量可靈活地用于許多情況下的大比例尺地形圖測繪；帶相機的全站儀（如徠卡的新型全站儀TS11/15）能更快更方便地測繪困難地區(qū)的大比例尺地形圖。GNSS定位技術(shù)中的單點定位（PP）、差分定位（DGPS）和實時動態(tài)定位（GNSS RTK）技術(shù)都可以用于地形圖測繪2022/9/296二、水下地形圖測繪 2022/9/2975.2 地形圖的測繪簡述水下地形測量內(nèi)容：點的平面位置定位水深測量斷面索法無線電定位方法全站儀極坐標(biāo)方法GNSS定位技術(shù) 人工測深方法測深儀法要求：兩者須同步二、水下地形圖測繪 平面位置主要采用GNSS定位技術(shù)確定，水深主要通過各種類型的測深儀得到，由水面高程（水位）減去水深可

5、得測點的水底高程。 （1）平面定位測量：采用GNSS技術(shù)進行平面定位主要包括單點定位、單基準(zhǔn)站或多單基準(zhǔn)站的差分定位和實時動態(tài)載波相位差分定位（GNSS RTK）。定位精度可達到15m。 （2）回聲測深儀水深測量：水深測量主要采用回聲測深儀、多波束測深系統(tǒng)和機載激光雷達測深系統(tǒng)等儀器技術(shù)。水深測量的精度與測深儀和水的深度有關(guān)，如0.01m+0.1% Depth，都能滿足各種規(guī)范的要求。2022/9/2985.2 地形圖的測繪簡述圖5-1 回聲測深原理2022/9/299（3）回聲測深儀基本原理回聲探測儀由換能器和控制器兩部分組成2022/9/2910（3）回聲測深儀基本原理t:聲波從某一水面至

6、水底往返的時間,v:為超聲波在水中的傳播速度，約為1500m/s該儀器采用寬窄兩種波束相結(jié)合進行水深測量，窄波束的精度高，寬波束的作業(yè)深度大，可避免在水流湍急的峽谷河段作業(yè)時窄波束丟失水深數(shù)據(jù)而造成空白。（4）雙波束回聲測深儀2022/9/2911回聲測深儀的工作頻率是儀器測深能力的重要指標(biāo)。兩種波束在有泥沙淤積的河床中測深時，其測深值不會相同，窄波束的測深值代表水深，寬波束測深值為水深加上泥沙厚度，所以雙波束回聲測深儀還可測泥沙和淤積的厚度。測深前，要先安裝和校準(zhǔn)回聲測深儀。聲速與水的溫度、含鹽量以及壓力的變化有關(guān)。 可采用比對法在現(xiàn)場檢測和校準(zhǔn)測深儀：測船行駛到一定水深處，同時用測深桿（或

7、測深錘）和測深儀測量水深，若相差不超過限值，說明測深儀聲波的聲速是適當(dāng)?shù)?，否則需要按下式進行改正(比對法)：（5） 回聲測深儀的安裝與校準(zhǔn)2022/9/2912、Spre、Sn為改正前、后的聲速，Dr、De分別為用測深桿、測深儀測量的水深。需要在不同水深處進行比較，取改正后聲速的平均值。、水位：水位是指水體的自由水面高出固定基面以上的高程。水位觀測是通過觀測水尺讀數(shù)來確定水位的一項作業(yè)。在河流和海洋測繪水下地形圖時，必須考慮水面高程隨時間的變化。要通過水位觀測將測深數(shù)據(jù)與地面高程系統(tǒng)聯(lián)系起來的，進而獲得水底高程。水位-時間曲線：用于計算測深時水面的瞬時高程。2022/9/2913(6)水位觀測

8、H底測深時水面順時高程，H0標(biāo)尺起點高程, Z：水位改正，S(ti)水深(7) 深度基準(zhǔn)面的概念 在工程測量中，水下地形點豎向位置的描述可使用與陸地同樣的高程系統(tǒng)，由此得到水下地形圖。但有時需用水深描述水下地形點的豎向位置，則得到用等深線表示的水深圖或海圖。深度基準(zhǔn)面（datum for sounding reduction）：海圖及各種水深資料所載深度的起算面SA=H0-HA 其中： SA：水深值 H0 :基準(zhǔn)面高程 HA :A點高程2022/9/29145.3.1、工程建設(shè)對地形圖比例尺的要求與工程的規(guī)模和階段有關(guān)規(guī)劃設(shè)計階段 ：1:1萬1:5萬初步設(shè)計階段： 1:50001:2000施工

9、建設(shè)階段：1:500 1:2000甚至更大比例尺典型用途1:1萬1:5萬區(qū)域總體規(guī)劃、線路工程設(shè)計、水利水電工程設(shè)計、地質(zhì)調(diào)查1:5000工程總體設(shè)計、工業(yè)企業(yè)設(shè)計、工程方案比較、可行性研究1:2000工程的初步設(shè)計、工業(yè)企業(yè)和總礦山平面圖設(shè)計、城鎮(zhèn)詳細(xì)規(guī)劃1:1000 1:500工程施工圖設(shè)計、地下建（構(gòu)）筑物設(shè)計，竣工總圖設(shè)計等2022/9/29155.3 工程建設(shè)對地形圖的要求5.3.2、工程建設(shè)對地形圖的精度要求（1）中小比例尺地形圖：其精度都能滿足工程建設(shè)的用圖要求。（2）大比例尺地形圖：工程測量規(guī)范規(guī)定，主要建構(gòu)筑物細(xì)部點： 平面點位中誤差不超過5cm 高程中誤差不超過2cm的要求

10、 全站儀數(shù)字法測圖方法所能夠達到的精度，能否能滿足這一規(guī)定？2022/9/29165.3 工程建設(shè)對地形圖的要求 數(shù)字法測圖的地形圖精度 m定 定向誤差對平面位置的影響m中 對中誤差對平面位置的影響m測 極坐標(biāo)法觀測誤差所引起的點位中誤差m重 棱鏡中心與待測地物點不重合對地物點平面置的影響2022/9/2917m測 是主要的誤差，它與儀器精度和儀器到目標(biāo)點的距離有關(guān)。假設(shè)使用最低精度的儀器，如測角精度為10，測距精度為5mm+10ppmD，在距離不超過500m時，都小于4.0cm，而其他三項誤差都遠(yuǎn)小于m測。所以，使用全站儀進行數(shù)字法測圖，完全能滿足5cm的平面精度要求。（1）平面位置的精度

11、數(shù)字法測圖的地形圖精度 2022/9/2918點的高程精度主要由測距誤差：可忽略不計儀器高：一般不超過0.5cm目標(biāo)高的量測誤差：一般不超過0.5cm球氣差影響：可忽略不計測角誤差：是最主要的誤差，與儀器到目標(biāo)點的距離有關(guān)，使用6級儀器，距離超過300m時，測角誤差引起的高程中誤差將大于2cm，若將距離控制在250m以內(nèi)，可滿足2cm的要求。 因此在測主要建構(gòu)筑物時，應(yīng)縮短距離。（2）高程的精度一般應(yīng)用內(nèi)容：野外：定位、定向、導(dǎo)航、量測等室內(nèi)：距離、高差、方向、角度、面積、體積（庫容、土石方）、坡度計算等。制作各種專題圖，如交通圖、旅游圖、規(guī)劃圖等5.4 地形圖的應(yīng)用其他應(yīng)用(普通應(yīng)用以及典型

12、應(yīng)用)：斷面圖繪制、圖上選線、場地平整與土石方計算、施工圖制作等2022/9/29195.4.1 地形圖的普通應(yīng)用在地形圖上作A、B兩點的連線，與各等高線相交，各交點的高程即各等高線的高程，而各交點的平距可在圖上用比例尺量得。斷面圖繪制方法：（1）實測法（2）根據(jù)已有的地形圖按一定方向繪制2022/9/2920（1）.按一定方向繪制斷面圖abAB186.2(a)HdABa圖5-3 斷面圖的繪制在道路、渠道等工程設(shè)計中，常需要按某一限定坡度選一條最短路線或等坡線，以減少建設(shè)費用。2022/9/2921 圖上選線56464850525458603A124567B1234567（2）.圖上選線施工圖

13、是表示工程的總體布局，是建筑物的外部形狀、內(nèi)部布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、內(nèi)外裝修、材料作法以及設(shè)備、施工等要求的圖。表示工程總體布局的施工圖又稱施工總平面圖，是設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計資料在大比例尺地形圖上制作的。2022/9/2922（3）.制作施工總平面圖 5.4.2 大比例尺地形圖的典型應(yīng)用場地平整2022/9/2923在建筑工程、水利工程、道路建設(shè)以及工礦企業(yè)等許多工程中，往往要進行場地平整，要求將地面平整為水平面或斜面，在其上布置建筑物、便于排水和滿足交通運輸需要等。場地平整要遵循土石方工程量小，挖填方基本平衡的原則。利用地形圖計算土石方工程量方便、經(jīng)濟。下面介紹一種在地形圖上內(nèi)插方格網(wǎng)的方法，說明場

14、地平整的做法和步驟。 5.4.2 大比例尺地形圖的典型應(yīng)用場地平整2022/9/29241、設(shè)計面為水平面時的場地平整在地形圖擬建場地內(nèi)繪制方格網(wǎng)計算場地的平均高程（設(shè)計高程）繪出填、挖邊界線計算填、挖高度計算填、挖土石方量放樣填、挖邊界線及填、挖高度圖5-4 水平面場地平整2022/9/292533.04 5.4.2 大比例尺地形圖的典型應(yīng)用場地平整2、設(shè)計面為傾斜面時的場地平整已知：SAD=40m要求：填挖量平衡，i =8%2022/9/2926圖5-5 傾斜面的場地平整2022/9/2927圖5-6 確定格網(wǎng)線高程繪制方格網(wǎng)；計算重心點的設(shè)計高程（按水平場地填挖量平衡原則計算，本例為51

15、.8m,見圖5-6紅線);確定傾斜面最高和最低點格網(wǎng)線的設(shè)計高程；H均=51.8mh=408/100=3.2mHA=HB=51.8+3.2/2=53.4mHC=HD=51.8-3.2/2=50.2m確定填、挖邊界線（見圖5-6 藍線）；確定方格點填、挖高度；計算挖、填土石方量；放樣填、挖邊界線及填、挖高度。2022/9/2928計算步驟： 方格網(wǎng)法計算土方量 方格網(wǎng)法計算土方量 三角網(wǎng)法計算土方量在數(shù)字地形圖上，利用數(shù)字地面模型，計算平整場地的挖、填方工程量，則更為方便。先在場地范圍內(nèi)按比例尺設(shè)計一定長度的方格網(wǎng)，提取各方格頂點的坐標(biāo)和內(nèi)插計算頂點的高程，同時，給出（按設(shè)計單位要求的高程）或算

16、出設(shè)計高程，求算各方格點的挖、填高度，按照挖、填范圍分別求出挖、填土（石）方量。這種方法比在地形圖上計算更為便捷。2022/9/2932 5.4.2. 大比例尺地形圖的典型應(yīng)用場地平整1、在水利水電工程中的應(yīng)用1:5萬的地形圖用于選擇水利樞紐的位置和分布；1:1萬至1:5萬進行水庫的設(shè)計；1:1萬或者1:2.5萬選擇壩軸線的位置；1:2000或1:5000布設(shè)各類建筑物；1:1000（或1:500）為確定建筑物的位置和尺寸的技術(shù)設(shè)計服務(wù)，如布置布置樞紐工程、道路、倉庫、碼頭、船塢、防洪堤以及其他附屬建筑物等。5.4.3 地形圖在工程建設(shè)中的應(yīng)用2022/9/29332、在線狀工程中的應(yīng)用 鐵路

17、、公路在線路方案研究的規(guī)劃設(shè)計階段，需在1:1萬到1:5萬的地形圖。由于鐵路、公路工程中一般都包括有橋梁與隧道工程，在線路方案研究中舉足輕重。對于特大型橋梁和特長隧道工程，屬于造價很高的關(guān)鍵性工程，要根據(jù)政治、經(jīng)濟需要并結(jié)合地形、地質(zhì)及水文等條件先確定其位置，然后再確定路線走向、位置及其與橋隧工程的連接。對于中、小型的橋隧工程，則是先決定路線的走向、位置，再確定橋、隧的位置。確定出幾個線路方案后，進入勘測設(shè)計階段，需要沿線1:2000的帶狀地形圖（一般采用攝影測量方法測繪）供初步設(shè)計用。2022/9/29345.4.3 地形圖在工程建設(shè)中的應(yīng)用2、在線狀工程中的應(yīng)用2022/9/29355.4

18、.3 地形圖在工程建設(shè)中的應(yīng)用對于特大型橋梁，先是在1:1萬或1:2.5萬地形圖上布設(shè)，再到實地踏勘，提出幾個方案。經(jīng)過研究和審批，確定出比較方案，然后作初步設(shè)計。初步設(shè)計時，要求測繪各比較方案地區(qū)1:1000到1:5000和/或1:10000的橋址地形圖、河流水下地形圖及橋渡總平面圖，用以確定橋位和橋頭引線，設(shè)計主體及附屬工程，以及布設(shè)施工場地等。在工業(yè)企業(yè)的建筑設(shè)計中，需要測繪1:500、1:1000、1:2000和1:5000的各種大中比例尺地形圖，設(shè)計人員要在這些地形圖上進行建筑物平面位置和高程設(shè)計，地形圖是建筑設(shè)計定點、定位、定向、定坡以及計算工程量的主要依據(jù)。初步設(shè)計階段，設(shè)計人員

19、要設(shè)計繪制建筑總平面圖（簡稱總平面圖）。設(shè)計人員還要繪制主要建構(gòu)筑物的豎向布置圖，圖上描繪了豎向布置系統(tǒng)設(shè)計：地面連接方式、場地平土標(biāo)高、排水坡向、建筑物地坪高程及運輸?shù)缆犯叱痰取?022/9/29365.4.3 地形圖在工程建設(shè)中的應(yīng)用3、在工業(yè)企業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用在施工設(shè)計階段，設(shè)計人員要設(shè)計繪制施工總平面圖，重點解決大宗材料進入工地的運輸方式。如鐵路運輸需將鐵軌引入工地，水路運輸需考慮增設(shè)碼頭、倉儲和轉(zhuǎn)運問題，公路運輸需考慮運輸路線的布置問題等等。工程竣工后，要測繪和編繪竣工總圖。建筑總平面圖、施工總平面圖和竣工總圖可以看作是在一般地形圖基礎(chǔ)上繪制的特殊地形圖。2022/9/29375.4.

20、3 地形圖在工程建設(shè)中的應(yīng)用3、在工業(yè)企業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用5.5.1 竣工總圖及其特點 1、竣工總圖是工程竣工后按實際和工程需要所繪制的圖。與一般的地形圖不同，與建筑總平面圖、施工總平面圖也不完全相同，它能真實反映工程設(shè)計與施工的情況。與施工總平面圖比較，增加了在工程施工階段增加和變更的工程內(nèi)容?？⒐た倛D系以竣工測量為主，以設(shè)計和施工資料為輔進行編繪。編繪竣工總圖的目的是為了滿足管理上的需要，便于設(shè)計、施工和生產(chǎn)管理人員掌握工程的地形情況和所有建（構(gòu)）筑物的平面位置和高程等的關(guān)系?？⒐た倛D不僅是進行生產(chǎn)管理的重要技術(shù)資料，而且也是將來改、擴建的技術(shù)檔案資料。2022/9/29385.5 竣工總圖實測與編繪 5.5.1 竣工總圖及其特點2、特點：竣工總圖中建(構(gòu))筑物（包括地下和架空的各種管線）細(xì)部點的點位和高程中誤差應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定，系以解析數(shù)據(jù)的測量誤差來確定，不取決于測圖比例尺。就目前數(shù)字化成圖的精度均可達到竣工總圖的要求，較難掌握的是地形、地物取舍問題?？⒐た倛D宜采用數(shù)字竣工總圖，宜選用 1：500的大比例尺，坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、圖幅大小、圖例符號，圖上注記、線條規(guī)格等，應(yīng)與建筑總平面圖和施工總平面圖一致。使原有已積累的測量、設(shè)計與施工的大量圖紙資料能前后銜接地使用，使生產(chǎn)管理和改建、擴建工程形成統(tǒng)一體。2022/9/29395.5 竣工總圖實測與編繪 5.5.