测量学8_大比例尺地形图测绘及地形图应用

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测量学

lesson 8：

大比例尺地形图测绘及地形图应用

地形图测绘：

地形控制测量完成后，根据图根控制点的坐标和高程，测定地物、地形特征点的平面位置和高程，并按照规定的比例尺和符号缩绘出测区的地形图。

地形图测绘包括地物和地貌的测绘。

大比例尺地形图测绘通常是指测绘1:500~1:5000比例尺地形图。

• 模拟测图法
  • 平板仪测绘法
  • 经纬仪测绘法
  • 小平板仪与经纬仪联合测绘法
• 数字化测图法
  • 全站仪测量
  • GNSS RTK

中小比例尺地形图一般采用航测、卫星遥感和编绘等方法。

大比例尺地形图测绘方法：

1. 大比例尺测图技术设计

• 收集控制点成果和测区已有资料
• 野外踏勘
• 编写技术设计书

2. 野外数据采集：

碎部测量：是在控制测量获得的控制点和图根点基础上，利用各种测绘设备对地物和地貌特征点进行数据采集，包括采集点的平面数据和高程数据。

碎部点为地物、地貌的特征点。

• 地物特征点

  主要是地物轮廓线的转折点或地物形状的中心点，如房屋角点、道路边线转折点、河岸线的转折点以及路灯等独立地物的中心点。

• 地貌特征点

  是地面坡度及方向的变化点。地貌特征点归纳起来包括特殊地貌的边界拐点、坡度变化点和地性线的方向变换点等。地性线指山谷线、山脊线和山脚线。

  • 在地性线上采点时，不仅要采集坡度变换点，还要采集地性线的方向变换点。地性线的方向变换点可以控制等高线的走向。
  • 在地性线上采点除了要采集坡度变化点和方向变换点外，还应该注意在长距离无坡度和方向变化的中间地带也应该按照一定距离进行采点，且应该较普通地形点密集些，其优点是在内业利用成图软件建立数据地面模型（DTM）时，DTM的边不易穿越地性线，这样建立的DTM更加准确，据此绘制出的等高线与实地地形会更加相符。
  • 宽谷谷底按照一定距离采点，必须注意在宽谷两侧坡起的坡度变化点处需要采点，这样宽谷的形态才能表现出来。
  • 宽脊在宽脊的正脊线上按照一定距离采点，同时注意在宽脊两侧坡起的坡度变化点处必须采点，这样宽脊的形态才能表现出来。
  • 对山脚线（起坡线）进行碎部测量时，应该准确确定起坡线位置以及山脚线的方向变化位置。同时采点密度应教一般地形密一些。

3. 野外测图及内业成图：

模拟测图方法：

传统的模拟测图法包括测量和绘图两个部分。

所以测图前不仅要做好仪器的准备工作，还要做好图纸的准备工作。

1. 选择图纸（聚脂薄膜，绘图时选择毛面）
2. 绘制坐标格网（10cm的方格）
   • 坐标网格尺
   • 直角坐标仪

     绘制完成后：

     （1）首先检查各方格的角点是否在同一条直线上，偏离不应大于0.2mm；
     （2）用比例尺检查10cm小方格的边长，其值与理论值相差不应超过0.2mm；
     （3）小方格的对角线长度应为14.14cm，容许误差为士0.3mm。

3. 展绘控制点

   例如，图根控制点1的坐标为x=625.22m；y=562.18m，由坐标值确定其位置在plmn方格内。然后按y坐标值分别从l、p点按比例尺向右量出12.18m，得到a、b点。同理得到c、d两点。连接ab和cd，其交点即为控制点在图纸的位置。图根控制点展绘在图纸上后，在点的右侧以分数的形式注明点号和高程，如图中的1、2、3、4、5点。

   最后用比例尺在图纸上量取相邻控制点间的距离。与由两点坐标求算的实地水平距离相比较，作为已展绘的控制点的检核依据，其最大误差在图纸上应不超过0.3mm，否则应重新展绘。

经纬仪法测图：

经纬仪测绘法的实质是按极坐标法测点绘图。

测量原理：观测时先将经纬仪安置在测站A上，绘图板安置于测站旁，用经纬仪测定碎部点1的方向与已知方向B之间的夹角B1，测站A至碎部点1的水平距离D1和碎部点的高程H1。然后根据测定数据用量角器和比例尺把碎部点的位置展绘在图纸上，并在点的右侧注明其高程，然后对照实地描绘地形。

①安置仪器
安置仪器于测站点（控制点）上，即图中的A点，量取仪器高 $i$，并记录下来。

④观测
转动照准部，瞄准房角点1的标尺，读取视距间隔$l$（包括上、下丝读数）、中丝读数$v$、竖盘读数$L$及水平角$\beta$。

⑤记录
将每点测得的视距间隔$l$、中丝读数$v$、竖盘读数$L$、水平角$\beta$依次填入手簿（如下表）。对于有特殊作用的碎部点，如房角、山头、鞍部等，应在备注中加以说明。

⑥计算
先由竖盘读数$L$计算竖直角$\alpha$，然后按视距测量公式计算出到碎部点的水平距离$D$和高程$H$。

水平距离计算公式： $D=klco{s}^{2}a$

高程计算公式：$H=H_A+\frac{1}{2}klsin2\alpha +i_A-v$

(现在测距精度提高，也可以用光电测距仪代替经纬仪视距测量来测量水平距离)

同理，测出其余各碎部点的平面位置与高程，绘于图上，并随测随绘等高线和地物。

• 图解法：A、B是两地貌特征点，取等高距为h，若$H_A-H_B>h$，则在A、B间必有等高线通过。
  内插出等高线上的点位C：$AC=\frac{AB\times （H_A-H_C）}{（H_A-H_B）}$
• 目估法：两点间有等高线穿过，大致估算等高线上的点位C。

绘制完成后进行地形图的拼接、检查、整饰和验收。

数字测图方法：

数字测图：从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统，人们通常称为数字化测图（简称数字测图）或机助成图。广义的数字测图主要包括：全野外数字测图(或称地面数字测图、内外一体化测图）、地图数字化成图、摄影测量和遥感数字测图。狭义的数字测图指全野外数字测图。

数字测图使得大比例尺测图走向了自动化、数字化，实现了高精度，与传统人工测图相比具有很大的优势。

1. 全野外数字测图

• 电子平板法：现测现绘。
• 草图法：作业模式为测记法，即先现场手工草绘出地形草图，再到室内结合观测数据完成地形图绘制。

2. 已有纸质地图转换为数字化图

• 数字化仪法：利用图形数字化仪将图纸特征点坐标转换为数字坐标，然后在计算机上借助成图软件，得到数字化图。由于采点转换等误差，成图精度低于原始图。
• 扫描矢量化法：借助图像扫描，仪器沿x方向扫描，沿y方向走纸，图在扫描仪上走一遍，即完成图的扫描栅格化，然后借助人机交互方式或矢量软件将栅格数据转换成矢量数据，经过编辑最终得到数字化图。

3. 航测法

航测法适应于大范围中小比例尺的成图工作，它是利用数字像片媒体，通过数字摄影测量技术，把像片转换成数字地形图。

全野外数字测图

1. 控制测量
2. 碎部点采集（使用设备包括全站仪、GPS RTK）

草图法数据采集：

（1）仪器的准备和调试：

全站仪棱镜常数：棱镜是直角光学玻璃椎体，光在玻璃中的传播速度比空气中慢，因此光在玻璃中传播时所用的超量时间会使测量距离增大一个值，这个值就是棱镜常数。

图中，AC 之间的距离是棱镜的镜深，B 点为棱镜对中中心，D 点为棱镜的等效反射点，BD 之间的距离为棱镜常数，其大小为n·AC－AB，n 是折射系数。全站仪配套棱镜在出厂时都有其固定的棱镜常数值BD，供测距时使用，配套使用时只需要保持仪器原有的系统设置即可。但是，如果全站仪系统设置改变后或使用另外型号的棱镜，而且不按照正确的方式设置BD 就会出现测量粗差。

外业测量前简单的进行距离测量可以确定棱镜常数。具体方法是在平坦的地面上设置3 个点A、B、C，间距大致相当，而且在一条直线上，分别测量AB、AC 和BC 的距离，然后计算( AB+BC) -AC 的值，就是棱镜常数c。之后在全站仪中设置棱镜改正为-c。

GNSS RTK 的准备与调试

卫星导航定位原理：

卫星导航定位方式：

• 静态
• 动态

GPS控制测量（静态观测），两两测站之间至少4颗共同卫星，即可解算出两测站之间的基线向量。测定相邻两两点间的基线向量以后，可以平差，得到加密点坐标。

RTK（Real Time Kinematic）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS（RTDGPS）技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、 流动站接收机三部分组成。 在基准站上安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息（伪距观测值，相位观测值），通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后在系统内组成差分观测值进行实时处理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS－84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。分电台模式和网络通讯模式。

CORS：连续运行参考站若干个GPS基准站组成的网络系统（目前国内做的比较好的有千寻CORS）

RTK在往多基准站（网络）RTK的方向发展。

（2）外业数据采集

全站仪外业数据采集：

1. 建立数据文件
2. 测站设置
   • 对中整平仪器
   • 设置测站点坐标
   • 设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
   • 设置棱镜常数。
   • 设置大气改正值或气温、气压值。
   • 量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

   测站设置完成之后将棱镜立于后视点或者其他图根控制点上，测量其坐标，检验测站是否设置正确。

3. 数据采集

   照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

GNSS RTK 的外业数据采集

1. 在手簿中建立项目文件，设置坐标系统和中央子午线
2. 架设基准站（覆盖范围大约在10km）
   • 量取仪器高输入手簿
   • 设置基准站发射信号，可以电台发射也可以插入手机卡进行GPRS网络发射
3. 设置流动站
   • 量取仪器高
   • 基于电台链路或GPRS网络配置接收信号
4. 点校正

   检查一个已知控制点坐标是否正确。

5. 数据采集

   测量→碎步测量→移动站立在碎部点上，气泡水平居中→采集→确定→输入点名→仪器高→保存

（3）野外草图绘制

野外数据采集，不仅要获取地面点的三维解析坐标，还要记录地物图形之间的关系。草图法是一种十分实用、快速的测图方法。

野外草图是内业成图的依据。

（4）内业成图

草图法数据采集完成后，应进行内业处理。包括数据传输、数据处理、图形处理和图形输出。

数字测图软件国内常用的有南方CASS系列和北京威远图易的SV300系列。

以CASS2008为例：

1. 全站仪、GNSS手簿数据下载。
2. 处理原始数据，转换为CASS读取的格式（“点号，，Y坐标，X坐标，Z坐标”）
3. 展野外测站点点号，按草图绘制地物
4. 展高程点生成TIN，生成等高线，编辑修改等高线
5. 数字地形图整饰、分幅、输出

地形图绘制完成后，还需要进行质量检查与评定，之后进行验收。

地形图应用

地形图是一切经济建设规划和发展必要的基础性资料。在工程规划阶段，地形图用于总平面设计，进行各项工程的总体布置。在施工设计阶段，地形图用于工程详细设计，从图上可以获得施工放样数据。

地形图的识读：

1. 图廓外注记
2. 地物识读
3. 地貌识读

地形图的应用：

1）测定图上点位的坐标与高程；

• 确定点位用方格法
• 确定高程用内插法

2）测定图上直线的距离、方位角和坡度；

• 距离可以直接图解法测量，也可以解析法根据两点坐标计算
• 方位角可以直接图解法测量，也可以解析法根据两点坐标计算
• 坡度 = h / D ，以百分率或千分率表示

3）测定图上几何图形的面积；

• 图解法
• 网格法
• 解析法

4）沿一定方向绘制断面图；

5）按已知坡度在图上选定线路；

6）测定汇水面积；

7）场地平整（填挖方土方量计算）