第9章地形圖的應(yīng)用

第9章地形圖的應(yīng)用9.1地形圖的識讀和應(yīng)用9.2圖形面積的量算9.3土地平整時(shí)的土石方計(jì)算9.4數(shù)字地形圖的應(yīng)用9.5GIS概述第九章地形圖的應(yīng)用§9.1

地形圖的識讀和應(yīng)用

地形圖包含著豐富的自然地理和社會政治經(jīng)濟(jì)信息，它是土木工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和營運(yùn)各階段中的重要依據(jù)，正確應(yīng)用地形圖是土木工程技術(shù)人員必備的基本技能之一。地形圖廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)之中，在工程設(shè)計(jì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、資源勘查、土地開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、礦藏挖掘、河道治理等工作中，是必備的基礎(chǔ)性資料。在地形圖上可以獲取各項(xiàng)建設(shè)中所需的坐標(biāo)、高程、方位角、距離、面積、土方量等數(shù)據(jù)?！?.1.1地形圖的識讀（1）圖廓外附注的識讀

根據(jù)地形圖圖廓元素，可以獲取地形圖圖名、圖號、比例尺、坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、等高距、接圖表、測圖時(shí)間及測圖單位等基本信息。依據(jù)地形圖的圖名、接圖表和圖廓坐標(biāo)可以確定該圖所在的位置及其范圍；根據(jù)比例尺可以知道圖形所反映的地物和地貌的詳略情況；從測圖時(shí)間可以判斷圖的新舊程度，了解地面變化情況。

對于大比例尺地形圖，目前一般采用1980年西安坐標(biāo)系，一些老地形圖上采用的是1954年北京坐標(biāo)系，部分城市采用自己的獨(dú)立坐標(biāo)系。我國1988年開始啟用“1985國家高程基準(zhǔn)”，原來的“1956年黃海高程系統(tǒng)”不再使用。（2）地物和地貌的識讀

對地物的識讀，主要依靠地物符號。根據(jù)圖上的地物符號及其位置，可以了解地物分布情況，從中獲取居民點(diǎn)、水系、交通、通信、管線、農(nóng)林等方面的信息。對地貌的識讀，主要是根據(jù)地貌符號(等高線)和地性線(山脊線和山谷線)來辨認(rèn)和分析。首先根據(jù)地性線構(gòu)成地貌的骨干，對地貌有一個比較全面的認(rèn)識，不致被復(fù)雜的等高線所迷惑，再根據(jù)等高線分布密集程度來分析地形的陡緩狀況，并找出圖上分布的主要山頭、洼地、鞍部等典型地貌的位置。地形圖上包含的地物和地貌，主要有以下內(nèi)容：①測量控制點(diǎn)②居民地和垣柵③工礦建(構(gòu))筑物及其他設(shè)施

交通及附屬設(shè)、管線及附屬設(shè)、水系及附屬設(shè)施、地貌和土質(zhì)、境界、植被、注記。

包括三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)、圖根點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、GPS點(diǎn)、天文點(diǎn)等。控制點(diǎn)旁一般注記有點(diǎn)名、等級及高程。

居民地包括一般房屋、簡單房屋、建筑中的房屋、破壞房屋、棚房、架空房屋、廊房、窯洞、蒙古包及房屋附屬設(shè)施。垣柵包括城墻、圍墻、柵欄、欄桿、籬笆、鐵絲網(wǎng)等?！?.1.2求地形圖上某點(diǎn)坐標(biāo)和高程

如圖所示，求A點(diǎn)的坐標(biāo)。其西南角a點(diǎn)的坐標(biāo)為(xa、ya)，過A點(diǎn)作格網(wǎng)線的平行線gh、ef，再量出ae和ag的長度，則：（1）確定點(diǎn)的坐標(biāo)檢核：（2）確定點(diǎn)的高程

如果該點(diǎn)正好在某等高線上，則該點(diǎn)的高程即為等高線的高程，如A點(diǎn)。如果該點(diǎn)不在某等高線上，則應(yīng)根據(jù)比例內(nèi)插法確定點(diǎn)的高程。如圖，通過B點(diǎn)作一條大致垂直于兩相鄰等高線的線段MN，則B點(diǎn)的高程為：（1）地形圖上求兩點(diǎn)間水平距離§9.1.3求地形圖上直線長度及方位角

兩種方法：一是用卡規(guī)（圖示比例尺）或者毫米尺（數(shù)字比例尺）直接量取；（2）地形圖上直線方位角二是利用坐標(biāo)計(jì)算：§9.1.4兩點(diǎn)間平均坡度的確定

欲確定直線AB的坡度，用前面所述的方法確定直線AB的水平距離和A、B兩點(diǎn)的高程，則AB直線的平均坡度為：

式中h為A、B兩點(diǎn)間的高差，D為A、B兩點(diǎn)間的實(shí)地水平距離，d為A、B兩點(diǎn)在圖上的距離，M為比例尺分母。坡度常以百分率或千分率表示?！?”表示上坡，“-”表示下坡。求兩點(diǎn)間的坡度后，即可以按規(guī)定的坡度選擇線路。五.在圖上設(shè)計(jì)等坡度線五.在圖上設(shè)計(jì)等坡度線例：要在A、B間選定一條滿足坡度為的最短路線?！舢?dāng)相鄰兩根等高線之間的圖上d30毫米時(shí)，地面坡度i3.33%。取d=30毫米作圖時(shí)，A、B間路線最短。dddddddddddddd解：由坡度公式§9.1.5繪制某一方向的斷面圖

如圖，欲沿AB方向繪制斷面圖，可在繪圖紙或方格紙上繪兩垂直的直線，橫軸表示距離，縱軸表示高程。然后從A點(diǎn)開始，沿路線的方向量取兩相鄰等高線間的水平距離，按一定比例尺將各點(diǎn)依次繪在橫軸上，得A、1、2、…、B點(diǎn)的位置。再從地形圖上求出各點(diǎn)高程，按一定比例尺(一般為距離比例尺的10倍或20倍)繪在橫軸相應(yīng)各點(diǎn)的垂線上，最后將相鄰的高程點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，即得到路線AB的縱斷面圖?！?.1.6在地形圖確定匯水面

當(dāng)在山谷或河流修筑橋梁、涵洞或大壩時(shí)，都需要知道有多大面積的雨水匯集在這里，這個面積稱為匯水面積。

匯水面積的邊界是根據(jù)等高線的分水線(山脊線)來確定的。如圖，公路SE通過山谷，在M處要修建一涵洞，為了設(shè)計(jì)孔徑的大小，需要確定該處匯水面積，即由圖中分水線MA、AB、BC、CD、DN與NM

線段所圍成的面積?！?.2

圖形面積的量算

在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，常需要量算一定范圍內(nèi)圖形的面積，常用的量算方法有透明方格紙法、平行線法和解析法?！?.2.1透明方格紙法

數(shù)出圖形內(nèi)完整的方格數(shù)n1和不完整的方格數(shù)n2，則曲線圍成的圖形的實(shí)地面積為：§9.2.2平行線法

將繪有等距平行線的透明紙覆蓋在圖紙上，使兩條平行線與圖形的邊緣相切，相鄰兩平行線間的圖形近似為梯形。量出各平行線在曲線內(nèi)的長度l1，l2，…，ln，則各梯形面積分別為：總面積為：§9.2.3解析法

如果圖形邊界為任意多邊形，可以在地形圖上求出各頂點(diǎn)的坐標(biāo)，直接用坐標(biāo)計(jì)算面積。

如圖，將任意多邊形各頂點(diǎn)按順時(shí)針方向編號為1、2、3、4、5，其坐標(biāo)分別為(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)。由圖可知：

五邊形12345的面積等于梯形4′455′的面積加上梯形5′511′的面積減去梯形4′433′的面積減去梯3′322′的面積，再減去梯形2′211′的面積。若圖形有n個頂點(diǎn)，則一般形式為：整理后用坐標(biāo)表示即為：若將各頂點(diǎn)投影于y軸，則一般形式為：

n為多邊形的邊數(shù)，當(dāng)i=1時(shí)，yi－1和xi－1分別用yn和xn代入；當(dāng)i=n時(shí)，yi+1和xi+1分別用y1和x1代入。此兩公式計(jì)算的結(jié)果可以相互檢核?！?.3

土地平整時(shí)的土石方計(jì)算§9.3.1設(shè)計(jì)成水平場地的土石方計(jì)算（1）等高線法

當(dāng)場地地面起伏較大，且僅計(jì)算土方量時(shí)，可采用等高線法。這種方法是從場地設(shè)計(jì)的等高線開始，算出各等高線所包圍的面積，分別將相鄰兩條等高線所圍面積的平均值乘以等高距，就是此兩等高線平面間的土方量，再求和即得總挖方量。（2）斷面法

此法適用于帶狀地形的土方量計(jì)算，在施工場地范圍內(nèi)，以一定的間隔繪出斷面圖，求出各斷面圖由設(shè)計(jì)高程線圍成的填、挖方面積，然后計(jì)算相鄰斷面間的土方量，最后求和得到總挖方量和填方量。

依次計(jì)算出每相鄰斷面間的土方量，最后將填方量和挖方量分別累加，即得到總土方量。（3）方格網(wǎng)法①繪方格網(wǎng)并求方格角點(diǎn)高程②計(jì)算設(shè)計(jì)高程

把每一方格4個頂點(diǎn)的高程加起來除以4，得到每一個方格的平均高程。再把每一個方格的平均高程加起來除以方格數(shù)，即得到設(shè)計(jì)高程。實(shí)際上的計(jì)算公式為：③計(jì)算方格頂點(diǎn)的填挖高度④計(jì)算填挖方量§9.3.2設(shè)計(jì)成斜面場地的土石方計(jì)算

一般根據(jù)填挖土方量平衡的原則，繪制出傾斜面的等高線，但有時(shí)要設(shè)計(jì)的傾斜面必須包含不能動的某些高程點(diǎn)。如果要將原地形改造成通過控制點(diǎn)的傾斜面，步驟如下：（1）確定設(shè)計(jì)等高線的平距（2）確定設(shè)計(jì)等高線的方向（3）插繪設(shè)計(jì)傾斜面的等高線（4）計(jì)算填挖土石方量§9.4

數(shù)字地形圖的應(yīng)用§9.4.1用數(shù)字地形圖查詢基本幾何要素（1）查詢指定點(diǎn)坐標(biāo)（2）查詢兩點(diǎn)距離及方位（3）查詢線長（4）查詢實(shí)體面積§9.4.2利用數(shù)字地形圖計(jì)算土方量（1）DTM法土方計(jì)算（2）斷面法土方計(jì)算（3）方格網(wǎng)法土方計(jì)算（4）等高線法土方計(jì)算（5）區(qū)域土方量平衡計(jì)算§9.5

GIS概述§9.5.1GIS的基本概念與原理(1)GIS的定義歷史定義：地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)?，F(xiàn)代定義：地理信息系統(tǒng)是空間數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)。GIS是GeographicInformationSystem的縮寫。數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)存儲信息輸入系統(tǒng)操作系統(tǒng)支持地理分析硬件系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)輸入設(shè)備存儲設(shè)備輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件GIS軟件應(yīng)用分析程序地理數(shù)據(jù)庫用戶§9.5.2GIS的組成輸入設(shè)備數(shù)字化儀掃描儀鍵盤數(shù)字像機(jī)輸出設(shè)備

顯示器繪圖機(jī)打印機(jī)校片紀(jì)錄儀計(jì)算機(jī)主機(jī)存儲設(shè)備光盤讀寫器磁帶機(jī)硬盤軟盤硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入和校驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲和管理數(shù)據(jù)變換分析數(shù)據(jù)顯示和輸出用戶接口模塊GIS軟件應(yīng)用分析軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)匯編程序編譯程序服務(wù)程序軟件系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)分類幾何數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)度量關(guān)系延伸關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系幾何坐標(biāo)定性定量用戶：

系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、應(yīng)用程序開發(fā)、信息提取、地理決策地理數(shù)據(jù)和用戶§9.5.3GIS的功能（1）一般基本功能（2）制圖功能（3）地理數(shù)據(jù)庫的組織與管理①數(shù)據(jù)輸入、儲存、編輯功能；②數(shù)據(jù)的操作與處理功能。（4）空間查詢與空間分析功能①拓?fù)淇臻g查詢；②緩沖區(qū)分析；③疊加分析；④距離分析與相鄰連接分析。（5）地形分析