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各种土木工程建设通常使用大比例尺地形图。
(二)比例尺的精度
地形图上所表示的地物、地貌细微部分与实地有所不同,其精确与详尽程度,受比例尺的影响。
人们用肉眼能分辨的图上最小距离为0.1mm(人眼分辨率),因此我们把地形图上0.1mm所表示的实地水平长度,称为地形图比例尺的精度。
大比例尺地形图的比例尺精度如表7-1所示。
表7-1比例尺的精度
比例尺
500
1000
2000
5000
比例尺精度(m)
0.05
0.1
0.2
0.5
地形图的比例尺精度的作用有二:
其一,根据比例尺确定实地量测精度。
如在1:
500地形图上测绘地物,量距的精度只需取到±
5cm即可,因为量得再精细,在图上也无法表示出来。
其二,可根据用图的要求,确定所选用地形图的比例尺。
如某项工程建设,要求在图上能反映地面上10cm的精度(即测图的精度为±
10cm),则应选用的比例尺不应小于1:
1000。
采用何种比例尺测图,应从工程规划、施工实际情况需要的精度出发,不应盲目追求更大比例尺的地形图,因为同一测区范围的大比例尺测图较小比例尺测图更费工费时。
三、大比例尺地形图的分幅、编号和图外注记
(一)分幅和编号
图幅指图的幅面大小,即一幅图所测绘地貌、地物的范围。
地形图的分幅可分为两大类:
一类是按经纬线分幅的梯形分幅法(又称为国际分幅);
另一类为按坐标格网分幅的矩形分幅法。
1.地形图的梯形分幅与编号
(1)1:
100万图的分幅与编号按国际上的规定,1:
100万的世界地图实行统一的分幅和编号。
即自赤道向北或向南分别按纬差4︒分成横列,各列依次用A、B、……V表示。
自经度180︒开始起算,自西向东按经差6︒分成纵行,各行依次用1、2、……60表示。
每一幅图的编号由其所在的“横列—纵行”的代号组成。
例如北京某地的经度为东经116︒24'
24"
,纬度为39︒56'
30"
,则所在1:
100万图的图号为J—50(如图7-2)
图7-31:
10万图的分幅与编号
图7-21:
100万图的分幅与编号
(2)1:
将一幅1:
100万的图,按经差30'
,纬差20'
分为144幅1:
10万的图。
如图7-3,北京某地的1:
10万图的编号为J—50—5。
(3)1:
1万图的分幅与编号
这三种比例尺图的分幅与编号都是以1:
10万图为基础的。
每幅1:
10万的图,划分成4幅1:
5万的图,分别在1:
10万的图号后写上各自的代号A、B、C、D。
5万的图,又可分为4幅1:
2.5万的图,分别以1、2、3、4编号。
10万的图,分成64幅1:
1万的图,分别以
(1)、
(2)、……(64)表示。
北京某地的上述三种比例尺图的图幅编号见表7-2。
(4)1:
5000和1:
2000图的分幅与编号
2000图的分幅编号是在1:
1万图的基础进行的。
1万的图分成4幅1:
5000的图,分别在1:
1万的图号后面写上各自的代号a、b、c、d。
5000的图又分成9幅12000的图,分别以1、2、……9表示,图幅的大小及编号见表7-2。
表7-2梯形分幅与编号
图幅大小
在上一级比例尺图中
所包含的幅数
北京某地的图幅编号
经度差
纬度差
10万
20'
30'
在1:
100万图幅有144幅
J—50—5
5万
10'
15'
4幅
J—50—5—B
2.5万
5'
7'
J—50—5—B—2
1万
2'
3'
45"
10万图幅有64幅
J—50—5—(15)
1'
15"
52.5"
J—50—5—(15)—a
2000
25"
37.5"
J—50—5—(15)—a—9
2.地形图的矩形分幅与编号
大比例尺地形图大多采用矩形分幅法,它是按统一的直角坐标格网划分的。
图幅一般为40cm×
40cm、50cm×
50cm或40cm×
50cm,以纵横坐标的整公里数或整百米数作为图幅的分界线。
大比例尺地形图的分幅是以1:
5000比例尺为基础,按四种规格逐级扩展。
各种大比例尺地形图的图幅大小见表7-3(以正方形分幅为例)。
表7-3矩形分幅及面积
图幅大小(cm×
cm)
实地面积(km2)
一幅1:
5000图幅包含
相应比例尺图幅数目
40×
40
4
1
50×
50
0.25
16
0.625
64
矩形图幅的编号,一般采用该图幅西南角的x坐标和y坐标(以公里为单位)加连字符x-y来表示。
编号时,1:
5000地形图,坐标取至1km;
1000地形图,坐标取至0.1km;
500地形图,坐标取至0.01km。
如一张1:
2000的地形图,其西南角的坐标x=4510.0km和y=45.5km,其编号为4510.0-45.5。
在工程建设和小区规划中,还经常采用自由分幅编号,一般以一定顺序编号,如可按行列式或自然序数法编号。
在铁路、公路等线形工程中应用的带状地形图,图的分幅编号可采用沿线路方向进行。
(二)图外注记
为了图纸管理和使用的方便,在地形图的图框外有许多注记,如图名、图号、接图表、图廓等,如图7-4。
1.图名和图号
图7-4图外注记
图名就是本幅图的名称,常用本幅图内最著名的城镇、村庄、厂矿企业、名胜古迹或突出的地物、地貌的名字来表示。
图号即图的编号。
图名和图号标在图幅上方中央。
2.接图表
接图表是本幅图与相邻图幅之间位置关系的示意图,供查找相邻图幅之用。
接图表位置是在图幅左上方,绘出本幅与相邻八幅图图名或图号。
3.图廓和坐标格网
图廓是图幅四周的范围线,它有内外图廓之分。
内图廓线是地形图分幅时的坐标格网,是测量边界线。
外图廓线是距内图廓以外一定距离绘制的加粗平行线,仅起装饰作用。
在内图廓外四角处注有坐标值,并在内图廓线内绘有10cm间隔互相垂直交叉的5mm短线,表示坐标格网线的位置。
在内、外图廓线间还注记坐标格网线的坐标值。
在外图廓线外,除了有接图表、图名、图号,尚应注明测量所使用的平面坐标系、高程系、比例尺、成图方法、成图日期及测绘单位等,供日后用图时参考。
第二节地形图图式
一、地形图图式的概念
在地形图中用于表示地球表面地物、地貌的专门符号规定称为地形图图式。
比例尺不同,各种符号的图形和尺寸也不尽相同。
国家测绘局颁发的《地形图图式》是一种国家标准,它是测绘、编制、出版地形图的重要依据,是识图、用图的重要工具。
根据不同专业的特点和需要,各部门也制定有专用的或补充的图式。
图7-5是对1:
1000和1:
500地形图所规定的《地形图图式》的一部分。
二、地物符号
地物符号分为四种类型:
(一)比例符号
将实际地物的大小、形状和位置按测图比例尺缩绘在图上的符号,称比例符号。
这类符号用于表示轮廓大的地物,如房屋、农田等,一般用实线或点线表示。
(二)非比例符号
不按测图比例表示实际地物大小与形状的符号,称非比例符号。
这类符号又称记号符号,实际是放大了的符号,它只表示地物的位置,不能表示其形状和大小。
如各种测量控制点、烟囱、路灯等。
(三)半比例符号
在宽度上难以按比例表示、在长度方向可以按比例表示的地物符号,称半比例符号,亦称线状符号。
此类符号用于表示线状地物,符号以定位线表示实地物体真实位置。
符号定位线位置如下:
1.成轴对称的线状符号,定位线在符号的中心线,如铁路、公路、电力线等。
2.非轴对称的线状符号,定位线在符号的底线,如城墙、境界线等。
(四)注记符号
具有说明地物名称、性质、用途以及带有数量、范围等参数的地物符号,称注记符号。
如工厂的名称、植被的种类说明、特殊地物的高程注记、建筑物的种类和层数等。
需要指出的是,比例符号与半比例符号、比例符号与非比例符号的使用界限是相对的。
如某道路宽度为6m,在小于1:
1万地形图上用半比例尺符号表示,在1:
1万及其以上大比例尺图上则用比例符号表示。
总之,测图比例尺越大,用比例符号描绘的地物越多;
测图比例尺越小,用非比例符号或半比例符号描绘的地物越多。
三、地貌符号
地貌形态多种多样,对于一个地区可按起伏的变化分为四种地形类型:
地势起伏小,地面倾斜角一般在3°
以下,称为平地;
地面高低变化大,倾斜角一般在3°
~10°
,称为丘陵;
高低变化悬殊,倾斜角一般在10°
~25°
,称为山地;
绝大多数倾斜角超过25°
的,称为高山地。
表示地貌的方法有多种,对于大、中比例尺地形图主要采用等高线法。
对于特殊地貌采用特殊符号表示。
1.等高线表示地貌原理
等高线是地面上高程相同的相邻各点连成的闭合曲线,如池塘水面边缘线就是一条等高线。
如图7-4,有一座山,假想从山底到山顶,按相等间隔把它一层层地水平切开后,呈现各种形状截口线。
然后再将各截口线垂直投影到平面图纸上,并按测图比例缩小,就得出用等高线表示该地貌的图形。
图7-6等高线
表7-4地形图的基本等高距(m)
地形类别
平坦地
2
丘陵地
5
山地
高山地
(二)等高距和等高线平距
1.等高距相邻等高线之间的高差,称等高距,即图7-6中所示的水平截面间的垂直距离,用h表示,。
同一幅地形图中等高距是相同的。
在《工程测量规范》中,对等高距作了统一的规定,这些规定的等高距,称为基本等高距,如表7-4。
2.等高线平距相邻等高线之间的水平距离,称等高线平距,用d表示。
3.地面坡度等高距h与等高线平距d的比值,称为地面坡度,用i表示。
因为同一幅地形图上等高距是相同的,故等高线平距的大小将反映地面坡度的变化。
等高线平距越小,地面坡度越大;
平距越大,地面坡度越小;
平距相同,坡度相等。
由此可见,根据地形图上等高线的疏、密可判定地面坡度的缓、陡。
(三)等高线种类
1.首曲线按基本等高距绘制的等高线,称为首曲线,也称基本等高线。
用线宽为0.15mm的细实线表示。
2.计曲线由零米起算,每隔四条基本等高线绘一条加粗的等高线,称为计曲线。
计曲线的线宽为0.3mm,其上注有高程值,是辨认等高线高程的依据。
3.间曲线和助曲线按二分之一基本等高距而绘制的等高线,称间曲线,用长虚线表示。
按四分之一基本等高距而绘制的等高线,称助曲线,用短虚线表示。
间曲线和助曲线用于首曲线难以表示的重要而较小的地貌形态。
(四)典型地貌及其等高线表示法
将地面起伏和形态特征分解观察,不难发现它是由一些典型地貌组合而成的。
1.山头和洼地
凡是凸出而且高于四周的单独高地叫山,大的称为山岭,小的称为山丘,山岭和山丘最高部位称山头。
比周围地面低,且经常无水的地势较低的地方称为凹地,大范围低地称为盆地,小范围低地称洼地。
如图7-7所示,山顶(图a)与洼地(图b)的等高线都是一组闭合曲线,但它们的高程注记不同。
内圈等高线的高程注记大于外圈者为山头;
反之,小于外圈者为洼地。
图7-7山头和洼地图7-8山脊和山谷
区别山头与洼地,也可使用示坡线。
示坡线是一端与等高线连接并垂直于等高线的短线,用以指示地面斜坡下降的方向。
2.山脊与山谷
山的最高部分为山顶,有尖顶、圆顶、平顶等形态,尖峭的山顶叫山峰。
山顶向一个方向延伸的凸棱部分,称为山脊。
山脊最高点连线称山脊线。
山脊等高线表现为一组凸向低处的曲线。
相邻山脊之间的低凹部分称为山谷。
山谷最低点连线称为山谷线。
山谷等高线表现为一组凸向高处的曲线,如图7-8所示(图a为山脊,图b为山谷)。
图7-9鞍部图7-10陡崖图7-11悬崖
在山脊上,雨水会以山脊线为分界线流向两侧坡面,故山脊线又称分水线。
在山谷中,雨水由两侧山坡汇集到谷底,然后沿山谷线流出,故山谷线又称集水线。
山脊线和山谷线合称为地性线(或地形特征线)。
3.鞍部
鞍部是相邻两山头之间呈马鞍形的凹地,如图7-9。
鞍部,既处于两山顶的山脊线连接处,又是两集水线的顶端。
其等高线的特点是在一圈大的闭和曲线内,套有两组小的闭和曲线。
4.陡崖和悬崖
陡崖是地面坡度大于70︒的陡坡,甚至为90︒的峭壁,等高线在此处非常密集或重合为一条线,因此采用陡崖符号来表示,如图7-10。
悬崖是上部突出,下部凹进的陡崖。
其等高线投影在平面上呈交叉状,见图7-11。
认识了上述典型地貌的等高线,就能够识别出地形图上用等高线表示的复杂地貌,或者把复杂地貌表示成等高线图。
图7-12为某地区的地势景观图和用等高线描绘的地形图。
图7-12实际地形与地形图
(五)等高线的特性
1.同一条等高线上的各点高程相等。
2.等高线为连续闭合曲线。
如不能在本图幅内闭合,必定在相邻或其它图幅内闭合。
等高线只能在内图廓线、悬崖及陡坡处中断;
另外,遇道路、房屋等地物符号和文字注记时可局部中断,其余情况不得在图幅内任意处中断。
间曲线、助曲线在表示完局部地貌后,可在图幅内任意处中断。
3.等高线不能相交。
不同高程的等高线除悬崖、陡崖处不得相交也不能重合。
3.同一幅图内,平距小表示坡度陡,平距大则坡度缓,平距相等则坡度相等。
4.等高线的切线方向与地性线方向垂直。
图7-5地形图图式
第三节测图前的准备工作
一、搜集资料与现场踏勘
测图前应将测区已有地形图及各种测量成果资料,如已有地形图的测绘日期,使用的坐标系统,相邻图幅图名与相邻图幅控制点资料等收集在一起。
对本图幅控制点资料的收集内容包括:
点数、等级、坐标、相邻控制点位置和坐标、测绘日期、坐标系统及控制点的点之记。
现场踏勘则是在测区现场了解测区位置、地物地貌情况、通视、通行及人文、气象、居民地分布等情况,并根据收集到的点之记找到测量控制点的实地位置,确定控制点的可靠性和可使用性。
收集资料与现场踏勘后,制定图根点控制测量方案的初步意见。
二、制定测图技术方案
根据测区地形特点及测量规范对图根点数量和技术要求,确定图根点位置和图根控制形式及其观测方法等。
地表复杂区适当增加图根点数目。
确定测区内水准点数目、位置、连测方法等。
测图精度估算、测图中特殊地段的处理方法及作业方式、人员、仪器准备、工序、时间等亦均应列入技术方案之中。
三、图根控制测量
直接为测图建立平面控制和高程控制所进行的测量。
图根控制点的布设,可采用图根三角、图根导线或交会定点法确定平面位置。
图根控制点的高程通常用三角高程测量或水准测量的方法测定。
作业时,先根据测区情况和测图要求选定图根控制点的位置并用标桩标定,然后进行观测。
观测成果合格后,用近似的平差方法进行成果处理,并计算其平面坐标和高程。
四、图纸准备
地形图的测绘一般是在野外边测边绘,因此测图前应先准备图纸。
包括在图纸上绘制图廓和坐标格网,并展绘好各类控制点。
(一)图纸选择
一般选用一面打毛,厚度为0.07~0.10mm,伸缩率小于0.2‰的聚酯薄膜作为图纸。
聚酯薄膜坚韧耐湿,沾污后可洗,便于野外作业,图纸着墨后,可直接晒蓝图。
但它有易燃,折痕不能消失等不足。
聚酯薄膜是透明的,测图前在它与测图板之间应衬以白纸或硬胶板。
小地区大比例尺测图时,也可用白纸作为图纸。
(二)绘制坐标格网
将各种控制点根据其平面直角坐标值x、y展绘在图纸上。
为此需在图纸上先绘出10cm×
10cm正方形格网,作为坐标格网(又称方格网)。
我们可以到测绘仪器用品商店购买印制好坐标格网的图纸,也可下述两种方法绘制。
1.对角线法
如图7-13所示,连接图纸两对角线交于O点。
先在图幅左下角的对角线上确定点A,从O点起沿对角线量取四段等长的线段OA得A、B、C、D,并连线得矩形ABCD。
在矩形四条边上自下向上或自左向右每10cm量取一分点,连接对边分点,形成互相垂直的坐标格网线及矩形或正方形内图廓线。
2.绘图仪法
在计算机中用AutoCAD软件编辑好坐标格网图形,然后把图形通过绘图仪绘制在图纸上。
绘出坐标格网后,应进行检查。
对坐标格网的要求是:
方格的边长应准确,误差不超过0.2mm;
纵横格网线应互相垂直,方格对角线和图廓对角线的长度误差不超过0.3mm。
超过允许偏差值,应改正或重绘。
(三)展绘控制点
坐标格网绘制并检查合格后,根据图幅在测区内位置,确定坐标格网左下角坐标值,并将此值注记在内图廓与外图廓之间所对应的坐标格网处,如图7-14所示。
图7-13对角线法绘制方格网图7-14控制点展绘
展点可用坐标展点仪,将控制点、图根点坐标按比例缩小逐个地绘在图纸上。
下面介绍人工展点方法。
例如,控制点A坐标为:
xA=764.30m,yA=566.15m。
首先确定A点所在方格位置为klmn。
自k和n点向上用比例尺量64.30m,得出a、b两点,再自k和l点向右用比例尺量66.15m,得出c、d两点,连接ab和cd,其交点即为A点在图上位置。
同样方法将图幅内所有控制点展绘在图上。
最后用尺量出相邻控制点间的距离以进行检查,其长度误差在图上不应超过0.3mm。
展绘完控制点平面位置并检查合格后,擦去图幅内多余线划。
图纸上只留下图廓线、四角坐标、图号、比例尺以及方格网十字交叉点处5mm长的相互垂直短线。
用符号标出控制点及其点号和高程。
第四节大比例尺地形图的常规测绘方法
一、地形图测绘基本原理
地形图测绘是以相似形理论为依据,以图解法为手段,按比例尺的缩小要求,将地面点测绘到平面图纸上而成地形图的技术过程。
地形图测绘分为测量和绘图两大步骤。
地形图测绘亦称碎部测量,即以图根点(控制点)为测站,测定出测站周围碎部点的平面位置和高程,并按比例缩绘于图纸上。
由于按规定比例尺缩绘,图上碎部点连接成的图形与实地碎部点连接的图形呈相似关系,其相似比值即地形图比例尺数值。
(一)碎部点的概念
碎部点:
即碎部特征点,有地物特征点和地貌特征点。
地物特征点:
能够代表地物平面位置,反映地物形状、性质的特殊点位,简称地物点。
如地物轮廓线的转折、交叉和弯曲等变化处的点;
地物的形象中心:
路线中心的交叉点,电力线的走向中心;
独立地物的中心点等。
如图7-15所示。
地貌特征点:
体现地貌形态,反映地貌性质的特殊点位,简称地貌点。
如山顶、鞍部、变坡点、地性线、山脊点和山谷点等。
如图7-16所示。
图7-15地物特征点图7-16地貌特征点
(二)测定碎部点平面位置的基本方法
水平距离和水平角是确定点的平面位置的两种基本量,因此测定碎部点平面位置实际上就是测量碎部点与已知点间的水平距离以及与已知方向间组成的水平角这两种量。
由于两个量的不同组合方式,从而形成如下不同的方法:
极坐标法(一角一距)、角度交会法(二角)、距离交会法(二距)、直角坐标法(二互垂距)。
1.极坐标法
如图7-17所示,设A、B为已知控制点,P为待测碎部点。
测定从测站到碎部点连线方向与已知方向AB间的水平角及测站到碎部点的水平距离(β1、d1或β2、d2),即可确定碎部点的位置。
它是碎部测量最常用的方法。
图7-17确定碎部点的平面位置图7-18角度交会法
2.角度交会法
从两个已知测站点A、B,分别测出到碎部点P方向和已知方向AB间的水平角β1、β2,根据β1、β2角,用图解法即可确定P点。
此法适用于碎部点较远或不易到达的情况,如图7-18河流的测绘。
3.距离交会法
从两已知点A、B分别量出到碎部点P的距离d1、d2,按比例尺在图上用圆规即可交出碎部点P的位置(如图7-17所示)。
此法适用于测量测离已知点较近的碎部点。
4.直角坐标法
选A为原点,以AB方向为x轴,量出碎部点P到x轴的垂距(y值)和垂足点到A的距离(x值),即可确定其位置(如图7-17所示)。
此法适用于地物靠近控制点、周围有相互垂直的两方向且垂距(y值)较短的情况。
垂直方向可用简单工具定出。
(三)碎部点高程的测量
测量碎部点高程可用水准测量和三角高程测量等方法。
二、经纬仪测绘法
依据所使用的仪器及操作方法不同,大比例尺地形图的常规测绘方法有:
(1)经纬仪测绘法;
(2)大平板仪法;
(3)经纬仪和小平板仪联合法。
其中,经纬仪测绘法操作简单、灵活,适用于各种类型的地区。
下面仅介绍经纬仪测绘法。
经纬仪测绘法的基本工作是
(1)经纬仪测量:
在图根点上安置经纬仪,测定碎部点的平面位置和高程。
平面位置的确定用极坐标法,视距法测量水平距离和高差。
(2)平板绘图:
根据测量数据用半圆仪在图板上以极坐标原理确定地面点位,并注记高程,对照实地勾绘地形。
一个测站的具体工作步骤如下:
(一)测站上的准备工作
1.安置经纬仪:
如图7-19所示,将经纬仪安置在测站(控制点)A上,量出仪器高i,测量竖盘指标差x。
记录员在“地形测绘记录手薄”中记录(如表7-5所示),包括表头的其他内容。
以盘左0︒00'
00"
对准相邻另一控制点(后视点)B,作为起始方向。
为防止用错后视点,应用视距法检查测站到后视点的平距和高差。
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