第9章地形圖的應用

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

地形圖的識讀和應用

地形圖包含著豐富的自然地理和社會政治經(jīng)濟信息，它是土木工程勘測、規(guī)劃、設計、施工和營運各階段中的重要依據(jù)，正確應用地形圖是土木工程技術人員必備的基本技能之一。地形圖廣泛應用于各項經(jīng)濟建設和國防建設之中，在工程設計、城鄉(xiāng)規(guī)劃、資源勘查、土地開發(fā)、環(huán)境保護、礦藏挖掘、河道治理等工作中，是必備的基礎性資料。在地形圖上可以獲取各項建設中所需的坐標、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、坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、等高距、接圖表、測圖時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年西安坐標系，一些老地形圖上采用的是1954年北京坐標系，部分城市采用自己的獨立坐標系。我國1988年開始啟用“1985國家高程基準”，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、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)來辨認和分析。首先根據(jù)地性線構成地貌的骨干，對地貌有一個比較全面的認識，不致被復雜的等高線所迷惑，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，主要有以下內容：①測量控制點②居民地和垣柵③工礦建(構)筑物及其他設施

交通及附屬設、管線及附屬設、水系及附屬設施、地貌和土質、境界、植被、注記。

包括三角點、導線點、圖根點、水準點、GPS點、天文點等。控制點旁一般注記有點名、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求地形圖上某點坐標和高程

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

如果該點正好在某等高線上，則該點的高程即為等高線的高程，如A點。如果該點不在某等高線上，則應根據(jù)比例內插法確定點的高程。如圖，通過B點作一條大致垂直于兩相鄰等高線的線段MN，則B點的高程為：（1）地形圖上求兩點間水平距離§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?。唬?）地形圖上直線方位角二是利用坐標計算：§9.1.4兩點間平均坡度的確定

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兩點的高程，則AB直線的平均坡度為：

式中h為A、B兩點間的高差，D為A、B兩點間的實地水平距離，d為A、B兩點在圖上的距離，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。求兩點間的坡度后，即可以按規(guī)定的坡度選擇線路。五.在圖上設計等坡度線五.在圖上設計等坡度線例：要在A、B間選定一條滿足坡度為的最短路線。◆當相鄰兩根等高線之間的圖上d30毫米時，地面坡度i3.33%。取d=30毫米作圖時，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依次繪在橫軸上，得A、1、2、…、B點的位置。再從地形圖上求出各點高程，按一定比例尺(一般為距離比例尺的10倍或20倍)繪在橫軸相應各點的垂線上，最后將相鄰的高程點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

當在山谷或河流修筑橋梁、涵洞或大壩時，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，為了設計孔徑的大小，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)劃設計中，常需要量算一定范圍內圖形的面積，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的坐標，直接用坐標計算面積。

如圖，將任意多邊形各頂點按順時針方向編號為1、2、3、4、5，其坐標分別為(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，則一般形式為：整理后用坐標表示即為：若將各頂點投影于y軸，則一般形式為：

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

土地平整時的土石方計算§9.3.1設計成水平場地的土石方計算（1）等高線法

當場地地面起伏較大，且僅計算土方量時，可采用等高線法。這種方法是從場地設計的等高線開始，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算，在施工場地范圍內，以一定的間隔繪出斷面圖，求出各斷面圖由設計高程線圍成的填、挖方面積，然后計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)并求方格角點高程②計算設計高程

把每一方格4個頂點的高程加起來除以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)，即得到設計高程。實際上的計算公式為：③計算方格頂點的填挖高度④計算填挖方量§9.3.2設計成斜面場地的土石方計算

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，但有時要設計的傾斜面必須包含不能動的某些高程點。如果要將原地形改造成通過控制點的傾斜面，步驟如下：（1）確定設計等高線的平距（2）確定設計等高線的方向（3）插繪設計傾斜面的等高線（4）計算填挖土石方量§9.4

數(shù)字地形圖的應用§9.4.1用數(shù)字地形圖查詢基本幾何要素（1）查詢指定點坐標（2）查詢兩點距離及方位（3）查詢線長（4）查詢實體面積§9.4.2利用數(shù)字地形圖計算土方量（1）DTM法土方計算（2）斷面法土方計算（3）方格網(wǎng)法土方計算（4）等高線法土方計算（5）區(qū)域土方量平衡計算§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，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數(shù)據(jù)進行采集、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而建立起來的計算機技術系統(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)輸入設備存儲設備輸出設備計算機系統(tǒng)軟件GIS軟件應用分析程序地理數(shù)據(jù)庫用戶§9.5.2GIS的組成輸入設備數(shù)字化儀掃描儀鍵盤數(shù)字像機輸出設備

顯示器繪圖機打印機校片紀錄儀計算機主機存儲設備光盤讀寫器磁帶機硬盤軟盤硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入和校驗數(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軟件應用分析軟件計算機系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)匯編程序編譯程序服務程序軟件系統(tǒng)地理數(shù)據(jù)分類幾何數(shù)據(jù)關系數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)度量關系延伸關系拓撲關系幾何坐標定性定量用戶：

系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、應用程序開發(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拓撲空間查詢；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