第七章 大比例尺地形图的测绘
7-1 地形图的基本知识
一, 平面图, 地形图和地图
为了将地物地貌绘到图上, 理论上必须从地面各特征
点向水准面作铅垂线, 铅垂线与水准面的交点称为地面各
特征点的垂直投影 。 若测区很小, 水准面可以用水平面代
替, 所以, 可以认为地面各特征点是垂直投影在水平面上
的 。
在小区域内, 由于水准面可用水平面代替, 因此, 将
地面的点位和图形垂直投影到水平面上, 然后, 相似地将
图形按一定比例尺缩小绘在图纸上, 这样制成的图称为平
面图 。 一般在平面图上仅表示地物, 不表示地貌 。 如果图
上不仅表示出地物的位置, 而且还用特定符号把地面上高
低起伏的地貌表示出来, 这种图称为地形图 。
第七章 大比例尺地形图的测绘
在大 区 域内 或
整个地球范围内测
图时, 必须将地面
各点投影到地球椭
圆体面上, 然后,
用特殊的投影方法
展绘到图纸上, 这
样制成的图称为地
图 。 地图上各处的
比例尺是不同的,
而平面图上各处的
比例尺是相同的 。
二, 图的比例尺
图上某一线段的长度与地面上相应线段的水平长度之
比, 称为图的比例尺 (缩尺 )。
1 数字比例尺
凡比例尺用分子为 1,分母为整数的分数表示的, 称
为数字比例尺 。 设图上的线段长度为 S,地面上相应线段
的水平长度为 l,M为比例尺的分母, 则图的数字比例尺
为:
2 图示比例尺
一般说来, 在图上除写有数字比例尺外, 还有用线
段表示的比例尺, 这就是图示比例尺 。 它的优点是, 可
以减少计算和避免图纸变形的影响 。 图示比例尺, 有直
线比例尺和复式比例尺两种 。 最常用的是直线比例尺 。
地形图按比例尺的不同, 可以分为大, 中, 小三种 。
1∶ 500,1∶ 1000,1∶ 2000,1∶ 5000的地形图, 称为大
比例尺图; 1∶ 1万, 1∶ 2 5万, 1∶ 5万, 1∶ 10万的地
形图, 称为中比例尺图; 1∶ 20万, 1∶ 50万, 1∶ 100万
的地形图, 称为小比例尺图 。
3 地形图比例尺精度
测量有误差, 人眼绘图亦有误差 。 人眼分辨角值为
60″, 在明视距离 (25cm)内辨别两条平行线间距为 0.1mm,
区别两个点的能力为 0.15mm。 因此, 通常将 0.1mm称为人
眼分辨率 。 地形图上 0.1mm所表示的实地水平长度, 称为
地形图的比例尺精度 。
地形图的比例尺精度与量测关系有二:其一, 根据
地形图比例尺确定实地量测精度, 如在比例尺为 1∶ 500
的地形图上测绘地物, 量距精度只需达到 ± 5 cm即可;
其二, 可根据用图需要表示地物, 地貌的详细程度, 确
定所选用地形图的比例尺 。 如要求测量能反映出量距精
度为 ± 10 cm的图, 应选比例尺为 1∶ 1000的地形图 。
三, 地形图符号
地形, 就是地物和地貌的总称 。 地物指的是地球表面
各种自然物体和人工建 (构 )筑物 ;地貌是指地球表面高
低起伏的形态 。 地形测量工作者的任务, 就是把错综复杂
的地形测量出来, 并用最简单, 明显的符号表示在图纸上,
最后完成一张与实地相似的地形图, 上述符号称为地形图
符号 。
地形图符号可分为:地物符号, 地貌符号和注记符号
三大类 。 地形图符号的大小和形状, 均视测图比例尺的大
小不同而异 。 各种比例尺地形图的符号, 图廓形式, 图上
和图边注记字体的位置与排列等, 都有一定的格式, 总称
为图式 。
(一 ) 地物符号
1 比例符号
将地面上实物的轮廓, 按测图比例尺缩小, 然后绘制
在图上的符号称为比例符号, 又称轮廓符号 。
2 非比例符号
当地物的轮廓很小, 以致于不能按照测图比例尺缩小,
但这些地物又很重要, 不能舍掉时, 则需按统一规定的符
号描绘在图上, 这种符号称为非比例符号 。 非比例符号在
地形图上的位置, 必须与实物位置一致, 应该规定符号的
定位点 。
3 线状符号
凡是长度能依比例, 而宽度不能缩绘的狭长地物符号,
称为线状符号或半比例符号 。 这种符号的长度依真实情况
测定, 而其宽度和符号样式有专门规定 。
(二 ) 地貌符号
最常用的地貌符号是等高线 。
(三 ) 注记符号
注记符号是地物符号和地貌符号的补充说明, 可用文
字, 数字或线段表示 。
四, 地形图的图幅, 图号和图廓
(一 ) 图幅
图幅指图的幅面大小, 即一幅图所测绘地貌, 地物的
范围 。 图幅形状有梯形和矩形两种, 其确定图幅大小方法
各不相同 。
(二 ) 图名
一般地形图的图名, 是用本幅图内最大的城镇, 村庄,
名胜古迹或突出的地物, 地貌的名称来表示, 图名写在图
幅上方中央 。
(三 ) 图号
在保管, 使用地形图时, 为使图纸有序地存放和便于
检索, 要将地形图进行编号 。 此编号称为地形图图号 。 图
号标注在图幅上方图名之下 。
(四 ) 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 。 接图表的位置是在图幅左上方, 它
给出了与本幅相邻八幅图的图名 。
(五 ) 图廓
图廓有内外图廓之分, 内图廓线就是测量边界线 。 内
图廓之内绘有 10cm间隔互相垂直交叉的短线, 称为坐标格
网 。 矩形图幅内图廓线也是公里格网线 。 梯形分幅图廓线
为经纬线 。 因受子午线收敛角影响, 经纬线方向与坐标网
格方向不一致 。 故在 1∶ 10万及其以下比例尺地形图图廓
内既有公里格网又有经纬线, 大于 1∶ 5万比例尺地形图上
则不绘经纬线 。 其图廓点坐标用查表方法找出 。 外图廓线
是一幅图最外边界线, 以粗实线表示 。
外图廓线外, 除了有接图表, 图名, 图号, 尚应注明
测量所用的平面坐标系, 高程坐标系, 比例尺, 测绘日期
和测绘单位等 。
7-2 地貌与等高线
一, 等高线原理
等高线, 就是
地面上高程相等的
各相邻点所连成的
闭合曲线, 也就是
水平面 (严格来说应
是水准面 )与地面相
截所形成的闭合曲
线 。 我们日常见到
的池塘或蓄水库的
水面与岸边的交线,
就是一条等高线 。
二, 等高距和等高线平距
相邻等高线间的高差, 称为等高距 (或称等高线间隔 )。
相邻等高线在水平面上的垂直距离, 称为等高线平距 。
,规范, 规定, 在一个测区内只能采用一种等高距 。
用等高线表示地貌时, 对于等高距的选择, 具有重要
意义 。 因此, 在选择等高距时, 应结合图的用途, 比例尺
以及测区地形坡度的大小等多种因素综合考虑 。
三, 典型地貌的等高线
凡是凸出而且高于四周的高地称为山地, 高大的称为
山峰, 矮小的称为山丘 。 比周围地面低, 而且经常无水的
地势较低的地方称为凹地, 大范围低地称为盆地, 小范围
低地称为洼地 。
山脊是从山顶到山脚的凸起部分, 山脊最高点间的连
线称为山脊线 。 以等高线表示的山脊是等高线凸向低处,
雨水以山脊为界流向两侧坡面, 故山脊线又称分水线 。 山
谷是沿着一个方向延伸下降的洼地 。 山谷中最低点连成的
谷底线称为山谷线或集水线 。
从上述几种典型地貌的等高线可以看出:山丘和盆地的等
高线都是闭合曲线, 两者形状很相似 。 为了区别起见, 必
须在等高线上注记高程或画出示坡线 。 示坡线是垂直于等
高线而指向下坡的短线 。
山脊和山谷的等高线, 都是朝着一个方向凸出的曲线,
两者的形状也很相似 。 但是, 山脊的等高线是向着山脊线
降低的方向凸出, 山谷的等高线则是向着山谷线升高的方
向凸出 。 山脊和山谷, 同样可以根据等高线上的高程注记
或画示坡线来加以区别 。
四, 等高线的特性
根据前述用等高线表示地貌的情况, 可以归纳等高线
的特性如下:
(1) 在同一条等高线上的各点, 其高程相等;
(2) 等高线必定是一条闭合曲线, 不会中断, 由于一
幅图所示的范围有限, 如在本图幅内不闭合, 则在相邻图
幅内仍最终自成闭合;
(3) 一条等高线不能分叉为两条;不同高程的等高线,
不能相交或者合并成一条;在悬崖处的等高线虽然相交,
但必须有两个交点;
(4) 等高线愈密则表示坡度愈陡, 等高线愈稀则表示
坡度愈缓, 等高线之间平距相等则表示坡度相等;
(5) 经过河流的等高线不能直接跨越而过, 应该在接
近河岸时, 渐渐折向上游, 直到与河底等高处才能越过河
流, 然后再折向下游渐渐离开河岸;
(6) 等高线通过山脊线时, 与山脊线成正交, 并凸向
低处;等高线通过山谷线时, 则应与山谷线成正交, 并凸
向高处 。
五,等高线的种类
1 首曲线:按规定的基本等高距测绘的等高线称为首
曲线
2 计曲线:为了用图方便,每隔四级首曲线描绘一根
较粗的等高线,称为计曲线 (或加粗等高线 )。地形图上只
有计曲线注记高程,首曲线上不注记高程。
3 间曲线:当首曲线不能详细表示地貌特征时,则需
在首曲线间加绘间曲线。其等高距为基本等高距的 1/2,
故也称半距等高线,一般用长虚线表示
4 助曲线:如采用了间曲线仍不能表示较小的地貌特
征时,则应当在首曲线和间曲线间加绘助曲线。其等高距
为基本等高距的 1/4,一般用短虚线表示。
六, 等高线的描绘方法
用等高线表示地貌的程序是先测定后绘图 。 测定对象
是地貌的特征点 。 所谓地貌特征点是指山顶, 鞍部, 山脊
线与山谷线上的坡度变换点和山脚点, 山脚坡度变换点和
山坡面倾斜变换点等 。 将测定的地貌特征点的平面位置按
比例尺以垂直投影方法缩绘到图纸上, 并在其旁注记该点
高程 (高程注记按图式规定 )。
1 连接地性线
山顶, 鞍部, 山脚点与地性线, 这些地貌因素决定着
山脉的大小, 形状和走向 。 自山顶至山脚用细实线连接山
脊线上各变坡点, 用细虚线将山谷线上各变坡点连结 。 通
常地貌形态是山脊与山谷间隔排列, 即两条分水线夹一条
合水线, 两条山谷线夹一条山脊线 。
2 求等高线通过点
地性线上各点均为坡度变换点, 即相邻两点之间为同
一坡度 。 通常变坡点高程不等于基本等高线高程, 需要先
求出等高线通过点, 再求出基本等高线的位置 。 在两个变
坡点之间的等高线通过点的高程可按比例内插求得 。
3 勾绘等高线
在绘图现场图纸上连接地性线, 求等高线通过点与勾
绘等高线 。 应边测边绘等高线, 对照实地勾绘等高线可逼
真地显示地貌形态, 并便于检查测绘中的各种错误 。 对照
实地勾绘等高线时要运用概括原则 。 山坡面上小起伏与变
化, 按等高线总体走向进行制图综合 。
如果在平坦地区测图, 很大范围内绘不出一条等高线 。
为表示地面起伏, 则需用高程碎部点表示 。 高程碎部点简
称高程点 。 平坦地区有地物时则以地物点高程为高程碎部
点, 无地物时则应单独测定高程碎部点 。
7-3 常规测图方法
地形图测绘是表示地面点位置及各地面点之间相互位
置关系的图解方法, 也是将地面点测量成果图解地绘在图
上 。 地形图测绘分为测量和绘图两大步骤 。 地形图测绘是
对地物, 地貌特征点 (亦称碎部点 )进行测绘 。 地形图测绘
亦称碎部测量, 测定出各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
接成图形与实地碎部点连接图形呈相似关系, 其相似比值
即为地形图比例尺数值 。
一, 测图前的准备工作
测图前, 须踏勘了解测区的地形, 抄录控制点的平面
及高程成果, 了解其完好的程度 。 检查和校正仪器, 准备
工具材料, 拟定作业计划以及在图纸上绘制坐标格网, 图
廓线和展绘控制点 。
1 图纸
地形测图一般选用一面打毛的乳白色半透明聚脂薄膜
图纸 。 当缺乏聚脂薄膜图纸时, 可选用优质的绘图纸作为
原图纸进行测绘 。
2 绘制坐标格网
为了准确地将控制点 (图根点 )展绘在原图上, 首先要
在测图纸上精确地绘制 10 cm× 10cm的直角坐标方格网 。
展绘方格网可用直角坐标展点仪, 格网尺等专用工具, 当
缺少这类工具时, 也可以用比较精确的直尺按对角线法进
行 。
3 展绘控制点
展绘控制点时, 首先确定该点所在的方格, 再在方格
内确定点的精确位置 。 全部点展绘好后, 要用比例尺在图
纸上量取所绘控制点之间的相邻距离, 比较是否与实际距
离相符, 其限差为 ± 0.3mm,对超过限差的控制点应重新
展绘 。
二, 小平板仪测图原理
小平板仪构造很简单, 主要由图板, 照准器和三角架
所组成 。 附件有对点器和长盒罗盘 。 设地面上有 A,B,C
三点, 需将这三点展绘到图纸上, B为测站 。 在 B点安置一
块贴有测图纸的平板, 板面水平, 将图纸上的 b点对中实
地的 B点 。 设通过 BA和 BC两方向的竖直面与平板的交线为
bm和 bn,则这两交线的夹角即为 ∠ ABC的水平投影 。 若同
时又用视距法 (参见第四章第六节 )或测距仪测出 BA和 BC的
水平距离, 并按一定的比例尺在 bm和 bn方向线上画出 a,c
两点, 则图上 a,b,c三点组成的图形就与地面 A,B,C三
点的水平投影相似, 此即为平板仪测量的原理 。
小平板仪的安置主要包括对点, 整平和定向三项工作 。 对
点, 就是使图板上的控制点 (如 b点 )和实地相应的控制点
(如 B点 )在同一铅垂线上;整平, 就是将图板置于水平位
置;定向, 就是使图上的方向线 (如 ba线 )与地面上的相应
方向线 (如 BA)在同一竖直面内 。
准备工作完成后并了解了测图原理后, 就可以进行野
外测图 。 测绘地物和地貌的工作, 又称为碎部测量, 其主
要工作是测绘地物和地貌特征点的位置 。
三, 经纬仪测绘法
经纬仪测绘法的实质是按极坐标定点进行测图 。 观测时先
将经纬仪安置在测站上, 绘图板安置于测站旁, 用经纬仪
测定碎部点的方向与已知方向之间的夹角, 测站点至碎部
点的距离和碎部点的高程 。 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于图纸上, 并在点的右侧注明
其高程, 再对照实地描绘地形 。 操作步骤如下,(1) 安
置仪器 量取仪器高 i,填入记录手簿 。
(2) 定向 置水平度盘读数为 0° 00′ 00″, 后视另一控制
点 B。
(3) 立尺 立尺员依次将尺立在地物, 地貌特征点上 。
(4) 观测 转照准部, 瞄准标尺, 读视距间隔 l,中丝读数
V,竖盘读数 L和水平角 β 。
(5) 记录 将测得的视距间隔, 中丝读数, 竖盘读数和水
平角依次填入手簿 。
(6) 计算 依据视距 Kl,竖盘读数 L或竖直角 a,计算出碎
部点的水平距离和高程 。
(7) 展绘碎部点 用细针将量角器的圆心插在图上测站点
处, 转动量角器, 将量角器上等于 β 角值的刻划线对准起
始方向线, 此时量角器的零方向便是碎部点 C的方向, 然
后用测图比例尺按测得的水平距离在该方向上定出点 c的
位置, 并在点的右侧注明其高程 。
用光电测绘仪来代替上述的经纬仪测角和视距测量,
称为光电测距仪测绘法, 其测绘步骤和计算绘图过程与经
纬仪测绘法类似 。
四, 小平板仪与经纬仪联合测图法
这种方法的特点是将小平板仪安置在测站上, 以描绘
测站至碎部点的方向, 而将经纬仪安置在测站旁边, 以测
定经纬仪至碎部点的距离和高差 。 最后用方向与距离交会
的方法定出碎部点在图上的位置 。
具体作法如下:如图, 先将经纬仪安置在距测站 A
1~ 2 m的 A′ 点, 量得 AA′ 的距离和经纬仪的高度 i。 立尺
于 A点上, 经纬仪视线水平时瞄准尺子并读取中丝读数 l,
求得 A′ 点的高程 (HA′ =HA+l-i)。 然后将小平板仪安置于
A点上, 以图纸上已知直线 ab瞄准 B点进行定向 。 再用照准
器瞄准经纬仪的垂球线, 在图纸上画出方向线 aa′ 并按测
图比例尺将 A′ 点缩绘在图上, 定出 a′ 点 。 测图时, 观测
员以照准器直尺边缘切于图上 a点, 瞄准碎部点C的尺子,
在图纸上画出方向线 ac。
ú獬鯝 ′ 点至C点的水平距离和高差 。 在图纸上以 a′ 为圆
心, 以 A′ C的距离为半径, 与 ac方向交出 c点, 点旁注以
高程 。 同法, 可测得其他碎部点的位置
五, 铅笔原图的绘制
1 地物描绘
地物要按地形图图式规定的符号表示 。 房屋轮廓线需
用直线连接起来, 而道路, 河流的弯曲部分则要逐点连成
光滑的曲线 。 不能依比例描绘的地物, 应按规定的非比例
符号表示 。
2 地貌符号 -----等高线的勾绘
勾绘等高线时, 首先用铅笔轻轻描绘出山脊线, 山谷
线等地性线, 再根据碎部点的高程内插等高线通过的点,
然后勾绘等高线
7-4 数字化测图技术介绍
数字化测图技术的实质是解析法测图, 将地形图信
息通过电子测量仪器或数字化转化为数字量输入计算机,
以数字形式存储在磁盘上, 从而便于传输与直接获取地
形的数量指标, 需要时通过显示屏显示或用绘图仪绘制
出线划地形图 。 O数字化测图常用的仪器是全站仪 (参见
第四章第七节 ),或者使用常规经纬仪, 测距仪配合电子
手簿, 或者使用便携机现场展点等方法 。 数字化测图的
流程图如图 。
全站仪数字化测图方法的过程和特点,
1 编码
为使计算机识别地物, 地貌, 首先要将地物, 地貌按
地形图图式分类, 例如可用三位整数进行编码 。 第一位数
为地形要素的类别码, 后两位数是地形要素的顺序编号 。
如 100为测量控制点类, 104为导线点, 105为三角点等 。
2 野外数据采集
野外数据采集时, 既要记录距离, 水平角和竖直角,
同时还要记录点号, 编码, 连接点和连接线型四种信息 。
其中连接点是记录与观测点相连接的点号, 连接线型是记
录测点与连接点之间是以直线, 曲线还是以圆弧相连 。
3 数据处理与检索
(1) 先对控制点进行平差处理, 求出坐标, 再计算出
各碎部点的坐标 。
(2) 对野外记录在电子手簿中的数据和绘图信息传输
到微机中进行处理 。
4 绘图
绘图程序根据输入的比例尺, 图廓坐标, 已生成的坐
标文件和连接信息文件, 按编码分类, 分层进入房屋, 道
路, 水系, 独立地物, 植被及地貌等各层, 进行绘图处理,
生成绘图命令, 并在屏幕上显示所绘图形, 再按人的判断,
对屏蔽图形作最后的检索, 修改 。
将实地采集的地物, 地貌特征点的坐标, 经过检索处
理, 由计算机将各点自动生成不规则的三角网, 建立起数
字地面模型 。 该模型的核心是可以根据任一点的平面坐标
用内插法来求得该点的高程 。 据此可以内插绘制等高线和
断面图, 为道路, 管线, 水利等工程设计服务 。
7-5 航空摄影测量简介
航空摄影测量是利用航空摄影相片测绘地形图的一种
方法, 与手工常规测图相比, 它不仅可将大量外业测量工
作改到室内完成, 还具有成图速度快, 精度均匀, 成本低,
不受气候季节限制等优点 。 因此, 国家测绘部门采取这种
方法测绘 1∶ 1万~ 1∶ 10万国家基本图, 工农业部门也用
它来测绘 1∶ 2000,1∶ 5000等大比例尺地形图, 并编制相
片平面图供工程规划设计使用 。
一, 航空相片与地形图的区别和影像地图
(一 ) 投影方法不同
地形图是地面的垂直投影 (正射投影 ),航空相片是地
面的中心投影 。 因此, 利用航空相片测制地形图时, 必须
消除倾斜误差和限制投影误差, 统一相片上各处比例尺,
使中心投影的航空相片转化为垂直投影的地形图 。
(二 ) 表示方法和表示内容不同
在表示方法上, 地形图是按成图比例尺所规定的地形
图符号来表示地物和地貌的, 而相片则是反映实地的影像,
它是由影像的大小, 形状, 色调来反映地物和地貌的 。 在
表示的内容上, 地形图上常用注记符号对地物符号和地貌
符号作补充说明, 而这些在相片上是表示不出来的 。 另外,
地形图是经过综合取舍, 而所有地物在相片上均有影像 。
因此, 对航空相片必须进行航测外业的调绘工作 。 所谓相
片判读, 就是在航空相片上根据物体的成像规律和特征,
识别出地面上相应物体的性质, 位置和大小 。
二, 航测成图过程简介
1 航空摄影
摄影前, 需做一系列的准备工作:如制定飞行计划,
在地图上标出航线, 检验摄影仪等 。 然后, 进行空中摄影,
摄取地面的影像, 经过显影, 定影, 水洗和晒干等工序获
得底片, 晒印成正片后, 供各种作业部门使用 。
2 控制测量与调绘
把相片制成地形图是以地面的控制点为基础的, 因此
用相片制图时, 必须具有足够数量的控制点 。 这些控制点,
应该在已有的大地控制点的基础上进行加密, 其步骤分为
野外控制测量和室内控制加密 。
(1) 野外控制测量 携带仪器和航空相片到野外, 根
据已知大地控制点, 用地形测量中的控制测量方法, 测定
相片控制点的平面坐标和高程, 并对照实地将所测点的位
置, 精确地刺到相片上去, 这项工作也称相片连测 。
(2) 室内控制加密 由于野外测定的控制点数量还不
够, 需要在室内进一步加密 。 这可利用相片上野外测定的
相片控制点, 用解析法, 图解法等加密 。 近年来, 又因应
用了电子计算机技术, 已采用解析法空中三角测量进行室
内加密控制点的工作 。
相片调绘, 就是利用航空相片进行调查和绘图 。 具体
来说, 就是利用相片到实地识别相片上各种影像所反映的
地物, 地貌, 根据用图的要求进行适当的综合取舍, 按图
式规定的符号将地物, 地貌的元素描绘在相应的影像上 。
3 测图
由于各地区地形不同和测图的要求也不同, 目前采用以下
三种主要成图方法:
(1) 综合法 地物的平面位置在室内利用航空相片确定,
其名称和类别等通过外业调绘确定, 等高线则在野外用平
板仪测绘 。 它综合了航测和地形测量两种方法, 故称综合
法 。 此法适用于平坦地区作业 。
(2) 微分法 在野外控制测量和调绘工作完成后, 在室内
进行控制点的加密工作 。 然后, 在室内用立体测量仪测定
等高线, 再通过分带投影转绘确定地物, 地貌的平面位置 。
因为立体测量仪的解算公式是建立在微小变量的基础上,
所以称为微分法 。 又因为确定平面位置和高程分别在不同
的仪器上进行, 故又称为分工法 。 微分法采用的仪器比较
简单, 但因受仪器限制, 此法一般适用于丘陵地区 。
(3) 全能法 在完成野外控制测量和相片调绘后, 将具有重
叠的航空相片, 在全能型的仪器 (如多倍仪和各种精密的
立体测图仪等 )上建立地形立体模型, 并在模型上作立体
观察, 测绘地物和地貌, 经着墨, 整饰而得地形图 。 此法
适用于山区或高山区 。 此法所用的仪器比较精密, 成图质
量比较高, 但仪器价格比较昂贵 。