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1、第9章 地形图的应用,9.1 地形图的识读和应用 9.2 图形面积的量算 9.3 土地平整时的土石方计算 9.4 数字地形图的应用 9.5 GIS概述,第九章 地形图的应用,9.1 地形图的识读和应用,地形图包含着丰富的自然地理和社会政治经济信息，它是土木工程勘测、规划、设计、施工和营运各阶段中的重要依据，正确应用地形图是土木工程技术人员必备的基本技能之一。地形图广泛应用于各项经济建设和国防建设之中，在工程设计、城乡规划、资源勘查、土地开发、环境保护、矿藏挖掘、河道治理等工作中，是必备的基础性资料。在地形图上可以获取各项建设中所需的坐标、高程、方位角、距离、面积、土方量等数据。,9.1.1 地
2、形图的识读,（1）图廓外附注的识读,根据地形图图廓元素，可以获取地形图图名、图号、比例尺、坐标系统、高程系统、等高距、接图表、测图时间及测图单位等基本信息。依据地形图的图名、接图表和图廓坐标可以确定该图所在的位置及其范围；根据比例尺可以知道图形所反映的地物和地貌的详略情况；从测图时间可以判断图的新旧程度，了解地面变化情况。,对于大比例尺地形图，目前一般采用1980 年西安坐标系，一些老地形图上采用的是1954 年北京坐标系，部分城市采用自己的独立坐标系。我国1988 年开始启用“1985 国家高程基准”，原来的“1956 年黄海高程系统”不再使用。,（2）地物和地貌的识读,对地物的识读，主要依
3、靠地物符号。根据图上的地物符号及其位置，可以了解地物分布情况，从中获取居民点、水系、交通、通信、管线、农林等方面的信息。 对地貌的识读，主要是根据地貌符号(等高线)和地性线(山脊线和山谷线)来辨认和分析。首先根据地性线构成地貌的骨干，对地貌有一个比较全面的认识，不致被复杂的等高线所迷惑，再根据等高线分布密集程度来分析地形的陡缓状况，并找出图上分布的主要山头、洼地、鞍部等典型地貌的位置。,地形图上包含的地物和地貌，主要有以下内容：,测量控制点,居民地和垣栅,工矿建(构)筑物及其他设施,交通及附属设、管线及附属设、水系及附属设施、地貌和土质、境界、植被、注记。,包括三角点、导线点、图根点、水准点、
4、GPS 点、天文点等。控制点旁一般注记有点名、等级及高程。,居民地包括一般房屋、简单房屋、建筑中的房屋、破坏房屋、棚房、架空房屋、廊房、窑洞、蒙古包及房屋附属设施。垣栅 包括城墙、围墙、栅栏、栏杆、篱笆、铁丝网等。,9.1.2 求地形图上某点坐标和高程,如图所示，求A 点的坐标。其西南角a点的坐标为(xa、ya)，过A 点作格网线的平行线gh、ef，再量出ae和ag的长度，则：,（1）确定点的坐标,检核：,（2）确定点的高程,如果该点正好在某等高线上，则该点的高程即为等高线的高程，如A点。 如果该点不在某等高线上，则应根据比例内插法确定点的高程。如图，通过B 点作一条大致垂直于两相邻等高线的线
5、段MN，则B 点的高程为：,（1）地形图上求两点间水平距离,9.1.3 求地形图上直线长度及方位角,两种方法：一是用卡规（图示比例尺）或者毫米尺（数字比例尺）直接量取；,（2）地形图上直线方位角,二是利用坐标计算：,9.1.4 两点间平均坡度的确定,欲确定直线AB的坡度，用前面所述的方法确定直线AB 的水平距离和A、B 两点的高程，则AB直线的平均坡度为：,式中h 为A、B 两点间的高差，D 为A、B 两点间的实地水平距离，d 为A、B 两点在图上的距离，M 为比例尺分母。坡度常以百分率或千分率表示。“+”表示上坡，“-”表示下坡。,求两点间的坡度后，即可以按规定的坡度选择线路。,9.1.5
6、绘制某一方向的断面图,如图，欲沿AB 方向绘制断面图，可在绘图纸或方格纸上绘两垂直的直线，横轴表示距离，纵轴表示高程。然后从A点开始，沿路线的方向量取两相邻等高线间的水平距离，按一定比例尺将各点依次绘在横轴上，得A、1、2、B 点的位置。再从地形图上求出各点高程，按一定比例尺(一般为距离比例尺的10倍或20 倍)绘在横轴相应各点的垂线上，最后将相邻的高程点用平滑的曲线连接起来，即得到路线AB 的纵断面图。,9.1.6 在地形图确定汇水面,当在山谷或河流修筑桥梁、涵洞或大坝时，都需要知道有多大面积的雨水汇集在这里，这个面积称为汇水面积。,汇水面积的边界是根据等高线的分水线(山脊线)来确定的。如图
7、，公路SE 通过山谷，在M 处要修建一涵洞，为了设计孔径的大小，需要确定该处汇水面积，即由图中分水线MA、AB、BC、CD、DN 与NM 线段所围成的面积。,9.2 图形面积的量算,在规划设计中，常需要量算一定范围内图形的面积，常用的量算方法有透明方格纸法、平行线法和解析法。,9.2.1 透明方格纸法,数出图形内完整的方格数n1和不完整的方格数n2，则曲线围成的图形的实地面积为：,9.2.2 平行线法,将绘有等距平行线的透明纸覆盖在图纸上，使两条平行线与图形的边缘相切，相邻两平行线间的图形近似为梯形。量出各平行线在曲线内的长度l1，l2，ln，则各梯形面积分别为：,总面积为：,9.2.3 解析
8、法,如果图形边界为任意多边形，可以在地形图上求出各顶点的坐标，直接用坐标计算面积。,如图，将任意多边形各顶点按顺时针方向编号为1、2、3、4、5，其坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)、(x5，y5)。由图可知：,五边形12345的面积等于梯形4455的面积加上梯形5511的面积减去梯形4433的面积减去梯3322的面积，再减去梯形2211的面积。,若图形有n 个顶点，则一般形式为：,整理后用坐标表示即为：,若将各顶点投影于y 轴，则一般形式为：,n 为多边形的边数，当i=1 时，yi1和xi1分别用yn和xn代入；当i=n 时，yi+1和xi+1分别用y1
9、和x1代入。此两公式计算的结果可以相互检核。,9.3 土地平整时的土石方计算,9.3.1 设计成水平场地的土石方计算,（1）等高线法,当场地地面起伏较大，且仅计算土方量时，可采用等高线法。 这种方法是从场地设计的等高线开始，算出各等高线所包围的面积，分别将相邻两条等高线所围面积的平均值乘以等高距，就是此两等高线平面间的土方量，再求和即得总挖方量。,（2）断面法,此法适用于带状地形的土方量计算，在施工场地范围内，以一定的间隔绘出断面图，求出各断面图由设计高程线围成的填、挖方面积，然后计算相邻断面间的土方量，最后求和得到总挖方量和填方量。,依次计算出每相邻断面间的土方量，最后将填方量和挖方量分别累
10、加，即得到总土方量。,（3）方格网法,绘方格网并求方格角点高程,计算设计高程,把每一方格4 个顶点的高程加起来除以4，得到每一个方格的平均高程。再把每一个方格的平均高程加起来除以方格数，即得到设计高程。实际上的计算公式为：,计算方格顶点的填挖高度,计算填挖方量,9.3.2 设计成斜面场地的土石方计算,一般根据填挖土方量平衡的原则，绘制出倾斜面的等高线，但有时要设计的倾斜面必须包含不能动的某些高程点。如果要将原地形改造成通过控制点的倾斜面，步骤如下： （1）确定设计等高线的平距 （2）确定设计等高线的方向 （3）插绘设计倾斜面的等高线 （4）计算填挖土石方量,9.4 数字地形图的应用,9.4.1
11、 用数字地形图查询基本几何要素,（1）查询指定点坐标,（2）查询两点距离及方位,（3）查询线长,（4）查询实体面积,9.4.2 利用数字地形图计算土方量,（1）DTM法土方计算,（2）断面法土方计算,（3）方格网法土方计算,（4）等高线法土方计算,（5）区域土方量平衡计算,9.5 GIS 概述,9.5.1 GIS的基本概念与原理,(1)GIS的定义,历史定义：地理信息系统是以地理空间数据为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。,现代定义：地
12、理信息系统是空间数据的管理系统。,GIS 是 Geographic Information System 的缩写。,数据输入,数据存储,信息输入,系统操作,系统支持,地理分析,硬件系统,地理数据,软件系统,地 理 数 据 库,用户,9.5.2 GIS的组成,计算机主机,硬件系统,应用分析软件,软件系统,用户：,系统组织、管理、维护和数据更新、应用程序开发、信息提取、地理决策,地理数据和用户,9.5.3 GIS的功能,（1）一般基本功能,（2）制图功能,（3）地理数据库的组织与管理,数据输入、储存、编辑功能；,数据的操作与处理功能。,（4）空间查询与空间分析功能,拓扑空间查询；,缓冲区分析；,叠加分析；,距离分析与相邻连接分析。,（5）地形分析功能,等高线分析；,透视图分析；,坡度坡向分析；,断面图分析；,地形表面面积分析。,功能及相关学科树,