测量学第10章 地理空间信息的应用（网院）1.ppt

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1、1,前9章是基础测量部分，介绍了测量的三大基本要素的测量方法、控制测量、野外数据的采集方法以及地形图的成图方法，使我们了解和认识了测图的过程。野外数据的采集是获取空间地理信息的方式之一。 后5章是工程测量部分。其中，第10章是工程测量部分的基础内容。通过这一章，我们要学习的是如何从一张地形图上获取我们需要的地理空间信息以及如何利用地形图为工程建设服务。,2,10.1 概述10.2 地形图应用的基本知识10.3 面积量算10.4 在地形图上按一定方向绘制断面图10.5 地形图在平整场地中的应用10.6 地理信息系统的简介,地形图在工程中的应用,地形图应用的基本知识,知 识 点 一,地理信息系统简

2、介,3,地形图应用的基本知识,一、概述二、地形图应用的基本知识地形图的识图地形图的基本应用,4,一、概述,地理空间信息的信息源纸载地形图、数字地形图和电子地图是GIS系统中基础图件，也是地理空间信息的信息源。地形图上既有空间信息和属性信息。,纸载地形图与数字（电子）地图的精度比较纸载地形图：成图前的数据采集时的仪器精度低；成图中产生绘图误差；成图后测量数据的量取产生图解误差。数字(电子)地形图：成图前的数据采集时的仪器精度高；成图过程中计算机成图也不产生绘图误差；成图后测量数据的量取也不产生图解误差。数字地形图的精度高于纸载地形图。,5,二、地形图应用的基本知识,地形图的识读图外注记识读：地物

3、和地貌的识读：野外使用地形图的方法 地形图应用的基本知识 确定点位的平面坐标 确定两点之间的距离,6,（一）图外注记识读,1. 图号、图名和邻接图表； 2. 比例尺、图幅范围、坐标系统、高程系统； 3. 测图年月和测图单位； 4. 图的新旧。 5. 三北方向线关系图和坡度尺,一般原则: 先图外后图内、先地物后地貌、 先注记后符号、先主要后次要。,地形图的读图方法,7,3420.0521.0,1. 图号、图名、内外图廓和接图表2. 比例尺,8,经差为345，纬差为230。东经：11303451130730北纬：223730224000,第一坐标纵线38404km，38为3带带号横坐标值为404k

4、m500km= 96km，第一坐标横线为2504km。,3. 经纬度 与坐标格网4. 坐标系统 高程系统 图式、测图 日期测图者,9,5.三北方向线关系图和坡度尺 三北方向间的角度关系图一般绘制在中、小比例尺图的东图廓线的坡度比例尺上方。,10,地物识读,1. 测量控制点2. 居民地3. 工矿企业建筑4. 独立地物5. 道路、管线和垣栅6. 水系及其附属设施7. 植被的分布、类别、面积等8. 境界等,主要根据地形图图式进行判读。,地貌识读,主要根据地形图上的等高线进行判读。 主要包括： 地面坡度的变化、地势起伏的大体趋势，是否有山头、鞍部、山脊、山谷及其大致走向等。,（二）地物地貌识读,11,

5、野外使用地形图时，经常要进行地形图的定向，在图上确定站立点位置，地形图与实地对照,以及野外填图等工作。 当使用的图幅数较多时，为了使用方便对地形图进行拼接和粘贴。方法：按照接图表所示的相邻图幅的图名和图号，将各幅图按其关系位置排列好，按左压右，上压下的顺序进行拼贴，构成一张范围更大的地形图.,（三）野外使用地形图,12,地形图的野外定向,使图上表示的地形与实地地形一致。,罗盘定向：根据地形图上的三北关系图，将罗盘的指针北端指向北图廓，并使其刻度盘上的南北线与地形图上的真子午线(或坐标纵线)方向重合，然后转动地形图，使磁针北端指到磁偏角值，完成地形图的定向。适合山区。,地物定向：首先，在地形图上

6、和实地分别找出相对应的两个位置点.例如，本人站立点、房角点、道路或河流转弯点、山顶、独立树等，然后转动地形图，使图上位置与实地位置一致。适合城镇、乡村。,13,1.恢复P点所在格网2.过P作格网平行线3.用比例尺量或计算X、Y恢复格网得正方形abcd，a点坐标为：Xa=700，Ya=1100量取am、ae的长度注意：应按比例化算成实地距离），则P点的坐标为：XP = Xa + （ae/ad）*100， YP = Ya + （am/ab）*100。,a,e,f,m,d,c,b,n,例：量测P点坐标。,(Xa,Ya),确定点位的平面坐标,地形图应用的基本知识,纸质图：图解法,电子图：cass70/

7、工程应用/查询指定点坐标,14,量算线段距离1）图量法：按比例化算成实地距离。2）坐标反算：,确定两点之间的距离,量算折线、曲线距离折线：线段累加曲线：曲线计（P214图10-5）,15,（1）图解法：确定直线MN的方位角MN。 可以直接用量角器量取 。（2）解析法：如图所示，当知道M、N点 的坐标时，公式计算：,确定某一直线的坐标方位角,（3）软件法：cass70/工程应用/查询距离两点距离及方位。,16,例：在图上量得A、B坐标为：,求DAB、AB。,DAB,解：X=683.2-845.6=-162.4 Y=1378.5-1140.3=+238.2,DAB= =288.29,=554253

8、 第象限,AB =180RAB = 1241707,RAB =tan-1 =tan-1 1.466749,17,确定点位的高程,点在两等高线之间：比例内插,点在等高线上：,过B点作一条相对垂直于相邻等高线的线段mn，分别量出mn、nB的长度，设等高距为h，则B点高程：,18,倾斜百分率：h/D = i%倾斜角：= arctg h/D倾斜率：,在地形图上确定某一直线的坡度,19,四.点位的高程和两点间的坡度量测,例1：点位的高程和两点间的坡度量测 在等高线地形图上进行量测,1.点位高程：可根据等高线目估 HE=61.0m, HF=58.3m, HG=61.9m,2.两点间坡度 坡度公式：,设量得

9、F、G的图上距离为28.5mm，求F、G之间的平均坡度。,平均坡度,地面倾角 14.2,20,小结,1. 如何识图以及实地踏勘识图其实质是测图的还原，通过地物和地貌来识别实际地形等；实地踏勘的方法：野外定向 、确定站立点位置；2. 地形图的基本应用坐标、距离、角度（方位角）、高程、坡度等。,21,10.1 概述10.2 地形图应用的基本知识10.3 面积量算10.4 在地形图上按一定方向绘制断面图10.5 地形图在平整场地中的应用10.6 地理信息系统的简介,地形图在工程中的应用,地形图应用的基本知识,知 识 点 一,地理信息系统简介,22,地形图在工程中的应用,一、面积量算二、按限制坡度选定

10、最短路线三、按一定方向绘制断面图四、地形图在平整场地中的应用,23,测量方法：利用地形图量测（图解法） 实地测量数据（实测法）,计算方法：有规则的几何图形 不规则的任意图形,用途：房地产计量，国土规划，土石方计量,精度要求：根据目的和用途的不同而定。,一、面积量算,24,A=A1+A2+A3,几何图形法,把图形分解成简单的几何形状，计算所有简单几何图形面积之和。,2,3,常用几合图形： 三角形 长方形 梯 形 正方形 扇 形 圆 形,25,1. 借助坐标格网图解界址点的坐标。2. 再按公式（解析）计算图形的面积。,3,y3,y2,（1）,（2）,（4）,（3）,4,坐标计算法 （解析法）,26

11、,坐标计算法公式（解析法）,任意n边形：,整理后：,27,（一）透明方格纸法,计算曲线内的面积，先将毫米透明方格纸覆盖在图形上，数出图形内完整的方格数n1和不完整的方格数n2，则面积可按下式计算,n2图形边界所占的不完整方格数,n1为图形边界所包围的整个方格个数,M为比例尺分母,图解法量算面积,28,特点：自动读数自动计算面积 换算面积单位,步骤：准备工作开机设定面积单位设置比例尺面积量测,其优点是操作简便、速度快，适用于任意曲线图形的面积量算，并能保证一定的精度。,（二 ）电子求积仪法,29,利用AutoCAD量测图形面积,利用AutoCAD的面积量测命令，可以量测各种图形的面积。 （1）用

12、PLINE命令，按各界址点或界址边绘出封闭图形。 （2）用（Area）命令量取面积，并可得到界址的周边长度。,其他方法,30,CASS软件的面积计算由计算机地籍管理软件自动计算,31,例如，从山脚A点到山顶修一条公路，限制坡度i=5 。图的比例尺为1:2000，等高距h为2米，要满足设计要求，可先求出路线在相邻等高线之间的最小平距d。 d =h /（i M）= 2 /（0.05*2000）= 0.02米 (1)以A为圆心，d为半径作弧，交等高线于1点； (2)以1点为圆心，d为半径作弧交等高线于2点，如此直到线路到达山顶; (3)把相邻点连接起来，即为所求的最短路线。如果相邻等高线之间的平距大

13、于d时，说明地面坡度小于限制坡度，此时取最短距离值。,二、按限制坡度选定最短路线,32,可按实际情况反复比较不同的方案，选择其中施工方便、经济合理的一条。,33,作A、B的连线；可得各交点的高程；图解各交点的平距；以横轴AB表示平距,以垂直于横轴的纵轴表示高程，画出各交点在断面上的位置；连接这些点，即得到AB方向的断面图；高程比例尺一般比平距比例尺大510倍。,道路/隧道/管线等工程设计，需了解所经路线地面的起伏情况。,绘制断面,三、按一定方向绘制断面图,34,四、 地形图在平整场地中的应用,建筑施工前首先要平整场地。,方法：网格法断面法等高线法,在纸质图上平整土地,35,第1步 绘制方格网，

14、地面10M*10M 20M*20M,1. 绘制方格网（依地形的复杂程度、地形图比例尺和土方计算的精度要求，边长为图上2cm,36,第2步内插法计算各方格顶点的高程,用线性内插法求出，并注记在相应顶点的右上方，如图所示。,2. 计算各方格顶点的高程,37,“挖、填平衡”。先将每一方格顶点的高程加起来除以4，得到各方格的平均高程，再把每个方格的平均高程相加除以方格总数，就得到设计高程H。,Hi每个方格的平均高程n方格总数,3. 计算设计高程,38,第3步“挖、填平衡”，计算设计高程H0=33.04m,H4,H5,H6,H7,H8,H9,H10,H11,H2,H3,Hi每个方格的平均高程,39,分析

15、H的计算过程，可以发现：角点的高程使用一次-边点的高程使用二次-拐点的高程使用三次-中点的高程使用四次-因此设计高程H。可以表达为：,权为1/4,权为2/4,权为3/4,权为4/4,40,即：,将挖、填高度写于相应方格顶点的左上方。正号为挖深，负号为填高。,根据设计高程绘制填挖边界线。,4绘制填挖边界线并计算挖、填高度,根据设计高程和方格顶点的高程，计算每一方格顶点的挖、填高度。,41,计算挖、填高度,第4步绘制挖填边界线,42,挖、填土方量可按角点、边点、拐点和中点分别按下式列表计算。正号为挖，负号为填。,5计算挖、填土方量,43,利用Excel表格计算填、挖土方量,44,断面法,当地形复杂

16、起伏变化较大，或狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土方量计算。此法适合道路和管线的建设。例如，下图为某一渠道的地形图。,45,上图为渠道的断面图。,方法步骤：,1. 绘出相互平行间隔为L的断面方向线；2. 绘纵、横轴比例尺一致的断面图，并将设计高程线展绘在断面图上；,46,3. 确定每一断面图上的填挖方面积（设计高程线与断面图所包围的面积：AWi为挖方面积；ATi为填方面积；i表示断面编号）； 4. 最后计算出相邻两断面图间的土方量 填方量：AT=1/2(ATi+ATi+1)L 挖方量：Aw=1/2(Awi+Awi+1)L,土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高，

17、计算量就越大。尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更是如此；如果因减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度；所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。,47,适用于地面起伏较大，且仅计算挖方的情况。方法步骤：1. 内插求出高程为设计高程的等高线H0；2. 求出高于设计高程的各条等高线围成的面积Pi；3. 计算相邻等高线所围面积的平均值P=Pi+Pi+1，乘以等高距h，即得出各等高线之间的土方量，Ai=Ph；4. 相加求和即得总挖方量A=Ai。,（三）等高线法,48,则，总的土石方挖方量为：,内插出设计等高线高程，设为65m；顶点高程为96m。,等高线法计算面积,49,在数字地形图上平整

18、土地,土方计算的方法：数字地面模型（DTM）法方格网法断面法等高线法,利用cass成图软件中的“工程应用”模块，进行各种工程方面的计算，如绘制断面、计算土方量等。具体操作见cass70软件说明书。,50,小结,三、按一定方向绘制断面图,二、按限制坡度选定最短路线,四、平整场地,网格法（绘制方格网、内插高程、计算设计高程、绘制挖填边界线、计算挖填土方量），断面法，等高线法,d =h /（i M）,横轴AB表示平距，以垂直于横轴的纵轴表示高程,一.几种面积量算的方法：几何图形法坐标解析法图解法（膜片、电子求积仪）Auto CAD或依托的CASS测绘软件等。,51,10.1 概述10.2 地形图应用

19、的基本知识10.3 面积量算10.4 在地形图上按一定方向绘制断面图10.5 地形图在平整场地中的应用10.6 地理信息系统的简介,地形图在工程中的应用,地形图应用的基本知识,知 识 点 三,地理信息系统简介,52,GIS定义 GIS与信息系统 GIS的基本内容 GIS的组成 GIS的功能 GIS的功能实现 GIS的应用领域,地理信息系统的简介,53,一、GIS的定义,1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息系统（GISGeographic Information System）。我国GIS方面的工作自80年代初开始。,GIS是在电子计算机软件和硬件的支持下，运用

20、信息科学、管理科学，对空间地理信息进行综合处理、分析和应用的信息系统。,GIS管理的对象,空间地理信息（数据）主要有空间信息（数据）和属性信息（数据）。空间信息主要是图形数据、高程数据、坐标数据以及自然资源的地理分布数据。属性信息主要是文本信息、法律文档等方面的数据。空间信息和属性信息都具有时间特性。,54,GIS是计算机科学、地理学、测绘学、地图学等多门学科综合技术应用的一门边缘学科。,GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息，这是GIS的重要贡献。

21、,55,二、GIS与信息系统,56,计算机软件、硬件空间数据获取空间数据表达与数据结构空间数据处理空间数据管理空间数据分析空间数据的显示与可视化GIS应用GIS项目管理、开发、质量保证与标准化GIS教育与培训,三、GIS基本内容,57,四、GIS的组成,管理人员和用户,58,1. 硬件（基本配置）,59,2. 软件结构,目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。,主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQL Server、Ingress等,基于AutoCAD AutoMap GIS软件、Intergraph公司的基于MicroStatio

22、n的MGE GIS软件,60,3. 地理空间数据,GIS的操作对象为空间数据空间数据特征：几何、属性、时间数据；空间数据组织：矢量结构、栅格结构；空间数据管理：几何数据：文件 属性数据：关系数据库,61,GIS的数据来源,62,GIS的数据来源特点,统计数据,地图存储介质、现势性、投影转换,遥感、航空影象和数据分辨率、变形规律、纠正、解译特征,地面测量,数字数据格式、精度,多媒体，辅助GIS空间分析和查询,GIS空间数据,63,数据内容与相应设备,64,4. 管理人员和用户,GIS的开发是以人为本的系统工程。业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，

23、而且要具备组织管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。不同领域、不同级别的用户,65,位置（Locations）条件（Conditions）趋势（Trends）模式（Patterns）模型（Models）,五、GIS的基本功能（核心问题）,66,位置,某个特定位置有什么？通过地理空间几何位置查属性例：某地属性的查询,67,条件,满足给定条件的地理对象分布由属性查位置和分布例：森林分布状况,68,趋势,地理对象随时间的变化例：人口变化趋势、耕地面积变化的趋势,69,模式,空间对象的分布模式问题揭示空间对象的空间关系例：商业服务竞争、人才需求状况,70,

24、模型,解决问题方案基于模型的规划、方案设计和项目预测例：公园选址、坝址选定、房地产价格预测,71,测绘与地图制图 国土资源勘察与管理 城乡规划与管理 灾害监测与预报 环境保护 军事与国防 宏观决策支持 数字城市与3S集成,七、GIS应用领域,72,小结,GIS定义：运用信息科学、管理科学，对空间地理信息进行综合处理、分析和应用的信息系统。GIS与信息系统：后者包含前者。GIS的基本内容：软硬件/空间数据获取/数据表达与数据结构/数据处理/数据管理/数据分析/数据显示/GIS应用等 GIS的组成：系统软件、硬件、空间数据、管理人员等GIS的功能：查询、量算、分析、管理与决策等 GIS的功能实现 GIS的应用领域：各行各业,