地形图知识五.docx

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地形图知识五

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五、地形图是怎样测制的

地形图的测制是个很复杂的工作，是一门专业技术。

这里只能简要地谈谈地形图的测制过程，使同志们了解测绘工作，增长点测绘常识，知道地图来之不易，更好地发挥地图在保卫国防中的重要作用。

要知道地图的测制过程，必须先对我们居住的地球有个初步的认识和了解。

（一）地球是个什么样子

地球是个椭圆形球体，地球的表面起伏不平，十分不规则。

有高高的大山，最高的地方是我国的珠穆朗玛峰，高出海平面8848米多；还有很深很深的海洋，最深的地方是太平洋里的马利亚纳海沟，深约11022米。

两者相差近两万米。

这种高低不平的表面，对于巨大的地球来说，是微不足道的，所以测量上为便于表示它的形状和大小，就忽略不计了。

而是设想海水处于完全静止的时候，把它引伸到大陆内部，形成一个封闭的曲面，这个封闭的曲面叫做大地水准面，把它包围的形体，叫大地球体。

地球的大小，是用它的长半径、短半径和赤道周长等数据表示的。

各国科学家在不同年代用不同方法推算出许多不同的数据，目前我国采用的长半径是6，378，245米，短半径是6，356，863米，赤道周长40，075，704米。

许多人见过地球仪，上面画着山脉、河流和海洋等，还有纵横交叉的细弧线，这就是经纬线。

用经纬线能很方便地确定地球表面上任何一点的地理位置，所以称为地理坐标系。

地球像地球仪一样，是绕着一个旋转轴朝着一个方向不停的转动的，这个旋转轴叫地轴。

地轴与地球表面的交点叫地极、南（下）端的叫南极，北（上）端的叫北极。

地球的中心叫地心。

在地球仪上南北方向的弧线是经线，一周所有经线的长度都是相、都汇合在南北极点上。

一八八四年国际经度会议规定，以通过英国伦敦格林威治天文台子午仪中心的经线为0°经线，作为经度的起算，所以又叫起始经线。

从0°经线往东叫东经，往西叫西经，东、西各分180°。

习惯上以西经20°和东经160°为分界，又把地球分为东西两个半球。

在地球仪上，东西方向的弧线是纬线。

假如从地轴的正中间象切西瓜一样，将地球切成南北两半，上（北）边的一半叫北半球，下（北）边的一半叫南半球。

被切的这个平面，叫赤道面。

赤道面与地球表面相交的线叫赤道。

赤道，是距南、北极相等的一个最大的圆圈，也是最长的纬线，纬线从赤道往两极越来越短，到了两极就缩小成一个点了。

科学家们把赤道定为0°纬线，从赤道向两极各分为90°，赤道以南叫南纬，赤道以北叫北纬。

我国的位置在北半球，是北纬地区。

（二）怎样把地球的曲面画到平面图纸上

标绘战术情况，地球既然是个巨大的椭球体，它的表面又高低起伏不平，很不规正，可是我们平时看到的地图都是平面的。

一个是曲面，一个是平面。

用什么办法把不可展的曲面变成平面呢?

制图学家创造的地图投影，就是解决这个矛盾的方法。

什么叫投影?

这种现象是我们随时随地都能看到的。

比如晚上孩子们在灯光下做游戏，把两只小手一合，大拇指一跷，便看到墙上出现兔子、小狗的影像。

又如过正月节时做的走马灯，当夜晚灯里的蜡烛一亮，在灯笼的纱罩上，就会出现各式各样人物的影像。

这些现象就是投影。

地图投影，就是把地球椭球面上的点、线（即经纬线）投影在平面图纸上。

可是地球这么大，又是个实心的物体，怎样进行投影呢?

投影的方法是：

假想地球是个透明的球体，在球面画上经纬网，在球心装上一个电灯，在地球表面放上平面图纸，然后打开灯光，这样，地球表面上的点线就投影到平面图纸上了。

制图学家根据这种办法提出许多种投影方法。

如方位投影、圆柱投影和圆锥投影等。

人们使用地图的目的不同，对地图的要求不一样。

为了满足不同的用途和要求，就要有适应各种需要的地图投影。

比如国家经济建设部门希望使用面积变形很小或者没有变形的地图；航海者希望使用角度没有变形的地图，以便保持准确的航向；军用地形图，希望地图与实地，在面积、距离和角度上都能保持完全相似，以便指挥军事行动。

如果我们想选一种各方面（包括角度、长度和面积）都保持不变的投影，有没有呢?

严格地说是没有的。

因为要把曲面展成一点也不变形的平面是不可能的，就像要把一个桔子皮展平，无论如何也做不到既不裂口也不发绉是一样的道理。

但如果使其变形尽量小些，限制在最小范围之内，还是可能的，这就是地图投影的责任了。

我们用的1∶2.5万-1∶50万比例尺地形图，采用的是高斯--克吕格投影。

它是十九世纪德国数学家高斯从数学方面研究创造的，后来又经过德国大地测量学者克吕格，于1912年提出了高斯投影的计算公式，并且把它应用到地球椭球面上，所以叫高斯--克吕格投影，简称高斯投影。

这种投影，是假想用一个椭圆柱横套在地球的外面，并与地球椭球面上某一经线相切，然后，按等角的条件，将椭球体上的经纬线投影到这个圆柱面上。

为了控制变形，首先按一定的经差把地球表面分成若干带，再使圆柱面沿赤道面，依镒和每带的中央经线相切，实行分带投影。

最后从两极沿圆柱母线切开，将此圆柱面展平，便得到高斯投影在平面上的图形。

高斯投影的分带方法，有6°分带和3°分带两种。

3°分带用于大于1∶2.5万比例尺地图，6°分带用于1∶2.5万~1∶50万图。

6°分带是从起始经线，由西向东每隔经差6°为一投影带，将全球分为60个带。

我国位于东经72°至138°之间，共占11个投影带，即13~23带，各带中央经线依次为75°、81°、87°、…135°。

这样分带投影，就可以把投影变形控制在一定的范围内。

这种投影的特点是：

精度高，变形小，计算简便，各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用。

用这种投影测绘的大比例尺地形图，可以满足军事上各种需要，能在图上进行精确地量测计算。

我们的海图，主要是用墨卡托投影。

墨卡托投影是荷兰制图学者墨卡托在1560年推算的，所以叫墨卡托投影。

这种投影是一种等角正圆柱投影。

这种投影的特点是：

经线是平行直线，并且间隔相等：

纬线也是平行直线，并与经线垂直；纬线随纬度的增高而向两极逐渐伸长；投影后角度无变形。

因此，能满足航海的要求。

对舰船在航行中定位，确定航向都具有有利条件，给航海者带来很大方便。

我们的航空图，采用的是双标准纬线等角圆锥投影，或称正轴割圆锥投影。

这种投影的特点是：

两条标准纬线投影后保持长度不变；两经线间夹角与相应的经差成正比。

对于保持准确的航向和量测计算非常方便。

1∶250万《中华人民共和国全图》也采用这种投影，它的两条标准纬线分别为25°和45°。

能正确地反映我们伟大祖国九百六十万平方公里的锦绣山河。

不同的用图目的和要求，通过周密的计算和比较而确定的。

随着科学的发展，地图投影也在不断的创新、发展，新的投影方法还会不断出现。

（三）测制地形图有哪些过程

地图测制是个复杂的工作，它的测制过程，主要有以下几个大的步骤：

首先，是天文大地测量，就是先在地面上测定若干个精确的控制点，做为地形测图的基础；其次，是采用航空摄影测量（或平板仪测量）的方法，通过室外作业和室内作业工作把地貌和地物测绘成地形原图；然后，对地形原图进行认真地清绘、整饰加工；最后，印刷成多色地图。

1.百年大计建基础

建筑厂房，为了坚固耐用，不至于倾倒，首先要选好厂址，打好地基。

测绘地图也是一样，为了防止遗漏和重测，保证地图精度，也是建立稳舀的大地控制基础。

这就是用精密的仪器，科学的方法，测这地面上许许多多点位的坐标和高程。

测定的这些点，叫做大地控制点；测定这些点的方法，叫大地测量。

我国的面积这么大，为了测绘全国的地形图，就要在全国范围内测量很多很多大地点，如果都用高精度的测量方法测量，不仅经济上不合算，在时间上也不允许，实际上也没有这种必要。

为此，测绘工作者想了一个办法，叫"分级布网，逐级控制"。

把控制点分为四个等级，即一、二、三、四等点。

一等点之间距离最远（几十公里），精度最高；再以一等点为基础测二等点，距离稍近，精度稍次；最后测三、四等点。

这些点纵横交错，布满全国，并根据观测、计算条件，构成许多互相联接的三角形，有的象网状，有的象一条锁链，所以起名叫三角锁或三角网。

这些点又是怎样测量的呢?

首先是选点，就是选择展望良好，视野开阔，保证邻近各点都能互相看得见的点。

其次，是在选定的各点上建造测量标志。

我们平常在高山上、旷野里、城垣上看到的三角标，就是测量人员建造的。

第三，是在三角标下面的中心点埋设标石。

标石多是用砂石水泥浇灌的，是控制点的永久标志。

第四，用精密测量仪器在每个点上观测相邻各点之间的水平夹角和高低角。

最后，经过外业概略计算和内业严密计算，便能得到大地测量成果。

有了这些成果，就可以进行地形图的测绘了。

2.踏遍青山测新图

大地测量，如果比做建厂房打地基，那么地形测量，就是砌砖垒墙加房顶了。

这个施工过程一结束，房屋的轮廓就出现了。

地形测量工作一完成，得到的便是地形原图。

总之，投影的选择是根据

地形测量的方法很多，目前采用的主要是航空摄影测量方法。

这种方法具有成图速度快、精度高和大部工作在室内进行等优点。

航空摄影是用特制的摄影机装在飞机上对地面进行摄影。

为了满足测图的要求，要按事先计划好的航线进行连续地拍摄，拍摄时角度要小，同一条航线的航高要尽量保持一致，并且还要有一定的重迭。

这样拍摄的像片，才能适应测图的需要。

取得像片后，还要进行野外加密控制点和像片调绘?

因为大地控制点数量有限，满足不了外业测图的需要，为了弥补大地点的不足，必须补测一定数量的控制点，以便测图人员不论站在哪个地方测图都有控制点控制地形的准确位置，以保证测图精度。

像片调绘的目的是把像片上不易识别的地物和像片上不能反映出来的桥梁性质、载重量，公路质量河水流速，地理名称等进行现地判读和调查。

室内测图是根据不同的地形，采用不同的测图方法，在室内利用特制的航测仪器进行各项具体测图工作。

如根据大地控制点在室内利用像片进行补测控制点，从而减少野外工作量，叫做辐射三角测量。

因为航摄时飞机飞行不可能保持绝对水平，所拍各张像片比例尺不很一致，要在室内用特制的仪器进行纠正，统一像片比例尺，叫做像片纠正。

对地貌起伏较大的地区，就用特制航测仪器进行室内测绘等高线等。

这样，通过不同的手段和方法，就可以把山山水水测绘到图纸上。

再经过转绘、着墨或像片镶嵌、整饰后就成地形原图了。

3.巧夺天工绘山河

经过航空摄影测量得到的地形原图，还是一种线画粗细不匀，字体大小不一的图稿，还要经过绘图人员的精工描绘，细心加工，达到字迹清秀，线画优美，符号工整，实用美观，清晰易读和符合印刷的要求。

这一步工作就叫做地图清绘。

随着科学的发展，近年又出现一项新的制图工艺--刻图法。

这种方法是先把地形原图晒印在涂有刻图膜的胶片上，再用特制的刻图工具，进行精雕细刻。

刻出的质量不仅超过绘图水平，而且具有速度快、工艺简化的优点。

目前，正在推广之中。

前面介绍的地图清绘工作，主要应用在1∶5万等大比例尺地形图，而小比例尺地图是经过编绘而成的。

这就是地图编绘的任务了。

所谓地图编绘，就是利用较大比例尺地图做资料，按新编地图比例尺要求，用图目的和地区特点，经过综合取舍，编绘成新的较小比例尺地图。

像1∶10万、1∶20万、1∶50万、1∶100万、1∶200万等地图，都是这样编绘出来的。

地图编绘的方法很多，目前主要采用的是照相复制法。

这种方法是：

先对资料进行分析、选择并拼贴成原稿；再按编绘规范和有关技术规定对各要素进行综合取舍；然后再进行清绘。

取舍的一般原则是：

有的取其主要的舍去次要的。

如道路，取其铁、公路，舍去小路、大路；河流，取其大的江河，舍去小的河溪。

有的只表示它的准确位置，而不能保持它的完整性。

如居民地的位置都要表示准确，而居民地内的具体街巷和某些建筑就不能详细都表示出来了。

有的只能舍去，而不能合并。

如海岛，能表示的就要表示，太小的表示不出来的，就干脆舍去，不能把几个小的岛屿合并起来表示。

对地貌的综合主要要保持地貌类型特征和山脉走向，同时也要注意地貌的完整性。

经过上面这些工作，得到的还只是一付单色原图，还需要加色描画，送到工厂进行印刷，才能得到大量的彩色地形图，满足使用需要。

（四）走向自动化的明天

随着科学的发展，地形图的测制技术，也在不停地向现代化进军！

未来，将是人造卫星、遥感技术、激光技术和电子计算技术在测绘军用地图上大显神通的时代。

目前，子午仪导航卫星还不能实现连续导航和定位的要求。

据说，美国正在计划发射一个新的卫星导航系统，名叫导航卫星全球定位系统。

这个系统预计在八十年代中期完成。

它包括二十四颗卫星，分布在三个倾角各为60°的圆形轨道面上，每个轨道面上各有八颗卫星。

卫星的高度约22000公里，绕地球一周12小时，可以保证在地球上任何地方和任意时间内都能看到8至9颗卫星。

从而能实现连续的导航和定位，满足陆海空军各部门的要求。

现在正在研制不同类型的多普勒接收机。

高精度接收机，一次就能同时接收四颗卫星的信息，迅速而连续地定出位置。

稍低精度的接收机，一次能同时接收两颗卫星的信息，接连观测二次，便可定出位置。

单人背负式接收机，只有五公斤左右，单独活动的个人，可以随时测定自己的准确位置。

一种新的自动测量系统，将有奶大的发展前途。

这就是惯性测量系统。

什么是惯性测量?

简单地说，就是利用惯性作用产生的基准来进行测量。

例如，人在跑步时不能突然停下来；火车急刹车后，还要向前走一段路程才能停下来；高速旋转的地球、陀螺，它们的轴永远指向一个固定的方向，等等，都是惯性作用。

利用这种惯性定向的特点，就能很容易地找到一个基准，在机动的车辆或飞机上进行测量。

这就好比把整置水平的平板仪，一边搬着走，一边测量一样，既快速又准确。

这是测绘人员长期以来的理想，不久将要实现。

在大力发展高分辨力航空摄影的同时，许多国家正在注意发展长焦距象机，多光谱扫描机和固定传感器线性装置的新系统，以供高空航天摄影之用。

航天遥感技术将完全可以用于军用地形图的测制。

激光技术将在测绘工作的各个方面应用，除了激光人卫测距仪，还将采用激光陀螺定向，用激光进行水下摄影，用激光进行象片扫描纠正，用激光进行绘图和作出全息地图，以及用激光进行数字存贮和印刷等。

随着电子计算科学、微电子学和影象处理技术等科学技术的发展，测图和制图的全自动化势在必行，解析法测图和数字化测图将代替人工观测和描绘，作到既迅速又准确。

过去，绘图一直用小笔尖、曲线笔。

现在，计算机绘图正在进行试验，将来，不但能解决绘图问题，甚至用计算科学的"人工智能"，也一定能解决复杂的编图问题。

将来的前景，必将是：

位于轨道上的空间飞行器，直接把地形信息传送到地面的资料处理中心，立即自动成图。

如果到了那一天，测绘军用地形图的工作面貌，将要发生一次很大的革命。

无论军队的战斗行动和尖端武器的使用，不但在空间能获得足够的测绘保障，而且能做到掌握它的随时变化。

六、地形图的现在与未来

地图，不论现在和将来仍然是各军兵种组织指挥战斗行动的重要工具。

但是，随着科学技术的发展和部队的需要，地图的面貌正在发生重大的变化。

首先，我们过去经常看的和使用的，都是用线画和符号表示地物地貌的地形图，这种线画地图现在已经不能独占鳌头了。

线画地图的优点是简单、明了；但也有它的不足之处，即生产周期长，表示地形不详尽，立体感差。

随着军事需要和航空摄影测量技术的不断改进和发展，又出现了另一种新型的地图--影像地图。

这种图保留了原来摄影时地物地貌的影像，所以，叫影像地图。

它是直接根据航空像片或卫星像片，用正射投影仪器自动或半自动地，快速生产出来的。

这种地图，不但保留了像片上的影象，而且还加绘有等高线，不但能清楚地辨认出地貌起伏形态，还能看到地物的形状，甚至连高楼大厦的层次都能数出来；军事上需要的地形要素，都要加以特别标绘，不需要的就要予以剔除。

所以，影像地图一问世，就受到部队的欢迎，都夸奖它比线划地图使用方便，容易判读。

但是，影像地图的比例尺不能太小，比例尺愈小，地物影像愈不清楚，而不需要的内容却占了大量幅面。

进入七十年代以来，由于全息照像技术的发展，现在在地图家族中，正孕育着另外一个新成员，这就是"全息地图"。

"全息"是什么意思呢?

顾名思义，就是全部的信息。

前面已经说过，普通航空摄影是利用透镜成像原理，在感光胶片上记录反映被摄地形表面光线强弱变化的平面图像，所以，从影像地图上只能看出地物地貌的表面分布情况，而不能看出立体。

全息照相，不单是记录了被摄地物地貌的反射光波的强弱，而且还记录了反射光波的相位，所以能看出立体，能看出地面物体在空间的相互分布关系。

全息图：

是在相干雷达中，用高度相干的微波发生器，一方面发出信号照射地面，一方面发出一束参考波，飞机飞行时，从飞机航线上每一点接收到的地面反射信号与另一束参考光束，在感光胶片上迭加而产生一个相干图样，这个图样，就称为全息图。

从全息图上还不能看出原来被摄地形的表面图像，要用激光加以处理，才能得到所摄地形的立体形像。

这个立体形象非常逼真，观测者可以从不同角度看出地形的不同侧影。

这种逼真的地图，在军事上的价值要比一般地图高得多，特别有利于指挥员研究实地地形情况。

目前，这种地图还在试验阶段，国外有的国家已经取得一定成果。

另外，用全息摄影的方法，还可以制成全息缩微地图。

根据过去的经验，组织一次大的战役，需要成百吨地图，而地图的储存和分发就是个很大的问题，如果用缩微照相或全息缩微照相的办法，把地图缩制成电影胶卷那样小的缩微片，保存和输送就简便多了。

过去一个战区需要一个大仓库存放的地图，经过缩微，简直是装在一个饭盒里就可以带走了。

地图的演变，由线画地图，影像地图到全息地图，是逐渐由低级向高级发展，这是一种必然的趋势。

目前，影像地图虽然在一些国家已开始大批生产，但总的来说，主要的品种还是线划地图。

在地图家族中，还有一个更年青的成员，就是数字化地图。

这种地图和我们平常看到的地图比较起来，已经是面目全非了。

它既没有线画、图形，也没有影像，却满纸都是数字，成了一种没有图形的"地图"，存贮在计算机磁带和穿孔带里。

这种地图虽然没有图形，可是它的本领却很大，不仅能自动转变成有图形的地图，还能自动充当巡航导弹的向导哩！

巡航导弹，很象一架有翼的无人驾驶飞机。

当它从飞机、舰艇或基地飞出来以后，能贴近敌方的地面静悄悄地飞行，能按预定的路线，在山谷河滩之间转弯抹角地接近敌方目标，不让敌人发现它。

巡航导弹为什么能有这样的本事?

因为它肚子里有一部微型计算机，里面装着数字化地图。

数字化地图，就是把地形图或影像地图，划分成许多小方格（方格越小，显示地形越详细），并在每个小格上以五米（依需要而定）为单位，标出该方格内的平均海拔高度，得到数字阵列图。

从这个图中就可以看出海拔高度与位置的一定关系；高程数字就是地形坐标（x、y）的函数。

导弹在飞行前，先把预定的飞行路线上的数字按飞行顺序输送到计算机的存贮器里，再按预定路线起飞。

在飞行中，它一边飞就一边通过雷达（传感器）不断地测量弹道下面点的高程。

测一个高程值，就应该能找出地面上相应的一个点，这样计算机就能给导弹的自动驾驶仪下达命令，使导弹沿着正确路线飞行，象长关眼睛一样将导弹准确地带到目标。

在这里，数字化地图名符其实地起到了向导的作用。

随着科学的发展，地图的面貌还将会有更新的变化，我们必须努力学习科学文化知识，适应国防现代化建设的需要。

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