工程建设中地形图的应用DOC.docx
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工程建设中地形图的应用DOC
第一章工程建设中地形图的应用
第一节地形图在工程建设勘察设计阶段的应用
1设计用地形图的特点
工程建设一般分为规划设计（勘测）、施工、运营管理阶段。
在规划设计时，必须要有地形、地质等基础资料，其中地形资料主要是地形图。
没有确实可靠的地形资料是无法进行设计的，地形资料的质量将直接影响到设计的质量和工程的使用效果。
设计对地形图的要求主要体现在以下三方面：
意识地形图的精度必须满足设计要求；二十地形图的比例尺应选择恰当；三是测图范围合适，出图时间要快，具有较好的实时性。
2地形图在水利工程勘测设计阶段的应用
我国具有极其丰富的水资源、港湾和海洋资源。
为了开发和利用这些资源，必须兴建水工建筑物，如河坝、船闸、运河、港口、码头等。
为了合理地选择水利枢纽的位置和分布，以便使其在发电、航运、防洪及灌溉等方面都能发挥最大的效益，需在全流域测绘比例尺为1:
500或1:
100000的地图，以及水面与河底的纵断面图，一边研究河谷地貌的特点，探讨各个梯级中水利枢纽水头的高低、发电量的大小、回水的分布情况以及流域与水库的面积等，并确定各主要水利枢纽的型式和建造的先后顺序。
拦河坝市水利枢纽工程中的主要工程，地形和地质条件决定了坝址的位置。
最有可能建坝的地方是在河谷最窄而岩层最好的河段。
为了确定建坝以后在河流上形成的水库淹没范围及面积，计算总库容与有效库容，设计库岸的防护工程，确定哪些城镇、工矿企业以及重要耕地被临时淹没或永久浸没，并拟定相应的防护工程措施，涉及航道及码头的的位置，指定库底清理、居民迁移以及交通线改建等的规划，需要各种不同精度的地形图。
3地形图在城市勘测设计阶段的应用
城市的建设也离不开地形图，在确定城市的整体布局时需用各种大、中、小比例尺的地形图。
比如：
道路规划、各种管线的规划、工矿企业的规划以及各种建筑物的规划等。
在设计中如果没有地形图，设计人员就没办法确定各种工程及相应建筑物的具体位置。
利用1:
2000或1:
500比例尺地形图作为选址的依据和进行总图设计的地图，在图上设计人寻找合适的位置、放样各种设施、量取距离和高程，并进行工程的定位和定向及坡度的确定，从而计算工程量和工程费用等。
设计人员只有掌握了可靠的自然地理、资源及经济情况后才能进行正确合理的设计。
4地形图在工程建设中的其他作用
地形图除了在设计阶段的作用外，在工程施工和工程竣工验收过程中也少不了。
总之，地形图在工程建设中必不可少的重要资料，没有确实可靠的资料是无法进行设计的。
地形资料的的质量也将直接影响到设计的质量和工程的使用效果。
所以，在有关规程中明确规定：
“没有确实可靠的设计基础资料，是不能进行设计的。
第二节工矿企业设计对地形图的进度要求
工矿企业设计对地形图的要求主要体现在三个方面：
一是地形图的精度必须满足设计要求；二是要选择恰当的比例尺和测图范围；三是出图时间要比较快。
对于工矿企业设计来说，地形图主要用于总图运输设计，结合工矿企业的特点和地形图提供的原始资料，合理布局生产设备和生产车间相互之间的位置。
1工矿企业设计对地形图的平面位置精度要求
图1-1
体的生产工艺流程，将主要建筑物的轮廓位置按设计所需比例尺绘在透明再将透明纸覆盖在相同的比例尺地形图上纸上，或者做成相同比例的模型摆在地形图上，调整建筑屋顶的安放位置。
同时要考虑现场地形条件、原有建筑物的限制、生产工艺要求等条件。
综上所述，一般要求地形图上场地边界的地物点位置误差不得大于图上±1mm。
在进行总平面的设计时，先按照城市规划、卫生、消防等部门的要求结合具体的生产工艺流程，将主要建筑物的轮廓位置按设计所需比例尺绘在透明再将透明纸覆盖在相同的比例尺地形图上纸上，或者做成相同比例的模型摆在地形图上，调整建筑屋顶的安放位置。
同时要考虑现场地形条件、原有建筑物的限制、生产工艺要求等条件。
综上所述，一般要求地形图上场地边界的地物点位置误差不得大于图上±1mm。
建筑物位置确定后，将其标定在地形上，然后在主要建筑轴线方向上确定两点A、B（如图1-1所示），图解出它们的坐标并反算出方位角α´，将AB方向作为施工坐标系的X（或Y）方向，再在适当位置取一点作为施工坐标系的原点，通常取A点为坐标原点，然后根据AB的设计距离，计算B点的施工坐标。
另外，由总平面设计的解析数据可以计算出其他个点的施工坐标。
再按此施工坐标系将一些重要的设计内容绘在地形图上，量测其与现行地形地物的相对位置，进行检核。
有此在地形图上确定施工坐标系的原点位置的允许误差一般为图上的1～2mm。
所以我们可以认为，这项检核的允许误差亦为1～2mm。
考虑量测的误差，可以得出设计对地形图上地物的平面位置允许误差不应大于图上1mm。
2工矿企业设计对地形图高程精度的要求
工业厂地的地面竖向布置，就是将厂区的自然地形加以整平改造，以保证上产运输有良好的联系，合理地组织排水，并要使土方量最小且填挖方量平衡。
根据设计过程，我们可以从地面连接方式设计、建筑物高程设计以及土方量计算等方面分析设计中对地形图高程的精度要求。
工业场地的地面连接方式一般分为平坡式和阶梯式两种，在实际应用中应根据企业的性质、总平面布置、地址的地质结造及自然地形因素综合考虑决定，其中地形因素有决定性的影响。
地形图可供量取自然地面的坡度，确定地面起伏，即在图上用分规（或直尺）量取两根等高线之间的平距L，根据这两等高线的高程H1、H2，则可以求得相应的地面坡度为
（1-1）
在进行地面连接方式的设计时，若场地采用平坡式连接，因关系到场地中的排水问题，所以规定场地的最小排水坡度为0.5%。
一般要求图解坡度的误差不大于场地最小排水坡度的一半，当采用平坡式连接时，对地形图高程的精度要求最高。
设允许图解坡度误差的限差为
，则图解的坡度中误差
为
（1-2）
设计规范上规定，设计地面平整的宽度不应小于100m，否则应采用阶梯式设计。
以上是设计竖向布置系统和地面连接方法对于等高线高程的精度要求。
建（构）筑物的地坪高程、铁路轨顶高程、道路中心线高程以及工程管网的设计原则是要使其尽量与自然地形相适应，考虑到排水条件，室内地坪一般要高出室外地面0.15～0.50m。
地下管道埋设深度最浅为0.6m.因此，平坦地区地形图的高程中误差可为±0.15m，最大误差应为±0.3m以内。
土方量是进行投资预算、施工准备以及论证设计方案可行性的资料，是在竖向布置的高程设计完毕后进行计算的。
其计算的允许误差为10%～20%，受到确定整平坡度的大小、土方量计算的方法、施工验收的方法、土的松散系数、等高线的高程误差等因素的影响。
一般认为等高线高程误差对于土方量计算的影响应小于5%。
土方量计算对地形图的高程精度要求见表1-1。
表1-1土方量计算对地形图的高程精度要求
坡面坡度
0.05以下
0.05～0.10
0.10～0.15
0.15～0.20
每一万m²用地土方量（m³）
2000～4000
4000～6000
6000～8000
8000～10000
h均（m）
0.3
0.5
0.7
0.9
五万m²用地土方量mh（m）
0.17
0.28
0.39
0.50
从上面可以看出，设计中对于地形图的精度要求常取决于设计的方法。
随着科学技术的进步，设计方法在不断地更新，也将对地形图的精度提高要求。
第三节大比例尺数字测图的地形图精度
在工程规划和方案设计中需要各种比例尺的地形图，其中校比例尺地形图大多利用现有资料进行汇编而来，二大比例尺地形图则是由实地实测。
在这里，主要讨论大比例尺地形图的测绘精度问题，通过分析地形图精度影响的因素，从而确定适合的测图方法，更好地为设计服务。
由于影响地形图精度的因素很多，而且其中有些因素的影响很难用具体的数字来描述。
所以，在这里进介绍精度分析的一般原则和方法，并给出一定的经验数据。
目前我国测绘地形图的方法主要有野外地面测图和摄影测量法（航测、地面近景摄影）成图，地面测图方法又分为模拟法测图和数字测图，所测的地形图绝大都数是为了满足工程建设所需的大比例尺地形图。
下面主要讨论数字测图的精度。
野外采样大比例尺数字测图的全过程几乎都是遵循解析分析方式进行的。
虽然最后成果仍可表现为图解的线划图，但与传统的平板仪测图想必有本质的区别。
前者不但在效率上有很的提高，而且减轻了野外作业的劳动强度，更为突出的是地形图数学精度的提高。
数字测图是利用电子速测仪（全站仪或半站仪）配合棱镜在野外测量测站至地物点的方向、距离和高差，并将野外测量的数据自动传输（或人工健入）到电子手簿、磁卡或便携式微机内记录。
现场绘制地形（草）图，到内室将数据自动传输到计算机，借助计算机及配套的数字测图软件，人机交互编辑后，按一定的比例尺及图示符号自动生成数字地形图，并控制绘图仪自动输出地形图。
这种方法是从野外实地采集数据的，所以又称野外地面数字测图（以区别其他的数字测图，如航测数字测图），其实只是一种全数字机助测图的方法。
测绘出的地形图是以计算机磁盘（或光盘）为载体的数字地图，它以数字的形式表达地形信息（几何信息和描述信息）。
1数字测图时地物点平面位置的误差来源
数字测图时地物点平面位置的精度可用地物点相对于临近的图根点的点位中误差（实地）来衡量。
数字测量是地物点的平面位置的误差主要受下联误差的影响：
﹙1﹚定向误差对地物点平面位置的影响----m定；
﹙2﹚对中误差对地物点平面位置的影响----m中；
﹙3﹚观测误差对地物点平面位置的影响----m测；
﹙4﹚棱镜中心与待测地物点不重合对地物点平面位置的影响----m重；
因此，数字测图时地物点相对邻近的图根点平面位置的点位中误差可用下式表示：
（1-4）
2数字测图时地物点平面位置的精度分析
2.1定向误差对地物点平面位置的影响m定
对地物点平面位置的影响可用下式计算：
（1-5）
式中D-------测站点到地物点的距离；
-------定向方位角中误差；
--------206265″。
设测站点坐标（X0,Y0）,定向点坐标（X1,Y1），则定向方位角
为
（1-6）
式中,
=X1-X0,
=Y1-X0。
对式（1-6）微分得
（1-7）
式中D0------测站点到定向点的平距。
将式（1-7）转化为中误差形式
（1-8）
式中,设两个图根点之间的相对误差为mxy,且m
，则
（1-9）
2.2对中误差对地物点平面位置的影响
对中误差包括测站对中误差和定向对中误差，它通过对测角的影响而影响地物点平面位置。
根据对中误差对测角的影响可推求得
（1-10）
式中m1—---仪器上光学对点器的对中误差，一般不超过3mm;
D、D0含义同前。
2.3观测误差对地物点平面位置的影响m测
数字测图时是根据测量的距离和角度直接解算点坐标，观测误差主要包括测距误差和测角误差两部分，根据误差传播理论，推出观测误差对地物点平面位置的影响m测为（不考虑测站点的起始误差）
（1-11）
式中A-----测距仪固定误差；
B----测距仪比例误差；
------测角中误差。
2.4棱镜中心与待测地物点不重合对地物点平面位置的影响m重
此项误差的影响可控制在2.0cm之内，取m重=2cm。
一般情况下，D/D0≤1.5，两个图根点之间的相对中误差mxy取2.0cm,分别代入式（1-10），得：
m定=2.1cm,m中=0.5cm。
根据不同的测距测角和观测平距，由式（1-11）计算出m测，并与上述的m定=2.1cm、m中=0.5cm、m重=0.5cm一起代入式（1-4），计算所得的地物点平面位置中误差列于表1-2中。
表1-2数字测图地物点（实地）平面位置中误差（单位：
cm）
仪器标称
精度
半测回水平
角中误差（″）
平距（m）
50
100
150
200
300
400
1000
2″级
4
3.0
3.0
3.1
3.1
3.1
3.1
3.6
6″级
12
3.0
3.1
3.2
3.2
3.5
3.8
6.5
10″级
20
3.1
3.2
3.4
3.6
4.2
5.0
10.2
由表1-2可以看出，即使用最低精度的仪器（测距精度
，测角精度10″），在观测平距不超过400m时，所测地物点相对于邻近图根点的平面位置中误差可保证在5cm以内（实地）,这大大高于模拟法测图的精度，充分体现了数字法测图在精度方面的优势。
另外，这也是精度要求较高的城镇地籍测量、房产测量、地下管网测量等目前均要数字法测图的原因之一。
2数字测图时地物点高程的误差来源
数字测图时，地物点高程的误差来源主要有测距误差、测角误差、量测仪器高误差和目标高误差以及球气差影响。
根据分析，测距误差和球气差对所测地物点影响可忽略不计。
因此，相对于邻近图根点地物点高程中误差可用下式计算：
（1-12）
式中
---------地物点高程中误差；
D-------测站至地物点间水平距离；
---------仪器高量测中误差；
--------目标高测量中误差。
用钢尺量取仪器高和目标高时，中误差一般不超过0.5cm,取
=
=0.5cm，式（1-12）计算地物点高程中误差列于表1-3中。
表1-3数字测图地物点（实地）高程中误差（单位：
cm）
仪器标称
精度
半测回天顶距中误差（″）
平距（m）
50
100
150
200
300
400
1000
2″级
6
0.7
0.8
0.9
0.9
1.1
1.4
3.0
6″级
18
0.8
1.1
1.5
1.9
2.7
3.6
8.8
10″级
30
1.0
1.6
2.3
3.0
4.4
5.9
14.6
第四节工矿企业设计专用地形图的测绘
1选择合适的测图比例尺
长期以来，在确定恰当比例尺的问题上惊醒了多方面的探索，其主要体现在一下两个方面：
一是研究大比例尺中地物的平面位置和等高线的高程具有怎样的精度;二是研究设计地形图的要求。
实际工作中，对地形图精度的影响因素较多，如作业方法、仪器、作业员、对地形地貌的取舍等。
从实际上看来只要图合格，它具有相应规范要求的平面位置和高程的精度。
而对于测图比例尺的选取只要满足设计员对用图要求的前提条件下，使测量最为经济合理就行。
下面就测土比例尺选取的问题做一些说明。
1.1总运输设计图纸比例尺于地形图比例尺的关系
在工业企业的设计中，地形图主要用于总图运输设计。
这项设计就是在地形图上进行各项建筑物、构筑物和运输线路的布置。
因此，设计员总是要求地形图的比例尺与设计图纸的比例尺相一致。
而设计图纸的比例尺的选择取决于设计内容的详细程度和建筑物密度。
我国在制定工业企业设计所进行的测土工作的规范时，认为在施工设计阶段测图的比例尺基本上是1:
1000，而在复杂或厂区建筑密度很大的地区，局部施测1:
500比例尺地形图。
在初步设计阶段，基本上采用1:
2000比例尺地形图。
1.2在选择测图比例尺时，要求比例尺图件的精度满足设计要求
对于1:
1000的地形图，基本上可以满足一般工业企业设计对地形图精度的要求。
由于1:
1000比例尺地形图的图面负荷也不大，便于设计人员在图纸上进行设计，故一般的工业企业设计均采用该比例尺地形图。
但是对于化工企业来说，由于其内布设有较多的管线，多采用1:
500比例尺地形图。
有一些小型厂区，由于其区域较小，为了方便设计也都采用1:
500比例尺地形图。
1.3不同的地形现状应有所区别
地形现状的差异，对所测成的地形图精度影响很大，特别是对高程精度的影响。
对于在平坦地区新建的工业厂地来说，采用1:
1000比例尺地形图就可以满足精度要求。
而对于在地形复杂且坡度较大的地区新建成的工业厂区来说，应采用1:
500比例尺地形图才可以满足精度要求。
1.4改、扩建的工业厂地使用的地形图
对于改、扩建的工业场地所用的地形图来说，由于除需要在地形图上用符号表示出内容外，还要测注出主要地物点的解析坐标和高程，从而使地面符合增大，若用晓比例尺地形图设计，则会导致设计的线条盖住地形图上所表示的要素和注记，给设计工作带来在诸多不便。
在这样情况需采用1:
500比例尺地形图。
总之，由于工业企业性质不同，规模大小不一，设计所处的阶段不同及实地现状的差异，对测图比例尺要求也有所不同。
在实际工作中，要分析各种实际情况，结合现场实际和设计人员的具体要求，并于有关工程设计人员共同协商来确定测图所用的比例尺。
2工程设计专用地形图测绘
对各种工程设计所测制的大比例尺地形图，一般称为工程专用图，也叫工程专用图。
它具有一次性使用、针对性强的特点。
因而，它在比例尺选择、图幅规格、图根控制及施测内容的取舍和精度要求等方面于普通地形图有很大的区别。
另外，对于各种工程专用图来说，由于其服务的对象不同，其在测绘内容。
范围及精度方面也各不相同。
2.1独立的矩形分幅、顺序编号
根据测区的形状和大小，按坐标线划分图幅，图幅大小可为50cm×50cm或40cm×40cm，图号按数字顺序自左至右、由上向下编排，如图1-2所示，图中细实线为所测区域，虚线为扩大区补测范围。
此方法适用于较大区域的地形图测绘。
图1-2
2.2矩形独立块图
这种方法适合于中小型场地用图，它可以明显地物和地类为界、分开测绘，但成图时应合为一幅，且只需图名，无需分幅编号。
对于线路工程来说，由于其施测的宽度较窄，按其线路的走向延伸而成带状，如果按矩形分幅，则图幅较多，且每幅图中只测一小部分，有的甚至只测一个角。
造成极大的浪费，对于设计和应用更是不方便。
因此，为方便起见，多采用带状分幅。
具体分幅方法如下：
首先将全线的图根点（或线路中线）展绘在小比例尺地形图上，并标出测绘范围，然后在图上进行带状图的分幅。
各幅图应以左方为线路起点，右方为终点，按顺序编号。
每幅图的编号采用分式表示，分母为图幅总数，分子为本图幅序号（建图1-3）。
一般在左右接图，上下没有接图。
若局部地区有比较方案或迂回线路，若图幅太宽时，可征求设计人员的意见，变更测图比例尺，分幅时注意不要在曲线、路口、桥中及交叉跨越处接图。
当多条线路工程彼此交叉时，应按各项工程的需要进行分幅设计，交叉部分应重合描绘。
在内业描图中发现原图分幅不合理时，可重新进行拼接描绘，并要注意每幅图的图纸除够描绘图幅的施测范围以外，还应留有适当空白，以便让测绘人员和设计、施工人员注记有关的说明。
图1-3
第五节测图控制网
1平面空中网
在传统测量工作中，平面控制网通常采用三角网测量、导线测量和交会测量等常规方法建立，必要时，还要进行天文测量。
目前，全球定位测量系统GPS已经成为建立平面控制网的主要方法。
在我国现行的城市测量规范和各种工程测量规范中，将平面控制网的等级一次划分为：
二、三、四等三角，一、二级小三角或一、二、三级导线。
其中三角测量的等级，是沿用国家三角测量规范所规定的测角指标（二、三、四等网测角中误差分别规定为±1.0″、±1.8″和±2.5″）。
此外，工程测量控制网于同级的国家控制网相比，平均边长大为缩短，具体见表1-4.
测图控制网的作用在于使测量误差的累计得到控制，以保证图纸上所测绘的内容（如地形、地物等）精度均匀，使相邻图幅之间正确拼接。
不同工程的不同设计阶段，对于测图比例尺要求不同。
一般工程建设所采用的最大比例尺为1:
500.个别地方虽然要求测绘更大比例尺图，但范围很小，而其目的不在于图的精度，而是为了使局部表现的更详细给设计提供方便。
所以，只需考虑1:
500比例尺的情况。
为使平面控制网满足1:
500比例尺测图精度要求，应使四等一下（包括四等）的各级平面控制的最弱边的边长中误差（或导线的最弱点的点位中误差）不大于图上0.1mm，由此即可算得实地的中误差应不大于5cm。
这一数值可以作为测图控制网精度设计的依据。
表1-4三角网的主要的技术要求
等级
平均边长
测角中误差
起始边边长相对中误差
最弱边边长相对中误差
二级
9
±1″
1/30万
1/20万
三级
5
±1.8″
1/20万（首级）
1/12万（加密）
1/8万
四级
2
±2.5″
1/12万（首级）
1/8万（加密）
1/4.5万
一级小三角
1
±5″
1/4万
1/2万
二级小三角
0.5
±10″
1/2万
1/1万
用附和导线作控制网加密，是测量人员常采用的一种灵活方便的方式。
附和导线的精度，可以用近似方法作初步估算，即按等边直伸导线加以分析。
在实际测量作业中，等边直伸导线很少碰到。
但可将曲折程度不大的导线近似地看成直伸。
设导线全长L，导线的闭合边长（即导线两端点之间的直线距离）为l，则它们的比值K可以反映导线的曲折程度。
K=
（1-13）
由此可以看出：
直伸导线K=1，闭合导线K→∞。
计算表示，当K<1.2时，将曲折导线看成是直伸导线计算，没有显著的差异；而将边长的等的导线看成做等边导线来进行估算，也只有很小的差异。
因此，在附和导线设计时，可以用等边直伸导线的有关公式作精度估算。
见表1-5.
表1-5电磁波测距单线的主要技术要求
等级
附和导线长度
（km）
平均边长
（m）
每边测距中误差
（mm）
测角中误差
（″）
导线全长相对
闭合差
一级
二级三级
3.6
2.4
1.5
300
200
120
±15
±15
±15
±5
±8
±12
1/14000
1/10000
1/6000
等边直伸支导线端点的纵、横向误差的计算公式是：
纵向误差
（1-14）
横向误差
（1-15）
支导线端点的点位误差为
（1-16）
式中n----导线的边数；
ms----测距偶然误差；
-----测距系统误差；
全球定位系统是一种新的测量技术，与常规控制测量技术相比，有许多优点：
不要求测站间通视，网的几何图形及点之间的距离长短可不受限制，外业时间短且基本上不受天气条件的约束，内外业结合，自动化程度高。
而且美中不足的易受干扰，对地形地物的遮挡高度有要求，以及需要进行外部检核。
因此，GPS技术在测量控制网的布设中发挥着越来越重要的作用。
2高程控制网
大比例尺测图所需的高程控制网，通常采用水准测量的方法建立。
水准测量的等级分为二、三、四等，各等级的精度指标基本上于国家规范要求一致。
大多数测区可以用三等水准测量来建立首级高程控制网，只有在很大测区或大中城市，才使用二等水准网。
用图根水准测量或三角高程测量测定图根点的高程。
其主要技术指标建表1-6.
表1-6城市各等级水准测量主要技术要求
等级
每公里高差中数中误差
附合路线长度
（km）
测段往返测
高差不符值（mm）
附合路线或
升级会员 