地形图的基本知识.docx
《地形图的基本知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地形图的基本知识.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
地形图的基本知识
地形图的基本知识
教员：
学员：
时间：
前言
本课目训练宗旨：
问题：
第一章概述
1．1什么叫做地形图
1．2地形图比例尺
1.3地形图识图与应用
1.4.地形图图式和符号
第二章测量基准
2.1国家平面基准（坐标系）
2.2国家高程基准（高程系）
2.3分幅与图名、图号
2.4地图的分类
第三章测绘地形图
3.1测绘地形图的三个基本要素
3.2控制测量
3.3地形图的测绘）（碎部测量）
教员的话：
由于对于学员的地形图基本知识掌握情况不甚了解，本讲稿凭主观意见并按照具有一般大学的地理知识背景背的课。
如果有不妥的地方，请提出要求，及时修改课程的深度。
前言
本课目训练宗旨：
本课目是地形图的识别和应用，主要针对民用航空的飞行程序设计和飞机性能分析专业的培训。
地形图的识别和应用，熟练掌握识图技能，不断地提高地形图的实际应用能力，是做好飞行程序设计和飞机性能分析工作的关键。
这一次的培训是让新学员初步了解什么是地形图，并且了解地形图的生产过程，从而对地形图各要素有正确地理解和应用，特别是对于地形图的数学理解，对地物、地貌的解读，地形点的平面坐标位置和高程量测及其计算方法，以及地图精度概念等诸问题的正确应用，更好应用于飞行程序设计和飞机性能分析工作。
在上课之前问大家几个问题，主要了解同学们对于地形图的了解程度。
作针对性的讲解。
问题：
1.大家会看地图吗？
什么叫地图？
什么叫地形图？
2.谁会在地图上量测距离？
3.谁会在地图上量测方位？
一般地图的正北方向是上？
下？
左？
右？
字头朝向什么方向？
方位0度的基准方向？
基准方向可以有几个？
4.谁会在地图上查出地形点的标高？
5.谁会在地图上查找某点的坐标、经纬度和识别该点的高度？
6.谁会解释高、高度和海拔高？
我国的0高度在哪里？
7.经、纬度的0度在哪里？
我们的祖国国土位于地球的什么位置？
东经，北纬大致位置。
此图为1：
50000地形图
图0-1国家基本比例尺地形图（1∶50000）
图0-2大比例尺工程图
第一章概述
1．1什么叫做地形图
地形图：
按照一定的法则、一定地图投影和比例，用特定的符号、颜色和文字注记，将地球表面的地形、地物测绘在平面图纸上的图，称为地图。
一般情况是指比例尺小于1:
100万叫地图，大于1:
100万的地图叫地形图，当然地形图应表达地貌要素的地图，度可以称为地形图。
下图就是用等高线符号表达的实际地貌，这种方法是常用表达地貌最好的方法之一，当然还有其它好方法，这个教材主要介绍等高线法。
有晕宣法，分层设色法等。
图1-1地形符号与实际地貌
1．2地形图比例尺
地形图上一段直线的长度与地面上相应线段的实际水平长度之比，称为地图比例尺。
地图比例尺表示了实际地理事物在地图上缩小的程度，如比例尺为1:
10000，就是说地图上1厘米，相当于实地距离100米的距离。
1.2.1比例尺的种类
1.2.1.1数字比例尺
数字比例尺一般取分子为1，分母为整数的分数表示。
如1：
50000，表示地图上1厘米等于实地50000厘米，就是500米。
分母越大，分数值越小，则比例尺就越小。
反之则比例尺就越大。
地图比例尺有大小之别。
同一个地理事物在地图上表示得越大，则说明地图的比例尺就越大。
不同比例尺相对比植大的相对比值小的叫大比例尺地图。
不是绝对的大和小。
1.2.1.2图示比例尺（图解比例尺）
为了用图方便，以及减小由于图纸伸缩而引起的使用中的误差，在绘制地形图时，常在图上绘制图示比例尺，最常见的图示比例尺为直线比例尺，也就是线段比例尺。
1直线比例尺
图1-2图中间下方比例尺
2变形线段比例尺
图1-3
1.2.2比例尺精度
人们用肉眼能分辨的图上最小距离为0.1mm，因此一般在图上量度或者实地测图描绘时，就只能达到图上0.1mm的精确性。
因此我们把图上0.1mm所表示的实地水平长度称为比例尺精度。
可以看出，比例尺越大，其比例尺精度也越高。
不同比例尺的比例尺精度见下表。
比例尺精度
比例尺
1：
500
1：
1000
1：
2000
1：
5000
1：
10000
比例尺精度（m）
0.05
0.1
0.2
0.5
1.0
其测制精度和成图数量和质量是衡量一个国家测绘科学技术发展水平的重要标志之一。
各国的地形图比例尺系列不尽一致。
比例尺精度的概念，对测图和设计用图都有重要的意义。
例如在测l：
50000图时，实地量距只需取到5m，因为若量得再精细，在图上是无法表示出来的。
此外，当设计规定需在图上能量出的最短长度时，根据比例尺的精度，可以确定测图比例尺。
例如某项工程建设，要求在图上能反映地面上l0cm的精度，则采用的比例尺不得小于1；1000。
1.2.3国家基本比例尺图
中比例尺地形由国家测绘部门负责测绘，目前均用航空摄影测量方法成图。
小比例尺地形图一般由中比例尺图缩小编绘而成。
我国把中、小两种比例尺地形图规定为基本比例尺地形图，亦称“国家基本图”。
国家基本地形图即国家基本比例尺地形图，简称国家基本图。
它是根据国家颁布的统一测量规范、图式和比例尺系列测绘或编绘而成的地形图，它是基本用图，也是编制其它地图的基础。
比如我们设计绘制的飞行程序图和飞机性能分析图等需要它作低图来设计。
1.2.3.1基本比例尺地形图
我国规定1:
1万、1：
2.5万、1:
5万、1:
10万、1:
20万（现已为1:
25万）、1:
50万、1:
100万七种比例尺地形图为国家基本比例尺地形图。
1.2.3.2工程地形图
有l：
5000、1：
2000、1：
1000和1：
500为大比例尺地形图。
1.2.4大、中、小比例尺地形图大致分类如下：
相对基本比例尺而言的
1.地形图按比例尺可分为大、中、小三种图。
小比例尺地形图有：
l：
100万、1：
50万、1：
20万、1：
10万；
中比例尺地形图有：
1：
5万、1；2.5万；
大比例尺地形图有：
1：
l万、l：
5000、1：
2000、1：
1000和1：
500等等工程地形图。
2.也有这样分的
大比例尺地形图：
1:
500、1:
1000、1:
2000、1:
5000
中比例尺地形图：
1:
1万、1:
2.5万、1:
5万、1:
10
小比例尺地形图：
1:
20万、1:
50万、1:
100
1.3地形图识图与应用
1.3.1地形图的基本颜色
可能还会有其他颜色，请以该图图例为准。
图1-4地形图的基本颜色
1.3.2地形图图框外注记
为了图纸管理和使用的方便，在地形图的图框外有许多注记，如图号、图名、接图表、图廓、坐标格网、三北方向线等。
1.3.2.1图名和图号
图名就是本幅图的名称，常用本图幅内最著名或最大居民地的地名、村庄或厂矿企业的名称来命名，有点使用最著名的地标来命名。
图号即图的编号。
每幅图上标注编号可确定本幅地形图所在的地理位置。
图名和图号标在北图廓上方的中央。
图1-5图名注记
1.3.2.2接图表
说明本图幅与相邻图幅的关系，供索取相邻图幅时使用。
通常是中间一格画有斜线的代表本图幅，四邻分别注明相应的图号或图名，并绘注在图廓的左上方。
此外，除了接图表外，有些地形图还把相邻图幅的图号分别注在东、西、南、北图廓线中间，进一步表明与四邻图幅的相互关系。
图1-6左上角内容
1.3.2.3图廓和坐标格网线
图廓是图幅四周的范围线，它有内图廓和外图廓之分。
内图廓是地形图分幅时的坐标格网或经纬线。
外图廓是距内图廓以外一定距离绘制的加粗平行线，仅起装饰作用。
在内图廓外四角处注有坐标值，并在内图廓线内侧，每隔l0cm绘有5mm的短线，表示坐标格网线的位置。
在图幅内绘有每隔l0cm的坐标格网交叉点。
内图廓以内的内容是地形图的主体信息，包括坐标格网或经纬网、地物符号、地貌符号和注记。
比例尺大于1：
10万只绘制坐标格网。
在内、外图廓间注记坐标格网线的坐标，或图廓角点的经纬度。
在内图廓和分度带之间的注记为高斯平面直角坐标系的坐标值（以公里为单位），由此形成该平面直角坐标系的公里格网。
图廓及坐标格网
角坐标格网左起第二条纵线的纵坐标为22482km。
其中22是该图所在投影带的带号，该格网线实际上与轴相距482km—500km=－18km，即位于中央子午线以西18km处。
该图中，南边的第一条横向格网线的＝5189km，表示位于赤道（y轴）以北5189km。
1.3.2.4三北方向线及坡度尺
在中、小比例尺的南图廓线的右下方，还绘有真子午线、磁子午线和坐标纵轴（中央子午线）三个方向之间的角度关系，称为三北方向图，如图所示。
该图中，磁偏角为9°50′（西偏），坐标纵轴对真子午线的子午线收敛角为0°05′（西偏）。
利用该关系图，可对图上任一方向的真方位角、磁方位角和坐标方位角三者间作相互换算。
图1-7三北方向
真北：
真子午线
磁北（PP或磁北、磁南点的连接）：
磁子午线
坐标北：
坐标纵线（中央子午线）
1.3.2.5坡度尺
图1-8
用于在地形图上量测坡度的图解是坡度尺，绘在南图廓外直线比例尺的左边。
坡度尺的水平底线下边注有两行数字，上行是用坡度角表示的坡度，下行是对应的倾斜百分率表示的坡度，即坡度角的正切函数值，
1.3.2.6投影方式、坐标系统、高程系统
每幅地形图测绘完成后，都要在图上标注本图的投影方式、坐标系统和高程系统，以备日后使用时参考。
地形图都是采用正投影的方式完成。
坐标系统指该幅图是采用以下哪种方式完成的：
1980年国家大地坐标系；城市坐标系；独立平面直角坐标系。
高程系统指本图所采用的高程基准。
有两种基准：
1985年国家高程基准系统和设置相对高程。
（以上详见下一章绪论）
图1-9右下角内容
1.3.2.7成（测）图方法（和测绘单位）
地形图成图的方法主要有三种：
航空摄影成图、平板仪测量成图和野外数字测量成图。
成图方法应标注在外图廓右下方。
此外，地形图还应标注测绘单位、成图日期等，供日后用图时参考。
1.4地形图图式和符号
地形是地物和地貌的总称。
地物是地面上的各种固定性的物体。
由于其种类繁多，国家测绘总局颁发了各种比例尺地形图的《地形图图式》，统一了地形图的规格要求，规定了地物、地貌符号和注记统一符号和注记的位置要求，除了制图的符号的统一，还供测图和识图者使用。
以后讲的航空图也是一样的，为了民用航空图的制图、编图和使用航图的需要，中国民航局颁发了《民用航空图编绘规范》，统一了中国民航航图的原图、制图和航图手册的规格。
1.4.1地图图式
地形图图式－－地形图上表示各种地物和地貌要素的符号、注记和颜色的规则和标准，是测绘和出版地形图必须遵守的基本依据之一，是由国家统一颁布执行的标准。
统一标准的图式能够科学的反应实际场地的形态和特征，是人们识别和使用地形图的重要工具，是测图者和使用者沟通的语言。
地形图的图式符号
地形图的图式符号主要分为地物符号、地貌符号和注记符号三种。
1.4.2符号大体分为：
地物符号、地貌符号和注记符号三种。
图1-101∶50000图式规范
1.4.2地图符号
根据图式规定主要有如下符号：
定义：
图例是地图上表示地理事物的符号。
在地图上表示地理环境各要素，比如山脉、河流、城市、铁路等所用的符号叫做图例。
这些符号所表示的意义，常注明在地图的边角上。
图例是表达地图内容的基本形式和方法，是现代地图的语言，是读图和用读所借助的工具。
地图符号一般包括各种大小、粗细、颜色不同的点、线、图形等。
符号的设计要能表达地面景物的形状、大小和位置，而且还能反映出各种景物的质和量的特征，以及相互关系。
因此图例常设计成与实地景物轮廓相似的几何图形。
1.4.2.1地物符号
地物符号的大小分为三种类型
1比例符号
能将地物的形状、大小和位置按比例尺缩小绘在图上以表达轮廓特征的符号。
这类符号一般是用实线或点线表示其外围轮廓，如房屋、运动场、湖泊、森林、农田等。
2非比例符号
一些具有特殊意义的地物，轮廓较小，不能按比例尺缩小绘在图上时，就采用统一尺寸，用规定的符号来表示，如三角点、水准点、烟囱、消防栓、独立树、里程碑、钻孔，等。
这类符号在图上只能表示地物的中心位置，不能表示其形状和大小。
还有各种行政界线，和其它地类界线等等。
3半比例符号
一些呈线状延伸的地物，其长度能按比例缩绘，而宽度不能按比例缩绘，需用一定的符号表示的称为半比例符号，也称线状符号，道路和水系，如铁路、公路、围墙、通讯线和单线绘制的河流等。
半比例符号只能表示地物的位置（符号的中心线）和长度，不能表示宽度。
测图比例尺越大，用比例符号描绘的地物越多；比例尺越小，用非比例符号表示的地物越多。
1.4.2.2地貌符号
地貌是指地面高低起伏的自然形态。
在图上表示地貌的方法很多，而在地形图中通常用等高线表示；用等高线表示地貌不仅能表示地面的起伏形态，而且还能科学地表示出地面的坡度和地面点的高程。
一些不能用等高线表示的地方，如滑坡、陡崖、冲等沟等，则用相应的地貌符号表示。
图1-11等高线表示地貌
1.4.2.3等高线定义
等高线就是地表相同高度点的联线，其形状一般呈曲线状，故又叫水平曲线。
将一个山包，用一组间距相等的平行平面相截，按一定的比例缩小后，垂直投影到平面上，这样平面上不同高度的等高线，就反映了地形的高低起伏状况；等高线的圈闭范围反映了该地区的面积。
1.4.2.4等高线的特征
通过研究等高线表示地貌的规律性，可以归纳出等高线的特征，它对于地貌的测绘和等高线的勾画，以及正确使用地形图都有很大帮助。
①同一条等高线上各点的高程相等。
②等高线是闭合曲线，不能中断，如果不在同一幅图内闭合，则必定在相邻的其他图幅内闭合。
③等高线只有在绝壁或悬崖处才会重合或相交。
④等高线经过山脊或山谷时改变方向，因此山脊线与山谷线应和改变方向处的等高线的切线垂直相交
1.4.2.5等高距
切割地形的相邻两假想水平截面间的垂直距离。
在一定比例尺的地形图中等高距是固定的。
1.4.2.6等高线平距
在地形图上相邻等高线间的水平距离，它的长短与地形有关。
地形坡缓，等高线平距长，反之则短。
1.4.3各种地貌用等高线表示的特征
1.4.3.1山头与洼地从图八中可见山头与洼地部是一圈套着一圈的闭合曲线。
但它们可根据所注的高程来判别。
封闭的等高线中，内圈高者为山峰，如下图中A。
反之则为洼地。
两个相邻山头间的鞍部，在地形图中为两组表示山头的相同高度的等高线各自的闭相邻并列，其中间处为鞍部。
两个相邻洼地间为分水岭，在图上为两组表示凹陷的相同高度等高线各自封闭，相邻并列。
图1-12
1.4.3.2山坡山坡的断面一般可分为直线（坡度均匀），凸出，凹入和阶梯状四种。
其中等高线平距之稀密分布不同。
均匀坡：
相邻等高线平距相等。
凸出坡：
等高线平距下密上疏。
凹入坡：
等高线平距下疏上密。
阶梯状坡：
等高线疏密相间，各处平距不一。
1.4.3.3悬崖、峭壁：
当坡度很陡成陡崖时等高线可重叠成一粗线，或等高线相交，但交点必成双出现。
还可能在等高线重迭部分加绘特殊符号。
1.4.3.4山脊和山谷：
如图九所示，山谷和山脊几乎具有同样的等高线形态，因而要从等高线的高程来区分，表示山脊的等高线是凸向山脊的低处，如图4—5中A处。
表示山谷的等高线则凸向谷底的高处。
图1-13
1.4.4等高线的分类
地形图中的等高线主要有首曲线和计曲线，有时也用间曲线和助曲线。
等高线的分类
1.4.4.1首曲线
首曲线也称基本等高线，是指从高程基准面起算，按规定的基本等高距描绘的等高线称首曲线，用宽度为0.1mm的细实线表示。
1.4.4.2计曲线
计曲线从高程基准面起算，每隔四条基本等高线有一条加粗的等高线，称为计曲线。
为了读图方便，计曲线上也注出高程。
用宽度为0.2mm的细实线表示
1.4.4.3间曲线和助曲线
当基本等高线不足以显示局部地貌特征时，按二分之一基本等高距所加绘的等高线，称为间曲线（又称半距等高线），用长虚线表示。
按四分之一基本等高距所加绘的等高线，称为助曲线，用短虚线表示。
用宽度为0.1mm的细实线表示。
描绘时均可不闭合。
图1-14等高线的示意图
1.4.5注记符号
用文字、数字或特定的符号对地物加以说明称为地物注记。
有些地物除用相应的符号表示外，对于地物的性质、名称等还需要用文字或数字加以注记和说明，称为地物注记，如房屋的层数，工厂、村庄的名称、铁路、公路的名称，桥梁性质、承重，河流、水渠的名称及其流向、深度，以及果树、森林的类别等，还有控制点的点号、高程等。
第二章测量基准
基准是地图测绘的依据，大地测量是为了建立国家平面基准、国家高程基准和国家重力基准的一门学科。
测绘地面上某个点的位置时，需要两个基准起算点：
一是平面位置，一是高程。
计算这两个平面位置和高程所依据的系统，就叫坐标系统和高程系统。
实际上平面位置由经度和纬度或X和Y值组成，因此与高程被称为地面测绘的三大元素。
2.1国家平面基准（坐标系）
2.1.11954年北京坐标系
“1954年北京坐标系”，是采用苏联克拉索夫斯基椭圆体，在1954年完成测定工作的，所以叫“1954年北京坐标系”，我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。
当时我国决定采用的国家大地坐标系，1954年的北京坐标系，实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。
1954年通过东部地区一等三角锁的区域性平差，引进前苏联“普尔科沃坐标系”，建立了“1954年北京坐标系”，为新中国确定了国家坐标系统。
原点位于北京天文台，有标准点的埋石，圆心有一金属标志。
2.1.21980年中国大地坐标系
由于1954年北京坐标系所采用的参考椭球参数及其定位与我国的区域大地水准面配合欠佳，全国的天文大地网未进行统一平差，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。
从70年代开始，用近10年的时间，完成了全国天文大地网4.8万余大地测量控制点的整体平差，采用了当时国际推荐的地球椭球参数，而相应椭球的定位采用局部定位，即与我国的区域大地水准面最佳拟合的方法来确定。
由此重新严格定义了我国国家坐标系统，即1980年中国大地坐标系（或简称1980年西安大地坐标系）和以上述天文大地网为骨干的国家坐标框架。
1980年西安大地坐标系的建立，确立了我国的二维坐标系统，是我国的国家平面基准，是80年代初期经典大地测量技术的世界先进水平。
大地原点
图2-1中心原点为玛瑙石
2.1.32000国家大地坐标系
2000国家大地坐标系（大地基准定义）（英文名称：
chinacoordinatesystem2000，简称CGCS2000）的定义和常数是：
图2-2大地基准定义
2000国家大地坐标系是右手地固指教坐标系。
原点在地心；Z轴为国际地球旋转局参考极方向，X轴为国际地球旋转局参考子午面与垂直于Z轴的赤道面的交线，Y轴与Z轴和X轴构成右手正交坐标系。
地心：
整个地球（包括海洋和大气）的质量中心；
长度单位：
广义相对定义下局部地球框架中的米；
Z轴定向：
定向的初始值是国际时间局给出的1984.0的方向，其时间变化是在整个地球板块水平运动没有净旋转条件下所确定的值；
2000国家大地坐标系的参数历元为2000.0。
参考椭球采用2000参考椭球，其大地测量常数采用零潮沙系统，其相应数值为：
长半轴：
a=6378137m
地心引力常数：
GM=3.986004418×1014m3s-2
地球动力形状因子：
J2=0.001082629832258
地球旋转速度：
ω=7.29211510-5rads-1
正常椭球与参考椭球一致。
2.1.4WGS-84坐标系
图2-3大地坐标系的几何定义
2.1.4.1WGS－84（WorldGeodeticSystem，1984年）是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种国际上采用的地心坐标系。
其坐标系的几何定义是：
原点在地球质心,z轴指向BIH1984．0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点。
Y轴与Z、X轴构成右手坐标系（如图所示）。
2.1.4.2WGs-84椭球及有关常数：
对应于WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。
下面给出WGS-84椭球两个最常用的几何常数：
长半轴：
6378137±2（m）
扁率：
1：
298.257223563
一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的之轴指向BIH（国际时间）1984．O定义的协议地球极（CTP）方向，调轴指向BIH1984．0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。
2.1.5北京54坐标系不能代替WGS-84
1954北京坐标系与WGS84世界坐标系地球椭球参数对比
表2-1
椭球体
长半轴
短半轴
Krassovsky （54）
6378245
6356863.0188
IAG75
6378140
6356755.2882
WGS84
6378137
6356752.3142
我国的54系或84系坐标相差几十米至一百多米，随区域不同，差别也不同，经粗落统计，我国西部相差70米左右，东北部140米左右，南部75米左右，中部45米左右。
现就上述几种坐标系进行简单介绍，供大家参阅，并提供各坐标系的基本参数，以便大家在使用过程中自定义坐标系。
的经纬度坐标（B,L），高程一般为海拔高度h。
2.1.6.CGS-2000大地坐标系代替WGS-84采用的地球椭球参数对比
2.1.6.1一致的参数
表2-2
参数
CGS-2000
WGS-84
原点
包括海洋和大气的整个地球的质心
包括海洋和大气的整个地球的质心
空间直角坐标系的Z轴
由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，
指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。
空间直角坐标系的X轴
为国际地球旋转局参考子午面与垂直于Z轴的赤道面的交线
指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点
坐标系
Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系
Y轴和Z，X轴构成右手坐标系
椭球
正常椭球与参考椭球一致
2.1.6.2微小差别的参数
表2-3
参数
CGS-2000
WGS-84
长半轴a=
6378137m
6378137m；
扁率f=
1/298.257222101
1:
298.257223563。
地心引力常数GM＝
3.986004418×1014m3s-2
自转角速度ω＝
7.292l15×10-5rads-1
短半径b（m）
6356752.31414
6356752.3142
极曲率半径c（m）
6399593.62586
第一偏心率e
.0818********
第一偏心率平方e2
0.00669438002290
第二偏心率
0.0820944381519
第二偏心率平方
2
0.00673949677548
1/4子午圈的长度Q
升级会员 