工程测量学绪论章.ppt

(Engineering Surveying),工程测量学,(Introduction),绪 论,主讲：李晓莉,(Given by Li),第一篇：工程建设中地形信息的获取与应用,第二篇：工程建设中的施工测量,第三篇：工程建设中的变形测量和工业设备形位检测,高老师,48学时,40学时,112，4/周,7周后开始,课程内容分配,Content distribution,第一章 工程建设对地形图的要求与应用,第二章 线路设计阶段的测绘工作,第三章 水下地形测绘,第四章 专题图测绘,第五章 工程测量控制网布设的理论与方法,第六章 施工放样方法和精度分析,第七章 线路工程测量,第八章 地下工程施工测量,第九章 建筑物变形观测等(高老师),工程测量学课程篇章,Chapters of Engineering Surveying,工程测量学的学科地位,Academic Status of Engineering Surveying,是测绘科学与技术的二级学科,是技术性强、应用性广的学科,一级学科,测绘科学与技术,工程测量学课程的特点,Characteristics of Engineering Surveying,课程注重讲述学科的 理论、方法与技术,结合典型工程的测量实践，阐述经典理论到现代技术的应用,内容涵盖了从工程建筑物的规划设计、施工放样、变形监测以及工业测量、精密工程测量等,课程特点：,内容多，许多方面都有应用；叙述多，理论推导少；结合实际工程多,工程测量学的定义,Definition of Engineering Surveying,定义(1),是研究各种工程在规划设计、施工建设、和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。,定义(2),是研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理、施工放样、设备安装、变形监测分析和预报的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科。,定义(3),研究地球空间（地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论的方法和技术的一门应用性学科,大众化、易于理解,更具体、准确、范围更大,更加概括、抽象、科学,工程测量的工作内容,Engineering Surveying work,工程测量按工程进程和作业性质划分,工程建设勘测设计阶段,为工程提供地质、水文勘探及各种比例尺地形图等资料的测量工作,施工建设阶段,为施工放样和设备安装(含建立施工和安装测量控制网、点位测设)服务,运营管理阶段,为建筑物、构筑物的变形观测(分析预报)、检测等服务,按服务对象分,工业建设测量,铁路、公路测量,桥、隧测量,水利工程建设测量,输电线路测量,输油管道测量,地质勘探、物探测量,水下测量,军事工程测量,城市建设测量,现代技术在工程测量中应用发展,Development of Engineering Surveying,总的发展趋势 从电子化数字化信息化智慧化,电子化,数字化,信息化,智慧化,电子技术的使用，人机交互,即把许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再用这些数字、数据建立起适当的数字化模型,信息与通信技术普及应用导致的信息传递时空阻碍性的消失,通过广泛采用物联网、云计算、人工智能、数据挖掘、知识管理等技术，提高行业的规划、建设、管理、服务的智能化水平，使生活运转更高效、更敏捷、更低碳，是信息时代化发展的新模式,现代技术在工程测量中应用发展,Development of Engineering Surveying,工程测量的发展带动,测量数据采集和处理向一体化、实时化、数字化方向发展,测量仪器和技术向精密、自动化、智能化、信息化方向发展,工程测量产品向多样化、网络化、社会化、智慧化方向发展,空间技术 在工测中的应用与发展,GPS、Galileo、GLONASS、北斗系统 4足鼎立,静态空间技术高精度：控制测量方法改善,动态RTK次精度：碎部测量及施工放样准确、高效,CORS网络系统连续运行 综合服务,现代技术在工程测量中应用发展,Development of Engineering Surveying,大比例尺工程测图数字化,野外数据采集手段:全站仪、RTK 数字摄影、遥感 3D扫描、超站仪,数据处理：各种数据处理软件 绘图（绘图软件）,数字三维城市与建筑测绘,三维可视化测绘手段建立数字城市，使三维空间环境设计得以实现，并在建筑上得到应用,可利用虚拟现实表示建筑的平面、立体及剖面形式,城市地下管线探测,地下管线探测、电子标识一体化、自动化,城市信息系统及应用,数字国家、数字城市的实现，有利于建立各种专题信息系统,土地利用及管理信息系统,现代技术在工程测量中应用发展,Development of Engineering Surveying,城市规划管理信息系统,城市智能交通管理信息系统,房产信息管理及发布信息系统,地下管网信息系统等,施工测量自动化和智能化的进展,设备安装、放样中采用自动寻标全站仪如Disto 3D,隧道施工中采用自动导向系统 盾构,变形监测手段的发展,GPS变形监测系统：一机多天线系统,合成干涉孔径雷达（InSAR）应用,测量机器人（全自动全站仪）应用,变形监测数据处理软件开发 上升到一个新的水平,现代技术在工程测量中应用发展,Development of Engineering Surveying,工业测量方面的最新进展,工业大地测量系统，精度全面提升，达到0.1mm,可对飞机、汽车、轮船等工业产品进行测量与建模。,工业摄影测量系统精度可达到1/百万,借助目标影像通过图像处理和摄影测量处理，获取目标几何形状和运动状态,新仪器,视频全站仪,三维激光扫描仪及追踪激光扫描仪,学习工程测量学的方法及要求,弄清教材体系,Purpose and Demand for Studying the Curriculum,领会各章内容,理解基本理论,掌握应用方法,联系工程实践,积累工程经验,勤查参考文献,丰富拓宽知识,解决实际问题,大胆进行创新,课后提供课堂教学内容的总结报告,(I Earning and Using of Terrain Information in Construction),(Chapter I Demands for Terrain maps in Engineering Construction),第一章 工程建设对地形图的要求与应用,主讲：李晓莉,(Given by Li),第一篇 工程建设中地形信息的获取和应用,要求,1.1 地形图在工程建设规划设计阶段的作用（The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing),1.2 大比例尺地形图的精度分析（The Precision-analyses of Terrain maps),1.3 工业企业设计对地形图的要求（The Demands of Terrain maps for Industries to Design),1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用（The Functions of Terrain maps in Industrial Designing),1.5 数字地面模型的获取和应用(The Application and Acquirement of DTM),1.6 三维投视立体图的绘制(Mapping of 3 Dimensional Graphics),第1章 工程建设对地形图的要求与应用,Chapter I Demands for Terrain maps in Engineering Construction,1.1 The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing,1.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用,任何一项工程都必须按照自然条件和预期目的进行选址和规划设计,地形图在此阶段的作用，主要是为规划设计人员进行规划设计提供地形依据,设计对地形图的要求,1.地形图的精度必须满足设计要求,2.地形图的比例尺应选择恰当,3.地形图的取舍合理，有较好的现势性（最新）,4.图幅的大小应满足总图设计布局需要,水利工程设计对地形图比例尺的要求,水利枢纽选址 1:1万1:10万地形图,水库的设计1:1万1:5万,坝轴线位置选择1:1万1:2.5万,水工建筑物布置方案1:2千或1:5千,设计工程位置尺寸确定1:5百或1:1千,陆上与水下地形图，附属建筑物布置，并进行方案比较1:1千或1:2千,在施工设计阶段进一步精确地确定建筑物的位置和尺寸 1:5百或1:1千,1.1 The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing,1.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用,城市规划设计对比例尺的要求,总体规划、工程项目设计 1 5千1 1万地形图,小区规划、工程项目初步设计12千,工程项目施工设计15百或1 1千,1.1 The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing,1.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用,工业企业规划设计对地形图比例尺的要求,工业企业是面状分布，所需的图应具有面状特征,规划设计1 5千地形图,初步设计1 2千,施工设计1 1千,地形复杂、建筑物密集、精度要求较高的工业企业的施工设计1 5百,线路勘测设计对比例尺的要求,选线阶段1 1万1 5万地形图,初测阶段 12千 带状地形图,定测阶段纵、横断面图,桥、遂设计对比例尺的要求,图上选线后踏勘1 1万1 5万地形图,方案比较1 1千11万 定桥渡位置,初步设计1 5百 15千桥址及水下地形图,1.1 The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing,1.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用,城市地铁设计对地形图比例尺的要求,图上选线1 2千1 5千地形图,沿线 1 5百 带状地形图 地下管线图,设计车站、进口大厅、竖井以及用明挖法施工,1 5百,矿山建设设计对比例尺的要求,储量计算 1 1千15千地形图,工业场地布置 1 5百1 1千,井口设计、地下巷道布置1 5百,港口、码头设计对比例尺的要求,初步设计1 1千12千 地面及水下地形图,施工设计1 5百11千 地面及水下,1.1 The Functions of Terrain maps in the First Stage of Constructing,1.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用,工业与民用建（构）筑工程的设计中,测绘资料（即各种大比例尺的地形图）是必不可少的基础资料之一,规划设计阶段要求图的比例尺较小,施工设计阶段要求图的比例尺较大,测绘资料满足工程规划设计要求的其主要质量标准：,地形图的精度比例尺的合理选择测绘内容的取舍、现势性图幅的大小满足总图设计布局,地形图的精度,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,现行规范对大比例尺地形图精度的规定,依据1,1500、11000、12000 地形图平板仪测量规范（GB/T168191997）,地形图图上地物点相对于邻近图根点的平面位置中误差不应超过下表规定,图上地物点平面位置中误差 单位：mm,注：城镇建筑区或工矿建筑区的中误差按平地要求,地形图图上等高线插求点相对于邻近图根点的高程中误差不应超过下表规定,图上等高线插求点的高程中误差,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,现行规范对大比例尺地形图精度的规定,依据2,工程测量规范（GB5002693）,图上地物点平面位置中误差 单位：mm,图上等高线插求点的高程中误差,地形图图上地物点相对于邻近图根点的平面位置中误差不应超过下表规定,地形图图上等高线插求点相对于邻近图根点的高程中误差不应超过下表规定,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,依据3,1500、11000、12000 地形图航空摄影测量外业规范（GB739187）,图上地物点对最近野外平面控制点或平高点的平面位置中误差不应超过下表规定,地物点平面位置中误差 单位：mm,地形图图上等高线对邻近高程控制点的高程中误差不应超过下表规定,等高线的高程中误差 单位：m,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,依据4,城市测量规范（CJJ 899）,图上地物点相对于邻近图根点的点位中误差与邻近地物点间距中误差应符合下表规定,地物点的点位中误差与间距中误差 单位：mm,地形图图上等高线插求点相对于邻近图根点的高程中误差应符合下表规定,等高线插求点的高程中误差,图上平面位置中误差0.5mm,等高线插求点的高程中误差d/3,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,模拟法测图的地形图精度,（平板仪测图等人工绘制的地形图为模拟地图）,地形图平面位置的精度,地物点相对于邻近图根点的点位中误差,平板仪用图根点直接测定碎部点平面位置的中误差mw源于:,图根点的点位中误差mt 0.2mm含图根点的测量中误差及展绘中误差,图根点测定碎部点方向产生的中误差mf,图根点测定碎部点距离产生的中误差mj,碎部点图上刺点产生的中误差mC,则:碎部点平面位置的中误差mw:,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,图根点的点位中误差mt 0.2mm,图根点测定碎部点方向产生的中误差mf,设：用图根点测定角度的中误差ma6,则在取S=100m时,mf=0.17m，1：1000地形图上为0.17mm,碎部点测距中误差mj：11000 比例尺 mj=0.28mm、,碎部点刺点中误差mC，可取0.2mm,测定碎部点测量距离产生的中误差mj 单位：mm,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,图根点直接测定的地物点平面位置的中误差mw 单位：mm,若使用的为复印图,原图经复印后还需考虑0.3mm变形误差，若使用的为数字化后线划图,还需考虑的误差约为0.2mm,平、丘 0.5mm,山、高 0.75mm,模拟地形图高程的精度,按等高线所求图上一点的高程相对于邻近图根点的高程中误差来衡量,图上一点高程的中误差源自下列因素:,1.测定地形点的高程误差,2.地形概括误差：将相邻两地形点概括为均匀坡度i，与相邻点间距成正比,3.勾绘等高线误差,按经验式推算等高线高程中误差mH,根据工程测量规范,d为等高距M为测图比例尺分母a为地面倾斜角,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,等高线插求点高程中误差,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,数字法测图的地形图精度,特点,无图根点的展点误差及刺点误差,全站仪法,相对于邻近的图根点的点位中误差来衡量,测角中误差：mb10测距中误差：5mm,碎部点平面位置误差来源,定向（后视）误差影响m定,对中误差影响m中(0.5cm),观测误差影响m测,棱镜中心与待测地物点不重合影响m重,碎部点平面位置中误差mw,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,对中误差影响,包括测站点对中及定向点对中,光学及激光对中器对中误差m13mm,对测点的影响,m中 0.5cm,D0 后视点距离 mxy两图根点相对中误差2cm,定向（后视）误差影响 m定,2.1cm,棱镜中心与待测点不重合影响m重,m重的影响可控制在2cm内，取 m重=2cm,观测误差影响m测,由测量的距离与角度解算地物点坐标,A：固定误差 B：比例误差系数 mb：测角误差,地物点观测中误差：距离400m 时，3cm5cm（地面）,数字法测图碎部点（实地）观测中误差 单位：cm,m测,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,定向（后视）误差m定 2.1cm（地面）,对中误差m中0.5cm（地面）,观测误差,棱镜中心与测点不重合，m重 2cm（地面）,m测 5cm（地面）,碎部点平面位置中误差mw6cm（地面）,（图上）mw6cm/M,与模拟法测图法相比，地面数字测图平面位置精度有很大提高,结论,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,地面数字测图地物点高程误差的来源,测距D误差对地物点高程的影响,忽略,测竖角Z误差对地物点高程的影响mz,量取仪器高i误差对地物点高程影响mi可控制在0.5cm内，mi=0.5cm,镜高测量s误差对地物点高程的影响mv 可控制在0.5cm内，mv=0.5cm,球气差f对地物点高程的影响,可忽略,则：相对于邻近图根点的碎部点高程中误差,数字测图（实地）测天顶角产生的地物点高程中误差 单位：cm,mZ,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,数字测图（实地）测天顶角产生的地物点高程中误差 15cm,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,量取仪器高i误差对地物点高程影响mi=0.5cm,镜高测量s误差对地物点高程的影响mv=0.5cm,碎部点高程中误差mH16.5cm（地面）,与模拟法测图法相比，地面数字测图高程位置精度有很大提高,结论,测竖角Z误差对地物点高程的影响mz16cm,1.采用RTK进行数字测图，影响精度的主要因素有哪些,1.2 The Precision-analyses of Terrain maps,1.2 大比例尺地形图的精度分析,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,1.3 工业企业设计对地形图的要求,特点,企业测图的面积较小,施工使地面情况变动,地形图失掉长期使用价值，需频繁更新,地形图表示的内容及精度随企业要求不同而有所不同,使用的范围较窄,作用,综合解决主要车间、辅助车间、动力设施、运输设施、仓库、工程管网以及行政福利设施等在厂区内的平面和竖向布置（在图上设计）。,规划原则,在进行新建、改建、扩建设计时，尽量与原有建（构）筑物、道路布置、地形适宜。,工程量最少,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,1.3 工业企业设计对地形图的要求,在设计阶段选择地形图时，应考虑,1.从客观、合理、经济的角度出发，既不过度追求精度，也不忽视精度,2.适当选择比例尺，即考虑设计要求 的最小设施，图面负荷也不致过大,3.确定合适的测区范围，测图面积为 工业企业占地面积的1.31.5倍,4.出图时间要快,5.可应用一些现有可靠资料，以减少工作量和时间,问题1:从地形图上能否量取(图解)点 的坐标和高程?,问题2:根据地形图上量取的信息能 计算那些东西?,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,1.3 工业企业设计对地形图的要求,地形图的必要精度,点位精度要求(应满足),图上点位中误差应1mm,（由地形图精度分析知：无论模拟法还是数字测图均可达到要求）,高程精度要求（应满足）,平面布置,施工坐标原点确定,工艺、管网、防火、防震,竖向布置,地面连接方式,建筑物高程设计,土方量计算,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,1.3 工业企业设计对地形图的要求,竖向布置与地面连接方式,竖向布置 将场地的自然地形加以平整改造，以保证生产运输有良好的联 系，合理地组织排水，并且 使土方量最小（填挖方量平衡）,工业场地地面连接方式,平坡式,台阶式,由工业企业的性质、总平面布置、厂址的地质构造、自然地形等因素决定,地形图主要是用来获取自然地面的坡度,厂区专用铁路的限制坡度为3%，公路的限制坡度为12%要求最严的是场地排水的最小坡度，其值为0.5%,保证用图解高程计算的坡度可靠、无误,1.3 工业企业设计对地形图的要求,平坦地区，在地形图上图解地面坡度时，应保证满足量取0.5%的坡度要求,例：图上量取长度LAB=200m的坡度，等高线高程误差对于坡度的最大影 响应 最小坡度的一半。则等高线 高程中误差可按坡度限差要求推算,即:保证用地形图图解高程计算的最小坡度(0.5%)可靠、无误,坡度与高程关系,若场地最小排水坡度为i=0.5%，,则图解坡度误差mi应 i/2（1/2最小排水坡度）,L=200，地形图等高线中误差mH0.18m,平坦地区(要求最严格时)竖向布置与地面连接方式中地形图等高线 mH 0.18m,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,高程设计及土方量计算(平坦地区),高程设计,先设计建（构）筑物的地坪高程,根据建筑物地坪高程设计,铁路轨顶高程、道路中心线高程、工程管网等的高程,设计原则：尽量与自然地形相适应，考虑到排水条件，室内首层地 坪要高出室外地面0.250.50m,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0.30m,高程设计及土方量计算中，地形图上高程中误差15cm,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,场地平均高程(建筑物地坪标高0.000)的确定,在地形图上绘方格网(边长为10m或20m)并求出方格各顶点的高程,如果要求场地平整成水平面,计算设计高程(加权平均),n为方格个数,土石方平衡的原则,即将场地的平均高程作为地坪设 计高程，确定填、挖界限，以填作挖减少工程的土方量。,土石方平衡：填、挖方量平衡(填方:挖方=1:1),绘出填、挖边界线,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,土方量计算,设计时还应考虑到：,除了场地平整需挖方外,还有基础地槽、管线地沟、地下室等挖方余土故，场地平整填挖方比例关系一般为,填方：挖方=1：（0.750.80）,据此定出场地设计高程：H设,计算填、挖高度h：填、挖高度 h=H设-H地(设计高程-图解地面高程),计算填各方格、挖土方量v,分别求出总填与挖方量V=v,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,土方量计算,土方量计算 允许误差10%20%,其中，等高线的对土方量的影响高程误差5%,柱体个数,土方量计算时，场地面积为A，设土方柱体底面为边长为s的正方形（一般s取20m），则有,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,则,如果场地平均高为：h均 则V=A h均,取等高线高程误差对土方量影响5%的1/2,工业企业地形图的比例尺选择,设计通用地形图的比例尺,11000,平坦地区图上高程中误差15cm,图上点位中误差1mm,对于管网或建筑密度大的工业企业,地形图的比例尺可选,1500,即可满足设计要求,总图运输设计图比例尺与地形图比例尺的关系,比例尺应一致,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,工业企业测图比例尺的选择,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,场地现状条件和面积大小与地形图的比例尺的关系,1.平坦地区新建工业场地(旧建筑基本拆除),2.山地或丘陵地区的工业场地（地形条件限制）,依据设计内容与建筑物密集程度确定测图比例尺（通用11000）,在满足工艺流程和运输条件的前提下，依据地形条件分析精度要求11000的无法满足要求，施测1500的图纸,3.扩建或改建的工业场地（受原建筑、地形钳制）,需要施测和标注主要地物点的坐标与高程，增加了图纸负荷，影响清晰度，需施测1500的图纸。,1.3 工业企业设计对地形图的要求,1.3 The Demands of Terrain maps for Industries to Design,测图范围的确定,由设计单位和测图单位共同依据工业场地的面积大小拟定,考虑到外部水源、弃渣场，测图面积应为,初步设计地形图测图面积可布置的比企业范围大些,施工设计用地形图测图面积可适当的小些,厂区面积的25倍,一般测图面积为工业企业占地面积的1.31.5倍,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,按一定方向绘制剖面图,公 路,80,85,为了明显地表示地形变化,高程比例尺应比水平比例尺大,1020倍,方法,求从A点到山顶的B点要选择一条公路线，其坡度不大于5%。设计用的地形图比例尺为1：2000,等高距h=1m,按限定坡度imax计算路线经过相邻等高线间图上最小水平距离dmin,按规定坡度选择最短路线,例：,解：,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,公 路,80,85,.,.,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,注意：1.汇水面积边界线应与山脊线 一致，且与等高线垂直 2.汇水面积边界线是山脊线、山头、鞍部形成的曲线与 下游的指定断面闭合,确定汇水区域及计算水库库容,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,1.在地形图上绘方格网(边长为10m 或20m)，并求出各顶点的高程,根据等高线整理地面,要求平整成水平面,2.计算设计高程(加权平均)绘出填、挖边界线,n为方格个数,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,3.计算填、挖高度h 填、挖高度值=设计高程-地面高程,f,4.计算填、挖土方量v4个角点均为填方或挖方 角点:挖、填高方格面积1/4 边点：挖、填高方格面积2/4 拐点：挖、填高方格面积3/4 中点：挖、填高 方格面积4/4,相邻两个角点为填方 另外两个为挖方,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,3个角点为挖方,另1个为填方,若3个角点为填方，另1个为挖方则公式中的V挖与V填对调,相对2个角点为连通的填方 另外相对2个角点为独立的挖方,设计高程：,35,34,33,32,31,计算表格格式,要求平整成水平面,D1D2D3D4C1C2C3C4C5B1B2B3B4B5A1A2A3A4A5,+1.76+1.11+0.41+0.06+1.36+0.66+0.51+0.71+0.26+0.16,-0.39-0.79-0.29-0.84-1.29-0.24-0.64-1.19-1.30,2550502550100100752550100100100502550505025,4455.520.51.5686651 35.526 4,-29.3-19.8-29-84-64.5-12-32-59.5-32.5,372,-363,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,f,4.绘制方格网，计算挖、填高度,.,55,54,53,52,51,.,-0.2 55.6,+0.5 55.0,-0.3 55.6,55.5,55.3,55.4,1.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 线画出填、挖边界线,要求整理成倾斜面,.,.,.,.,.,.,.,5.按前述方法，计算挖、填土方量,计算土石方量,等高线法计算土石方量,(在地形图上量出等高线围成的面积A),例：,土方量：,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,断面法计算土石方量,例：,1-2断面间填方量：,1-2断面间挖方量：,AT:填方面积,AW:挖方面积,d:断面间距,1.4 The Functions of Terrain maps in Industrial Designing,1.4 大比例尺地形图在工程设计中的应用,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,数字地面模型DTM（Digital Terrain Model）,是表示地面起伏形态和地表景观的一系列离散点或规则点的坐标数值集合的总称,数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）,用一系列地面点的（x，y）坐标及与其相联系的高程H表示区域地面形状的模型,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,DTM与DEM的区别,1.DEM除描述点的平面位置，主要描述点的高程，基本上 应用于测绘领域。,2.DTM除描述点的平面位置，还 描述温度（或压力、物体密度、高程及灰度等）更广义,3.两者都可用一系列点的三维向 量有限序列的函数形式描述,格网DEM,当序列中各平面向量的平面位置呈规则格网排列时，格网点平面位置可由起始点坐标推算求得，平面坐标可省略，此时DEM就简化为一维向量有限序列,该一维向量序列表示的DEM称为格网DEM,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,格网DEM的建立（步骤）,1.数据采集,野外实测采集数据(全站仪、RTK、扫描),格网点密度由采样点的密度确定,2.格网大小的确定,摄影测量采集数据,地形图等高线数字化采集数据,转换成DEM数据(数字地形图数据),格网点数N与采样点数n关系为:,2n N n,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,3.数据处理,计算格网点坐标,由所有离散点的坐标，可得点域的最大、最小横、纵坐标，从而可确定格网点的起始坐标。由格网边长d，推算出所有格网点的平面坐标：Xi=X0+id Yi=Y0+id,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,1）距离加权平均法求网格点高程,区域内任一点的高程是受周围点高程的影响，其影响的大小与他们之间的距离成反比,若格网点的坐标为(x0,y0)，在搜索圆内某数据点的坐标为(xi,yi)，则有,则格网点的高程,对每个格网点为圆心，以初始半径限定一个 搜索圆，如果搜索到的数是410个点之间，则计算网格点的高程。,否则扩大或缩小半径，直至点数是410为止,2）三角形线性内插法,先将测得的离散点构成三角形网(TIN)，然后确定所求点P(x，y)，落在三角网的哪个三角形中，即要检索出用于内插的P点高程的3个点(x1，y1，z1),(x2，y2，z2),(x3，y3，z3)（三角形3个角点坐标）,令,则P点高程,三角形3个顶点确定的空间平面方程为,P,1,2,3,按线性插值函数计算格网点高程,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,3）等高线内插法,先将矢量的等高线数据按全路径 栅格化，即取线划穿过的全部栅 格，生成等高线 栅格数据。用旋 转剖面插值法进行进行插值,例如，将转角步长设为22.5，则有8 个剖面，然后在其中选择一个 坡度最大的，作为最终插值剖 面，据此内插出插值点的高程值,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,地面坡度和坡向计算,DEM的应用,坡度是曲面上点的切平面法线方向N与天顶方向Z之间的夹角a,坡向是曲面上某点切平面的法线的正方向在平面上的投影与正北方向的夹角，即法线方向水平投影的向量的方位角b,坡度、坡向，可通过求出逼近面或以网格内8个方向判断法来计算,zi-1,j-1,zi-1,j,zi,j,zi,j-1为网格4角点的高程,则网格中心点的高程z0=（zi-1,j-1+zi-1,j+zi,j+zi,j-1）/4,则8个方向的地面坡度：,其中坡度值最大的，该方向即为网格的坡向,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,地表面积计算,地表面积由所包含的各个网格的表面积求和得出如果网格中有特征高程点,则可将网格分解为若干个小三角形求出它们斜面面积之和,作为网格的地表面积。如果网格中没有高程点，则可计算网格对角线交点处的高程，用四个共顶点的斜三角形面积之和作为网格的地表面积。,空间三角形面积计算公式,S i 为三角形空间边长,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,计算体积,DEM的体积按4棱柱（无特征高程点格网）与3棱柱体积累加得到,h i 为各地表点相对于下表面点的高差,A 3、A 4 为3棱柱和4棱柱的底面积,1.5 The Application and Acquirement of DTM,1.5 数字地面模型的获取和应用（重点）,断面图绘制,已知剖面两