黃鶴測繪與城市空間信息學(xué)院第9章地形圖的應(yīng)用目錄06-5月-242地形圖的識讀I.地形圖的基本應(yīng)用II.地形圖在工程中的應(yīng)用III.數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用IV.數(shù)字地形圖的空間分析V.06-5月-243

·正確應(yīng)用地形圖是工程技術(shù)人員必備的基本技能之一地形圖包含豐富的自然地理和社會經(jīng)濟信息地形圖是工程勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營各階段中的重要資料和依據(jù)基礎(chǔ)性資料：國防建設(shè)、工程設(shè)計、城鄉(xiāng)規(guī)劃、資源勘查等確定點的坐標(biāo)與高程、點與點之間的距離、高差及坡度

確定直線的方位、兩直線間的夾角

勾繪集水線和分水線，標(biāo)繪洪水線和淹沒線，繪制斷面圖

計算指定范圍的面積和體積，確定土地面積、土石方量等在地形圖上了解某區(qū)域地物、地貌的分布及社會經(jīng)濟狀況等

·地形圖的應(yīng)用內(nèi)容：06-5月-2449.1地形圖的識讀地形圖的識讀的目的

·正確使用地形圖，必須能正確識讀地形圖地形圖利用各種規(guī)定的符號和注記表示地物、地貌及其他信息通過識讀這些符號和注記，了解對應(yīng)實地立體模型

進而判斷其相互關(guān)系和自然形態(tài)06-5月-2459.1.1地形圖的圖廓及圖廓外注記9.1地形圖的識讀地形圖圖廓外注記的內(nèi)容包括：圖名、圖號、接圖表、比例尺、坐標(biāo)系、圖式版本、等高距、測圖日期與測圖方法、測繪單位、圖廓線、坐標(biāo)格網(wǎng)、三北方向線和坡度尺等。06-5月-2469.1.1地形圖的圖廓及圖廓外注記

·圖廓外注記比例尺接圖表坐標(biāo)系、圖示版本等高距、測圖日期測圖方法、測圖單位圖名，圖號圖廓線坐標(biāo)格網(wǎng)其他：三北方向、坡度尺等9.1地形圖的識讀06-5月-2479.1.2地物與地貌的識讀9.1地形圖的識讀為了正確識讀與使用地形圖必須熟悉地形圖圖式，熟悉一些常用的地物和地貌符號，了解圖上文字注記和數(shù)字注記的確切含義。我國當(dāng)前使用的國家基本比例尺地圖圖式有兩種：《國家基本比例尺地圖圖式第１部分：1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式》（GB/T20257.1-2017），《國家基本比例尺地圖圖式第2部分：1：5000 1：10000地形圖圖式》（GB/T20257.2-2017）。地形圖上的地物、地貌是用不同的地物符號和地貌符號表示的。比例尺不同，地物、地貌的取舍標(biāo)準(zhǔn)也不同。要正確識別地物、地貌，用圖前應(yīng)先熟悉測圖所用的地形圖圖式、規(guī)范和測圖日期。06-5月-2489.1.2地物與地貌的識讀9.1地形圖的識讀識讀地物的目的是了解地物的種類、位置、大小和分布情況。按先主后次的程序，并顧及取舍的內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)進行判讀。先識別大的居民點、主要道路和用圖需要的地物，然后再識別小的居民點、次要道路、植被和其他地物。通過分析，就會對主、次地物的分布情況，主要地物的位置和大小形成較全面的了解。

·1.地物的識讀06-5月-2499.1.2地物與地貌的識讀9.1地形圖的識讀識讀地貌的目的是了解各種地貌的分布和地面的高低起伏狀況。主要根據(jù)基本地貌的等高線特征和特殊地貌（如陡崖、沖溝等）符號進行識別。山區(qū)坡陡，地貌形態(tài)復(fù)雜，尤其是山脊和山谷等高線犬牙交錯，不易識別。這時可先根據(jù)水系的江河、溪流找出山谷、山脊，無河流時，可根據(jù)相鄰山頭找出山脊，再按照兩山谷間必有一山脊、兩山脊間必有一山谷的地貌特征，識別山脊、山谷地貌的分布情況，之后結(jié)合特殊地貌符號和等高線的疏密進行分析，就可以較清楚地了解地貌的分布和高低起伏狀況。最后將地物、地貌綜合在一起，整幅地形圖就像三維模型一樣展現(xiàn)在眼前。同時，通過對居民地、交通網(wǎng)、各種管線等重要地物的判讀，可以了解該地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展情況。

·2.地貌的識讀06-5月-24109.1.2地物與地貌的識讀9.1地形圖的識讀（1）必須了解地形圖成圖時，對于不同比例尺地形圖遵照地物、地貌的綜合取舍原則。（2）要用發(fā)展的眼光讀圖。因為地形圖成圖之后，實地的地物地貌仍在不斷地變化，雖然測繪部門在不斷地修測或者重新測繪，但地形圖總是趕不上實際的變化。因此用圖時應(yīng)當(dāng)適應(yīng)并接受這種變化，用發(fā)展的眼光讀圖、用圖，只有這樣才能最大限度地從地形圖上獲得所需的信息。

·閱讀地形圖時應(yīng)注意以下兩點：06-5月-24119.1.3野外使用地形圖9.1地形圖的識讀地形圖是野外實地調(diào)查的重要工具，野外使用地形圖的方法步驟包括：準(zhǔn)備工作、地形圖的定向、在地形圖上確定站立點位置、地形圖和實地對照以及野外填圖等。1.準(zhǔn)備工作。野外調(diào)查之前，應(yīng)先根據(jù)調(diào)查地區(qū)的范圍和調(diào)查目的，選擇、收集需要的地形圖。如為了進行規(guī)劃或圖上作業(yè)時，應(yīng)選擇大比例尺地形圖。為了便于閱讀和研究問題，可以用彩色鉛筆突出標(biāo)繪與工作有關(guān)的個別要素。06-5月-24129.1.3野外使用地形圖9.1地形圖的識讀2.地形圖的定向。在野外使用地形圖時，首先要使地形圖的方向與實地方向一致。常用的方法有：利用羅盤定向（如圖9-2）、利用地物定向。首先在地形圖上找到與實地相應(yīng)的地物，如道路、河流、山頂、突出樹、道路交叉點、小橋和一些方位物等，然后在站立點轉(zhuǎn)動地形圖，使圖上地物與實地地物一致來定向。06-5月-24139.1.3野外使用地形圖9.1地形圖的識讀3.在地形圖上確定站立點的位置。地形圖定向后，在圖上確定本人站立的位置，常用方法有：（1）根據(jù)明顯地貌和地物判定當(dāng)站立點附近有明顯地貌和地物時，可利用它與實地對照，迅速確定站立點在圖上的位置。（2）后方交會法當(dāng)站立點附近沒有明顯地形、地物時，多采用后方交會方法確定站立點在圖上的位置。（3）GNSS輔助定位隨著GNSS技術(shù)的發(fā)展及其在智能設(shè)備中的普及，手持GNSS設(shè)備輔助定位能夠更加方便快捷地確定站立點的位置。06-5月-24149.1.3野外使用地形圖9.1地形圖的識讀4.地形圖與實地對照。確定了地形圖的方向和地形圖上站立點的位置以后，就可以根據(jù)圖上站立點周圍地貌和地物的符號，找出與實地相應(yīng)的地貌和地物。一般采用目估法，由右至左，由近及遠，先識別主要而明顯的地貌、地物，再按關(guān)系位置識別其他地貌、地物。5.野外填圖調(diào)查其目的在于根據(jù)填圖的任務(wù)，正確、明顯地把填圖對象填繪于圖上。在進行野外填圖之前，根據(jù)填圖任務(wù)收集和閱讀調(diào)查地區(qū)的資料，初步確定填圖對象的主要類型，并按類型擬定圖例，同時，根據(jù)地形圖選擇調(diào)查與填圖路線。06-5月-24159.2地形圖的基本應(yīng)用9.2.1單點坐標(biāo)的量測理論長在大比例尺地形圖內(nèi)圖廓的四角注有實地坐標(biāo)值，如圖9-3所示，欲在圖上量測A點的坐標(biāo)，可在A點所在方格，過A點分別作平行于X軸和Y軸的直線eg和fh，按地形圖比例尺量取af和ae的長度，分別乘以地形圖比例尺的分母M即得實地水平距離，則A點坐標(biāo)可按下式計算：式中，、為A點所在方格西南角點（a點）的坐標(biāo)，M為比例尺分母，和為圖上距離。圖9-3中，=10100.000m,則A點坐標(biāo)為：=10100+29.9=10129.9m,=21100+35.7=21135.7m。06-5月-24169.2地形圖的基本應(yīng)用9.2.1單點坐標(biāo)的量測為檢核量測結(jié)果，并消減圖紙伸縮的影響，還需要量取bf和de的長度，若af+bf和ae+de不等于坐標(biāo)格網(wǎng)的理論長度（l=ab=ad）(一般為10cm)，則A點的坐標(biāo)應(yīng)按下式計算：06-5月-24179.2.2兩點間水平距離的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用根據(jù)已經(jīng)量得的A、B兩點的平面坐標(biāo)XA，YA和XB，YB按下式計算：

·1.解析法

·2.圖解法（1）在地形圖上量得兩點間長度（設(shè)為d），則該線段的實地水平距離為：，M為地形圖比例尺分母。（2）用圓規(guī)在圖上直接卡出A、B兩點的長度，再與地形圖上的直線比例尺比較，即可得AB的水平距離。06-5月-24189.2.3直線坐標(biāo)方位角的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用

·1.解析法

·2.圖解法若量測精度要求不高時，用量角器在圖上直接量取坐標(biāo)方位角，如圖9-4所示；兩次正反測量取平均值。06-5月-24199.2.4單點高程與兩點間坡度的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用

·1．確定地面點高程06-5月-24209.2.4單點高程與兩點間坡度的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用在地形圖上求得相鄰兩點間的水平距離D和高差h后，可計算兩點間的坡度。坡度是指直線兩端點間高差與其平距之比，以i表示，即：式中，d為圖上直線的長度；h為直線兩端點間的高差；D為該直線的實地水平距離；M為比例尺分母。坡度一般用百分率（％）或千分率（‰）表示，上坡為正，下坡為負(fù)。

·2．確定兩點間坡度06-5月-24219.2.5面積的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用在地形圖上量測面積的方法有圖解法、坐標(biāo)解析法、CAD法和求積儀法，本節(jié)只介紹圖解法、坐標(biāo)解析法與CAD法。

·1．坐標(biāo)解析法欲求四邊形1234的面積，已知其頂點坐標(biāo)為1（x1、y1）、2（x2、y2）、3（x3、y3）和4（x4、y4）。則其面積相當(dāng)于相應(yīng)梯形面積的代數(shù)和06-5月-24229.2.5面積的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用

·2．圖解法圖解法的優(yōu)點是能快速地測定任意多邊形面積，但精度較低。如圖9-7(a)中圖形為任意多邊形，無法用坐標(biāo)解析法完成，可以用透明方格紙蒙在圖形表面，數(shù)完整的小方格數(shù)量，若不足一個方格，算半個方格。如圖9-7(b)中的任意多邊形，可以用平行線法量測出多邊形落在平行格網(wǎng)的上下平行邊長，利用公式(9-9)計算面積。06-5月-2423求積儀法

求積儀是一種專門供圖上量算面積的儀器，其優(yōu)點是操作簡便、速度快，適用于任意曲線圖形的面積量算，并能保證一定的精度。求積儀有機械求積儀和電子求積儀兩種。9.2地形圖的基本應(yīng)用9.2.5面積的量測06-5月-24249.2.5面積的量測9.2地形圖的基本應(yīng)用

·3．電子地圖面積查詢法對不規(guī)則的紙質(zhì)地圖量測面積，可以先數(shù)字化圖紙，進行幾何校正和投影校正之后，再使用AutoCAD（或CASS、SouthMap軟件）的面積量測功能進行查詢。（1）圖紙掃描。在不規(guī)則圖形上繪制一條確定比例的基線，選取實地A、B兩點的實際水平距離d，其目的是將圖形矢量化后確定其比例，然后將圖紙掃描為JPG格式圖像文件；（2）插入圖像，在AutoCAD中執(zhí)行圖像命令lmage，選擇將JPG格式圖像附著到AuOCAD繪圖區(qū)或在AutoCAD菜單欄中選擇【插入】-【光柵圖像】，插入掃描圖紙文件。（3）在CAD中繪制一條標(biāo)準(zhǔn)長度為d的直線。（4）比例校正。將圖像中A、B兩點的長度校準(zhǔn)為實際距離d，執(zhí)行對齊命令【Align】，CAD繪圖命令中選擇對象為JPG圖像，指定第一個源點為圖像中的A點，指定第一個目標(biāo)點為標(biāo)準(zhǔn)長度d的端點，指定第二個源點為圖像中的B點，第二個目標(biāo)點為標(biāo)準(zhǔn)長度d的另一端點。（5）面積查詢。校準(zhǔn)圖像尺寸后，柵格圖像矢量化。利用CAD繪圖功能，執(zhí)行多段線命令【Pline】，跟蹤圖像中的邊界，形成閉合多邊形。為保證面積計算精度，跟蹤圖形時盡量不要偏離輪廓線。執(zhí)行面積命令【area】計算封閉多段線的面積。也可以全選封閉多邊形，在屬性查詢中得到面積。06-5月-24259.3.1在圖上按設(shè)計坡度選線9.3地形圖在工程中的應(yīng)用在山地或丘陵地區(qū)進行道路、管線等工程設(shè)計時，要求在不超過某一設(shè)計坡度條件下，選定最短線路或等坡度線路。此時，可根據(jù)下式求出地形圖上相鄰兩條等高線之間滿足設(shè)計坡度要求的最小平距：式中，為等高線的等高距；為設(shè)計坡度；M為比例尺分母。

06-5月-24269.3地形圖在工程中的應(yīng)用9.3.2利用地形圖確定匯水面積

·匯水面積鐵路、公路跨越山谷或河流時，需要架橋梁、造涵洞。而橋梁、涵洞的孔徑大小，都需要根據(jù)地形確定匯流水流量的多少而定，這樣匯集流量的面積稱為匯水面積由于雨水是沿山脊線（分水線）向山坡兩側(cè)分流的，所以，匯水面積的邊界線是由一系列的分水線連接而成的。順序：確定山頂連接山脊線與公路確定匯水面積結(jié)合水文資料計算流經(jīng)P點水量設(shè)計橋梁或涵洞06-5月-24279.3地形圖在工程中的應(yīng)用9.3.2利用地形圖確定匯水面積

·匯水面積06-5月-24289.3.2利用地形圖確定匯水面積

·匯水面積AB9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24299.3.3在地形圖上按指定方向繪制縱斷面圖

·地形圖斷面圖的應(yīng)用道路、隧道、管線等工程設(shè)計時，需要了解兩點之間的地面起伏情況

可根據(jù)地形圖的等高線繪制斷面圖9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24309.3.3在地形圖上按指定方向繪制縱斷面圖

·1.圖解法在各種線路工程設(shè)計中，需要了解該線路方向的地面起伏情況，為此要求繪出某一方向的斷面圖。步驟如下：（1）如圖9-10（a）所示，欲沿AB方向繪制斷面圖，首先在圖上作AB直線，找出與各等高線及地性線相交點a、b、c、…、j各點；（2）如圖9-10（b）所示，在繪圖紙上繪制水平線AB作為橫軸，表示水平距離；過A點作AB的垂線作為縱軸，表示高程；（3）在地形圖上自A點分別量取至a、b、c、…、B各點的距離，并在圖9-10（b）上自A點沿AB方向截出相應(yīng)的a、b、c、…、B各點。（4）在地形圖上讀取各點高程，在圖9-10（b）上以各點高程作為縱坐標(biāo)，向上畫出相應(yīng)的垂線，得到各交點在斷面圖上的位置，用光滑曲線連接這些點，即得AB方向的斷面圖。9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24319.3.3在地形圖上按指定方向繪制縱斷面圖

·斷面圖繪制方法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24329.3.3在地形圖上按指定方向繪制縱斷面圖

·2．?dāng)?shù)字法CASS軟件是廣東南方數(shù)碼科技股份有限公司基于CAD平臺開發(fā)的一套集地形、地籍、空間數(shù)據(jù)建庫、工程應(yīng)用、土石方算量等功能為一體的軟件系統(tǒng)。提供的繪制斷面圖的方法有四種：由坐標(biāo)文件生成、根據(jù)里程文件生成、根據(jù)等高線生成、根據(jù)三角網(wǎng)生成方法。本節(jié)只介紹由坐標(biāo)文件生成斷面圖的方法。9.3地形圖在工程中的應(yīng)用①先用復(fù)合線生成斷面線，點取“【工程應(yīng)用】-【繪斷面圖】-【根據(jù)已知坐標(biāo)功能】”。屏幕上彈出“斷面線上取值”的對話框，用鼠標(biāo)點取上步所繪斷面線。②在“坐標(biāo)獲取方式”欄中選擇“由數(shù)據(jù)文件生成”，在“坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件名”欄中選擇帶高程點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。輸入采樣點間距：系統(tǒng)的默認(rèn)值為20米。采樣點間距的含義是復(fù)合線上兩頂點之間距離若大于此間距，則每隔此間距內(nèi)插一個點。輸入起始里程，系統(tǒng)默認(rèn)起始里程為0+000。點擊“確定”之后，屏幕彈出繪制縱斷面圖對話框。如圖9-11（a）所示；06-5月-24339.3.3在地形圖上按指定方向繪制縱斷面圖

·2．?dāng)?shù)字法③設(shè)置橫縱軸比例尺，輸入相關(guān)參數(shù)：輸入橫向比例，系統(tǒng)的默認(rèn)值為1：500。輸入縱向比例，系統(tǒng)的默認(rèn)值為1：100。④斷面圖位置：可以手工輸入，亦可在圖面上拾取。可以選擇是否繪制平面圖、標(biāo)尺、標(biāo)注；還有一些關(guān)于注記的設(shè)置。點擊“確定”之后，在屏幕上出現(xiàn)所選斷面線的斷面圖。如圖9-11（b）所示。9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24349.3.4土地平整時的土方量計算平整場地：將施工場地的自然地表按要求整理成一定高程的傾斜地面工作平整場地的原則：滿足地面自然排水的要求使場地的填、挖方量平衡場地平整計算土方量的方法：方格網(wǎng)法、等高線法和斷面法，其中最常用的是方格網(wǎng)法。9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24359.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法（1）繪制方格網(wǎng)（2）確定方格網(wǎng)點的地面高程（3）計算場地的平均高程H平均

（4）計算各方格網(wǎng)點的設(shè)計高程（5）計算各方格網(wǎng)點的填挖數(shù)h9.3地形圖在工程中的應(yīng)用06-5月-24369.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用設(shè)有矩形場地A1A5D5D1，要求整理為傾斜平面的場地，并且填挖方量平衡。設(shè)計傾斜平面：南北長60m，坡度為2%，東西為80m，坡度為1.5%。具體計算步驟如下：（1）繪制方格網(wǎng)。在地形圖上的矩形場地上繪制方格網(wǎng)，方格網(wǎng)的邊長一般為20m，40m或100m，方格網(wǎng)邊長越短，計算土方量越精確，如圖9-12中方格網(wǎng)采用邊長S=20m，將方格網(wǎng)點的編號寫在方格網(wǎng)點的左下方。06-5月-24379.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用設(shè)有矩形場地A1A5D5D1，要求整理為傾斜平面的場地，并且填挖方量平衡。設(shè)計傾斜平面：南北長60m，坡度為2%，東西為80m，坡度為1.5%。具體計算步驟如下：（2）確定方格網(wǎng)點的地面高程。根據(jù)地形圖的等高線確定各方格網(wǎng)點的高程Hi，寫在各方格網(wǎng)點的右上方。06-5月-24389.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（3）計算場地的設(shè)計平均高程。其中，Hi為各方格網(wǎng)點的地面高程；Pi為各方格網(wǎng)點的權(quán)，權(quán)等于該方格網(wǎng)點與幾個小方格連結(jié)的個數(shù)。例如A1的權(quán)為1，B1的權(quán)為2，C2的權(quán)為4，則圖9-13場地的地面平均高程為在地形圖上繪出80.26m的等高線，稱為填挖邊界線，用虛線表示。06-5月-24399.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（4）計算各方格網(wǎng)點的設(shè)計高程。為了使場地的填挖方量相等，把矩形場地重心G的設(shè)計高程HG等于場地的平均地面高程H平均，這樣通過G點找到小方格點的設(shè)計高程，使得整個場地在填挖完畢后滿足設(shè)計要求。通過G點的任何傾斜平面它的填挖方量都相等。重心點G及其高程HG確定后，根據(jù)方格點間距d和設(shè)計坡度i，自重心點高程起沿方格方向，向四周推算各方格網(wǎng)點的設(shè)計高程，寫在方格網(wǎng)點的右下方，計算公式如下；其中，i為設(shè)計坡度，d為方格水平距離（此例為20m）。此例中，南北方向兩方格網(wǎng)點間的設(shè)計高差=20×2%=0.4（m），東西方向兩方格點間的設(shè)計高差=20×1.5%=0.3（m）。如圖9-14所示，虛線為填挖邊界線，各方格網(wǎng)點的設(shè)計高程標(biāo)注在圖上網(wǎng)格點右下方。06-5月-24409.3.4土地平整時的土方量計算

·1．方格網(wǎng)法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（5）計算各方格網(wǎng)點的填挖數(shù)hi。把它寫在方格網(wǎng)點的左上方，hi為正值表示需要挖的深度，hi為負(fù)值表示需要填的高度。（6）計算填挖方量①計算每個小方格的填挖方量vi的近似計算公式：式中，h表示每個方格四角的填挖數(shù)，S為小方格的邊長。vi是正值表示挖方量，是負(fù)值表示填方量。把每個小方格的填挖方量寫在每個小方格的圓圈內(nèi)，如圖9-15所示。②計算場地總的填、挖方量：06-5月-24419.3.4土地平整時的土方量計算

·2．?dāng)?shù)字法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用CASS提供的計算土方量的方法有三種，包括方格網(wǎng)法土方計算、DTM法土方計算、等高線法土方計算。（1）方格網(wǎng)法土方計算由方格網(wǎng)來計算土方量是根據(jù)實地測定的地面點坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計高程，通過生成方格網(wǎng)來計算每個方格內(nèi)的填挖方量，最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線。系統(tǒng)首先將方格網(wǎng)四個角上的高程相加，取平均值與設(shè)計高程相減。將修改的高程乘以節(jié)點權(quán)重計算每個格子的填挖方體積。最后統(tǒng)計整個測區(qū)的填挖方體積。首先是導(dǎo)入“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，然后選擇設(shè)計面：①當(dāng)設(shè)計面為平面時，需要輸入“目標(biāo)高程”，在“方格寬度”一項中輸入你需要設(shè)置的方格網(wǎng)規(guī)格，例如輸入20米，則為采用20m×20m的方格網(wǎng)進行土方計算；06-5月-24429.3.4土地平整時的土方量計算

·2．?dāng)?shù)字法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用②當(dāng)設(shè)計面為斜面時，有“基準(zhǔn)點”和“基準(zhǔn)線”兩種方法，其原理是相同的，只是計算條件不同而已。我們以“基準(zhǔn)點”法為例，它需要確定斜面的“坡度”，然后是“基準(zhǔn)點”，也就是坡頂點的“坐標(biāo)”和“高程”，再者就是坡線的“下邊點”的坐標(biāo)了，也就是斜坡方向，最后再確定“方格寬度”即可計算出土方量。③當(dāng)設(shè)計面非平面也非斜面時，這種情況在土方工程中比較常見，場地經(jīng)開挖或回填后變的雜亂無章就屬于這種情況，假如我們有場地前期的“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，那么則可以利用它生成“三角網(wǎng)文件”，然后在設(shè)計面選項中選擇“三角網(wǎng)文件”，然后導(dǎo)入文件，最后再確定“方格寬度”即可計算出土方量。06-5月-24439.3.4土地平整時的土方量計算

·2．?dāng)?shù)字法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（2）DTM法土方計算DTM法土方計算以外業(yè)所采集的測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過建立DTM模型，然后通過生成三角網(wǎng)（即相鄰的三個點連成互不重疊的三角形）來計算每一個三棱錐的挖填方量，最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量。

Cass10.0的DTM土方計算方法共有三種，一是由坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計算，二是依照圖上高程點進行計算，三是依照圖上的三角網(wǎng)進行計算。前兩種方法包含重新建立三角網(wǎng)的過程，第三種方法則是直接采用圖上已有的三角網(wǎng)。①根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)計算：首先用閉合的復(fù)合線圈定所要計算土方的區(qū)域，然后用鼠標(biāo)操作“【工程應(yīng)用】-【DTM法土方計算】-【根據(jù)坐標(biāo)文件】”，根據(jù)電腦提示在圖上選取計算區(qū)域“邊界線”，導(dǎo)入計算區(qū)域的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這時會彈出土方計算參數(shù)設(shè)置對話框，填入“平場標(biāo)高”和“邊界采樣間距”按確定即可得到土方計算結(jié)果。如果計算區(qū)域需要進行邊坡的處理，那么還可以在參數(shù)設(shè)置里面進行“邊坡設(shè)置”，平場高程高于地面高程則設(shè)置為向下放坡，反之，則為向上放坡。在計算結(jié)束后，電腦會在操作者指定的位置繪制一個“計算結(jié)果表格”。06-5月-24449.3.4土地平整時的土方量計算

·2．?dāng)?shù)字法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（2）DTM法土方計算②根據(jù)圖上高程點計算：此方法首先是按數(shù)據(jù)文件展繪高程點，然后用閉合的復(fù)合線圈定所要計算土方的區(qū)域，然后用鼠標(biāo)操作“【工程應(yīng)用】-【DTM法土方計算】-【根據(jù)圖上高程點】”，根據(jù)電腦的提示進行后面的操作，操作與“根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)計算”相同。③根據(jù)圖上的三角網(wǎng)計算：在計算區(qū)域先建立DTM模型，生成三角網(wǎng)，然后根據(jù)地形的實際情況，對既有的三角網(wǎng)進行必要的添加和刪除，使結(jié)果更接近實際地形，最后用鼠標(biāo)操作“【工程應(yīng)用】-【DTM法土方計算】-【根據(jù)圖上三角網(wǎng)】”，根據(jù)電腦的提示，輸入平場標(biāo)高，選取計算所需的所有三角形按回車鍵即得計算結(jié)果。④兩期間土方計算：兩期間土方計算指的是對同一區(qū)域進行了兩期測量，利用兩次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加，計算出該區(qū)域兩期之中的土方變化情況，此方法比較適合兩次觀測時該區(qū)域都是不規(guī)則表面的情況。計算時，首先對計算區(qū)域前后兩次的地形生成不同的三角網(wǎng)文件，然后用鼠標(biāo)操作“【工程應(yīng)用】-【DTM法土方計算】-【計算兩期間土方】”，根據(jù)電腦的提示在“第一期三角網(wǎng)”導(dǎo)入前期的三角網(wǎng)文件，在“第二期三角網(wǎng)”導(dǎo)入后期的三角網(wǎng)文件，按回車鍵即得計算結(jié)果。06-5月-24459.3.4土地平整時的土方量計算

·2．?dāng)?shù)字法9.3地形圖在工程中的應(yīng)用（3）等高線法土方計算在沒有高程數(shù)據(jù)文件時，無法使用前面幾種方法計算土方量。用此功能可以計算兩條閉合等高線之間的土方量。根據(jù)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)文件dgx.dat中的測點點號，繪制等高線。設(shè)計線路走向，即確定斷面線。①【工程應(yīng)用】菜單-【等高線法土方計算】，在彈出的“輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件名”對話框中，打開dgx.dat文件，展繪出測點點號；②選擇參與計算的封閉等高線，逐點選取，回車后屏幕提示“輸入最高點高程”③回車后，彈出“總方量=XXX立方米”。回車后屏幕提示“請指定表格左上角位置”，在圖上空白處點擊鼠標(biāo)右鍵，系統(tǒng)在該點位置自動計算出表格成果。從表格可以看出每條等高線圍成的面積和兩條相鄰等高線之間的土方量。06-5月-24469.4.1DTM和DEM的概念

·1.概述9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，簡稱DTM）是數(shù)字描述地形屬性特征的方法，能夠反映屬性信息與地形表面位置之間的數(shù)字形式。數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）是數(shù)字地形模型中呈現(xiàn)高程的模型，能夠反映地形起伏信息與地形表面位置之間的數(shù)字形式。DTM在測繪中被用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖以及地圖的修測。在遙感應(yīng)用中可作為分類的輔助數(shù)據(jù)。它還是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可用于土地利用現(xiàn)狀的分析、合理規(guī)劃及洪水險情預(yù)報等。自從提出DTM的概念以后，相繼又出現(xiàn)了許多其他相近的術(shù)語：德國使用的DHM（DigitalHeightModel）英國使用的DGM（DigitalGroundModel）美國地質(zhì)測量局USGS使用的DTEM（DigitalTerrainElevationModel）和DEM（DigitalElevationModel）06-5月-24479.4.1DTM和DEM的概念

·2.數(shù)字地面模型及分類9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（1）數(shù)字地面模型DTM（DigitalTerrainModels）描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布（如地面溫度、降雨、地球磁力、重力、土地利用、土壤類型等其他地面諸特征）的有序數(shù)值陣列，從數(shù)學(xué)的角度，可以用下述式（9-16）二維函數(shù)系列取值的有序集合來概括地表示數(shù)字地面模型的豐富內(nèi)容和多樣形式：Kp＝fk（xi,yi,zi）（i＝l，2，3，…，m；k＝1，2，3，…，n） （9-17）其中，Kp為第p號地面點上的第k類地面特性信息；xi,yi,zi為第p號地面點的三維坐標(biāo)。例如，假定將土壤類型編作第i類地面特性信息，則數(shù)字地面模型的第i個組成部分為：Ip＝fz（xi,yi,zi）（i＝1，2，3，…，m） （9-18）06-5月-24489.4.1DTM和DEM的概念

·2.數(shù)字地面模型及分類9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（2）DTM的分類按不同的分類方法，DTM有不同的類型，現(xiàn)歸納如下：1）按區(qū)域分類綜合性DTM—全國范圍區(qū)域性DTM—某行政區(qū)、某自然區(qū)專題性DTM—某專題數(shù)據(jù)2）按結(jié)構(gòu)形式分類（見圖9-16）規(guī)則網(wǎng)格DTM

平面多邊形DTM

曲面多邊形DTM

空間多邊形DTM

等值線DTM

散點DTM3）按內(nèi)容分類數(shù)字地貌模型（DigitalGeomorphicModel）—地表起伏形態(tài)的數(shù)據(jù)非數(shù)字地貌模型—地理背景、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)圖9-16幾種規(guī)格的DTM06-5月-24509.4.1DTM和DEM的概念

·3.數(shù)字高程模型及應(yīng)用9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（1）數(shù)字高程模型DEM數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）是表示區(qū)域D上的三維向量有限序列，用函數(shù)的形式描述為：Zp＝{xi,yi}（i＝1，2，3，…，m） （9-19）式中，xi、yi——平面坐標(biāo)，Zp——（xi，yi）對應(yīng)的高程。（2）DEM的幾種表達06-5月-24519.4.1DTM和DEM的概念

·3.數(shù)字高程模型及應(yīng)用9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（3）DEM的主要應(yīng)用一般而言，可將DEM的主要應(yīng)用歸納為：1）作為國家地理信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：我國現(xiàn)在強調(diào)4D產(chǎn)品的建設(shè)。即：數(shù)字線化圖（DigitalLinearGraphs，簡稱DLG）數(shù)字高程模型（DigitalElevationModels，簡稱DEM）數(shù)字正射影像（DigitalOrthophotoQuadrangles，簡稱DOQ）數(shù)字柵格圖（DigitalRasterGraphs，簡稱DRG）2）土木工程、景觀建筑與礦山工程的規(guī)劃與設(shè)計。此后，它被用于各種線路選線（鐵路、公路、輸電線）的設(shè)計以及各種工程的面積、體積、坡度計算，任意兩點間的通視判斷及任意斷面圖繪制。3）為軍事目的（軍事模擬等）而進行的地表三維顯示。例如，它被用于在軍事上可用于導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo)、作戰(zhàn)電子沙盤等。4）景觀設(shè)計與城市規(guī)劃。5）流水線分析、可視性分析。6）交通路線的規(guī)劃與大壩的選址。7）不同地表的統(tǒng)計分析與比較。8）生成坡度圖、坡向圖、剖面圖，輔助地貌分析，估計侵蝕和徑流等。9）作為背景疊加各種專題信息如土壤、土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)等，以進行顯示與分析等等。06-5月-24529.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·1.四種DEM的數(shù)據(jù)來源9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（1）以地面實測記錄為數(shù)據(jù)源用GPS、全站儀、野外測量等和電子手簿配合PC1500等袖珍計算機，在已知點位的測站上，觀測到目標(biāo)點的方向、距離和高差三個要素。計算出目標(biāo)點的x、y、z三維坐標(biāo)，存儲于電子手簿或袖珍計算機中，成為建立DEM的原始數(shù)據(jù)。（2）以地形圖為數(shù)據(jù)源手工方法手扶跟蹤數(shù)字化儀采集采集方式掃描數(shù)字化儀采集方式以地形圖為數(shù)據(jù)源建立DEM（3）以航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源這是DEM數(shù)據(jù)采集最常用的方法之一。根據(jù)航空或航天影像，通過攝影測量途徑獲取，如立體坐標(biāo)儀觀測及空三加密法、解析測圖、數(shù)字?jǐn)z影測量等等，進行人工、半自動或全自動的量測來獲取數(shù)據(jù)。基于衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取全球DEM數(shù)據(jù)的系統(tǒng)類型主要有以下四種：光學(xué)立體像對、合成孔徑雷達、雷達測高、激光測高。最出名的包括：SRTMC、ASTERGDEM、DLR、GMTED2010、ETOPO、GTOPO30、ALOS（見圖9-18）。圖9-18以航空或航天遙感圖像為數(shù)據(jù)源獲DEM06-5月-24549.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·2.DEM的采樣方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用為了獲得地面的高程信息，需要在研究區(qū)內(nèi)部按一定密度進行測量要素采集。具體采樣方法為：（1）規(guī)則采樣為了準(zhǔn)確地反映地形，在整個研究區(qū)均勻按一定密度進行測量要素采集。缺點是采樣過程中發(fā)現(xiàn)某些地面沒有包括必要信息時，會產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)。（2）自適應(yīng)性采樣目的是使采樣點分布合理，即平坦地區(qū)樣點少，地形復(fù)雜區(qū)的樣點較多。采樣首先按預(yù)定比較稀疏的間隔進行采樣，獲得一個較稀疏的格網(wǎng)，然后分析是否需要對格網(wǎng)進行加密。例如，可根據(jù)地形特征進行選擇采樣，例如沿山脊線、山谷線、斷裂線進行采集以及離散碎部點（如山頂）的采集。這種方法獲取的數(shù)據(jù)尤其適合于不規(guī)則三角網(wǎng)DEM的建立。06-5月-24559.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（1）規(guī)則格網(wǎng)表示法規(guī)則格網(wǎng)表示方法是把DEM表示成高程矩陣見式（9-19）：Zp＝{xi,yi}（i＝1，2，3，…，m） （9-20）式中，xi、yi——平面坐標(biāo)，Zp——（xi，yi）對應(yīng)的高程。規(guī)則格網(wǎng)的高程矩陣，可以很容易地用計算機進行處理，特別是柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)。它還可以很容易地計算等高線、坡度坡向、山坡陰影和自動提取流域地形，使得它成為DEM最廣泛使用的格式，目前許多國家提供的DEM數(shù)據(jù)都是以規(guī)則格網(wǎng)的數(shù)據(jù)矩陣形式提供的。規(guī)則的格網(wǎng)系統(tǒng)也有下列缺點：地形簡單的地區(qū)存在大量冗余數(shù)據(jù)；如不改變格網(wǎng)大小，則無法適用于起伏程度不同的地區(qū)；對于某些特殊計算如視線計算時，格網(wǎng)的軸線方向被夸大；由于柵格過于粗略，不能精確表示地形的關(guān)鍵特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。為了壓縮柵格DEM的冗余數(shù)據(jù)，可采用游程編碼或四叉樹編碼方法。06-5月-24569.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（2）數(shù)學(xué)分塊曲面表示法這種方法把地面分成若干個塊，每塊用一種數(shù)學(xué)函數(shù)，如傅立葉級數(shù)高次多項式、隨機布朗運動函數(shù)等，以連續(xù)的三維函數(shù)高平滑度地表示復(fù)雜曲面，并通過離散采樣點擬合函數(shù)曲面。數(shù)學(xué)分塊曲面表示法生成的格網(wǎng)系統(tǒng)也有下列缺點：局部會出現(xiàn)過度擬合，即由于高次多項式帶來的局部振蕩，擬合有效性降低；追求數(shù)學(xué)函數(shù)的精度越高，參數(shù)數(shù)量越多，造成計算機內(nèi)存與精度之間的不平衡。（3）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）表示法不規(guī)則三角網(wǎng)（TriangulatedIrregularNetwork，簡稱TIN）是專為產(chǎn)生DEM數(shù)據(jù)而設(shè)計的一種采樣表示系統(tǒng)。1）狄洛尼三角網(wǎng)（Delaunay，1934）對于不規(guī)則分布的高程點，可以形式化地描述為平面的一個無序的點集P，點集中每個點p對應(yīng)于它的高程值。將該點集轉(zhuǎn)成TIN，最常用的方法是Delaunay三角剖分方法。生成TIN的關(guān)鍵是Delaunay三角網(wǎng)的產(chǎn)生算法，下面先對Delaunay三角網(wǎng)和它的偶圖Voronoi圖作簡要的描述。06-5月-24579.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用（a）Voronoi圖Voronoi圖，又叫泰森多邊形或Dirichlet圖，它由一組連續(xù)多邊形組成，多邊形的邊界是由連接兩鄰點線段的垂直平分線組成。N個在平面上有區(qū)別的點，按照最近鄰原則劃分平面：每個點與它的最近鄰區(qū)域相關(guān)聯(lián)。Delaunay三角形是由與相鄰Voronoi多邊形共享一條邊的相關(guān)點連接而成的三角形。Delaunay三角形的外接圓圓心是與三角形相關(guān)的Voronoi多邊形的一個頂點（見圖9-19）。對于給定的初始點集P，有多種三角網(wǎng)剖分方式，而Delaunay三角網(wǎng)有以下特性：其Delaunay三角網(wǎng)是唯一的；三角網(wǎng)的外邊界構(gòu)成了點集P的凸多邊形“外殼”；沒有任何點在三角形的外接圓內(nèi)部，反之，如果一個三角網(wǎng)滿足此條件，那么它就是Delaunay三角網(wǎng)。如果將三角網(wǎng)中的每個三角形的最小角進行升序排列，則Delaunay三角網(wǎng)的排列得到的數(shù)值最大，從這個意義上講，Delaunay三角網(wǎng)是“最接近于規(guī)則化”的三角網(wǎng)。（b）狄洛尼三角網(wǎng)任何一個狄洛尼(Delaunay)三角形的外接圓的內(nèi)部不能包含其它任何點。采用最短距離和準(zhǔn)則選擇候選點，應(yīng)用空外接圓準(zhǔn)則構(gòu)建狄洛尼三角網(wǎng)。06-5月-24599.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用2）三角形構(gòu)網(wǎng)方法不規(guī)則三角形構(gòu)網(wǎng)的方法有很多，不同方法構(gòu)網(wǎng)的結(jié)果可能完全不相同。但理論上說，三角網(wǎng)的建立應(yīng)基于最佳三角形的原則，即盡可能保證每個三角形都是銳角三角形或者三邊的長度近似相等，避免出現(xiàn)過大的鈍角和過小銳角。下面我們了解一下三角形構(gòu)網(wǎng)的準(zhǔn)則（見圖9-20）：TIN模型根據(jù)區(qū)域有限個點集將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內(nèi)。它克服了高程矩陣中冗余數(shù)據(jù)的問題，而且能更加有效地用于各類以DEM為基礎(chǔ)的計算。圖9-20三角構(gòu)網(wǎng)準(zhǔn)則06-5月-24609.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用3）TIN的數(shù)據(jù)存儲方式TIN的數(shù)據(jù)存儲方式比格網(wǎng)DEM復(fù)雜，它不僅要存儲每個點的高程，還要存儲其平面坐標(biāo)、節(jié)點連接的拓?fù)潢P(guān)系，三角形及鄰接三角形等關(guān)系（見圖9-21）。圖9-21

以不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）記錄高程信息06-5月-24619.4.2DEM的數(shù)據(jù)采集與表示

·3.DEM的表示方法9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用3）TIN的數(shù)據(jù)存儲方式有許多種表達TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的存儲方式，一個簡單的記錄方式是：對于每一個三角形、邊和節(jié)點都對應(yīng)一個記錄，三角形的記錄包括三個指向它三個邊的記錄的指針；邊的記錄有四個指針字段，包括兩個指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個頂點的記錄的指針；也可以直接對每個三角形記錄其頂點和相鄰三角形。構(gòu)建三維狄洛尼三角網(wǎng)如圖9-22所示。道路表面三角網(wǎng)模型設(shè)計疊加到原始DEM上的結(jié)果如圖9-23所示。06-5月-24629.4.3DEM的地圖制圖

·1.利用DEM繪制等高線圖9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用等高線指的是地形圖上高程相等的相鄰各點所連成的閉合曲線生成等高線圖的原理如下：1)收集地形數(shù)據(jù)：使用衛(wèi)星圖像、飛行器掃描或地面測量儀器等數(shù)據(jù)收集工具，獲取地形數(shù)據(jù)。2)處理DEM數(shù)據(jù)：將獲得的地形數(shù)據(jù)存儲在數(shù)字高程模型(DEM)中，并使用計算機程序?qū)EM數(shù)據(jù)進行處理。3)確定等高線間隔：根據(jù)使用者的需求，確定等高線間隔，即每兩條等高線之間的高差。4)生成等高線：使用計算機程序在DEM數(shù)據(jù)中根據(jù)設(shè)定的等高線間隔繪制等高線。5)渲染等高線圖：將生成的等高線圖進行渲染，使其具備更加直觀、美觀的呈現(xiàn)方式。總之，DEM生成等高線圖的過程主要是根據(jù)收集到的地形數(shù)據(jù)，計算出地形的高低信息，然后根據(jù)設(shè)定的等高線間隔生成相應(yīng)的等高線，并進行渲染處理，以便更好的呈現(xiàn)出地形高程信息。具體可以首先下載DEM數(shù)據(jù)，之后利用ArcGIS、GlobalMapper等軟件模塊生成等高線。06-5月-24649.4.3DEM的地圖制圖

·2.利用DEM繪制地面暈渲圖9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用暈渲圖是以通過模擬實際地面本影與落影的方法有效反映地形起伏的重要的地圖制圖學(xué)方法。在各種小比例尺地形圖、地理圖，以及各類有關(guān)專題地圖上得到非常廣泛的應(yīng)用。利用DEM數(shù)據(jù)作為信息源，在地面光照通量數(shù)學(xué)函數(shù)為自變量，計算該柵格應(yīng)選用輸出的灰度值。由此產(chǎn)生的暈渲圖具有相當(dāng)逼真的立體效果圖9-26和圖9-27。06-5月-24659.4.3DEM的地圖制圖

·3.DEM與正射影像疊合的立體地形模型9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用立體地形模型，又稱地面三維模型可以生動逼真地描述制圖對象在平面和空間上分布的形態(tài)特征和構(gòu)造關(guān)系。通過分析地面三維模型，我們可以了解地理模型表面的平緩起伏，而且可以看出其各個斷面的狀況，這對研究區(qū)域的輪廓形態(tài)、變化規(guī)律以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是非常有益的。首先將DEM文件顯示為高程渲染圖，將正射遙感影像粘貼在DEM渲染圖表面，作為紋理顯示（圖9-28）。這個結(jié)果適用于三維仿真、三維地形建模或構(gòu)建虛擬三維場景等應(yīng)用。06-5月-24669.4.4DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量控制9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用DEM數(shù)據(jù)來源于地形圖，所以DEM的精度取決于原始的地形圖。首先，數(shù)據(jù)采集點太稀會降低DEM的精度；數(shù)據(jù)點過密，又會增大數(shù)據(jù)量、處理的工作量和不必要的存儲量。這需要在DEM數(shù)據(jù)采集之前，按照所需的精度要求確定合理的取樣密度，或者在DEM數(shù)據(jù)采集過程中根據(jù)地形復(fù)雜程度動態(tài)調(diào)整采樣點密度。其次，研究結(jié)果表明，任何一種DEM內(nèi)插方法，均不能彌補取樣不當(dāng)所造成的信息損失。通常用某種數(shù)學(xué)擬合曲面生產(chǎn)的DEM，往往存在未知的精度問題，即使是正式出版的地形圖同樣存在某種誤差，所以在生產(chǎn)和使用DEM時應(yīng)該注意到它的誤差類型。基于統(tǒng)計分析，主要通過高程互差的誤差（Error）、準(zhǔn)確度（Accuracy）、精度（Precision）、不確定性（Uncertainty）等統(tǒng)計指標(biāo)來定量評價實驗結(jié)果（見表9-1）。DEMRMSEMAENMADAVEMAXMINAW3D30DEM2.1521.7041.7471.1086.267-4.012SRTM1DEM2.2841.8422.0810.8766.260-4.602ASTERGDEM10.8039.7804.608-9.7851.292-21.120表9-1

三種遙感影像獲取的DEM質(zhì)量比較06-5月-24679.4.4DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量控制9.4數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用DEM的數(shù)據(jù)質(zhì)量可以參考美國地質(zhì)勘探局（UnitedStatesGeologicalSurvey，簡稱USGS）的分級標(biāo)準(zhǔn)（見表9-2）：表9-23D激光雷達DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量等級質(zhì)量定級數(shù)據(jù)源豎直精度

RMSEz(cm)標(biāo)稱脈沖間隔(m)米標(biāo)稱脈沖間隔

(點/m2)數(shù)字高程模型單元分辨率

(m)QL0Lidar5cm<=0.35m>=8pts/squaremeter0.5mQL1Lidar10cm<=0.35m>=8pts/squaremeter0.5mQL2Lidar10cm<=0.71m>=2pts/squaremeter1mQL3Lidar20cm<=0.35m>=0.5pts/squaremeter2mQL4Imagery139cmN/AN/A5mQL5IfSAR185cmN/AN/A5m06-5月-24689.5.1基于DEM的信息提取9.5數(shù)字地形圖的空間分析定義為地表單元的法向與Z軸的夾角，即切平面與水平面的夾角（見圖9-29）。在計算出各地表單元的坡度后，可對不同的坡度設(shè)定不同的灰度級，可得到坡度圖。

·1.坡度

·2.坡向坡向是地表單元的法向量在水平面上的投影與X軸之間的夾角（見圖9-29）。在計算出每個地表單元的坡向后，可制作坡向圖，通常把坡向分為東、南、西、北、東北、西北、東南、西南8類，再加上平地，共9類，用不同的色彩顯示，即可得到坡向圖（見圖9-30）。06-5月-24709.5.1基于DEM的信息提取9.5數(shù)字地形圖的空間分析是反映地表的起伏變化和侵蝕程度的指標(biāo)，一般定義為地表單元的曲面面積與其水平面上的投影面積之比。

·3.地表粗糙度（破碎度）

·4.高程變異分析高程變異分析包括平均高程、相對高程、高程標(biāo)準(zhǔn)差，高程變異。高程變異：為格網(wǎng)頂點的高程標(biāo)準(zhǔn)差與平均高程的比值。06-5月-24719.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析（1）原理剖面分析是在地形表面按指定的曲線剖切高程。可以以線代面，研究區(qū)域的地貌形態(tài)、輪廓形狀、地勢變化、地質(zhì)構(gòu)造、斜坡特征、地表切割強度等。如果在地形剖面上疊加其它地理變量，例如坡度、土壤、植被、土地利用現(xiàn)狀等，可以提供土地利用規(guī)劃、工程選線和選址等的決策依據(jù)。（2）繪制可在格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上進行（見圖9-31）。已知兩點的坐標(biāo)A（x1，y1），B（x2，y2），則可求出兩點連線與格網(wǎng)或三角網(wǎng)的交點，并內(nèi)插交點上的高程，以及各交點之間的距離。然后按選定的垂直比例尺和水平比例尺，按距離和高程繪出剖面圖。剖面圖不一定必須沿直線繪制，也可沿一條曲線繪制。

·1.剖面分析06-5月-24729.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析（1）原理水文分析是DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個重要方面，ArcGIS的水文分析使用DEM作為計算的參數(shù)，生成集水流域和水流網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。基于DEM的地表水文分析的主要內(nèi)容，是利用水文分析工具，提取相關(guān)模型所需的水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網(wǎng)絡(luò)（包括河流網(wǎng)絡(luò)的分級等）數(shù)據(jù)，以及對研究區(qū)的流域進行分割等。（2）方法ArcGIS提供了相當(dāng)不錯了水文分析工具。重點處理的是水在地表上的運動情況，輔助分析地表水流從哪里產(chǎn)生、流向何處，再現(xiàn)水流的流動過程。1）無洼地的DEMDEM被認(rèn)為是比較光滑的地形表面的模擬，但由于內(nèi)插的原因以及一些真實地形如喀斯特地貌存在，使得DEM表面存在一些不存在的凹陷，這些區(qū)域再進行地表水流模擬的時候，由于的低高程柵格的存在，使得水流計算時得到不合理或錯誤的結(jié)果，因此，在預(yù)處理階段應(yīng)對原始DEM數(shù)據(jù)進行洼地填充，得到無洼地DEM。

·2.水文分析06-5月-24739.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析2）流向分析水流方向是指水流離開每一個柵格單元時的指向。在ArcGIS中將通過中心柵格的八個鄰域，柵格編碼（D8算法）來確定水流方向。水流的流向是通過計算中心柵格與鄰域柵格的最大距離權(quán)落差來確定的。距離鄰域落差高差除以兩柵格之間的距離。柵格之間的距離與方向有關(guān)，如果鄰域柵格對中心柵格方向值為2、8、32、128，則柵格間的距離為SQRT(2)=1.414，否則距離為1。如果高差為正值，則為流出；負(fù)值，則為流入（見圖9-32）。3）匯流累積量在地表徑流模擬過程中，匯流累積量是基于水流方向計算得到的。對于每個柵格來說，其匯流累積量大小代表其上游有多少個柵格的水流方向最終會流經(jīng)過該柵格，匯流累積數(shù)值越大，該區(qū)域容易形成地表徑流（見圖9-32）。

·2.水文分析06-5月-24759.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析4）水流長度（流程）水流長度通常是在地面一點沿水流方向到其流向起點或終點間的最大地面距離在水平面上的投影。目前水流長度的提取方式主要有兩種，一種是順流計算（downstream），一種是溯流計算（upstream）。順流計算是指計算地面上面一點沿水流方向到達該點所在流域出水口最大地面距離的水平投影。溯流計算是指計算地面每一點沿水流方向到其流向起點間的最大距離的水平投影。5）提取河流網(wǎng)絡(luò)目前常用的河流提取網(wǎng)絡(luò)是采用地表徑流漫流模型計算。首先是在無洼地DEM上，利用最大坡降的方法得到每一個柵格的水流方向；然后利用水流方向柵格計算出柵格數(shù)據(jù)計算出每一個柵格在水流方向上累積的柵格數(shù)，即匯流累積量，所得到的匯流累積量則代表在一個柵格位置上有多少個柵格的水流方向流經(jīng)該柵格。假設(shè)每一個柵格處攜帶一份水流，那么，柵格匯流累積量則代表著該柵格的水流量。基于上述思想，當(dāng)匯流量達到一定值的時候，就會產(chǎn)生地表水流，那么這些水流路徑構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)就是河網(wǎng)。

·2.水文分析06-5月-24769.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析5）提取河流網(wǎng)絡(luò)流域，又稱集水區(qū)域，是指流經(jīng)其中的水流從一個公共的出水口排出，從而形成一個集中的排水區(qū)域。用來描述流域的還有流域盆地、集水盆地或水流區(qū)域。Watershed的數(shù)據(jù)顯示了區(qū)域內(nèi)每個流域匯水面積的大小。匯水面積是從某個出水口流出的河流的總面積、出水口及流域內(nèi)水流的出口，是整個流域的最低處。流域內(nèi)間的分界線即為分水嶺，流域分水線所包圍的區(qū)域面積就是流域面積。以上五種水文分析的方法見圖9-33，結(jié)果見圖9-34。

·2.水文分析06-5月-24779.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析通視分析是指以某一點為觀察點，研究某一區(qū)域通視情況的地形分析（圖9-35）

·3.通視分析（1）方法：1）在圖9-33中，以O(shè)為觀察點，對格網(wǎng)DEM或三角網(wǎng)DEM上的每個點判斷通視與否，通視賦值為1，不通視賦值為0。由此可形成屬性值為0和1的格網(wǎng)或三角網(wǎng)。對此以0.5為值追蹤等值線，即得到以O(shè)為觀察點的通視圖。2）以觀察點O為軸，以一定的方位角間隔算出0°～360°的所有方位線上的通視情況。對于每條方位線，通視的地方繪線，不通視的地方斷開，或相反。這樣可得出射線狀的通視圖。06-5月-24789.5.2基于DEM的可視化分析9.5數(shù)字地形圖的空間分析（2）兩點是否可見的算法傾角法和剖面圖法均是判斷格網(wǎng)或三角網(wǎng)上的某一點是否通視（即兩點是否可見）的方法。1）傾角法（圖9-35a）格網(wǎng)DEM為例，O（xo,yo,zo）為觀察點，P（xp,yp,zp）為某一格網(wǎng)點，OP與格網(wǎng)的交點為A、B、C。OP的傾角為α，觀察點與各交點的傾角為βi（i＝A,B,C），若tgα＞max（tgβi,i＝A、B、C），則OP通視；否則，不通視。2）剖面圖法（圖9-35b）由兩點連線是否與剖面相交，可判斷兩點是否可視。相交說明無法通視，不相交則說明通視。DEM通視分析示例如圖9-36所示。

·3.通視分析圖9-36

DEM通視分析結(jié)果黃鶴測繪與城市空間信息學(xué)院第10章測設(shè)的基本工作目錄06-5月-2481水平距離、水平角和設(shè)計高程的測設(shè)I.點的平面位置測設(shè)方法II.06-5月-2482關(guān)于測設(shè)施工測量是工程測量的重要內(nèi)容之一

·測定與測設(shè)06-5月-2483關(guān)于測設(shè)測設(shè)的定義

·測設(shè)(放樣)工程進入施工階段時，首先要將圖紙上設(shè)計好的各種建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程在實地標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)，這一測量工作稱為測設(shè)極坐標(biāo)法：水平角測設(shè)+水平距離測設(shè)坐標(biāo)法：全站儀測設(shè)、GNSS測設(shè)水準(zhǔn)測量方法

·平面位置測設(shè)

·高程測設(shè)06-5月-248410.1.1已知水平角的測設(shè)

·一個已知方向、水平角設(shè)計數(shù)據(jù)→另一方向10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)

·1.一般方法(盤左盤右分中法)測設(shè)精度不高時采用已知條件：方向：OA測設(shè)角度：β具體步驟盤左測設(shè)水平角(B′)盤右測設(shè)水平角(B″)盤左、盤右取平均值(B)檢核∠AOB=βOABB'B''βab06-5月-248510.1.1已知水平角的測設(shè)10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)

·1.一般方法(盤左盤右分中法)具體步驟首先在O點安置經(jīng)緯儀或全站儀（對中、整平），盤左瞄準(zhǔn)A點，讀取水平度盤讀數(shù)為a1，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部使水平度盤讀數(shù)為（a1＋β），在地上沿視準(zhǔn)軸方向標(biāo)定B′點。盤右位置再瞄準(zhǔn)A點，讀數(shù)為a2，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部使水平度盤讀數(shù)為（a2＋β），在地上沿視準(zhǔn)軸方向標(biāo)定B"點。（3）如果B′和B"不重合，則取B′與B"的中點B，并將該點標(biāo)定至實地。（4）再用測回法測量∠AOB，若實測水平角與β值之差符合要求，則∠AOB為測設(shè)的β角。OABB'B''βab06-5月-248610.1.1已知水平角的測設(shè)

·2．歸化法角度放樣測設(shè)精度要求較高時采用已知條件：方向：OA測設(shè)角度：β具體步驟用一個盤位測設(shè)β′角(B′)用測回法觀測∠AOB′多個測回(β′)測量OB′距離(D)計算OB′方向上B′點的垂距改正值(δ

)使用小三角板，從B′點沿垂直于OB′方向量取δ，B′點修正至B點OABB'ββ'δDΔβ'ρ=180°/π=206265″10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-248710.1.2已知水平距離的測設(shè)

·一個已知點、方向、設(shè)計水平距離→另一端點

·1.一般方法從已知起點A開始，沿給定的方向按設(shè)計水平距離D，用鋼尺直接丈量定出另一端點B檢核方法：往返丈量，取其平均值作為最終結(jié)果當(dāng)測設(shè)精度要求較高時，可采用精確法首先按一般方法放樣；然后對所放樣的距離進行三項改正

尺長改正溫度改正傾斜改正

·2.精確方法10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-248810.1.2已知水平距離的測設(shè)

·3.歸化法屬于精確法具體步驟：欲測設(shè)長度L，先從起點A開始沿給定的方向丈量稍大于已知距離的長度，得到B′點，臨時固定之；然后沿AB′往返丈量多次，并進行三項改正，取其中數(shù)作為AB′的實測值L′；將實測值L′與設(shè)計長度L比較，即可求得距離改正數(shù)(歸化值)，即：ΔL=L′–L；最后按照ΔL的符號，沿AB′的方向用三角板量出ΔL，并標(biāo)定得B點。ABB'LL'ΔL10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-248910.1.2已知水平距離的測設(shè)

·4.全站儀測設(shè)水平距離具體步驟：將全站儀安置于A點，輸入棱鏡常數(shù)、氣象參數(shù)等，并設(shè)置水平距離顯示模式；持鏡人手持棱鏡對中桿沿給定方向前進，當(dāng)顯示距離接近欲測設(shè)距離時(相差最好不超過10cm)，則將棱鏡穩(wěn)固地安置于C′點，并用木樁標(biāo)定；精測距離得D′，然后在C′點用小鋼尺

或三角板改正距離ΔD=D–D′得C點，

用木樁標(biāo)定C點；(4)為了檢核可進行復(fù)測。AD'DCC'αL10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-249010.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)

·1．水準(zhǔn)測量高程放樣已知高程測設(shè)是根據(jù)已知水準(zhǔn)點高程和待定點設(shè)計高程，利用水準(zhǔn)測量或測距三角高程測量等方法，將設(shè)計高程在實地標(biāo)定出來。水平視線BMAB前進方向后視尺前視尺ba10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)BMA為一已知水準(zhǔn)點，其高程為HA。B點為擬測設(shè)的高程點，其設(shè)計高程為HB。06-5月-249110.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)在AB之間適當(dāng)?shù)奈恢冒仓盟疁?zhǔn)儀，測得A點后視讀數(shù)a，則前視讀數(shù)應(yīng)為b=HBMA

+a–HB。觀測者指揮前尺司尺員上下移動水準(zhǔn)尺，當(dāng)前尺讀數(shù)為b時，水準(zhǔn)尺緊貼B點樁，以尺底為準(zhǔn)在樁上劃一橫線，此線即為B點的設(shè)計標(biāo)高線。為了使用方便，一般沿標(biāo)高線向下用紅油漆繪一三角形(▼)。水平視線BMAB前進方向后視尺前視尺baHB10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)

·方法一06-5月-249210.1.3已知高程點的測設(shè)

·方法二可以先根據(jù)水準(zhǔn)測量方法測出B點的地面高程H′B，進而計算B點的高程改正值：δh=HB?H′B；根據(jù)高程改正值δh，利用小鋼尺在B點標(biāo)定出設(shè)計高程位置。H'BH'BHBδh10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-249310.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)

·深基坑的高程放樣前視讀數(shù)b1后視讀數(shù)a1后視讀數(shù)a2前視讀數(shù)b2已知水準(zhǔn)點A(HA)設(shè)計高程點B(HB)B點前視讀數(shù)應(yīng)為：10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)懸掛一鋼尺06-5月-249410.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)

·高墩臺的高程放樣后視讀數(shù)a已知水準(zhǔn)點A(HA)B點前視讀數(shù)應(yīng)為：設(shè)計高程點B(HB)0鋼尺零尺端10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)06-5月-249510.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)

·2.光電測距三角高程測量法放樣高程10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)對于一些高差起伏大的場景，如橋梁、大型鋼結(jié)構(gòu)安裝、基坑、建筑物頂部等點位放樣，水準(zhǔn)儀放樣比較困難，需要用光電測距三角高程測量法放樣高程（無儀器高全站儀放樣高程）。如圖10-6所示：已知A點高程為HA，放樣點B設(shè)計高程HB，在適當(dāng)位置K處架設(shè)全站儀，整平，精確瞄準(zhǔn)A點棱鏡中心（棱鏡高v），測得斜距及豎直角,可計算得全站儀視線高HK：同樣精確瞄準(zhǔn)B點棱鏡中心（棱鏡高v），測得斜距及豎直角,可得B點高程HB′：聯(lián)合式（10-3），（10-4）可得：將HB′與設(shè)計高程HB高差計算出來，根據(jù)實地情況指揮放樣設(shè)計高程HB即可。這種方法放樣無需量測儀器高，故稱無儀器高全站儀放樣法。06-5月-249610.1.3設(shè)計高程點的測設(shè)

·2.光電測距三角高程測量法放樣高程10.1水平角度、水平距離和設(shè)計高程的測設(shè)用以上方法進行高程放樣時，當(dāng)測站與目標(biāo)點之間的距離超過150m時，以上高差就應(yīng)該考慮大氣折光和地球曲率的影響,即:06-5月-249710.2點的平面位置測設(shè)方法設(shè)計圖所表示的建筑物輪廓或特征點往往是以角點坐標(biāo)的形式表達點位放樣就是要在待建的場地上確定設(shè)計坐標(biāo)相對應(yīng)的位置，并用標(biāo)樁表示出來點的平面位置測設(shè)是根據(jù)現(xiàn)場的控制點和待定點之間的幾何關(guān)系，利用測量儀器將該點測設(shè)于實地根據(jù)控制網(wǎng)和現(xiàn)場情況不同，可采用極坐標(biāo)法、直角坐標(biāo)法、全站儀坐標(biāo)法、交會法、GNSSRTK點位測設(shè)法等。06-5月-249810.2.1極坐標(biāo)法

·角度放樣與距離放樣的結(jié)合10.2點的平面位置測設(shè)方法通常由經(jīng)緯儀配合鋼尺或全站儀配合棱鏡來實施放樣設(shè)A、B為已知控制點，P為待放樣點，其設(shè)計坐標(biāo)為已知具體步驟：計算放樣數(shù)據(jù)由A、B、P三點坐標(biāo)反算極坐標(biāo)法放樣的兩個放樣元素，即：水平角

和水平距離DAPABP'PβαAPx++αABDAP06-5月-249910.2.1極坐標(biāo)法

·角度放樣與距離放樣的結(jié)合具體步驟：(2)角度和距離放樣在A點安置經(jīng)緯儀，后視B點，放樣水平角

，在放樣出的方向上標(biāo)定一臨時點P

；然后自A出發(fā)沿AP

方向放樣距離DAP，即得待定點P的位置(3)點位標(biāo)定

將P點標(biāo)定在實地(4)檢核

為重新測定∠BAP和AP間的

水平距離，并與

和DAP比較，

確保其差值滿足精度要求ABP'PβαAPx++αABDAP10.2點的平面位置測設(shè)方法06-5月-2410010.2.1極坐標(biāo)法

·[例10-1]算例根據(jù)已知導(dǎo)線點A、B，在地面放樣設(shè)計點P的平面位置。已知點A、B和設(shè)計點P的坐標(biāo)如下：試計算在測站A，用極坐標(biāo)法放樣P點的數(shù)據(jù)β與D。【解】10.2點的平面位置測設(shè)方法06-5月-2410110.2.2直角坐標(biāo)法

·利用施工控制網(wǎng)的特點工業(yè)與民用建筑施工場地的施工控制網(wǎng)，多布設(shè)成建筑方格網(wǎng)或建筑基線，這種控制網(wǎng)的特點是坐標(biāo)軸平行于建筑物的主軸線，此時采用直角坐標(biāo)法放樣點位，簡潔方便。ABII建筑基線ycxcIS1S2OCDFE10.2點的平面位置測設(shè)方法如圖所示，A、O、B為施工控制點，其坐標(biāo)已知。互相垂直的軸線OA和OB為建筑基線。C、D、E、F為擬建建筑物的四個角點，其坐標(biāo)由設(shè)計提供。(1)放樣數(shù)據(jù)準(zhǔn)備首先從控制點成果表摘抄控制點

A、O、B的坐標(biāo)；從設(shè)計總平面圖中摘抄建筑設(shè)計坐標(biāo)；繪制放樣略圖，并根