第二章 工程建设中地形图的应用

1第二章工程建设中地形图的应用与测图比例尺的选择本章主要内容：1、工程建设各阶段中地形图的作用；2、工程设计对地形图的要求；3、大比例尺地形图精度分析；4、大比例尺地形图在工程设计中的应用5、数字高程模型及其应用。22.1地形图在工程建设规划设计阶段的作用随着社会发展和科学技术的进步，工程建设的种类愈来愈多，规模愈来愈大。工程建设的种类主要有：水利水电工程建设城市建设工业建设铁路建设公路建设桥梁和隧道建设矿山建设管线工程建设港口码头工程建设规划设计建筑施工运营管理3为进行工程建设的规划设计，必须对工程建设所在地的地形、地质和水文地质条件等有充分的了解，为此要进行勘察工作，其中测绘工作主要是地形图的测绘，为工程建设的规划设计提供地形图。4工程建设的规划设计通常可分选址、初步设计和施工设计几个阶段。各阶段设计的目的及任务不同，内容也有所不同，而就与测绘工作的关系来说，其各设计阶段涉及地域的大小不同，对地形信息详细程度的要求不同，因而各设计阶段所需地形图比例尺的大小不同。5选址和初步设计阶段——1﹕5000至1﹕100000——利用已有的地形图。施工设计阶段——1﹕500至1﹕2000——通常按照设计需要的范围实地测绘。大面积的测图(如大型水利枢纽、铁路)采用摄影测量方法，而中、小范围的测图通常采用地面数字测图方法。6一、水利水电工程建设水工建筑物：拦河坝、水闸、船闸、渠道、运河、港口码头等。7一、水利水电工程建设对于一条河流或一个流域而言，首先应该有一个综合开发利用的全面规划，进行梯级开发，合理地选择水利枢纽的位置和分布，以使其在发电、航运、防洪及灌溉等方面都能发挥最大的效益。全流域的比例尺为1:50000或1:100000的地形图水面和河底的纵断面图以便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的面积与水库的库容等，并确定各主要水利枢纽的型式和建造的先后次序。8一、水利水电工程建设水利枢纽工程中：拦河坝坝址的选择主要决定于地形和地质条件，河谷最窄而岩层良好的河段是最可能建坝的地方。建坝以后，在河流的上游形成水库。水库的库容与淹没面积的大小取决于地形与蓄水高度。为了进行水库的设计，要采用比例尺为1:10000至1:50000的地形图，以确定水库的淹没面积、库容和有效库容；制定城镇居民的迁移和交通线改建规划；设计库岸的防护工程、航道及码头的位置。9一、水利水电工程建设10一、水利水电工程建设在水利枢纽工程的初步设计阶段，1:10000的地形图——正确地选择坝轴线的位置；1:2000至1:5000的地形图——研究枢纽工程主要建筑物(拦河坝、发电厂、通航建筑物、交通运输线、施工围堰和导流建筑物、住宅区等)的布置方案。在施工设计阶段，在坝区、厂房地区、船闸闸室、引水渠渠道以及引水隧洞的进口等处应测绘比例尺为1:1000（甚至1:500）的地形图，以便详细地设计该工程各部分的位置与尺寸。11某水利枢纽工程主要建筑物的布置图12一、水利水电工程建设对于港口码头的设计，一般分为两个阶段。在初步设计阶段，需要有关地区的比例尺为1:1000或1:2000的陆上地形图和水下地形图，以便布置铁路枢纽、仓库、码头、船坞、防波堤以及其它的一些附属建筑物，并且进行方案比较。在施工设计阶段采用比例尺为1:500或1:1000的地形图，以便进一步精确地确定建筑物的位置和尺寸。13二、城市建设城市总体规划、工程项目规划设计——1:5000至1:10000。小区规划、工程项目的初步设计——1:2000。工程项目的施工设计——1:500或1:1000。(城市地下铁道工程除需要地面地形图外，还需要沿线的地下管线测量资料）14三、工业企业建筑设计在工业企业的建筑设计中，各种大比例尺地形图是必不可少的基础资料之一。地形图资料是设计定点、定位、定向、定坡以及计算工程量的主要依据。设计人只有全面掌握了正确可靠的自然地理、资源以及经济条件等基础资料后，才有可能根据工艺流程和投资限额，正确合理地进行设计。因此，基础资料是否正确和适用，将直接影响到工业企业的设计质量。15四、铁路和公路建设最初阶段是收集有关设计线路方案的资料，需要的地形资料是比例尺为1:10000至1:50000的地形图。经方案研究，确定可能的几个线路方案。方案确定后，即进行勘测设计工作，其中测量分为初测和定测。初测——通常采用摄影测量方法，测绘1:2000地形图。定测——中线测量、线路的纵横断面图测绘。16五、隧道和桥梁建设对于中、小型桥隧工程，往往先决定线路方向和位置，再考虑地形、地质条件，然后确定桥梁与隧道的位置。而大型桥隧工程，要考虑地形、地质及水文等条件来确定它们的位置，然后再决定与它连接路线的走向及位置。青岛跨海大桥效果图(全长35.4km)秦岭终南山公路隧道(长18.4km)17五、隧道和桥梁建设为设计桥梁需要提供的地形资料有：桥渡线跨河长度桥址纵断面图1:2000至1:10000的桥渡位置图1:500至1:2000的桥址地形图及水下地形图18六、地下铁道工程建设初步设计阶段，选定线路的布置——采用比例尺为1:2000或1:5000的城市地形图设计车站、进口大厅、竖井以及用明挖法施工地区——1:500地形图施工设计——沿着设计线路施测比例尺为1:500的带状地形图和地下管线图19七、矿山建设在矿山建设中，工业场地的布置、地质填图都需要大比例尺地形图。地形图是地质填图的底图，将地质要素及工程位置用相应的符号展绘在地形图上，按地质点圈绘地质界限，形成地形地质图。在地形地质图上做剖面，进行储量计算，同时把地下资源的质量、储量、范围搞清楚，绘制成矿图，作为采矿设计的依据。20七、矿山建设1﹕1000至1﹕5000：作储量计算和提交地质报告；1﹕500或1﹕1000：工业场地的布置；1﹕500：井口设计和地下巷道布置。21七、矿山建设地质填图——地质填图是以特定的符号和线条反映某地区岩石分布、地层时代和构造形迹的平面图件的编制过程。不同比例尺的地质填图都有相应的国家规定标准和要求。地质填图的外业调查22七、矿山建设23七、矿山建设24七、矿山建设矿图矿井测量图矿井地质图其他矿图井田区域地形图工业广场平面图采掘工程平面图井底车场平面图井底车场平面图采掘工程立面图井上下对照图......地形地质图煤层底板等高线图各种地质剖面图各种柱状图水文地质图......巷道布置图通风系统图井下运输系统图各类管路系统图井下避灾路线图......25一项工程从总体规划、初步设计、详细设计、施工设计所需地形图比例尺由小到大。测绘资料要满足工程建设规划设计的需要，其主要质量标准是：地形图的精度，比例尺的合理选择，测绘内容的取舍适度等。地形图的精度与比例尺的大小有关，也就是为工程设计提供的地形图，首先要考虑测图的比例尺，再考虑费用问题。随测图比例尺的增大相应工作量也会成倍增加，费用也相应增加。（1：500是1：1000的2倍)如1：1000，19000元/幅、76000元/km2；1：500，9300元/幅、148800元/km2）26当前的状况：目前工程建设规划设计基本上采用计算机辅助设计，因此，为工程建设规划设计所提供的地形图也需要是数字地形图。在很多设计部门已建立了工程信息系统，如城市地理信息系统、矿山地理信息系统等，测绘资料是工程信息系统的一个子系统。27小结：1、各类工程建设的规划设计中，选址、初步设计和施工设计各阶段对地形图比例尺的要求。2、测绘资料要满足工程建设规划设计的需要，其主要质量标准是地形图的精度、比例尺的合理选择和测绘内容的取舍适度等。下一节28§2-2大比例尺地形图的精度分析测绘地形图的方法主要有野外实地测图和航测法（包括近景摄影）成图，本节主要讨论野外实地测图的情况。野外实地测图又分模拟法测图和数字法测图，所测的地形图大多数是为满足工程初步设计和施工设计的需要的大比例尺地形图，其精度将直接影响设计工作。29影响地形图精度的因素很多，如测绘人员的技术水平、所使用的仪器与工具的质量、测区的条件、成图方法等。其中，有些因素的影响很难准确表示，只能先对成图过程的各个工序的精度进行分析，然后综合各个工序的误差影响，最后得到地形图的精度。大比例尺地形图的精度可从平面位置的精度和高程精度两方面进行分析1、模拟法测图的地形图的精度模拟法测图的含义：模拟法测图是测绘人员利用半圆仪、比例尺等绘图工具模拟测量数据,按图式符号展绘到白纸或聚脂薄膜上,俗称白纸测图301）模拟地形图平面位置的精度分析地形图平面位置的精度可用地物点相对于邻近图根点的点位中误差（图上）来衡量。地物点平面位置的误差主要受下列误差的影响：①解析图根点的展绘误差—m展②图解图根点的测定误差—m图③测定地物点的视距误差—m视④测定地物点的方向误差—m向⑤地形图上地物点的刺点误差—m刺因此31平板测图刺点误差：mmm18.015.01.022刺图解图根点测定误差：mmm3.0图测图视距误差：tgmtgmtgmtgmtgmtgm05.530.210.460.130.310.165.275.015.250.080.130.0350300250200150100式中：m100······分别表示100m······的视距中误差（单位m）α—视线倾斜角32平板仪测图方向误差：图板的对中、整平、定向及照准误差。试验得方向误差大致为6′，对点位的影响为：Nmsm1向式中：s—最大视距长度，以m计；mβ—平板仪上测绘地物的方向中误差，取±6′；ρ—3438′；N—测图比例尺分母。33较平坦（0°~6°）地区地形图上地物点平面位置的中误差比例尺地物类别最大视距（m）m展（mm）m图（mm）m视（mm）m向（mm）m刺（mm）M物（mm）1：1000重要次要1001500.180.180.30.30.390.610.180.260.20.20.590.781：2000重要次要1802500.180.180.30.30.390.640.160.220.20.20.580.791：5000重要次要3003500.180.180.30.30.360.510.100.120.20.20.550.66需要指出：以上数据为地形图原图的精度，而使用图纸一般是复制图，分析复制图的精度时还应考虑复制过程图纸变形的影响，此项误差大约为0.3mm。342）模拟地形图高程精度的分析地形图的高程精度，是根据地形图按等高线所求得的任意一点高程的中误差来衡量的。因此，地形图的高程精度即指等高线所表示的高程的精度。影响地形图高程精度的因素有多种，对于大比例尺地形图来说，主要有：1.图根点控制点的高程误差—m控2.测定地形点的高程误差—m形3.地形概括误差—m概4.地形点平面位移引起的高程误差—m移5.内插和勾绘等高线的误差—m绘35图根控制点的高程误差：dHm101控（Hd为等高距）用平板仪视距法测定地形点高程时，其高差为：vitgsh则，测定地形点的高程误差：22242222)(cos1viSmmmStgmm形式中：ms—测定地形点（次要地物点）的视距中误差，可依据前面的方法求出；mα—视线倾斜角测定误差，取±1′；mi、mv—分别为量测仪器高和望远镜读取标尺的中丝读数误差，取±1cm。36地形概括中误差：)(mlm单位：概式中：μ—地形概括误差的影响系数（平地0.04；丘陵0.15；山地0.25）l—地形点间距（以10m为单位）测定地形点高程误差m2形（cm2）比例尺最大视距（m）倾斜角m2αtg2α(mα/ρ)2·S2/cos4αm2i+m2vm形（m）1：10001500°~6°6°~12°12°以上1017810381920222220.060.140.331：20002500°~6°6°~12°12°以上4466034615356622220.100.270.501：500