大比例尺地形图的测绘

7.2　大比例尺地形图的测绘

在工程规划、设计和施工之前，都要施测该地区的地形图。地形图是在控制测量结束以后，以控制点为测站，测量周围地物、地貌特征点的平面位置和高程，依据测图比例尺缩绘在图纸上，按照《地形图图式》规定的符号和方法绘制成的。

传统的地形图的测绘方法主要有:小平板仪配合经纬仪测图法及经纬仪测图法，随着测绘仪器及计算机绘图技术的发展，目前数字测图技术以其作业速度快、测图精度高等优势逐渐取代了传统的地形图的测绘方法。

7.2.1　小平板仪的构造及使用

1.小平板仪的构造

如图7.14所示，小平板仪是由测图板、照准仪、三脚架组成，还有罗针和移点器等附件。

图7.14

测图板是用经过脱脂、压缩的木板制成，一般尺寸60cm×60cm，厚2～3cm，背面配有与三脚架连接的装置。

照准仪又称为测斜仪，是由直尺、水准器和前、后觇板组成，直尺长一般为20～30cm，尺的斜边刻有分划。直尺一端装有一块含上、中、下三个觇孔的后觇板，另一端装有一块含照准丝和分划线的前觇板;由觇孔和照准丝构成视准面，用以照准目标。

方盒罗针是用来标定测图板方向的。移点器又称为对点器，借助它可以使地面点和图上相应点处在同一铅垂线上。

2.小平板仪的安置

由平板仪的测图原理可知，在一个测站上，小平板仪的安置工作不仅要满足对中、整平，还要满足定向。对中的目的是使地面上的点与图板上相应点在同一铅垂线上;整平的目的是使测图板处于水平状态;定向的目的是使地面上的已知方向线与图板上相应的直线在同一铅垂面内。这三项工作既相互影响又相互制约，因此小平板仪的安置不可能一次完成，一般可按以下两步进行。

1)初步安置

先目估进行定向，然后在保持测图板大致水平的前提下，移动整个测图板进行对中，此时应尽量不破坏前面的定向和整平，使平板仪的安置大致能满足上述的三个要求，再进行下一步的精确安置。

2)精确安置

精确安置的工作与初步安置的步骤恰恰相反，其次序是对中→整平→定向。

对中。将移点器的尖端对准图上测站点，移动三脚架使垂球尖对准地面测站点。移动时应注意不改变图板初步安置的方向，板面仍要保持大致水平。对中的允许误差与测图比例尺有关，一般规定为测图比例精度的一半乘以比例尺分母M，即0.05mm×M。具体要求见表7.6。

表7.6　平板仪对中容许误差

整平。利用尺板上的水准管或独立水准器进行，方法与经纬仪的整平相同，需反复进行。

定向。定向的方法有两种:第一种是利用已知直线定向(如图7.15所示)，此时使照准仪的直尺边沿紧靠图上已知方向线ab，转动测图板，使照准仪照准地面目标B，使直线ab与AB在同一竖直面内，使测图板固定即完成这项工作;第二种方法是当图上没有已知直线时，可用方盒罗盘针定向，将方盒罗盘针的长边紧靠南北图廓线，转动图板，使磁针指向盒内的零分划线，再将图板固定。

图7.15

定向误差对平板仪测图的精度影响很大，所以安置时，应力求准确，用已知直线定向比用方盒罗盘针定向的精度高。用已知直线定向时，所用直线越长，精度越高，所以实际作业时应用长边定向，并用短边检查，图上偏差不应超过0.3mm。

3.小平板仪测绘地面点的方法

小平板仪测绘地面点通常使用的方法有极坐标法和前方交会法。

1)极坐标法

极坐标法是先确定测点至待测点的方向，再根据测得的两点间的水平距离，按测图比例尺将待测点绘于图纸上。

2)前方交会法

如图7.16所示，先以已知点a为测站，用直线ab定向，确定图上ap的方向(如图7.16(a)所示)，再以b为测站，用直线ba定向，确定图上bp的方向(如图7.16(b)所示)，则ap与bp的交点即为图上p点的位置。

图7.16

7.2.2　手工测图前的准备工作

在进行地形图测绘以前应做好各项准备工作，包括测图板的准备工作以及对测图所用仪器进行必要的检验与校正。测图板的准备工作，包括图纸的准备、绘制坐标方格网和展绘控制点。

1.图纸的准备

目前，测绘单位广泛采用聚酯薄膜进行测图。这种经过打毛后的聚酯薄膜，其优点是:伸缩性小，无色透明，牢固耐用，化学性能稳定，质量轻，不怕潮湿，便于携带和保存;但是，聚酯薄膜怕折、易燃，所以应注意防火，防止接触高温。

测图前，先在图板上垫一张白图纸，衬在绘有坐标方格网的聚酯薄膜下面，然后用胶带纸或铁夹将其固定在图板上，即可进行测图。如用白纸测图，则需将图纸裱糊于图板上，并绘制坐标方格网。

2.坐标方格网的绘制

测图前要把控制点按其坐标值展绘到图纸上，然后才能到野外测图。为保证控制点展绘的精度，需在图纸上绘制长50cm×50cm间隔为10cm的坐标方格网。对角线法是常用的坐标格网的绘制方法。

如图7.17所示，在图纸中央选一点M，过M点画出两条对角线;以M点为圆心，取适当长度为半径画弧，在对角线上得A、B、C、D;连接各点得矩形ABCD;再从A、B两点起分别沿AD、BC向上每隔10cm截取一点;再从A、D两点起分别沿AB、DC向右每隔10cm截取一点，用0.1mm的线条连接对边相应各点，即得坐标格网。

图7.17

有条件时也可用坐标展点仪绘制坐标格网并进行展点。

方格网绘制的正确性直接影响到控制点展绘的精度。因此，绘制好方格网后，应用检验过的直尺或三棱尺加以检查，方格边长误差范围不应大于±0.1mm，方格网边长误差范围不应大于±0.2mm，对角线长度误差范围不应大于±0.3mm。直尺沿对角线放置时，各有关方格交点，偏离此直线的距离范围应小于±0.3mm。若超限，应重新绘制。

3.展绘控制点

展绘控制点之前，先根据测区所在图幅的位置，用测图比例尺将坐标格网线的坐标值标注在相应图廓的外侧，如图7.18所示。

图7.18

展绘时，先确定控制点所在的方格，如控制点A的坐标为x_A=723.64m、y_A=789.53m，H_A=96.273m。根据A点的坐标可知，A在mnlk方格内，然后从m点和n点分别向上量取23.64m在图上的长度得a、b两点，再从k、m两点分别向右量取89.53m在图上的长度得c、d两点，ab和cd连线的交点即为A的位置。

同法可将其他各控制点展绘在坐标方格网内。因为展点的精度与成图质量有着密切的关系，各点展绘后应认真进行检查。其方法为:用比例尺量取各相邻控制点之间的距离和已知的边长相比较，其最大误差范围在图上不应超过±0.3mm，否则应重新展绘。

当控制点的平面位置绘在图纸上后，应加上控制点的符号，并在其右侧画一横线，在横线上方注明点号，在横线下方注明高程。

7.2.3　小平板仪配合经纬仪测图法

1.正确选择地物和地貌碎部点

地物、地貌特征点合称为碎部点，所以测绘地形图又可以称为碎部测量。碎部测量的目的是将待测碎部点(地物地貌特征点)的平面位置及高程反映在图纸上。

碎部点的选择在测图中至关重要，如所选碎部点过多，会增大工作量，降低工作效率;如所选碎部点过少或位置不当，则不能详细地、正确地反映实地情况，所以作业时，应选择足够数量且准确的碎部点，这是保证成图质量和提高效率的关键。

1)地物特征点的选择

测绘地物时，凡是能依比例尺表示的地物，应将它们水平投影位置的几何形状相似地描绘在地形图上，如房屋、运动场等，或者将它们的边界位置表示在图上，边界内再均匀地填绘相应的地物符号，如树木、植被等。此时，碎部点应选择在决定地物形状的地物轮廓线上的转折点、交叉点、弯曲点上。当地物凸凹在图上小于0.4mm时，可用直线连接;反之，应适当地选择凸凹点做碎部点。由于测图比例尺的不同，图上0.4mm所对应的实地距离也不同，如测绘1∶500的地形图，地物轮廓线上离开直线部分0.2m的凸凹就需测出，而测绘1∶2000的地形图时，0.8m的凸凹才需测出。

测绘时，对于不能依比例尺表示的地物，在地形图上以相应的地物符号表示在其中心位置上，如水塔、旗杆等。此时碎部点应选择在独立地物的中心点或狭长地物的中心线上。

2)地貌特征点的选择

地貌特征点应选择在山顶、鞍部、山脊、山谷的方向和地形变换处，山坡倾斜变换处以及山脚地形变换处。在平坦或地貌无明显变化的地区，为真实地反映实地情况，应根据视距的要求(见表7.7)选择适当的碎部点。高差不大，不便勾绘等高线时，可用小圆点表示测点，称为地形点，并在点旁注明该点高程。

表7.7　碎部点的最大间距和最大视距

2.小平板仪配合经纬仪测图法

小平板配合经纬仪测图法是将小平板仪安置在测站点上，描绘出测站点至碎部点的方向，经纬仪安置于测站点附近，按视距测量的方法测定经纬仪至碎部点的水平距离和碎部点的高程，用水平距离和方向线交会的方法将碎部点的位置定出，这种方法测图时，观测员与绘图员的工作量接近，测图速度较快，其具体做法如下。

(1)将经纬仪安置在便于观测、距测站点约2m的适当位置，在测站点竖立标尺，将经纬仪望远镜置于水平位置(盘左竖盘读数为90°00'00″)照准标尺，读取中丝读数i，作为仪器高，则经纬仪水平视线的高程为测站点高程加i。

(2)将小平板仪安置在测站点上，经对中、定向后，用照准仪照准经纬仪的垂球线，并量取测站点至经纬仪的距离，沿直尺的斜边用测图比例尺定出经纬仪在图上的位置，如图7.19所示。a为测站点，a'为经纬仪在图上的位置。

(3)测定碎部点时，首先在图板上测站点处插一根测针，用照准仪紧靠测针，照准碎部点P处的标尺，得测站至测点的方向线ap，用经纬仪观测P点的标尺，读取视距和竖直角。计算至P点的水平距离及P点的高程，按测图比例尺用卡规截取图上距离，以a'为圆心，以a'p为半径转动分规与原方向线ap交于P点，即为所测碎部点在图上的位置，并在点旁注明高程，如图7.19所示。

图7.19

(4)重复第(3)步，至将测站周围所有碎部点测完为止。

(5)根据测得的碎部点，按规定的图式符号，描绘地物、地貌，经检查无误后即可迁至下一站。

运用此法测图，由于用照准仪观测，竖直角不宜过大，因此只适合于平坦地区和城建区，而不适用于高山地区，在平坦地区还可用水准仪配合小平板仪测绘地形图。

在地势平坦的居民区或厂区测1∶500或1∶1000地形图时，也常用皮尺和小平板仪联合测图。这些地区的建筑密集，场地狭小，从测站到周围地物点都比较近，采用皮尺量距灵活方便，以保证测图的精度。用水准仪补测地形点的高程(如主要建筑的±0标高，检查井盖高程，管线在起点、终点高程等);必要时还要测出主要地物点的坐标，并标注在图上。

3.碎部测量的注意事项

碎部测量的注意事项有以下几点。

(1)测图前，用一已知方向定向或配置水平度盘后，应用另一已知方向检查，误差小于允许值后方可进行测图;否则应检查展点及定向或配置水平度盘有无错误。

(2)测图时，先地物后地貌;先主要地物，后次要地物。对开展1∶200、1∶500、1∶1000地形图的地物测量时，应用皮尺直接丈量距离，以保证地物间的相对关系。

(3)碎部测图时，立尺员立尺应有一定的规律，不要东立一个点，西立一个点，要尽可能测完一个地物后，再测另一个地物，绘图员应立即绘出地物轮廓线，以防止发生错误或出现遗漏。

(4)测图过程中，每测一定数量的碎部点之后，应重新检查零方向，同时应及时检查图上碎部点之间的相对位置与实地有无矛盾，所绘地物与实地是否一致等。

4.手工绘制地形图的方法

在现场实测的碎部点展绘到图纸上后，即应对照实地随时描绘地物和勾绘等高线，如果测区范围较大，还应及时对各图幅衔接处进行拼接，经过检查与整饰，才能获得合乎要求的地形图。

1)地物的描绘

地物应按《地形图图式》规定的符号及表示方法绘制，并与实地的情况核对及时描绘。如房屋按其轮廓用直线连接;河流、道路的弯曲部分则用圆滑曲线连接。对于不能按比例描绘的地物，应按相应的非比例符号表示。

2)等高线的勾绘

地貌主要用等高线来表示，对于不能用等高线来表示的特殊地貌，如悬崖、峭壁、陡坎、冲沟、雨裂等，则应根据《地形图图式》规定的符号绘出。

实测时，地貌点是按地形起伏来选点立尺的，这样地貌特征点的高程为任意值，而等高线的高程一般规定为从0m起算，按基本等高距向上(下)叠加(减)而得，所以等高线的高程应为基本等高距的整数倍，因此地貌点就不一定在等高线上。实测中，地貌点选在坡度和方向变化的地方，这样可以认为两地貌点间的坡度是均匀的，故勾绘等高线时，首先要用比例内插法，在相邻两地貌点间确定等高线通过的点，再将相邻的同名高程点用光滑曲线连接。

目估法是实际勾绘等高线时常用的一种方法。它利用解析法的原理来用目估确定相邻两地貌点间通过的等高线的位置。如图7.20所示，①点的高程为97.5m，②点的高程为98.2m，欲在①、②两点间插绘98.0m的等高线。由于①、②两点间的高差为0.7m，可将①、②连线目估分为7等分;又因为97.5m的高程与98.0m的高差为0.5m，所以98.0m的等高线必过图中距①点第5等分点。

图7.20

3)地形图的拼接

当测区面积较大时，整个测区的地形图是分幅施测的。为保证相邻图幅的互相拼接，每一幅的四边均需测出图廓外5mm。

用白纸测图拼接时，将图边蒙绘于透明纸上，在上面绘出相应的图廓线及坐标格网线，并注出坐标数值，然后映绘图廓内外所有地物、地貌(图内绘出1～1.5cm，图外按图边规定的所测宽度)并注明相应图幅的编号、接图日期。为了区分不同图幅的地物、地貌，透绘时可用不同的颜色。由于测量误差的存在，使得地物、地貌在连接处不能完全吻合(如图7.21所示)，其差值称为接边差。当接边差小于表7.8和表7.9所规定的平面与高程中误差的2倍时，取地物和等高线的平均位置加以改正。改正后的地物和地貌还应保持它们的合理走向，对于超限的部分，应通过外业检查解决。

图7.21

表7.8　地物点位置和高程的中误差及地物点间距中误差

表7.9　等高线的高程中误差

当采用聚酯薄膜测图时，不必再描绘图边，可直接利用其自身的透明性，让相邻两图幅的相应邻边叠合在一起，如接边差在允许误差范围内，则在其中一幅图上改正其地物、等高线的位置，另一幅图根据改正后的图边进行改正。

4)地形图的检查

测绘工作是十分细致而复杂的工作，为了保证成图的质量，测量人员必须具有严肃认真的工作态度和熟练的操作技能，同时还必须有合理的质量检查制度。在测图过程中，测量人员应随测随检查，在地形图测完以后，仍应对完成的成果成图资料进行严格的自检和互检。地形图的检查可以分为室内检查和室外检查两部分。

(1)室内检查。首先对所有地形控制资料做全面详细的检查。其主要包括:图根控制点的密度是否符合要求，位置是否恰当;观测和计算手簿的记录是否齐全、清楚和正确;各项较差、闭合差是否在规定的范围内等。对图的检查主要包括:格网和控制点的展绘是否符合精度要求;地物、地貌是否清晰、易读;各种符号、注记是否正确;综合取舍是否合理;等高线与地貌点高程是否适应;图边是否接合等。

(2)室外检查。室外检查是在室内检查的基础上进行的重点抽查，检查的方法可以分为巡视检查和仪器检查两种。

·巡视检查

巡视检查应根据室内检查的重点按所选的预定路线进行。检查时，将原图与实地对照，查看原图上的综合取舍是否合理，等高线的勾绘是否与实地相符，符号的运用、名称的注记是否合理等。

·仪器检查

仪器检查是在室内检查和巡视检查的基础上进行的，除对检查中发现的重点错误和遗漏进行更正和补测外，对发现的疑点也要进行仪器检查。检查时，在地物、地貌特征点上重新立尺，以测定其平面位置和高程，检查已测绘在图上的相应点的精度是否能够满足要求。

在检查中对所发现的错误、缺点和遗漏应尽可能予以纠正和增补，并对检查的结果及发现的问题进行记录，以便对地形图的质量进行验收。

5)地形图的整饰

铅笔原图经过拼接和检查后，还应按《地形图图式》的规定对地物、地貌进行清绘和整饰，以使图面更加合理、清晰、美观。地形图整饰的顺序是先图内后图外，先地物后地貌，先注记后符号。

7.2.4　数字测图简介

1.传统测图方法的缺点及数字测图的概念

传统的地形测图(白纸测图)是将测得的观测值在野外用图解的方法转化为图形，原图的室内整饰也需在测区驻地完成，因此劳动强度大，人工解析图形信息的精度要比计算机低，另外，纸质图纸上的图形信息要进行变更、修改也极不方便，还会随着图纸变形而产生各种误差，很难适应当前信息剧增、突飞猛进的经济建设的需要。

随着测绘仪器技术及计算机技术日新月异的发展，测绘行业也发生了根本性的技术变革，数字化技术是当前信息时代的平台，数字化是实现信息采集、存储、处理、传输和再现的关键，20世纪80年代产生的电子速测仪、电子数据终端使野外数据采集摆脱了许多不利因素的影响，精度大大提高，并且向自动化方向发展。计算机技术的发展又使内业机助制图成为可能，并且形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程、一体化的测量制图系统，人们通常称该系统为数字测图或机助成图系统。

2.数字测图的基本思想及系统简介

数字测图的基本思想是将地面上的地形和地理要素转换为数字量，然后由电子计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由图形输出设备输出地形图或各种专题图图形。其主要系统组成如图7.22所示。

图7.22

数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成。

3.数字测图的作业过程及作业模式

数字测图的作业过程包括数据采集、数据处理和图形输出三个基本阶段。外业数据采集流程如图7.23所示。

图7.23

将模拟量转换为数字这一过程通常称为数据采集，数据采集主要有如下几种方法:

1)野外测量数据采集

野外测量数据采集是使用测量仪器直接在野外进行数据采集。目前野外数据采集的方法主要有全站仪数据采集和RTKGPS接收机采集野外碎部点的信息数据。

2)原图数字化采集

目前，我国主要采用扫描矢量化来数字化原图(已经测绘好的模拟图)，然后再对原图进行修测，可较快地得到数字图。

3)航片数字采集

4.数字测图的特点及发展趋势

数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息数字化、作业过程的自动化或半自动化。

尽可能缩短野外测图时间，减轻野外劳动强度，而将大部分作业内容安排到室内去完成。同时，电子计算机控制下的机械操作代替了大量手工作业，这样既减轻了劳动强度，又提高了成图的精度。图形实现数字化后可方便地传输、处理和供多用户共享，图形内容的更新与修补十分方便，在图上可方便地提取各项测量数据，进行工程规划设计，图形的保存与管理也特别方便。数字测图能提供现势性强的地理基础信息，其成果经过一定的格式转换后可作为地理信息系统数据库的重要信息源。随着数字测图技术与设备的不断完善以及测绘工作者技术水平的不断提高，数字测图技术会逐渐地以其显而易见的优势代替传统的白纸测图。

5.数字测图的作业程序及作业方法简介

测记模式的作业程序从大的方面来说可分为:

(1)图根控制测量。

(2)应用全站仪或RTKGPS接收机进行地物地貌数据采集。

(3)数据传输。

(4)应用绘图软件生成地形图。

1)图根控制测量

野外数据采集包含两个阶段，即图根控制测量和地形特征点采集，实施数字测图之前必须先进行图根控制测量。图根控制测量分为图根平面控制测量及图根高程控制测量，图根平面控制测量主要使用图根导线测量，导线点坐标计算成果即可作为图根平面控制点成果。另外，还可以采用支导线法、极坐标法或交会法加密图根点。图根高程控制测量可采用图根水准测量或电磁波测距三角高程测量，水准点的高程计算成果即可作为图根高程控制点成果。

图根控制测量的作业方法及精度要求已在小面积控制测量这一单元中做了详细说明。数字化成图图根点(包括高级控制点)的密度，应根据测图比例尺和地形条件而定，平坦开阔地区不宜小于下表的规定。地形复杂、隐蔽区及城市建筑区，应以满足测图需要为原则，适当加大密度(见表7.10)。

表7.10　数字化成图平坦开阔地区图根点密度

2)地物地貌数据采集

地形特征点采集一般需要3～4人一组进行，仪器观测员1名，绘草图、领镜(尺)员1名，立镜(尺)员1～2名。全站仪地物地貌数据采集的作业步骤如下:

(1)全站仪安置于一个图根控制点上，进入数据采集模式，输入测站点及后视点建立测站后，再测量后视点坐标进行测站检核。然后采集测区范围内的地物地貌特征点数据，将数据存储在建立好的测量数据文件名中。

(2)全站仪数据采集的同时，草图员需及时绘制草图及记录对应点号。

完成了一个测站上全部数据采集工作后应再对后视点进行定向检查，检查无错误后即可搬到相邻测站进行数据采集。全站仪测图的最大测距长度见表7.11的规定。

表7.11　全站仪测图的最大测距长度

应用全站仪进行数字测图时测站点的坐标、后视点的坐标及碎部点的坐标都保存到同一个测量坐标数据文件中，这样建站时就可利用调用点号的方法更快更方便些。同时可在数据存储管理模式中查找任意一个碎部点测量坐标数据。

草图员绘制草图时需及时与仪器观测者核对点号，将地物点点号标注在草图上，地貌点点号记录清楚，注意相邻测站地物地貌的衔接，既不要重复测量太多也不要漏测地物地貌。

3)数据传输

进行数据传输的目的是将全站仪采集并存储的地物地貌数据传输到计算机中，应用绘图软件进行坐标点的展绘。具体作业步骤为:

(1)用全站仪的数据传输线将全站仪与计算机连接好。

(2)应用全站仪数据通信模式中的发送数据将全站仪中的测量坐标数据发送到计算机中并作好保存。

首先应仔细检查数据线与全站仪及计算机相应端口的连接，全站仪中的数据通信参数的设置内容有:协议、波特率、字符/校验、停止位。计算机中首先要选对仪器型号，保证联机状态，然后进行通信端口、波特率、校验、数据位、停止位的设置。以上各项设置正确后，全站仪中的测量坐标数据即可发送到计算机中，如数据格式与绘图软件要求的数据格式不符，可通过Word或Excel等进行格式转换。

4)软件成图

内业成图是数字测图的最关键阶段，它是在数据采集以后到图形输出之前对采集的数据进行各种处理，得出数字地图。在数据传输完成之后应用绘图软件进行地形图的绘制的步骤为:

(1)设置绘图比例尺，展野外测点点号。

(2)应仔细参照外业草图绘制地物平面图。

(3)展野外测点高程，如地面高程起伏较大，需绘制等高线。等高线的绘制步骤为:

①应用全站仪采集的地貌特征点建立数字地面模型;

②通过修改三角网对数字地面模型进行修改;

③根据等高距及一定的拟合方式绘制等高线;

④进行等高线的修饰(如线上高程注记、等高线遇地物断开等)

(4)图形整饰，若面积较大需分幅时，进行分幅工作后填加图廓图名。

目前，在测绘行业使用较多的测图软件有广州南方公司的CASS2008数字化地形地籍成图软件，北京威远图公司的CITOMAP标准化测图软件等。