測繪之家 2023-06-02 21:14 發(fā)表于山東 以下文章來源于測繪磚家 ，作者測繪磚家 
測繪磚家 從事測繪一線工作20多年的磚家，和測繪同行分享測繪基礎(chǔ)知識的一磚一瓦。 2021年我出差到上海，專程到一大會址參觀，令我印象最深的就是展柜里的一張地形圖，是八路軍在平型關(guān)戰(zhàn)役時繳獲的日軍地圖。這張懷安縣的1：10萬比例尺地形圖與我們現(xiàn)在的地形圖表達(dá)的內(nèi)容和方法基本一致，證明當(dāng)時日軍的測繪技術(shù)水平已經(jīng)非常先進(jìn)。該地形圖標(biāo)注的測圖時間為明治四十五年，也就是公歷1912年，當(dāng)時民國政府已經(jīng)成立，日軍還能在中國境內(nèi)測圖，可見當(dāng)時民國政府有多窩囊。昭和十二年（1937年），日軍又在此圖基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)繪，把軍事行動所需的相關(guān)信息手工清繪到地圖上，為日本侵華戰(zhàn)爭服務(wù)。 圖1 日軍測繪的懷安縣地形圖（局部） 時至今日，地形圖的形式和種類發(fā)展的更加多樣，也形成了完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系?？梢哉f地形圖是測繪行業(yè)最基礎(chǔ)、最重要、應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品，下面，本文從幾個方面對地形圖進(jìn)行概述。一、地形圖概念 地形圖是地圖的一個分支，屬于普通地圖范圍。在《地圖學(xué)術(shù)語》（GB/T 16820-2009）國家標(biāo)準(zhǔn)中，對地形圖的定義是：表示地表居民地、道路網(wǎng)、水系、境界、土質(zhì)與植被等基本地理要素且用等高線表示地表起伏的普通地圖。要準(zhǔn)確理解地形圖的概念，要抓住兩個要點。一是普通地圖，主要表示內(nèi)容是國家各部門、各行業(yè)共同需求的基本地理要素，是公共地圖產(chǎn)品，具有普遍性、共享性的特點。二是用等高線表示地形起伏，這是地形圖區(qū)別其他地圖的最顯著特點，通過等高線，能過準(zhǔn)確、形象的表示地形信息，顯示出了地形圖的專業(yè)性。除此之外，地形圖采用的地圖符號采用統(tǒng)一的圖式，對位置精度也有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具有高度的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性。正因為如此，地形圖的應(yīng)用范圍很廣，在國防軍事和國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)都發(fā)揮了不可替代的作用。二、地形圖分類及用途 地形圖一般按比例尺進(jìn)行分類。國家基本比例尺地形圖主要有1:500、1:1000、1:2000、1:5000、1:10000、1:25000、1:50000、1:100000、1:25萬、1:50萬、1:100萬等11種。在測繪行業(yè)，一般把1:500、1:1000、1:2000比例尺地形圖稱為大比例尺地形圖，其余稱為中小比例尺地形圖。中小比例尺的劃分我到現(xiàn)在也不太確定，大概是1:5000～1:100000是中比例尺，其中1:10000和1:50000地形圖是基本地形圖，比較常用。小于1:25萬以小是小比例尺地形圖，一般是由中比例尺地形圖編繪而成。大比例尺地形圖主要用作城鎮(zhèn)詳細(xì)規(guī)劃、施工圖設(shè)計、竣工驗收等的底圖，以及工程測量中初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、運營管理等方面的基礎(chǔ)地形資料。大比例尺地形圖是應(yīng)用范圍最廣、應(yīng)用場景最多，也是我們在平時最常測繪的地形圖。中比例尺比例尺地形圖主要用于一定范圍內(nèi)較詳細(xì)研究和評價地形，供工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、鐵路、公路、農(nóng)墾、畜牧、石油、煤炭、地質(zhì)、氣象、地震、環(huán)保、文化、衛(wèi)生、教育、體育、民航、醫(yī)藥、海關(guān)、稅務(wù)、考古、土地等國民經(jīng)濟(jì)各部門勘察、規(guī)劃、設(shè)計、科學(xué)研究、教學(xué)等使用；也是軍隊的戰(zhàn)術(shù)用圖，供軍隊現(xiàn)地勘察、訓(xùn)練、圖上作業(yè)、編寫兵要、國防工程的規(guī)劃和設(shè)計等軍事活動使用；同時也是編寫更小比例尺地形圖或?qū)ｎ}圖的基礎(chǔ)資料。小比例尺地形圖綜合反映了制圖范圍內(nèi)的自然地理和社會經(jīng)濟(jì)概況，用于較大范圍內(nèi)進(jìn)行宏觀評價和研究地理信息，是國家各部門共同需要的基本地理信息和地形要素的平臺，可以作為各部門進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)總體規(guī)劃，省域經(jīng)濟(jì)布局、生產(chǎn)布局、國土資源開發(fā)利用的計劃和管理用圖或工作底圖，也可作為國防建設(shè)用圖，也可作為更小比例尺普通地圖的基本資料和專題地圖的地理底圖。三、地形圖分幅與編號 地形圖分幅主要有按國家標(biāo)準(zhǔn)分幅和任意分幅兩種方式。任意分幅方式一般在面積較小的大比例尺地形圖時采用，任意確定一個圖幅左下角坐標(biāo)值按矩形進(jìn)行分幅，圖幅左下角坐標(biāo)一般取整到10m、100m等比較齊整的數(shù)值。任意分幅的地形圖編號一般采用圖幅左下角坐標(biāo)的坐標(biāo)值以公里為單位進(jìn)行表示，例如圖幅左下角的坐標(biāo)值為“X:4658350，Y:587400”，編號為 “4658.35-587.40”，有時為方便表示，整數(shù)部分只保留后兩位，簡易編號為“58.35-87.40”。實際操作中很少采用任意分幅的方式，基本上都是采用國家標(biāo)準(zhǔn)分幅。國家標(biāo)準(zhǔn)分幅又分為梯形分幅和矩形分幅兩種方式。1:500、1:1000、1:2000比例尺地形圖分幅一般采用矩形分幅方式，也可采用梯形分幅方式，其他國家基本比例尺地形圖采用梯形分幅方式。矩形分幅方式比較簡單，是以投影坐標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行的分幅。一般一幅圖的內(nèi)圖廓尺寸為50cm×50cm或40cm×50cm，其圖幅編號一般采用圖廓西南角坐標(biāo)編號法，也可選用行列編號法和流水編號法。圖廓西南角坐標(biāo)編號法，X坐標(biāo)公里數(shù)在前，Y坐標(biāo)公里數(shù)在后，1:2000圖廓西南角坐標(biāo)是整公里（如：4658.0-587.0），1:1000圖廓西南角坐標(biāo)是0.5公里整倍數(shù)（如：4658.0-587.5），1:500圖廓西南角坐標(biāo)是0.25公里整倍數(shù)（如：4658.25-587.50）。行列編號法或流水編號法就更簡單了，具體見圖2、圖3。 圖2 行列編號法示例 圖3 流水編號法示例 梯形分幅是以大地坐標(biāo)（經(jīng)緯度）為基準(zhǔn)進(jìn)行的分幅，相對矩形分幅復(fù)雜一些。主要分幅編號的思路是1:100萬地形圖按國際分幅標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分幅和編號，其余大于1:100萬比例尺的地形圖在1:100萬圖幅內(nèi)按一定的經(jīng)緯度格網(wǎng)值進(jìn)行分幅，并以其在1:100萬地形圖中的行列號進(jìn)行編號。1:100萬地形圖按經(jīng)差6°緯差4°進(jìn)行分幅。緯度從赤道開始每4°為一行，至88°，南北半球各22行，依次編號A，B，C，…V。經(jīng)度由東（西）經(jīng)180°經(jīng)線向東每6°為一列，全球60列，編號1-60。1:100萬圖幅按行列號進(jìn)行編號，例如首都北京所在的1:100萬圖幅編號為J50。我國1:100萬圖幅編號情況見圖4。 圖4 我國1:100萬地形圖分幅和編號 1:50萬～1:5000地形圖分幅在1:100萬圖幅內(nèi)按一定的經(jīng)緯度格網(wǎng)進(jìn)行分幅。1:50萬圖幅經(jīng)差3°、緯差2°（2行2列）；1:25萬圖幅經(jīng)差1°30′、緯差1°（4行4列）；1:10萬圖幅經(jīng)差30′、緯差20′（12行12列）；1:5萬圖幅經(jīng)差15′、緯差10′（24行24列）；1:2.5萬圖幅經(jīng)差7′30 "、緯差5′（48行48列）；1:10000圖幅經(jīng)差3′45 "、緯差2′30 "（96行96列）；1:5000圖幅經(jīng)差1′52.5 "、緯差1′15 "（192行192列）。1:50萬～1:5000圖幅編號是以1:100萬圖幅編號為基礎(chǔ)，采用行列編號方法。圖幅號由1:100萬圖幅號、比例尺代碼（表1）和行列號組成，具體見圖5。行號由上到下，列號由左到右進(jìn)行編號，分別用3位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，依次為001，002，003…。例如某幅1:1萬地形圖表示為K50G034067。表1 1:50萬～1:500比例尺代碼 圖5 1:50萬～1:5000圖幅編號的組成 由于1:2000、1:1000、1:500地形圖絕少采用梯形分幅和編號的方法，所以這里就不再表述。如果實際需要，可參照《國家基本比例尺地形圖分幅和編號》（GB/T 13989-2012）。四、地形圖測繪方法 地形圖是怎樣測繪的呢？總的來說有兩種方法，一種是在實地進(jìn)行測繪，一種是采用攝影測量的方法測繪。實地測繪的方法能夠達(dá)到比較高的精度，一般用于大比例尺地形圖的測繪。在全站儀廣泛應(yīng)用之前，主要是平板測圖的方法。平板測圖方法又分為大平板測圖和經(jīng)緯儀配合小平板測圖兩種方式。這兩種測圖方法現(xiàn)在基本上絕跡了，我在學(xué)校的時候都實習(xí)過，參加工作后也只用大平板測過一幅圖。由于是現(xiàn)場測量現(xiàn)場手工繪圖，雖然難度比較大，但是對地形圖的理解很有幫助。全站儀出現(xiàn)后，數(shù)字化地形圖測繪方式很快取代了平板測圖。利用全站儀配合測距棱鏡外業(yè)實測地形圖碎部點（特征點）的坐標(biāo)，內(nèi)業(yè)把外業(yè)采集的碎部點展繪到專業(yè)繪圖軟件中，編繪成標(biāo)準(zhǔn)地形圖成果。當(dāng)時數(shù)字化地形圖測繪使用的軟件都是在autoCAD的基礎(chǔ)上開發(fā)的，最常用的就是南方公司的CASS軟件，網(wǎng)上很容易就搞到盜版的。我覺得衡量一個軟件成功與否的最大標(biāo)準(zhǔn)就是盜版多不多 。攝影測量方法包括航空攝影測量、航天攝影測量、傾斜攝影測量等。航空攝影測量方法最早使用，最初主要用于1:10000、1:50000基本比例尺地形圖測繪，后來大比例尺地形圖測繪也廣泛采用。采用航空攝影測量的方法測繪地形圖較實測的方法能夠減少外業(yè)工作量，外業(yè)主要工作是像控點測量和調(diào)繪，內(nèi)業(yè)進(jìn)行空三加密、立體測圖、地形圖編輯等工作。無人機技術(shù)快速發(fā)展，利用無人機進(jìn)行航空攝影比大飛機更加便捷，還可以降低成本，現(xiàn)在已經(jīng)成為航空攝影的主流方式。航天攝影是利用立體衛(wèi)星影像進(jìn)行地形圖測繪，與航空攝影測量原理基本相同，主要用于1:10000、1:50000比例尺地形圖測繪。高分7號衛(wèi)星是國內(nèi)發(fā)射的最新立體衛(wèi)星，主要用于1:10000比例尺地形圖測繪，可以代替航空攝影測量的方式。傾斜攝影是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)，對地物從更多角度進(jìn)行拍攝，可以建立比較完整的三維立體模型，比航空攝影和航天攝影建立的立體像對更清晰、更直觀，可以直接裸眼進(jìn)行量測，采集地形圖要素，生成地形圖。五、地形圖主要規(guī)格指標(biāo) 地形圖最重要的兩個技術(shù)規(guī)格是比例尺和地形類別。地形圖的位置精度、等高距等指標(biāo)就是按照這兩個技術(shù)規(guī)格來確定的。比例尺在前面已經(jīng)介紹了，這里再介紹一下地形類別。國家基本比例尺地形圖的地形類別按地面坡度分為4類，分別是平地、丘陵地、山地、高山地。一幅地形圖的地形類別確定以圖內(nèi)大部分的坡度為準(zhǔn)。
由于坡度的量算不太容易，除大比例尺地形圖外，其他地形圖地形類別多按圖內(nèi)高差值確定。例如1:10000地形圖圖幅內(nèi)最大高差小于20米為平地，20米-150米為丘陵地，150米-500米為山地，大于500米為高山地。如果已有DEM成果，可以使用Arcgis中的工具很方便的統(tǒng)計圖幅內(nèi)高差，進(jìn)而確定圖幅地形圖類別。地形圖的基本等高距（兩條相鄰等高線的高差）以地形類別為準(zhǔn)進(jìn)行確定，一般一幅圖只采用一種等高距。地形圖中地物點相對臨近平面控制點（圖根點及以上）的平面位置中誤差不應(yīng)大于表3的規(guī)定，特殊困難地區(qū)可放寬0.5倍。中誤差是若干點位誤差的均方根，也就是n個點位的誤差值先逐個平方再求和，除以n取平均值，再把該平均值開方。每個點位的誤差值不得超過2倍中誤差（限差），超過的就是粗差，粗差超過一定數(shù)量就直接判定精度不合格，不必再統(tǒng)計中誤差了。 地形圖的高程精度按等高線高程中誤差和高程注記點高程中誤差兩方面進(jìn)行統(tǒng)計，分別不應(yīng)大于表4、表5的規(guī)定，特殊困難地區(qū)可放寬0.5倍。
在地形圖實測時，一般先需要測設(shè)圖根控制點，利用攝影測量的方法測繪地形圖，也需要測量像控點。圖根控制點和像控點一般采用GNSS RTK的方式，也可采用測距導(dǎo)線進(jìn)行測量。它們的的級別相同，精度要求也都一樣。平面位置中誤差應(yīng)小于圖上0.1mm，比如1:1000地形圖的圖根點或像控點的平面位置中誤差應(yīng)小于0.1m（0.1mm×1000）；高程中誤差應(yīng)小于等高距的1/10，比如一幅地形圖的等高距為1m，則高程中誤差應(yīng)小于0.1m（1m/10）。六、地形圖成果 地形圖成果主要包括數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）。數(shù)字線劃圖（DLG）內(nèi)容主要包括定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線及附屬設(shè)施、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、注記9大類地形要素及其屬性。數(shù)字高程模型（DEM）是采用規(guī)格格網(wǎng)點格網(wǎng)描述地面高程信息的數(shù)據(jù)集。數(shù)字正射影像圖（DOM）是地表航空航天影像經(jīng)垂直投影而生成的影像，可以是全色、彩色或多光譜影像。野外實測地形圖一般只生成數(shù)字線劃圖（DLG）成果，攝影測量方法測繪地形圖可以生產(chǎn)全部3種成果。本文力圖比較全面的對地形圖相關(guān)知識進(jìn)行概述，但地形圖的相關(guān)內(nèi)容非常之多，加之個人能力有限，很難準(zhǔn)確、全面的表述清楚，在這里向各位讀者致歉。對于地形圖測繪的一些具體技術(shù)，今后可能會逐篇介紹，期待自己能做到吧。 |
