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1、81地形图的基本知识地球表面上的地形可分为两大类：地物和地貌。地面上天然和人工的各种固定物体，称为地物，例如房屋、道路、河流等，地球表面高低起伏的形态，称为地貌，例如高山、平原、沟壑等。按一定的比例尺和投影方式，用规定的符号将地面上地物和地貌的平面位置和高程缩绘在相应介质上而得到的图形称为地形图，如图8-1所示。811地形图的比例尺1比例尺的表示方法地形图上任意一线段长度l与相应实际地面水平长度L之比，称为地形图的比例尺。比例尺在地形图上可用数字和图式两种形式表示。数字比例尺表示形式为l/L=1/M图式比例尺是图中用一条分有若干个单位长度的直线段按与数字比例尺同比例地表示实际地面长度，如图8-
2、6所示。图式比例尺一般绘制在地形图图廓下方随图纸同样伸缩，用它在同一图上量测距离，可消除因图纸伸缩引起的量度误差。第1页/共66页2比例尺的大小 我国把1:500、1:1000、l:2000和1:5000称为大比例尺；把1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万称为中比例尺；把1：25万、1：50万、1：100万称为小比例尺。即比例尺的分母越大，比例尺越小，对大比例尺的地形图，传统的测绘方法是利用经纬仪和平板仪进行全野外测量，现代方法是利用全站仪或GPS，从野外测量、计算到内业一体化的数字化测绘。对于1：2000、1：5000的地形图，也可以采用大比例尺航空摄影测量的方法。中比例尺地形图采用
3、航空摄影测量方法测绘。一般地，中比例尺地形图是以同测区的大比例尺地形图为基础，采用编绘的方法完成。1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万、1：25万、1：50万、1：100万比例尺地形图，被确定为国家基本比例尺地形图。我们把中小比例尺地形图又简称为地图。在城市和工程的总体规划、分区规划、初步和项目设计到施工过程中，通常采用1：5万至1：500各种不同比例尺的地形图。对于诸如地下建筑、大桥选址及水坝等特种工程，还要测绘l：200比例尺的地形图。第2页/共66页3比例尺的精度正常人眼在图上可分辨的最小距离为0.1mm，实地距离若小于相应值时，在图上将无法表达与分辨。因此将图上0.1mm所对应
4、的实地水平距离，称为比例尺精度例如，l：2000的比例尺精度为0.2m。显而易见，比例尺的大小决定了比例尺精度，而比例尺精度又决定了实测地形图时的精度要求和地形图的概括程度。第3页/共66页第4页/共66页812 地形图的分幅和编号当测区面积较大时，需对地形图进行分幅和编号，以便于编图和应用。地形图的分幅有两种形式，即矩形分幅和梯形分幅。矩形分幅的地形图图廓线是矩形，与平面直角坐标系轴平行，主要适用于大比例尺地形图。梯形分幅的地形图图廓线是经纬线，因而呈梯形，主要适用于中、小比例尺地形图1.梯形分幅与编号地形图编号可以采用自然序数式、行列式、行列-自然序数式方法。自然序数编号法是按自然数字顺序
5、编排，如1、2、3、4。行列式编号法是将制图区域中行和列分别赋予数字和字母组合成编号，如G12，是指G行12列图。行列-自然序数编号法是将行列式法和自然序数法相结合的编号方法，如G12-5,是指G12图中的第5幅图。我国于1991年重新制定了国家基本比例尺地形图分幅和编号的新国家标准。它仍以作为国际上统一的1：100万比例尺地形图分幅编号为基础，后接相应比例尺图的行和列，代码，并附有比例尺代码，所有基本比例尺编号均由五个元素10位码组成。第5页/共66页1）1：100万地形图的分幅与编号1：100万地形图的分幅与编号是国际上统一的。它按经差6和纬差4进行分幅，整个地球椭球南北半球各分成22行6
6、0列。行从赤道开始，向南北按字母A、B、C顺序进行编号，列从180经线开始，自西向东按自然序数1、2、3编号，因而1：100万地形图采用行列式编号法，行在前，列在后，例如G12。1：100万地形图的分幅和编号如图8-2所示，其中在纬度6076之间经差为12，在纬度7688之间经差为24，88以上为一幅。第6页/共66页第7页/共66页2）1：50万1：5000地形图的分幅和编号 1：50万至1：5000基本比例尺地形图，均以1:100万图为基础，将其分成若干行和列，行列分别以所在行列分别以所在行列自然顺序数编码，采用三位数字，不足三位时前取0，并附有比例尺代码。基本比例尺图编码均由五个元素10
7、位码组成，各代码所占据的顺序和位数，如图8-3所示。国家基本比例尺图的比例尺代码如表8-1所示。国家基本比例尺地形图的行列划分和编号如图8-4所示。例如，编号G12C002003的地形图属于1：25万比例尺的地形图，在编号为G12的1：100万比例尺地形图之中，其行号为2，列号为3.编号G12G081054的地形图属于1：1万比例尺地形图，在编号为G12的1：100万比例尺地形图之中，其行号为81，列号为54。第8页/共66页比例尺1：50万1：25万1：10万1：5万1：2.5万1：1万1：5000代码BCDEFGH表8-1 国家基本比例尺地形图的比例尺代码第9页/共66页2矩形分幅与编号大
8、比例尺图，例如1：500、1：1000、1：2000以及为工程设计施工用的1：5000比例尺地形图，一般采用矩形分幅法进行分幅和编号，它以平均于平面直角坐标系轴的整千米或百米线作为图廓线。通常1：5000地形图的图幅大小为40cm*40cm，1：2000、1：1000、1：500地形图的图幅大小为50cm*50cm。它们之间的关系如表8-2所示。矩形图幅的编号以 l:5000比例尺图为基础。1：5000比例尺图的编号取图幅西南角坐标公里数作为其编号，而其他比例尺图在其后加上罗马数字进行编号，如图 8-5 所示。例如编号为 20 30-I-II-I、20-30-II-III的图，其图幅为图 8-
9、5 中的阴影部分。可以看出 20 30-I-II-I编号的图为 1:500 比例尺地形图，而 20-30-II-III编号的地形图为 l:l 000比例尺地形图。矩形图幅的地形图编号也可以采用前面叙述的其他编号方法，以使用与管理方便为主，不作硬性规定。第10页/共66页第11页/共66页比例尺图幅大小（cm）实地面积（km2）一副1：5000图所含图幅数1：500040*40411：200050*50141：100050*500.25161：50050*500.062564表8-2 矩形分幅的图幅规格第12页/共66页第13页/共66页813 地形图的图外注记地形图图廓线外的文字、符号、图形说
10、明等称为地形图图外注记。它可以对地形图起补允说明的作用，便于图的使用和管理。它包括图名、图号、接图表、比例尺、坡度尺、三北方向线、坐标格网注记、图例、测图及编图方法、投影方式、图式版本、坐标及高程系统等下面对部分图外注记作简要说明。（参见图 8-6)1.图名、图号、接图表图名即图的名字，一般取图内显著的地物或地貌名作为图名，图名一般标在图廓正上方。图号是指图的编号，图号标在图名和上图廓之间。接图表表示本图幅与四邻图幅的邻接关系接图表绘在上图廓的左上方，用来标明相邻图的图名或图号。第14页/共66页第15页/共66页2.图廓和坐标格网图廓分为内图廓和外图廓。内图廓线较细，是图幅的范围线；外图廓线
11、较粗，是图幅的装饰线矩形图幅的内图廓是坐标格网线，在内外图廓之间和图内绘有坐标格网交点短线，图廓的四角注记有坐标。梯形图幅的内图廓是经纬线，图廓的四角注记有经纬度，内外图廓间还有分图廓，在内图廓线与分图廓线间的短线，标明了高斯直角坐标系中的坐标值（以km计），分图廓线与外图廓线间的短线，标明了经纬度值。3.三北方向线三北方向线标明真子午线、磁子午线和坐标纵轴间的相互关系，即表明了图中磁偏角和子午线收敛角的平均值。4.坡度比例尺坡度比例尺用来在图上通过量取等高线平距确定各点地面坡度。第16页/共66页814 地物的表示方法地形图是按一定比例缩绘而成的，因而必须对地物、地貌进行取舍和概括。显而易见
12、，当比例尺不同时，地物的表现方式也将有所不同。不同比例尺的地物，应按国家统一标准地形图图式规定进行描绘，大比例尺地形图图式中的部分地物和地貌如表8-3所示。第17页/共66页第18页/共66页 地物符号按比例情况和抽象程度可分为如下几种 1比例符号按比例尺和图式规定将地物的实际轮廓缩绘而成的符号称为比例符号，例如地面上的建筑物、湖泊、农田、植被等面状地物的符号。2非比例符号由于地物占地面积较小，不能按比例尺将其实际轮廓缩绘在图上，只能依照特殊规定绘制的地物符号称为非比例符号，例如路灯、水井、变压器等较小且重要的点状地物的符号。3半比例符号对于某些地物，其长度可按比例尺缩绘，但宽度无法按比例尺缩
13、绘的地物符号称为半比例符号，例如高压电线、铁路、围墙、管线等线状地物的符号。4注记符号对地物用文字、数字和特殊符号加以注明或补充说明，例如建筑物名称和层数、河流名称、水深和流向、山脉名称等第19页/共66页815地貌的表示方法1等高线地面上高程相等的相邻各点连接的闭合曲线，称为等高线，如图8-7所示地貌可以用地貌模型、晕渲法、分层设色法、等高线法等表示。由于等高线能够精确地描述地貌特征，能够对地貌进行准确量测，因而应用最为广泛，并且等高线有利于进行概括和取舍，但缺点是缺乏立体感。2等高距和等高线平距相邻两条等高线间的高差称为等高距，用h表示。同一幅地形图中只能有一个等高距。通常按测图比例尺和测
14、区地形类别来决定测图的等高距，如图8-4所示。相邻等高线之间的水平距离称为等高线平距，用d表示。等高线平距越小，则地面坡度越陡，反之等高线平距越大，则地面坡度越缓，故坡度与等高线平距成正比第20页/共66页第21页/共66页地形倾斜角等高距（m）1：5001：10001：20001：50006o以下0.50.5126o15o0.512515o以上1125表8-4第22页/共66页3等高线的种类等高线的种类如下。首曲线或基本等高线：按基本等高距绘制的等高线。计曲线或加粗等高线：为了高程计数的方便，通常每隔四条首曲线加粗的一条等高线。间曲线或半距等高线：当地表面坡度较小，首曲线不能充分描绘地貌特征
15、时，所绘制的一种等高距为1/2基本等高距的等高线。间曲线不必闭合，开用虚线表示。4.典型地貌地貌的形态变化多样，但我们可以把它看成是由一些基本的典型地貌组合而成的。这些典型地貌包括山顶与凹地、山脊与山谷、鞍部及陡崖、悬崖等。（1）山顶与凹地 这两者的等高线完全相同，其特征都是一簇闭合曲线。为了区分这二者的等高线，可在其等高线上加注示坡线或高程值。示坡线是垂直于等高线的短线，用以指示坡度下降的方向。示坡线由里向外表示的是山顶，由外向里表示的是凹地。高程注记由外向里递增的表示为山顶，由里向外递增的表示为凹地（如图8-8(a)和（b）所示）。第23页/共66页第24页/共66页第25页/共66页（3
16、）鞍部 两相邻山头间的低凹部分，呈马鞍形，用两簇相对的山脊和山谷的等高线表示（如图8-8（e）所示）（4）陡崖与悬崖 由于陡崖（包括梯田和冲沟）的地面坡度过于陡峭，等高线密度太大，不好表示，因此采用专门的地貌符号表示（如图8-9所示）。悬崖的凹入部分投影到平面上后与其他的等高线相交，应采用虚线表示（如图8-8（f）所示）。第26页/共66页5等高线的特性等高线具有如下特性：同一条等高线上各点的高程相等；等高线是连续的闭合曲线，因图幅限制或遇到地物符号时才被中断；除陡崖与悬崖以外，等高线通常不能相交或重叠；等高线与山脊和山谷线正交；在同一幅地形图上等高距是唯一的，因此等高线密度越大（平距越小），
17、则地面坡度越陡；反之，等高线密度越小（平距越大），则地面坡度越缓。第27页/共66页82大比例尺地形图的测绘大比例尺地形图的测绘称为碎步测量，直接用于测绘地形图的控制点称为图根控制点。为了保证测图精度，必须布设足够密度的图根控制点，限制最大视距，其具体要求见表8-5。测图比例尺最大视距（m）地形点间距(m)每幅图的图根点数每km2的图跟点数备注主要地物次要地物和地貌1：5000300350100205测1：500图，在建筑区和平坦区，主要地物距离应用皮尺实量，长度不宜超过50m，若用电磁波测距，则测距长度和控制点数不受此表限制1：20001201802002505015151：10008010
18、0120150301213501：50040507010015910150表8-5第28页/共66页821 测图前的准备工作1图纸准备图纸有纸质图纸和聚酯薄膜两种。现今测绘部门大多采用聚酯薄膜作为绘图的图纸。聚酯薄膜伸缩率小，不怕水，但易折易燃。聚酯薄膜的一面为光面，另一面为毛面，毛面为绘图面。2绘制坐标格网图纸选好后应绘制坐标格网。大比例尺地形图坐标格网为10cm间隔。坐标格网即可以用专用尺或仪器绘制。这里介绍用直尺绘制的方法：首先从图纸四角3两条对角线，以交点为圆心，在对角线上量取等边四点A、B、C、D，并连接AB、BC、CD、DA，如图8-10（a）所示。再以10cm为间隔，在AB和DC
19、边、AD和BC边对应地量取并作标记，然后将两对边上相应的标记连接，便绘好了直角坐标格网。坐标格网线粗不应超过0.1mm。坐标格网绘好后，应检查其精度，其中各小方格边长与理论值之差不应超过0.2mm，各小方格对角线长度与理论值之差不应超过0.3mm，如超限，则应重新绘制。第29页/共66页（a）（b）第30页/共66页3展绘控制点展绘控制点之前，首先要确定本图幅位置，并将坐标格网对应的坐标值标注在图廓线外侧。如图8-10（b）所示，西南角坐标格网值为X=1000m，Y=500m。某控制点的坐标为X3=1075.25,Y3=552.32，则在相应方格内欲取坐标值中不足50m的部分，即25.25m
20、和2.32m,并作标记a、b、c、d。ab相连，cd相连，其交点即为控制点，并按图式规定在该点处标注控制点的符号、编号和高程。然后进行检查，要求图上量得控制点相邻之间的距离与利用控制点坐标算得的距离之差不应超过图上0.3mm，否则应查明原因并重新展绘。第31页/共66页822 经纬仪测绘法测碎部1碎部点的选择碎部点的选择直接关系到测图的速度和质量，因此碎部点应该选在能反映地物和地貌特征的点位上。对于地物，能反映其特征的点为地物轮廓线和边界线的拐角点或交叉点。例如建筑物、农田等面状地物的拐角点，道路、河流、围墙等线状地物的交叉点，电线杆、独立树、井盖等点状地物的几何中心等如果地物形状不规则，一般
21、规定主要地物凸凹部分在图上大于0.4mm时均应表示出来；若小于0.4mm，则可用直线连接。对于地貌，能反映其特征的点为山脊线、山谷线、山脚线上坡度或方向的变化点。尽管地貌形态各不相同，但地貌的表面都可以近似地看成是由各种坡面组成的。只要选择这些地性线和轮廓线上的特征点（包括坡度转折点、方向转折点、最高点、最低点），就能把不同走向、不同坡度的地性线测绘出来，以此内插勾绘等高线，就能形象地把地貌描绘在地形图上。第32页/共66页2碎部测量用经纬仪测绘法测碎部是采用视距测量法测，采用极坐标法绘：将经纬仪安置在一个图根控制点上，测出仪器至碎部点的水平距离和高差以及仪器至碎部点连线与一已知方向的水平夹角
22、，然后在图上按比例尺缩绘碎部点，并标注其高程，如图8-11和图8-12 所示。具体操作步骤如下。在测站点1，即图根控制点上安置经纬仪，并量取仪器高。利用盘左瞄准另一图根控制点2，并设置水平度盘读数为00000。立尺员将水准尺立到地物、地貌的特征点上，如图中的A、B等点。观测员瞄准水准尺，并先读取上中下丝读数，然后再读取水平度盘读数和竖直度盘读数，水平度盘读数可以只读取到分。记录员将观测数据记录下来，对特殊地物、地貌应加以注解说明，并用视距测量公式计算仪器至碎部点的水平距离和高差。绘图员采用量角器和比例尺将碎部点的位置展绘到图纸上，需要时在其右侧注明高程。原则上地物、地貌应在现场边测边绘，因为碎
23、布点只用盘左测一次，自身无法检核，只能靠绘出的图形检查测量的对错与准确程度。当需要与相邻图幅拼接时，因测出图廓线外5mm。第33页/共66页第34页/共66页823 全站仪数字化测图利用全站仪进行数字化测图，不仅精度高，减轻了劳动强度，而且由于利用计算机进行绘图，因此图形美观，减少了手工绘图过程中的烦琐工作。此外，由于制作的是数字化地形图，可以方便地转化成数字化产品，如数字地面模型、地理信息系统数据等，有利用拓展地形图的应用领域。利用全站仪进行数字化测图时，可分成野外数据采集和绘图两个步骤。（1）野外数据采集。现场测量碎部点的三维坐标或二维坐标，并存储于全站仪内接或外接设备（如便携式计算机），
24、同时应输人地形编码，同存储，并绘制地形草图（2）绘图。根据野外采集和存储的数据，在室内利用绘图软件进行自动绘图，并根据草图进行修改和编辑。也可以是野外数据采集和绘图同时完成，即现场将测量数据和编码实时传输给计算机，实时显示图形并进行编辑。当利用计算机自动绘图时，对于每一个碎部点应进行编码。所谓碎部点的编码，指其属性和几何相关性以及所对应的计算机识别代码。例如，碎部点是房屋拐角点还是道路边的点，房屋拐角点与其他的点连接关系如何，以及编码说明此外，在计算机图形图像处理中，经常用到层的概念。所谓层，是指将不同种类的图形图像数据进行分类，并分别存储、处理和显示的一种数据存储结构。这给图形图像的处理带来
25、了很大的方便。例如，地形图的数据可以分成树木层、建筑物层、道路层等。利用其数据制作地籍图时，就可以把等高线层予以关闭。第35页/共66页824GPS-RTK实时动态测图关于GPS-RTK实时动态定位测量的原理，详见第5.4节。这里介绍美国Trimble5700接收机的相关性能指标和功能。利用Trimble5700的接收机进行实时动态定位，采用同步模式时，其水平方向精度可以达到2cm+2ppm，垂直力向精度达到3cm+2ppm。测量距离范围可以达到10km。当采用后处理模式时测量距离可以达到50km。数据修正率为110HZ，延迟率为0.025s之间，接收机间数据传输率为2400（bite）以上。
26、当数据采集工作结束后，可以将数据输入到计算机当中，利用Trimble公司的附加绘软件绘制地形图。Trimble绘图软件具有层功能和CAD功能，可以很方一便地绘制大比例尺地形。其绘图功能如下。层功能一将不同类型数据组织和存储在一起，并可以进行修改和删除。CAD功能可以将点、直线、曲线、地物符号、注记添加到所需要的位置上，并进行修改和删除。注记功能可以将各种注记符号添加到点、直线、曲线上，并可以进行修改和删除。用户也可以自定义上面的层、CAD模型和注记符号。除了用CAD方式绘图外，Trimble绘图软件还可以利用编码进行自动绘图，并且还可以把数据转换成其他文件格式，如AutoCAD文件格式和GIS
27、文件格式，以便进一步处理。第36页/共66页825地形图的绘制地形图的绘制包括地物和地貌的绘制、检查、拼接及整饰等。1地物的绘制根据所测地物的特征点勾绘地物轮廓线，并用现范的图式符号或文字标明地物类别和名称，做到随测随绘、逐渐展绘局部直至全幅地物图。2等高线的勾绘在测定地貌点的同时，应勾连出地性线（山脊线和山谷线）。如图8-13所示，设地面某局部范围的地貌特征点已经测定在图上，连接出各条地性线ba、bc、bd、be等，其中实线为山脊线、虚线为山谷线，然后根据等坡线上平距与高差成正比的特性，在同一坡度的两端点间用目估的方法内插出各条等高线通过的点，标注高程值，参照实际地貌勾绘等高线。需要注意的是
28、，在内插高程点时，只有在同一条地性线的相邻特征点间（即等坡段）才能内插，不允许越线越点内插。第37页/共66页第38页/共66页3地形图的检查、拼接与整饰l）检查地形图检查的方式包括：图面检查、巡视检查和仪器设站检查。图面检查主要检查控制点展绘是否符合规范，地物、地貌的位置和形状绘制是否正确，图式符号使用是否恰当，等高线和地形点的高程是否存在矛盾，是否有遗漏。一旦发现问题，先检查记录、计算和展绘有无错误，如果不是由于记录、计算和展绘所造成的错误，不得随意修改，待野外检查后再确定巡视检查是将地形图与实际地形对照，核对各地物和地貌的表示是否合理，是否存在遗漏、错误等。对上述图面检查发现的疑问必须重
29、点检查。仪器设站检查是检查在图面和巡视检查是发现的重大疑问，找出问题后再进行修改。对漏测和漏绘的，补测后再填入图中。为了检验地形图的测绘精度，仪器设站检查量不应少于测图总量的10%。第39页/共66页2）拼接由于测量误差的影响，相邻图幅拼接时，接图边上的地物和等高线一般会出现接边误差，如图8-14所示。若接边误差小于表8-6规定值的22倍时，两幅图才可以拼接；若超过此限制，必须用仪器检查，纠正图上的错误后再拼接。拼接时，先用宽5cm的透明纸蒙在相邻的图幅上，将图内的坐标线、地物、地貌等用铅笔透绘到透明纸上。再把透明纸蒙在被接边的图幅上，使透明纸与底图的坐标对齐，透绘地物、地貌。若接边误差不超限
30、，则将接边误差平均分配给接边的这两幅图。然后各自修改图内的地物和地貌。第40页/共66页3）整饰经过检查、拼接后的原图还需要进行清绘整饰，使图清晰、整洁、美观。整饰的顺序是“先图内后图外，先地物后地貌，先注记后符号”。整饰的具体做法是擦去多余的线条，如坐标格网线，只保留交点处纵横1.0cm的“十”字，靠近内图廓保留0.5cm的短线，擦去山脊线和山谷线，擦去多余的碎部点只保留制高点、河岸重要的转折点、道路交叉点等重要的碎部点。清绘地物轮廓线和等高线，加粗计曲线并在计曲线上注记高程。按照图式的要求填注符号和注记，等高线通过注记和符号时必须断开。绘制图廓，填写图名、图号、接图表、比例尺、等高踞、坐标
31、及高程系统、图式版本、施测单位、测量者、测量日期等。地区地物点定位中误差（mm）等高线高程中误差（等高距）主要地物次要地物坡度0o 6o坡度6o 15o坡度15o 以上一般地区0.60.81/31/21城建地区0.40.61/31/21表8-6第41页/共66页83 摄影测量与遥感831 概述摄影测量学是通过摄影的方式获得所摄物体的相片，并以此作为量测的基础，研究如何确定物体的形状、大小及其空间位置的一门科学。摄影测量是在所摄相片上进行量测和判读，无须接触物体本身，很少受自然和地理条件的限制。影像客观、真实地反映着目标，所含信息丰富。摄影测量按摄影距离可分为航天摄影测量、航空摄影测量、近景摄影
32、测量及显微摄影测量；按影像获取及处理方式可分为模拟法摄影测量、解析法摄影测量和数字摄影测量。遥感指从远距离、高空乃至外层空间，利用可见光、红外线、微波等电磁波段，通过摄影或扫描方式，对地面目标的信息进行感应、传输和处理，从而确定地面目标的位置、识别地面目标的性质和运动状态。遥感是在摄影测量学的基础上发展形成的一门新兴技术学科，它开拓人类的观察视野和观测领域。遥感可分为主功式和被动式两种形式。凡遥感装置接收的信号是直接来自目标物的，称为被动式遥感；由遥感装置主动发射电磁波且又接收目标物反射波信号的，称为主动式遥感。由于目前能够通过多种方式获得影像，使摄影测量与遥感技术成为国土、农业、林业、气象、
33、环境、地质、矿产、海洋、城市建设、国防等领域监测、管理、规划和决策的重要手段。本节对航空摄影测量与遥感的基本知识作一简要介绍。第42页/共66页832航摄相片的基本知识1像幅与重叠度航摄相片影像的大小称做像幅，常用的相幅有18cm*18cm、23cm*23cm、30cm*30cm三种。在像幅四周每条边框的中央或四角各有一个框标，四个框标对角连线的交点可用做像平面坐标系的原点，此点又称为像主点。为了能构成立体像对，在室内建立地面立体模型进行立体观测，要求相邻的航摄相片及相邻航线的相片之间必须有一定的重叠。在航空摄影测量学中，同一航线上两张相邻相片的重叠称为航向重叠，用p表示（如图8-15所示），
34、通常航向重叠度要求为60%65%；相邻两条航线间相片的重叠称为旁向重叠，用q表示，旁向重叠度要求在30%35%.第43页/共66页2相片比例尺航摄相片比例尺是航摄相片上的影像长度与对应的实地水平距离之比。因为航摄相片与地形图不同，地形图属于正射投影（投影光线彼此平行且与投影面垂直正交），而航摄相片属于中心投影（所有投影光线均通过一个固定点后与投影面相交），一般情况下航摄相片上影像的比例尺不是唯一的。只有地面为水平面，且像平面也呈水平状态时，相片比例尺才是唯一的，实际这是不可能的，如图8-16所示，当航高不变且像平面水平时，相片比例尺等于摄影机焦距f与航高H之比。由于地面的高低起伏，地面点到摄影
35、中心的距离等于航高H 与地面点到起始面的高差h之差，因此航摄相片的比例尺实际为1/m=f/（H-h）（8-2）第44页/共66页3投影误差因地形起伏在航空相片上引起的像点位移称为投影误差。如图8-16所示，地面上的A、B点投影在同一水平面E上为A、B，它们在相片上的正确位置应该是a、b。但是由于相片属于中心投影，地面卜的A、B点因地形起伏，实际构像为a、b，使得点位在相片上产生投影误差ha和hb。根据相似三角形的关系可以导出 h=h*r/H （8-3）式中，h为地面点与起始面的高差；r为像点至像主点O的距离。第45页/共66页4倾斜误差因相片倾斜在航摄相片上引起的像点位移称为倾斜误差。如图8-
36、17所示，当航摄相片倾斜角为a时，在水平相片上的点ao、bo、co、do将变成a、b、c、d，hoho为等比线，O为等角点。为当a 3时产生的最大倾斜误差a=r2/f*sinsina （8-4）式中，r是相片上像点到等角点的距离；f是摄影机焦距是等比线hoho和等角点O至像点方向线间的夹角，按顺时针方向计算。第46页/共66页5航摄相片的辐射特征任何物体都具有反射、发射、散射和透射电磁波的辐射特性。在航摄相片上不同的灰度、亮度及色度等反映着目标物的辐射特征，从这些特征中可以识别目标物的物理性质。由于在不同的电磁波波段目标物有着不同的辐射特性，因此可分别利用目标物对紫外、可见光、红外、微波波段辐
37、射特征的差异来区分各种目标物。摄影测量及遥感除了、应用影像数据的几何特性进行空间定位及测量外，还充分应用光谱辐射特性进行目标物类别区分和物理量的计算及测量。第47页/共66页833 影像立体观察的原理人眼观察物体能自然地分辨出远近和高低，是由于双眼观察时，同一物体在左、右眼视网膜上的构像不同所形成的如图8-18所示，远近不同的两点A、B，在左右眼视网膜上的成像分别为a1b1和a2b2，在视网膜上构成的弧长a1b1与a2b2称为生理视差，其差值p=a1b1-a2b2叫做生理视差较。这种生理视差较传到大脑皮层的视觉区，观察者便产生对目标点A、B的远近感觉。人造立体视觉就是基于人具有生理视差较能产生
38、立体视觉的原理建立的。在图8-18中，假定在的两眼前各安置一块承影板p1和p2，并把左右两只眼睛所看到的目标点A、B影像记录在承影板上，然后移开目标点，只要两只眼睛和承影板保持原有的相对位置，仍会产生直接观测A、B点的视觉效果，分辨目标点的远近。由于这时所看到的不是物体本身，而是目标点按一定的投影方法所成的影像，故称为人造立体视觉。根据这个原理，如果从两个不同位置（相当于两眼的位置）对同一物体拍摄空间两张相片，按照相应空间位置恢复摄影光束，就可以建立所摄物体的立体视觉。综上所述，建立人造立体视觉的条件为：在不同位置对同一目标物摄取两幅相片，即立体像对；观察立体像对时，两只眼睛同时各看不同相片上
39、的同名像点；安放相片时，两幅影像上同名像点的连线与眼基线保持平行；两幅影响的比例尺基本相等。第48页/共66页834 影像的纠正、判读和调绘1影像纠正无论是摄影测量还是遥感，都不能保证影像平面严格水平，因而导致在像平面上的构像产生像点位移、图形变形和比例尺不一致。影像纠正就是把像平面倾斜的影像，在室内经过投影转换使它变成相当于水平摄影或扫描的影像，并使纠正后的影像比例尺符合所规定的比例尺。这里需注意的是，纠正只能消除因像平面倾斜引起的倾斜误差，不能消除因地形起伏产生的投影误差。2 影像判读影像判读是跟据目标物在影像上成像的规律和特征来识别目标的位置、性质和范围。判读采用的方法包括：根据特征明显
40、的目标进行直接判读；按造已知目标或具有标准意义的影像特征进行比较判读；利用各种现象之间的关系进行专业逻辑判读。在室内判读工作完成之后，必须进行野外检核，以修改和补充判读的不足。3影像调绘影像调绘是在上述影像判读的基础上，把影像上不能反映的其他信息，如地名、类别等作进一步的调查，并描绘和注记在影像上。对于地形测绘而言，影像调绘的内容主要包括：测量控制点、独立地物、居民区、道路、水系、管线与垣栅、境界、地貌及士质、植被、地理名称和注记等。第49页/共66页835航测成图方法根据使用的仪器及其地形条件的不同，摄影测量的成图方法可分为模拟测图法、解析测图法和数字测图法。1模拟测图法l）综合法首先在室内
41、用纠正仪消除影像倾斜误差，并限制投影误差在允许范围内，把目标物的中心心投影转换为正射投影，同时将其归化到规定的比例尺，确定目标物的平面位置，然后在野外进行影像调绘，用地形测绘的方法在影像图上测绘地貌。它适用于平坦地区，用单幅近似垂直的影像进行图解测图。2）分工法在外业控制测量和影像调绘的基础上进行电算加密。首先利用立体量测仪器测绘地貌，所获得的曲线仍是中心投影，然后用投影转绘仪对曲线按照规范要求垂直分带进仃转绘，对其进行影像纠正，消除倾斜误差，按高差分带限制投影误差，使中心投影的地物和地貌变换为正摄投影的地形图。由于此测图过程是把目标物的高程和平面位置用两种仪器分两道工序完成，因此称为分工法，
42、适用于丘陵地区。第50页/共66页3）全能法在外业控制测量、影像调绘和内业电算加密的基础上，用精密测图仪在室内建立与实地相似的缩小模型，利用影像控制点和地面测量坐标系将影像模型归化到规定比例尺，参照影像调绘结果，在模型上一次完成地形图的测绘，此方法适用于丘陵、山地以及高山地区。2、解析测图法解析测图法是在模拟测图法的基础上，将精密立体坐标量测仪、计算机、数控绘图仪等集成到一起，直接解算测点坐标，自动生成数字地图或纸质地图。3、数字测图法数字测图法是解析测图法的进一步发展，它采用数字摄影影像或数字化影像，在计算机上利用立体观测系统，构成数字立体模型，从而进行各种数值、图形和图象处理，根据目标的几
43、何和物理特性，直接获得各种形式的地图产品，如数字地图、数字高程模型、测量数据库、地理信息系统等的数字化产品和断面图、透视图、正射影像图及动画地图等可视化产品。第51页/共66页836卫星遥感系统卫星遥感系统主要由卫星、传感器、地面控制中心和跟踪站、地面遥感数据收集站，遥感数据接收站和数据中继卫星、数据处理中心等于系统组成。1.卫星卫星是遥感的主要工作平台，目前世界上许多国家都有自己的遥感卫星。例如美国的Langsat，欧洲空间局的ERS，法国的SPOT，中国的CBERS（资源一号）等。遥感卫星的技术参数主要有：轨道高度H、轨道倾角i、运行周期（绕地球一圈所需的时间）T、重复周期（完全覆盖地球一
44、次所需的时间）D等，例如我国资源一号卫星的H=778km，i=98.5，T=100.26min，D=26天。2.传感器传感器是获取遥感数据的关键设备，由于设计和获取数据的特点不同，传感器可分为摄影类（画幅式、航带式）、扫描成像类（红外、多光谱）、雷达成像类（合成孔径、侧视）等不同种类的传感器。图像分辨力是传感器的一个主要技术参数，目前的遥感图像分辨力可以达到亚米级。第52页/共66页3.控制中心地面控制中心和跟踪站是整个系统的核心。控制中心负责监测卫星的工作状况并及时向卫星发送各种指令，以指挥星体和传感器的工作。（例如美国卫星遥感系统的控制中心设在马里兰州的戈达德空间中心，我国设在西昌地区）跟
45、踪站不断对卫星进行观测，将测得的卫星轨道数据及时提供给控制中心。跟踪站分永久性固定站和流动站两种。（我国在海上布设自跟踪测量船）4.遥测收集站地面遥测数据收集站是无人值守的工作站，分布于高山、荒漠及边远地带，自动收集各种环境数据，并将这些数据发送给卫星。5.数据接收站遥感数据接收站接收卫星发送下来的遥感图像信息及卫星姿态、星历参数等，然后将这些信息送往数据处理中心。由于卫星绕地球运转，当卫星飞越接收站的接收半径以外的地域上空时，为了能实时传输和接收遥感数据，还必须借助于数据中继只星。6.数据处理中心数据处理中心对收到的高密度数字磁带进行数据转换，生产可供用户使用的计算机兼容磁带CCT和70mm
46、的胶片，根据高密度数字磁带上提供的星历参数、辐射校准参数等对图像进行几何校正和辐射校正。几何校正主要改正由于地球曲率、地球自转、扫描角度不均匀等造成的图像几何变形；辐射校正是根据传感器内部校准参数和地面遥感测试资料进行辐射亮度值的改正。第53页/共66页85 水下地形测绘在沿海及河湖的港口码头和沿江河的水利工程或桥梁等工程的建设中都需要进行一定范围的的水下地形测绘。水下地形有两种表示方式：一种是以航运基准面为基准的水深值和等深线表示的航道图，用以显示航道、港池等水下地形情况，我国沿海各港口水下地形测量均以各自的理论深度基准面为基准；另一种是用与陆地高程一致的地形高程点和等高线表示的水下地形图，
47、其基准面是大地水准面。上述两种方式的基准面之间存在高程差，且各地的高程差各不相同，本节以河道为测绘对象介绍用等高线表示水下地形的测绘方法。测量水面以下的河底地形，是根据陆地上布设的控制点，利用船艇行驶在水面上，测定河底地形点的平面位置和水深来实现的。其主要测量工作包括测线布设、定位、测深和水位观测等。第54页/共66页 851测线布设由于水下地形是看不见的，不能用选择陆地地形特征点的方法进行水下地形的测量，因此在水下地形测量之前，为了保证水下地形测量的成图质量和提高工作效率，应根据测区内航道（或河流）的走向、水面的宽窄、水流缓急等情况，在实地预先布设一定数量的测深断面线（简称为测线，如图8-2
48、0所示）。测深断面线的方向一般与河道（或航道）的中心线或岸线垂直（如图中的AB河段），在河道转弯处，可布设成扇形（如GK河段），当流速超过1.5m/s且在浅滩或礁石的河段（如MN河段），可布设成与水流成3045的倾斜测线。根据规范要求，测线一般规定在图上每隔l2cm布设一个，测线上相邻测探点的间距一般规定为图上的0.60.8cm。对于水下有暗礁或浅滩的复杂测区或设计上有特殊要求时,可适当加密测线和测深点；若测区内河床平坦，可酌情适当放宽上述规定。测线间距可用钢尺、皮尺或视距测量等方法测定，测线的方向可用仪器或目估确定，然后在测线上设立两个导标（一般用两面人旗），相距尽可能远些，以供测船瞄准导航
49、，使之沿着测线方向行驶。当在河面窄、流速大或险滩礁石多的河流中测量时，要求船艇在垂直于河道中心线的力向上行驶是很困难的，这时可以采用散点法测量，如图8-21所示。测船平行于岸线航行，测线方向和测深点间距完全由船上的测带人员控制，这样容易造成漏测或重复测量，因此测量的效率较低。第55页/共66页第56页/共66页852 定位方法1断面索法将一根绳索横跨河道且通过岸边一已知点，沿某一方向（通常与河道中心线垂直的方向）拉直，然后从水边开始，小船沿绳索行驶，按一定间距选取测点，并用测深杆或水砣测定水深。此法用于小河道的定位测深，简单方便，缺点是施测时会阻碍其他船只的正常航行。2经纬仪前方交会法在岸上的
50、两个控制点上同时架设经纬仪，以行驶的测船为观测目标，从岸上的两台经纬仪同时照准目标进行前方交会，定出测船的平面位置，注意前方交会必须与水深测量严格同步进行，且交会测量的目标所在平面位置即是水深测量处。实施前方交会定位测深作业时，受交会距离的限制，即当距离过远时，经纬仪将难以精确跟踪瞄准目标，其交会精度降低。另外，所需的人员多、工作分散：在岸上有观测水平角的两个测角组，搬移导标指引施测断面线方问的导标组，观测水位的水位组；在船上有指挥员、发令员、旗号员、测深员及船员等。因此，必须共同研究计划，明确分工，并要用无线电通讯工具（如对讲机等）加强联系，使全体作业人员步调一致，共同协作完成任务。第57页