测绘之家 2023-06-02 21:14 发表于山东 以下文章来源于测绘砖家 ，作者测绘砖家 
测绘砖家 从事测绘一线工作20多年的砖家，和测绘同行分享测绘基础知识的一砖一瓦。 2021年我出差到上海，专程到一大会址参观，令我印象最深的就是展柜里的一张地形图，是八路军在平型关战役时缴获的日军地图。这张怀安县的1：10万比例尺地形图与我们现在的地形图表达的内容和方法基本一致，证明当时日军的测绘技术水平已经非常先进。该地形图标注的测图时间为明治四十五年，也就是公历1912年，当时民国政府已经成立，日军还能在中国境内测图，可见当时民国政府有多窝囊。昭和十二年（1937年），日军又在此图基础上进行了调绘，把军事行动所需的相关信息手工清绘到地图上，为日本侵华战争服务。 图1 日军测绘的怀安县地形图（局部） 时至今日，地形图的形式和种类发展的更加多样，也形成了完善的技术标准体系。可以说地形图是测绘行业最基础、最重要、应用最广泛的产品，下面，本文从几个方面对地形图进行概述。一、地形图概念 地形图是地图的一个分支，属于普通地图范围。在《地图学术语》（GB/T 16820-2009）国家标准中，对地形图的定义是：表示地表居民地、道路网、水系、境界、土质与植被等基本地理要素且用等高线表示地表起伏的普通地图。要准确理解地形图的概念，要抓住两个要点。一是普通地图，主要表示内容是国家各部门、各行业共同需求的基本地理要素，是公共地图产品，具有普遍性、共享性的特点。二是用等高线表示地形起伏，这是地形图区别其他地图的最显著特点，通过等高线，能过准确、形象的表示地形信息，显示出了地形图的专业性。除此之外，地形图采用的地图符号采用统一的图式，对位置精度也有统一的标准，具有高度的规范性、标准性。正因为如此，地形图的应用范围很广，在国防军事和国民经济各行业都发挥了不可替代的作用。二、地形图分类及用途 地形图一般按比例尺进行分类。国家基本比例尺地形图主要有1:500、1:1000、1:2000、1:5000、1:10000、1:25000、1:50000、1:100000、1:25万、1:50万、1:100万等11种。在测绘行业，一般把1:500、1:1000、1:2000比例尺地形图称为大比例尺地形图，其余称为中小比例尺地形图。中小比例尺的划分我到现在也不太确定，大概是1:5000～1:100000是中比例尺，其中1:10000和1:50000地形图是基本地形图，比较常用。小于1:25万以小是小比例尺地形图，一般是由中比例尺地形图编绘而成。大比例尺地形图主要用作城镇详细规划、施工图设计、竣工验收等的底图，以及工程测量中初步设计、施工图设计、运营管理等方面的基础地形资料。大比例尺地形图是应用范围最广、应用场景最多，也是我们在平时最常测绘的地形图。中比例尺比例尺地形图主要用于一定范围内较详细研究和评价地形，供工业、农业、林业、水利、铁路、公路、农垦、畜牧、石油、煤炭、地质、气象、地震、环保、文化、卫生、教育、体育、民航、医药、海关、税务、考古、土地等国民经济各部门勘察、规划、设计、科学研究、教学等使用；也是军队的战术用图，供军队现地勘察、训练、图上作业、编写兵要、国防工程的规划和设计等军事活动使用；同时也是编写更小比例尺地形图或专题图的基础资料。小比例尺地形图综合反映了制图范围内的自然地理和社会经济概况，用于较大范围内进行宏观评价和研究地理信息，是国家各部门共同需要的基本地理信息和地形要素的平台，可以作为各部门进行经济建设总体规划，省域经济布局、生产布局、国土资源开发利用的计划和管理用图或工作底图，也可作为国防建设用图，也可作为更小比例尺普通地图的基本资料和专题地图的地理底图。三、地形图分幅与编号 地形图分幅主要有按国家标准分幅和任意分幅两种方式。任意分幅方式一般在面积较小的大比例尺地形图时采用，任意确定一个图幅左下角坐标值按矩形进行分幅，图幅左下角坐标一般取整到10m、100m等比较齐整的数值。任意分幅的地形图编号一般采用图幅左下角坐标的坐标值以公里为单位进行表示，例如图幅左下角的坐标值为“X:4658350，Y:587400”，编号为 “4658.35-587.40”，有时为方便表示，整数部分只保留后两位，简易编号为“58.35-87.40”。实际操作中很少采用任意分幅的方式，基本上都是采用国家标准分幅。国家标准分幅又分为梯形分幅和矩形分幅两种方式。1:500、1:1000、1:2000比例尺地形图分幅一般采用矩形分幅方式，也可采用梯形分幅方式，其他国家基本比例尺地形图采用梯形分幅方式。矩形分幅方式比较简单，是以投影坐标为基础进行的分幅。一般一幅图的内图廓尺寸为50cm×50cm或40cm×50cm，其图幅编号一般采用图廓西南角坐标编号法，也可选用行列编号法和流水编号法。图廓西南角坐标编号法，X坐标公里数在前，Y坐标公里数在后，1:2000图廓西南角坐标是整公里（如：4658.0-587.0），1:1000图廓西南角坐标是0.5公里整倍数（如：4658.0-587.5），1:500图廓西南角坐标是0.25公里整倍数（如：4658.25-587.50）。行列编号法或流水编号法就更简单了，具体见图2、图3。 图2 行列编号法示例 图3 流水编号法示例 梯形分幅是以大地坐标（经纬度）为基准进行的分幅，相对矩形分幅复杂一些。主要分幅编号的思路是1:100万地形图按国际分幅标准进行分幅和编号，其余大于1:100万比例尺的地形图在1:100万图幅内按一定的经纬度格网值进行分幅，并以其在1:100万地形图中的行列号进行编号。1:100万地形图按经差6°纬差4°进行分幅。纬度从赤道开始每4°为一行，至88°，南北半球各22行，依次编号A，B，C，…V。经度由东（西）经180°经线向东每6°为一列，全球60列，编号1-60。1:100万图幅按行列号进行编号，例如首都北京所在的1:100万图幅编号为J50。我国1:100万图幅编号情况见图4。 图4 我国1:100万地形图分幅和编号 1:50万～1:5000地形图分幅在1:100万图幅内按一定的经纬度格网进行分幅。1:50万图幅经差3°、纬差2°（2行2列）；1:25万图幅经差1°30′、纬差1°（4行4列）；1:10万图幅经差30′、纬差20′（12行12列）；1:5万图幅经差15′、纬差10′（24行24列）；1:2.5万图幅经差7′30 "、纬差5′（48行48列）；1:10000图幅经差3′45 "、纬差2′30 "（96行96列）；1:5000图幅经差1′52.5 "、纬差1′15 "（192行192列）。1:50万～1:5000图幅编号是以1:100万图幅编号为基础，采用行列编号方法。图幅号由1:100万图幅号、比例尺代码（表1）和行列号组成，具体见图5。行号由上到下，列号由左到右进行编号，分别用3位阿拉伯数字表示，依次为001，002，003…。例如某幅1:1万地形图表示为K50G034067。表1 1:50万～1:500比例尺代码 图5 1:50万～1:5000图幅编号的组成 由于1:2000、1:1000、1:500地形图绝少采用梯形分幅和编号的方法，所以这里就不再表述。如果实际需要，可参照《国家基本比例尺地形图分幅和编号》（GB/T 13989-2012）。四、地形图测绘方法 地形图是怎样测绘的呢？总的来说有两种方法，一种是在实地进行测绘，一种是采用摄影测量的方法测绘。实地测绘的方法能够达到比较高的精度，一般用于大比例尺地形图的测绘。在全站仪广泛应用之前，主要是平板测图的方法。平板测图方法又分为大平板测图和经纬仪配合小平板测图两种方式。这两种测图方法现在基本上绝迹了，我在学校的时候都实习过，参加工作后也只用大平板测过一幅图。由于是现场测量现场手工绘图，虽然难度比较大，但是对地形图的理解很有帮助。全站仪出现后，数字化地形图测绘方式很快取代了平板测图。利用全站仪配合测距棱镜外业实测地形图碎部点（特征点）的坐标，内业把外业采集的碎部点展绘到专业绘图软件中，编绘成标准地形图成果。当时数字化地形图测绘使用的软件都是在autoCAD的基础上开发的，最常用的就是南方公司的CASS软件，网上很容易就搞到盗版的。我觉得衡量一个软件成功与否的最大标准就是盗版多不多 。摄影测量方法包括航空摄影测量、航天摄影测量、倾斜摄影测量等。航空摄影测量方法最早使用，最初主要用于1:10000、1:50000基本比例尺地形图测绘，后来大比例尺地形图测绘也广泛采用。采用航空摄影测量的方法测绘地形图较实测的方法能够减少外业工作量，外业主要工作是像控点测量和调绘，内业进行空三加密、立体测图、地形图编辑等工作。无人机技术快速发展，利用无人机进行航空摄影比大飞机更加便捷，还可以降低成本，现在已经成为航空摄影的主流方式。航天摄影是利用立体卫星影像进行地形图测绘，与航空摄影测量原理基本相同，主要用于1:10000、1:50000比例尺地形图测绘。高分7号卫星是国内发射的最新立体卫星，主要用于1:10000比例尺地形图测绘，可以代替航空摄影测量的方式。倾斜摄影是近几年发展起来的一种新技术，对地物从更多角度进行拍摄，可以建立比较完整的三维立体模型，比航空摄影和航天摄影建立的立体像对更清晰、更直观，可以直接裸眼进行量测，采集地形图要素，生成地形图。五、地形图主要规格指标 地形图最重要的两个技术规格是比例尺和地形类别。地形图的位置精度、等高距等指标就是按照这两个技术规格来确定的。比例尺在前面已经介绍了，这里再介绍一下地形类别。国家基本比例尺地形图的地形类别按地面坡度分为4类，分别是平地、丘陵地、山地、高山地。一幅地形图的地形类别确定以图内大部分的坡度为准。
由于坡度的量算不太容易，除大比例尺地形图外，其他地形图地形类别多按图内高差值确定。例如1:10000地形图图幅内最大高差小于20米为平地，20米-150米为丘陵地，150米-500米为山地，大于500米为高山地。如果已有DEM成果，可以使用Arcgis中的工具很方便的统计图幅内高差，进而确定图幅地形图类别。地形图的基本等高距（两条相邻等高线的高差）以地形类别为准进行确定，一般一幅图只采用一种等高距。地形图中地物点相对临近平面控制点（图根点及以上）的平面位置中误差不应大于表3的规定，特殊困难地区可放宽0.5倍。中误差是若干点位误差的均方根，也就是n个点位的误差值先逐个平方再求和，除以n取平均值，再把该平均值开方。每个点位的误差值不得超过2倍中误差（限差），超过的就是粗差，粗差超过一定数量就直接判定精度不合格，不必再统计中误差了。 地形图的高程精度按等高线高程中误差和高程注记点高程中误差两方面进行统计，分别不应大于表4、表5的规定，特殊困难地区可放宽0.5倍。
在地形图实测时，一般先需要测设图根控制点，利用摄影测量的方法测绘地形图，也需要测量像控点。图根控制点和像控点一般采用GNSS RTK的方式，也可采用测距导线进行测量。它们的的级别相同，精度要求也都一样。平面位置中误差应小于图上0.1mm，比如1:1000地形图的图根点或像控点的平面位置中误差应小于0.1m（0.1mm×1000）；高程中误差应小于等高距的1/10，比如一幅地形图的等高距为1m，则高程中误差应小于0.1m（1m/10）。六、地形图成果 地形图成果主要包括数字线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）。数字线划图（DLG）内容主要包括定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线及附属设施、境界与政区、地貌、植被与土质、注记9大类地形要素及其属性。数字高程模型（DEM）是采用规格格网点格网描述地面高程信息的数据集。数字正射影像图（DOM）是地表航空航天影像经垂直投影而生成的影像，可以是全色、彩色或多光谱影像。野外实测地形图一般只生成数字线划图（DLG）成果，摄影测量方法测绘地形图可以生产全部3种成果。本文力图比较全面的对地形图相关知识进行概述，但地形图的相关内容非常之多，加之个人能力有限，很难准确、全面的表述清楚，在这里向各位读者致歉。对于地形图测绘的一些具体技术，今后可能会逐篇介绍，期待自己能做到吧。 |
