地形图基本知识江西省地调院.docx
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地形图基本知识江西省地调院
地图学基础知识
1．什么是地图？
地图是按照一定的法则,有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球（或其它星球）若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。
2、什么是数字地图?
数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。
3、什么是栅格图？
栅格图是基于一套行列组成的方格数据模型，使用一组方格描述地理要素，每一个方格的值代表一个现实的地理要素。
栅格数据适合于做空间分析和图象数据格式的存储，不适合做不连续的数据处理。
4、什么是数字栅格地图（DRG）？
数字栅格地图（DRG）是纸质地图的栅格数字化产品。
每幅图经扫描、几何纠正、图幅处理与数据的压缩处理，形成在内容、精度和色彩上与地图保持一致的栅格文件。
5、什么是栅格图像？
栅格图像，也称光栅图像，是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。
我们可以把一幅栅格图像考虑为一个矩阵，矩阵中的任一元素对应于图像中的一个点，而相应的值对应于该点的灰度级，数字矩阵中的元素叫做像素。
数字图像与马赛克拼图相似，是由一系列像素组成的矩形图案，如果所有的像素有且仅有两个灰度级（黑或白），则称其为二值图像，也即位图；否者称其为灰度图像或彩色图像。
6、什么是矢量图？
矢量图是基于直角坐标系统，用点、线、多边形描述地理要素的数据模型或数据结构。
每一个地理要素由一系列有顺序的的x、y坐标描述，这些要素与属性相结合。
7、为什么要将栅格地图矢量化？
纸质地图经扫描仪扫描后，初步保存为栅格图像（常见的格式有TIFF、BMP、PCX、JPEG等）。
栅格图像在地理应用领域有着这样的缺陷：
首先，栅格图像文件对图像的每一像素点（不管前景或背景像素）都要保存，所以其存储开销特别大。
另外，我们不能对图像上的任一对象（曲线、文字或符号）进行属性修改、拷贝、移动及删除等图形编辑操作，更不能进行拓扑求解，只能对某个矩形区域内的所有像素同时进行图像编辑操作。
此外，当图像进行放大或缩小显示时，图像信息会发生失真，特别是放大时图像目标的边界会发生阶梯效应，正如点阵汉字放大显示发生阶梯效应的原理一样。
而矢量图形则不同。
在矢量图形中每个目标均为单个矢量单位（点、线、面）或多个矢量单位的结合体。
基于这样的数据结构，我们便可以很方便地在地图上编辑各个地物，将地物归类，以及求解各地物之间的空间关系。
并有利于地图的浏览、输出。
矢量化则是利用数字图像处理算法，将源图上的各种栅格阵列识别为矢量对象，最后以一定格式保存的过程。
矢量图形在工业、制图业、土地利用部门等行业都有广泛的应用。
在这些领域的许多成功软件都基于矢量图形，或离不开矢量图形的参与，如AutoCAD、ARC/INFO、CorelDraw、GeoStar等等。
（摘自地理信息系统论坛网）
8、什么是地图的比例尺？
地图上某线段的长度与实地相应线段的水平长度之比，称为地图的比例尺。
其表现形式有数字比例尺、文字比例尺和图解比例尺。
比例尺大于和等于1：
10万的地图，如1：
10万、1：
5万、1：
2.5万、1：
1万、1：
5千等的地图可称为大比例尺地图。
比例尺小于1：
10万并大于1：
100万的地图，如1：
25万、1：
50万等的地图可称为中比例尺地图。
比例尺小于和等于1：
100万的地图，如1：
100万、1：
250万、1：
600万、1：
2000万等的地图可称为小比例尺地图。
9、大地测量与地图制图的基本原理？
地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，而地图是在平面上描述各种制图现象，如何建立地球表面与地图平面的对应关系？
为解决这一问题，人们引入大地体的概念。
大地体是由大地水准面包围而成。
大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设想此面穿过大陆与岛屿，连续扩展形成处处与铅垂线成正交的闭合曲面。
由于地壳内部物质密度分布不均匀，大地水准面也有高低起伏。
虽然此高低起伏已经不大，比地球自然表面规则得多，但仍不能用简单的数学公式表示。
为了测量成果的计算和制图的需要，人们选用一个同大地体相近的可以用数学方法来表达的旋转椭球体来代替，简称地球椭球体。
它是一个规则的曲面，是测量和制图的基础。
地球自然表面点位坐标系的确定包括两个方面的内容：
一是地面点在地球椭球体面上的投影位置，采用地理坐标系；二是地面点至大地水准面上的垂直距离，采用高程系。
10、什么是大地坐标系？
大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。
地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。
大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。
一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。
参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
11、什么是54北京坐标系？
新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。
到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。
12、什么是80西安坐标系？
1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。
该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
13、什么是地心坐标系？
以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合。
人造地球卫星绕地球运行时，轨道平面时时通过地球的质心，同样对于远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点，参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。
因此建立精确的地心坐标系对于卫星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义。
14、什么是WGS－84坐标系？
WGS－84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。
15.UTM坐标系统
UTM（UniversalTransverseMercator）系统通常基于WGS84椭球。
在北纬84°与南纬80°之间共有60个经度带，它们是6度分带。
为了避免边界的经度变形，使用了相交柱面进行投影。
所以中央经线不再是等距的，其缩小比率是0.9996。
在高斯-克吕格投影中，北向距离从赤道起算。
与之相反，为了避免负值，UTM在南半球增加10000公里。
距离中央经线的距离，与高斯-克吕格投影一样，要偏移500公里。
相应的坐标以E（东）和N（北）标明。
中央经线分别为3°，9°，15°等等。
南、北极点间的区域被分成8个维度带，并以字母标示。
该系统用于美国和NATO的军用地图。
由于UTM坐标系统的全球通用性，德国及欧洲都在使用该坐标系统。
16、什么是地图投影？
地图投影是研究把地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转绘到平面上的方法及其变形问题。
地图投影的方法有几何法和解析法。
几何法是以平面、圆柱面、圆锥面为承影面，将曲面（地球椭球面）转绘到平面（地图）上的一种古老方法，这种直观的透视投影方法有很大的局限性。
解析法是确定球面上的地理坐标与平面上对应点的直角坐标之间的函数关系。
17、我国基本比例尺地形图采用什么投影？
我国1：
100万地形图，20世纪70年代以前一直采用国际百万分之一投影（又称改良都圆锥投影），现在改用正轴等角割圆锥投影。
我国1：
50万和更大比例尺地形图，统一采用高斯－克吕格投影。
高斯－克吕格投影是横轴等角椭圆柱投影。
其原理是：
假设用一空心圆柱横套在地球椭球体上，使椭圆柱轴通过地心，椭圆柱面与椭圆体面某一经线相切；然后，用解析法使地球椭球体面上经纬网保持角度相等的关系，并投影到椭圆柱面上；最后，将椭圆柱面切开展成平面，就得到投影后的图形。
此投影由德国科学家高斯首创，后经克吕格补充，简称高斯投影。
18、什么是普通地图、地形图和专题地图？
按照地图的内容，地图可分为普通地图、地形图和专题地图三种。
普通地理图（GeneralMap）是以同等详细程度来表示地面上主要的自然和社会经济现象的地图，能比较全面地反映出制图区域的地理特征，包括水系、地形、土质、植被、居民地、交通网、境界线以及主要的社会经济要素等。
它和地形图的区别主要表现在：
地图投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一定的灵活性，表示的内容比同比例尺地形图概括，几何精度较地形图低。
地形图（TopographicMap）是指国家几种基本比例尺（1：
5千，1：
1万，1：
2.5万，1：
5万，1：
10万，1：
25万，1：
50万，1：
100万）的全要素地图。
它是按照统一的规范和符号系统测（或编）制的，全面而详尽地表示各种地理事物，有较高的几何精度，能满足多方面用图的需要，是国家各项建设的基础资料，也是编制其它地图的原始资料。
专题地图（ThematicMap）是着重表示一种或几种自然或社会经济现象的地理分布，或强调表示这些现象的某一方面特征的地图。
专题地图的主题多种多样，服务对象也很广泛。
可进一步分为自然地图和社会经济地图。
19、我国基本比例尺地形图如何分幅与编号？
为了保管和使用方便，我国对每一种基本比例尺地形图的图廓大小都做了规定，每一幅地形图给出了相应的号码标志，这就是地形图的分幅与编号。
地形图分幅有两种方法：
一是矩形分幅，一是经纬线分幅，我国采用经纬线分幅。
1991年前我国基本比例尺地形图分幅与编号系统是一1：
100万地形图为基础，延伸出1：
50万、1：
25万、1：
10万三种比例尺；在1：
10万地形图基础上又延伸出两支：
第一支为1：
5万及1：
2.5万比例尺；第二支为1：
1万比例尺。
1：
100万地形图采用行列式编号，其它六种比例尺的地形图都是在1：
100万地形图的图号后面增加一个或数个自然序数（字符或数字）编号标志而成。
1：
100万地形图的分幅和编号式国际上统一规定的，从赤道起向两极纬差每4o为一列，将南北半球分别分成22列，依次以字母A、B、C、D……V表示；由经度180o起，从西向东，每经差60为一行，将全球分成60行，依次用数字1、2、3、4……60表示，采用“横列号－行号”编号表示。
1991年我国制定了《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准，自1991年起新测和更新的地形图，照此标准进行分幅和编号。
国家基本比例尺地形图新的分幅与编号
我国1992年12月发布了《国家基本比例尺地形图分幅和编号GB／T13989—92》的国家标准，自1993年3月起实施。
新测和更新的基本比例尺地形图，均须按照此标准进行分幅和编号。
新的分幅编号对照以前有以下特点：
①1：
5000地形图列入国家基本比例尺地形图系列，使基本比例尺地形图增至8种。
②分幅虽仍以1：
100万地形图为基础，经纬差也没有改变，但划分的方法不同，即全部由1：
100万地形图逐次加密划分而成；此外，过去的列、行现在改称为行、列。
③编号仍以1：
100万地形图编号为基础，后接相应比例尺的行、列代码，并增加了比例尺代码。
因此，所有1：
5000～1：
50万地形图的图号均由五个元素10位代码组成。
编码系列统一为一个根部，编码长度相同，计算机处理和识别时十分方便。
（1） 分幅
1：
100万地形图的分幅按照国际1：
100万地形图分幅的标准进行。
每幅1：
100万地形图划分为2行2列，共4幅1：
50万地形图，每幅1：
50万地形图的分幅为经差3°，纬差2°。
每幅1：
100万地形图划分为4行4列，共16幅1：
25万地形图，每幅1：
25万地形图的分幅为经差1°30′，纬差1°。
每幅l：
100万地形图划分为12行12列，共144幅1：
10万地形图，每幅1：
10万地形图的分幅为经差30′，纬差20′。
每幅1：
100万地形图划分为24行24列，共576幅1：
5万地形图，每幅1：
5万地形图的分幅为经差15′，纬差10′。
每幅l：
100万地形图划分为48行48列，共2304幅1：
2.5万地形图，每幅1：
2.5万地形图的分幅为经差7′30″，纬差5′。
每幅1：
100万地形图划分为96行96列，共9216幅1：
1万地形图，每幅1：
1万地形图的分幅为经差3′45″，纬差2′30″。
每幅1：
100万地形图划分为192行192列，共36864幅1：
5000地形图，每幅1：
5000地形图的分幅为经差l′52″.5，纬差1′15″。
为了使各种比例尺不至混淆，分别采用不同的英文字符作为各种比例尺的代码，我国基本比例尺代码
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
B
C
D
E
F
G
H
1：
50万～1：
5000比例尺地形图的编号均由五个元素10位代码构成，即1：
100万图的行号（字符码）1位，列号（数字码）2位，比例尺代码（字符）1位，该图幅的行号（数字码）3位，列号（数字码）3位。
矩形分幅和编号
为了满足工程设计、施工及资源与行政管理的需要所测绘的1：
500、1：
1000、1：
2000和小区域1：
5000比例尺的地形图，采用矩形分幅。
图幅一般为50cm×50cm或40cm×50cm，以纵横坐标的整公里整百米数作为图幅的分界线。
50cm×50cm图幅最常用。
一幅1：
5000的地形图分成四幅1：
2000的图；一幅1：
2000的地形图分成四幅1：
1000的地形图；一幅1：
1000的地形图分成四幅l：
500的地形图。
各种比例尺地形图的图幅大小见表。
矩形分幅及面积
比例尺
50×40分幅
50×50分幅
图幅大小
（cm×cm）
实地面积
（km×km）
图幅大小
（cm×cm）
实地面积
（km×km）
1:
5000
50×40
5
50×50
1
1:
2000
50×40
0.8
50×50
4
1:
1000
50×40
0.2
50×50
16
1:
500
50×40
0.05
50×50
64
矩形图幅的编号，一般采用该图幅西南角的
坐标和
坐标以公里为单位，之间用连字符连接。
如一图幅，其西南角坐标为
=3810.0km，
=25.5km，其编号为3810.0-25.5。
编号时，1：
5000地形图，坐标取至1km；1：
2000、1：
1000地形图，坐标取至0.1km；1：
500地形图，坐标取至0.01km。
对于小面积测图，还可以采用其他方法进行编号。
例如，按行列式或按自然序数法编号。
对于较大测区，测区内有多种测图比例尺时，应进行系统编号。
有时在某些测区，根据用户要求，需要测绘几种不同比例的地形图。
在这种情况下，为便于地形图的测绘管理、图形拼接、编绘、存档管理与应用，应以最小比例尺的矩形分幅地形图为基础，进行地形图的分幅与编号。
如测区内要分别测绘1：
500、1：
1000、1：
2000、1：
5000比例尺的地形图（可能不完全重叠），则应以1：
5000比例尺的地形图为基础，进行1：
2000和大于1：
2000地形图的分幅与编号。
20、什么是地理坐标网（经纬网）？
为了制作和使用地图的方便，高斯－克吕格投影的地图上绘有两种坐标网：
地理坐标网和直角坐标网。
在我国1：
1万－1：
10万地形图上，经纬线只以图廓的形式表现，经纬度数值注记在内图廓的四角，在内外图廓间，绘有黑白相间或仅用短线表示经差、纬差1’的分度带，需要时将对应点相连接，就构成很密的经纬网。
在1：
20万－1：
100万地形图上，直接绘出经纬网，有时还绘有供加密经纬网的加密分割线。
纬度注记在东西内外图廓间，经度注记在南北内外图廓间。
21、什么是直角坐标网（方里网）
直角坐标网是以每一投影带的中央经线作为纵轴（X轴），赤道作为横轴（Y轴）。
纵坐标以赤道我0起算，赤道以北为正，以南为负。
我国位于北半球，纵坐标都是正值。
横坐标本应以中央经线为0起算，以东为正，以南为负，但因坐标值有正有负，不便于使用，所以又规定凡横坐标值均加500公里，即等于将纵坐标轴向西移500公里。
横坐标从此纵轴起算，则都成正值。
然后，以公里为单位，按相等的间距作平行于纵、横轴的若干直线，便构成了图面上的平面直角坐标网，又叫方里网。
22、地图最大精度是多少？
视力正常的人的肉眼能分辨的图上最短距离是0.1毫米。
因此，相当于图上0.1毫米的实地水平长度就是地图上所能表示的最精密限度，称为比例尺的最大精度。
下表为国家基本比例尺地形图的最大精度：
比例尺1:
1万1:
2.5万1:
5万1:
10万1:
25万1:
50万1:
100万
最大精度（m）12.55102550100
比例尺精度
人们用肉眼能分辨的图上最小距离为0.1mm，因此一般在图上量度或者实地测图描绘时，就只能达到图上0.1mm的精确性。
因此我们把图上0.1mm所表示的实地水平长度称为比例尺精度。
可以看出，比例尺越大，其比例尺精度也越高。
不同比例尺的比例尺精度见表7-1。
比例尺精度 表7-1
比例尺
1：
500
1：
1000
1：
2000
1：
5000
1：
10000
比例尺精度（m）
0.05
0.1
0.2
0.5
1.0
比例尺精度的概念，对测图和设计用图都有重要的意义。
例如在测l：
500图时，实地量距只需取到5cm，因为若量得再精细，在图上是无法表示出来的。
此外，当设计规定需在图上能量出的最短长度时，根据比例尺的精度，可以确定测图比例尺。
例如某项工程建设，要求在图上能反映地面上l0cm的精度，则采用的比例尺不得小于。
比例尺越大，表示地物和地貌的情况越详细，但是一幅图所能包含的地面面积也越小，而且测绘工作量会成倍地增加。
因此，采用何种比例尺测图，应从工程规划、施工实际情况需要的精度出发，不应盲目追求更大比例尺的地形图。
22、什么是地图4D产品？
地图4D产品是指数字栅格地图（DigitalRasterGraphic，简称DRG）、数字线划地图（DigitalLineGraphic，简称DLG）、数字高程模型（DigitalElevationModels，简称DEM）和数字正射影像（DigitalOrthophotoMap，简称DOM）四种产品。
23、什么是数字线划地图（DLG）？
数字线划地图（DLG）是以矢量数据格式形成的数字地图。
这种地图能进行空间信息的分层与叠加，提取属性数据，根据矢量对象查询属性或根据属性查询矢量对象，数据易于更新与编辑和创建专题属性和绘制专题地图等。
24、什么是数字高程模型（DEM）？
数字高程模型（DEM）是区域地面高程的数字表示，是建立在地图投影平面上规则格网点的平面坐标（x,y）及其高程（z）数据集，是地理信息系统赖以进行分析的核心数据系统。
DEM的水平间隔可随地貌类型的不同而改变，根据不同的高程精度，可分为不同等级产品。
目前，世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系统，我国正在加紧建设之中。
DEM功能主要有：
高程分析、坡度分析、量测坐标、面积、体积、坡度、坡向分析、通视分析、剖面图生成、等高线生成，叠加相关矢量数据与影像数据等。
25、什么是数字正射影像（DOM）？
数字正射影像（DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片或遥感图像（单色或彩色），经逐个像元纠正，再进行影像镶嵌，根据图幅范围剪彩生成的影像数据。
一般带有公里格网、图廓整饰和注记的平面图。
26、国家高精度GPS网？
我国从20世纪90年代开始着手建立国家高精度GPS网。
国家A级网点共33个，B级网点818个，平均边长东部地区50－70公里，中部地区100公里，西部地区150－200公里。
这两个网是在国际地球参考框架（ITRF）下建立的新一代坐标框架，与我国的天文大地网之间建立了转换关系，使我国大地测量坐标框架建设达到一个新的水平。
27、地物的表示方法
凡地上自然形成物和人工构筑物统称为地物。
1）比例尺
①种类：
数字比例尺、直线比例尺。
②测图比例尺
大比例尺：
一般用在工程设计上，比例为1：
500～1：
5000；
中比例尺：
一般用在规划上，比例为1：
10000～1：
100000；
小比例尺：
一般用在管理上，比例为1：
100000～1：
1000000。
2）地物符号
①轮廓符号
能将地物的形状、大小和位置按一定比例缩小绘在图上，表达地物轮廓特征的符号。
这类符号，一般是用实线或点线直线将地物的外轮廓线绘制在图上。
②形象符号
③线形符号
④注记符号
28、地貌的表示方法
地面高低起伏的自然状态，称为地貌，在地形图上表示地貌最常见的方法是等高线。
一簇等高线，在图上不仅能表达地面起伏变化的形态，而且还具有一定的立体感。
1）等高线
等高线是各截面与地面的交线即为地面相邻等高点连接的闭合曲线。
等高距是相邻两等高线间的高差。
常用有四种等高线。
①首曲线：
用于常规按基本等高距描绘的等高线。
②计曲线：
用于以零起算每隔四条加粗描绘的等高线。
③间曲线：
用于加密按1／2等高距描绘的等高线。
④助曲线：
用于加密按1／4等高距描绘的等高线。
2）等高线表示基本地貌
山头——为一簇闭合曲线高程由外向里递增；
洼地——为一簇闭合曲线高程由外向里递减；
山脊——为一簇凸向低处的曲线；
山谷——为一簇凸向高处的曲线；
鞍部——为两簇对应凸向低处和高处的曲线组成。
3）等高线的特性
①同一等高线上的点，其高程相同。
②等高线是一条连续的闭合的曲线，不在本幅图闭合，必在其他幅图闭合。
③等高线与山脊线、山谷线正交。
29、地貌的特征线
①脊线、②山谷线③山腰线④山脚线⑤最大坡度线
30、等高线
（1）等高线定义
等高线是地面上相同高程的相邻各点连成的闭合曲线，也就是设想水准面与地表面相交形成的闭合曲线。
设想有一座高出水面的小山，与某一静止的水面相交形成的水涯线为一闭合曲线，曲线的形状随小山与水面相交的位置而定，曲线上各点的高程相等。
例如，当水面高为50m时，曲线上任一点的高程均为50m；若水位继续升高至51m、52m，则水涯线的高程分别为51m、52m。
将这些水涯线垂直投影到水平面H上，并按一定的比例尺缩绘在图纸上，这就将小山用等高线表示在地形图上了。
这些等高线的形状和高程，客观地显示了小山的空间形态。
（2）等高线的特征
通过研究等高线表示地貌的规律性，可以归纳出等高线的特征，它对于地貌的测绘和等高线的勾画，以及正确使用地形图都有很大帮助。
①同一条等高线上各点的高程相等。
②等高线是闭合曲线，不能中断，如果不在同一幅图内闭合，则必定在相邻的其他图幅内闭合。
③等高线只有在绝壁或悬崖处才会重合或相交。
④等高线经过山脊或山谷时改变方向，因此山脊线与山谷线应和改变方向处的等高线的切线垂直相交，。
⑤在同一幅地形图上，等高线间隔是相同的。
因此，等高线平距大表示地面坡度小；等
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