数字化测图：建筑工程测量中的关键步骤

数字化测图是利用全站仪或RTK进行外业数据采集(地物地貌点的三维坐标),然后将野外采集的数据导入绘图软件(南方CASS),并完成地形图绘制的测图工作。

6.4.1.1 地形图认识

地面上有明显轮廓的、天然形成或人工建造的各种固定物体,如江河、湖泊、道路、桥梁、房屋和农田等称为地物。地球表面的高低起伏状态,如高山、丘陵、平原、洼地等称为地貌。地物和地貌总称为地形。

通过实地测量,将地面上各种地物和地貌沿垂直方向投影到水平面上,并按一定的比例尺,用地形图图式统一规定的符号和注记,将其缩绘在图纸上,这种表示地物的平面位置和地貌起伏情况的图称为地形图;在图上主要表示地物平面位置的地形图,称为平面图;将地球上的自然、社会、经济等若干现象,按一定的数学法则采用综合原则绘成的图,称为地图。测量主要是研究地形图,它是地球表面实际情况的客观反映,各项建设和国防工程建设都需要首先在地形图上进行规划、设计。

1.地形图比例尺

地形图上任意一线段的长度与地面上相应线段实际水平长度之比,称为地形图比例尺。图上某一线段的长度与地面上相应线段的水平距离D之比,通常换算为用分子为1的分数形式表示的形式,这种形式称为测图比例尺,即1/M,其中M称为比例尺分母。

为了满足经济建设和国防建设的需要,人们测绘和编制了各种不同比例尺的地形图。通常称1∶100万、1∶50万、1∶20万为小比例尺地形图;1∶10万、1∶5万和1∶2.5万为中比例尺地形图;1∶10 000、1∶5 000、1∶2 000、1∶1 000和1∶500为大比例尺地形图。建筑类各专业通常使用大比例尺地形图。按照地形图图式规定,比例尺书写在图幅下方正中处。在同样的图幅上,比例尺越大,则地形图所表示的范围越小,所表示的内容越详细,精度越高;比例尺越小,则地图所表示的范围越大,反映的内容越简略,精确度越低。一般来讲,大比例尺地形图的内容详细、几何精度高,可用于图上测量。小比例尺地形图的内容概括性强,不宜进行图上测量。

2.比例尺精度

通过对人眼的分辨能力的分析可知,一般情况下,人眼的最小鉴别角θ=60″。若以明视距离250 mm计算,则人眼能分辨出的两点间的最小距离约为0.1 mm。例如,1∶100万、1∶1万、1∶500的地形图比例尺精度依次为100 m、1 m、0.05 m。因此,通常将地形图上0.1 mm所表示的实地水平长度,称为比例尺的精度。

比例尺精度=0.1M(mm),M为比例尺分母。

根据比例尺精度可以知道地面上量距应准确到什么程度,比例尺越大,则表示地形变化的状况越详细,精度越高。根据甲方的要求确定比例尺大小和精度要求。比例尺越大,则采集的数据信息越详细,精度要求就越高,测图工作量和投资往往成倍增加。因此,使用何种比例尺测图,应从实际需要出发,不应盲目地追求更大比例尺的地形图。测图比例尺应根据用图的需要确定。

3.图名、图号、图表以及图廓

(1)图名。图名也就是本幅图的名称,以所在图幅内最著名的地名、厂矿企业和村庄的名称来命名。

(2)图号。为了区别各幅地形图所在的位置关系,每幅地形图上都编有图号。图号是根据地形图分幅和编号方法编定的,标注在此图廓上方的中央。

(3)图表。说明本图幅与相邻图幅的关系,供索取相邻图幅时用。通常是中间一格画有斜线的代表本图幅,四邻分别注明相应的图号(或图名),并绘注在图廓的左上方。在各种比例尺表示的图上,除接图表外,还将相邻图幅的图号分别注在东、西、南、北图廓线中间,进一步表明与相邻四幅图的位置关系。

(4)图廓。图廓是地形图的边界,矩形图幅只有内、外图廓之分。内图廓就是坐标格网线,也是图幅的边界线。在内图廓外四角处注有坐标值,并在内廓线内侧每隔10 cm绘有5 mm的短线,表示坐标格网线的位置。在图幅内绘有每隔10 cm的坐标格网交叉点。外图廓是最外边的粗线。

在城市规划及给水排水线路等设计工作中,有时需要用1∶1万或1∶2.5万的地形图。这种图的图廓有内图廓、分图廓和外图廓之分。内图廓是经线和纬线,也是该图幅的边界线。内、外图廓之间为分图廓,它被绘制成为若干段黑白相间的线条,每段黑线或白线的长度表示实地经差或纬差1'。分图廓与内图廓之间注记了以千米为单位的平面直角坐标值。

4.地物符号

地形是地物和地貌的总称。地物是地面上天然或人工形成的物体,如湖泊、河流、房屋、道路等。地面上的地物和地貌应按国家测绘总局颁发的地形图图式中规定的符号表示于图上。其中地物符号有下列几种:

(1)比例符号。比例符号是指能够保持物体平面轮廓图形的符号,被称为轮廓符号或真形符号。依比例符号所表示的物体在实地占有相当大的面积,所以,即使按比例缩小却依然能清晰地显示出平面的轮廓形状并且位置准确,其符号具有相似性,即符号的形状和大小与地图比例尺之间有准确的对应关系。例如,在地图上表示森林、海洋、湖泊等符号都依比例符号表示。

(2)非比例符号。有些地物,如三角点、水准点、独立树和里程碑等,轮廓较小,无法将其形状和大小按比例绘制到图上,则不考虑其实际大小,而采用规定的符号表示,这种符号称为非比例符号。非比例符号不仅形状和大小不按比例绘制出,而且符号的中心位置与该地物实地的中心位置关系也随各种不同的地物而异,在测图和用图时应注意下列几点:

1)规则的几何图形符号(圆形、正方形、三角形等),以图形几何中心点为实地地物的中心位置。

2)底部为直角形的符号(独立树、路标等),以符号的直角顶点为实地地物的中心位置。

3)宽底符号(烟囱、岗亭等),以符号底部中心为实地地物的中心位置。

4)几种图形组合符号(路灯、消火栓等),以符号下方图形的几何中心为实地地物的中心位置。

5)下方无底线的符号(山洞、窑洞等),以符号下方两端点连线的中心为实地地物的中心位置。各种符号均按直立方向描绘,即与南图廓垂直。

(3)半比例符号(线形符号)。对于一些带状延伸地物(如道路、通信线、管道等),其长度可按比例尺缩绘,而宽度无法按比例尺表示的符号称为半比例符号。这种符号的中心线一般表示其实地地物的中心位置,但城墙等地物中心位置在其符号的底线上。

(4)地物注记。用文字、数字或特有符号对地物加以说明者,称为地物注记。诸如城镇、工厂、河流、道路的名称,桥梁的长、宽及载重量,江河的流向、流速及深度,道路的去向及森林、果树的类别等,都以文字或特定符号加以说明。但当等高距过小时,图上的等高线过于密集,将会影响图面的清晰醒目。因此,在测绘地形图时,等高距的大小是根据测图比例尺与测区地形情况来确定的。

5.地貌符号——等高线

地貌是指地表面的高低起伏状态,包括山地、丘陵和平原等。在图上表示地貌的方法很多,而测量工作中通常用等高线表示,因为用等高线表示地貌不仅能表示地面的起伏形态,还能表示地面的坡度和地面点的高程。

(1)等高线的概念。等高线是地面上高程相同的点所连接而成的连续闭合曲线。设有一座位于平静湖水中的小山头,起初水面位置的高程为50 m,与山坡有一条交线,而且是闭合曲线,曲线上各点的高程相等,这就是高程为50 m的等高线。随后水位上升1 m,山坡与水面又有一条交线,这就是高程为51 m的等高线。依此类推,水位每上升1 m,水面就与地表面相交留下一条等高线,从而得到一组高差为1 m的等高线。设想把这组实地上的等高线沿铅垂线方向投影到水平面H上,并按规定的比例尺缩绘到图纸上,就得到用等高线表示该山头地貌的等高线图,如图6-18所示。

图6-18 等高线

(2)等高距和等高线平距。相邻等高线之间的高差称为等高距,常以h表示。在同一幅地形图上,等高距相同。相邻等高线之间的水平距离称为等高线平距,常以d表示。因为同一张地形图上等高距相同,所以等高线平距d的大小直接与地面坡度有关。等高线平距越小,则地面坡度就越大;等高线平距越大,则地面坡度越小;地面坡度相同,则等高线平距相等。因此,可以根据地形图上等高线的疏、密来判定地面坡度的缓、陡。同时还可以看出,等高距越小,显示地貌就越详细;等高距越大,显示地貌就越简略。还有某些特殊地貌,如冲沟、滑坡等,其表示方法参见地形图图式[《国家基本比例尺地图图式 第1部分:1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》(GB/T 20257.1—2017)、《基础地理信息要素分类与代码》(GB/T 13923—2006)、《国家基本比例尺地图图式 第2部分1∶5 000 1∶10 000地形图图式》(GB/T 20257.2—2017)等]。

(3)等高线的分类。

1)首曲线。在同一幅图上,按规定的等高距描绘的等高线称为首曲线,也称为基本等高线。其是宽度为0.15 mm的细实线。

2)计曲线。为了读图方便,凡是高程能被5倍基本等高距整除的等高线加粗描绘,称为计曲线。

3)间曲线和助曲线。当首曲线不能显示地貌的特征时,按1/2基本等高距描绘的等高线称为间曲线,在图上用长虚线表示。有时为显示局部地貌的需要,可以按1/4基本等高距描绘的等高线,称为助曲线,一般用短虚线表示。

(4)等高线的特性。

1)同一条等高线上各点的高程都相等。

2)等高线是闭合曲线,如不在本图幅内闭合,则必在图外闭合。

3)除在悬崖或绝壁处外,等高线在图上不能相交或重合。

4)等高线平距小表示坡度大;等高线平距大则表示坡度小;等高线平距相等则坡度相等。

5)等高线与山脊线、山谷线成正交。(www.xing528.com)

6.4.1.2 全站仪(或RTK)草图法数字化测图实施

全站仪或RTK草图法数字化测图主要可分为准备工作,外业数据采集,数据传输,绘制地形图,检查、整饰与成图输出五个阶段。

1.准备工作

准备工作包括资料准备、控制测量、测图准备等。准备工作的重点是控制测量,根据先控制后碎部的测量原则,控制测量是根据测区情况布置控制点,并按图根控制测量要求完成。控制测量工作结束后,就可根据图根控制点测定地物、地貌特征点的平面位置和高程。

2.外业数据采集

全站仪(或RTK)草图法数据采集按以下步骤实施:

(1)现场绘制地形草图。外业数据采集除利用全站仪(或RTK)测量点位的三维坐标外,还要通过现场绘制草图记录地物点连接关系、地物类别信息等。如图6-19所示,开始测量前先粗略绘制出测区道路及建筑等依比例成图的地物草图;对于点状地物(如井盖、路灯、行道树等),用文字列出地物名称,数据采集时,对应地物类别记录测量点号。

图6-19 现场绘制测量草图

(2)全站仪野外碎部点采集。利用全站仪(或RTK)数据采集程序进行测区各地物地貌关键点采集。在采集碎部点时,要及时绘制观测草图。在外业测量时,应注意以下事项:

1)全站仪不能在强光下长期工作,应架太阳伞保护全站仪。

2)为了方便测量,如果用多个棱镜同时测碎部,其各棱镜高一定要一致。当某一测点需变棱镜高时,一定要重新输入该点的棱镜高。其方法是在测量菜单下用▼键将光标调到“镜高”,按输入键,输入镜高后按回车键即可,测完这点后一定要将镜高改回原值。

3)司仪人员要及时与草图记录人员沟通,校对仪器记录的点号是否与草图上记录的点号一致。

4)每建一个仪器站时一定要弄清楚该站的点号、后视的点号,一旦出错,所有在该站测的碎部点将全部报废。所以,测站建好后要先测一个已知点的坐标进行对比,如误差不大再继续进行测量。

5)外业数据采集时要注意按地物取舍要求进行取舍。

地物、地貌各要素的表示方法和取舍原则除应按现行国家标准《国家基本比例尺地图图式 第1部分:1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》(GB/T 20257.1—2017)执行外,还应符合下列规定:

1)控制点的测绘:各级测量控制点是测绘地形图的主要依据,在图上按图式规定符号精确表示。

2)居民地和垣栅的测绘:居民地的各类建筑物、构筑物及主要附属设施应准确测绘实地外围轮廓和如实反映建筑结构特征。房屋以墙基外角为准,正确测绘出轮廓线,并注记建筑材料和性质分类,注记楼房层数。1∶500、1∶1 000测图房屋应逐个表示,临时性建筑物可舍去。建筑物、构筑物轮廓凹凸在图上小于0.4 mm时,可用直线连接。可依比例尺表示垣栅,准确测出基部轮廓并配置相应的符号,对围墙、栏杆、栅栏等,可根据其永久性、规整性、重要性等综合考虑取合。对不以比例尺表示的垣栅,测绘出定位点、线并配置相应的符号。

3)工矿建(构)筑物及其他设施的测绘:包括矿山工业、农业、文教、卫生、体育设施和公共设施等,地形图上应正确表示其位置、形状和性质特征。对以比例尺表示的,应准确测出轮廓,配置相应的符号并加注文字说明;对不以比例尺表示的,应准确测定定位点、定位线的位置,并加注文字说明。凡具有判定方位、确定位置、指示目标的设施,应测注高程点(烟囱、打谷场、水文站、岗亭、纪念碑、钟楼、寺庙、地下建筑物的出入口等)。

4)交通及附属设施的测绘:图上应准确反映陆地道路的类别和等级、附属设施的结构和关系;正确处理道路的相关关系及与其他要素的关系。公路与其他双线道路在图上均应按实宽以比例尺表示,公路应在图上每隔15~20 cm注出公路等级代码。车站及附属建筑物、隧道、桥涵、路堑、路堤、里程碑等均需表示。在道路稠密地区,次要的人行道可适当取舍。铁路轨顶(曲线要取内轨顶)、公路中心及交叉处、桥面等应测取高程注记点,隧道、涵洞应测注底面高程。公路、街道按其铺面材料可分为水泥、沥青、砾石、碎石和土路等,应分别以混凝土、沥、砾、碴、土等注记于图中路面上。路堤、路堑应按实地宽度绘出边界,并应在其坡顶、坡脚适当测记高程。道路通过居民地不宜中断,按真实位置绘出。城区道路以路沿线测出街道边沿线,无路沿线的按自然形成的边线表示。街道中的安全岛、绿化带及街心花园应绘出。道路、街道的中心处、交叉处、转折处及路面坡度变化处,图上每隔10~15 cm应测注高程点。

5)管线及附属设施的测绘:正确测绘管线的实地定位点和走向特征,正确表示管线类别。永久性电力线、通信线均应准确表示,电杆、电线架、铁塔位置均应实测。多种线路在同一杆线上时,只表示主要的。电力线应区分高压线(输电线)和低压线(配电线)。城市建筑区内电力线、通信线可不连线,但应在杆架处绘出连线方向。地面和架空的管线均应表示,分别用相应符号表示,并注记其类别。地下管线根据用途需要决定表示与否,检修井宜测绘表示。

6)水系及附属设施的测绘:江、河、湖、海、水库、运河、池塘、沟渠、泉、井及附属设施等均应测绘,有名称的加注名称。海岸线以平均大潮高潮所形成实际痕迹线为准,河流、湖泊、池塘、水库、塘等水涯线一般按测图时的水位为准,当水涯线在图上的投影距离小于1 mm时,以陡崖线符号表示。河流在图上宽度小于0.5 mm、沟渠宽度小于1 mm的,用单线表示。固定水流方向及潮流向、水深和等深线按用图需要表示。水渠应测注渠顶边和渠底高程;池塘应测注塘顶边及塘底高程;时令河应测注河床高程;堤、坝应测注顶部及坡脚高程;河流交叉处、泉、井等要测注高程;瀑布、跌水测注比高。

7)境界的测绘:正确表示境界的类别、等级、准确位置以及与其他要素的关系。县级以上行政区划界应表示,乡、镇和乡级以上国营农林牧场及自然保护区界线按用图需要表示。两级以上境界重合时,只绘高级境界符号,但需要同时注出各级名称。

8)地貌和土质的测绘:自然形态的地貌宜用等高线表示,崩塌残蚀地貌、坡、坎和其他特殊地貌应用相应符号或用等高线配合符号表示。各种天然形成和人工修筑的坡、坎,其坡度在70°以上时,表示为陡坎;在70°以下时,表示为斜坡。斜坡在图上的投影宽度小于2 mm时,宜表示为陡坎并测注比高;当比高小于1/2等高距时,可不表示。梯田坎坡顶及坡脚在图上投影大于2 mm以上时实测坡脚,小于2 mm时测注比高,当比高小于1/2等高距时,可不表示。梯田坎较密,两坎间距在图上小于10 mm时,可适当取舍。断崖应沿其边沿以相应的符号测绘于图上。冲沟和雨裂视其宽度按图式在图上分别以单线、双线或陡壁冲沟符号绘出。居民地可不绘等高线,但高程注记点应能显示坡度变化特征。各种土质按图式规定的相应符号表示。应注意区分沼泽地、沙地、岩石地、露岩地、龟裂地、盐碱地。

9)植被的测绘:地形图上应正确反映出植被的类别特征和分布范围。对耕地、园地应实测范围,配置相应的符号。在同一地段内生长多种植物时,图上配置符号(包括土质)不超过三种。耕地需区分稻田、旱地、菜地及水生经济作物地。以树种和作物名称区分园地类别并配置相应的符号,有方位和纪念意义的独立树要表示。田埂宽度在图上大于1 mm的,用双线表示;小于1 mm的,用单线表示。田角、田埂、耕地、园地、林地、草地均需测注高程。

10)独立地物的测绘:独立地物是判定方位、指示目标、确定位置的重要依据,必须准确测定位置。凡地物轮廓图上大于符号尺寸的,均以比例符号表示,加绘符号;小于符号尺寸的,用非比例符号表示,并测注高程,有的独立地物应加注其性质。

11)注记:地形图上对各种名称、说明注记和数字注记准确注出。图上所有居民地、道路、城市、工矿企业、山岭、河流、湖泊交通等地理名名称均应进行调查核实,正确注记。注记使用的字体、字级、字向、字序形式按《国家基本比例尺地图图式 第1部分:1∶5 000 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》(GB/T 20257.1—2017)执行。

3.数据传输

完成外业数据采集后,需把野外观测数据传输到计算机中。

对于全站仪外业数据采集,传输方法有两种:一种是用仪器专用传输软件,另一种是用CASS绘图软件传输。无论用何种方法都必须先在全站仪和软件上设置通信参数,两方的通信参数必须一致。

用全站仪传输出的数据是全站仪内存中记录的格式,还必须进行格式转换,转换成CASS坐标格式,文件的格式必须是DAT。

4.绘制地形图

运行CASS绘图软件,定显示区域,在右边菜单中选择定位方式为CASS点号定位,在对话框中选择文件路径并打开文件完成定位,然后进行展点,打开“绘图处理”菜单里的“展野外测点点号”,在对话框中选文件路径并打开文件展点完成。此时即可开始绘制地形图,地物、地貌绘制完成后再绘制等高线。绘制等高线需要专用的数据文件来建立DTM,数据文件可用测量的数据文件改造,其方法是:复制一份测量的数据文件,将文件中不参加等高线绘制的测点数据去掉,重新命名。详细的绘制方法参见CASS绘图软件使用手册。

5.检查、整饰与成图输出

在CASS绘图软件中绘制完成后,还需要对照外业草图整饰地形图,补测或重测存在漏测或测错的地方,然后加注高程、注记等,进行图幅整饰,最后成图输出。

6.4.1.3 数字化测图绘制工程竣工总平面图

竣工总平面图是设计总平面图在工程竣工后实际情况的全面反映,所以,设计总平面图不能完全代替竣工总平面图。绘制竣工总平面图的目的如下:

(1)在施工过程中可能由于设计时没有考虑到某些问题而使设计有所变更,这种临时变更设计的情况必须通过测量反映到竣工总平面图上;

(2)竣工总平面图将便于日后进行各种设施的维修工作,特别是地下管道等隐蔽工程的检查和维修工作;

(3)竣工总平面图为企业的扩建提供了原有各项建筑物、构筑物、地上和地下各种管线及交通线路的坐标、高程等资料。

某管线工程采用RTK数字化测图绘制的竣工总平面图如图6-20所示。

图6-20 某管线工程竣工总平面图