8.1.1 地形图的概念
地球表面的形状十分复杂，物体种类繁多，地势起伏形态各异，但总体上可分为地物和地貌两大类。具有明显轮廓、固定性的自然形成或人工构筑的各种物体称为地物，如河流、湖泊、草地、森林等属于自然地物，道路、房屋、电线、水渠等属于人工地物，地球表面的自然起伏，变化各异的形态称为地貌，如山地、盆地、丘陵、平原等，地物和地貌统称为地形。
应用相应的测绘方法，通过实地测量，将地面上的各种地形沿铅垂方向投影到水平面上，并按规定的地形图图式符号和一定的比例尺缩绘成图称为地形图。地形图在图上既表示地物的平面位置，又表示地面的起伏状态，即地貌的情况。在图上仅表示地物平面位置的称为地物图。
地形图能客观地反映地面的实际情况，特别是大比例尺地形图是各项工程规划、设计和施工必不可少的基础资料，所以要全面学习地形图的基础知识，才能正确识读和应用地形图，正确进行地形图的测绘工作。
8.1.2 地形图的比例尺
1.比例尺的概念
地形图上任一线段的长度与地面上相应线段的实际水平长度之比，称为地形图的比例尺。当图上1cm代表地面上水平长度10m（即1000cm）时，比例尺就是1∶1000。
2.比例尺的表示方法
比例尺可分为数字比例尺和图示比例尺。
（1）数字比例尺。
数字比例尺有分数式和比例式两种。分数式比例尺一般用分子为1的分数形式表示。设图上某一直线的长度为d，地面上相应线段的长度为D，则该图的比例尺为：
式中M为比例尺分母。分母就是将图上的长度放大到与实地长度一样时的放大倍数。比例式比例尺是用一个比例式1∶M来表示的。如1∶500、1∶1000等。
比例尺的大小是以比例尺的比值来衡量的，分母越大，比值越小，比例尺也越小；反之分母越小，比值越大，比例尺也越大。为了满足经济建设和国防建设的需要，需测绘和编制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、1∶2.5万、1∶1万为中比例尺地形图；1∶5000、1∶2000、1∶1000、1∶500为大比例尺地形图。按照地形图图式规定，比例尺需标注在外图廓线正下方处。大比例尺地形图的比例尺一般用数字比例尺以比例式来表示，如1∶500、1∶1000，也可以用分数式来表示。
比例尺确定后，即可进行图上长度和实际长度的相互换算。例如，在比例尺为1∶500的地形图上，如两点代表的实地距离为25m，则该两点的图上长度为5cm。如已知两点间的图上距离为2cm，则该两点的实际长度为10m。
（2）图示比例尺。
为了直接而方便地进行图上与实地相应水平距离的换算并消除由于图纸伸缩引起的误差，常在地形图图廓的下方绘制图示比例尺，用以直接量测图内直线的实际水平距离。最常见的图示比例尺为直线比例尺，图8.1（a）、图8.1（b）分别表示1∶500、1∶2000两种直线比例尺。它是在图纸上画两条间距为2mm的平行直线，再以2cm为基本单位，将直线等分为若干大格，然后把左端的一个基本单位分成20等份，以量取不足整数部分的数。在小格和大格的分界处注以0，其他大格分划上注以0至该分划按该比例尺计算出的实地水平距离。
图8.1 直线比例尺
量测时，先用分规在地形图上量取某线段的长度，然后将分规的右针尖对准直线比例尺0右边的某整分划线，使左针尖处于0左边的毫米分划小格之内以便读数。如图8.1 （b）中，右针尖处于120m分划处，左针尖落在0左边的24.0m分划线上，则该线段所代表的实地水平距离为120＋24.0＝144.0（m）。
3.比例尺精度
在正常情况下，人们用肉眼能分辨出图上两点间的最小距离为0.1mm，因此一般在图上量度或在实地测图绘制时，就只能达到图上0.1mm的精确性，因此把地形图上0.1mm所代表的实地水平距离，称为比例尺精度，用ε表示，即：
ε＝0.1mm×M （8－2）
式中M为比例尺分母。
显然比例尺大小不同，则其比例尺精度的高低也不同，如表8.1所示。
不同的测图比例尺有不同的比例尺精度。图的比例尺越大，其表示的地物地貌就越详细，精度也越高，但测图的时间、费用消耗也将随之增加。因此，采用哪一种比例尺测图，应从工程规划、施工实际需要的精度出发，用图部门可依工程需要参照《城市测量规范》（GJJ8—1999）规定的各种比例尺地形图的适用范围（见表8.2）选择测图比例尺，以免比例尺选择不当造成浪费。
表8.1 相应比例尺的比例尺精度
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，测绘1∶2000比例尺的地形图时，测量碎部点距离的精度只需达到0.1mm×2000＝0.2m，因为若量得再精细，图上也是表示不出来的。又如某项工程设计，要求在图上能反映出地面上0.05m的精度，则所选图的比例尺就不能小于1∶500。
表8.2 测图比例尺的选用
8.1.3 地形图的图名、图号和图廓
1.地形图的图名
图名即本幅图的名称，一般以本图幅中的主要地名、厂矿企业或村庄等的地理名称来命名。
2.地形图的图号
为了区别各幅地形图所在的位置关系，每幅地形图上都有图号，图号是根据地形图分幅和编号方法编定的，图名和图号标在北图廓上方的中央。如图8.2所示，其中“建设新村”是图名，“31.05－54.05”是按图廓的西南角纵横坐标所编的图号。
3.地形图的接合图表
为了便于查取相邻图幅，通常在图幅的左上方绘有该图幅和相邻图幅的接合图表，以表明本图幅与相邻图幅的联系。如图8.2所示，接图表中间矩形块画有斜线的代表本幅图，其余为其四邻图幅，四邻图幅分别注明相应的图名或图号。在中比例尺地形图上，除了接图表外，把相邻图幅的图号分别注在东、南、西、北图廓线中间，进一步表明与四邻图幅的相互关系。在图8.2中，通过接图表可知，该图幅的正西方是“丁家山”、正北方是“坝口子”、正东方是“李家村”、正南方是“湿地园”。
图8.2 地形图的图名、图号和图廓
4.地形图的图廓
图廓是地形图的边界线，有内、外图廓之分。如图8.2所示，正方形图幅外图廓线以粗线描绘，内图廊线以细线描绘，它也是坐标格网线。内、外图廓相距12mm，在其四角标有以km为单位的坐标值。图廓内以“＋”表示10cm×10cm方格网的交点，以此可量测图上任何一点的坐标值。
5.图廓注记(www.xing528.com)
在内图廓的四个角点上所注记的数字是各点的纵横坐标值，其数值以千米为单位表示。在图8.2中，右上角的坐标为：x＝32.05×1000（m），y＝55.05×1000（m）。
外图廓的左下侧方位置的“单位名称”为测绘该地形图的具体测绘机构名称。外图廓的左下方分别为“地图的施测时间和施测方法”、“所采用的平面坐标系统”、“所采用的高程系统及等高距”、“采用何种图式”。在图8.2中，该地形图是2002年3月采用数字化方法施测成图；平面坐标系统任意平面直角坐标系；高程采用1985年国家高程基准，等高距为1m；采用1996年版图式。
外图廓的右下方分别表示测量员、绘图员和检查员等参与测绘工作的技术人员名字。
8.1.4 地形图的分幅与编号方法
我国幅员广大、地域辽阔，各种比例尺地形图数量巨大。为了便于测绘、使用和管理，必须将不同比例尺的地形图分别按国家统一的规定进行分幅和编号。分幅是按照一定的规则和大小，将地面划分成整齐的、大小一致的系列图块，每一个图块用一张图纸测绘，叫做一幅图；分幅规格称为图幅。编号是给每一个图幅确定一个有规则的统一的号码，以示区别。地形图分幅的方法有两种，一种是按经纬线分幅的梯形分幅法，另一种是按坐标格网划分的矩形分幅法，前者用于国家基本图的分幅，后者则用于工程建设大比例尺图的分幅。
1.梯形图幅的分幅与编号
梯形分幅是一种国际性的统一分幅方法，各种比例尺图幅的划分，都是从起始子午线和赤道开始，按不同的经差（两经度之差）和纬差（两纬度之差）来确定的，并将各图幅按一定规律编号。这样就能使各图幅在地球上的位置与其编号一一对应。只要知道某地区或某点的经纬度，就可以求得该地区或该点所在图幅的编号。有了编号，就可以迅速地找到需要的地形图，并确定该图幅在地球上的位置。
我国基本比例尺地形图是以国际1∶100万地形图分幅为基础进行的，其梯形图幅的地形图的比例尺序列依次为：1∶100万、1∶50万、1∶25万、1∶10万、1∶5万、1∶2.5万、1∶1万、1∶5000、1∶2000。
（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统一的，它是其他各种比例尺地形图分幅和编号的基础，如图8.3所示，国际分幅是将地球用经纬线分成格网状。统一规定：自赤道向北或向南至纬度88°止，按纬差4°划分为22个横列。每横列依次用A，B，C，D，…，V表示。从经度180°起自西向东按经差6°划分为60个纵行，每纵行依次用1，2，3， 4，…，60表示。这样，每幅1∶100万地形图就是由纬差4°和经差6°的经纬线所围成的梯形图幅。图幅编号由该图幅所在的横列字母和纵行数字所组成，并在前面加上N或S，以区别北半球和南半球，一般北半球的N可省略不写，我国位于北半球，在1∶100万图幅中，首都北京位于J列（纬度36°－40°）、第50行（经度114°－120°），该图幅的编号为J－50。
图8.3 1∶100万地形图的分幅与编号
（2）1∶50万、1∶25万、1∶10万地形图的分幅与编号。
1∶50万、1∶25万、1∶10万地形图的分幅与编号都是以1∶100万地形图的分幅与编号为基础的。
将一幅1∶100万地形图按纬差2°、经差3°可划分为4个1∶50万地形图图幅，分别以A、B、C、D表示。将1∶100万图幅的编号加上字母，就是1∶50万地形图图幅的编号。如图8.4中画有斜线的阴影部分1∶50万地形图图幅编号为J－50－D。
将一幅1∶100万地形图按纬差1°、经差1°30′可划分为16个1∶25万地形图图幅，分别以［1］，［2］，［3］，…，［16］表示。加在1∶100万地形图编号后面，就是1∶25万地形图图幅的编号。如图8.4中画有点划线的阴影部分1∶25万地形图图幅编号为J－50－［4］。
将一幅1∶100万地形图按纬差20′、经差30′可划分为144个1∶10万地形图图幅，分别以1，2，3，…，144表示。加在1∶100万地形图编号后面，就是1∶10万地形图图幅的编号。如图8.4中画有格网线的的阴影部分1∶10万地形图图幅编号为J－50－78。
图8.4 1∶50万、1∶25万、1∶10万地形图的分幅与编号
（3）1∶5万、1∶2.5万、1∶1万地形图的分幅与编号。
1∶5万、1∶2.5万、1∶1万地形图的分幅与编号都是以1∶10万地形图的分幅与编号为基础的。
一幅1∶10万的地形图可划分成4幅1∶5万的地形图，分别用A、B、C、D表示，加在1∶10万地形图编号后面，就是1∶5万地形图图幅的编号。一幅1∶5万的地形图又可分为4幅1∶2.5万的地形图，分别用1、2、3、4表示，加在1∶5万地形图编号后面，就是1∶2.5万地形图图幅的编号。
一幅1∶10万的地形图分为64幅1∶1万的地形图，分别用（1）、（2）、…、（64）表示，加在1∶10万地形图编号后面，就是1∶1万地形图图幅的编号。如图8.5所示：在1∶10万地形图J－50－78图幅中，左下角1∶5万图幅的编号为J－50－78－C，画斜线的阴影部分1∶2.5万图幅的编号为J－50－78－D－1，点填充的阴影部分1∶1万图幅的编号为J－50－78－（6）。
（4）1∶5000和1∶2000地形图的分幅与编号。
1∶5000和1∶2000地形图的分幅与编号都是以1∶1万地形图的分幅与编号为基础的。
一幅1∶1万的地形图可划分成4幅1∶5000的地形图，分别用a、b、c、d表示，加在1∶1万地形图编号后面，就是1∶5000地形图图幅的编号。一幅1∶5000的地形图又可分为9幅1∶2000的地形图，分别用1，2，3，…，9表示，加在1∶5000地形图编号后面，就是1∶2000地形图图幅的编号。
图8.5 1∶5万、1∶2.5万、1∶1万地形图的分幅与编号
2.矩形分幅
用于各种工程建设的大比例尺地形图，一般采用矩形分幅，矩形分幅有正方形分幅和长方形分幅两种。即以平面直角坐标的纵、横坐标线来划分图幅，使图廓成长方形或正方形。矩形分幅的规格见表8.3。
表8.3 矩形分幅的规格
矩形分幅的编号方法有坐标编号法、流水编号法和行列编号法。
坐标编号法是以该图廓西南角点的纵横坐标的千米数来表示该图图号。如一幅1∶2000比例尺地形图，其西南角点坐标x＝84km，y＝62km，则其图幅编号为84.0－62.0。
测区不大，图幅不多时，可在整个测区内按从上到下、从左到右采用流水数字顺序编号，如图8.6所示。
行列编号法是将测区所有的图幅，以字母为行号，以数字为列号，以图幅所在行的字母和所在列的数字作为该图幅的编号，如图8.7所示。
图8.6 流水编号法
图8.7 行列编号
如图8.8所示的1∶5000图的编号为40－50。一幅1∶5000图可分为4幅1∶2000的图，分别以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ编号。一幅1∶2000图又分成4幅1∶1000图，一幅1∶1000图再分成4幅1∶500图，均以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ进行编号。各种比例尺图的编号的编排顺序均为自西向东，自北向南。图中P点所在1∶2000比例尺图幅的编号为40－50－Ⅳ，所在1∶1000比例尺图幅的编号为40－50－Ⅳ－Ⅱ，所在1∶500比例尺图幅的编号为40－50－Ⅳ－Ⅱ－Ⅲ。
图8.8 坐标编号法
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