等高线法

等高线法（共12篇）

等高线法 篇1

1工程概况

某高速公路匝道桥G:里程桩号G0 (G0+120.846) ～G6 (G0+280.846) , 长160 m。墩基础:18根桩径1.2 m钻孔浇筑端承桩, 桩长范围15.0～20.0 m, 7个5.2×2.2 (m) 矩形承台、桥台处9.0×5.2 (m) 矩形承台。下部结构:7个T型墩。上部结构:箱梁100 m (4×20) , 等高预应力混凝土连续箱梁, 高1.4 m;另一联箱梁60 m (3×20) , 等高混凝土连续箱梁, 高1.4 m;采用支架法分块浇筑施工。本文重点对该工程上部结构等高预应力混凝土连续箱梁采用支架法分块浇筑施工技术进行探讨。

2等高连续箱梁施工工艺

施工工艺流程见图1。

3支架工程

3.1 支架设计

计划采用WDJ碗扣式脚手支架, 上部用立杆可调顶托, 顶托上用I14型钢做纵梁。支架设计如图2所示。为提高支架的整体稳定性和刚度, 支架采用如下加固措施:纵向水平杆在纵向连续设置, 底层和顶层每排一设, 整架内部两步至三排一设。横向水平杆在纵向连续设置, 底层和顶层两跨一设, 整架内2步、3～4跨一设。纵向剪刀撑:沿纵向连续设置, 在箱梁两侧腹板下各设一道;横向剪刀撑:沿横向连续设置, 每4跨设一道。

3.2 支架施工

3.2.1 支架基础处理

施工前先对梁底地基进行处理:梁底基础处于城市道路上时, 则利用道路做为支架基础;梁底基础处于其他位置时, 则采用挖机清除地表腐植土, 对整个梁体底部地基压实后, 浇筑一层10 cm厚C15素混凝土垫层, 两侧分别外放50 cm, 即比梁宽1.0 m, 以满足上部立杆对地基承载力的要求。

3.2.2 支架施工要求

支架施工时, 工人必须带安全带和戴安全帽, 扣件和支撑头不得乱抛。支架旁必须设人行步梯, 步梯上要有扶手和防滑装备。支架两侧设1 m宽人行道, 道外设安全网。所有扣件必须按规范要求上紧。支架拆除顺序:每跨从跨中向两边拆除。模板支架预压。支撑体系搭设结束以后, 进行支架预压, 支撑体系预压采用在支撑顶面堆码编织袋装砂的方式, 砂袋的重量须达到箱梁重量的80%, 用吊车吊装、人工堆码, 待支撑体系沉降稳定以后, 测出支架及地基变形量参数再重新进行调整加固支撑。

3.2.3 模板工程

(1) 模板设计。

箱梁外模:面板采用2.44×1.22×0.015 (m) 竹胶板, 纵向铺放, 要求纵、横缝对齐, 缝宽不得大于1 mm;箱底背材用10×10 (cm) 方木, 纵向铺放, 间距300 mm;箱梁侧面背材用井字形方木, 竖向用10×10 (cm) 方木, 间距300 mm, 模向用2根15×12 (cm) 方木;翼板底背材用10×10 (cm) 方木, 间距300 mm, 横向铺放;圆角处用定型钢模。箱梁内模:面板采用厚2 cm的木板或五合板, 底部不封闭, 面板底脚向箱中平伸0.5 m, 顶板每隔3～4 m留2个0.5×0.3 (m) 浇筑窗口;背材环向用5×8 (cm) 的方木, 间距300 mm;侧面用1根10×10 (cm) 方木, 立木采用10×10 (cm) 的方木, 纵向间距600 mm。箱梁端模:面板采用厚2 cm的木板, 背材采用5×8 (cm) 的方木, 间距30 cm。

(2) 支架模板体系检算。

检算依据:竹材物理力学性能指标:弹性模量E=6.0×103 MPa;静曲强度f=70 MPa;木材物理力学性能指标 (计算值) :弹性模量E=6.0×103 MPa;静曲强度f=25 MPa。容许挠度:竹胶合板板面[δ]≤1.0 mm≤L1/400 (清水混凝土) ;竹模板主肋δ]≤1.5 mm≤L2/500 (表板纤维方向) ;模板支撑钢楞[δ]≤1.0 mm≤L3/1000 (模板主肋方向) 。

荷载计算 (考虑箱梁高1.5 m情况, 其他箱梁低于1.5 m自然满足要求) :

模板及支架自重:1.5 kN/m2;

混凝土自重:24 kN/m3×1.5m=36 kN/m2;

钢筋自重:1.92 kN/m3×1.5 m=2.94 kN/m2;

振捣时产生的荷载:2.0 kN/m2;

荷载设计值:qk=1.5+36+2.94=40.44 kN/m2=0.04044N/mm2;

荷载标准值:qf= (1.5+36+2.94) ×1.2+2.0×1.4=51.328 kN/m2=0.051328 N/mm2;

面板计算:取1 mm宽板带 (面板为15 mm厚的竹胶板) 做为计算单元, I=281.21 mm4, W=37.51 mm3。

取次楞间距为250 mm, (面板按五跨连续简支梁计算) , 则:荷载:qf=0.051328×L=0.051328 N/mm;

qk=0.0372×L=0.04044 N/mm;

计算简图如图3所示。

Km=0.119, Kf=0.644;

M=0.119×0.051328×2502=381.752N·mm;

强度验算:

σ=M/W=10.18N/mm2<[σ]/1.55

=70/1.55=45.2N/mm2

挠度验算:

f=0.644×0.04044×2504/ (100×6000×281.25)

=0.60<[f]=L/400=0.625mm。

次楞计算:当面板为竹胶板时, 需要截面10×10 (cm) 的木方 (I=4.167×106mm4, W=0.833×105mm3) 做次楞, 次楞的间距为250 mm, 主楞的间距为600 mm, 则次楞所受的荷载:

qf=0.051328×250=12.83N/mm;

qk=0.04044×250=10.11N/mm,

计算简图如图4所示。

M=0.119×qf×L2

=0.119×12.83×6002=5.51×105N·mm。

强度验算:

σ=M/W=5.51/0.833=6.61N/mm2

刚度验算:

f=0.644×qk×L4/100EI

=0.644×10.11×6004/ (100×9000×4.167×106)

=0.22mm<[f]=L/500=1.2mm。

主楞计算:主楞选用I14的工字钢, 则:I=712 cm4, W=101.7 cm3。

荷载:qf=0.051328×1200=61.60N/mm;

qk=0.04044×1200=48.53N/mm。

计算简图如图5。

取立杆间距为1200 mm, 纵肋按五连跨连续简支梁计算。

Km=0.119, Kf=0.644

M=0.119×qf×L2

=0.119×61.60×12002

=10.56×106N·mm

强度验算:

σ=M/W=10.56×106/101700=103.87N/mm2<[σ]。

刚度验算:

f=0.644×qkl4/100EI

=0.644×48.53×12004/ (100×7120000×2.06×105)

=0.43mm<[f]=l/1200=1.2mm

(3) 箱梁支撑立杆计算:

梁底立杆采用碗扣脚手架, 立杆间距为0.6×1.2 (m) , 横杆步距600 mm, 查《建筑工程脚手架实用手册》, 横杆步距600 mm时, 单根立杆允许荷载Pmax=40kN则单根立杆受力P=0.051328×600×1200=36.96kN

地基承载力:立杆支撑于100 mmC15素混凝土上, 混凝土沿箱梁方向布置, 宽度宽于立交桥面宽度1.0 m。要求素混凝土的承载力:

Pmin=36956/ (200×600) =0.308N/mm2。

(4) 箱梁侧模、翼板底模的验算。

Q235钢材的弹性模量E=2.06×105MPa;Q235钢材强度的设计值:

抗拉抗压抗弯强度f=215MPa;抗剪强度fv=125MPa。

焊缝强度设计值:抗拉抗压抗弯强度ft

u=160MPa。

普通螺栓连接强度:抗拉强度ft

b=170MPa;抗剪强度fv

b=130MPa;

受压构件容许长细比[λ]=150。

翼板和侧板为整体定型模板, 肋板选用5 mm厚的Q235钢板, 横向间距侧板为0.6 m, 翼板0.5 m, 纵向间距均为0.4 m。侧板只受侧压力, 而翼板受垂直压力, 因此只检算翼板满足刚度要求就可以了。

模板及支架自重:1.5 kN/m2;

混凝土自重:24 kN/m3×0.2 m=4.8 kN/m2;

钢筋自重:1.92 kN/m3×0.2 m=0.384 kN/m2;

振捣时产生的荷载:2.0 kN/m2;

浇筑混凝土的荷载:2.0 kN/m2;

荷载设计值:

qk=1.5+4.8+0.384+2.0=6.684kN/m2

=0.0067kN/mm2;

荷载标准值:

qf= (1.5+4.8+0.384) ×1.2+2.0×0.2+2.0

=10.40 kN/m2=0.0104kN/mm2;

从计算结果看, 翼板的荷载均小于底板的荷载, 所以翼板模板和支架的选择能满足使用要求。

(5) 模板施工要求。

外模要求光洁、平整、色泽一致、拼缝整齐, 缝宽不得大于1 mm;面板缝处必须外背方木。底板钢筋安装前, 要均匀涂脱模剂。混凝土浇筑前, 模板要进行认真清洗, 一般采用高压水冲洗。内模采用加工场加工, 分块吊装, 现场合体;内模要求尺寸正确, 不准漏浆, 混凝土浇筑前均匀涂脱模剂。端模和底模钉在一起, 注意预留的钢筋眼位正确。内模、端模一次性投入使用, 外模可重复倒用。

端模24 h即可拆模, 内模待混凝土达50%强度拆模, 底模混凝土达100%强度方可拆模, 箱底模拆除顺序是从跨中向两边。进入洞, 设在距墩中心4～5 m处, 每跨设2个, 尺寸50×100 (cm) , 梁体施工后采用微膨胀混凝土浇筑。注意预埋件和预留洞。底模预留沉降5 mm。

4钢筋工程

首先根据箱梁的钢筋设计图纸在现场加工钢筋, 并按照各种型号钢筋进行编号, 堆放整齐。然后按照设计要求进行现场绑扎, 钢筋绑扎、焊缝、主筋间距等严格按照《混凝土结构工程施工与验收规范》 (GB50204-1992) 标准执行。钢筋在绑扎过程中, 做好预埋件的埋设。

5混凝土浇筑施工

每联混凝土分跨浇筑并布设施工缝。施工措施为:

(1) 浇筑混凝土之前, 须有专职的技术干部检查模板几何尺寸、钢筋骨架及钢筋保护层厚度等符合设计要求并经监理工程师检查认可后方可浇筑混凝土, 并安排技术人员和试验人员值班, 认真做好混凝土浇筑记录。

(2) 箱梁混凝土浇筑对称进行, 斜向分层。首先从箱梁上口入仓浇筑20 cm底板混凝土, 然后浇筑箱梁两侧腹板混凝土。振捣时设专人负责, 在振捣上一层时, 振捣棒须插入下一层10～15 cm, 而且必须在下层混凝土初凝之前。

(3) 振捣时间一般控制在20～30 s, 视表面混凝土不再显著下沉, 不再泛出气泡及表面泛出灰浆为准。捣固手不能中途换人。

6预应力工程

(1) 钢绞线束和波纹管准备。

(2) 波纹管安装需要同绑扎钢筋一同来完成。①根据设计图纸中规定的预应力管道坐标 (曲线梁还要考虑曲线要素) 来放出波纹管的位置控制点;②施工人员依据管道位置控制点定出波纹管的位置, 按每0.6 m的间距用定位钢片来固定波纹管。

(3) 穿钢绞线束。①钢绞线下料:钢绞线必须在平整、无水、清洁的场地下料, 下料长度等于波纹管孔道净长加上两端的工做长度, 另加适当富余量。下料过程中, 钢绞线切口端先用钢丝扎紧, 采用砂轮切割机切割;②编束:编束时必须使钢绞线相互平行, 不得交叉, 从中间向两端每隔1 m用钢丝绑紧, 并给钢绞束编号;③穿束:钢绞束端头必须做成锥形并包裹, 短束直接用人工穿束, 长束可用钢丝并利用卷扬机进行牵引。如浇筑混凝土后穿束比较困难的, 可在混凝土浇筑之前穿束;④固定锚具与预留排气孔:根据设计图纸上给出的位置, 固定锚固端、张拉端的锚垫板、喇叭管、螺旋筋, 注意锚具位置的正确, 且牢固, 波纹管及喇叭管连接处用胶带密封, 以防止混凝土浇筑过程中砂浆进入波纹管内。排气孔位置须定在波纹管最高点上, 同样, 排气孔与波纹管连接处用胶带密封。

(4) 预应力张拉。施工顺序如图6所示, 预应力张拉的施做必须在混凝土强度达到90%以后进行。锚具采用OVM自锚锚具, 钢绞线为高强低松驰钢绞线。张拉顺序严格按设计图进行, 如设计未明确时可按下列原则张拉:①先张拉底板束后张拉横板束;②按先下后上, 先中间后两边的原则对称张拉;③曲线梁张拉出现横向变形时, 在征得设计同意后方可通过两侧的预应力束的控制应力来调整;④施工准备。油泵、千斤顶、油压表校核、标定。检查预应力钢绞线和锚具资料是否齐全、合格, 并对钢绞线取样做试验。张拉端工做面和承压板、钢绞束四周灰浆必须清除, 锚夹具安装好并检查是否合格;⑤预应力张拉步骤如图7;⑥计算伸长值。

L=σ×L/Eg×[1-e- (kl+μθ) / (kl+μθ) ]

式中 △L—预应力钢绞束理论伸长值;

σ—预应力控制张拉力;

L—计算钢绞线长度;

Eg—弹性横量;

θ—计算长度内预应力钢绞束所有曲线转角之和;

k—每米长度孔道偏差系数, 取 (0.6～1.2) ×10-3/m;

μ—孔道阻力系数, 对于波纹管取0.16～0.22。

(5) 预应力管道注浆。①经试验室选定水泥浆配合比, 水泥浆的强度不能低于箱梁混凝土的强度;②水泥浆的拌制须在压浆机的灰浆搅拌桶进行, 先将水加入拌合机内, 然后再放入水泥, 充分拌合以后再加入膨胀剂, 膨胀剂的掺量由试验室确定, 一般不超过水泥总量的0.01%;③拌合好的水泥浆由拌合机倒入注浆泵内, 压浆自箱梁的一端注入, 直到从排气孔内溢出稠度均匀的水泥浆为止, 关闭注浆管闸阀, 直到水泥浆凝固, 注浆压力须控制在0.6～0.7 MPa;④在整个压浆过程中试验人员必须旁站记录, 并且每一工做班取一组 (7.07×7.07×7.07) m3水泥浆试件, 进行水泥浆的强度测试评定。

(6) 封锚。①切割锚圈外多余钢绞线, 优先选用砂轮切割机。选用氧气焊进行切割时, 需要留设适当长的钢绞线, 切割间断进行, 必须在靠近工做锚圈外侧缠裹棉纱, 切割时不断洒冷水来阻止热量传递;②根据箱梁的钢筋设计图纸, 恢复张拉槽内的钢筋;③浇筑与箱梁同强度等级的混凝土, 浇筑过程中严禁用振捣棒进行振捣, 只能用人工振捣, 待混凝土终凝以后及时洒水养护。

7结束语

本工程等高预应力混凝土连续箱梁在施工技术上有针对性地采取了一系列措施, 精心操作, 质量良好地完成施工, 值得类似工程借鉴。

(1) 连续梁浇筑时应认真计算和设置预拱度, 梁体预应力注浆达到设计及规范允许吊装的强度后才进行。

(2) 现浇连续梁和箱梁支架必须搭设牢固, 并认真计算和设置预拱度, 浇筑前采取等载预压措施。

(3) 箱梁一次性浇筑混凝土数量大, 对其相应的配套施工设备要求高, 否则无法满足施工质量的要求。

(4) 采用真空压浆工艺有利于保证预应力管道的压浆质量, 其浆液配合比设计等, 应严格按照施工规范进行, 否则难以达到预期目的。

等高线法 篇2

教学步骤：

一、引导激趣（出示木兰山平面图）

１、看图设疑：平面图能体现地形的高低起伏吗？

２、揭题：这节课我们来学习如何绘制体现地形起伏的地图——等高线地形图的绘制

二、合作探究 １、认识等高线地形图

Ａ、出示等高线地形图

Ｂ、问：图中你看到了些什么？（学生自由回答）

Ｃ、得出定义：用等高线表示地面高低起伏的地图叫等高线地形图。２、认识等高线、等高面

Ａ、出示山体剖面图

Ｂ、分组讨论：图中等高线有什么特点？

Ｃ、汇报讨论结果：线上各点的海拔高度相等……..（适时复习海拔高度的定义：地面某点与海平面的垂直距离就是该点的海拔高度）

Ｄ、得出定义：把海拔相同的各点连接起来形成的线就是等高线。

Ｅ、认识等高面：等高线上各点的海拔高度相同，所以这些点在同一平面内，我们把这个面叫做等高面，或者说等高线所在的平面就是等高面。（显示等高面的概念）

Ｆ、动画演示等高线和等高面 ３、画一条等高线

Ａ、显示剖面图

Ｂ、讨论：你能在假山上画出一条等高线吗？

Ｃ、交流讨论结果，肯定最佳方法。

Ｄ、分组合作绘制第一条等高线

Ｅ、检查绘制结果，用等高面检验等高线是否准确。４、绘制等高线地形图

Ａ、设问：画出一条来了，你能尝试着多画几条吗？

Ｂ、显示绘制要求

Ｃ、学生分组绘制等高线地形图

Ｄ、交流绘制过程中的问题，展示学生的等高线地形图。５、认识等高线的分布特点

Ａ、演示完整的等高线地形图

Ｂ、问：图中等高线的分布均匀吗？什么样的地方等高线密集些，什么地方稀疏些呢？

Ｃ、学生结合山体观察并回答问题，教师总结。

三、课堂小节：本节课的大致内容。

四、适时训练

简易教具，突破等高线教学难点 篇3

“等高线地形图”的剖面图是学生最难理解的地方，在教学中一般方法是按部就班教学生根据等高线地形图绘制剖面图，这是教学中的常规方法，学生画起来比较容易，但对于等高线地形图的理解不够深刻，做题过程中不利于学生的活学活用，为了让学生更直观形象地理解等高线地形图，本人在教学中自制教具，使学生对这一知识点的理解更加透彻了。

兹介绍如下：

1.教师课前将纸折叠，表示山脉的一个侧面的模型，图上有山脊，有山谷，如图1所示：

2.课堂上，教师首先让学生观察自制模型上的山脊、山谷，接着为了让学生看到山脊、山谷的剖面图，教师将山脊、山谷用剪刀竖直剪下，这样学生就看到了山脊和山谷的剖面，然后教师引导学生观察，山脊和山谷的剖面各有什么特点，师生讨论，最后得出规律，山脊的剖面是峰型，山谷的剖面是谷型，如图2所示：

通过自制教具学生可以直观、形象地看出山脊和山谷的剖面，另外山脊的最高处是山顶，而山谷的最高处往往是鞍部，依此可以推断出山头和鞍部的剖面图。这样，学生对剖面图的本质也会有更深刻的理解，在其他等高线地形图上，可以活学活用，快捷地判断出各种地形的剖面图形状，能够达到举一反三的效果。

等高线分析天文日食图片的方法 篇4

恒星、彗星等发光体会向外抛射物质。研究星体照相资料,可以找出内在规律。但星体强烈的发光面会遮蔽暗的抛射物的运动图像。日全食遮挡了平时的主发光体,提供了研究太阳表面物质运动的机会。过去利用日全食照片观察日冕与太阳表面炽热气流,通过底片厚度仪测定亮度操作的速度缓慢。采用数字技术处理图像,可以快速归类、发掘图形的内在联系。文献[1]研究数码技术处理火焰发光体的亮度等高线,发现可以标识出人眼无法辨认的发光体外围亮度,并由等高线轮廓形成炽热气流自然流动的涡流等信息,据此提出可以直接利用该技术手段处理日全食的日冕图像,标示其气漩。等高线标识星体辐射图像是一种有潜力的图形处理方法。文献[2]采用多幅不同曝光的照片合成法,及文献[3]均为日冕历史结构比较处理。

1 日全食照片分析

1.1 数字图像与等高线

彩色数字图像由8位3色共24位组成,表达范围0~(224-1);灰度图像单色8位,亮度表达范围0~255。近年来,计算机技术的迅猛发展,图像分辨率已经逐渐采用各色10位、12位甚至14位量化。找出图像中相同亮度值的点组成亮度等高线。绘制等高线首先设定色阶值(起始亮度值),由计算机程序自动将等值的点标识出来,组成一张新的等高线地形图。通过图像亮度等高线,可测定各种辐射体的亮度分布,进而可标定、测出等色线、等温线、炽热气流喷发及其溅射物外形。

1.2 照相器材

天文摄像效果取决于照相机望远镜头。如杭州市高级中学天文台主镜口径400 mm,焦距f=4 800 mm,对应的屈光度0.208 3D,相对孔径F/12,比成像角10°的200 mm长焦高档数码相机的拍摄效果好。云南天文台的赤道式折射色球望远镜,望远镜口径18 cm,成像焦面太阳像直径16.8 mm。Alta 16Bit 3 072pixels×2 048 pixels CCD相机,CCD面积27.65 mm×18.43 mm,带中心波长(656.278±0.05)nm的带宽Lyot滤光器,原始数字图像资料为12 MB Fits格式,压缩为ZIP格式10.3 MB。预处理后转换为300 kB jpeg图形文件作阅览资料,图像画幅面积108.5 cm×72.3 cm[4]。故本文资料多取自专业摄影的图片;文献[5]提供了丰富的日食资料图片。

1.3 日全食图片及等高线匹配

图1(a)是2009-07-22的日全食照片,只能直接看出右下方的弧形太阳。图2(a)和图3(a)分别是1999年和2008年日全食的日冕。

(资料来源:CCTV新闻频道直播,土豆网视频以1 024×768全屏播放截屏)(It copies full screen display under 1 024×768 mode from YouTube web video through CCTV News channel)

1.4 日全食图片等高线及其隐含意义分析

根据图1(a)图像暗的特点,对其亮度按40起标识等高线,并叠加到图1(a),等高线的轮廓与可见光弧形密切匹配,3种等高线对应不同的亮度,如图1(b)所示。图1(c)将亮度降低到较暗的25开始标识等高线,可观察到1点钟方向人眼原来无法看见的圆阴影边缘的环状分布情况。图(d)从16起标识等高线,显示日全食整个环形位置和发光弧形外层的位置。图1(e)为亮度40、25、16起的共9条等高线,叠加在原照片上容易对比识别日冕各部分结构。

图2(a)原始照亮度高,图2(b)取亮度200起形成的等高线,可见到喷发和气流横向运动;为使图形显示醒目,已将3条等高线处理成黑色,图2(a)中的日珥也被标识出来。图2(c)从192起标识的3条等高线,可见图2(b)喷发部分的外围及扩散,日冕耀眼区域被标识出来。图2(d)是从192、161起分别标识了6条等高线的原始照;图2(e)在图2(d)的基础上,增加从147起标识的3条等高线,它们代表了原始图上不同的发光亮度区块,既能帮助识别原始图,又能选择特殊阈值的等高线直接标识和跟踪恒星喷发的炽热气流。增加从136或者更小的值开始的等高线镞,可以标识出日冕的更外层结构,限于篇幅以及印刷分辨率,未放置在文中。

图3(a)是有明显太阳风痕迹的照片,图3(b)从亮度220起标识,可见太阳表面的等高线与太阳风的流向一致。而从210起标识的图3(c),反映了太阳表面更外围的等高线情况,两镞等高线均呈锯齿状,与太阳风的流向重合。图3(d)在原照上标示了从210、192、139起共9条等高线,所有的等高线均呈现锯齿形,与太阳风的流向一致。另外,若增加120开始的等高线镞,可显示更外围的太阳风状况,但会在月球遮挡部分生成等高线的网格。大气散射[6]和逆光形成的镜筒内的散射光造成了阴影部位的亮度提高,CCD器件在低照度下量子阱内的光电子数涨落大[7],对等高线标识极低亮度带来了不确定性。

2 等高线生成方法与质量控制

2.1 计算机生成等高线的方法

1)扫描全图,提取等于预设定等高线的值的点,在原来的位置组成一幅等高线的新图。2)更简单直观的方法可采用:(1)设定阈值,将原图二值化成如图4(b);(2)二次微分获得图(b)的边缘轮廓线(等高线)[8],如图4(c)所示;(3)不同阈值的等高线叠加形成图4(d)。其中(1)、(2)步各有免费小程序;(3)编写小程序逐点置换或者利用Windows的画图软件叠加图形上的各点。图4(a)系2009-7-22CCTV News直播日全食的截图,图4(d)为亮度为228、178、158、128、108、88、78、68的等高线叠加。3)利用Photoshop等图形软件或者视频卡开发包可以直接完成(1)、(2)步;借助Microsoft画图软件可直接完成(3)。

2.2 对原始数码图片的质量要求

数码摄像具有快速、简便和能运用数字技术处理的特点。但数码成像器件CCD、CMOS的曝光曲线呈指数增长,存在动态范围窄的缺陷[7]。故从器件的角度来看,应该控制曝光量,尽可能不让图像进入高光区域,防止出现饱和。图1、图4的低曝光和直接截图保证了等高线的规律性。避免数码相机的高ISO模式(系利用软件生成高光部分,会造成图像的噪声颗粒多、局部涨落大的缺陷,其软件处理利用了周围像素值作了平滑,降低了分辨力)。图5是2009-7-22杭州日全食,10 Mpixels NIKON D80,拍摄参数f=200 mm,F/5.6,曝光1/6 s,生成的图像ISO1600,等高线检测可见太阳大气层边缘的不规则气流。它虽符合人的视觉习惯,但降低解像力,实际图像颗粒度变大。

3 结论

日全食太阳辐射图像经计算机标识后绘制的等高线地形图,可帮助分析研究太阳表面炽热气流的流动状态。可根据具体图像情况合理选择等高线的疏密和起始值;通过定标等技术手段,从等高线获得太阳的等温线和物质分布等信息。实践时避免图像饱和,尽可能利用摄像器件曝光的中间段。使用低ISO成像的原始图像,尽可能不使用PS过的图片,以保证数码照片的信息含量。

参考文献

[1]胡建人,徐江荣.火焰辐射数字图像的等高线建立与分析[J].杭州电子科技大学学报,2003,23(1):1-4.HU Jian-ren,XU Jiang-rong.Draw and Analysis of Contour line by Frame Radiation with Digital Diagram[J].Journal of Hangzhou Institute of Electronic Engineering,2003,23(1):1-4.

[2]Zhao H B,Lin Q S,Chen Y P,et al.Coronal structure and brightness profile of the total solar eclipse on August1,2008[J].Chinese Sci Bull,2009,54:2905-2908.

[3]胡中为,张鸿,关震彪,等.2009年7月22日日全食的日冕结构[J].科学通报,2010,55(14):1416-1418.HU Zhong-wei,ZHANG Hong,GUAN Zhen-biao,et al.Coronal structure at the total solar eclipse2009-07-22[J].Chinese Sci Bull,2010,55(14):1416-1418.

[4]赵世清,李琼英,陶金萍,等.2009年7月22日昆明日偏食太阳色球观测[J].天文研究与技术,2010,7(2):85-88.ZHAO Shi-qing,LI Qiong-ying,TAO Jin-ping,et al.Observation of the Solar Chromosphere during the Partial Solar Eclipse in July22,2009in Kunming[J].Astronomical Research&Technology,2010,7(2):85-88.

[5]Jay M Pasachoff.Scientific Observations at Total Solar Eclipses[J].Research in Astron.&Astrophys,2009,9(6):613-634.

[6]胡建人.基于光学成像的大气颗粒物浓度测量方法研究[J].仪器仪表学报,2007,27(S1):44-46.HU Jian-ren.Measuring Method Research for Atmospheric Aerosol Concentration Based on Optical Imaging[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,2007,27(S1):44-46.

[7]胡建人,秦会斌.特种CCD传感器及系统研发策略研究[J].微纳电子技术,2007,44(7/8):179-182.HU Jian-ren,QIN Hui-bin.Strategy on Research and Development of Special Type CCD Sensors and System[J].Micronanoelectronic Technology,2007,44(7/8):179-182.

等高线地形图判读口诀 篇5

数值大小

1.平原：海拔<200米；等高线稀疏。

2.丘陵：200米<海拔<500米，相对高度小于200米，等高线较疏，弯曲处较和缓。

3.山地：海拔500米以上，相对高度大于200米；等高线密集，河谷呈“V”字形。

4.高原：海拔>500米，海拔高度大，相对高度小，等高线在边缘十分密集，而顶部明显稀疏。

疏密程度

密集：坡度陡；

稀疏：坡度缓。

形状特征

①山顶：等高线闭合，且数值从中心向四周逐渐降低，{等高线封闭，数值中高周低}。

②盆地或洼地：等高线闭合，且数值从中心向四周逐渐升高。

（如果没有数值注记，可根据示坡线来判断：(示坡线——为垂直于等高线的短线）。

③山脊：等高线凸出部分指向海拔较低处。等高线从高往低突,就是山脊。

④山谷：等高线凸出部分指向海拔较高处。等高线从低往高突,就是山谷。

⑤鞍部：正对的两山脊或山谷等高线之间的空白部分。形状与马鞍相似。

“等高线地形图”的教学建议 篇6

关键词：等高线；模型；链接；地图

中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）10-0115

地图是地理教材的重要组成部分，地图教学是地理教学的特色所在。等高线地形图不仅是学生难以理解和掌握，也是教师难以突破的教学内容之一，更重要的是地理中考和高考必考的传统内容。笔者谈谈等高线地形图教学研究的探索策略。

一、运用模型理解等高线地形图绘制原理

了解地面高度的计算方法有两种：一是海拔（或绝对高度），二是相对高度，这两个概念都是指垂直距离，但量测起点不同。在地图上用海拔表示地面高度，单位都是米。采用模——图演示、图——图转换法，即将立体图形转换成平面图形，讲清等高线地形图的概念。其步骤是：第一，做实验观察：先用透明的玻璃纸制成一个圆锥体，在圆锥上等距离画圆圈，表示等高线（见图①甲）。从圆锥体顶端向下透视看到各圆圈成一组环圈图形（见图①乙）。第二，画一山体素描图，对照上述实验观察：把山体素描图上海拔相等的各点连接成线，如图②甲中的0，100，200，300米等值线，再把各条等高线水平投影成等高线地形图（如图②乙）。第三，小结归纳：等高线是地面高程（也称海拔）相等的各点连成的连续封闭的曲线（同理可知，地图上海洋中深度相同的各点连接成线叫等深线）。地面等高线即水平面与地面的交线。地形图上的等高线是地面等高线的水平投影按比例缩小的图形，所以图上的等高线与实际地形之间有一定的数学关系。

由此可见，根据等高线数值辨别地势高低；根据等高线疏密辨认坡度陡缓，是教学过程中应强调的两个重点。

二、运用转换掌握常见地形的等高线特征

1. 依据上述等高线、等高线地形图的定义及其绘制原理，讲解归纳等高线的主要特征：

（1）同线等高。同一条等高线上的各点海拔高度（也称高程）相等。

（2）等高距全图一致。等高距是指相邻两条等高线之间的绝对高度之差。

（3）等高线是封闭的曲线，无论怎样迂回曲折、终必环绕成圈，但在一幅图上不一定能显示出其全部闭合状态。

（4）两条等高线不能相交，但有可能重合。同一地点不会有两个海拔高度，所以等高线不相交，但在垂直耸立的峭壁悬崖处等高线在图上显示为重合状态。

（5）等高线疏密反映坡度缓陡。同一等高线图上，等高线稀疏表示坡度缓，密集表示坡度陡。

（6）示坡线表示降坡方向。示坡线是与等高线垂直且指向海拔较低方向的短线，有时也叫降坡线。

2. 图——图转换，分析讲述常见六种基本地形形态等高线的图形特征

引导学生回忆在电视、电影、报刊杂志上看过反映地形的图片及旅游照片中所见到的山体实际地形部位的形态特征，辅用（泡沫或其他材料制作的）地形类型模型，帮助学生建立对山地实体的感性认识。根据不同地形部位的形态模型，一一画出相应的地形素描图；再根据地面等高线水平投影原理分别画出对应各地形部位的等高线地形图（见下表）。

从表中不同地形素描图特征为切入口，辅用地形模型等直观教具，讲解、归纳各种地形形态等高线地形图的表示方法。山顶和盆地等高线略讲，其他则详讲。

（1）山顶。隆起而高于四周的高地称为山地，山的最高部分称为山顶，山地高大的称为山峰。山顶的等高线表示是一个小环圈，环圈外侧有时绘有与等高线垂直、朝向降坡方向的短线（即示坡线）。

（2）盆地。比四周地面低下，且经常无水的低地称为凹地。大范围的低地称为盆地。盆地的等高线表示也是一个小环圈，但示坡线在环圈内侧。

（3）山脊（线）。仔细观察山体模型或素描图的山脊的特征，并与相对应的等高线地形图相对照，理解山脊是指从山顶到山脚的凸地部分。等高线地形图上表示山脊的是一组由山顶向低处凸出的等高线图形。各等高线凸出部分顶点的连线称为分水线。

（4）山谷（线）。对照山谷的立体素描图和对应的平面图形讲解，山谷是指两个山脊间的低凹部分，是山体之集水部位。在等高线地形图上表示山谷的是一组弯曲且向地势高处凸出的等高线。山谷最低点（即山谷线凸出部分顶点）的连线称为集水线。河流沿山谷线向外流出。

（5）鞍部。鞍部是指相邻两个山顶之间的低下部分，其形如马鞍。在地形图上，鞍部由两组对称的等高线组成，一组是山脊等高线，一组是山谷等高线，其凸部共同指向鞍部中心。

（6）陡崖。陡崖是指在山体的山脊或山谷或斜坡上出现坡度近于垂直时形成的悬崖峭壁。等高线地形图上表示陡崖的是多条等高线重合在一起，且在多条等高线重合处的降坡方向绘上示坡线。

在讲述以上内容的过程中，应适时强调指出：在等高线地形图上识别地形种类是这部分的一个难点，突破该难点的办法是理解和熟记各地形形态等高线的图形。

三、运用链接提升学生的应试综合能力

近些年，全国部分地市州中考和全国高考地理题一直把等高线地形图作为传统的必考内容之一。主要考查的疑难知识点有：

1. 高度的计算。例如，结合左下等高线地形图（图③），（1）计算甲、丁两地的相对高度（H）、最大相对高度（Hmax），最小相对高度（Hmin）；（2）计算陡崖乙处的相对高度（H）。

计算甲、丁两处相对高度有三种方法：第一，图示法。先作如右上图示：即画一纵线段，标出高程0、100、200……700米，在适当高程处标出丁、甲的位置；读图可知，甲、丁两点相对高度H范围大于500米，小于700米。第二，分点计算法。图中显示甲点高程（即海拔）为600-700米，丁点为0-100米，则甲、丁两点相对高度最大值（记为Hmax）；Hmax<700-0=700米，相对高度最小值（记为Hmin）：Hmin>600-100=500米，即500米

同理可知，在等高线图上，若有几条等高线在陡崖处相会，则陡崖的相对高度（H）计算公式为（n-1）d米≤H<（n+1）d米（当陡崖最低或最高处与等高线重合时，用公式中等于符号）。上题中陡崖乙处的相对高度（H）为：（3-1）×100米≤H<（3+1）×100米，200米≤H<400米。

2. 线与河流的关系。结合部分中考、高考真题讲解考点内容。

3. 线与坡度的关系。坡度的大小可分三种情况进行判断：

一是据等高线疏密判断比例尺和等高距相同的等高线地形图上，在相同的水平距离上等高线越密集，坡度越大；等高线越稀疏，坡度越小。例如，图⑥中，等高线分布由密集到稀疏排序为C—A—D—B，所以坡度由大到小的顺序为C>A>D>B。

二是根據等高距大小判断。比例尺相同，等高距不同的等高线地形图上，在相同的水平范围内等高距越大，坡度越大；等高距越小，坡度越小。例如，图⑦中A、B、C、D四图的等高距分别为100、200、50、150米，水平距离相同的情况下，其坡度见图示（图⑦A），故坡度由大到小的顺序为B>D>A>C。

三是据比例尺判断。在等高线疏密程度相同，等高距相同的情况下，比例尺越大（即相邻两条等高线之间水平距离越小），坡度越大；反之，比例尺越小，坡度越小。例如，图⑧中A、B、C、D四图等高距相同（设为d），水平距离由小到大的顺序为AC>D>B。

除以上讲述探索外，考点内容还包括在等高线地形图上，按要求加绘等高线，如在山谷线附近加绘河流，在有水坝的盆地等高线图上加绘最大集水区域，在山区河流附近村庄选择最佳引水路线等。

上述三个步骤对等高线地形图原理教法研究的专题探索，旨在通过“模——图演示”“图——图转换”变平面等高线地图为立体地形图，拓展等高线知识应用的广度与深度，启迪学生审题解题的多维思路，呈现讲“地”更讲“理”的地理教学魅力，提高地图教学的有效性。同时，“模图演示”“图图转换”的教法研究，对地形剖面图教学铺垫了坚实的基石，对地形剖面图教学难点的突破有着积极的借鉴作用。

浅谈等高线地形图的判读 篇7

一、正确理解和把握等高线的概念内涵

中学地理课本中指出, 等高线是指把同一海平面上海拔高度相同的各点连成的线, 是等高面的一部分。根据概念, 我们可以知道:

1. 同线等高。同一条等高线上的各点海拔高度相等;相邻的两条等高线, 其高差也相同。

2. 等高距全图一致。等高距是指两条相邻等高线之间的高度差。

3. 等高线是封闭的曲线。但在一幅图上等高线不一定全部闭合, 我们常常看到的是一组闭合等高线的部分。

4. 等高线不能相交 (一般情况下) 。

因为, 同一地点不会有两个高度, 但在悬崖峭壁处, 等高线可以重合或重叠。

5. 等高线的疏密反映某地地形坡度的陡缓。

等高线稀疏的地方表示缓坡, 密集的地方表示陡坡, 间隔相等的地方表示均匀坡。

6. 等高线与山脊线或山谷线垂直相交。

等高线穿过山脊线时, 山脊线两侧的等高线略呈平行状。等高线穿过山谷线 (或集水线) 时, 向上游弯曲, 成反V字形。

7. 两对等高线凸侧互相对称时, 为山地地形的“鞍

部”, 也叫山的“垭口” (在地形剖面图上, 其具体形态也不一致) 。

8. 在地形图中示坡线表示降坡方向。

示坡线是与等高线垂直相交的短线, 总是指向海拔较低的方向, 有时也叫做降坡线。

二、正确掌握等高线的基本特点

等高线作为等值线的一种, 在其等高线地形图中具有如下特点:

1. 数量上的特性。

在等高线图中根据等高线的数值, 可以读出任一点的海拔高度, 然后通过比较两点的海拔高度差可换算两点的温差;也可以用两点的高度差及两地的图上水平距离推算出两地的地面实际距离。

2. 形态上的特性。

地表的每一种地貌形态都可以通过取点找值、绘线在等高线图上以不同的形态表示出来;同样通过对等高线地形图中等高线形状的情况进行分析, 可以判断出该地的地貌类型和特征。根据等高线的疏密状况, 可知道某地坡度的缓陡;根据闭合等高线数值的变化及各部分的疏密状况可确定该地地形为平原、盆地、丘陵、山地或高原等五种基本地形中的哪一种。如我们常常用0米线表示海平面, 也表示海岸线;200米以下且地势平坦者为平原;海拔大于200米, 小于500米, 且相对高度小于100米的为丘陵;海拔大于500米, 但相对高度大于100米的为山地;1000米线显示低山或高原;2000米、3000米线反映中山和高原;4000米线反映青藏高原和高山的特征。

三、等高线图的综合判读与应用

1. 确定水库及坝址的位置。

水库库区宜选在河谷、山谷地区, 或选在“口袋形”的洼地或小盆地, 这些地区不仅库容大, 而且有较大的集水面积。大坝应建在等高线近于闭合地段, 亦即峡谷最窄处, 以减少工程量, 节省投资, 确保大坝安全。

2. 确定铁路、公路线。

一般情况下, 选择坡度较缓、距离较短、弯道较少的线路为好。

3. 工业区位的选择。

工业区宜建在地形较为平坦开阔, 且交通便利、水源充足、资源丰富的地形区。

4. 居民区应考虑依山傍水, 靠近水源, 地势平坦开阔的向阳地带, 且交通便利, 远离污染源等。

5. 农业的生产布局要根据等高线地形图反映出来的

地形类型、地势起伏、坡度缓急等情况, 再结合气候和水源条件, 因地制宜地提出农林牧渔业合理布局的方案。

6. 判读分析与地形有关的地理知识。

如分析某地气候特点, 应结合该地地理纬度、地势高低起伏、山脉走向、阴 (阳) 坡、距离海洋远近等进行综合分析。河流上游海拔高, 下游海拔低。结合河流流向可判定地形大势;结合迎风坡、背风坡、降水状况、等高线高差及地貌类型的差异可分析河流水文、水系特征等。

基于激光雷达点云数据生成等高线 篇8

关键词：激光雷达,点云数据,等高线,DEM,DSM,高程点

随着航空摄影、卫星遥感等新技术的相继拓展,制图的工艺手段和精度都发生了巨大的变化,机载激光扫描系统(雷达)已经成为一门独立的新兴技术。机载激光扫描系统是基于激光测距技术,GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统,其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型(DSM)。激光雷达点云数据就是由机载激光扫描系统得到的高精度的数字表面模型数据[1,2,3,4]。

1 利用激光雷达点云数据生成等高线的流程

1.1 坐标转换

点云数据经过处理,去除房屋、树冠等非地面点之后才是一幅可以使用的DSM数据。DSM资料准备好之后要注意本次数据更新所采用的地图投影参数椭球体是IAG75椭球还是WGS84椭球,中央经度或投影带是否一致。

1.2 点云数据重新分幅

为解决图幅之间的接边问题,需把坐标转换统一之后的点云数据按照西安1980坐标系标准分幅的图幅坐标进行重新裁切点云,形成新的图幅点云数据。

1.3 内插DEM

将重新裁切之后的点云数据可经过ERDAS进行内插形成影像DEM,格式为*.img,数据类型为DOUBLE。

1.4 DEM数据格式转换

山地丘陵地等高线自动生成效果较好,平地可将影像DEM批量转换成能进入数字摄影测量平台便于编辑的DEM数据格式,以便在数字摄影测量平台下进行DEM的编辑。

1.5 等高线的生成

1.5.1 山地丘陵地等高线的自动生成

山地丘陵地等高线的自动生成可在ERDAS,JX4,Virtuozo,Global Mapper,GeoTIN等一些软件中生成,但均应以满足用户的要求生成好的等高线为原则。

1.5.2 平地等高线自动生成

平地直接自动生成的等高线效果较差,所有不必要的微地貌均会生成小的等值线圈,因此平地在自动生成之前最好对DEM的数据进行立体编辑,编辑好的平地生成等高线与山地丘陵地的相同。

1.5.3 等高线与原图坎线的自动处理

等高线与原图坎线的自动处理可在arcgis里提取原图中的地形断裂线要素,输出地形断裂线的作用面,利用作用面搽除等高线即达到等高线遇坎自动处理断开。

1.5.4 等高线加GB

等高线如需加GB时,可在arcgis里打开属性表加入GB字段。

1.6 高程点制作

可在arcgis里提取老图中的高程注记点,按照层名属性选择“‘Layer’=‘高程点所在层码’”并导出SHP文件,利用点位和DEM数据生成新的和DEM对应得三维高程点。也可把DEM转换成制图软件内部的格式加载上去,根据DEM实时采集获取高程注记点。

1.7 等高线的后期处理

生成的等高线数据格式和数据量受到限制时,可在Geoway中抽稀等高线结点,再导出DXF格式的数据或其他类型的数据格式。

2 等高线生成后的精度校验

统计资料说明,在原始地面点云为检测基准的情况下,直接利用地面点云进行内插DEM之后,插值精度中误差在0.17 m见图1-a,对DEM进行乘常数为4.0的统计滤波处理之后的精度中误差为0.20 m见图1-b。

3 结束语

通过实践可知,基于激光雷达点云数据生成的等高线完全可以满足制图的要求,中间过程还可以在保证精度的前提下灵活的选择不同的软件和技术方法,在科技不断发展的未来,制图技术也将从低精度向高精度发展,一些新技术的应用将大大提高人们的工作效率,减轻人们的劳动强度。

参考文献

[1]张玉方,程新文,欧阳平,等.机载LIDAR数据处理及其应用综述[J].工程地球物理学报,2008,5(1):119-124.

[2]王刃,徐青,朱新慧.从机载LIDAR数据中提取DEM[J].仪器仪表学报,2007,28(增刊):273-276.

[3]祝国瑞,郭礼珍,尹贡白,等.地图设计与编绘[M].武汉:武汉大学出版社,2002.

等高线法 篇9

1 立体卫星影像DSM自动提取

采用基于半全局优化的密集匹配算法,该算法采用局部逐点匹配的思想,在待匹配像素多个方向上做动态规划,用多个一维的平滑约束来近似该像素二维的平滑约束,减少因遮挡、噪声产生的错误匹配,该算法既保留了动态规划高效的特点,同时也提高了计算结果的精度,算法中引入互信息作为相似测度,互信息较以往的相似性测度(如相关系数、灰度绝对差等)具有对亮度变化、视差初值误差不敏感、可以直接进行像素间的相关计算等优点。该算法包括匹配代价计算、代价矩阵累加、视差解算三个步骤,可得到子像素级匹配结果。

2 点云平滑算法

由立体卫星影像直接提取得到的DSM表面比较粗糙,必须进行平滑处理去掉噪声、孤立突出地物等,以便于后续的等高线提取。考虑到获取的DSM点云相对于航空影像数据较为稀疏,为了更好的保留地形特征,对获取的DSM没有采用点云滤波技术,仅仅做一次中值滤波或平滑处理。过程如下:首先,对区域的DSM点云数据构建不规则三角网,并根据三角网建立点与点之间的邻接关系,即在同一个三角形内的点属于邻接点。然后,依次遍历DSM中的每一个点,根据其周围的邻接点对其高程值进行中值滤波或高斯平滑处理。得到更新的点云数据。

3 等高线自动生成

目前公认的效果比较好的是Global Mapper软件,它可以在生成等高线的同时顾及山脊、山谷的走向,得到的等高线数据更加美观、更加合理。因此,本文采用Global Mapper软件生成等高线,输入第二节中生成的平滑后的点云数据,采用三角网内插DEM算法得到规则格网DEM,之后再经过等高线自动提取步骤得到最终的等高线数据。

4 实验结果与分析

采用以上流程进行了实验,实验数据为经过Virtuo Zo Sat软件空三平差和模型裁切后得到的卫星立体影像数据,半全局密集匹配算法和点云平滑算法为本文作者根据上述原理自己编写的程序,环境为Visual C++6.0。等高线自动提取试验流程如下图所示,经Virtuo Zo Sat软件近似核线裁切得到的左右核线影像经过密集匹配技术生成匹配点云,匹配点云经过平滑后内插成DEM数据,再由Global Mapper软件进行等高线自动提取。

对点云数据平滑前后内插的DEM和提取的等高线数据进行了对比,如下图1所示,从结果可以看出点云平滑前内插的DEM比较粗糙,平滑后内插的DEM表面光滑度得到了明显提高,由点云平滑前内插的粗糙DEM提取的等高线比较乱,很多毛刺、不够光滑,点云平滑后内插的DEM提取的等高线毛刺大大减少,在平滑性和美观性方面大大提高。

5 结论

等高线法 篇10

地形测量方法中, 数字化测图应用较普遍, 它的地面模型用数字的形式来表达, 并用计算机进行处理, 最后获得数字化的地形图。这种地形测量方法测图点位精度高, 成图速度快, 便于管理和更新利用成果。同时, 数字化测图的信息含量大, 是GIS信息来源。目前地形测量主要是针对水电、公路、厂矿区规划、城建规划等, 但等高线自动处理始终达不到满意的自动化程度。本文针对地形测量中的等高线自动化处理问题做一个简单的探讨。

1 处理等高线地貌特征线问题

陡坎、斜坡、陡崖等特殊形貌使用特征线表示来表示地形的高低形态, 也是地形图中的重要地形要素, 以我国北部地形更为复杂, 破碎地带较多。通常在白纸测图里, 以坎上高程和坎子比高做出等高线来穿越陡坎, 然后计算等高线进出坎子的具体位置。现在使用的数字化测图, 利用高程点建立数字地面模型DTM, 也就是将地面形貌构建三角网, 再计算追踪高程等值点, 最后, 使用这些高程等值点绘制等高线。从中可以知道, 数字化测图处理等高线穿越陡坡问题时, 先判断也必须判断坎子的比高确定等值点是否在坎子里, 以此可以看出, 在处理等高线陡坡问题时, 先判断坎子的比高是否在坎子里。等高线自动处理的一大难题就是目前均不能录入坎子比高信息。

在野外给坎子上下对应测高程点是现在解决这个问题的办法, 就是在小的投影内能有相对大的高差来作为坎子的比高, 在做内业时, 将坎子上点和坎子下点构造三角网, 然后进行高程等值点的计算, 利用高程点进行等高线的绘制, 来计算坎子的具体位置。这样, 对坎子的上下两边的点构成的网形有很高的要求。图1是对梯田地形测量得到的数据, 其等高距是2米。从图1-a中可以分析, 网形是有明显的错误的, 以上面的坎子上下来说, 两边的高程点如21.2米和14.4米点处的网边穿越坎子, 同样的, 下方坎子8.7米和14.4米之间的两高程点网边也出现变形, 若不进行修正, 将影响到等高线从坎子上下穿越情况, 况且, 利用这样的网形计算高程等值点, 然后自动追踪等高线, 结果必然造成地貌特征的失真, 与实际地貌不符。如图1-b为编辑后的高程等值点计算和自动追踪等高线情况。坎子线沿砍上下网边切断即可。这样, 等高线对实际地形地貌的描述才不会失真。在一些斜坡、陡崖地貌中也存着同样的情况, 可见, 自动处理绘制等高线是否符合实际地貌主要取决于构网是否准确, 只有正确的编辑网形, 才能准确的描绘地貌。

2 地性线对自动生成等高线的影响

绘制地形图时, 山脊线和山谷线都是地性线, 也称为分水线和合水线。地貌的骨架是地线形的主要组成部分, 能直接影响到地貌的逼真程度。在建立DTM时, 常使用地性线做骨架线, 在此基础上用扩展三角形的办法, 计算等高程等值点, 并自动追踪等高线, 通过这些来确保等高线逼近真实地貌。如图2就是来分析地线形对等高线影响的例子, 图2中是对一山谷的测量数据, 其等高距是0.5米。图2-a是没有进行地线形的录入方式, 因而在建立DTM时, 软件进行的构网就无法考虑地性线做骨架线, 只能将所有的高程点以三角形的形式连接, 再将沟两边的高程点连接形成三角网, 其自动追踪生成的等高线与实际有所出入。图2-a中, 高程点237.3米和236.5米之间的网边有跨沟, 并将沟两边的高程点连接, 利用网边来计算出三角网的等值点, 并自动追踪生成的等高线。等高线在235.5米处形成洼地, 实际没有洼地。图2-b录入了地性线信息, 建立DTM时, 利用把这条山谷线作为骨架线来构网, 再把山谷线上的高程点进行相连, 将山沟两侧的高程点连接创建三角网, 计算等值点并生成等高线, 逼近实际地形。图2-b中, 先将沟底点235.8米和233.9米连起来, 把沟两侧高程点237.3米和236.5米连起来创建三角网, 利用三角网计算高程等值点生成等高线, 这样, 等高线避开了沟底点235.5米形成洼地的可能, 与实际相符。其他三角网也同样。前后对比可知, 地性线对自动生成等高线影响显著。因此, 要求工作人员在测绘时, 必须充分注意地形线的重要性, 精确测量准确记录。

3小结

经过以上简单探讨可知, 在地形测量中, 已经解决了陡坡类地貌特征线的处理和地性线对自动生成等高线的影响问题, 使得测量绘图更符合地形地貌的实际情况, 扩展数字化测图的应用, 具有广泛的应用前景。

参考文献

[l]潘正风, 杨正尧.数字测图原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社, 2002. (2) .

等高线法 篇11

【摘要】GPS又称全球卫星定位系统，被广泛运用于现代生活中。本文论述了原有教材中建构“等高线”这一概念的不足和将GPS技术应用于“等高线”教学的具体做法与优点，以期促进信息技术与初中科学教学的整合，提高课堂教学的有效性。

【关键词】GPS技术 “等高线 教学 初中科学

【中图分类号】G65 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0164-02

科学课程是一门综合性的科学课程，其基本理念要求科学课程要反映当代科学成果[1]。在教学过程中要关注科学、技术与社会的发展，是初中科学课程的基本任务之一。在信息技术高速发展的今天，使计算机辅助教学成为趋势。计算机辅助教学具有以下特点：形象生动，易于激发学生学习兴趣；形象直观，突破教学难点；人性交互，实现个性化学习；模拟示范，优化辅导效率[2]。在我国2013年颁布的《普通高中地理课程标准》中就提出要介绍GIS，GPS和RS的知识。近些年在高中，对引入GIS到地理课程已经有了一定的尝试和研究，而在初中科学教学中，对这三个技术的引入和应用还比较少。

初中科学课程中，“等高线”是一个具有一定抽象性的新概念。根据皮亚杰的认知发展理论，初一学生的思维正处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，空间观念较弱，对学习等高线这一新概念具有一定困难性。如何转变抽象概念的学习方式，提高课堂教学中直观性、形象性，是帮助学生，建构“等高线”这一科学概念，是本堂课的教学重点和难点。本文介绍将GPS技术引入“等高线”概念的课堂教学中的教学设计，在教学过程中有效地使用信息技术辅助教学，优化课堂教学。

一、教材中“等高线”内容的设计

浙教版七年级上册科学第三章第七节，在讲解如何制作等高线地形图时，举了珠穆朗玛峰的例子，并让学生思考用什么方法把山峰表示在地图上。接着让学生用橡皮泥，马铃薯或者其他材料做一个山峰，并在山峰的不同高度按一定的高度差依次画上等高线，将山峰放在白纸上，让学生俯视山峰，观察等高线，并尝试把等高线画到白纸上。最后再讲解等高线地形图制作的原理。

学生在山峰上制作等高线是对书中活动步骤的机械模仿操作，并不能很好地理解等高线这一概念的意义。教材的做法忽略了学生思维的转化过程，对学生空间思维的要求较高，要求学生思维进行一个三维到二维的直接转化。书本中的活动让学生直接俯视山峰上的等高线并将等高线画在白纸上，难度较大，大部分学生画不出等高线地形图，容易让学生丧失学习兴趣，影响知识点的落实。同时，学生对珠穆朗玛山的了解多来自书本，没有直接的体验，不容易引起兴趣。

二、GPS技术的引入

将GPS技术引入课堂，进行课堂改进，能较好地解决上述问题。具体做法如下：

在备课时，用GPS（乐图软件）输入所想要的地方进行搜索，选取学校附近的一座山，并在图层选项中选择卫星图，制作所选地方卫星图并保存作为图1。在图层中选择等高线图层和卫星图，制作所选取地方的等高线卫星图，保存为图2。在乐图软件图层选项中选择等高线图层和地形图，制作等高线地形图保存为图3。

在上课时，教师先用PPT向同学们呈现图1，先安排一个“猜一猜”的活动，作为课堂教学的导课环节。随着教师将卫星图片慢慢放大，学生从一张“陌生图片”中逐渐发现图中的学校位置，以及学校边上的小山。当学生看到自己生活环境与平时非常熟悉的附近的山的卫星图，很容易引起学生的关注。这时教师点明本节课的学习任务——“等高线”，即如何用图示来表示自然界中地形地貌，从而激发内在的学习动机。

接着呈现图2，学生看到山上画着一圈圈的线，必然会感觉到好奇，能联想到一系列“为什么山上会有线”，“这个线是什么”，“画这个线有什么作用”等一系列的疑问，能很好地激发学生的好奇心和求知欲。接下来教师运用图2，讲解“等高线”和“等高距”的概念，学生便能在原有的感性认知上比较容易地建构 “等高线”这一概念，同时体验科学探究的思维方法，使学生能获得一种新的视角科学地去看待自己赖以生存的地理环境。

随后呈示图3，学生能发现图3就是去掉“山”只留下“线”的图2，学生容易产生“是怎么样把山上的线画到图上的呢”和“把山去掉只留下线有什么用呢”，“这个图叫什么名字呢”等疑问，这时，教师结合教材等高线的绘制原理给学生讲解等高线图的概念和绘制原理，完成了从事物图片到图示的科学转变，体验科学探究的乐趣。

最后，介绍“等高线”在社会活动、生产实践和生活中应用的一些具体事例来拓展学生的视野，完成概念的迁移，体验科学探究中的演绎法。

图1 松门镇中学附近卫星图

图2 松门镇中学附近等高线卫星图

图3 松门镇中学附近等高线图

本文采用了乐图软件（GPS技术），展示等高线绘制过程，这种做法主要有以下优点1.这三幅图所创设的地理情境具有强烈的趣味性和感染性，能使学生在一个和谐自由的氛围中学习并能在学习过程中改变学生直观感性地看待地理空间。2.教师在课堂中通过图片的逐步呈现，能提供给学生丰富的感性材料，不断激发学生的好奇心和求知欲，能延长学生的注意时间，使学生得到清晰准确的感知，启发学生的思考步步深入，使学生由感性认知跨越到理性认知，进行新知识的理解与建构，符合学生的认知规律，也符合教师为主导学生为主体的教学理念。3.同时GPS技术建构的二维，三维空间，使学生空间认知过程可视化，使原本抽象的“等高线”概念形象化，降低了学生二维，三维思维转化之间的困难，具有强烈的直观性，使学生在脑海中形成一个形象的等高线地形图绘制过程，不仅使“等高线”这一知识点得到很好的落实，对发展学生的地理空间能力有很大的促进作用。

初中科学课程旨在提高学生科学素养，在信息技术快速发展的今天，应用现代信息技术能更加直观和有效地帮助学生进行科学概念的建构，突破教学难点，提高教学质量。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部制定.初中科学课程标准[M].北京： 北京师范大学出版社，2012.

[2] 陈志伟，陈秉初.中学科学教学论[M]上海：科学出版社，2012-9.

[3] 都园园，姜丰，都升升，等.从美国 GIS 教育应用的现状看我国地理教育信息化的问题[J].中小学信息技术教育，2011，12（5）：74-76

[4] 徐志梅，袁孝亭.地理课程标准中地理空间能力的培养要求解析[J].中学地理教学参考，2011，12：9-11

[5] 危辉，潘云鹤.形象思维的视表象基础[J].浙江大学学报（工学版），2001，35（2）：152-169

[6] 朱铁成.形象思维和抽象思维的本质及其对物理教学的启示[J].浙江大学学报（自然科学版），2001，24（1）：19-23

等高线法 篇12

地形是自然界复杂的景物,三维地形是模拟自然环境中不可缺少的重要组成部分。CAD等高线地形图是二维平面表示三维地形的重要工具,等高线是地图学中最常用的地理要素,是地理信息系统最基础的数据[1]。基于等高线的三维真实感地形的重建,摆脱了等高线二维图形表示地形、地貌的局限性。利用等高线数据构造三维地形不仅能保证一定的几何精度,而且数据易于获得,包含有丰富的地形地貌特征。因此,近年来,对等高线地图进行三维建模与可视化的研究成为地图学和地理信息系统的研究热点,其目的就是使地形特征和地理信息表现得更加直观,使地形的三维可视化程度更高。

数字地形模型简称DTM(Digital Terrain Model),是用一系列地面点空间坐标值(X、Y、Z)描述地表形态的一种方式。通常按一定格网间距,对地表高程进行数值采样的数字文件,采用格网结构进行数据组织,构成地形特征值数据矩阵以表示连续的地表面。本文以提取重庆某山区滑坡治理工程的地形图中的等高线为例,根据等高线的绝对高程值来建立DTM。它为地学综合分析提供高程、坡度、坡向等基本分析因子,在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、气象、军事等国民经济、国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。

1 采用DXF文件提取等高线

图形交换格式文件(Drawing Exchange Fomat,DXF)可以实现不同CAD软件间的图形数据交换,是一种基于矢量的ASCII文本格式,是国际通用的图形数据交换标准,绝大多数CAD系统都能读入或输出DXF文件。DXF文件是由很多的"代码"和"值"组成的"数据对"构造而成,这里的代码称为"组码"(group code),指定其后的值的类型和用途。每个组码和值必须为单独的一行。DXF文件被组织成为多个"段"(section),每个段以组码"0"和字符串"SECTION"开头,紧接着是组码"2"和表示段名的字符串(如HEADER)。段的中间,可以使用组码和值定义段中的元素。段的结尾使用组码"0"和字符串"ENDSEC"来定义。

等高线指的是地面上海拔高度相同的点连成的闭合曲线,垂直投影到一个标准面上,并按比例缩小画在图纸上。本文首先将等高线从原始CAD地形图中提取出来,如图1所示,把DWG格式另存为DXF格式,然后,在VS2005开发环境下,用C和C++语言获取该滑坡体等高线各点三维空间坐标(X、Y、Z)和点序,将其存入结构体数组Vertex和Sequence,用fopen("DGX.dxf","r")语句打开DXF文件,依次循环读入,直到文件结束,fclose(fp),最后,编写二维折线的绘制函数Drawline(),将等高线逐个离散的点连接而成以OpenGL的机制显示在工作区内,实现三维立体化[2],如图2所示。

2 根据等高线三角网创建DTM

根据等高线高程创建的DTM实际上是栅格数据模型的一种。栅格数据大致可分为规则网格和不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)。虽然规则网格的高程矩阵可以很容易地用计算机进行处理,特别是栅格数据结构的地理信息系统,它还可以很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形,使得它成为数字高程模型(DEM)最广泛使用的格式,目前许多国家提供的DEM数据都是以规则网格的数据矩阵形式提供的。但是规则网格不能准确表示表面网格所代表的地形的结构和细部,在地形平坦的地方,存在大量的数据冗余;在不改变格网大小的情况下,又难以表达复杂地形的突变现象。此外,规则网格的数据量通常比较大,给数据管理带来了不便,需要进行压缩存储。如果采用无损压缩难以达到很好的压缩效果,如果要保证压缩效果,只能采用有损压缩,即牺牲了地形的细节。而不规则三角网较规则网格而言减少了规则网格带来的数据冗余,同时在计算效率和表达精度方面也有其优越性。

不规则三角网根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络,区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上,该点的高程值通常通过线性插值的方法得到(在边上用边的两个顶点的高程,在三角形内则用三个顶点的高程)。不规则三角网的数据存储方式比规则网格复杂,它不仅要存储每个点的高程,还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑结构,三角形及邻接三角形等关系[3]。

本文针对海量散点数据建立网格索引,将整个数模区域按一定宽度划分为一个个正方形网格,然后将所有地形数据点根据其平面坐标"投入"到相应网格存储起来,同时,各数据点分别记录一个以该点为顶点的三角形,各三角形分别记录三角形之间的拓扑信息,这些记录在逐点插入的过程中,随着网形的变化,会自动更新,从而更好地实现DTM数据的高效组织和管理。通过这一索引系统,可以建立网格-散点-三角形之间的空间映射关系,如图3所示。借助这种映射可以方便快捷地检索出给定点附近的散点集及三角形集合等拓扑信息,为快速完成三角形的定位及影响域的确定和重构奠定了基础。

在给定点附近快速地找到一个三角形,作为初始三角形,它的定位可借助前述网格-散点-三角形的映射机制,根据给定点的平面坐标计算出该点所在的网格,依据网格记录的首点号在点集中取点,依据首点记录的三角形号在三角形集合中取出首三角形。按这种方法定位的首三角形能够保证足够接近目标三角形,且定位方便快捷。方向搜索是从首三角形开始,针对三角形的三边,利用点在直线边侧的检测,判断三角形的重心和给定点是否位于某一边的同侧或异侧,来决定搜索方向或终止。当给定点与重心相对于三角形的某一边异侧时,则一个检测对象就是以该边为公共边的邻接三角形;当给定点与重心相对于三角形的三条边均位于同侧时,则搜索终止。

按上述方法定位后,为了快速确定与重构三角网,本文采用了各网格轮流加点的策略,即:先采用快速排序算法将网格数组根据点数按从小到大排序,然后从排好序的各网格轮流取点加入,有效地提高了该部分的算法效率,每一次加点后,网格记录的点数减一,并用指针记录数组中第一个非空网格,作为下一次取点的首网格,如图4所示。

本文采集了重庆某山区的真实等高线数据,将其导入程序,生成的不规则三角网结构如图5所示。实验表明,该算法的构网率高,保留了等高线包含的地形特征。

图5地表模型是网格形式的,为了更形象地看到地表包含了等高线的地形特征,创建了基于等高线的DTM,如图6所示。

隐藏图6的等高线,采用填充三角网面的方法,可以完整地将该地区的地表显示出来,如图7所示。

3 结论

本文采用DXF格式文件提取CAD图形中的等高线要素,在VS 2005环境下,实现了基于等高线的不规则三角网建模。由测试结果可知,该算法的执行速度快,构网率高,而且保留了等高线包含的地形特征,较好地实现了真实感三维地形重建。

参考文献

[1]张衡,刘群.CAD与GIS空间数据转换方法研究[J].城市勘测,2009(4):42-44.

[2]李尧,芮小平,刘真余.基于OpenGL的DEM地形可视性分析算法研究[J].数学的认识与实践,2008(24):109-113.