第二节 地形图基本知识
一、地形图概念及地图投影
(一)地形图概念
地形图是将实地的地貌和地物,按适当的投影方法,一定的比例关系和规定的符号测绘在平面上的图形。
地形图是各级指挥员和司令部制定作战计划、实施作战指挥的主要工具之一,是国家的重要机密资料。图上的大地点、坐标网和所显示的某些内容,均为军事机密,尤其是标有我方的兵力部署和行动计划的要图,机密性更高,一旦为敌所获,将会造成严重的后果。因此,对地形图的保管、使用和保密等,必须给予高度的重视。对地形图的接收、管理、传递、请领、下发和销毁,应严格按照保密规定和有关指示执行,严防地形图的损坏和丢失。
(二)高斯投影
地球的表面是球面,把地球表面的地形投影到平面上,并使其变形尽量小而且有规律性,这种将地球表面的图形,按照一定的数学原理相应地转换到平面上的方法,叫地图投影。
高斯投影,是德国数学家高斯推算,后经德国大地测量学家克吕格研究改进的一种投影方法,故称高斯—克吕格投影,简称高斯投影。我国1∶1万~1∶50万地形图均采用这种投影方法。高斯投影是以横圆柱面做投影面的分带正形投影。从起始经线起,由西向东按经差每6°分为一个投影带,将全球分为60带。
假想用一个椭圆柱面切于地球椭球某一经线(叫“中央经线”),然后根据角度不变的条件,用数学方法将地球的经线投影到椭圆柱面上。为了控制变形,先按一定的经差将地球表面分为若干带,再使椭圆柱面切开展平,就是地球各带经纬网在平面上的图形。我国位于东经72°—138°之间,即在13—23投影带内。这种投影具有精度高,变形小,计算简便等特点,能满足在大比例尺地形图上进行精确量测和计算的要求。
二、地图比例尺
(一)比例尺定义
地图上某线段的长度与相应实地水平距离之比,叫地图比例尺。如某幅地图的图上距离为1厘米,相应实地的水平距离为5万厘米,则这幅地图是将实地缩小五万倍测制的,1与5万之比就是该图的比例尺,叫1∶5万(1∶50 000)或五万分之一。
地图比例尺的大小是按比例来衡量的。地图比例尺越大,图上显示的地形就越详细,精度就越高,但同一幅面的图中所包含的实地范围就越小;地图比例尺越小,图上显示的地形就越概略,精度就越低,但同一幅面的图中所包含的实地范围就越大。我军地形图比例尺的系列为: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。
(二)比例尺形式
地图比例尺以图形结合文字和数字表示,通常绘在南图廓下方的中央。
1.数字比例尺
各种地形图上用得最多的比例尺。数字比例尺是一个以分子为1的比例关系,如1∶10 000、1∶2 500…1∶1 000 000等。也可以用1∶1万,1∶2.5万…1∶100万书写形式。
图9-1 直线比例尺
2.直线比例尺
直线比例尺是在一条直线上,以某点为基准,按图上不同线段长加注实地相应水平距离的一种图解比例尺(图9-1)。
(三)比例尺的应用
1.用直尺量算
用直尺量算距离时,可用直尺先量取图上长,再将此长按地形图比例尺公式计算,即得实际水平距离。
2.在直线比例尺上比量
先用两脚规量出两点间的长度,并保持其长度,再到直线比例尺上去比量。比量时,先使两脚规的一脚落在尺身的整公里数上,再使另一脚落在尺头上,即可直接读出两点间实地水平距离。
3.点间曲线的量读
量取图上的曲线距离,通常用军用指北针上的里程表进行。里程表由表盘、指针、滚轮组成。表盘按图周刻划,由内向外分别刻划1∶2.5万、1∶5万、1∶10万三种里程。量读时,先使指针归零,然后右手持指北针,使滚轮从图上起点开始向所量之线均匀地推至终点,指针在相应比例尺分划圈上所指的公里数,即为两点间实地水平距离。
从地形图上量得的距离,不论直线距离或弯曲距离,都是两点间的水平距离。如两点间地形平坦,图上所量距离接近于实地水平距离;如两点间地形起伏,则两点间的实地斜距大于图上量得的水平距离。因此,在计算行军里程时,必须根据使用要求和地形起伏情况进行具体分析,将图上量得的距离,加上适当修正数而得。
三、地形图坐标网
使用地形图坐标,便于迅速准确地确定点位,指示目标,实施组织指挥。军事上常用的有地理坐标和平面直角坐标。
(一)地理坐标
用经纬度数值表示地面某点位置的球面坐标,叫地理坐标。地理坐标通常用度、分、秒表示。
1.地图上地理坐标的注记
地形图是按经纬度分幅的,地图的南、北内图廓线是纬线,东、西内图廓线是经线。地图投影以后,除赤道和中央经线以外,其他经、纬线都是弯曲的,但在1∶2.5万、1∶5万和1∶10万地形图上近似成直线。
2.地理坐标的应用
地理坐标,是各国通用坐标,在航海、航空、边防和外交斗争中,常用地理坐标指示目标和确定点位。指示目标时,应按先纬度后经度的顺序进行。
(二)平面直角坐标
用平面上的长度值表示地面点位置的坐标,叫平面直角坐标。
1.平面直角坐标的构成
我国地形图上的平面直角坐标网,是按高斯投影绘制的。它以6°为一投影带,每投影带的中央经线为纵轴(X轴),赤道为横轴(Y轴)、其交点为坐标原点(O)。这样,每一个投影带便成了一个独立的坐标系。
为便于从每幅地形图上量测任意点的坐标,以公里为单位,按相等的距离作平行于纵、横轴的若干直线,而构成平面直角坐标网,也叫方里网。纵坐标以赤道为零起算,向北为正,向南为负。因我国位于北半球,所以纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算,则向东为正,向西为负,使用时非常不便。为了避免负值,把中央经线按500公里(大于赤道上经差3°相应的实地长)计算。这样,在中央经线以东的横坐标值均大于500公里,以西的小于500公里。
图9-2 军用地图上的坐标
坐标网注记,在东、西图廓横线上注记的为纵坐标值,在南、北图廓纵线旁注记的为横坐标值(图9-2)。
在图廓的四角,注有纵、横坐标的全部数值,其他一般只注记末两位数。横坐标值为三位数,三位数以前的为投影带号。
为便于查找,在图幅中央处的纵、横坐标线上,也注有相应的坐标数值。
2.平面直角坐标的应用
平面直角坐标,主要用于指示和确定目标在图上的位置,也可根据方格估算距离和面积。指示目标或确定点的位置时,按先纵坐标后横坐标的顺序进行。
(1)用概略坐标指示目标
用概略坐标指示目标的图上位置时,只用该目标所在方格纵横坐标末两位的公里数值即可。需要明确地指示目标在方格中的位置时,可采用井字法。即将一个方格划为九个小格,指示目标时,在概略坐标后加注小格的编号即可。
用末两位公里数值指示目标,只适用于百公里范围以内,如超过百公里范围时,就会产生重复,造成混淆。此时,还应指出图幅名称、编号或使用坐标的全值。
(2)用精确坐标指示目标
精确坐标,由目标的概略坐标(公里数),加上该点至所在方格下边和左边坐标线的垂直距离(米数)组成,用于精确地指示和确定某点的图上位置。
四、地形图分幅与编号
(一)1991年前我国地形图分幅编号
地形图查询依据地形图图幅编号进行。我国每一种基本比例尺地形图都规定有图廓大小,且都有相应号码标志,基本比例尺地形图采用经纬线分幅(梯形分幅),并规定了相应编号。
其分幅编号系统是以1∶100万地图为基础,划分出1∶50万、1∶25万、1∶10万3种比例尺;再以1∶10万为基础,划分出1∶5、1∶1万;又以1∶5万为基础,划分出1∶2.5万比例尺。
上述地形图的分幅和编号,常制成地形图分幅和编号接合表,以便查询。
(二)1991年实施的国家地形图分幅编号
从1991年起,新测制和更新的地形图,都须按《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准实施分幅编号。
新国家标准和以前分幅编号规定相比,增加了1∶5千比例尺地形图;分幅仍以1∶100万地形图为基础,经差、纬差没有改变,但分幅方法变为:7个系列比例尺地形图均由1∶100万地形图划分而成;过去的纵行、横列改为横行、纵列;编号仍以1∶100万地形图为基础,加上比例尺代码,续接各相应比例尺的行、列数字码构成。即1∶50万~1∶5千地形图编号均由5个元素10位码构成:前3位为1∶100万地形图编号,第4位为比例尺代码(用B、C、D、E、F、G、H分别代表1∶50万、1∶25万、1∶10万、1∶5万、1∶2.5万、1∶1万和1∶5千比例尺),第5~7位是图幅行号数字码,第8~10位是图幅列号数字码。
1∶100万地形图分幅仍按国际1∶100万地图分幅标准划分,即一幅标准分幅纬差4°、纬差6°;纬度60°~76°间纬差4°、经差12°;纬度76°~88°间纬差4°、经差24°。编号由该图所在的行号(字母码)和列号(数字码)构成,如西安所在的1∶100万地形图图号为149。
1∶50万地形图:每幅1∶100万地形图分为2行2列,共4幅该图,该图每幅纬差2°、经差3°,比例尺代码为B,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~002。编号如I49B001001。
1∶25万地形图:每幅1∶100万地形图分为4行4列,共16幅该图,其每幅纬差1°、经差1°30′,比例尺代码为C,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~004。编号如I49C002001。
1∶10万地形图:每幅1∶100万地形图分为12行12列共144幅该图,其每幅纬差20′、经差30′,比例尺代码为D,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~012。编号如I49D006002。
1∶5万地形图:每幅1∶100万地形图分为24行、24列共576幅该图,其每幅纬差10′、经差15′,比例尺代码为E,行、列号数字码001~024。编号如I49E011004。
1∶2.5万地形图:该图中每幅1∶100万地形图分为48行、48列共2 304幅得来,其每幅纬差5′、经差7′30″,比例尺代码为F,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~048。编号如I49F021008。
1∶1万地形图:该图由每幅1∶100万地形图分为96行、96列共9 216幅得来,其每幅纬差2′30″、经差3′45″,比例尺代码为G,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~096。编号如I49G042015。
1∶5千地形图:该图由每幅1∶100万地形图分为192行、192列共36 864幅得来,其每幅纬差1′15″、经差1′52.5″,比例尺代码为H,行、列号数字码从上到下,从左到右分别为001~192。编号如I49H084030。
五、方位角与偏角
从某点的指北方向线起,依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角,叫方位角。现地判定方位、标定地图、指示目标、准备射击诸元、保持行进方向等,常需利用方位角。
(一)方位角的种类
由于每点都有真北、磁北和坐标纵线三种不同的指北方向线,因此,从某点到某一目标,就有三种不同的方位角(图9-3)。
图9-3 方位角及其种类
1.真方位角
某点指向北极的方向线叫真子午线,即经线。从某点的真子午线起,依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角,叫该点的真方位角。通常在精密测量中使用真方位角。
2.磁方位角
某点指向磁北极的方向线叫磁子午线。在地形图南、北图廓上的磁南、磁北(即P、N)两点间的连线,为该图的磁子午线。从某点的磁子午线起,依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角,叫该点的磁方位角。在航空、航海、炮兵射击、军队行进时,都广泛使用磁方位角。
3.坐标方位角
在标有平面直角坐标的地形图上,从某点的坐标纵线北起,依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角,叫该点的坐标方位角。炮兵一般坐标方位角较多使用,坐标方位角它不但可以从图上量取,也并可换算为磁方位角在现地使用。
(二)偏角的种类
偏角分三种:
1.磁偏角
磁子午线与真子午线间的夹角,叫磁偏角。因地磁两极与地球两极不重合所致。磁偏角因地而异,同一地点的磁偏角也随时间而有微变动。磁子午线在真子午线以东的,为东偏,在真子午线以西的,为西偏。
2.坐标纵线偏角
坐标纵线与真子午线间的夹角,叫坐标纵线偏角,又叫子午线偏角。坐标纵线北端在真子午线以东的,为东偏,在真子午线以西的,为西偏。在同一高斯投影带内,距中央经线和赤道愈近,偏角愈小,反之偏角愈大,但最大的偏角不超过3°。
3.磁坐偏角
磁子午线与坐标纵线间的夹角,叫磁坐偏角。磁子午线在坐标纵线以东的,为东偏,在坐标纵线以西的,为西偏。它有时为磁偏角和坐标纵线偏角之和,有时为二者之差。
为便于计算,上述三种偏角都以东偏为正(+),西偏为负(-)。地形图南图廓的下方,均绘有偏角图。
(三)方位角测量
用简易测角工具在实地或地形图上测量方位的工作,叫方位角测量。简易测角工具有指北针、指挥尺和半圆量角器等。方位角测量在现地使用地形图和炮兵射击准备中,有着广泛的应用。为便于使用,简易测量工具上通常刻有两种角度制:度和密位。因密位将角度以所对应的弧长表示,计算中无须单位换算,在军事上多以密位表示。
在地图上测量方位角的方法有:用量角器量读、用指挥尺量读和用指北针量磁方位角等。
六、地物符号
在地形图上,地物是根据《地形图图式》规定的符号结合注记表示的。这些规定的图形符号叫地物符号。根据符号和注记,可以识别地物的分布、形状和大小,了解江河的河宽、水深和流速,桥梁的长、宽、载重量和性质,森林的种类、高度和粗度等。
(一)符号的图形
符号的图形,多数是按地物的平面形状制定的,如居民地、桥梁与江河等;一些是按地物的侧面形状制定的,如亭、塔、烟囱等;也有少数是按有关意义制定的,如矿井、气象台(站)和变电所等。如果我们掌握了制定地物符号的一般规律,联想实地地物的形状,就易于识别和记忆。
(二)符号的分类
1.依比例尺表示的符号。实地上面积较大的地物,如居民地、森林、大的江河与湖泊等,其外部轮廓是按比例尺缩绘的,在图上可了解其分布和形状,量取相应实地的长、宽和面积。
2.半依比例尺表示的符号。实地上的线状地物,如道路、垣栅、土堤、小的河流等,其长度是依比例尺表示的,而宽度则不能依比例尺表示。在图上只能量取相应实地的长度,而不能量取宽度和面积。其准确位置,在符号的中心线或底线上。
3.不依比例尺表示的符号。实地上面积很小,但对军事行动有影响或有方位意义的独立地物,如亭、塔、突出树、独立房屋等,无法依比例尺缩绘在地形图上,只能以规定的符号表示,在图上可了解实地地物的性质和准确位置,不能量取大小。其准确位置,在符号的定位点上。
4.说明和配置符号。说明符号只用来说明某些符号所不能表示的内容,如潮流、江河流向的箭头等。配置符号主要用来表示某些区域的植被和土质分布特征,如草地、露岩地和路旁行树等。说明和配置符号,只表示实地某些地物的情况和分布,不表示地物、地貌的真实位置。
(三)注记
1.城市、集镇、村庄、高地、江河、水库等的地理名称,分别用不同的颜色、字体和大小的文字来表示。
2.公路路面的质量,渡口、徒涉场和桥梁的性质,森林的种类,井水的咸淡,塔形建筑物的性质等,均用不同颜色的文字注在符号的一旁。
3.山的高程,土堆、冲沟、陡崖的比高,森林的平均树高、树粗,公路的宽度,江河的宽、深和流速等,均用不同颜色的数字表示。
(四)符号的颜色
我军地形图采用四色套印,使地图内容层次分明,清晰易读,且便于标绘战术情况。地形符号颜色的规定:黑色表示人工地物,棕色表示地貌,蓝色表示水系,绿色表示植被等。
(五)注意事项
测绘地形图时,由于实地地物繁多,不可能全部测绘到图纸上,因而对某些地物进行了综合、取舍或移位处理。另外,测绘后,实地又会有新增或变化。因此,在识别和使用地物符号时,应注意下述情况:
1.综合取舍表示的地物。如成片的房屋,在地形图上综合成街区符号;林立的烟囱、平原的道路、水网稻田地的沟渠等,在地形图上只表示大的、主要的,舍去小的、次要的。
2.移位表示的地物。当两个以上地物符号相距很近,不能同时表示其真实位置时,一般将主要地物位置精确表示,次要地物移位表示。在公路、沟渠、城墙等线状地物旁边的地物,如独立房屋等,有些是移位表示的,位置不够准确。
3.容易变化和新增的地物。如城镇周围的地物、江河的岸线、生长和砍伐的树木等,测图以后,现地可能因扩建或改造而变化或增加新的地物。
七、地貌判读
(一)等高线表示地貌
1.等高线表示地貌的原理
设想把一个山地模型,从底到顶按相等的高度,一层一层地水平截开,模型的表面便出现许多闭合的截口线,再把这些截口线垂直投影到一个平面上,便呈现出一圈套一圈的曲线图形。因同一条曲线上各点的高度都相等,所以这种曲线叫等高线。相邻两等高线水平截面间的垂直距离叫等高距。地形图就是根据这个原理来表示地貌的(图9-4)。
图9-4 等高线表示地貌原理
2.等高线表示地貌的特点
(1)在同一等高线上,各点的高程相等,并各自闭合。
(2)在同一幅地形图上,等高线多的山就高,等高线少的就低。
(3)在同一幅地形图上,等高线间隔大的坡度缓,间隔小的坡度陡。
(4)等高线的弯曲形状与相应实地地貌的形状相似。
3.等高线的种类
等高线按其作用不同,分为以下四种:
(1)基本等高线(首曲线) 在地图上按规定等高距测绘的细实线,用以表示地貌的基本形态。
(2)加粗等高线(计曲线) 从高程起算面起,在地形图上每隔四条首曲线描绘的粗实线,便利在图上查算高程。
(3)半距等高线(间曲线) 在地形图上按二分之一等高距测绘的长虚线,用来表示基本等高线不能表示的局部地貌。
(4)辅助等高线(助曲线) 在地形图上按四分之一等高距测绘的短虚线,用来辅助半距等高线还不能表示的局部地貌。
4.高程起算和注记
我国地面的高程,规定采用1956年依据青岛验潮站多年的观测数据,计算黄海的平均海水面为基准起算面,称为1956年黄海高程系。从这个基准面起算的高程叫真高(也叫海拔);从某一个假定基准面起算的高程,叫标高,也叫假定高程。两点间高度之差叫高差。地形图上的高程注记,如控制点、山顶和某些地物的高程,用棕色数字注记,字头朝向上坡方向。
(二)山的各部形态及表示方法
1.山的各部名称及图上表示方法
山 山的最高部分叫山或山顶。图上表示山顶的等高线是一个小环圈,有时在环圈外绘有垂直于等高线的短线,叫示坡线。
山背 从山顶到山脚间的凸起部分,叫山背。图上表示山背的等高线从山顶起。逐渐向外凸出。各等高线凸出部分顶点的连线,叫分水线。
山谷 两个山背或山脊间的低凹部分,叫山谷。图上表示山谷的等高线,逐渐向山顶或鞍部方向凹入。各等高线凹入部分顶点的连线,叫合水线。
洼地 比周围地势凹陷,且经常无水的地方叫洼地或凹地。在地形图上表示凹地的等高线是一个或数个小环圈,在环圈内测绘有示坡线。
图9-5 山的基本形态表示方法
鞍部 相连两个山顶间形如马鞍状的低凹部分,叫鞍部。图上鞍部是由表示山谷和山背的两对称的等高线表示。
山脊 由若干山顶、鞍部相连所形成的凸棱部分,叫山脊。山脊的最高棱线,叫山脊线。图上山脊是由若干表示山顶和鞍部的等高线连贯起来表示的。
此外,还有台地、山垅、山凸、山丘等(图9-5)。
2.变形地
地表面因受地壳变动,流水、风力作用或其他的影响,局部地貌改变形状的部分,叫变形地。因面积较小或较陡,图上不便于用等高线表示,而以专用符号表示。变形地明显突出,具有良好的方位作用。
冲沟 地面因雨水冲蚀而形成的大小深沟,叫冲沟,也叫雨裂。冲沟的沟壁一般比较陡峻,图上根据其宽度分别用单线或双线表示。冲沟一般注记深度,有的以分式注记,分子为宽度,分母为深度。
陡崖 高地斜面坡度近乎垂直(坡度在70°以上),难于攀登的陡峭崖壁,叫陡崖,也叫断崖。符号的实线表示崖壁的上沿部分,注记数字为陡崖高度。
陡石山 岩石裸露的陡峭(坡度一般70°以上)的山脊、山背及独立石山等。
崩崖 沙质或石质山坡,受风化作用,向山坡崩落的沙土或石屑地段。
滑坡 斜面表层因雨水或其他外力影响而下滑的地段。
3.斜面和防界线
斜面是从山顶到山脚的倾斜部分。高地朝向敌方的斜面叫正斜面,背向敌方的斜面叫反斜面。按形状可分为:
等齐斜面 坡度近乎一致,斜面上均能通视。图上等高线的间隔基本相等。
凸形斜面 坡度上缓下陡,斜面上部分地段不能通视,形成观察和射击的死角。图上等高线的间隔上疏下密。
凹形斜面 坡度上陡下缓,斜面上均可通视。图上等高线的间隔上密下疏。
波状斜面 坡度陡缓不一,斜面的若干地段不能通视,形成观察、射击的死角较多。图上等高线的间隔疏密不一。
防界线 斜面凸起的倾斜变换线。在防界线上,能展望其下方的部分或全部斜面,适于设置观察所和步兵火器射击阵地等。图上防界线是等高线由疏变密的地方。
(三)地貌判定
1.高程、高差判定
图9-6 利用等高线判定高差
判定点的高程,应先在判定的点附近找到高程注记,然后根据等高距推算。判定两点间的高差时,首先要判明两点的高程,将两点的高程相减,即得两点间的高差(图9-6)。
2.起伏判定
在图上判定战斗行动区域或运动方向上的起伏状况时,首先应根据等高线的疏密概况,河流的位置和流向,找出各山脊的分布状况和地形总的下降方向,再具体明确山顶、鞍部、山脊、山谷的分布,详细判明起伏状况。通常,当等高线在河流一侧时,靠近河流的等高线表示下坡方向,反之为上坡方向;当等高线横穿河流时,上游的等高线表示上坡方向,反之为下坡方向。A—B为上坡,B—D为下坡,D—C为先下坡后上坡,C—E为先下坡后上坡(图9-7)。
图9-7 地形起伏判定
3.坡度判定
坡度,是斜面对水平面的倾斜程度。坡度大到一定程度,人员、骡马、车辆等就难于通行或不能通行。
判定坡度通常用坡度尺比量的方法进行。地形图南图廓的下方绘有坡度尺,其下方注记1°~30°的坡度数值和3.5~58的百分数,从下至上有六条线,可以分别比量2~6条等高线间的坡度。当量某段道路的坡度时,先用两脚规(或纸条)量取图上两条等高线间隔的宽度,然后移到坡度尺第一条曲线与底线间的纵方向比量,在等高线间隔的宽度与坡度尺间隔相等的位置下面,读出相应的坡度。