DEM數(shù)據(jù)獲取方法

1、一、DEM數(shù)據(jù)獲取方法：定義：地形圖指的是地表起伏形態(tài)和地物位置、形狀在水平面上的地物和地貌按水平投影的方法，并按照一定的比例縮繪到圖紙上，這種圖稱為地形圖。特點(diǎn)：（1） 具有統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系統(tǒng)的高程系統(tǒng)（2） 具有完整的比例尺系列和分幅編號(hào)系統(tǒng)：國(guó)家基本地形圖含1:5千、1:1萬(wàn)、1：2：2.5/1:5萬(wàn)、1:10萬(wàn)、1:25萬(wàn)、1:50萬(wàn)、1:100萬(wàn)8種比例地形圖。缺點(diǎn)：（1） 地形圖現(xiàn)勢(shì)性較差：紙質(zhì)地形圖制作工藝復(fù)雜，更新周期比較長(zhǎng)，一般不及時(shí)反映局部地形地貌的變化情況（2） 地形圖存儲(chǔ)介質(zhì)單一，容易變形：傳統(tǒng)地形圖多為紙質(zhì)存儲(chǔ)介質(zhì)，存放環(huán)境（溫濕度）導(dǎo)致地形圖圖幅產(chǎn)生不同程度的變形，

2、這種變形表現(xiàn)在不同方向上的長(zhǎng)度變形和圖幅面積上的變形（3） 地圖精度有限：地圖精度決定這地形圖對(duì)實(shí)際地形表達(dá)的可信度，與地形圖比例尺、等高線密度（由等高距表示），成圖方法有關(guān)。不同比例尺的地形圖，其所表示的幾何精度和內(nèi)容詳細(xì)程度有很大的差別。在應(yīng)用DEM的時(shí)候要考慮DEM分辨率、存儲(chǔ)格式、數(shù)據(jù)精度和可信度等因素。二、DEM數(shù)據(jù)采樣策略與采樣方法：采樣：確定在何處需要測(cè)量點(diǎn)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程有三個(gè)參數(shù)。決定：點(diǎn)的分布、點(diǎn)的密度和點(diǎn)的精度。1. 采樣數(shù)據(jù)的分布：由數(shù)據(jù)位置和結(jié)構(gòu)（分布）來(lái)確定，指數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布形態(tài)位置有地理坐標(biāo)系統(tǒng)中經(jīng)緯度或者網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)中坐標(biāo)決定。結(jié)構(gòu)的形式很多，因地形特征、設(shè)備、應(yīng)

3、用的不同而不同。2. 數(shù)據(jù)的密度：是指采樣數(shù)據(jù)密集程度，與研究區(qū)域的地貌類型和地形復(fù)雜程度有關(guān)。用于刻畫地形形態(tài)所必須的最少的數(shù)據(jù)點(diǎn)。表示方式：相鄰的兩點(diǎn)之間的距離、單元面積內(nèi)的點(diǎn)數(shù)、截止頻率（采樣數(shù)據(jù)所能表示的最高頻率）、單位線段上的點(diǎn)數(shù)等。采樣距離：相鄰兩點(diǎn)之間的距離，也稱采樣間隔。·通常數(shù)字加單位來(lái)表示，如采樣距離為20米，表示規(guī)格網(wǎng)分布的采樣數(shù)據(jù)·另一種表示法是單位面積內(nèi)的點(diǎn)數(shù)，如每平方米500點(diǎn)，描述隨機(jī)分布的采樣數(shù)據(jù)·描述數(shù)據(jù)分布是沿等高線或特征等線狀分布采樣點(diǎn)，常用單位線段上的點(diǎn)數(shù)，如每米2點(diǎn)3. 數(shù)據(jù)的精度：是指數(shù)據(jù)點(diǎn)本身所具有的精確度，是數(shù)據(jù)獲取

4、過(guò)程中各種不同類型誤差的綜合反映采樣數(shù)據(jù)精度與數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)的采集方法和數(shù)據(jù)采集的一起密切相關(guān)。野外測(cè)量、影像、地形圖掃描的精度從高到低激光掃描、干涉雷達(dá)的精度是非常高的攝影測(cè)量比GPS的精度要高，達(dá)到厘米級(jí)。地形圖的手扶跟蹤和掃描矢量化的精度都比較低三、DEM數(shù)據(jù)采集方法：1） 手扶跟蹤數(shù)字化步驟：定參考點(diǎn)（固定地圖）定控制點(diǎn)跟蹤采集（點(diǎn)方式，流方式）2） 掃描數(shù)字化/矢量化（詳見矢量化文檔）DEM（全球數(shù)字高程模型）生成方法 - ANUDEM 模型 水是地貌形成的主要侵蝕因素。ANUDEM (Australian National University Digital Elevation M

5、odel) 采用了這一思想，使用地貌與水文數(shù)據(jù)作為插值約束條件，插值等高線高程。大大減少了DEM中的凹陷數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，顯著提高了DEM在水文特征方面的質(zhì)量。插值方法為遞歸有限元差分插值技術(shù)，擬合樣條曲面。ANUDEM插值處理方法： 等高線是最常見的高程信息表達(dá)方法，也最難適用各種通用插值方法進(jìn)行處理，處理要點(diǎn)： (1) 地表曲面形態(tài)：等高線->等高線局部最大曲率->坡度最陡區(qū)域->山脊線河流徑網(wǎng)->確認(rèn)輸出DEM的水文地貌特征/驗(yàn)證DEM的精確度。 (2) 地表曲面插值：每個(gè)網(wǎng)格單元的插值計(jì)算，使用臨近等值線上的點(diǎn)。(3) 多分辨率逐級(jí)插值：低分辨率DEM->高分辨率

6、DEM->用戶定義分辨率DEM。每級(jí)分辨率插值操作，水系限制條件都用于DEM凹陷生成的控制，保留下的凹陷會(huì)紀(jì)錄在log文件中等高線插值的舉例 (arcinfo: topogrid) Arc: topogrid laodem20 20 TopoGrid: datatype contour TopoGrid: contour laocontour elev TopoGrid: stream laostream TopoGrid: enforce on TopoGrid: endArc:其中：laodem20 - 輸出DEM的文件名20 - 用戶指定分辨率Laocontour - 用于插值的等

7、高線Elev-等高線cover的屬性表中，表示高程屬性的字段名Laostream-河流網(wǎng)絡(luò)coverEnforce on-清除凹陷2、 基于電源數(shù)據(jù)生成DEM的插值方法數(shù)據(jù)源：GPS測(cè)點(diǎn)，地形圖網(wǎng)格采點(diǎn)等。 Arc: items pntcov.pat COLUMN ITEMNAME WIDTH OUTPUT TYPE N.DEC ALTERNATENAME 9 PNTCOV# 4 5 B13 PNTCOV-ID 4 5 B21 YIELD 8 8 F 629 X_COORD 8 10 F 337 Y_COORD 8 11 F 3 Arc: q1) 反距離加權(quán)插值法 IDW 反距離加權(quán)法中距離的

8、指數(shù)，指數(shù)越小表面越光滑，常用范圍為0.53,缺省為2。 Arc: grid Grid: pntgrdidw=idw(pntcov,yield,#,2,sample,#,#,2.5) Running . 100% Grid: 2) 樣條插值法 Tension表示張力樣條插值法，Regularized表示規(guī)則樣條插值法 Grid: pntgrdspline = spline(pntcov,yield,tension,#,#,2.5) Running . 100% Grid: 3) 克呂格插值法 Kriging方法包括普通Kriging ( SPHERICAL, CIRCULAR, EXPONEN

9、TIAL, GAUSSIAN, LINEAR)和泛Kriging(UNIVERSAL1 UNIVERSAL2) Grid: pntcovkriging = kriging(pntcov,yield,#,#,#,SPHERICAL,SAMPLE,#,#,2.5) Estimating semi-variogram . Ordinary Kriging with the Following Model(s): SPHERICAL c0 = 0.003 c = 0.004 a = 208.237 sill = 0.007 Interpolating grid . 100% Grid: 3 常用DEM

10、數(shù)據(jù)資源 GTOPO30 DEM 1) GTOPO30數(shù)據(jù)特點(diǎn) 由USGS EROS完成于1996年, 歷時(shí)3年 GTOPO30數(shù)據(jù)源：DTM, DCW(VMAP0), USGS 1 degree DEM 覆蓋全球陸地 90N 90S, 小于1平方公里小島嶼忽略 數(shù)據(jù)庫(kù)大?。?.74 Giga (行21600 列43200) 分辨率: 30 arc seconds (約1公里) 高程范圍: -407 8,752 meter 數(shù)據(jù)格式：16bit二進(jìn)制格式bil，MSB - big endian 2) Vertical accuracy (meters)Source L.E. at 90% RM

11、SE Estimation method- - - DTED 30 18 product specification DCW 160 97 calculated vs. DTED USGS DEM 30 18 product specification AMS maps 250 152 estimated from 500-meter interval IMW maps 50 30 estimated from 100-meter interval Peru map 500 304 estimated from 1,000-meter interval N.Z. DEM 15 9 estima

12、ted from 100-foot interval ADD highly variab wide le range of scales and intervals3) GTOPO30數(shù)據(jù)的獲取 整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)分為33 tiles，中國(guó)占據(jù)4 tiles： E60N90 E100N90 E60N40 E100N40 Lat Lon Elev Tile Min Max Min Max Min Max Mean Std.Dev. - - - - E060N90 40 90 60 100 -152 7169 509 698E100N90 40 90 100 140 1 3877 597 455 E060

13、N40 -10 40 60 100 1 8752 1804 1892 E100N40 -10 40 100 140 -40 7213 692 910 4) GTOPO30數(shù)據(jù)文件解釋 (以E100N40為例) FileName Contents - - E100N40.DEM digital elevation model (BIP/BIL/BSQ) E100N40.HDR header file for DEM E100N40.DMW world file E100N40.STX statistics file E100N40.PRJ projection information file

14、E100N40.GIF shaded relief image E100N40.SRC source map E100N40.SCH header file for source map5) SRTM DEM數(shù)據(jù)的處理與拼接 #(ASCII DEM情況下, 投影參數(shù)手工定義) Arc: projectdefine grid n040e116 Project: projection geographic Project: datum wgs84 Project: zunits meters Project: units dd Project: spheroid wgs84 Project: parameters Arc: #DEM Mosaic Arc: grid Grid: mosaic Usage: (*) MOSAIC (<grid, ., grid>) Grid: bjdem = mosaic(0N39E116,N039E117,N040E116,N040E117) Mosaicing grids . 100% #Set Shadow/Water to NULL (fo