DEM数据获取方法.docx

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DEM数据获取方法

一、DEM数据获取方法：

定义：

地形图指的是地表起伏形态和地物位置、形状在水平面上的地物和地貌按水平投影的方法，并按照一定的比例缩绘到图纸上，这种图称为地形图。

特点：

（1）具有统一的大地坐标系统的高程系统

（2）具有完整的比例尺系列和分幅编号系统：

国家基本地形图含1:

5千、1:

1万、1：

2：

2.5/1:

5万、1:

10万、1:

25万、1:

50万、1:

100万8种比例地形图。

缺点：

（1）地形图现势性较差：

纸质地形图制作工艺复杂，更新周期比较长，一般不及时反映局部地形地貌的变化情况

（2）地形图存储介质单一，容易变形：

传统地形图多为纸质存储介质，存放环境（温湿度）导致地形图图幅产生不同程度的变形，这种变形表现在不同方向上的长度变形和图幅面积上的变形

（3）地图精度有限：

地图精度决定这地形图对实际地形表达的可信度，与地形图比例尺、等高线密度（由等高距表示），成图方法有关。

不同比例尺的地形图，其所表示的几何精度和内容详细程度有很大的差别。

在应用DEM的时候要考虑DEM分辨率、存储格式、数据精度和可信度等因素。

二、DEM数据采样策略与采样方法：

采样：

确定在何处需要测量点的过程，这个过程有三个参数。

决定：

点的分布、点的密度和点的精度。

1.采样数据的分布：

由数据位置和结构（分布）来确定，指数据点的分布形态

位置有地理坐标系统中经纬度或者网格坐标系统中坐标决定。

结构的形式很多，因地形特征、设备、应用的不同而不同。

2.数据的密度：

是指采样数据密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度有关。

用于刻画地形形态所必须的最少的数据点。

表示方式：

相邻的两点之间的距离、单元面积内的点数、截止频率（采样数据所能表示的最高频率）、单位线段上的点数等。

采样距离：

相邻两点之间的距离，也称采样间隔。

·通常数字加单位来表示，如采样距离为20米，表示规格网分布的采样数据

·另一种表示法是单位面积内的点数，如每平方米500点，描述随机分布的采样数据

·描述数据分布是沿等高线或特征等线状分布采样点，常用单位线段上的点数，如每米2点

3.数据的精度：

是指数据点本身所具有的精确度，是数据获取过程中各种不同类型误差的综合反映

采样数据精度与数据源、数据的采集方法和数据采集的一起密切相关。

野外测量、影像、地形图扫描的精度从高到低

激光扫描、干涉雷达的精度是非常高的

摄影测量比GPS的精度要高，达到厘米级。

地形图的手扶跟踪和扫描矢量化的精度都比较低

三、DEM数据采集方法：

1）手扶跟踪数字化

步骤：

定参考点（固定地图）

定控制点

跟踪采集（点方式，流方式）

2）扫描数字化/矢量化（详见矢量化文档）

DEM（全球数字高程模型）生成方法-ANUDEM模型

水是地貌形成的主要侵蚀因素。

ANUDEM（AustralianNationalUniversityDigitalElevationModel）采用了这一思想，使用地貌与水文数据作为插值约束条件，插值等高线高程。

大大减少了DEM中的凹陷数据错误，显著提高了DEM在水文特征方面的质量。

插值方法为递归有限元差分插值技术，拟合样条曲面。

ANUDEM插值处理方法：

等高线是最常见的高程信息表达方法，也最难适用各种通用插值方法进行处理，处理要点：

（1）地表曲面形态：

等高线->等高线局部最大曲率->坡度最陡区域->山脊线／河流径网->确认输出DEM的水文地貌特征/验证DEM的精确度。

（2）地表曲面插值：

每个网格单元的插值计算，使用临近等值线上的点。

（3）多分辨率逐级插值：

低分辨率DEM->高分辨率DEM->用户定义分辨率DEM。

每级分辨率插值操作，水系限制条件都用于DEM凹陷生成的控制，保留下的凹陷会纪录在log文件中

等高线插值的举例（arcinfo:

topogrid）

Arc:

topogridlaodem2020

TopoGrid:

datatypecontour

TopoGrid:

contourlaocontourelev

TopoGrid:

streamlaostream

TopoGrid:

enforceon

TopoGrid:

end

Arc:

其中：

laodem20-输出DEM的文件名

20-用户指定分辨率

Laocontour-用于插值的等高线

Elev-等高线cover的属性表中，表示高程属性的字段名

Laostream-河流网络cover

Enforceon-清除凹陷

2、基于电源数据生成DEM的插值方法

数据源：

GPS测点，地形图网格采点等。

Arc:

itemspntcov.pat

COLUMNITEMNAMEWIDTHOUTPUTTYPEN.DECALTERNATENAME

9PNTCOV#45B

13PNTCOV-ID45B

21YIELD88F6

29X_COORD810F3

37Y_COORD811F3

Arc:

q

1）反距离加权插值法IDW

反距离加权法中距离的指数，指数越小表面越光滑，常用范围为0.5~3,缺省为2。

Arc:

grid

Grid:

pntgrdidw=idw（pntcov,yield,#,2,sample,#,#,2.5）

Running...100%

Grid:

2）样条插值法

Tension表示张力样条插值法，Regularized表示规则样条插值法

Grid:

pntgrdspline=spline（pntcov,yield,tension,#,#,2.5）

Running...100%

Grid:

3）克吕格插值法

Kriging方法包括普通Kriging（SPHERICAL,CIRCULAR,EXPONENTIAL,GAUSSIAN,LINEAR）和泛Kriging（UNIVERSAL1UNIVERSAL2）

Grid:

pntcovkriging=kriging（pntcov,yield,#,#,#,SPHERICAL,SAMPLE,#,#,2.5）

Estimatingsemi-variogram...

OrdinaryKrigingwiththeFollowingModel（s）:

SPHERICAL

c0=0.003c=0.004

a=208.237

sill=0.007

Interpolatinggrid...100%

Grid:

3．常用DEM数据资源

GTOPO30DEM

1）GTOPO30数据特点

由USGSEROS完成于1996年,历时3年

GTOPO30数据源：

DTM,DCW（VMAP0）,USGS1degreeDEM

覆盖全球陆地90N–90S,小于1平方公里小岛屿忽略

数据库大小：

1.74Giga（行21600列43200）

分辨率:

30arcseconds（约1公里）

高程范围:

-407~8,752meter

数据格式：

16bit二进制格式bil，MSB-bigendian

2）Verticalaccuracy（meters）

SourceL.E.at90%RMSEEstimationmethod

-------------------------------------------------

DTED3018productspecification

DCW16097calculatedvs.DTED

USGSDEM3018productspecification

AMSmaps250152estimatedfrom500-meterinterval

IMWmaps5030estimatedfrom100-meterinterval

Perumap500304estimatedfrom1,000-meterinterval

N.Z.DEM159estimatedfrom100-footinterval

ADDhighlyvariabwidelerangeofscalesandintervals

3）GTOPO30数据的获取

整个数据库分为33tiles，中国占据4tiles：

E60N90E100N90

E60N40E100N40

LatLonElev

TileMinMaxMinMaxMinMaxMeanStd.Dev.

------------------------------------------

E060N90409060100-1527169509698

E100N90409010014013877597455

E060N40-1040601001875218041892

E100N40-1040100140-407213692910

4）GTOPO30数据文件解释（以E100N40为例）

FileNameContents

--------------------------

E100N40.DEMdigitalelevationmodel（BIP/BIL/BSQ）

E100N40.HDRheaderfileforDEM

E100N40.DMWworldfile

E100N40.STXstatisticsfile

E100N40.PRJprojectioninformationfile

E100N40.GIFshadedreliefimage

E100N40.SRCsourcemap

E100N40.SCHheaderfileforsourcemap

5）SRTMDEM数据的处理与拼接

#（ASCIIDEM情况下,投影参数手工定义）

Arc:

projectdefinegridn040e116

Project:

projectiongeographic

Project:

datumwgs84

Project:

zunitsmeters

Project:

unitsdd

Project:

spheroidwgs84

Project:

parameters

Arc:

#DEMMosaic

Arc:

grid

Grid:

mosaic

Usage:

（*）MOSAIC（）

Grid:

bjdem=mosaic（0N39E116,N039E117,N040E116,N040E117）

Mosaicinggrids...100%

#SetShadow/WatertoNULL（foreasydisplayonly）

Grid:

bjdemp=setnull（bjdem<-100,bjdem）

Running...100%

Grid:

ASTERDEM

#TerraASTER

http:

//asterweb.jpl.nasa.gov/

Level3D

15meterresolution

#newlylaunchedsatellite

ResearchOpportunityforevaluation