淺談利用DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)及Google Earth衛(wèi)星影像制作中比例地形圖

摘 要：我國(guó)西部部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，自然條件惡劣，公路建設(shè)在工程可行性研究階段常存在基礎(chǔ)資料缺乏，紙質(zhì)地圖陳舊且大部分僅為60年代徒步勾繪的1：10萬(wàn)草圖等問(wèn)題，無(wú)法指導(dǎo)項(xiàng)目初期路線走廊方案選擇和研究，文章就利用中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站免費(fèi)提供的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)和Google Earth免費(fèi)提供的衛(wèi)星影像結(jié)合實(shí)地踏勘、調(diào)繪，快速完成中比例尺地形圖，進(jìn)而完成公路選線進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：Google Earth；地形圖；公路

1 免費(fèi)DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介

目前，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站提供兩種免費(fèi)DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，其中：

SRTM90米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美國(guó)太空總署（NASA）和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局（NIMA）聯(lián)合測(cè)量。此數(shù)據(jù)產(chǎn)品2003年開始公開發(fā)布，經(jīng)歷多修訂，目前的數(shù)據(jù)修訂版本為V4.1版本。SRTM地形數(shù)據(jù)按精度可以分為SRTM1和SRTM3，分別對(duì)應(yīng)的分辨率精度為30米和90米數(shù)據(jù)（目前公開數(shù)據(jù)為90米分辨率的數(shù)據(jù)）。目前，Google Earth高程數(shù)據(jù)即采用本數(shù)據(jù)。

GDEM30米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，本數(shù)據(jù)集利用ASTER GDEM第一版本（V1）的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工得來(lái)，由于云覆蓋，邊界堆疊產(chǎn)生的直線，坑，隆起，大壩或其他異常等的影響，ASTER GDEM第一版本原始數(shù)據(jù)局部地區(qū)存在異常，所以由ASTER GDEM V1加工的數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品存在個(gè)別區(qū)域的數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象。此全球30米的數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品可以和全球90米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品互相補(bǔ)充使用。該數(shù)據(jù)空間分辨率30米，采用UTM/WGS84投影。

2 公路工程可行性研究階段地形圖比例尺要求

根據(jù)交通部交規(guī)劃發(fā)[2010]178文頒布的《公路建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制辦法》（2010年4月），第七條 “二級(jí)以上公路預(yù)可行性研究、工程可行性研究階段的路線方案，應(yīng)分別在1：5萬(wàn)、1：1萬(wàn)或更大比例尺地形圖上進(jìn)行研究”。因此，對(duì)于低等級(jí)道路工可研究階段可在1：5萬(wàn)比例尺地形圖上進(jìn)行研究。

3 DEM數(shù)據(jù)精度分析

根據(jù)公路測(cè)量及制圖規(guī)范，工程可行性研究階段常用的比例尺、等高距和DEM分辨率關(guān)系如下表所示：

由表可以看出，SRTM90米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)和GDEM30米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)精度，對(duì)應(yīng)的比例尺介于1：5萬(wàn)和1：25萬(wàn)之間。

為了檢驗(yàn)DEM數(shù)據(jù)精度，中鐵二院曾對(duì)鄭州至萬(wàn)州、四川犍為小火車規(guī)劃等線路的縱橫斷面地面線進(jìn)行了綜合比較分析。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，從Google Earth上獲取的地面線數(shù)據(jù)即RTM90米分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)與從1：5萬(wàn)地形圖上人工判讀的地面線數(shù)據(jù)高差在10m 范圍內(nèi)達(dá)到了95%，可以說(shuō)明基于SRTM90米分辨率數(shù)字高程的提取的地形精度與人工從1：5萬(wàn)地形圖上判讀的精度相當(dāng)， 可滿足規(guī)劃階段的要求。

4 利用DEM數(shù)據(jù)及Google Earth衛(wèi)星影像制作中比例地形圖

在西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，新建公路在工程可行性研究階段常收集到的地形圖多為60年代徒步勾繪的1：10萬(wàn)草圖，與實(shí)際地形地物相差巨大，另外，幾十年的歲月變遷，村鎮(zhèn)建筑、路網(wǎng)也發(fā)生了很大變化，公路路線方案的選擇，首先需要的是地形圖。利用Google Earth衛(wèi)星影像，疊加DEM數(shù)據(jù)生成的等高線地圖， 可制作1：5萬(wàn)、1：10萬(wàn)的地形圖，從而對(duì)線路行經(jīng)區(qū)域內(nèi)的地貌、水系、城鎮(zhèn)布局、路網(wǎng)等進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。

（1）根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地名和經(jīng)緯度范圍， 從中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站（http：//datamirror.csdb.cn/）下載公路所在區(qū)域的SRTM 數(shù)據(jù)或GDEM數(shù)據(jù)。

（2）利用“谷歌地圖下載器”、“GetScreen”等小軟件，可以快速、簡(jiǎn)便地從GE 中下載相應(yīng)區(qū)域的衛(wèi)星圖片，并自動(dòng)拼接成一幅完整無(wú)縫的測(cè)區(qū)影像。截圖時(shí)，僅需注意衛(wèi)片的精度和范圍。

（3）利用Global Mapper生成等高線。①用Global Mapper打開下載到的數(shù)據(jù)；②設(shè)置項(xiàng)目區(qū)投影參數(shù)；我國(guó)大中比例尺地圖均采用高斯-克呂格（Gauss Kruger）投影，其通常是按6度和3度分帶投影，1：2.5萬(wàn)-1：50萬(wàn)比例尺地形圖采用經(jīng)差6度分帶，1：1萬(wàn)比例尺的地形圖采用經(jīng)差3度分帶。大地基準(zhǔn)面一般采用北京54。在“工具TOOLS”菜單中選擇“設(shè)置”，在跳出的窗口中，選擇“投影”選項(xiàng)卡，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要選擇相關(guān)參數(shù)。例如：“投影”選擇“Gauss Kruger（6 degree zones）”、“區(qū)（帶）”根據(jù)項(xiàng)目區(qū)所處經(jīng)度確定、“基準(zhǔn)”選擇“BEIJING 1954”、“平面單位”選擇“米”。③在“文件”菜單中選擇“生成等高線”，在跳出的窗口中，選擇“等高線設(shè)置”選項(xiàng)卡，“等高距”根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要填入，其他項(xiàng)可選擇默認(rèn)；“簡(jiǎn)化”選項(xiàng)卡，將滑標(biāo)拉到最小值；“網(wǎng)格化”選項(xiàng)卡，是輸出大范圍的等高線時(shí)，分小區(qū)輸出的設(shè)置；“等高線”選項(xiàng)卡，可根據(jù)實(shí)際經(jīng)緯度坐標(biāo)或直接繪制的方框輸出選擇范圍內(nèi)的等高線。④等高線的輸出，在“文件”菜單中選擇“輸出矢量格式”，在跳出的窗口下拉菜單中，選擇“DXF”或“DWG”等格式。如選擇“DXF”格式，等高線為帶高程值的多段線，選擇“DWG”格式，則生成的等高線為帶高程值的二維多段線。

（4）等高線與衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的拼合。利用AOTO CAD打開等高線數(shù)據(jù)文件（DXF或DWG），將截取的衛(wèi)星圖片插入CAD，利用典型特征地物，如河流、山峰等將圖片平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，直至等高線地形特征與衛(wèi)片影像一致。

（5）制作地形圖。用CASS軟件打開拼合了衛(wèi)星圖片的DWG文件，根據(jù)衛(wèi)片勾繪地形地物，標(biāo)注等高距等。

（6）地形圖補(bǔ)測(cè)補(bǔ)繪。當(dāng)公路項(xiàng)目等級(jí)較高時(shí)，應(yīng)對(duì)地形圖進(jìn)行補(bǔ)測(cè)補(bǔ)繪，首先對(duì)測(cè)區(qū)走廊帶埋設(shè)控制點(diǎn)，并采用GPS進(jìn)行靜態(tài)控制測(cè)量，對(duì)上述方法制作的地形圖進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，使用RTK或免棱鏡全站儀對(duì)重點(diǎn)地形地物進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，以完善地形圖。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用上述方法制作的地形圖，為在無(wú)圖地區(qū)進(jìn)行公路工程可行性研究提供了一種途徑，但畢竟DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)精度有限，且個(gè)別區(qū)域的數(shù)據(jù)存在異常現(xiàn)象，另外，Google Earth衛(wèi)星影像也存在局部區(qū)域分辨率低的情況，因此建議上述方法，僅用于無(wú)圖地區(qū)低等級(jí)公路工程可行性研究階段。

參考文獻(xiàn)

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