利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)制作地形圖

陽(yáng)響平

摘 要：制作全球任意陸地區(qū)域的地形圖，成圖精度與目標(biāo)地區(qū)的衛(wèi)片清晰度、DEM分辨率、實(shí)地地形地勢(shì)均有較大的關(guān)系，利用30m分辨率數(shù)據(jù)，成圖精度大約能達(dá)到1：50000。

關(guān)健詞：衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)；地形圖；衛(wèi)星圖片；DEM數(shù)據(jù)＼

目前，很多國(guó)外項(xiàng)目（特別是不發(fā)達(dá)國(guó)家）收集不到相關(guān)的地形圖，無(wú)法對(duì)工作區(qū)地形地貌作整體評(píng)價(jià)及認(rèn)識(shí)，為前期踏勘及設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大不便，針對(duì)這一問(wèn)題，我們可以利用一種新方法來(lái)解決，即：利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)制作工作區(qū)地形圖。制作1：50000以下的小比例尺地形圖，甚至不需要額外的成本，完全可以利用當(dāng)前已經(jīng)公開(kāi)的免費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)制作。為了使大家有一個(gè)更清晰的概念，在這里我們把需要用到的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)看作兩部份（實(shí)際上這兩部份都是從衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)衍生出來(lái)的）：平面影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)，平面影像數(shù)據(jù)就是一般看到的平面衛(wèi)片（如GoogleEarth下載的圖片），主要作用是描繪出圖面上的地物。高程數(shù)據(jù)我們可以利用免費(fèi)的DEM數(shù)據(jù)，DEM是Digital Elevation Model的縮寫，是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集（如30m、90m分辨率的數(shù)據(jù)集），在文章的主要作用是確定點(diǎn)位高程。現(xiàn)在我們從兩方面對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行闡述：（1）成圖的基本步驟，（2）怎樣提高成圖精度。

這一技術(shù)的應(yīng)用，我們需要準(zhǔn)備以下軟件：（以免費(fèi)衛(wèi)星圖片和DEM數(shù)據(jù)為例）

（1）Global Mapper（數(shù)據(jù)處理及成圖軟件，也具有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能）；（2）Coord MG（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件）；（3）Cass、CAD成圖軟件；（4）谷歌地圖下載軟件（衛(wèi)星圖片下載，保證下載的衛(wèi)片四個(gè)角有經(jīng)緯度坐標(biāo)）；（5）各分辨率DEM數(shù)據(jù)（目前有全球90m分辨率DEM免費(fèi)數(shù)據(jù)，亦可下載全球30m分辨率DEM免費(fèi)數(shù)據(jù)，下載網(wǎng)站“國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)”。

1 成圖的基本步驟

我們以90m分辨率DEM數(shù)據(jù)為例進(jìn)行闡述：（假設(shè)已下載了90m分辨率DEM數(shù)據(jù)）

1.1 使用Global Mapper獲得點(diǎn)位高程數(shù)據(jù)或生成等高線圖

（1）在90m數(shù)據(jù)文件夾里找到“世界地形數(shù)據(jù)分區(qū)表.jpg”，并打開(kāi)。見(jiàn)圖1

圖1

（2）根據(jù)上圖找到工作區(qū)大致地理位置對(duì)應(yīng)的下軸和左軸方格數(shù)據(jù)，并記錄。如43_16.

（3）運(yùn)行Global Mapper，打開(kāi)43_16.zip文件，同時(shí)設(shè)置好相應(yīng)的橢球及投影參數(shù)。

（4）利用Global Mapper生成等高線，輸出等高線圖（DXF格式）。為了更好地對(duì)圖形進(jìn)行編輯，一般不直接輸出等高線圖，而是生成XYZ格式的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CASS軟件所需要的展點(diǎn)格式（可用Excel進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換操作），用CASS軟件生成等高線。

1.2 制作地物圖

1.2.1 用谷歌地圖下載軟件下載衛(wèi)星圖片。此軟件下載后有圖片四個(gè)角的經(jīng)緯度坐標(biāo)，用CoordMG進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。操作步驟：運(yùn)行地圖下載軟件——地圖下載任務(wù)——新建任務(wù)——輸入下載范圍——選擇下載級(jí)別（級(jí)別越高越清晰，文件越大，但有些區(qū)域無(wú)高清圖片，一般選18～20級(jí)）——下載。見(jiàn)圖2

1.2.2 下載完成后，點(diǎn)“導(dǎo)出|拼接——導(dǎo)出|拼接圖片”，再選中“生成經(jīng)緯度坐標(biāo)”。見(jiàn)圖3

圖3

1.2.3 將圖片四個(gè)角點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，通過(guò)Coord MG軟件轉(zhuǎn)換成與等高線圖相對(duì)應(yīng)的平面直角坐標(biāo)，再根據(jù)其平面坐標(biāo)進(jìn)行修正，然后對(duì)圖片中表示的地物進(jìn)行描繪，可以在CAD或其它軟件上進(jìn)行。以CAD為例，操作如下：

（1）運(yùn)行CAD軟件，輸入命令“image”，載入衛(wèi)星圖片。

（2）通過(guò)圖片四個(gè)角的平面坐標(biāo)，對(duì)衛(wèi)星圖片進(jìn)行修正，也叫坐標(biāo)配準(zhǔn)（平移，縮放的進(jìn)程，CASS制圖軟件有直接修正的功能），用CAD手動(dòng)進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)精度不高，建議采用Microstation和Cass。

（3）用地物符號(hào)進(jìn)行描繪。

（4）描繪完之后將圖片刪除，保留地物符號(hào)。

最后在CAD平臺(tái)上將等高線圖和地物圖合并到一起，就得到了一幅完整的地形圖。

2 提高成圖精度

相對(duì)于免費(fèi)數(shù)據(jù)，90m分辨率數(shù)據(jù)生成等高線時(shí)，因點(diǎn)位間距太大，有可能使地貌發(fā)生變形。用30m分辨率數(shù)據(jù)可以很好地改善這一狀況，但30m分辨率數(shù)據(jù)存在很多偽數(shù)據(jù)（可能是為了防止作為商業(yè)用途），有時(shí)不能直接使用。將兩種數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)使用，可以有效地提高等高線圖的精度，步驟如下：

（1）用GlobalMapper打開(kāi)90m分辨率數(shù)據(jù)文件，再打開(kāi)30m分辨率坡度數(shù)據(jù)文件。見(jiàn)圖4

（2）與上一節(jié)相同，設(shè)置好坐標(biāo)系和投影方式。

（3）在GlobalMapper軟件里：點(diǎn)選“文件-結(jié)合地形層”，見(jiàn)圖5。這樣90m分辨率數(shù)據(jù)間接地變成了30米分辨率數(shù)據(jù)，而且不會(huì)存在偽數(shù)據(jù)。

（4）其余步驟同上一節(jié)。

通過(guò)上述方法，我們可以制作全球任意陸地區(qū)域的地形圖，成圖精度與目標(biāo)地區(qū)的衛(wèi)片清晰度、DEM分辨率、實(shí)地地形地勢(shì)均有較大的關(guān)系，利用30m分辨率數(shù)據(jù)，成圖精度大約能達(dá)到1：50000。但用此方法成圖，不需要額外的野外勘測(cè)、數(shù)據(jù)采集等費(fèi)用，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。