利用衛星遙感數據制作地形圖

陽響平

摘 要：制作全球任意陸地區域的地形圖，成圖精度與目標地區的衛片清晰度、DEM分辨率、實地地形地勢均有較大的關系，利用30m分辨率數據，成圖精度大約能達到1：50000。

關健詞：衛星遙感數據；地形圖；衛星圖片；DEM數據＼

目前，很多國外項目（特別是不發達國家）收集不到相關的地形圖，無法對工作區地形地貌作整體評價及認識，為前期踏勘及設計工作帶來了極大不便，針對這一問題，我們可以利用一種新方法來解決，即：利用衛星遙感數據來制作工作區地形圖。制作1：50000以下的小比例尺地形圖，甚至不需要額外的成本，完全可以利用當前已經公開的免費數據來制作。為了使大家有一個更清晰的概念，在這里我們把需要用到的衛星遙感數據看作兩部份（實際上這兩部份都是從衛星影像數據衍生出來的）：平面影像數據和高程數據，平面影像數據就是一般看到的平面衛片（如GoogleEarth下載的圖片），主要作用是描繪出圖面上的地物。高程數據我們可以利用免費的DEM數據，DEM是Digital Elevation Model的縮寫，是一定范圍內規則格網點的平面坐標（X，Y）及其高程（Z）的數據集（如30m、90m分辨率的數據集），在文章的主要作用是確定點位高程。現在我們從兩方面對這一技術進行闡述：（1）成圖的基本步驟，（2）怎樣提高成圖精度。

這一技術的應用，我們需要準備以下軟件：（以免費衛星圖片和DEM數據為例）

（1）Global Mapper（數據處理及成圖軟件，也具有坐標轉換功能）；（2）Coord MG（坐標轉換軟件）；（3）Cass、CAD成圖軟件；（4）谷歌地圖下載軟件（衛星圖片下載，保證下載的衛片四個角有經緯度坐標）；（5）各分辨率DEM數據（目前有全球90m分辨率DEM免費數據，亦可下載全球30m分辨率DEM免費數據，下載網站“國際科學數據服務平臺”。

1 成圖的基本步驟

我們以90m分辨率DEM數據為例進行闡述：（假設已下載了90m分辨率DEM數據）

1.1 使用Global Mapper獲得點位高程數據或生成等高線圖

（1）在90m數據文件夾里找到“世界地形數據分區表.jpg”，并打開。見圖1

圖1

（2）根據上圖找到工作區大致地理位置對應的下軸和左軸方格數據，并記錄。如43_16.

（3）運行Global Mapper，打開43_16.zip文件，同時設置好相應的橢球及投影參數。

（4）利用Global Mapper生成等高線，輸出等高線圖（DXF格式）。為了更好地對圖形進行編輯，一般不直接輸出等高線圖，而是生成XYZ格式的點位數據，再將這些數據轉換成CASS軟件所需要的展點格式（可用Excel進行格式轉換操作），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星圖片。此軟件下載后有圖片四個角的經緯度坐標，用CoordMG進行坐標轉換。操作步驟：運行地圖下載軟件——地圖下載任務——新建任務——輸入下載范圍——選擇下載級別（級別越高越清晰，文件越大，但有些區域無高清圖片，一般選18～20級）——下載。見圖2

1.2.2 下載完成后，點“導出|拼接——導出|拼接圖片”，再選中“生成經緯度坐標”。見圖3

圖3

1.2.3 將圖片四個角點的經緯度坐標，通過Coord MG軟件轉換成與等高線圖相對應的平面直角坐標，再根據其平面坐標進行修正，然后對圖片中表示的地物進行描繪，可以在CAD或其它軟件上進行。以CAD為例，操作如下：

（1）運行CAD軟件，輸入命令“image”，載入衛星圖片。

（2）通過圖片四個角的平面坐標，對衛星圖片進行修正，也叫坐標配準（平移，縮放的進程，CASS制圖軟件有直接修正的功能），用CAD手動進行坐標配準精度不高，建議采用Microstation和Cass。

（3）用地物符號進行描繪。

（4）描繪完之后將圖片刪除，保留地物符號。

最后在CAD平臺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

相對于免費數據，90m分辨率數據生成等高線時，因點位間距太大，有可能使地貌發生變形。用30m分辨率數據可以很好地改善這一狀況，但30m分辨率數據存在很多偽數據（可能是為了防止作為商業用途），有時不能直接使用。將兩種數據結合起來使用，可以有效地提高等高線圖的精度，步驟如下：

（1）用GlobalMapper打開90m分辨率數據文件，再打開30m分辨率坡度數據文件。見圖4

（2）與上一節相同，設置好坐標系和投影方式。

（3）在GlobalMapper軟件里：點選“文件-結合地形層”，見圖5。這樣90m分辨率數據間接地變成了30米分辨率數據，而且不會存在偽數據。

（4）其余步驟同上一節。

通過上述方法，我們可以制作全球任意陸地區域的地形圖，成圖精度與目標地區的衛片清晰度、DEM分辨率、實地地形地勢均有較大的關系，利用30m分辨率數據，成圖精度大約能達到1：50000。但用此方法成圖，不需要額外的野外勘測、數據采集等費用，具有很高的經濟價值。