利用SRTM數據繪制地形圖及在Google Earth中疊加顯示

薛蕾 王其 葉友權

摘 要：Google Earth自2005年推出以來，以其易用性和龐大的數據庫吸引了眾多用戶。但由于客觀原因所限，某些地區圖像分辨率低，且未提供準確的高程數據，不利于地貌地物的分辨和分析。為解決上述問題，筆者通過下載美國SRTM數據，利用Global Mapper軟件進行分析、處理和格式轉換、生成等高線，并轉換成Google Earth支持的KML/KMZ格式。本方法可使地形圖和衛星圖像進行疊加顯示，其使用的數據和軟件易于獲得，方法操作簡便，可在實際工作中有更多的應用。

關鍵詞：STRM數據 Google Eath 地形圖 Global Mapper

中圖分類號：TM75 文獻標志碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0085-02

美國Google公司在2005年推出Google Earth軟件，用戶可以通過它瀏覽全球范圍內任何一處地點的衛星影像， 包括建筑物或地形的三維圖像。這使得用戶能在快速容易地查看特定區域的衛星圖像和地形地貌等信息。它的出現促進了相關行業從業人員的工作方式的改進和進步。它已經在地質[1-5]、地理教學[6，7]、路線工程[8]、石油勘查與災害調查[9-11]、地震[12-15]等領域應用。隨著Google Earth版本的更新和新功能的加入，相信應用前景會更加廣泛。

但由于國防原因或客觀條件所限，Google Earth在某些地段數據量不夠， 其圖像資料分辨率低。拍攝角度不同也造成了部分地物輪廓不清，形狀變形。且它不能提供準確的高程數據，不利于進行地物地貌的分辨和分析。在很多時候，還是要依賴地形圖進行下一步的工作。但地形圖一般為涉密文件，不易獲得，且時間上有一定的滯后性，其采用的坐標系也與Google Earth不同，在對比應用時可能會出現偏差。為解決上述問題，筆者下載了美國SRTM數據，應用Global Mapper軟件進行地形圖的繪制和格式轉換，可以實現地形圖在Google Earth軟件界面上的疊加顯示。將衛星圖像與地形圖的特點相結合，更好地為實際工作服務。

1 SRTM數據介紹

SRTM的全稱是Shuttle Radar Topography Mission，即航天飛機雷達地形測繪任務。2000年2月11日上午11時44分，美國“奮進”號航天飛機在佛羅里達州卡那維拉爾角的航天發射中心發射升空，“奮進”號上搭載的SRTM系統共計進行了222小時23分鐘的數據采集工作，獲取北緯60度至南緯56度之間，面積超過1.19億平方公里的9.8萬億字節的雷達影像數據，覆蓋全球陸地表面的80%以上，該測量數據已覆蓋中國全境。經過兩年的數據處理， 最終獲取全球數字高程模型（DEM）。SRTM地形數據有SRTM1和SRTM3兩種，其精度分別為1 arc-second（弧秒）和3 arc-seconds（弧秒），對應的分辨率精度為30m和90m。目前中國區域僅公開SRTM3數據，即分辨率為90m的數據。[16]

2 應用實例

2.1 使用的軟件介紹

（1）Google Earth軟件。

Google Earth軟件是美國Google公司于2005年6月推出的全球地理信息系統搜索軟件。用戶可以通過客戶端軟件免費瀏覽全球各地的由衛星影像與航拍的數據整合而成的高清晰度衛星圖片。Google Earth上的全球地貌影像的有效分辨率至少為100米，通常為30米（例如中國大陸），視角海拔高度為15公里左右，但針對大城市、著名風景區、建筑物區域會提供分辨率為1m和0.5m左右的高精度影像，視角高度分別約為500米和350米。中國大陸有高精度影像的地區主要有各個大城市、景區和重要工程建筑物等。Google Earth不僅提供衛星影像瀏覽功能，還可以進行衛星影像和地圖相關資訊的溝通和交流。其功能主要表現在圖層功能和地標功能兩個方面。圖層功能與AutoCAD軟件中的圖層管理功能相似，可以把同一類信息按圖層管理，可隨時顯示和關閉。地標分為點、線、面等不同格式，它可以在瀏覽地圖時根據不同地物的性質進行標注和編輯，以便對該處進行注解、提醒，更可以將地標單獨或分類保存、輸出為單獨的文件。本文應用Google Earth可將Global Mapper生成的地形圖打開，與衛星圖像疊加顯示。

（2）Global Mapper軟件。

Global Mapper是一款功能強大的柵格影像、矢量數據處理、加工的小型化GIS軟件。它幾乎具備了GIS軟件產品的幾乎所有特性，且功能強大，操作簡便，能使用戶很快的上手，完成加工數據成品的任務。它具備如影像數據鑲嵌、智能柵格影像切割、專題圖繪制、矢量信息繪制，標注、正射影像生成、GPS定位、坐標轉換、投影轉換、衛星地圖糾正、地形（DEM）高程數據處理、行業主流文件格式的相互轉換等功能。本文中利用Global Mapper v14.1.0進行等高線的生成和編輯，最后將其轉換為Google Earth支持的文件格式。

2.2 操作步驟

（1）數據的下載。

首先登錄網址http：//srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp下載SRTM數據（圖1）。首先可選下載速度相對較快服務器，然后用鼠標點選或者輸入經緯度的方式選擇下載目標區域的數據，最后選擇GeoTiff格式的數據進行下載。

（2）地形圖的繪制。

將下載得到的以srtm開頭的zip文件解壓，得到一個自述文件和三個以srtm開頭的hdr、tfw和tiff文件。用Global Mapper打開這個tiff文件，在Analysis中選擇打開Generate Contours…。彈出的選項中，Contour Interval是指等高距，默認為50m，這里可選擇30m。勾選Interpolate to Fill Small Gaps in Data（內差插值），Append Unit Labels（‘mor‘ft）to Labels（為等高線顯示加上單位），Smooth Contour Lines/Areas to Improve Appearance（平滑曲線）.如此可得到目標區域的地形圖。

（3）數據的保存。

在File下選擇Export—— Export Vector Format（以矢量格式導出），在彈出的對話框中選擇KML/KMZ，輸入文件名，即得到KML或KMZ格式的等高線文件。

（4）數據的顯示

打開Google Earth軟件，選擇文件—— 打開，選擇保存好的KML/KMZ個格式的等高線文件，或直接雙擊打開該文件。即可在Google Earth上顯示出繪制好的地形圖（圖2）。

3 結論及討論

STRM生成的地形圖與Google Earth坐標系統一（均為WGS84坐標系），可進行疊加顯示。且具有比例尺可調，顯示直觀且可相互參照等優點。此種方法克服了地形圖不易獲得，信息相對滯后以及不夠直觀的缺點；相對于單純使用衛星圖片來說，地形圖的加入可與衛星圖片進行相互參照，特別在谷歌地圖分辨率不高的地區，通過對地形圖的解譯，能夠對地形地貌的起伏狀態及坡度進行更好的識別。筆者通過對STRM數據的下載、讀取和分析處理，生成地形圖，并轉換成Google Earth支持的格式。此方法操作簡便，使用的數據和軟件易于獲得，可在今后的工作中進行更多的應用。

目前的不足之處在于，目前中國區域僅公開SRTM3數據，分辨率僅有90m。內插得到的數據不夠精確，對進行大比例尺的微小地形地貌識別幫助不大。

參考文獻

[1] 劉金輝，竇金龍.Google Earth在地質勘查初期中的應用[J].中國礦業，2009（12）：100-101.

[2] 孟凡寫.“谷歌地球”在地質勘查中的應用[J].煤炭技術，2008（7）：130-131.

[3] 石書緣，胡素云，馮文杰，等.基于Google Earth軟件建立曲流河地質知識庫[J].沉積學報，2012（5）：869-878.

[4] 帥菲，肖根如，揭志強.Google Earth在地學研究中的應用[J].東華理工大學學報（自然科學版），2011（1）：89-93.

[5] 王靜璞，劉連友，沈玲玲.基于Google Earth的毛烏素沙地新月形沙丘移動規律研究[J].遙感技術與應用，2013（6）：1094-1100.

[6] 徐鑫.Google Earth與地理教學的整合[J].內江科技，2007（3）：134.

[7] 楊建華.利用Google Earth輔助野外地理實習教學[J].河南教育學院學報（自然科學版），2010（2）：59-62.

[8] 李為樂，陳情，陳哲鋒，等.Google Earth三維可視化在滇藏鐵路林芝-拉薩段地質選線中的應用[J].遙感信息，2012（1）：95-99.

[9] 李云星，張坤.Google Earth在地質災害信息管理中的應用[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2007（2）：81-83.

[10] 管振德，龐貽鴻.Google Earth在線性工程地質災害調查中的應用[J].人民長江，2012（19）：45-47.

[11] 趙志岐，張洪武.Google Earth KML在自然災害分析中的應用初探[J].勘察科學技術，2012（1）：50-53.

[12] 陳強，姜立新，帥向華.Google Earth在地震應急中的應用[J].地震，2008（1）：121-128.

[13] 羅文剛，苗中科.Google Earth在地震勘探中的應用可行性探討[J].工程地球物理學報，2011（3）：269-273.

[14] 蘇娟，張晶，侯建民，等.基于Google Maps API地震信息查詢系統研究與開發[J].首都師范大學學報（自然科學版） 2010（1）：51-54.

[15] 李俊.以Google Earth為平臺，基于GDP、人口與場地效應的全球大震損失評估模型，2009.

[16] 李爽，姚靜.數字地形模型數據產品特點與評估分析[J].地理科學進展，2005（6）：99-108.