利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)制作地形圖

陽響平

摘 要：制作全球任意陸地區(qū)域的地形圖，成圖精度與目標地區(qū)的衛(wèi)片清晰度、DEM分辨率、實地地形地勢均有較大的關(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，很多國外項目（特別是不發(fā)達國家）收集不到相關(guān)的地形圖，無法對工作區(qū)地形地貌作整體評價及認識，為前期踏勘及設(shè)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(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來制作工作區(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，完全可以利用當前已經(jīng)公開的免費數(shù)據(jù)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(wèi)星遙感數(shù)據(jù)看作兩部份（實際上這兩部份都是從衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)衍生出來的）：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)點的平面坐標（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位高程?，F(xiàn)在我們從兩方面對這一技術(shù)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(shù)的應用，我們需要準備以下軟件：（以免費衛(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，也具有坐標轉(zhuǎn)換功能）；（2）Coord MG（坐標轉(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)片四個角有經(jīng)緯度坐標）；（5）各分辨率DEM數(shù)據(jù)（目前有全球90m分辨率DEM免費數(shù)據(jù)，亦可下載全球30m分辨率DEM免費數(shù)據(jù)，下載網(wǎng)站“國際科學數(shù)據(jù)服務平臺”。

1 成圖的基本步驟

我們以90m分辨率DEM數(shù)據(jù)為例進行闡述：（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。見圖1

圖1

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

（3）運行Global Mapper，打開43_16.zip文件，同時設(shè)置好相應的橢球及投影參數(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(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CASS軟件所需要的展點格式（可用Excel進行格式轉(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角的經(jīng)緯度坐標，用CoordMG進行坐標轉(zhuǎn)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(qū)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(jīng)緯度坐標”。見圖3

圖3

1.2.3 將圖片四個角點的經(jīng)緯度坐標，通過Coord MG軟件轉(zhuǎn)換成與等高線圖相對應的平面直角坐標，再根據(jù)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(wèi)星圖片。

（2）通過圖片四個角的平面坐標，對衛(wèi)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(shù)據(jù)，90m分辨率數(shù)據(jù)生成等高線時，因點位間距太大，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），有時不能直接使用。將兩種數(shù)據(jù)結(jié)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(shù)據(jù)文件，再打開30m分辨率坡度數(shù)據(jù)文件。見圖4

（2）與上一節(jié)相同，設(shè)置好坐標系和投影方式。

（3）在GlobalMapper軟件里：點選“文件-結(jié)合地形層”，見圖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)，而且不會存在偽數(shù)據(jù)。

（4）其余步驟同上一節(jié)。

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