利用免費(fèi)DEM數(shù)據(jù)及制圖軟件繪制跨斷層場地圖

李菲菲,高麗君

(四川省地震局測繪工程院，四川 雅安 625000)

1985年12月，四川省地震局地震測量隊(duì)周如品等同志根據(jù)搜集到的資料編纂了《川西大地形變測量網(wǎng)、點(diǎn)布設(shè)圖集》。圖集中記載了川西大地形變測量場地的基本情況及場地圖。其中，場地圖選用四川省測繪局1984年9月編制印刷的1∶150萬《四川省地圖》作底圖。圖集中的場地圖多年來被廣泛應(yīng)用于會商報(bào)告、異常核實(shí)報(bào)告以及涉及跨斷層觀測資料的科研論文中。三十多年來，道孚、折多塘等場地的測網(wǎng)曾被重新布設(shè)，很多場地的觀測環(huán)境也發(fā)生了較大改變。2017年3月，由中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司統(tǒng)一組織管理，中國地震局第一監(jiān)測中心牽頭和協(xié)調(diào)管理，包括四川省地震局在內(nèi)的十多家單位分片具體實(shí)施的財(cái)政專項(xiàng)——全國跨斷層場地優(yōu)化改造項(xiàng)目啟動。依托該項(xiàng)目，四川省地震局測繪工程院(以下簡稱“測繪院”)對28個跨斷層場地進(jìn)行了優(yōu)化改造和測點(diǎn)維護(hù)。至此，《川西大地形變測量網(wǎng)、點(diǎn)布設(shè)圖集》中的場地圖已幾乎不再適用，所以有必要繪制新的場地圖。一幅完整的場地圖包含了地形、地貌、地物等要素，實(shí)地測圖的工作量及工作成本都太大。高分辨率的地形數(shù)據(jù)可通過空間數(shù)據(jù)服務(wù)商訂購，但費(fèi)用昂貴；即便在測繪地理信息局購買，一幅1∶1萬DEM數(shù)據(jù)的價格也需要2 000元。在不具備無人機(jī)這樣先進(jìn)的航測設(shè)備的情況下，測繪院利用免費(fèi)的DEM數(shù)據(jù)及Google earth、Global Mapper等軟件重新制作了28個跨斷層場地的矢量場地圖。

1 獲取DEM數(shù)據(jù)

目前國內(nèi)主流的免費(fèi)高程數(shù)據(jù)資源主要有SRTM、ASTER GDEM、DLR三種。公開的SRTM地形數(shù)據(jù)的空間分辨率精度為90 m，可通過SRTM官方網(wǎng)站http://srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/或地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站http://www.gscloud.cn/下載。ASTER GDEM V1原始數(shù)據(jù)局部地區(qū)存在異常；ASTER GDEM V2版則采用了一種先進(jìn)的算法對V1版GDEM影像進(jìn)行了改進(jìn)，提高了數(shù)據(jù)的空間分辨率精度和高程精度，其全球空間分辨率為30 m。DLR數(shù)據(jù)是2000年2月11日德國航天局在美國發(fā)射的“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)上用X波段雷達(dá)進(jìn)行地形測繪所獲得的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)呈網(wǎng)狀，有些地方覆蓋不全，但在能覆蓋到的地方精度比ASTER GDEM V2高，約為10 m。綜合考慮三種數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇ASTER GDEM V2版數(shù)據(jù)作為場地圖的DEM數(shù)據(jù)。以侏倭場地為例，其概略坐標(biāo)平均值為(100.3°E，31.6°N)。在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站中，找到“GDEMV2 30M 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)”列表，檢索侏倭場地所在的數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行下載，即可得到名為“ASTGTM2_N31E100.zip”的文件。

2 制作草圖

以場地坐標(biāo)為制圖中心，在MapInfo軟件中繪制600 m×600 m的矩形框，記錄矩形框的邊界坐標(biāo)(用于控制生成等高線的區(qū)域邊界)，同時在矩形框中繪制比例尺、棄測測點(diǎn)、在用測點(diǎn)、測線等要素(如圖1)。

3 生成等高線

解壓下載到的數(shù)據(jù)文件，用Global Mapper打開文件名中帶“dem”的tif格式文件。通過Analysis-Generate Contours (from Terrain Grid)，生成目標(biāo)區(qū)域的等高線。通過File-Export-Export Elevation Grid Format，輸出Surfer Grid格式的高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)。用Surfer軟件打開高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)等高線中存在一些小的彎曲，可用軟件自帶的低通濾波器剔除這些小的彎曲(如圖2)。

圖3 濾波前后等高線對比

4 數(shù)字化地物

從MapInfo軟件中將矩形框?qū)С龅紾oogle earth軟件中(由于將矩形框的海拔高度設(shè)置為“貼近地面”，導(dǎo)致顯示出的矩形框有變形)。在Google earth軟件中將矩形框內(nèi)的道路、河流、房屋的輪廓線及斷層線、植被分界線繪制出來(如圖3)，并分別保存為kml格式文件。在Global Mapper中，將所有用“線”表示的要素逐一打開，并分別輸出為Surfer BLN矢量格式的文件。

5 編輯顏色、標(biāo)注、圖例等

在Surfer中，將等高線、道路、河流、房屋、測點(diǎn)、測線、斷層線等各要素分圖層打開，并“按坐標(biāo)疊加圖形”。編輯各圖層的線條屬性、填充屬性，添加標(biāo)注文字。選中所有對象，導(dǎo)出為emf格式文件。用Adobe Illustrator軟件打開并編輯emf格式文件。需要編輯的內(nèi)容包括房屋的填充圖案、小路的虛線表示、圖框的加粗、標(biāo)注文字的移動等，編輯完成后的成果圖如圖4(b)所示。

圖4 侏倭場地新舊場地圖對比(圖4(a)來自《川西大地形變測量網(wǎng)、點(diǎn)布設(shè)圖集》)

6 討論

重新繪制后的場地圖，測點(diǎn)、測線及各個地物的位置均由坐標(biāo)控制，保證了各要素之間相對位置的準(zhǔn)確性。場地圖中各要素均以矢量格式保存，方便編輯及不同要求的圖形輸出。由于Google earth影像圖并非實(shí)時更新，依靠Google earth影像圖提取的部分地物信息也具有一定的滯后性，滯后時間短則幾個月，多則幾年。盡管如此，用上述方法繪制出的場地圖已能滿足各類報(bào)告中對觀測場地的展示需求。每年更新一次場地圖可改善地物信息的滯后性，但要獲取實(shí)時的、精細(xì)的場地圖，建議配備專業(yè)航測設(shè)備及配套的內(nèi)業(yè)處理軟件。