1 概述
USGS 是美国地质调查局（U.S. Geological Survey）的英文缩写，USGS负责管理美国全国的数字地图数据的采集与分发。
1.1 USGS DEM数据产品的种类
（1）7.5－分DEM （一般采用30米格网间距，UTM投影），水平格网间距可以去1-30之间任意整数。DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 7.5分地理格网。
（2）30－分DEM（2×2秒间距）DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 30分×30分地理格网。
（3）1－度DEM（2×2秒间距）DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 1度×1度地理格网。
（4）7.5－分阿拉斯加DEM（1×2秒间距，纬度，经度），范围与7.5－分DEM基本相同除了在经度元素变化从最南端的10分变化至最北端的18分。
（5）15-分阿拉斯加DEM（2×3秒间距，纬度，经度），在阿拉斯加最南端的覆盖范围为15分（纬度）×20分（经度），在最北端经度范围变为36分。
1.2 USGS DEM的格式
USGS DEM文件由逻辑记录A、B、C组成，其中第一部分是文件头 记录 type A，主要记录了DEM数据有关的信息；第二部分是断面数据 type B，分为断面头数据和DEM数据实体；第三部分是精度信息 type C,可以省略。
USGS DEM数据以ASCII码形式存储，逻辑记录A、B、C格式说明分别见附表1、2、3。逻辑记录A、B、C都以1024字节长度作为逻辑记录单位，不足1024的用空格补齐。逻辑记录B通常包含多个1024字节长度的逻辑记录单位。为了有效利用空间每4个逻辑记录单位组成一个物理记录单位（4096 字节）。
2 DEM 的数据结构
USGS DEM主要采用两种类型的格网，采用UTM投影和采用地理坐标以秒为单位的格网。这里主要介绍以秒为单位的格网数据结构。DEM数据的四个角点坐标记录在逻辑记录 A中，详见附表1。每一个断面的起始点坐标记录在逻辑记录 B中，详见附表2。这些坐标描述了DEM数据的矩形形状和每个断面的起始点坐标。以上关于秒制DEM的规定适用于除7.5分UTM DEM以外所有DEM数据。
3 USGS DEM质量控制信息
Level 1
Level 1DEM 数据通常采用标准记录格式，数据通常是7.5－分DEM，数据通常来源于航片采集，通常DEM数据要求均方根误差RMSE不应超过7米，最大不超过15米，最大误差不超过50米。
Level 2
Level 2DEM 数据通常经过了编绘，最大允许均方根误差为等高线间距的1/2，最大误差为1个高线间距。
Level 3
Level 3DEM 数据通常来源于线划图，最大允许均方根误差为等高线间距的1/3，最带误差为等高线间距的2/3。
表1
| 数据元素 |
类型 |
格式声明 |
说明 |
||
| ASCII格式 |
起始字节 |
结尾字节 |
|||
| 文件名 |
ALPHA |
A40 |
1 |
40 |
在DEM文件头中不应出现除美国外的其他国家如墨西哥、加拿大等国家的名称 |
| 自由格式文字 |
ALPHA |
A40 |
41 |
80 |
有关数字化过程的有用信息，例如仪器、相片好、扫描孔径等 |
| 占位符 |
|
|
81 |
109 |
空格 |
| 东南角地理坐标 |
INTEGER*2, REAL*8 |
2(I4,I2,F7.4) |
110 |
135 |
东南角地理矩形坐标顺序为： x = Longitude = SDDDMMSS.SSSS y = Latitude = SDDDMMSS.SSSS (负号右对齐，不能以零起头，而增加正号) |
| 处理方法代号 |
ALPHA |
A1 |
136 |
136 |
1 采用自动相关和简单的双线性重采样算法 2 人工采集和GRIDEM简单双线性算法 3 DLG/或地形图CTOG 8向线性内插 4 从航测系统采集的等高线数据4向内插而来 5 DLG/地形图 LINETRACE，LT4X 复杂线性内插 6 DLG/地形图 CPS-3，ANUDEM，GRASS 复杂多项式 7 电子影像（非摄影测量）被动或主动传感器系统 |
| 占位符 |
|
|
137 |
137 |
空格 |
| 组合指示 |
ALPHA |
A3 |
138 |
140 |
这个参数是为30分DEM准备的 |
| 生产者代码 |
ALPHA |
A4 |
141 |
144 |
|
| Level等级码 |
INTEGER*2 |
I6 |
145 |
150 |
1=DEM-1 2=DEM-2 3=DEM-3 4=DEM-4 |
| DEM高程点图形定义码 |
INTEGER*2
|
I6 |
151 |
156 |
1=规则网格 2=随机分布 |
| 水平参考系定义代码 |
INTEGER*2 |
I6 |
157 |
162 |
0=地理 1=UTM投影 2=国家平面 |
| UTM分带代码 |
INTEGER*2 |
I6 |
163 |
168 |
UTM 分带代码， 如果采用地理坐标这项参数为0 |
| 地图投影参数 |
REAL*8 |
15D24.15 |
169 |
528 |
对UTM及地理坐标系，该参数全部置0 |
| 平面参考坐标系单位代码 |
INTEGER*2 |
I6 |
529 |
534 |
0=弧度 1=英尺 2=米 3=弧秒 一般对于7.5分DEM，使用代码2。而对于30分、1度和Alaska DEM一般采用代码3。 |
| 高程坐标单位 |
INTEGER*2 |
I6 |
535 |
540 |
1=英尺 2=米 一般7.5分，30分，1度和Alaska DEM采用代码2 |
| DEM边数 |
INTEGER*2 |
I6 |
541 |
546 |
通常为4 |
| 4对实数表示DEM边界 |
REAL*8 |
4(2D24.15) |
547 |
738 |
坐标以(东经,北纬)为记录顺序,四个角以西南角为起点按顺时针排列。 |
| 两个元素分别表示整个数据中DEM的最大和最小值 |
REAL*8 |
2D24.15 |
739 |
786 |
DEM以元素9的代码表示的单位为单位，遵从元素6的分带划分。 |
| 以弧度作为记录单位，逆时针记录DEM参考系与地平面轴的夹角 |
REAL*8 |
D24.15 |
787 |
810 |
如果采用元素5中代码定义的坐标系统，这项参数为0 |
| 精度代码 |
INTEGER*2
|
I6 |
811 |
816 |
0=精度未知 1=精度信息在type C 中表达 |
| X、Y、Z三方向分辨率，单位参考元素8，9 |
REAL*4 |
3E12.6 |
817 |
852 |
X、Y方向的分辨率只允许取整数。对所有的USGS DEM，除1度DEM以外，Z分辨率如采用英尺为单位，则最多允许小数点后1位，以米为单位最多允许小数点后2位。一些典型的表示如对于7.5分DEM可以使用30,30,1；和10,10,1等 |
| DEM中包含的断面文件行列数（m,n） |
INTEGER*2
|
2I6 |
853 |
864 |
当行数m=1时，n等与DEM的列数 |
| 旧格式在此结束 |
|||||
| 最大计曲线间隔 |
INTEGER*2 |
I5 |
865 |
869 |
仅当存在两种以上计曲线间隔时存在 |
| 源曲线间隔单位 |
INTEGER*1 |
I1 |
870 |
870 |
对应于源曲线最大间隔单位 0=N.A 1=英尺，2=米（仅适应于 level 2DEM） |
| 最小计曲线间距 |
INTEGER*2 |
I5 |
871 |
875 |
最小或仅有的计曲线间隔 |
| 源曲线间隔单位 |
INTEGER*1 |
I1 |
876 |
876 |
对应于地图最小计曲线间隔单位 1=英尺 2=米 |
| 数据生产日期 |
INTEGER*2 |
I4 |
877 |
880 |
“YYYY”一个4字符表示的年份（例如 1975，1997等）即可以是编绘日期也可以是航摄日期 |
| 数据检查和生产日期 |
INTEGER*2 |
I4 |
881 |
884 |
“YYYY”一个4字符表示的年份，可以是完成日期或者修测日期 |
| 检查标志 |
ALPHA*1 |
A1 |
885 |
885 |
“I”表示第三部分包括的所有质量控制均已实现 |
| 数据确定性标志 |
INTEGER*1 |
I1 |
886 |
886 |
0=没有做过确定过程 1=利用检查点计算过RMSE，未进行DEM编辑 4=Level 1 DEM 编辑，水体编辑，利用检查点计算过RMSE。 5= Level 2 和Level 3 DEM编辑。利用检查点计算过RMSE。 |
| 可疑和空旷标志 |
INTEGER*1 |
I2 |
887 |
888 |
0=无 1=可疑区域 2=空旷区域 3=可疑区域和空旷区域 |
| 高程基准 |
INTEGER*1 |
I2 |
889 |
890 |
1=局域平均海平面 2=国家高程测量基准 1929（NGVD 29） 3=北美垂直基准（NAVD88） |
| 水平基准 |
INTEGER*1 |
I2 |
891 |
892 |
1=北美基准 1927（NAD27） 2=世界测量系统1972（WGS72） 3=WGS 84 4=NAD 83 5=旧 夏威夷基准 6=波多黎各基准 |
| 数据编辑 |
INTEGER*2 |
I4 |
893 |
896 |
01-99最初为DMA特别设置区（USGS一般设为01） |
| 空旷比例 |
INTEGER*2 |
I4 |
897 |
900 |
如果元素25指出存在空旷区域，这个区域（右对齐）说明文件存在相应比例空旷区点（-32,767） |
| 边匹配标志 |
INTEGER |
4I2 |
901 |
908 |
边匹配标志，按照西、北、东和南顺序排列 |
| 垂直标准位移 |
REAL*8 |
F7.2 |
909 |
915 |
垂直标准位移，形式为SFFF.DD 取值来自于VERTCON计划的矩形四条边的平均位移。通常加此值后转化为VAVD88 |
表2
| 数据元素 |
类型 |
格式声明 |
说明 |
||
| ASCII格式 |
起始字节 |
结尾字节 |
|||
| 一个二维数组表达当前断面文件的序号 |
INTEGER*2 |
2I6 |
1 |
12 |
行、列的取值范围均为1,m和1,n。行数通常设为1，列通常表示当前的断面序数 |
| 一个二维数组表示DEM的断面数 |
INTEGER*2 |
2I6 |
13 |
24 |
一个参数对应断面文件的行数，第二个参数通常设为1 |
| 一个二维数组表征断面文件的起点坐标 |
REAL*8 |
2D24.15 |
25 |
72 |
|
| 断面文件的局部高程基准 |
REAL*8 |
D24.15 |
73 |
96 |
单位采用逻辑记录A中元素9的定义 |
| 一个二维数组表达当前断面文件中DEM的最大最小值 |
REAL*8 |
2D24.15 |
97 |
144 |
单位采用逻辑记录A中元素9的定义 |
| DEM数据实体 |
INTEGER*4 |
mn(I6) |
|
|
6×(146 or 170),146第一个数据块最大数据数，170后续数据块 为了节约存储空间，无论断面文件有多长，DEM都以1024为单位存储，不足1024的以空格补齐。这样的一个数据块所能容纳的数据量为（1024-144）/6=146，后续数据块为所能容纳的数据量为1024/6=170。 |
表3
| 数据元素 |
类型 |
格式声明 |
说明 |
||
| ASCII格式 |
起始字节 |
结尾字节 |
|||
| 表明统计存在性的代码 |
INTEGER*2 |
I6 |
1 |
6 |
1=有统计 0=无统计 |
| 相对于绝对平面的均方根误差RMSE |
INTEGER*2 |
3I6 |
7 |
24 |
RMSE的单位跟逻辑记录A中8，9 |
| RMSE取样数 |
INTEGER*2 |
I6 |
25 |
30 |
如果此值为0则说明，RMSE来自于估计而不是计算 |
| 元素5是否存在 |
INTEGER*2 |
I6 |
31 |
36 |
1=存在 0=不存在 |
| 相对于绝对平面的均方根误差RMSE |
INTEGER*2 |
3I6 |
37 |
54 |
RMSE的单位跟逻辑记录A中8，9 |
| 元素5的取样数 |
INTEGER*2 |
I6 |
55 |
60 |
如果此值为0则说明，RMSE来自于估计而不是计算 |