1 概述
USGS 是美國地質調查局（U.S. Geological Survey）的英文縮寫，USGS負責管理美國全國的數字地圖數據的采集與分發。
1.1 USGS DEM數據產品的種類
（1）7.5－分DEM （一般采用30米格網間距，UTM投影），水平格網間距可以去1-30之間任意整數。DEM的范圍大約為無重疊的標准的USGS 7.5分地理格網。
（2）30－分DEM（2×2秒間距）DEM的范圍大約為無重疊的標准的USGS 30分×30分地理格網。
（3）1－度DEM（2×2秒間距）DEM的范圍大約為無重疊的標准的USGS 1度×1度地理格網。
（4）7.5－分阿拉斯加DEM（1×2秒間距，緯度，經度），范圍與7.5－分DEM基本相同除了在經度元素變化從最南端的10分變化至最北端的18分。
（5）15-分阿拉斯加DEM（2×3秒間距，緯度，經度），在阿拉斯加最南端的覆蓋范圍為15分（緯度）×20分（經度），在最北端經度范圍變為36分。
1.2 USGS DEM的格式
USGS DEM文件由邏輯記錄A、B、C組成，其中第一部分是文件頭 記錄 type A，主要記錄了DEM數據有關的信息；第二部分是斷面數據 type B，分為斷面頭數據和DEM數據實體；第三部分是精度信息 type C,可以省略。
USGS DEM數據以ASCII碼形式存儲，邏輯記錄A、B、C格式說明分別見附表1、2、3。邏輯記錄A、B、C都以1024字節長度作為邏輯記錄單位，不足1024的用空格補齊。邏輯記錄B通常包含多個1024字節長度的邏輯記錄單位。為了有效利用空間每4個邏輯記錄單位組成一個物理記錄單位（4096 字節）。
2 DEM 的數據結構
USGS DEM主要采用兩種類型的格網，采用UTM投影和采用地理坐標以秒為單位的格網。這里主要介紹以秒為單位的格網數據結構。DEM數據的四個角點坐標記錄在邏輯記錄 A中，詳見附表1。每一個斷面的起始點坐標記錄在邏輯記錄 B中，詳見附表2。這些坐標描述了DEM數據的矩形形狀和每個斷面的起始點坐標。以上關於秒制DEM的規定適用於除7.5分UTM DEM以外所有DEM數據。
3 USGS DEM質量控制信息
Level 1
Level 1DEM 數據通常采用標准記錄格式，數據通常是7.5－分DEM，數據通常來源於航片采集，通常DEM數據要求均方根誤差RMSE不應超過7米，最大不超過15米，最大誤差不超過50米。
Level 2
Level 2DEM 數據通常經過了編繪，最大允許均方根誤差為等高線間距的1/2，最大誤差為1個高線間距。
Level 3
Level 3DEM 數據通常來源於線划圖，最大允許均方根誤差為等高線間距的1/3，最帶誤差為等高線間距的2/3。
表1
| 數據元素 |
類型 |
格式聲明 |
說明 |
||
| ASCII格式 |
起始字節 |
結尾字節 |
|||
| 文件名 |
ALPHA |
A40 |
1 |
40 |
在DEM文件頭中不應出現除美國外的其他國家如墨西哥、加拿大等國家的名稱 |
| 自由格式文字 |
ALPHA |
A40 |
41 |
80 |
有關數字化過程的有用信息，例如儀器、相片好、掃描孔徑等 |
| 占位符 |
|
|
81 |
109 |
空格 |
| 東南角地理坐標 |
INTEGER*2, REAL*8 |
2(I4,I2,F7.4) |
110 |
135 |
東南角地理矩形坐標順序為： x = Longitude = SDDDMMSS.SSSS y = Latitude = SDDDMMSS.SSSS (負號右對齊，不能以零起頭，而增加正號) |
| 處理方法代號 |
ALPHA |
A1 |
136 |
136 |
1 采用自動相關和簡單的雙線性重采樣算法 2 人工采集和GRIDEM簡單雙線性算法 3 DLG/或地形圖CTOG 8向線性內插 4 從航測系統采集的等高線數據4向內插而來 5 DLG/地形圖 LINETRACE，LT4X 復雜線性內插 6 DLG/地形圖 CPS-3，ANUDEM，GRASS 復雜多項式 7 電子影像（非攝影測量）被動或主動傳感器系統 |
| 占位符 |
|
|
137 |
137 |
空格 |
| 組合指示 |
ALPHA |
A3 |
138 |
140 |
這個參數是為30分DEM准備的 |
| 生產者代碼 |
ALPHA |
A4 |
141 |
144 |
|
| Level等級碼 |
INTEGER*2 |
I6 |
145 |
150 |
1=DEM-1 2=DEM-2 3=DEM-3 4=DEM-4 |
| DEM高程點圖形定義碼 |
INTEGER*2
|
I6 |
151 |
156 |
1=規則網格 2=隨機分布 |
| 水平參考系定義代碼 |
INTEGER*2 |
I6 |
157 |
162 |
0=地理 1=UTM投影 2=國家平面 |
| UTM分帶代碼 |
INTEGER*2 |
I6 |
163 |
168 |
UTM 分帶代碼， 如果采用地理坐標這項參數為0 |
| 地圖投影參數 |
REAL*8 |
15D24.15 |
169 |
528 |
對UTM及地理坐標系，該參數全部置0 |
| 平面參考坐標系單位代碼 |
INTEGER*2 |
I6 |
529 |
534 |
0=弧度 1=英尺 2=米 3=弧秒 一般對於7.5分DEM，使用代碼2。而對於30分、1度和Alaska DEM一般采用代碼3。 |
| 高程坐標單位 |
INTEGER*2 |
I6 |
535 |
540 |
1=英尺 2=米 一般7.5分，30分，1度和Alaska DEM采用代碼2 |
| DEM邊數 |
INTEGER*2 |
I6 |
541 |
546 |
通常為4 |
| 4對實數表示DEM邊界 |
REAL*8 |
4(2D24.15) |
547 |
738 |
坐標以(東經,北緯)為記錄順序,四個角以西南角為起點按順時針排列。 |
| 兩個元素分別表示整個數據中DEM的最大和最小值 |
REAL*8 |
2D24.15 |
739 |
786 |
DEM以元素9的代碼表示的單位為單位，遵從元素6的分帶划分。 |
| 以弧度作為記錄單位，逆時針記錄DEM參考系與地平面軸的夾角 |
REAL*8 |
D24.15 |
787 |
810 |
如果采用元素5中代碼定義的坐標系統，這項參數為0 |
| 精度代碼 |
INTEGER*2
|
I6 |
811 |
816 |
0=精度未知 1=精度信息在type C 中表達 |
| X、Y、Z三方向分辨率，單位參考元素8，9 |
REAL*4 |
3E12.6 |
817 |
852 |
X、Y方向的分辨率只允許取整數。對所有的USGS DEM，除1度DEM以外，Z分辨率如采用英尺為單位，則最多允許小數點后1位，以米為單位最多允許小數點后2位。一些典型的表示如對於7.5分DEM可以使用30,30,1；和10,10,1等 |
| DEM中包含的斷面文件行列數（m,n） |
INTEGER*2
|
2I6 |
853 |
864 |
當行數m=1時，n等與DEM的列數 |
| 舊格式在此結束 |
|||||
| 最大計曲線間隔 |
INTEGER*2 |
I5 |
865 |
869 |
僅當存在兩種以上計曲線間隔時存在 |
| 源曲線間隔單位 |
INTEGER*1 |
I1 |
870 |
870 |
對應於源曲線最大間隔單位 0=N.A 1=英尺，2=米（僅適應於 level 2DEM） |
| 最小計曲線間距 |
INTEGER*2 |
I5 |
871 |
875 |
最小或僅有的計曲線間隔 |
| 源曲線間隔單位 |
INTEGER*1 |
I1 |
876 |
876 |
對應於地圖最小計曲線間隔單位 1=英尺 2=米 |
| 數據生產日期 |
INTEGER*2 |
I4 |
877 |
880 |
“YYYY”一個4字符表示的年份（例如 1975，1997等）即可以是編繪日期也可以是航攝日期 |
| 數據檢查和生產日期 |
INTEGER*2 |
I4 |
881 |
884 |
“YYYY”一個4字符表示的年份，可以是完成日期或者修測日期 |
| 檢查標志 |
ALPHA*1 |
A1 |
885 |
885 |
“I”表示第三部分包括的所有質量控制均已實現 |
| 數據確定性標志 |
INTEGER*1 |
I1 |
886 |
886 |
0=沒有做過確定過程 1=利用檢查點計算過RMSE，未進行DEM編輯 4=Level 1 DEM 編輯，水體編輯，利用檢查點計算過RMSE。 5= Level 2 和Level 3 DEM編輯。利用檢查點計算過RMSE。 |
| 可疑和空曠標志 |
INTEGER*1 |
I2 |
887 |
888 |
0=無 1=可疑區域 2=空曠區域 3=可疑區域和空曠區域 |
| 高程基准 |
INTEGER*1 |
I2 |
889 |
890 |
1=局域平均海平面 2=國家高程測量基准 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=世界測量系統1972（WGS72） 3=WGS 84 4=NAD 83 5=舊 夏威夷基准 6=波多黎各基准 |
| 數據編輯 |
INTEGER*2 |
I4 |
893 |
896 |
01-99最初為DMA特別設置區（USGS一般設為01） |
| 空曠比例 |
INTEGER*2 |
I4 |
897 |
900 |
如果元素25指出存在空曠區域，這個區域（右對齊）說明文件存在相應比例空曠區點（-32,767） |
| 邊匹配標志 |
INTEGER |
4I2 |
901 |
908 |
邊匹配標志，按照西、北、東和南順序排列 |
| 垂直標准位移 |
REAL*8 |
F7.2 |
909 |
915 |
垂直標准位移，形式為SFFF.DD 取值來自於VERTCON計划的矩形四條邊的平均位移。通常加此值后轉化為VAVD88 |
表2
| 數據元素 |
類型 |
格式聲明 |
說明 |
||
| ASCII格式 |
起始字節 |
結尾字節 |
|||
| 一個二維數組表達當前斷面文件的序號 |
INTEGER*2 |
2I6 |
1 |
12 |
行、列的取值范圍均為1,m和1,n。行數通常設為1，列通常表示當前的斷面序數 |
| 一個二維數組表示DEM的斷面數 |
INTEGER*2 |
2I6 |
13 |
24 |
一個參數對應斷面文件的行數，第二個參數通常設為1 |
| 一個二維數組表征斷面文件的起點坐標 |
REAL*8 |
2D24.15 |
25 |
72 |
|
| 斷面文件的局部高程基准 |
REAL*8 |
D24.15 |
73 |
96 |
單位采用邏輯記錄A中元素9的定義 |
| 一個二維數組表達當前斷面文件中DEM的最大最小值 |
REAL*8 |
2D24.15 |
97 |
144 |
單位采用邏輯記錄A中元素9的定義 |
| DEM數據實體 |
INTEGER*4 |
mn(I6) |
|
|
6×(146 or 170),146第一個數據塊最大數據數，170后續數據塊 為了節約存儲空間，無論斷面文件有多長，DEM都以1024為單位存儲，不足1024的以空格補齊。這樣的一個數據塊所能容納的數據量為（1024-144）/6=146，后續數據塊為所能容納的數據量為1024/6=170。 |
表3
| 數據元素 |
類型 |
格式聲明 |
說明 |
||
| ASCII格式 |
起始字節 |
結尾字節 |
|||
| 表明統計存在性的代碼 |
INTEGER*2 |
I6 |
1 |
6 |
1=有統計 0=無統計 |
| 相對於絕對平面的均方根誤差RMSE |
INTEGER*2 |
3I6 |
7 |
24 |
RMSE的單位跟邏輯記錄A中8，9 |
| RMSE取樣數 |
INTEGER*2 |
I6 |
25 |
30 |
如果此值為0則說明，RMSE來自於估計而不是計算 |
| 元素5是否存在 |
INTEGER*2 |
I6 |
31 |
36 |
1=存在 0=不存在 |
| 相對於絕對平面的均方根誤差RMSE |
INTEGER*2 |
3I6 |
37 |
54 |
RMSE的單位跟邏輯記錄A中8，9 |
| 元素5的取樣數 |
INTEGER*2 |
I6 |
55 |
60 |
如果此值為0則說明，RMSE來自於估計而不是計算 |