關於DEM的種種以及等高線的制作，你想知道的都在這兒

一、DEM介紹

1、DEM是什么

數字高程模型（Digital Elevation Model)，簡稱DEM，是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬（即地形表面形態的數字化表達），它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數字地形模型(Digital Terrain Model，簡稱DTM)的一個分支。

2、有哪些常用DEM

下表把常用的DEM羅列出來，方便廣大用戶朋友根據需求選擇使用。

數據名稱	發布單位	發布時間	坐標系	數據分辨率	覆蓋情況
ETOPO	NGDC	2011年	WGS84	1′（約2KM）	全球含海底
GTOPO30	USGS		WGS84	30″（約1KM）	全球陸地覆蓋
GMTED2010	USGS、NGA	2010年	WGS84	30″ 15″ 7.5″（約250m）	全球陸地覆蓋
SRTM3	NASA、NIMA		WGS84	3″（約90m）	全球陸地覆蓋
ASTER_GDEM_V2	NASA、METI	2011年	WGS84	1″(約30m)	全球陸地99%
ASTER_GDEM_V3	NASA、METI	2019年	WGS84	1″(約30m)	全球陸地99%
ALOS	JAXA	2015年	WGS84	12.5m	全球基本覆蓋 中國東三省有部分缺失

注：一般各類公開DEM文件（非國產和自制的DEM文件），均采用WGS84坐標系，高程基准為WGS84橢球。在實際應用，如果需要用到85黃海高時，均需要通過高程控制點進行控制。因此，一般DEM提供的主要是相對高程，絕對高程需要通過處理后獲得。

3、DEM獲取方法

如何獲取DEM呢？本例以谷歌地形和SRTM3兩個90m分辨率的數據為例。講解如何獲取。

注：谷歌地形國內實際為SRTM3，90m分辨率，大於90m分辨率的谷歌地形均為插值，並無太大意義。

獲取DEM之前，我們首先要確定需要的范圍。

打開LSV，大體找到需要的區域，繪制多面：

也可以直接搜索某個行政區：

注：搜索到的地形，在搜索結果內，點擊后面的五角星即可收藏該地形要素到我的地標下，進而可以另存為任意矢量格式或者進行二次編輯。

繪制完畢后，下載》谷歌地形》選擇或繪制范圍，進入谷歌地形下載對話框，點擊選擇面，選擇之前繪制的面或者搜索的行政區：

根據需要配置對應的下載級別，存儲目錄，點擊開始下載：

稍等片刻，下載完成，即得到該區域TIF格式的谷歌地形：

在Global Mapper中查看效果如下：

如果需要下載SRTM3，則需要根據目標區域對應的經緯度坐標，來進行判斷。

同理，如果我們還是需要下載剛才的目標區域地形：

可以看到，LSV內，左下角坐標顯示值為：

東經99.564473° 北緯29.915202°

將小數點后面的數字去掉，東經改成E，北緯改成N，得到：N29E99（注，有時為N29E099），該序列即SRTM3原始文件的文件編號。

注：若行政區划跨多個經緯度分塊，則每個經緯度分塊均需要獨立計算。

LSV內，點擊SRTM3，選擇百度網盤下載：

LSV會自動打開一個百度網盤分享頁面，並給出提取碼。

LSV分享的SRTM3是全球SRTM3數據，即全球90m分辨率SRTM3 V4.1版本數據。

其中全球數據按標准分副提供，國內數據按經緯度分塊提供。

進入國內數據，搜索剛才我們得到的N29E99：

找到后，下載下來，即得到左下角坐標為N29E99的1°*1°范圍的DEM數據：

加載到Global Mapper中查看效果：

注：若90m的DEM無法滿足實際應用需求，LSV內還提供更多高分辨率DEM可供選擇：

谷歌地形，國內區域源數據為SRTM3，是SRTM3的優化版本，約90m分辨率；

ETOPO，1.8KM分辨率的全球數據，優點是帶有海底地形；

SRTM3，90m分辨率的全球數據，常用的版本；

ASTER，30m分辨率的全國分省數據，最常用的數據版本；

ALOS，12m分辨率的全國分市數據，目前精度最適合的版本；

全國5米地形，5m分辨率的全國數據，面向工程行業定制應用的數據。

4、關於DEM的在線公開課

DEM生產原理及數據源詳解：點擊查看

二、DEM分辨率及比例尺

1、分辨率

DEM分辨率是DEM刻畫地形精確程度的一個重要指標，同時也是決定其使用范圍的一個主要的影響因素。DEM的分辨率是指DEM最小的單元格的長度。因為DEM是離散的數據，所以（X，Y）坐標其實都是一個一個的小方格，每個小方格上標識出其高程。這個小方格的長度就是DEM的分辨率。分辨率數值越小，分辨率就越高，刻畫的地形程度就越精確，同時數據量也呈幾何級數增長。所以DEM的制作和選取的時候要依據需要，在精確度和數據量之間做出平衡選擇。

2、DEM分辨率的陷阱

在網上搜索各種地形下載的時候，往往會看到各種下載器號稱能夠下載谷歌10m的地形。這個是真的嗎？

我們來看一篇科普文章：點我查看

通過文章內的實驗，谷歌地形實際就是SRTM3，約90m。下載器下載的號稱10m的地形，實際是對SRTM3-90m的數據通過插值得來的。也就是下載結果DEM文件的文件格網分辨率采用的是10m，但是存儲的數據還是90m的數據。相當於把一張圖片數字放大很多倍，導致體積變大，出現馬賽克，數據質量並沒有提升。

因此，獲取DEM數據時，不要看文件分辨率，要看原始數據分辨率，只有原始數據分辨率才有實際價值，這也是LSV內所有DEM數據明確標明來源的原因。

3、比例

下表給出了不同比例尺圖對應的DEM分辨率大致量級。

比例尺		等高距	DEM分辨率	對應數據
大比例尺	1:500	0.5m	亞米	航測或實測
	1:1000	1m
	1:2000	2m、2.5m
	1:5000	5m
中比例尺	1:1W	1m、2.5m、5m	5m	5mDEM
	1:5W	5m、10m、20m	10m	ALOS-12m
	1:10W	20m、50m	10m
小比例尺	1:20W	20m、50m	20m	ASTER-30m
	1:50W	50m、100m	100m	SRTM3-90m
	1:100W	50m、100m	100m

 

三、DEM三維應用

DEM最直接的應用，就是當做三維地形直接進行查看。哪里可以簡單的查看三維地形效果呢？當然還是LSV了。

1、直接LSV加載查看

LSV默認調用的地形是谷歌地形，谷歌地形的原始數據，國內區域主要用的是SRTM3，90m分辨率左右。如果覺得谷歌地形不滿足需求的話，可以添加自己下載或者實測的DEM來提升LSV內三維地形的精度。

LSV支持很多種DEM文件格式：

把獲取到的DEM，直接拖拽到LSV里面，或者使用LSV的添加地形按鈕來添加地形。

拖拽到LSV后，關閉默認的谷歌地形，即可用地形文件替換谷歌地形，實現任意精度的三維顯示：

對比谷歌地形：

可以發現，30m地形比谷歌地形提升的效果差異還是很明顯的。

2、轉換lrp

直接拖拽加載可以解決加載少量地形直接查看的需求。但是如果一次加載一個省/全國的地形，或者直接加載分辨率達到米級/亞米級的地形的時候，DEM文件體積動輒上GB，直接拖拽加載的話就會非常卡頓，且占用大量內存。

對於文件體積過大、或者文件數量過多的地形文件，最好的加載查看方式是用LSV把地形文件轉換成Lrp文件。

轉換方法很簡單，使用LSV的工具》地形拼接：

添加數據后，勾選啟用無效過濾，點擊開始合並地形。

稍等片刻，所有加載的地形文件，就合並成單個Lrp格式的地形文件。

再把Lrp地形文件拖拽到LSV里面，即可輕松的瀏覽原來體積巨大，范圍巨大的地形，而且會非常流暢。

3、三維分析

加載地形到LSV后，即可做一些三維空間分析，諸如高程測量，剖面分析，方量計算等。

三角測量：

剖面分析：

方量計算：

4、Global Mapper三維查看

除了在LSV內可以查看三維效果，使用GM也可以查看三維效果。打開DEM后，點擊三維視圖按鈕即可查看加載的DEM對應的三維效果。

四、等高線生成

1、加載DEM到Global Mapper

2、裁剪DEM

在生成等高線之前，一般先需要對DEM進行裁剪，以提取目標區域的DEM。目標區域數據可以使用LSV進行繪制（同DEM獲取方法章節介紹），再保存為KML后拖拽到GM內，也可以直接在GM內繪制目標區域。

本例在GM中進行繪制。使用GM的繪制面工具，在地圖上進行繪制，繪制完畢后右鍵結束繪制。

目標區創建完畢后，用數字化工具選擇該面要素：

圖層控制中心，雙擊DEM圖層，裁剪》以當前選中多邊形裁剪：

即可獲得裁剪后的DEM：

 

3、生成等高線

菜單》分析》生成等高線(從高程地形數據)：

配置等高線線距，本例以10m為線距：

稍等片刻，等高線生成完成：

放大查看：

4、樣式配置

GM生成等高線后，默認的樣式可能不夠美觀，如果想進行自由配色的話，可以在生成的等高線圖層屬性內進行設置。

當然，配色步驟並非必須步驟，如果不需要進行配色的話，也是可以跳過該步驟，直接進行下一步的。

 

方案一，按等高線曲線類型配色：

 

圖層控制中心，雙擊等高線圖層，打開圖層屬性。

線樣式》應用樣式基於屬性名稱/名稱值》Feature Type》初始化值

對每個曲線類型進行獨立的樣式設置：

三個曲線類型都編輯好后，應用圖層，即可看到配色后的等高線效果：

方案二，按海拔高度配色：

圖層控制中心》雙擊等高線圖層，打開圖層屬性。

線樣式》應用樣式基於屬性名稱/名稱值》ELEVATION》初始化值，設置初始樣式：

彈出的提示點擊是：

直接應用即可看到效果：

依舊可以對每條顏色控制線進行樣式設置，來調整等高線圖的顏色。

5、投影設置

等高線制作完成后，如果是工程應用，還需要進行投影轉換（我國規定，一般地形圖采用高斯投影）。

投影轉換的方法很簡單，本例把當前數據投影轉換到CGCS2000。

Global Mapper中，沒有國家2000基准，因此需要手工添加。如果是西安1980和北京1954的話，Global Mapper內是有橢球的，但是並不能直接用，因為投影參數問題，除非投影到標准80下，而不是地方80。

本例轉換到2000，因此添加2000基准：

由於GM內也沒有2000橢球，因此可以自己添加CGCS2000橢球，也可以用WGS84近似替代（誤差極小）。

這里添加橢球：

橢球參數從百度百科可以獲取到：

添加橢球完成后，點擊確定，再在配置基准點擊確定即可：

至此，我們有了國家2000橢球基准。接下來進行投影設置：

基准選擇剛才創建的中國2000，投影選擇Gauss Krueger（3 degree zones）（高斯3度分帶）。選擇后，GM一般會自動填寫帶號，一般填寫的帶號是正確的，檢查方法也比較簡單，對照帶號范圍是否包含了地圖主界面右下角坐標的經度值。

本例中，帶號包含區域是97.5-100.5，而GM坐標顯示數據坐標是100E，符合帶號包含區域。

配置完畢后，點擊配置對話框的確定按鈕，完成投影轉換：

投影轉換后，即可在右下角坐標欄看到國家2000高斯投影三度分帶對應的坐標值。

6、輸出dxf

等高線整體制作完畢后，可以進行輸出。GM支持幾乎所有常見矢量格式的導出。本例以輸出dxf為例。

菜單，文件》導出》導出矢量/激光雷格式：

選擇dxf格式：

勾選prj文件，直接導出：

注：prj文件是投影文件，有了投影文件后，dxf即可在各類GIS軟件中加載，如LSV、arcgis等軟件。

輸出后得到dxf格式的等高線以及prj投影文件：

用CAD即可直接打開查看，對應的坐標也是標准國家2000坐標系的坐標：

注：cad打開后，默認可能為空，原因是視口問題。直接輸入命令zoom，然后輸入a，回車即可。

同樣，由於該dxf文件帶有prj文件，因此可以直接拖拽該dxf到LSV內進行查看：

 

DEM數據資源下載鏈接：http://www.tuxingis.com/store.html