淺談利用DEM數字高程數據及Google Earth衛星影像制作中比例地形圖

摘 要：我國西部部分偏遠地區，自然條件惡劣，公路建設在工程可行性研究階段常存在基礎資料缺乏，紙質地圖陳舊且大部分僅為60年代徒步勾繪的1：10萬草圖等問題，無法指導項目初期路線走廊方案選擇和研究，文章就利用中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站免費提供的DEM數字高程數據和Google Earth免費提供的衛星影像結合實地踏勘、調繪，快速完成中比例尺地形圖，進而完成公路選線進行了論述。

關鍵詞：Google Earth；地形圖；公路

1 免費DEM數字高程數據簡介

目前，中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站提供兩種免費DEM數字高程數據，其中：

SRTM90米分辨率數字高程數據，SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美國太空總署（NASA）和國防部國家測繪局（NIMA）聯合測量。此數據產品2003年開始公開發布，經歷多修訂，目前的數據修訂版本為V4.1版本。SRTM地形數據按精度可以分為SRTM1和SRTM3，分別對應的分辨率精度為30米和90米數據（目前公開數據為90米分辨率的數據）。目前，Google Earth高程數據即采用本數據。

GDEM30米分辨率數字高程數據，本數據集利用ASTER GDEM第一版本（V1）的數據進行加工得來，由于云覆蓋，邊界堆疊產生的直線，坑，隆起，大壩或其他異常等的影響，ASTER GDEM第一版本原始數據局部地區存在異常，所以由ASTER GDEM V1加工的數字高程數據產品存在個別區域的數據異常現象。此全球30米的數字高程數據產品可以和全球90米分辨率數字高程數據產品互相補充使用。該數據空間分辨率30米，采用UTM/WGS84投影。

2 公路工程可行性研究階段地形圖比例尺要求

根據交通部交規劃發[2010]178文頒布的《公路建設項目可行性研究報告編制辦法》（2010年4月），第七條 “二級以上公路預可行性研究、工程可行性研究階段的路線方案，應分別在1：5萬、1：1萬或更大比例尺地形圖上進行研究”。因此，對于低等級道路工可研究階段可在1：5萬比例尺地形圖上進行研究。

3 DEM數據精度分析

根據公路測量及制圖規范，工程可行性研究階段常用的比例尺、等高距和DEM分辨率關系如下表所示：

由表可以看出，SRTM90米分辨率數字高程數據和GDEM30米分辨率數字高程數據精度，對應的比例尺介于1：5萬和1：25萬之間。

為了檢驗DEM數據精度，中鐵二院曾對鄭州至萬州、四川犍為小火車規劃等線路的縱橫斷面地面線進行了綜合比較分析。經比較發現，從Google Earth上獲取的地面線數據即RTM90米分辨率數字高程數據與從1：5萬地形圖上人工判讀的地面線數據高差在10m 范圍內達到了95%，可以說明基于SRTM90米分辨率數字高程的提取的地形精度與人工從1：5萬地形圖上判讀的精度相當， 可滿足規劃階段的要求。

4 利用DEM數據及Google Earth衛星影像制作中比例地形圖

在西部偏遠地區，新建公路在工程可行性研究階段常收集到的地形圖多為60年代徒步勾繪的1：10萬草圖，與實際地形地物相差巨大，另外，幾十年的歲月變遷，村鎮建筑、路網也發生了很大變化，公路路線方案的選擇，首先需要的是地形圖。利用Google Earth衛星影像，疊加DEM數據生成的等高線地圖， 可制作1：5萬、1：10萬的地形圖，從而對線路行經區域內的地貌、水系、城鎮布局、路網等進行了深入細致的研究。

（1）根據項目區的地名和經緯度范圍， 從中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站（http：//datamirror.csdb.cn/）下載公路所在區域的SRTM 數據或GDEM數據。

（2）利用“谷歌地圖下載器”、“GetScreen”等小軟件，可以快速、簡便地從GE 中下載相應區域的衛星圖片，并自動拼接成一幅完整無縫的測區影像。截圖時，僅需注意衛片的精度和范圍。

（3）利用Global Mapper生成等高線。①用Global Mapper打開下載到的數據；②設置項目區投影參數；我國大中比例尺地圖均采用高斯-克呂格（Gauss Kruger）投影，其通常是按6度和3度分帶投影，1：2.5萬-1：50萬比例尺地形圖采用經差6度分帶，1：1萬比例尺的地形圖采用經差3度分帶。大地基準面一般采用北京54。在“工具TOOLS”菜單中選擇“設置”，在跳出的窗口中，選擇“投影”選項卡，根據項目實際需要選擇相關參數。例如：“投影”選擇“Gauss Kruger（6 degree zones）”、“區（帶）”根據項目區所處經度確定、“基準”選擇“BEIJING 1954”、“平面單位”選擇“米”。③在“文件”菜單中選擇“生成等高線”，在跳出的窗口中，選擇“等高線設置”選項卡，“等高距”根據項目實際需要填入，其他項可選擇默認；“簡化”選項卡，將滑標拉到最小值；“網格化”選項卡，是輸出大范圍的等高線時，分小區輸出的設置；“等高線”選項卡，可根據實際經緯度坐標或直接繪制的方框輸出選擇范圍內的等高線。④等高線的輸出，在“文件”菜單中選擇“輸出矢量格式”，在跳出的窗口下拉菜單中，選擇“DXF”或“DWG”等格式。如選擇“DXF”格式，等高線為帶高程值的多段線，選擇“DWG”格式，則生成的等高線為帶高程值的二維多段線。

（4）等高線與衛星影像數據的拼合。利用AOTO CAD打開等高線數據文件（DXF或DWG），將截取的衛星圖片插入CAD，利用典型特征地物，如河流、山峰等將圖片平移、旋轉、縮放，直至等高線地形特征與衛片影像一致。

（5）制作地形圖。用CASS軟件打開拼合了衛星圖片的DWG文件，根據衛片勾繪地形地物，標注等高距等。

（6）地形圖補測補繪。當公路項目等級較高時，應對地形圖進行補測補繪，首先對測區走廊帶埋設控制點，并采用GPS進行靜態控制測量，對上述方法制作的地形圖進行坐標轉換后，使用RTK或免棱鏡全站儀對重點地形地物進行補測，以完善地形圖。

5 結束語

采用上述方法制作的地形圖，為在無圖地區進行公路工程可行性研究提供了一種途徑，但畢竟DEM數字高程數據精度有限，且個別區域的數據存在異常現象，另外，Google Earth衛星影像也存在局部區域分辨率低的情況，因此建議上述方法，僅用于無圖地區低等級公路工程可行性研究階段。

參考文獻

[1]王一波，邵偉偉，羅新宇.Google Earth數據精度分析及在鐵路選線設計中的應用[J]. 鐵道勘察，2010（5）：68-71.

[2]朱穎， 蒲浩，劉江濤，等.基于數字地球的鐵路三維空間選線技術研究[J]. 鐵道工程學報， 2009（7）： 33-37.