DEM相关基础知识
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DEM网格单元大小的确定
方法 1
由地形图上的等高线生成DEM时，DEM网格大小的粗略估计: CELL Size = Scale分母 / 纸张分辨率纸张分辨率为300bpi(一般为200bpi)，即一英寸纸张上面可以印刷300条线，以1:5万地形图为例： cell size = 50000/300 (inch) = 4.24 (meter)
方法 2
地图比例尺，航空摄影测量、影像分辨率的关系带来的启示航摄规范（GB/T 15661-1995）中规定航摄仪有效使用面积内镜头分辨率“每毫米内不少于25 线对”。根据物镜分辨率和摄影比例尺可以估算出航摄影像上相应的地面分辨率D，即D=M/R。(其中M 为摄影比例尺分母，R 为镜头分辨率。)根据航摄规范中“航摄比例尺的选择”的规定和以上公式，可得下表。
成图比例尺 航摄比例尺 影像地面分辨率（m）
1：5000 1：10,000～1：20,000 0.4～0.8
1：10,000 1：20,000～1：40,000 0.8～1.6
1：2,5000 1：25,000～1：60,000 1.0～2.4
1：50,000 1：35,000～1：80,000 1.4～3.2
补充：卫星影像分辨率的选择考虑不同比例尺成图对影像分辨率要求和对应规格商用卫星影像产品的稳定货源。
卫星 QuickBird-2 IKONOS-2 SPOT-5 SPOT-4 Landsat-7
最高分辩率(m) 0.61 1 2.5 10 15
成图比例尺 卫星影像（分辨率）
1：5000～1：10,000 QuickBird(0.61m)
IKONOS-2 (1m)
1：25,000 QuickBird-2(0.61m)
IKONOS-2 (1m)
SPOT-5(2.5m)
1：50,000 SPOT-5(2.5m)
DEM生成方法 - ANUDEM 模型
水是地貌形成的主要侵蚀因素。ANUDEM (Australian National University Digital Elevation Model) 采用了这一思想，使用地貌与水文数据作为插值约束条件，插值等高线高程。大大减少了DEM中的凹陷数据错误，显著提高了DEM在水文特征方面的质量。插值方法为递归有限元差分插值技术，拟合样条曲面。
ANUDEM插值处理方法：
等高线是最常见的高程信息表达方法，也最难适用各种通用插值方法进行处理，处理要点：
(1) 地表曲面形态：等高线->等高线局部最大曲率->坡度最陡区域->山脊线／河流径网->确认输出DEM的水文地貌特征/验证DEM的精确度。
(2) 地表曲面插值：每个网格单元的插值计算，使用临近等值线上的点。
(3) 多分辨率逐级插值：低分辨率DEM->高分辨率DEM->用户定义分辨率DEM。每级分辨率插值操作，水系限制条件都用于DEM凹陷生成的控制，保留下的凹陷会纪录在log文件中
等高线插值的举例 (arcinfo: topogrid)
Arc: topogrid laodem20 20
TopoGrid: datatype contour
TopoGrid: contour laocontour elev
TopoGrid: stream laostream
TopoGrid: enforce on
TopoGrid: end
Arc:
其中：laodem20 – 输出DEM的文件名
20 - 用户指定分辨率
laocontour – 用于插值的等高线cover
elev - 等高线cover的属性表中
表示高程属性的字段名
laostream – 河流网络cover
enforce on - 清除凹陷
二．基于点源数据生成DEM的插值方法 (ARCINFO)
数据源：GPS测点，地形图网格采点等。
Arc: items pntcov.pat
COLUMN ITEMNAME WIDTH OUTPUT TYPE N.DEC ALTERNATENAME
9 PNTCOV# 4 5 B
13 PNTCOV-ID 4 5 B
21 YIELD 8 8 F 6
29 X_COORD 8 10 F 3
37 Y_COORD 8 11 F 3
Arc: q
1) 反距离加权插值法 IDW
反距离加权法中距离的指数，指数越小表面越光滑，常用范围为0.5~3,缺省为2。
Arc: grid
Grid: pntgrdidw=idw(pntcov,yield,#,2,sample,#,#,2.5)
Running ... 100%
Grid:
2) 样条插值法
Tension表示张力样条插值法，Regularized表示规则样条插值法
Grid: pntgrdspline = spline(pntcov,yield,tension,#,#,2.5)
Running ... 100%
Grid:
3) 克吕格插值法
Kriging方法包括普通Kriging ( SPHERICAL, CIRCULAR, EXPONENTIAL, GAUSSIAN, LINEAR)和泛Kriging(UNIVERSAL1 UNIVERSAL2)
Grid: pntcovkriging = kriging(pntcov,yield,#,#,#,SPHERICAL,SAMPLE,#,#,2.5)
Estimating semi-variogram ...
Ordinary Kriging with the Following Model(s):
SPHERICAL
c0 = 0.003
c = 0.004
a = 208.237
sill = 0.007
Interpolating grid ... 100%
Grid:
三．常用DEM数据资源
GTOPO30 DEM
1) GTOPO30数据特点
由USGS EROS完成于1996年, 历时3年
GTOPO30数据源：DTM, DCW(VMAP0), USGS 1 degree DEM
覆盖全球陆地 90N – 90S, 小于1平方公里小岛屿忽略
数据库大小：1.74 Giga (行21600 列43200)
分辨率: 30 arc seconds (约1公里)
高程范围: -407 ~ 8,752 meter
数据格式：16bit二进制格式bil，MSB - big endian
2) Vertical accuracy (meters)
Source L.E. at 90% RMSE Estimation method
------ -------------------------- -----------------
DTED 30 18 product specification
DCW 160 97 calculated vs. DTED
USGS DEM 30 18 product specification
AMS maps 250 152 estimated from 500-meter interval
IMW maps 50 30 estimated from 100-meter interval
Peru map 500 304 estimated from 1,000-meter interval
N.Z. DEM 15 9 estimated from 100-foot interval
ADD highly variab wide le range of scales and intervals
3) GTOPO30数据的获取
整个数据库分为33 tiles，中国占据4 tiles：
E60N90 E100N90
E60N40 E100N40
http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/gtopo30.html
Lat Lon Elev
Tile Min Max Min Max Min Max Mean Std.Dev.
------- ------- ------- ---------------------
E060N90 40 90 60 100 -152 7169 509 698
E100N90 40 90 100 140 1 3877 597 455
E060N40 -10 40 60 100 1 8752 1804 1892
E100N40 -10 40 100 140 -40 7213 692 910
4) GTOPO30数据文件解释 (以E100N40为例)
FileName Contents
----------- ---------------
E100N40.DEM digital elevation model (BIP/BIL/BSQ)
E100N40.HDR header file for DEM
E100N40.DMW world file
E100N40.STX statistics file
E100N40.PRJ projection information file
E100N40.GIF shaded relief image
E100N40.SRC source map
E100N40.SCH header file for source map
5) GTOPO30数据处理 (以E100N40为例)
Arcview显示数据:
(1) 将E100N40.DEM重新命名为E100N40.BIL
(2) 启动Arcview, 以图像格式装入E100N40.BIL
注意: Arcview不能够将16bit signed图像正确转为DEM!
ArcInfo转换数据为DEM格式：
#BIL - DEM Conversion (E100N40.bil / E100N40.DMW)
Arc: imagegrid E100N40.bil E100N40
#Attach Projection to DEM (based on E100N40.PRJ)
Arc: projectdefine grid E100N40
Define Projection
Project: projection geographic
Project: datum wgs84
Project: zunits meters
Project: units dd
Project: spheroid wgs84
Project: parameters
Arc:
#GRID Post-processing
Arc: grid
Grid: E100N40P = con(E100N40 >= 32768,
E100N40 - 65536, E100N40)
Grid:
#Validating Elevation and Projection
#by E100N40.STX and E100N40.PRJ
Grid: describe E100N40P
Grid:
SRTM Global DEM
1) SRTM Global DEM数据特点
NASA生成，NASA/USGS发布
覆盖全球陆地80% (发展中国家/热带地区) 60N – 56S
原始数据：12 Tera (2000/02/11, an 11-day mission)
分辨率：3 arc second (90m at the equator)
1 arc second only for North America
垂直方向误差：< 16meters (6meters)
数据组织：1 x 1 degree tile, easy for mosaicing
数据格式：ArcInfo ASCII and GeoTiff
注意：SRTM包含“no-data”空洞区,即水体区域或阴影区
2) SRTM DEM数据获取
Version 1 (“Unfinished” Grade) http://srtm.usgs.gov/data/obtainingdata.html
Version 2 (“Finished” Grade)
http://edc.usgs.gov/products/elevation.html
3) SRTM DEM数据文件命名规则与覆盖范围
Easy Download Site – GLCF:
ftp://ftp.glcf.umiacs.umd.edu/glcf/SRTM/Degree_Tiles/n040/SRTM_u03_n040e116/
上述SRTM数据tile覆盖范围1x1度
n040 – 北纬40度
e116 – 东经116度
n040e116表示SRTM数据的原点坐标为北纬40度，东经116度
4) SRTM DEM数据的投影
Projection GEOGRAPHIC Datum WGS84 Zunits METERS Units DD Spheroid WGS84 Xshift 0.0000000000 Yshift 0.0000000000 Parameters
5) SRTM DEM数据的处理与拼接
#(ASCII DEM情况下, 投影参数手工定义)
Arc: projectdefine grid n040e116
Project: projection geographic
Project: datum wgs84
Project: zunits meters
Project: units dd
Project: spheroid wgs84
Project: parameters
Arc:
#DEM Mosaic
Arc: grid
Grid: mosaic
Usage: (*) MOSAIC (<grid, ..., grid>)
Grid: bjdem = mosaic(0N39E116,N039E117,N040E116,N040E117)
Mosaicing grids ... 100%
#Set Shadow/Water to NULL (for easy display only)
Grid: bjdemp = setnull (bjdem < -100, bjdem)
Running... 100%
Grid:
ASTER DEM
#Terra ASTER
http://asterweb.jpl.nasa.gov/
Level 3D
15 meter resolution
#newly launched satellite
Research Opportunity for evaluation