关于DEM的种种以及等高线的制作，你想知道的都在这儿
一、DEM介绍
1、DEM是什么
数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支。
2、有哪些常用DEM
下表把常用的DEM罗列出来，方便广大用户朋友根据需求选择使用。
|
数据名称 |
发布单位 |
发布时间 |
坐标系 |
数据分辨率 |
覆盖情况 |
|
ETOPO |
NGDC |
2011年 |
WGS84 |
1′（约2KM） |
全球含海底 |
|
GTOPO30 |
USGS |
|
WGS84 |
30″（约1KM） |
全球陆地覆盖 |
|
GMTED2010 |
USGS、NGA |
2010年 |
WGS84 |
30″ |
全球陆地覆盖 |
|
SRTM3 |
NASA、NIMA |
|
WGS84 |
3″（约90m） |
全球陆地覆盖 |
|
ASTER_GDEM_V2 |
NASA、METI |
2011年 |
WGS84 |
1″(约30m) |
全球陆地99% |
|
ASTER_GDEM_V3 |
NASA、METI |
2019年 |
WGS84 |
1″(约30m) |
全球陆地99% |
|
ALOS |
JAXA |
2015年 |
WGS84 |
12.5m |
全球基本覆盖 |
注：一般各类公开DEM文件（非国产和自制的DEM文件），均采用WGS84坐标系，高程基准为WGS84椭球。在实际应用，如果需要用到85黄海高时，均需要通过高程控制点进行控制。因此，一般DEM提供的主要是相对高程，绝对高程需要通过处理后获得。
3、DEM获取方法
如何获取DEM呢？本例以谷歌地形和SRTM3两个90m分辨率的数据为例。讲解如何获取。
注：谷歌地形国内实际为SRTM3，90m分辨率，大于90m分辨率的谷歌地形均为插值，并无太大意义。
获取DEM之前，我们首先要确定需要的范围。
打开LSV，大体找到需要的区域，绘制多面：
也可以直接搜索某个行政区：
注：搜索到的地形，在搜索结果内，点击后面的五角星即可收藏该地形要素到我的地标下，进而可以另存为任意矢量格式或者进行二次编辑。
绘制完毕后，下载》谷歌地形》选择或绘制范围，进入谷歌地形下载对话框，点击选择面，选择之前绘制的面或者搜索的行政区：
根据需要配置对应的下载级别，存储目录，点击开始下载：
稍等片刻，下载完成，即得到该区域TIF格式的谷歌地形：
在Global Mapper中查看效果如下：
如果需要下载SRTM3，则需要根据目标区域对应的经纬度坐标，来进行判断。
同理，如果我们还是需要下载刚才的目标区域地形：
可以看到，LSV内，左下角坐标显示值为：
东经99.564473° 北纬29.915202°
将小数点后面的数字去掉，东经改成E，北纬改成N，得到：N29E99（注，有时为N29E099），该序列即SRTM3原始文件的文件编号。
注：若行政区划跨多个经纬度分块，则每个经纬度分块均需要独立计算。
LSV内，点击SRTM3，选择百度网盘下载：
LSV会自动打开一个百度网盘分享页面，并给出提取码。
LSV分享的SRTM3是全球SRTM3数据，即全球90m分辨率SRTM3 V4.1版本数据。
其中全球数据按标准分副提供，国内数据按经纬度分块提供。
进入国内数据，搜索刚才我们得到的N29E99：
找到后，下载下来，即得到左下角坐标为N29E99的1°*1°范围的DEM数据：
加载到Global Mapper中查看效果：
注：若90m的DEM无法满足实际应用需求，LSV内还提供更多高分辨率DEM可供选择：
谷歌地形，国内区域源数据为SRTM3，是SRTM3的优化版本，约90m分辨率；
ETOPO，1.8KM分辨率的全球数据，优点是带有海底地形；
SRTM3，90m分辨率的全球数据，常用的版本；
ASTER，30m分辨率的全国分省数据，最常用的数据版本；
ALOS，12m分辨率的全国分市数据，目前精度最适合的版本；
全国5米地形，5m分辨率的全国数据，面向工程行业定制应用的数据。
4、关于DEM的在线公开课
DEM生产原理及数据源详解：点击查看
二、DEM分辨率及比例尺
1、分辨率
DEM分辨率是DEM刻画地形精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素。DEM的分辨率是指DEM最小的单元格的长度。因为DEM是离散的数据，所以（X，Y）坐标其实都是一个一个的小方格，每个小方格上标识出其高程。这个小方格的长度就是DEM的分辨率。分辨率数值越小，分辨率就越高，刻画的地形程度就越精确，同时数据量也呈几何级数增长。所以DEM的制作和选取的时候要依据需要，在精确度和数据量之间做出平衡选择。
2、DEM分辨率的陷阱
在网上搜索各种地形下载的时候，往往会看到各种下载器号称能够下载谷歌10m的地形。这个是真的吗？
我们来看一篇科普文章：点我查看
通过文章内的实验，谷歌地形实际就是SRTM3，约90m。下载器下载的号称10m的地形，实际是对SRTM3-90m的数据通过插值得来的。也就是下载结果DEM文件的文件格网分辨率采用的是10m，但是存储的数据还是90m的数据。相当于把一张图片数字放大很多倍，导致体积变大，出现马赛克，数据质量并没有提升。
因此，获取DEM数据时，不要看文件分辨率，要看原始数据分辨率，只有原始数据分辨率才有实际价值，这也是LSV内所有DEM数据明确标明来源的原因。
3、比例
下表给出了不同比例尺图对应的DEM分辨率大致量级。
|
比例尺 |
等高距 |
DEM分辨率 |
对应数据 |
|
|
大比例尺 |
1:500 |
0.5m |
亚米 |
航测或实测 |
|
1:1000 |
1m |
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1:2000 |
2m、2.5m |
|||
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1:5000 |
5m |
|||
|
中比例尺 |
1:1W |
1m、2.5m、5m |
5m |
5mDEM |
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1:5W |
5m、10m、20m |
10m |
ALOS-12m |
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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三维应用
DEM最直接的应用，就是当做三维地形直接进行查看。哪里可以简单的查看三维地形效果呢？当然还是LSV了。
1、直接LSV加载查看
LSV默认调用的地形是谷歌地形，谷歌地形的原始数据，国内区域主要用的是SRTM3，90m分辨率左右。如果觉得谷歌地形不满足需求的话，可以添加自己下载或者实测的DEM来提升LSV内三维地形的精度。
LSV支持很多种DEM文件格式：
把获取到的DEM，直接拖拽到LSV里面，或者使用LSV的添加地形按钮来添加地形。
拖拽到LSV后，关闭默认的谷歌地形，即可用地形文件替换谷歌地形，实现任意精度的三维显示：
对比谷歌地形：
可以发现，30m地形比谷歌地形提升的效果差异还是很明显的。
2、转换lrp
直接拖拽加载可以解决加载少量地形直接查看的需求。但是如果一次加载一个省/全国的地形，或者直接加载分辨率达到米级/亚米级的地形的时候，DEM文件体积动辄上GB，直接拖拽加载的话就会非常卡顿，且占用大量内存。
对于文件体积过大、或者文件数量过多的地形文件，最好的加载查看方式是用LSV把地形文件转换成Lrp文件。
转换方法很简单，使用LSV的工具》地形拼接：
添加数据后，勾选启用无效过滤，点击开始合并地形。
稍等片刻，所有加载的地形文件，就合并成单个Lrp格式的地形文件。
再把Lrp地形文件拖拽到LSV里面，即可轻松的浏览原来体积巨大，范围巨大的地形，而且会非常流畅。
3、三维分析
加载地形到LSV后，即可做一些三维空间分析，诸如高程测量，剖面分析，方量计算等。
三角测量：
剖面分析：
方量计算：
4、Global Mapper三维查看
除了在LSV内可以查看三维效果，使用GM也可以查看三维效果。打开DEM后，点击三维视图按钮即可查看加载的DEM对应的三维效果。
四、等高线生成
1、加载DEM到Global Mapper
2、裁剪DEM
在生成等高线之前，一般先需要对DEM进行裁剪，以提取目标区域的DEM。目标区域数据可以使用LSV进行绘制（同DEM获取方法章节介绍），再保存为KML后拖拽到GM内，也可以直接在GM内绘制目标区域。
本例在GM中进行绘制。使用GM的绘制面工具，在地图上进行绘制，绘制完毕后右键结束绘制。
目标区创建完毕后，用数字化工具选择该面要素：
图层控制中心，双击DEM图层，裁剪》以当前选中多边形裁剪：
即可获得裁剪后的DEM：
3、生成等高线
菜单》分析》生成等高线(从高程地形数据)：
配置等高线线距，本例以10m为线距：
稍等片刻，等高线生成完成：
放大查看：
4、样式配置
GM生成等高线后，默认的样式可能不够美观，如果想进行自由配色的话，可以在生成的等高线图层属性内进行设置。
当然，配色步骤并非必须步骤，如果不需要进行配色的话，也是可以跳过该步骤，直接进行下一步的。
方案一，按等高线曲线类型配色：
图层控制中心，双击等高线图层，打开图层属性。
线样式》应用样式基于属性名称/名称值》Feature Type》初始化值
对每个曲线类型进行独立的样式设置：
三个曲线类型都编辑好后，应用图层，即可看到配色后的等高线效果：
方案二，按海拔高度配色：
图层控制中心》双击等高线图层，打开图层属性。
线样式》应用样式基于属性名称/名称值》ELEVATION》初始化值，设置初始样式：
弹出的提示点击是：
直接应用即可看到效果：
依旧可以对每条颜色控制线进行样式设置，来调整等高线图的颜色。
5、投影设置
等高线制作完成后，如果是工程应用，还需要进行投影转换（我国规定，一般地形图采用高斯投影）。
投影转换的方法很简单，本例把当前数据投影转换到CGCS2000。
Global Mapper中，没有国家2000基准，因此需要手工添加。如果是西安1980和北京1954的话，Global Mapper内是有椭球的，但是并不能直接用，因为投影参数问题，除非投影到标准80下，而不是地方80。
本例转换到2000，因此添加2000基准：
由于GM内也没有2000椭球，因此可以自己添加CGCS2000椭球，也可以用WGS84近似替代（误差极小）。
这里添加椭球：
椭球参数从百度百科可以获取到：
添加椭球完成后，点击确定，再在配置基准点击确定即可：
至此，我们有了国家2000椭球基准。接下来进行投影设置：
基准选择刚才创建的中国2000，投影选择Gauss Krueger（3 degree zones）（高斯3度分带）。选择后，GM一般会自动填写带号，一般填写的带号是正确的，检查方法也比较简单，对照带号范围是否包含了地图主界面右下角坐标的经度值。
本例中，带号包含区域是97.5-100.5，而GM坐标显示数据坐标是100E，符合带号包含区域。
配置完毕后，点击配置对话框的确定按钮，完成投影转换：
投影转换后，即可在右下角坐标栏看到国家2000高斯投影三度分带对应的坐标值。
6、输出dxf
等高线整体制作完毕后，可以进行输出。GM支持几乎所有常见矢量格式的导出。本例以输出dxf为例。
菜单，文件》导出》导出矢量/激光雷格式：
选择dxf格式：
勾选prj文件，直接导出：
注：prj文件是投影文件，有了投影文件后，dxf即可在各类GIS软件中加载，如LSV、arcgis等软件。
输出后得到dxf格式的等高线以及prj投影文件：
用CAD即可直接打开查看，对应的坐标也是标准国家2000坐标系的坐标：
注：cad打开后，默认可能为空，原因是视口问题。直接输入命令zoom，然后输入a，回车即可。
同样，由于该dxf文件带有prj文件，因此可以直接拖拽该dxf到LSV内进行查看：
DEM数据资源下载链接：http://www.tuxingis.com/store.html
