基于SRTM DEM数据的等高线获取与处理

[摘要]利用等高线表示陆地地貌的基本形态是系列比例尺地形图中地貌要素表示的基本方法。传统制图中等高线数据的获取多是依靠大比例尺数据缩编或由扫描纸图跟踪数字化，这些方法受资料限制性较大而且处理起来较为耗时。本文以制作小比例尺地形图所需等高线为例，运用SRTM DEM数据自动追踪生成等高线，根据自动生成等高线自身特点进行相应的综合处理，最终较为快速地得到了能够满足编制地形图所需要的等高线数据。

[关键字]SRTM DEM 等高线 自动追踪 制图综合

[中图分类号] P28 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-290-1

1 概述

地形图中陆地地貌的基本形态通常是利用等高线来表示。等高线是在满足高程精度的前提下，能够反映地貌特征的近似等高程点的连线，它既可供判断地貌的平面位置，又可供测量地面高程。等高线获取的传统方法是依据大比例尺数据缩编或由扫描纸图跟踪数字化。这两种方法都是是利用数字化应用系统的编辑功能对原有数据进行手工编辑综合取舍的过程，虽然成图质量比较好但受资料限制性较大而且对编绘质量要求较高，仅适合于已有数据的比例尺与成图比例尺相差不大的情况下使用。本文以编制比例尺为1：100万地形图所需等高线为例，探索运用SRTM DEM数据自动追踪生成等高线，针对DEM等高线的特点及存在问题运用制图综合的方法进行编绘处理，最终得到了能够满足1：100万地形图成图质量要求的等高线数据。

2 SRTM DEM数据简介

SRTM数据主要是由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的，2000年2月由美国“奋进”号航天飞机搭载SRTM系统共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取了北纬60度至南纬56度之间，面积超过1.19亿平方公里的9.8万亿字节的雷达影像数据，覆盖全球陆地表面的80%以上。雷达影像数据经过两年多的处理制成了数字地形高程模型（DEM）。SRTM数据每经纬度方格提供一个文件，精度有1arc-second和3arc-second两种，称作SRTM1和SRTM3，SRTM1的文件里包含3601*3601个采样点的高程数据，SRTM3的文件里包含1201*1201个采样点的高程数据。SRTM数据空间分辨率较高，最高采样精度可以达到30米，海拔精度为7—14米。在各个领域的应用前景十分广阔，尤其在测绘学、地质学及军事等领域具有十分重要的应用。

3 等高线自动生成

本文依托Global Mapper软件平台，利用分辨率精度为90米IMG格式的DEM数据自动追踪生成等高线并将其转换为简单ASCII文本文件。再将此文件导入到Microstation数字制图软件平台中进行综合编绘。

使用Global Mapper软件打开IMG格式的DEM数据，设置投影方式、参考椭球基准、平面单位以及中央经线值。设置等高距、地面分辨率和简化值，选择目标区域范围，生成等高线。

地面分辨率的设置影响输出数据的保真度和轮廓的产生，值的大小决定了生成等高线的详细程度。简化设置是指将对于形成图元作用小的点进行删除，简化值大会导致曲线图元的光滑度会降低，但得到的文件较小，相反简化值小则能够较好的保持图元形状，但得到的文件会比较大。输出simple ASCII text file格式等高线数据，导入数字制图软件平台中进行综合编绘。

4 等高线综合处理

利用上述方法生成等高线，具有较高的自动化程度，能够快速获取几乎覆盖全球的等高线，解决了快速获取等高线的问题。但受DEM数据本身质量和精度以及生成等高线时参数设置的影响，自动追踪生成的等高线还需要进行一些基本的综合编绘处理。使用SRTM DEM数据自动追踪生成的等高线，在用于不同用途或编制不同比例尺数据时需要对其进行一些基本处理。例如采点过于密集、弯曲形态过于细碎等问题，需要对其进行抽稀、化简等处理。抽稀等高线可用的算法很多，如Douglas算法、Li-Openshaw算法等，要根据等高线状况以及实际地貌特点选择合适的抽稀算法及参数。

绝大多数地貌，化简其形状的基本方法是删除谷地；而对于某些特殊的地貌类型，化简其形状的基本方法是删除小山脊。对于正向地貌，基本方法是删除谷地，合并山脊，使山体轮廓完整。删除谷地时，等高线是沿着山脊的外缘越过小谷地，使谷地“合并”在山脊之中；对于负向地貌则要删除小山脊，扩大谷地。删除小山脊时，等高线是沿着谷地的源头“穿入”小山脊之中而把它“切掉”。

谷地的选取是地貌综合的重要组成部分，抓住谷地的选取就抓住了地貌综合的关键。谷地的选取，由数量指标和质量指标确定。数量指标主要用于控制谷地选取的数量，以反映不同地区地貌水平切割密度的对比；质量指标是指谷地在表达地貌中的作用，主要用于控制谷地选取的对象。数量指标主要有谷间距等。谷间距是指两相邻谷底线之间的距离，谷间距的作用是控制谷地的选取数量。谷间距的选取指标一般为2-5mm。其中2mm是保证地貌清晰性的最低限值，5mm是保证地貌详细性的最高限值。质量指标就是根据谷地在表达地貌中的重要性确定选取哪些谷地。一般应选取保留构成鞍部的对应谷地及构成汇水地形的谷地。

山头的取舍和合并视山头所处位置及表示山头的等高线数量而定。一根等高线表示的小山头，彼此间隔小于0.5毫米时，属下列情况之一者，均要合并表示：主要山脊上的小山头；顺山脊延伸方向分布的小山头；沿共同基底延伸方向分布的小山头；连续分布的条状小山头。属下列情况之一者，只能取舍，不能合并：无明显延伸方向的圆形孤立小山头；两条以上等高线表示的小山头；位于山体斜坡上的小山头。

5 试验与结论

为验证用上述方法获取并处理后得到的等高线数据是否能够满足实际制图的质量要求，笔者以制作1：100万地形图所需等高线为例进行了试验。软件自动追踪等高线过程中地面分辨率选择0.0025 arc-degrees*0.0025arc-degrees，简化值设置为0.1。得到的等高线经过Douglas算法抽稀，并对上面讲到的存在问题进行了相应处理。经检查证实：使用SRTM DEM数据自动追踪生成的等高线，定位及走向较准确，能够较好的反应地貌形态，与其他要素套合良好。相对于用比例尺跨度较大的数据所编及扫描地图图像采集，此方法大大节省了作业时间，因此可以应用于小比例尺地形图生产作业。

参考文献

[1]王家耀等.地图学原理与方法.[第一版].科学出版社，2006 .

[2]郭庆胜.地图自动综合理论与方法.[第一版].测绘出版社，2002 .

[3]费·特普费尔.制图综合.测绘出版社，1982 .

[4]SRTM DEM的精度评价及其适用性研究-以在陕西省的实验为例.南京师范大学.硕士学位论文.