图解大比例等高线地图的制作

一、背景知识1、地球椭球体又称“地球椭圆体”和“地球扁球体”。代表地球大小和形状的数学曲面。以长半径和扁率表示。因它十分迫近于椭球体，故通常以参考椭球体表示地球椭球体的形状和大小。椭圆绕其短轴旋转所成的形体，并近似于地球大地水准面。大地水准面的形状即用相对于参考椭球体的偏离来表示。通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的半长径、半短径和扁率来表示。1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐的数据为：半长径6378140米，半短径6356755米，扁率1∶298.257。通俗地说就是将大地体绕短轴飞速旋转所形成的一个表面光滑的，规则的地球形体。是对地球形体的描述，是为了测量成果的计算和测图工作的需要而定义的。2、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（WorldGeodeticSystem）是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。WGS84坐标系，长轴6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。WGS-84地心坐标系可以与1954北京坐标系或1980西安坐标系等参心坐标系相互转换。3、UTM投影UTM投影全称为“通用横轴墨卡托投影”UNIVERSALTRANSVERSEMERCATORPROJECTION，是一种“等角横轴割圆柱投影”，椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。此投影系统是美国编制世界各地军用地图和地球资源卫星像片所采用的投影系统。4、WGS84与UTM投影的关系WGS84是地理坐标系，是用经纬度标示的椭球体坐标系，是将地球上各点用球面点表示的方法；UTM是投影坐标系，是用X、Y表示的平面直角坐标系，是一种将球面坐标转化为平面坐标的方法。5、数字高程模型数字高程模型(DigitalElevationModel),简称DEM。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(DigitalTerrainModel，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有：(1)直接从地面测量,例如用GPS、全站仪、野外测量等;（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等等;(3)从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。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。二、数据及软件1、DEM高程数据：常用的DEM高程数据有SRTM及ASTERGDEMSRTM（ShuttleRadarTopographyMission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。2000年2月11日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬60度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面。SRTM系统获取的雷达影像的数据量约9.8万亿字节，经过两年多的数据处理，制成了数字地形高程模型（DEM），即现在的SRTM地形产品数据。此数据产品2003年开始公开发布，经历多修订，目前的数据修订版本为V4.1版本。SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前公开数据为90米分辨率的数据）。SRTM的数据组织方式为：每5度经纬度方格划分一个文件。ASTERGDEM，即先进星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型，与SRTM一样为数字高程DEM，其全球空间分辨率为30米。该数据是根据NASA的新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的。其数据覆盖范围为北纬83°到南纬83°之间的所有陆地区域，达到了地球陆地表面的99%。ASTERGDEM的数据组织方式为：每1度经纬度方格划分一个文件。DEM高程数据下载地址：SRTM（精度：90米）：（精度：30米）：（精度：30米）：、GlobalMapper软件GlobalMapper是一款地图绘制软件，不仅能够将数据（例如：SRTM数据）显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图作编辑、转换、打印、记录GPS及利用数据的GIS(地理信息系统)功能，目前最新版本到了V15.1。关于GlobalMapper软件下载及使用方法可以到：上帝之眼论坛查找。软件下载地址：三、等高线地图制作（以博格达大本营附近地域为例，DEM数据采用ASTERGDEMV2.0版本）1、在GoogleEarth中规划徒步线路根据经验及地标数据在GoogleEarth中设计徒步线路。本文以博格达大本营附近地域为例，将设计好的徒步线路保存为：博格达.kml。2、准备ASTERGDEMV2.0数据博格达大本营经在北纬43°48'30.90东经88°16'12.36附近，据此下载相应的ASTERGDEMV2.0卫星高程数据。当然，最好还是事先将徒步、登山涉及地域的所有卫星高程数据下载完毕。2、准备ASTERGDEMV2.0数据博格达大本营经在北纬43°48'30.90东经88°16'12.36附近，据此下载相应的ASTERGDEMV2.0卫星高程数据。当然，最好还是事先将徒步、登山涉及地域的所有卫星高程数据下载完毕。3、在GlobalMapper软件中生成等高线地图(1).点击File→OpenDataFile(s)，将博格达.kml文件导入GlobalMapper中；(2).点击File→OpenDataFile(s)，将下载好的包含N43.00°E88.00°（文件左下角经纬度）、N44.00°E89.00°（文件右上角经纬度）地域的卫星高程数据导入GlobalMapper中；(3).点击Tools→Configure...设置地图资料分析所必须的坐标系、投影等内容；如下图所示：投影：UTM、地域：45（北半球东经84°~90°范围内）、坐标系：WGS84(4).点击Analysis→GenerateContours......，生成等高线(5).在弹出的等高线选项对话框中，点选“ContourOptions”选项卡，输入等高距20米（也可10米）由于ASTERGDEMV2.0卫星高程数据精度为30米，等高距低于30米的都是通过插值的来。(6).在弹出的等高线选项对话框中，点选“ContourBounds”选项卡，点击“DrawaBox”按钮，进入选择生成等高线的区域的对话框(7).选择博格达营地附近地域，点击“ok”，返回等高线选项对话框(8).点击”ok”，系统将针对选定区域生成等高线(9).等高线生成完毕后，可以点击View→ZoomToScale设置显示比例（这样可以预览最终输出地图的比例是否符合需要）。(10).在弹出的显示比例对话框中输入：50000，即1:50000的比例尺(11).在户外徒步中，我们有时需要根据地图定位自己所处位置，这样就需要地图能有经纬度的格网显示。可以通过点击Tools→Configure......进行格网设置(12).在弹出的配置对话框中，点选General选项卡，选择Lat/LonGri经纬度网格，自定义网格间距：(13).图中大面积红色是GlobalMapper软件根据DEM高程数据渲染的结果。如果用黑白激光打印机输出，对图纸的辨认会产生较大影响。我们可以通过去掉DEM数据层解决。点击Tools→ControlCenter......(14).勾选掉ASTGTM2_N43E088_DEM.TIFSILC.TIFF图层后，如下图；(15).至此，一张等高线地图基本制作完毕。接下来就是打印输出了，首先设置纸张大小及方向。点击File→PrintSetup……进行页面设置，纸张大小：A3、纸张方向：纵向。如下图：(16).设置页眉、页脚、输出比例，点击File→PrintSetup……，点选“General”选项卡进行设置，如下图：(17).设置地图输出范围，点选“PrintBounds”选项卡，点击”DrawaBox...”按钮，选择需要输出地图范围，点击“Ok”，打印输出最终地图。如下图：四、其他1、等高线图转入GoogleEarth中（1）、在GlobalMapper中生成等高线图如下：（2）、点击File→ExportVectorFormat…，在弹出的输出格式对话框中选择“KML/KMZ”，点击”Ok”如下图：（3）、在弹出的KML/KMZ输出选项对话框中，点选”KML/KMZOptions”选项卡，选中图中所示的3个选项，如下图：（4）、接下来点选”ExportBounds”选项卡，点击DrawaBox…”按钮，如下图：（5）、在弹出的对话框中选择需要输出的等高线地图范围，点击”OK”。如下图：（6）、在弹出的对话框中选择选择保存位置及文件名，如下图：(7)、关闭GlobalMapper软件。(8)、打开GoogleEarth软件。(9)、点击File→Open，打开从GlobalMapper软件输出的等高线文件，如下图：