一篇來(lái)自于LSV微信公眾號(hào)的深度好文，字?jǐn)?shù)3000，閱讀時(shí)間5分鐘。
1引言
使用LSV（LocaSpaceViewer）或者谷歌地球的時(shí)候，我們經(jīng)常會(huì)感嘆，這種真實(shí)的三維效果簡(jiǎn)直可以讓我們雖然沒(méi)去過(guò)實(shí)地，也幾乎就像去了一樣，但是這個(gè)是如何做到的呢？
其實(shí)，三維地球說(shuō)穿了也并不復(fù)雜，主要由兩層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。表層是影像貼圖層，提供了我們看到的衛(wèi)星圖像；下層是地形（DEM）層，提供了三維地形。
所以我們看到的三維，實(shí)際是兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)的效果，即影像+DEM。而DEM一般是沒(méi)有圖像的，只是每個(gè)點(diǎn)的高程值，所以這個(gè)數(shù)據(jù)往往被我們忽略掉，但是如果我們打開(kāi)地形三角網(wǎng)，就可以穿過(guò)三維地球的表象看到本質(zhì)：
三維地球軟件，都是基于DEM構(gòu)建了地形三角網(wǎng)，然后在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上貼上影像圖，形成了我們最終看到的三維地球效果。
由此，DEM看起來(lái)就是一個(gè)很重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)了。那么，DEM是什么呢？都有哪些原始數(shù)據(jù)，如何獲??？今天，小編就帶著大家，去DEM的世界轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。
2DEM簡(jiǎn)介
數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model)，簡(jiǎn)稱(chēng)DEM，是通過(guò)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化模擬（即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)），它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱(chēng)DTM)的一個(gè)分支，其它各種地形特征值均可由此派生。
DEM分辨率是DEM刻畫(huà)地形精確程度的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是決定其使用范圍的一個(gè)主要的影響因素。DEM的分辨率是指DEM最小的單元格的長(zhǎng)度。因?yàn)镈EM是離散的數(shù)據(jù)，所以（X，Y）坐標(biāo)其實(shí)都是一個(gè)一個(gè)的小方格，每個(gè)小方格上標(biāo)識(shí)出其高程。這個(gè)小方格的長(zhǎng)度就是DEM的分辨率。分辨率數(shù)值越小，分辨率就越高，刻畫(huà)的地形程度就越精確，同時(shí)數(shù)據(jù)量也呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。
由于DEM描述的是地面高程信息，它在測(cè)繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如在工程建設(shè)上，可用于如土方量計(jì)算、通視分析等；在防洪減災(zāi)方面，DEM是進(jìn)行水文分析如匯水區(qū)分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、降雨分析、蓄洪計(jì)算、淹沒(méi)分析等的基礎(chǔ)；在無(wú)線通訊上，可用于蜂窩電話的基站分析等等。
Tips：DEM是一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，有很多常用格式，比如TIF、hgt、img等，那么在使用的時(shí)候，需要注意自己的目標(biāo)應(yīng)用軟件支持什么格式。不過(guò)好的一點(diǎn)是，DEM的所有格式都可以相互轉(zhuǎn)換。
3常見(jiàn)DEM介紹
ETOPO
美國(guó)地球物理中心發(fā)布（NGDC，2011），覆蓋全球含海底，分辨率：1′（約1.8KM）。
五個(gè)版本，其中ETOPO1的效果最好。
在LSV內(nèi)加載該數(shù)據(jù)后，就可以查看三維海底地形了，同時(shí)，也能生成海底等深線，配合海圖還是比較實(shí)用的。
3.2GMTED2010
美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）與美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）發(fā)布，基于源GTOPO30。全球分辨率有三個(gè)版本，30″、15″、7.5″。其中7.5″約250m空間分辨率。
3.3SRTM3
航天飛機(jī)雷達(dá)測(cè)繪任務(wù)（SRTM，Shuttle Radar Topography Mission）。美國(guó)太空總署（NASA）和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局（NIMA）以及德國(guó)與意大利航天機(jī)構(gòu)共同合作完成聯(lián)合測(cè)量,由美國(guó)發(fā)射的“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)上搭載SRTM系統(tǒng)完成。本次測(cè)圖任務(wù)從2000年2月11日開(kāi)始至22日結(jié)束，共進(jìn)行了11天總計(jì)222小時(shí)23分鐘的數(shù)據(jù)采集工作，獲取北緯60度至南緯60度之間總面積超過(guò)1.19億平方公里的雷達(dá)影像數(shù)據(jù)，覆蓋地球80%以上的陸地表面。
當(dāng)前最新版本為V4.1。數(shù)據(jù)分辨率為3″（約90m）。
Tips：很多下載器下載谷歌地球的地形數(shù)據(jù)，號(hào)稱(chēng)可以到10m精度。其實(shí)呢，谷歌地球的原始DEM，國(guó)內(nèi)區(qū)域采用的是SRTM3，也就是90m分辨率的數(shù)據(jù)（劃重點(diǎn)）。國(guó)外區(qū)域有些地方是用的30m分辨率的數(shù)據(jù)。因此，無(wú)論如何也達(dá)不到10m分辨率，同理，下載谷歌地形，也并不是級(jí)別越大越好。
LSV內(nèi)可以直接下載谷歌地形和其原始數(shù)據(jù)SRTM3：
4ASTER?GDEM V2
以上介紹的數(shù)據(jù)都是90m分辨率以上的數(shù)據(jù)。雖然SRTM3應(yīng)用廣泛，但是有沒(méi)有更好的數(shù)據(jù)呢？自然是有的。
ASTER Global Digital Elevation Model（ASTER GDEM）是美國(guó)航空航天局（NASA）和日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）聯(lián)合發(fā)布的全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品，該DEM數(shù)據(jù)是根據(jù)NASA新一代對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星TERRA的觀測(cè)結(jié)果完成，是由ASTER（Advanced Space borne Thermal Emission and Reflection Radio meter）傳感器搜集的130萬(wàn)個(gè)立體像對(duì)數(shù)據(jù)制作，覆蓋范圍超過(guò)了地球99%陸地表面。
該數(shù)據(jù)水平精度1″（約30m，置信度95%），高程精度為20米（置信度95%）。比之前的SRTM3 DEM和GTOPO30數(shù)據(jù)有明顯的提高。
ASTER GDEM有兩個(gè)版本，第一個(gè)版本（V1）于2009年6月發(fā)布，第二個(gè)版本（V2）于2011年10月發(fā)布。V2比V1，數(shù)據(jù)在水域覆蓋和偏差去除等方面有了進(jìn)一步的進(jìn)展，數(shù)據(jù)的質(zhì)量得到了很大的提高。
對(duì)SRTM3與ASTER進(jìn)行對(duì)比，效果見(jiàn)下圖。明顯看出，ASTER在細(xì)節(jié)上比SRTM3豐富很多。
放大到局部區(qū)域，生成等高線：
宏觀上看，可以發(fā)現(xiàn)，同樣是10m線距等高線，SRTM3細(xì)節(jié)很差，只能總體反應(yīng)山勢(shì)，而很多小陡崖都已經(jīng)被忽略掉。再放大看看細(xì)節(jié)：
由此可以明確看出，SRTM3可以作為宏觀地形地貌的參考，但并不能滿(mǎn)足大比例尺制圖需求，細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重。
同樣的，如果把這兩個(gè)DEM加載到LSV內(nèi)進(jìn)行三維查看，也能看出明顯的效果區(qū)別。
從三維效果，也能明顯看出，ASTER數(shù)據(jù)質(zhì)量明顯優(yōu)于SRTM3（谷歌地形）。
5DEM應(yīng)用
知道了常用的DEM類(lèi)型，也知道了不同DEM的精度和效果。那么接下來(lái)就是DEM的應(yīng)用。DEM的應(yīng)用很廣泛，可以做地形地貌（坡度坡向）分析，等高線生成，流域匯流分析，可視域（通信領(lǐng)域），三維瀏覽等等。
5.1三維瀏覽查看
LSV內(nèi)加載DEM很簡(jiǎn)單，支持各種常用DEM格式，包括：tif、img、grd、hgt、lrp、tiff等。
加載DEM的方法更簡(jiǎn)單，直接把DEM文件拖拽到LSV內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)加載?；蛘呤褂肔SV的地形加載按鈕：
以上的方法針對(duì)于小范圍地形，但是如果地形范圍大，零散地形文件多的話，建議使用LSV的數(shù)據(jù)處理》地形拼接：
通過(guò)地形拼接，LSV會(huì)把多個(gè)DEM文件融合成一個(gè)DEM文件，并自動(dòng)構(gòu)建金字塔，使得加載瀏覽更加流暢，性能更好。
LSV加載DEM后，可以進(jìn)行三維瀏覽，等高線預(yù)覽，剖面分析，空間測(cè)量，填挖方計(jì)算，淹沒(méi)模擬等。
5.2地形地貌分析
有了DEM數(shù)據(jù)后，還可以進(jìn)行各種分析。比如地形坡度分析，可以計(jì)算出各個(gè)位置的坡度坡向等。
除了能找出哪些地方陡峭，也能找出哪些地方平坦：
5.3等高線生成
使用LSV或者Global?mapper，都可以用DEM文件生成等高線，效果如下：
5.4流域分析
有了DEM數(shù)據(jù)后，使用Global?mapper也可以進(jìn)行流域分析，通過(guò)DEM計(jì)算出山脊，進(jìn)而得到各山谷的匯流情況，也能計(jì)算出可能的溪流：
6LSV簡(jiǎn)介
LSV是一款免費(fèi)的國(guó)產(chǎn)三維地球軟件，有很多有意思的功能?？梢韵螺d幾乎所有在線地圖，參考谷歌地球影像、谷歌地球歷史影像、谷歌地圖、高德地圖、百度地圖、騰訊地圖、天地圖、天地圖分省、地質(zhì)圖等等幾百種在線地圖。
但LSV并不是一個(gè)下載器，還有很多實(shí)用工具，比如：
1數(shù)據(jù)支持特別齊全，KML?KMZ SHP?CAD等各種矢量數(shù)據(jù)都能加載進(jìn)來(lái)，疊加到各種在線地圖上，而且各種數(shù)據(jù)格式可以相互另存且LSV的編輯功能也比較強(qiáng)大。
2柵格離線數(shù)據(jù)支持的也不錯(cuò)，TIF、MBT等地圖格式、hgt、img、dem等DEM文件格式都支持。
3是個(gè)三維軟件，所以可以進(jìn)行各種三維查看，而且還支持導(dǎo)入obj、3ds、osgb等各種模型。
4地圖資源極其豐富，好幾百種，而且可以自己配置圖源，幾乎所有的在線地圖都能完美無(wú)偏的接入進(jìn)來(lái)。
5矢量編輯功能很強(qiáng)大：
繪制點(diǎn)線面；
編輯要素：平移要素、平移要素節(jié)點(diǎn)、插入節(jié)點(diǎn)、刪除節(jié)點(diǎn)、繼續(xù)繪制、逆序、分割線、分割面、合并線面、線面互轉(zhuǎn)；
6DEM支持不錯(cuò)：
支持谷歌地球的DEM，也支持自己的DEM，可以加載ASTER、SRTM1等DEM用于三維顯示和分析。比如等高線預(yù)覽：
空間三角測(cè)量：
填挖方分析：
7照片管理工具很強(qiáng)大：
可以把帶坐標(biāo)的照片直接展點(diǎn)到地圖上，輸出KMZ格式，輸出結(jié)果也能在谷歌地球中使用。
