洛阳铲的日志

2009年08月12日

没有枪没有炮,我们自己造—-利用公开数据制作登山参考地图-Ylong

Filed under: 生活小札 — HackGou @ 18:17

没有枪没有炮,我们自己造

                                                                                                    —-利用公开数据制作登山参考地图
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第一部分:基础知识
V1
由绿野Ylong编辑整理,转载请注明出处,谬误之处欢迎指正。
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本文讲述非专业人员利用小型工具软件使用公开数据制作登山参考地图的方法,地图
参考价值可以和1:100K地形图相比,若使用者具有较高的识图能力,则通过这种地图对雪线
以下山体地形的判读结果将优于1:50k地形图。
本文讲述的地图重点反映山地丘陵地形,对平原地区和雪线以上山地参考价值较低。本
文讲述的地图不是针对GPS接收机的导航地图,仅适用于计算机显示或打印输出。
在地图制作和使用过程中,请各位注意保守国家秘密,遵守《中华人民共和国测绘法》,
《中华人民共和国保守国家秘密法》以及其他法律法规的相关规定。


与登山地图有关的简单小知识

1.等高线地形图

在户外运动中,比如登山、越野,你最需要的是等高线地形图,它可以告诉你哪里有
高山,哪里是悬崖,哪里有水源可以露营等等。等高线就是把地图上海拔相同的、相近的
各点连接成一环线直接投影到平面形成水平曲线,不同高度的环线不会相合,除非地表显
示悬崖或峭壁才能使某处线条太密集出现重叠现像。虽然这是一种假想的线条,但是通过
观察等高线的疏密程度可以了解到大致的地形:等高线稀疏的地方坡度就缓,等高线密集
的地方坡度就陡;等高线上方间距小于下方间距的为凹形坡,反之为凸形坡。等高线地形
图上除了有等高线之外,还包括比例尺、经纬度坐标或UTM坐标等要素。另外一个重要的
问题就是关于方向,等高线地图上可能会出现三种方向标示,线画正直,顶上有个小五角
星,是表示指向地球北极的,叫真子午线,又叫真北方向线;线画顶端有个小箭头的,表
示磁针所指的方向,叫磁子午线,又叫磁北方向线;线画顶端有个“V”的,表示纵坐标
线所指的北方,这三条方向线合起来叫三北方向。

2.指南针与磁偏角

指南针是进行户外运动简单实用的工具,目前市面上的指南针有十来块钱的普通指南
针,也有上百块钱的军用或专用指南针,比较贵的指南针除了精度高外,还可以测倾角,
距离等数值,不过一般情况下普通指南针对于户外使用来说已经足够了。在指南针的使用
过程中,我们需要注意的一个问题是磁偏角。指南针的指针指示的是地磁南北极,而我们
平时所说的南北指的是地理南北。目前地磁南北极一个约在北纬72°西经96°处,一个约
在南纬70°东经150°处,在北京附近存在地磁北极在地里北极偏西6°左右。需要注意的
另外一个问题是指南针使用时不要靠近强磁体,比如说你带的手表可能会影响指南针的指
向,另外特定的矿产也会使指南针的指示产生错误。

3.GPS全球定位系统

GPS是全球定位系统(Global
Positioning
System)的简称,该系统是美国从本世纪70
年代开始研制的,总共历时20年,耗资200亿美元,1994年全面建成了,这套系统依靠卫星
具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。目前GPS接收机在收到4颗及以上卫星
的信号时可以计算出本地经度、纬度、高度三维坐标,水平精度可以达到15米,在接收到3
颗卫星信号时可以定位二维坐标。GPS接收机可以把定位信息以经纬度或UTM坐标的形式显
示在屏幕上或输出到计算机,GPS星历和输出信息使用WGS84坐标系。GPS并不能完全取代指
南针,因为GPS静止时不能指示方向,只有运动时才可以通过分析两点的相对方位来判断方
向,这在崎岖的山路上是一件非常麻烦的事情。

4.WGS84大地坐标系

WGS84(World Geodetic
System,1984)是美国国防部研制确定的大地坐标系,是GPS系
统采用的坐标体系,其坐标系的几何定义是:原点在地球质心,z轴指向 BIH
1984.0定义
的协议地球极(CTP)方向,X轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP赤道的交点。Y轴与
Z、
X轴构成右手坐标系。我国目前应用的地形图使用1954年北京坐标系,WGS84坐标系与我国
54坐标系之间有约80-120米的误差。目前有通知要求所有地图全部改版为1980年国家大地
坐标系(西安),不同坐标系之间存在着平移和旋转关系。以下是WGS84椭球及有关常数:
对应于
WGS84大地坐标系有一个WGS84椭球,其常数采用
IUGG第17届大会大地测量常
数的推荐值。WGS84椭球两个最常用的几何常数:
长半轴:6378137±2(m)
扁率:1:298.257223563

5.地理坐标(经纬度坐标)

一八八四年国际经度会议规定,以通过英国伦敦格林威治天文台子午仪中心的经线为
0°经线。从0°经线往东叫东经,往西叫西经,东、西各分180°。习惯上以西经20°和东
经160°为分界把地球分为东西两个半球。假如从地轴的正中间将地球切成南北两半,上边
的一半叫北半球,下边的一半叫南半球。被切的这个平面,叫赤道面。赤道面与地球表面
相交的线叫赤道。纬线从赤道往两极越来越短,到了两极就缩小成一个点了。科学家们把
赤道定为0°纬线,从赤道向两极各分为90°,赤道以南叫南纬,赤道以北叫北纬。在计算
机或GPS上经纬度经常用度、分、秒和度.度、分.分、秒.秒的混合方式进行表示,度、分、
秒间的进制是60进制,度.度、分.分、秒.秒的进制是100进制,换算时一定要注意。
可以近似地认为每个纬度之间的距离是不变的111KM,每分间1.85KM,每秒间31.8M。
经度间的距离随纬度增高逐渐减小,可按一下公式计算:
经度1°长度=111.413cosφ一0.094cos3φ公里(纬度φ处)。
在北京附近,可以近似地认为经度每度间为85公里,每分间1.42公里,每秒间23.7米。

6.平面直角坐标(UTM坐标系统)

UTM(UNIVERSAL
TRANSVERSE MERCARTOR GRID
SYSTEM,通用横墨卡托格网系统)坐标是
一种平面直角坐标,这种坐标格网系统及其所依据的投影已经广泛用于地形图,作为卫星影
像和自然资源数据库的参考格网以及要求精确定位的其他应用。在UTM系统中,北纬84度和
南纬80度之间的地球表面积按经度6度划分为南北纵带(投影带)。从180度经线开始向东将
这些投影带编号,从1编至60(北京处于第50带)。每个带再划分为纬差8度的四边形。四边
形的横行从南纬80度开始。用字母C至X(不含I和O)依次标记(第X行包括北半球从北纬72度
至84度全部陆地面积,共12度)每个四边形用数字和字母组合标记。参考格网向右向上读取。
每一四边形划分为很多边长为1000
000米的小区,用字母组合系统标记。在每个投影带中,
位于带中心的经线,赋予横坐标值为500
000米。对于北半球赤道的标记坐标值为0,对于
南半球为10000000米,往南递减。
大比例尺地图UTM方格主线间距离一般为1KM,因此UTM系统有时候也被称作方里格。因
为UTM系统采用的是横墨卡托投影,沿每一条南北格网线(带中心的一条格网线为经线)比例
系数为常数,在东西方向则为变数。沿每一UTM格网的中心格网线的比例系数应为0.99960
(比例尺较小),在南北纵行最宽部分(赤道)的边缘上,包括带的重叠部分,距离中心点大
约363公里,比例系数为
1.00158。


公开数据的来源

1.公开的DEM数据SRTM3

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,SRTM
的全称是Shuttle
Radar Topography
Mission,即航天飞机雷达地形测绘使命,2000年2月
11日上午11时44分,美国“奋进”号航天飞机在佛罗里达州卡那维拉尔角的航天发射中心
发射升空,“奋进”号上搭载的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,该计划共耗资3.64亿美元,获取的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,该测量数据覆盖中国全境。
SRTM数据每经纬度方格提供一个文件,精度有1
arc-second和3
arc-seconds两种,称
作SRTM1和SRTM3,或者称作30M和90M数据,SRTM1的文件里面包含3601*3601个采样点的高度
数据,SRTM3的文件里面包含1201*1201个采样点的高度数据。目前能够免费获取中国境内的
SRTM3文件,是90米的数据,每个90米的数据点是由9个30米的数据点算术平均得来的。
SRTM数据下载的地址是:ftp://edcsgs9.cr.usgs.gov/pub/data/srtm/。我国境内的数
据在Eurasia目录下,每经纬度方格一个文件,文件命名方法是X1X2X3X4.hgt.zip,X1是N或
S表示南北,X2是下方纬度数,X3是E或W表示东西,X4是左方经度数。
Documentation目录下有这些数据的介绍。

2.公开的三波段遥感合成图像GeoCover

GeoCover是使用LANDSAT5卫星在1990年左右采集的数据合成的,LANDSAT5是美国太空总
署(NASA)于1984年3月1日发射的地球观测卫星。LANDSAT5
TM(Thematic Mapper)有7个波段:
波段1:0.45–0.52um蓝绿波段 波段2:0.52- 0.60绿色波段
波段3:0.63
– 0.69红色波段
波段4:0.76-0.90um近红外波段
波段7:2.08-2.35um短红外波段
其中波段1-5和7为可见光及近红外波段,分辨率为30米,波段6为热红外光分辨率为120
米。LANSAT5每景扫描耗时约26.31秒,覆盖185公里×170公里,扫描影像重叠率超过10%。
GeoCover使用了742波段分别作为红色、绿色和蓝色进行了假彩色合成,也许如果使用1、
2、3三种可见光波段合成的话会使我们看起来更舒服一些,不过我们现在能拿到的只能是这
种742的合成假彩,通过观察发现其中的绿色通道对地形有较好的反应,实际操作中可以将这
种假彩图像反相取其中的绿色通道来作为地形底图。GeoCover图像文件使用WGS84
UTM坐标,
采用TIFF或MrSID格式分发,图像中每个像素28.5M-30M,一般以28.5M计算。
GeoCover的下载地址是:https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid。可从全球地图页面上选择
你需要的区域下载。GeoCover文件每个在东西方向跨越一个UTM分区,在南北方向跨越5个纬
度,东西提供50KM的富裕,南北提供1KM的富裕。文件命名方法是X1-X2-X3.tar,X1是N或S表
示南北,X2是UTM带数,X3下方经度数。

4.其他正当渠道

NIMA地名数据库:可以提供大多数国家的地名英文拼写及坐标,包含中国境内大约6万个地方,
可以在以下地址下载中国地名库:ftp://ftp.nga.mil/pub/gns
data/cn.zip。

SPACEIMAGING
1M分辨率卫星图像预览:虽然只能免费得到预览图像,但其分辨率也已经不算
太低了,并且可以随预览图提供图像的一些数据信息,非常方便将图像用工具软件进行较正,
下载地址:http://www.spaceimaging.com/default.htm

国家基础地理信息系统:国家基础地理信息系统全国1:400万数据库全部数据均可浏览。其中,
中国国界、省界、地市级以上居民地、三级以上河流、主要公路和主要铁路等数据可以自由下
载。
下载地址为:http://nfgis.nsdi.gov.cn/nfgis/chinese/c
xz.htm。可以在这里预先浏
览供下
载的数据内容有:
国界 国界与省界 地市级以上居民地 一级河流 三级以上河流 主要公路 主要铁路

新! 地级以上境界 县级以上境界 县级以上居民地 四级以上河流 五级以上河流

从公开发行的地图上获取数据信息:可以直接从某些电子地图提取到不错的数据,也可以从
纸介地图上测量或数字化某些信息,目前正在进行这方面的试验,已取得一定量数据。

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没有枪没有炮,我们自己造
—-利用公开数据制作登山参考地图()

第二部分:地图制作
V0
由绿野Ylong编辑整理,转载请注明出处,谬误之处欢迎指正。
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还没写呢,大家先对上面的部分拍砖吧!
以下是计划的第二部分提纲,不过工作马上又要忙起来了,不知道能否完成。


地图制作的相关工具软件
1.OZIEXPLORE
2.PHOTOSHOP
3.GLOBAL MAPPER
4.RMW(Radio
Mobile)
http://pizon.org/rmw/
5.TERRAGEN
http://www.iicc.ac.cn/tech/guide/

登山参考地图的制作
1.标定平面地图
2.生成高线地图
3.生成3D地图
4.制作山形图
5.增加地名信息
6.添加道路河流
5.山地景观仿真

关于绿野资料库的建立和标准化

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