人站(zhàn)睡少的高度不同，看問(wèn)題的角度便不同，思考問(wèn)題理女的方式也不同，看到的風景和(hé)最終達到的人生高度更是不同。當下(xià海煙)的高度到底有多高？應該怎樣認知自我站(zhàn)位的高匠報度？空間數據研究所帶您一起認知一類稱為高程的相市數據，山川大地、江河湖海，地球的每一寸角落都有其高下書度，讓我們站(zhàn)在這顆星球的高度找到适合自己的高度。

如(rú)何定義高度？

DEM的概念

      女數 數字高程模型（Digital Elevation Mod通場el，簡稱DEM），利用有序、有限的位置高程數值矩陣實現對星球表面高程生錯狀态的數字化模拟，是建立數字地形模型（Dig妹了ital Terrain Model，簡稱DTM）山上的基礎。

 

 

如(rú)何測量高度？

高程測量的概念

       高程測窗東量指确定地面點高程的測量過程。地面點的高裡靜程一般是指該點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離(lí站見)，又稱海拔或絕對高程，測繪學中(zhōng)稱為正高。高程測量首先場話需要建立大地水準面。（指與平均海水面重合并延伸到大陸内部的水準面，是正高鐘計的基準面。）

似大地水準面

       大地水準面是一個跳木(gè)重力等位面，因為地球密度的非均勻性少舞引起的重力異常導緻無法獲取理論上的大地水準面模型，醫商一般基于莫洛金斯理論，通(tōng)過長期觀測、地球重力場分布測量建立似大費北地水準面，地面點沿鉛垂線到似大地水準面的距離(lí)稱為正常高。

高程系統

       基于似大地水雜新準面定義的高程系統稱為正常高系統，我國目前采用的法定高程系統屬于正訊藍常高系統，美國采用的是NAVD88正高高程系統，但軍訊舊方和(hé)民用領域推廣的多為基于WGS84坐(zuò)标系統采用湖話GPS測量的大地高（大地高指地面點沿通(tōn謝放g)過該點的參考橢球面法線到參考橢球面的距離(lí)，是一個(gè)幾習化何量）

地球重力分布模型

       似大森司地水準面的建立涉及到平均海平面（MSL）觀測确定、水準原音計點設置、參考橢球模型選擇、地球重力分布模型建立、高精度高程控制的謝網建立等多個(gè)部分，最重要且難度較大的是地球重力分布模型建立。

       目前又還使用較多的地球重力分布模型EGM2008（Earth Gravitati討開onal Model EGM2008）由美國國家地理空間情報局(書門U.S. National Geospatial-很就Intelligence Agency，簡稱NGA)于2008年發房師布，EGM2008的網格分辨率達到5 Arc-Minutes，約為照影9Km。

       我國也建立見又了多個(gè)自主的地球重力分布模型，如(rú)WDM89看票、WDM94等，其中(zhōng)WDM94的網格光海分辨率達到 30 Arc-Minutes,約為55Km。

       地球制票重力分布模型不僅會影響大地水準面的建立，更是衛星精密定軌的基礎，而衛星定軌的精得下度直接關(guān)系到衛星大地測量的定位精度。下(xià)圖為場少EGM2008模型大地水準面可(kě)視化效果（-106.909/85.8校影24米）

 

 

大地水準面模型

       随着航天技術(shù好那)的發展，基于星載平台的地球觀測系統越來越拍開強大，使得建立高精度的大地水準面模型成為可(kě)能，各麗林國家或地區基于高精度GPS控制網、區域海平市近面觀測成果、地球重力分布模型建立高分辨率、高事知精度的大地水準面模型，如(rú)美國最新發布的GEOID2012、我國最新道歌發布的CQG2000等。大地水準面是地球務鐵重力分布模型的一個(gè)等位面。

衛星大地測量正常高程值

       高分辨率、好很高精度的大地水準面模型是開展衛星大地測量的基礎，通(tōng)過G物影PS系統獲取地面點大地高（指地面點沿通(tōng)過該點的參哥答考橢球面法線到參考橢球面的距離(lí)，是一個(著了gè)幾何量），結合該點大地水準面高程信息，即可(kě)計算玩會得出該點的正常高程值。

       注：

       CQG2的區000（Chinese Quasi-Geoid 2000，簡稱CQG20店報00），我國最新一代似大地水準面成果，覆蓋我國大陸及其海岸線以外400公資對裡的區域和(hé)南海諸島及其周圍海域。分辨率較高，習員精度達到分米級。通(tōng)過全球DEM數坐土據和(hé)CQG2000進行計算即可(kě)獲白道取國内指定位置的高程值。

       DTM是描述包唱線括高程在内的各種地貌因子(zǐ)，如(rú)坡度、坡向、志跳坡度變化率等因子(zǐ)在内的線性和(hé)非線性組合的錢雜空間分布模型，其中(zhōng)DEM是單項數字地貌模型，其他如(rú綠老)坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可(kě)在家些DEM的基礎上計算生成。

如(rú)何評價高度？

DEM數據精度衡量指标

       圓概率誤差（Circul和購ar Error Probability,簡稱CEP）主要用于軍事領域，其在姐山彈道學上的定義是以目标為圓心劃一個(gè)圓，如(rú)果武器(qì)鐵會命中(zhōng)此圓的機率至少(shǎo)為50%，則此圓的半徑就是鄉工圓概率誤差。

 

 

       商答性誤差概率(Linear Error Probabil器身ity，簡稱LEP)，是一個(gè)線性範圍，一般用于表示絕熱綠對高程精度。例如(rú)，某測量點的垂直精度為1米 LE90，表示該問跳測量點的90%的測量值沿1米長度的垂直線下(xià)降，估計的真實值鐘熱位于該垂直線的中(zhōng)心點。

       弟北測繪領域常用CE90（Circular 要媽Error at 90% Probability）和(hé)LE90(L跳放inear Error at 90% Probability）分别還藍作為平面精度和(hé)高程精度的衡量指标，國内外衛星在發布定位精度下她時，一般使用CE90作為精度指标。

     線費  導航和(hé)測繪領域也會使用相對于通微獨立參考地面控制測量的均方根誤差（Root Mean Square Error動拍，簡稱RMSE）作為精度衡量指标。

      &nb新如sp;DEM數據産品一般都給出對應的CE90紙文、LE90值或垂直精度RMSE值，幫助使用者了解其分都水平和(hé)高程精度。

了解地球的高度

全球DEM數據

      &nb讀冷sp;随着地球系統科學（Earth System Science亮購）的出現以及越來越多的研究領域開始關(guān)注全球變化，全球錯黑DEM數據需求在20世紀80年代顯著增加，1988年錢東，美國國家航空航天局（National Aeron妹下autics and Space Admin家雨istration ，簡稱NASA）組建地形科學工作組，系統性梳理了高程數銀理據的科學應用領域，并提出了制作全球DEM數據集的建議。

       開得;随着NASA地球觀測系統（EOS）的建設并逐步投入使用，進一步增加科拿了對全球DEM數據的需求，有力推動(dòng)了全球低什DEM數據獲取、處理、應用等各研究領域的發展。

       注：

       地球觀吧兵測系統（Earth Observing System，簡稱EOS），匠話始于1980年NASA提出的美國全球變化研究計劃習嗎（U.S. Global Change Research Pl刀海an，簡稱USGCRP），于1991年開始建立并投入使用，它短們是由多顆衛星組成和(hé)為實行多學科（煙議大氣、海洋、陸面、生物、化學等）綜合研究，加深對地球系統變化的理解，回自聽答理解全球氣候變化的問(wèn)題，地球氣候系統是如(rú)何變化的，各種地如美球現象是如(rú)何發生的，又是如(rú)何變化的，自然和(hé)人類對全球環黑都境變化的作用，建立人類對地球系統發生的各種現象議來的長期監視，改進對全球尺度上地球系統各分量及它們間相互作用的理解目的而建立場制的全球衛星觀測體系。整個(gè)系統包含三個(gè)部分：

       1、EOS科學媽問研究計劃；

     商會  2、EOS數據信息系統（Earth Observing Sy中務stem Data and Information Sy弟書stem，簡稱EOSDIS）人類所能構想的最雄心勃勃的數據項目之一，于19雨農99年正式上線，自 上線以來，EOSDIS已成喝看為全球最大和(hé)最活躍的數據存儲庫，每天接收 3 話老TB 的新數據并向全球各地的研究人員分發 2 TB 的現有信息頻喝，支撐全球用戶訪問(wèn) 2000 多萬個(gè)文(wén)件（包含超東志過 1 PB 的信息），EOSDIS為整個吃黑(gè)EOS系統提供了整體框架The Framework，是EOS系統的基花家石。

       3、EOS觀測系統（軌道歌黑載體平台、儀器(qì)）

全球DEM數據發展概述

       上刀;全球DEM數據從1988開始，經過30餘年的友月發展，在生産方法、數據處理技術(shù)、分辨率、精度北照、應用領域與市場等多個(gè)方面都有了長足發展。

       生用水産方法：生産方法從最初的數據編制到目前的基于遙感技術(shù)全球雪也DEM數據快速獲取；

       處理技術(shù)家月：數據處理技術(shù)從最初的手動(dòng)鑲嵌、分區域姐服重采樣、人工整合到目前的全球無控制點自動(木能dòng)化處理；

       分辨率：分辨購銀率從最初的5弧分經緯度網格到目前的5m分辨率；精度從最初的無明确精請劇度指标到目前的優于5m LE90；

      說會 應用領域：随着全球DEM數據各種指标的提升，水匠應用區域從最初的全球大面積變化研究逐步拓展到城市甚至局部小面得白積區域高程相關(guān)應用研究，應用行業(yè)也從男科傳統的測繪、國土(tǔ)資(zī)源管理、氣候與大氣治理、環境保這民護拓展到通(tōng)信網絡規劃設計、智能交通(tōng)系統設計、礦産資(z子筆ī)源、建築與土(tǔ)木工程設計、減災防鐘多災、國防與國家安全等領域。人類對全球DEM數據的需求将随着信息空間了服的拓展逐步增強。

       市場：全球船湖DEM數據産品從最初完全由政府組織生産、共享、使城愛用，随着應用領域與規模的發展，先後有多家南章公司加入，如(rú)AIRBUSDEFENCE AND SPA都朋CE、Digital Globe、NTT DATA and 男子Remote Sensing Technology Cent近見er of Japan等，逐步形成了一個(gè)全球D可得EM數據産品市場，為企業(yè)獲取全球DEM數據提供了非政府渠道。

 

全球DEM數據的鼻祖

ETOPO系列

      &黃生nbsp;ETOPO5是第一個(gè)廣泛使用的全球高程模型，由錢山美國地球物理中(zhōng)心（U.S. National Geop刀還hysical Data Center，簡稱NGDC）于1988年黑放發布。ETOPO5提供5弧分經緯度網格的陸地和(hé)海洋高程，在紙請美國、歐洲、日本、澳大利亞和(hé)海洋區域提供5弧分經緯醫路度網格分辨率，亞洲、南美、加拿大北部和(hé)非洲等數據不匠民足的地區提供相當于1經緯度網格分辨率（5弧分經緯度在赤道約腦制為10 Km間距，赤道周長40075 Km，360*60 些愛= 21600弧分,5弧分 = 40075/21些公600*5=9.27 Km）。

       NGDC于2001亮上年、2006年陸續發布了ETOPO2的兩個(gè)版本，提供5弧分經緯度討金網格的陸地和(hé)海洋高程；2008年8月(yuè)NGDC發布了ETO靜校PO1版本，提供全球範圍1弧分經緯度網格分辨路歌率的陸渡和(hé)海洋高程，分為Ice Surface和(hé)Bedr鐵湖ock兩個(gè)版本，兩個(gè)版本差别在于處理南極洲和(hé)Green開場land區域數據時，Ice Surface給海她出的是加上冰蓋層之後的高程，Bedrock給出的是岩床的高程。E拿她TOPO1是目前可(kě)以免費使用的唯一提供海洋高程的全球DE現樹M數據。

 

 

       ETO化報PO系列全球DEM數據給出的是基于MSL正常高高程，由于ETOPO系列全球但為DEM數據采用對已有制圖數據重新編制的生産方法生成，鄉音因此沒有給出明确的精度指标，全球不同區域的精度依賴于相關(guān)數據問答源的精度。

 

GTOPO30

       為了滿足EO技好S和(hé)其他全球變化研究項目的需求，20世紀90年代末（1996年物什完成），美國地質調查局（United States紙子 Geological Survey，簡稱USGS）開發了校長全球1Km DEM産品GTOPO30，相當相月于30弧秒經緯度網格分辨率。GTOPO30同樣采用對光森已有制圖數據重新編制的生産方法，共8個(gè)數據源，由8個(gè)機構老對參與數據提供、技術(shù)及資(zī)金支持，經過三年的合作最終完成。但上

       主導街熱機構：

       木山;美國地質調查局地球資(zī)源觀測和(hé)科學中(廠書zhōng)心（U.S. Geological Survey's Cente慢了r for Earth Resources Obser作子vation and Science，簡稱EROS件廠）

       參與機構：

      &n下做bsp;美國國家航空航天局（NASA）

       聯合國南民環境規劃署/全球資(zī)源信息數據庫（The Unite廠音d Nations Environment Programme /Glob工時al Resource Information D裡不atabase，簡稱UNEP/GRID）

       美國國際開發署們遠（U.S. Agency for International Devel用河opment，簡稱USAID）

       墨西哥國紅人家地理調查研究所（INEGI）

       日本地理調查研究數行所（Geographical Survey Institute of Ja南技pan，簡稱GSI）

       新人個西蘭Manaaki Whenua陸地保護研究所（Manaaki When子地ua Landcare Research of New Zealand）

       南極研究科學委員會（Sc下長ientific Committee on Antarctic Res習這earch，簡稱SCAR）

      兒城 GTOPO30數據80％區域是基于美國國家地睡弟理空間情報局(U.S. National 南和Geospatial-Intelligence Agenc歌站y，簡稱NGA)提供的數字地形高程數據（Di機看gital Terrain Elevation Data，簡稱DTED）和(h子跳é)世界數字圖表（Digital Chart of the Wor資業ld,簡稱DCW）編制而成。将DTED由3弧秒經緯度網格分辨姐從率重采樣到30弧秒經緯度網格分辨率。利用網格插值将DCW中(鄉吃zhōng)的源地形圖（輪廓和(hé)點高度秒校）和(hé)水文(wén)特征數據融合到GTOPO30數據中(zhōn木事g)。

 

 

      &nb去雪sp;GTOPO30自發布以來已經成為許多大面積應用的首選全球DEM，它笑場也是其他全球DEM數據産品的主要數據源，如(rú)全球一公裡基礎高體子程數據（Global Land One-km Base Elevation，國鄉簡稱GLOBE）、ETOPO2等全球DEM數據産品。

      &nbs志年p;GTOPO30隻提供陸地區域高程，不提供海洋高程。GTO鐘體PO30提供的高程是基于MSL的正常高高程。

      &n子吃bsp;和(hé)ETOPO系列相同，GTO吃兵PO30全球DEM數據采用對已有制圖數據重新編制的生産方法生成，因此沒有給出統媽火一的精度指标，使用時可(kě)以根據對應區域參考兩湖學個(gè)主要數據源的精度指标，DTED在3弧秒經緯度網格分辨率時LE90為3銀湖0米，DCW在融合到GTOPO30後，在30弧秒經緯度網格分辨率議弟時可(kě)信的LE90為160米。

      &n的事bsp;為了便于數據分發，GTOPO30将全球數據分為33幅，用戶可(kě)輛拍以根據研究區域分幅獲取。

 

 

GMTED2010

       草水;随着全球各領域研究對高分辨率DEM數據的需求不斷增強，同時新的高線水程數據獲取技術(shù)不斷湧現，USGS和(h腦紙é)NGA合作，十年磨一劍，于2010年共同推出了全球多分辨率地形高程數據習報（Global Multi-resoluti快河on Terrain Elevation Dat樂我a，簡稱GMTED2010），在全球陸地區域提供3路頻0弧秒、15弧秒、7.5弧秒三種分辨率DEM數據。（間笑在格陵蘭島和(hé)南極洲隻提供30弧秒分辨劇房率DEM數據，其他陸地區域均提供相當于1Km身件、500m、250m分辨率的DEM數據），下(x物紅ià)圖是GMTED2010全球30弧秒分辨率平均高程市睡數據（-430/8625米）。

 

 

       GMTED201木音0在GTOPO30的基礎上引入了新的高程數愛可據源，多達11種栅格高程數據源，最主要的數據源N好海GA SRTM DTED2數據，約占69.92數東%，1弧秒分辨率，WGS84坐(zuò)标系統，基于EGM呢會96模型的正常高高程；NGA DTED1數據，約占8.7%，3弧秒分愛鐵辨率，基于MSL的正常高高程；GMTED20林冷10的數據源及其占比如(rú)下(xià)表

 

 

       件暗MTED2010數據源的水平分辨率及參考坐(zuò和我)标系統如(rú)下(xià)表

 

 

       MT年紙ED2010數據源的垂直分辨率及高程基準面如(rú)問間下(xià)表

 

 

      唱知 GMTED2010的數據源具有多分辨率、多基準面、多坐(zu紅海ò)标系的特征，NASA和(hé)NGA間時在制作GMTED2010産品時，除了采用文草多分辨率外，還建立了包括最小高程、最大高程、平鐵如均高程、中(zhōng)間高程、高程标準黃數偏差、系統統計采樣、增強特征曲線的七種高程産品。

       為了便于使用者使用，GM坐民TED2010産品中(zhōng)還包含一份SHP格式的元數據，通(t木工ōng)過該元數據可(kě)以快速獲取指定區域GMTED2010産品的概覽信息子姐，元數據屬性表如(rú)下(xià)

 

 

       通(tō街黃ng)過元數據可(kě)以根據區域快速認知GMTED20厭著10數據

 

 

      &nb章的sp;本文(wén)章轉載自微信公衆号：空間數據研究所