1 概述
USGS 是美国地质调查局(U.S. Geological Survey)的英文缩写,USGS负责管理美国全国的数字地图数据的采集与分发。
1.1 USGS DEM数据产品的种类
(1)7.5-分DEM (一般采用30米格网间距,UTM投影),水平格网间距可以去1-30之间任意整数。DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 7.5分地理格网。
(2)30-分DEM(2×2秒间距)DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 30分×30分地理格网。
(3)1-度DEM(2×2秒间距)DEM的范围大约为无重叠的标准的USGS 1度×1度地理格网。
(4)7.5-分阿拉斯加DEM(1×2秒间距,纬度,经度),范围与7.5-分DEM基本相同除了在经度元素变化从最南端的10分变化至最北端的18分。
(5)15-分阿拉斯加DEM(2×3秒间距,纬度,经度),在阿拉斯加最南端的覆盖范围为15分(纬度)×20分(经度),在最北端经度范围变为36分。
1.2 USGS DEM的格式
USGS DEM文件由逻辑记录A、B、C组成,其中第一部分是文件头 记录 type A,主要记录了DEM数据有关的信息;第二部分是断面数据 type B,分为断面头数据和DEM数据实体;第三部分是精度信息 type C,可以省略。
USGS DEM数据以ASCII码形式存储,逻辑记录A、B、C格式说明分别见附表1、2、3。逻辑记录A、B、C都以1024字节长度作为逻辑记录单位,不足1024的用空格补齐。逻辑记录B通常包含多个1024字节长度的逻辑记录单位。为了有效利用空间每4个逻辑记录单位组成一个物理记录单位(4096 字节)。
2 DEM 的数据结构
USGS DEM主要采用两种类型的格网,采用UTM投影和采用地理坐标以秒为单位的格网。这里主要介绍以秒为单位的格网数据结构。DEM数据的四个角点坐标记录在逻辑记录 A中,详见附表1。每一个断面的起始点坐标记录在逻辑记录 B中,详见附表2。这些坐标描述了DEM数据的矩形形状和每个断面的起始点坐标。以上关于秒制DEM的规定适用于除7.5分UTM DEM以外所有DEM数据。
3 USGS DEM质量控制信息
Level 1
Level 1DEM 数据通常采用标准记录格式,数据通常是7.5-分DEM,数据通常来源于航片采集,通常DEM数据要求均方根误差RMSE不应超过7米,最大不超过15米,最大误差不超过50米。
Level 2
Level 2DEM 数据通常经过了编绘,最大允许均方根误差为等高线间距的1/2,最大误差为1个高线间距。
Level 3
Level 3DEM 数据通常来源于线划图,最大允许均方根误差为等高线间距的1/3,最带误差为等高线间距的2/3。
表1
数据元素 | 类型 | 格式声明 | 说明 | ||
ASCII格式 | 起始字节 | 结尾字节 | |||
文件名 | ALPHA | A40 | 1 | 40 | 在DEM文件头中不应出现除美国外的其他国家如墨西哥、加拿大等国家的名称 |
自由格式文字 | ALPHA | A40 | 41 | 80 | 有关数字化过程的有用信息,例如仪器、相片好、扫描孔径等 |
占位符 |
|
| 81 | 109 | 空格 |
东南角地理坐标 | INTEGER*2, REAL*8 | 2(I4,I2,F7.4) | 110 | 135 | 东南角地理矩形坐标顺序为: x = Longitude = SDDDMMSS.SSSS y = Latitude = SDDDMMSS.SSSS (负号右对齐,不能以零起头,而增加正号) |
处理方法代号 | ALPHA | A1 | 136 | 136 | 1 采用自动相关和简单的双线性重采样算法 2 人工采集和GRIDEM简单双线性算法 3 DLG/或地形图CTOG 8向线性内插 4 从航测系统采集的等高线数据4向内插而来 5 DLG/地形图 LINETRACE,LT4X 复杂线性内插 6 DLG/地形图 CPS-3,ANUDEM,GRASS 复杂多项式 7 电子影像(非摄影测量)被动或主动传感器系统 |
占位符 |
|
| 137 | 137 | 空格 |
组合指示 | ALPHA | A3 | 138 | 140 | 这个参数是为30分DEM准备的 |
生产者代码 | ALPHA | A4 | 141 | 144 |
|
Level等级码 | INTEGER*2 | I6 | 145 | 150 | 1=DEM-1 2=DEM-2 3=DEM-3 4=DEM-4 |
DEM高程点图形定义码 | INTEGER*2
| I6 | 151 | 156 | 1=规则网格 2=随机分布 |
水平参考系定义代码 | INTEGER*2 | I6 | 157 | 162 | 0=地理 1=UTM投影 2=国家平面 |
UTM分带代码 | INTEGER*2 | I6 | 163 | 168 | UTM 分带代码, 如果采用地理坐标这项参数为0 |
地图投影参数 | REAL*8 | 15D24.15 | 169 | 528 | 对UTM及地理坐标系,该参数全部置0 |
平面参考坐标系单位代码 | INTEGER*2 | I6 | 529 | 534 | 0=弧度 1=英尺 2=米 3=弧秒 一般对于7.5分DEM,使用代码2。而对于30分、1度和Alaska DEM一般采用代码3。 |
高程坐标单位 | INTEGER*2 | I6 | 535 | 540 | 1=英尺 2=米 一般7.5分,30分,1度和Alaska DEM采用代码2 |
DEM边数 | INTEGER*2 | I6 | 541 | 546 | 通常为4 |
4对实数表示DEM边界 | REAL*8 | 4(2D24.15) | 547 | 738 | 坐标以(东经,北纬)为记录顺序,四个角以西南角为起点按顺时针排列。 |
两个元素分别表示整个数据中DEM的最大和最小值 | REAL*8 | 2D24.15 | 739 | 786 | DEM以元素9的代码表示的单位为单位,遵从元素6的分带划分。 |
以弧度作为记录单位,逆时针记录DEM参考系与地平面轴的夹角 | REAL*8 | D24.15 | 787 | 810 | 如果采用元素5中代码定义的坐标系统,这项参数为0 |
精度代码 | INTEGER*2
| I6 | 811 | 816 | 0=精度未知 1=精度信息在type C 中表达 |
X、Y、Z三方向分辨率,单位参考元素8,9 | REAL*4 | 3E12.6 | 817 | 852 | X、Y方向的分辨率只允许取整数。对所有的USGS DEM,除1度DEM以外,Z分辨率如采用英尺为单位,则最多允许小数点后1位,以米为单位最多允许小数点后2位。一些典型的表示如对于7.5分DEM可以使用30,30,1;和10,10,1等 |
DEM中包含的断面文件行列数(m,n) | INTEGER*2
| 2I6 | 853 | 864 | 当行数m=1时,n等与DEM的列数 |
旧格式在此结束 | |||||
最大计曲线间隔 | INTEGER*2 | I5 | 865 | 869 | 仅当存在两种以上计曲线间隔时存在 |
源曲线间隔单位 | INTEGER*1 | I1 | 870 | 870 | 对应于源曲线最大间隔单位 0=N.A 1=英尺,2=米(仅适应于 level 2DEM) |
最小计曲线间距 | INTEGER*2 | I5 | 871 | 875 | 最小或仅有的计曲线间隔 |
源曲线间隔单位 | INTEGER*1 | I1 | 876 | 876 | 对应于地图最小计曲线间隔单位 1=英尺 2=米 |
数据生产日期 | INTEGER*2 | I4 | 877 | 880 | “YYYY”一个4字符表示的年份(例如 1975,1997等)即可以是编绘日期也可以是航摄日期 |
数据检查和生产日期 | INTEGER*2 | I4 | 881 | 884 | “YYYY”一个4字符表示的年份,可以是完成日期或者修测日期 |
检查标志 | ALPHA*1 | A1 | 885 | 885 | “I”表示第三部分包括的所有质量控制均已实现 |
数据确定性标志 | INTEGER*1 | I1 | 886 | 886 | 0=没有做过确定过程 1=利用检查点计算过RMSE,未进行DEM编辑 4=Level 1 DEM 编辑,水体编辑,利用检查点计算过RMSE。 5= Level 2 和Level 3 DEM编辑。利用检查点计算过RMSE。 |
可疑和空旷标志 | INTEGER*1 | I2 | 887 | 888 | 0=无 1=可疑区域 2=空旷区域 3=可疑区域和空旷区域 |
高程基准 | INTEGER*1 | I2 | 889 | 890 | 1=局域平均海平面 2=国家高程测量基准 1929(NGVD 29) 3=北美垂直基准(NAVD88) |
水平基准 | INTEGER*1 | I2 | 891 | 892 | 1=北美基准 1927(NAD27) 2=世界测量系统1972(WGS72) 3=WGS 84 4=NAD 83 5=旧 夏威夷基准 6=波多黎各基准 |
数据编辑 | INTEGER*2 | I4 | 893 | 896 | 01-99最初为DMA特别设置区(USGS一般设为01) |
空旷比例 | INTEGER*2 | I4 | 897 | 900 | 如果元素25指出存在空旷区域,这个区域(右对齐)说明文件存在相应比例空旷区点(-32,767) |
边匹配标志 | INTEGER | 4I2 | 901 | 908 | 边匹配标志,按照西、北、东和南顺序排列 |
垂直标准位移 | REAL*8 | F7.2 | 909 | 915 | 垂直标准位移,形式为SFFF.DD 取值来自于VERTCON计划的矩形四条边的平均位移。通常加此值后转化为VAVD88 |
表2
数据元素 | 类型 | 格式声明 | 说明 | ||
ASCII格式 | 起始字节 | 结尾字节 | |||
一个二维数组表达当前断面文件的序号 | INTEGER*2 | 2I6 | 1 | 12 | 行、列的取值范围均为1,m和1,n。行数通常设为1,列通常表示当前的断面序数 |
一个二维数组表示DEM的断面数 | INTEGER*2 | 2I6 | 13 | 24 | 一个参数对应断面文件的行数,第二个参数通常设为1 |
一个二维数组表征断面文件的起点坐标 | REAL*8 | 2D24.15 | 25 | 72 |
|
断面文件的局部高程基准 | REAL*8 | D24.15 | 73 | 96 | 单位采用逻辑记录A中元素9的定义 |
一个二维数组表达当前断面文件中DEM的最大最小值 | REAL*8 | 2D24.15 | 97 | 144 | 单位采用逻辑记录A中元素9的定义 |
DEM数据实体 | INTEGER*4 | mn(I6) |
|
| 6×(146 or 170),146第一个数据块最大数据数,170后续数据块 为了节约存储空间,无论断面文件有多长,DEM都以1024为单位存储,不足1024的以空格补齐。这样的一个数据块所能容纳的数据量为(1024-144)/6=146,后续数据块为所能容纳的数据量为1024/6=170。 |
表3
数据元素 | 类型 | 格式声明 | 说明 | ||
ASCII格式 | 起始字节 | 结尾字节 | |||
表明统计存在性的代码 | INTEGER*2 | I6 | 1 | 6 | 1=有统计 0=无统计 |
相对于绝对平面的均方根误差RMSE | INTEGER*2 | 3I6 | 7 | 24 | RMSE的单位跟逻辑记录A中8,9 |
RMSE取样数 | INTEGER*2 | I6 | 25 | 30 | 如果此值为0则说明,RMSE来自于估计而不是计算 |
元素5是否存在 | INTEGER*2 | I6 | 31 | 36 | 1=存在 0=不存在 |
相对于绝对平面的均方根误差RMSE | INTEGER*2 | 3I6 | 37 | 54 | RMSE的单位跟逻辑记录A中8,9 |
元素5的取样数 | INTEGER*2 | I6 | 55 | 60 | 如果此值为0则说明,RMSE来自于估计而不是计算 |