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GMT地形数据

已有 6073 次阅读 2016-5-2 14:56 |个人分类:测绘|系统分类:科研笔记|关键词:GMT,,,地形数据| GMT, 地形数据 |文章来源:转载

目前接触到的地形数据主要有三种:etopo、GTOPO30以及SRTM。按照精度从低到高排序如下:
其中etopo数据包含了全球地形和海水深度数据;GTOPO30数据包含了全球地形数据;SRTM30_PLUS精度:30弧秒,网格精度约 1 km,包括全球地形和海洋深度数据,大部分区域使用SRTM30中的全球地形数据,高纬度区域使用GTOPO30数据(无SRTM数据),南纬81度到北纬81度的海底地形数据来自于Smith和Sandwell的全球1分数据等;SRTM3数据包含了全球大部分区域的地形数据。ASTER GDEM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%。
 
 
对于全球尺度或者大尺度地形图来说,可以使用etopo1数据;
对于3度*3度-10度*10度的区域,可以使用GTOPO30数据;
对于3度*3度以下的区域,可以使用SRTM3数据。
 
   etopo5是全球地形及水深数据,其网格采样间隔为5弧分,目前已经被更高精度的etopo1所取代,但是在绘制大区域地形(比如全球)时,5弧分的精度也够用;
   etopo2v2与ETOPO5类似,也是高程+海底地形数据,其采样间隔为2弧分;
   etopoO1包含了全球地形和海洋深度,采样间隔为1弧分,是目前精度最高的global relief数据;
   GTOPO30是USGS公布的全球数字高程模型,其采样间隔为30弧秒;
   SRTM,全称为Shuttle Radar Topography Mission,该项目获取了北纬60度至南纬60度之间的雷达影像数据,进一步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。
 
ETOPO1:
其分为两个版本,Ice Surface和Bedrock,两个版本基本一致。不同之处在于在处理南极洲和Greenland地形时,前者给出的是加上冰盖层之后的高程,后者给出的是岩床的高程。
对于每个版本又细分为 grid-registered和cell-registered,其中grid-registered是权威版本,cell-registered是衍生版本,因而推荐下载使用grid-registered版本。
在每个子版本下又有多种数据格式, netCDF,binary, xyz,tiff。
我选择的是grid-registered版本的binary格式。
   下载:
http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/relief/ETOPO1/data/ice_surface/grid_registered/binary/etopo1_ice_g_i2.zip
解压得.bin为二进制网络文件,.hdr为头段文件
将.bin拷贝至/usr/local/GMT-4.5.9/share/dbase:
sudo cp etopo1_ice_g_i2.bin /usr/local/GMT-4.5.9/share/dbase
修改grdraster.info:
9 "ETOPO1 Ice Surface"  "m"  -R-180/180/-90/90  -I1m  GG i 1  0 -32768 etopo1_ice_g_i2.bin L
同理对于bedrock版本的网格数据,其grdraster.info为:
10 "ETOPO1 Bedrock" "m"  -R-180/180/-90/90 -I1m GG i 1 0 -32768  etopo1_bed_g_i2.bin L
如果下载的是netCDF格式的网格文件,需要利用如下命令将数据转换为binary格式:
grdreformat ETOPO1_Ice_g_gmt4.grd etopo1_ice_g_i2.bin=bs -N -V
画图测试:
#!/bin/bash
verbose=-V
#verbose=
grdraster 9 -Rg -I2m -Gout.grd $verbose
makecpt -Cglobe -T-10500/8000/1000 -Z $verbose > colors.cpt
grdimage out.grd -Ba60g30 -Rg -Yc -Xc -JN0/25c -Ccolors.cpt -K $verbose > etopo5.ps
psscale -Ba2500f500::/:"m": -Ccolors.cpt -D12.5c/-2c/15c/.35ch -O $verbose >> etopo5.ps
rm out.grd colors.cpt
 
GTOPO30
   下载:
ftp://edcftp.cr.usgs.gov/data/gtopo30/global/
解压复制:将所有DEM文件拷贝至/share/dbase
修改grdraster.info:
# GTOPO30 N90-N40
11 "GTOPO30 W180N90" "m" -R-180/-140/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W180N90.DEM B
12 "GTOPO30 W140N90" "m" -R-140/-100/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W140N90.DEM B
13 "GTOPO30 W100N90" "m" -R-100/-60/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W100N90.DEM B
14 "GTOPO30 W060N90" "m" -R-60/-20/40/90  -I0.5m PG i 1 0 -9999 W060N90.DEM B
15 "GTOPO30 W020N90" "m" -R-20/20/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W020N90.DEM B
16 "GTOPO30 E020N90" "m" -R20/60/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E020N90.DEM B
17 "GTOPO30 E060N90" "m" -R60/100/40/90 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E060N90.DEM B
18 "GTOPO30 E100N90" "m" -R100/140/40/90  -I0.5m PG i 1 0 -9999 E100N90.DEM B
19 "GTOPO30 E140N90" "m" -R140/180/40/90  -I0.5m PG i 1 0 -9999 E140N90.DEM B
 
# GTOPO30 N40-S10
20 "GTOPO30 W180N40" "m" -R-180/-140/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W180N40.DEM B
21 "GTOPO30 W140N40" "m" -R-140/-100/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W140N40.DEM B
22 "GTOPO30 W100N40" "m" -R-100/-60/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W100N40.DEM B
23 "GTOPO30 W060N40" "m" -R-60/-20/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W060N40.DEM B
24 "GTOPO30 W020N40" "m" -R-20/20/-10/40  -I0.5m PG i 1 0 -9999 W020N40.DEM B
25 "GTOPO30 E020N40" "m" -R20/60/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E020N40.DEM B
26 "GTOPO30 E060N40" "m" -R60/100/-10/40  -I0.5m PG i 1 0 -9999 E060N40.DEM B
27 "GTOPO30 E100N40" "m" -R100/140/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E100N40.DEM B
28 "GTOPO30 E140N40" "m" -R140/180/-10/40 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E140N40.DEM B
 
# GTOPO30 S10-S60
29 "GTOPO30 W180S10" "m" -R-180/-140/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W180S10.DEM B
30 "GTOPO30 W140S10" "m" -R-140/-100/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W140S10.DEM B
31 "GTOPO30 W100S10" "m" -R-100/-60/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W100S10.DEM B
32 "GTOPO30 W060S10" "m" -R-60/-20/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W060S10.DEM B
33 "GTOPO30 W020S10" "m" -R-20/20/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W020S10.DEM B
34 "GTOPO30 E020S10" "m" -R20/60/-60/-10  -I0.5m PG i 1 0 -9999 E020S10.DEM B
35 "GTOPO30 E060S10" "m" -R60/100/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E060S10.DEM B
36 "GTOPO30 E100S10" "m" -R100/140/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E100S10.DEM B
37 "GTOPO30 E140S10" "m" -R140/180/-60/-10 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E140S10.DEM B
 
# GTOPO30 S60-S90
38 "GTOPO30 W180S60" "m" -R-180/-120/-90/-60 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W180S60.DEM B
39 "GTOPO30 W120S60" "m" -R-120/-60/-90/-60 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W120S60.DEM B
40 "GTOPO30 W060S60" "m" -R-60/0/-90/-60  -I0.5m PG i 1 0 -9999 W060S60.DEM B
41 "GTOPO30 W000S60" "m" -R0/60/-90/-60 -I0.5m PG i 1 0 -9999 W000S60.DEM B
42 "GTOPO30 E060S60" "m" -R60/120/-90/-60 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E060S60.DEM B
43 "GTOPO30 E120S60" "m" -R120/180/-90/-60 -I0.5m PG i 1 0 -9999 E120S60.DEM B
说明
将全球分为33个区块,如下图所示,北纬90度到南纬60度分为3份,每份纬向50度,经向40度,共计3*9=27个区块;南极附近为南纬60度到90度,经向60度,计6个区块,共计33个区块。
采样间隔30弧秒,即0.008333333333333度,全球分为21600行、43200列。
坐标参考为WGS84;
其值为垂直方向高出海平面的距离,即海拔,单位为m;
海拔范围-407到8752,这里不包含海洋深度信息,负值应该是大陆架的海拔;
海洋处海拔标记为-9999,海岸线以为大陆海拔至少为1;
小于1平方千米的岛不考虑;
文件以该区块的左上角坐标为文件名;
文件后缀:DEM为数据高程模型;其他的文件都是一些辅助信息;
维度50度*经度40度文件大小:57600000 bytes
维度30度*经度60度文件大小:28800000 bytes
其他说明:
这些DEM文件为Pixel Registration格式
数据值存储为有符号16位整型
这些数据都是Big-endian的
绘图测试:
#!/bin/bash
ID=11
Range=-180/-140/40/90
B=a10g10
Inc=0.5m
PS=${ID}.ps
verbose=-V
#verbose=
grdraster $ID -R$Range -I$Inc -Gout.grd $verbose
makecpt -Ctopo -T1/8000/1000 -Z $verbose > colors.cpt
grdimage out.grd -B$B -R$Range -Yc -Xc -JQ15c -Ccolors.cpt $verbose > $PS
rm out.grd colors.cpt
这里只绘制一个第一个区块的地形,若需要同时绘制多个区块,需要多次调用grdraster从不同的网格文件中提取网格,然后用grdpaste粘贴成一个网格再绘图。
南极区域
在南极区域还有一个特殊的高程数据ANTARCPS.DEM,其包含了S60-S90区域的六个区块的数据,但是是经过极坐标方位立体投影的。因而横坐标范围为(-2700,2700),纵坐标范围为(-2700,2700)。这个处理起来要麻烦一点。
 
SRTM:
SRTM地形数据主要包含两类数据:SRTM3和SRTM1。
   SRTM3精度为3弧秒,即90m一个点,包括非洲、北美、南美、欧亚、澳大利亚以及部分岛屿;
   SRTM1精度为1弧秒,即30m一个点,仅限美国地区;
所有的数据被分为1度*1度的单元,共计上万个数据文件。文件名代表了该单元左下角的位置;不同网站下载的数据文件名不同,但文件名类似N37W105的 数据文件,其单元左下角的坐标为(37N,105W);每个SRTM3数据文件包含了1201*1201个采样点;高程数据单位为m,参考水准面为 WGS84大地水准面模型;网格划分采用gridline registration方式,因而单元的南北边及左右边与相邻单元的边重合。
数据下载
http://srtm.datamirror.csdb.cn/admin/datademMain.jsp
中国科学院计算机网络信息中心提供:Geotiff 和 ARC ASCII格式数据,数据是5度*5度一个单元,而不是标准的1度*1度,免去了用户自己做网格合并的麻烦;GMT可以处理ARC ASCII格式,但无法处理Geotiff格式,所以下面只用ARC ASCII格式;在中国区域,还提供一些衍生数据,如坡度、坡向、坡位,数据格式为img格式,细节未知;
数据转换:
将ARC ASCII格式转换为GMT grid文件:
xyz2grd srtm_63_02.asc -Gstrm_63_02.grd -E -V
绘图实例:
R=130/135/50/55
B=a1f0.5WSen
J=Q4i
xyz2grd srtm_63_02.asc -Gstrm_63_02.grd -E -V
#xyz2grd N52E130.hgt -GN52E130.grd -I3c/3c -R$R -N-32768 -ZTLhw -V
grd2cpt N52E130.grd -Cnrwc.cpt > colors.cpt
grdimage N52E130.grd -R$R -Ccolors.cpt -B$B:.SRTM3: -J$J -K > test.ps
如果是USGS下载的标准数据,例子:较大的昆仑山区域,下载的数据为N37E085.hgt和N37E086.hgt 2个文件。
#首先使用xyz2grd将二进制的hgt文件转成GMT使用的grd文件,或者nc后缀也可。
xyz2grd N37E085.hgt -Gg001.grd -I3c -R85/86/37/38 -N-32768 -ZTLhw
xyz2grd N37E086.hgt -Gg002.grd -I3c -R86/87/37/38 -N-32768 -ZTLhw
#合并grd文件
grdpaste g001.grd g002.grd -Ga1.grd
makecpt -Cglobe -T-500/7000/500 -Z > mydata.cpt
grdgradient a1.grd -A30 -Gchina.grd.int -Ne0.8 -V -M
#使用grdimage绘制彩图
grdimage a1.grd -R85/87/37/38 -Yc -Xc -JM10i -Cmydata.cpt  -Ichina.grd.int -K > world1.ps
pscoast -R -J -Di -N1 -A1000 -B0.5g0.5/0.5g0.5 -W0.25p  -O -K  >>world1.ps
psscale -Ba2500f500::/:"m": -Cmydata.cpt -D12.5c/-2c/15c/.35ch -O -U"author:YangLei">> world1.ps
del *.cpt *.int
 
ASTER GDEM
ASTER GDEM,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%。(摘自百度百科)。号称是“迄今最完整的全球地形数据”。
ASTER GDEM:空间分辨率:1弧度秒 (约30 米),精度:垂直精度20米,水平精度30米,SRTM数据的纬度覆盖范围是[-60,60],ASTER GDEM数据的纬度覆盖范围为[-83,83];SRTM的空间分辨率一般为90m,只有美国境内存在空间分辨率为30m的数据;ASTER GDEM的空间分辨率为30m;
网站:http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/
网站需要注册,即可免费下载数据;
点击“Search”即可进入数据选择界面;
数据被划分为1度*1度的区块,每个区块文件名以区块左下角的经纬度值来命名;
数据选择界面有四种方式用来选择区块,界面的设计不太习惯,注意看英文;
数据可以单独下载,也可以批量下载;批量下载貌似需要处理一段时间;
下载的文件为zip压缩文件,包含了两个文件:dem和num,二者均为GeoTiff格式;
dem数据即为数字高程数据;
num数据也称为QA文件,即质量评估文件,其包含了每一点的高程数据的来源等信息,一般用不到;
使用GDAL提供的工具将其转换为GMT可识别的netCDF格式:
gdal_translate -of GMT ASTGTM2_N36E111_dem.tif ASTGTM2_N36E111_dem.grd




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