运用Google Earth和ArcGIS制作地方等高线地形图12.15.doc

运用Google Earth和ArcGIS制作地方等高线地形图

运用Google Earth和ArcGIS制作等高线地形图的方法，并且经过检验，与Google Earth的误差很小，与当地真实地形很接近。
一、制作原理
等高面与起伏的地面相切会得到切线。在Google Earth中，把不同高度的半透明等高面相互叠加后，会得到海拔与图像灰度增减规律一致的效果（图2），即一定的灰度就代表某一海拔范围，这与规则网格DEM相似，可称其为类DEM。类DEM与DEM一样，可在ArcGIS中直接生成等高线。
二、制作实例
四川省安岳县东胜乡初级中学地理教师欲制作当地的等高线地形图。
1.准备工作
1）安装Google Earth，联网状态下运行Google Earth软件。在左侧的搜索栏中输入“四川省安岳县东胜乡”，浏览该地的数据，即下载东胜乡数据。
2）在Google Earth工具栏的选项中进行相关设置（图1）。①设置显示经纬度为通用横轴墨卡托投影（UTM），以减少定位时的计算；②设置地形提升倍数为0.5，以减小像点位移误差，同时防止等高线替代误差过大。

图1 Google Earth的相关设置
.在Google Earth中生成类DEM
1）新建一个白色紧贴地面的四边形作为底色。四边形内最高点为427m，最低点为281m，设等高距为20m，所以共有420m~300m 7个等高面。
2）复制粘贴该四边形，修改颜色为黑，透明度为10%。设置海拔高度为绝对420m，并命名该四边形为“420m”。
3）复制420m等高面并粘贴，重命名并调整海拔高度为400m。之后重复“复制、粘贴、重命名、调整海拔”的操作，直到300m等高面为止，得到图2的效果。

图2 在Google Earth中生成类DEM
3.截图及图像预处理
为保证图像不产生干扰信息，并且灰度值不发生变化，该步骤需注意以下两点：①截图时要去掉Google Earth中不必要的显示（视图菜单栏下进行设置）；②建议截图后使用画图软件进行编辑，并以BMP格式保存。
4.图像定位
根据Google Earth状态栏的坐标投影信息（图2），在ArcCatalog中打开图像所在文件夹，在图像的属性中为图像选择WGS_1984_UTM_Zone_48N坐标投影系统（图3）。在ArcMap中打开图像，运用Georeferencing工具，选择四个控制点（图4），对照Google Earth中该点的坐标，为图像准确定位。

图3 在ArcCatalog中添加坐标投影系统

5.由类DEM生成等高线
1）在图像的属性中，将模式由RGB改为灰度（图4）。打开Spatial Analyst工具并激活。
2）选择Surface Analysis中的Contour...（图4），弹出对话框，需输入Contour interval（灰度等高距）。
注意，并非输入等高距20，而是图像上灰度值最小两层的灰度值差值。运用Tools工具条上的Identify工具检查灰度值最小两层的灰度值，分别为161、150，差值为11，那么在Contour interval中输入11，这样能保证每两层的交界处都有线条，且能避免产生太多的线条。单击OK即可得到一系列以5为距离的线条。启动Editor编辑，结合底图，删除多余的线条，保留最准确的作为等高线。

图4 在ArcMap中选择控制点，生成、编辑等高线
6.等高线平滑处理
目的是消除生成等高线的锯齿形态。如图5，点击Toolbox，弹出目录，点击Index，输入Smooth Line，双击弹出对话框，Input Features中选择要平滑处理的等高线，Smoothing Tolerance中输入平滑尺度30米，点击OK即可。

7.其他地物的矢量化及加入高程点
将该部分的卫星影像截取出来，运用ArcGIS对主要地物进行矢量化（过程略）。某些山顶需加入高程点，直接对照Google Earth加入即可。
8.导出地图、数据保存
对照Google Earth在主要等高线上标注出海拔高度，并将各要素相互叠置、符号化，调整比例尺，导出制成东胜乡的等高线地形图（图6）。

图6 东胜乡等高线地形图（局部）
制作的地图既可以在PPT上展示，也可以打印为纸质的发给学生，并可直接在课堂上甚至自编校本课程教材上使用了。另外，各种数据及时保存，以备后用和修改。亦可建立数据库，这样保存和使用起来都更方便。
三、准确性检验
目的是检验该方法的准确性，是否能满足地理教学的需要。平常制作地图不需要检验。
在等高线地图上选取样点（图7），读出各点海拔，与Google Earth中该点的高程对比，得到下表。
由表可知，误差均在3m以内，与当地真实地形很接近。因此，该方法所制地形图完全能够满足中学地理教学，尤其是乡土地理教学的需要。

图7 样点分布
表 误差检验（单位：米）
样点
所制地图
Google Earth
误差
1
354
353
1
2
280~300
290
*
3
344
342
2
4
280~300
298
*
5
380~400
386
*
6
324
326
1
7
370
368
2
8
280~350
284
*
9
309
311
2
10
387
384
3
11
280~300
293
*
12
340
340
0
13
317
319
2
14
400
402
2
15
421
421
0
16
305
306
1
四、结束语
可以看出，此方法耗时短、低成本，只要一次做好图，以后可以循环使用。
用GoogleEarth制作3D等高线地图
动手制作三维等高线图（一）
　　GoogleEarth相信大家不会陌生，是谷歌发布的一款电子地图软件，通过它可以查看通过卫星拍摄的地球表面图像。针对这款软件的应用也是层出不穷，今天笔者为大家介绍一种新的应用——用GoogleEarth制作3D等高线地图。

北京市门头沟区妙峰山附近地区等高线地图（点击查看大图）
如上图，我们通常所接触的等高线图/地图无论是纸质还是电子版本，很少能接触到3D界面的。如果能够在电脑上方便的根据等高线图制作三维地图，打印输出之后对于一般户外应用还是有很大帮助的。
　　在开始制作之前，需要准备如下条件：
1，GoogleEarth 软件 下载地址：
2，等高线图片文件
　　ok，准备好后开始制作。
动手制作三维等高线图（二）
　　笔者前一页贴出的妙峰山等高线图是由网友制作的OZI地图，需要可以从下面地址下载：
北京周边等高线图[点击下载]
OziExplorer软件[点击下载]
　　接着启动OziExplorer软件，打开我们刚刚下载的等高线图文件，找到门头沟妙峰山，并在妙峰山顶处创建一个航点（WPT）以备后面进行校准使用。

OziExplorer软件
在刚刚创建的航点图标上点击右键选择属性—编辑位置，记录下该位置的经纬度坐标。接着关闭对话框，并利用截图工具截取当前位置的等高线图。如下图所示：

利用截图工具截取的妙峰山附近等高线图
　　接下来，我们启动Google Earth，马上就可以开始制作三维等高线图了。
动手制作三维等高线图（三）
　　启动GoogleEarth后，输入刚刚在OziExplorer中记录的妙峰山顶处的坐标，GoogleEarth会自动在卫星图像中标记该坐标并自动放大到坐标位置上空。

GoogleEarth
　　接着，点击新增功能菜单中的“相片重叠”选项，出现设置对话框，如下图：

在GoogleEarth中添加照片重叠功能对话框
　　随便起一个名称后，点击“浏览”选择刚刚截取的妙峰山附近等高线图文件。添加后自动在GoogleEarth中显示。

GoogleEarth
　　这时我们需要调整刚添加的等高线图尺寸以符合GoogleEarth中的地形，在等高线图周围有几处绿色方框，利用它可以对等高线图进行放大、缩小等。在调整之后，注意将GoogleEarth中的妙峰山顶处坐标与等高线图中我们之前做过的山顶处航点（WPT1）标记对准。下图是调整后的截图：

GoogleEarth中添加等高线图
　　接下来我们来看一下刚刚制作的3D等高线地图。
动手制作三维等高线图（四）
　　经过上面操作，现在已经成功在GoogleEarth中添加等高线地图。从远处看去，仿佛一个地球的“补丁”，其实这个操作与打补丁是相同的。

在GoogleEarth中添加等高线图
　　此外，我们还可以通过刚刚“相片叠加”中的属性菜单来进行“透明度”编辑，用它可以调整等高线图在卫星照片中的透明度。

在GoogleEarth中调整透明度
　　下面我们利用GoogleEarth的显示特点，利用不同角度来查看刚制作的三维等高线地图。
三维等高线图效果预览与编辑点评
　　经过前面的制作，现在我们利用GoogleEarth独特的显示视角来查看这一地区的等高线地图，如下图所示：

从远处望去

近一些，注意山体的起伏

可以从各个角度观看
　　下面是一个网友制作的带等高线标示的富士山卫星影像效果：

富士山等高线图

利用GoogleEarth的照片叠加后的效果