全国AW3D30 DSM（数字地表模型）数据

引言

地形是指地球表面的高低起伏形态，高程是描述地表起伏形态最基本的几何量（李振洪等，2018），而数字高程数据则是对地形高程信息的数字化表达，在气候、气象、地形地貌、地质灾害、土壤和水文等各方面拥有着广泛的应用。最常用的涵盖数字高程信息的产品模型为DEM、DTM及DSM。

DEM、DSM、DOM与DTM的区别

数字高程模型（Digital Elevation Model)

简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），

数字地表模型（Digital Surface Model）

简称DSM，是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的基础上，进一步涵盖了除地面以外的其它地表信息的高程。

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）

简称DOM，是利用DEM对经过扫描处理的数字化航空像片或遥感影像（单色或彩色），经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并按规定图幅范围裁剪生成的形象数据，带有公里格网、图廓（内、外）整饰和注记的平面图。

数字地面模型（Digital Terrain Model）

简称DTM，是一个表示地面特征空间分布的数据库,一般用一系列地面点坐 标（x,y,z）及地表属性（目标类别、特征等）绗成数据阵列，以此组成数字地面模型。有时所指的地形特征点仅指地面点的高程，就将这种数字地形描述称为数字高程模型（digital elevation model，DEM）

关于4D产品的区别联系，可以拜读高孟绪老师的博文h和浩宇三维的推文，讲的不错，链接详见文末。

数据解读

ALOS Global Digital Surface Model "ALOS World 3D - 30m" (AW3D30) 是由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）2015年5月免费提供的高精度全球数字地表模型数据（DSM），水平分辨率为 30米 (1弧秒)，高程精度5米。是目前世界上最精确的3D地图，覆盖全球所有的土地尺度。

ALOS DSM数据下载

#以下操作大多需要科学Science Internet上网#

1.打开注册页面，填写相关信息。

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/registration.htm

2.一封确认信会发送到邮箱。确认报名后，会收到另一封电子邮件，提供登录名和密码

3.打开下载网址登录

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/data/index.htm

1.登录下载页面后，在地图上点击需要的数据位置，可下载1×1度或5×5度的数据文件。下载的文件格式为tar.gz压缩包。

2.DSM数据文件的格式是GeoTIFF。

3.如果要将AW3D30 DSM.tiff格式转换为SRTM.hgt格式，可参照以下示例脚本。官网很良心的附上了转换脚本

#update:2019/3/15
#!/usr/bin/env bash

INPUT_DIR=./input
OUTPUT_DIR=./output
vrtfile=./input.vrt

[ -d "$OUTPUT_DIR" ] || mkdir -p $OUTPUT_DIR || { echo "error: $OUTPUT_DIR " 1>&2; exit 1; }

gdalbuildvrt -overwrite -srcnodata -9999 -vrtnodata -9999 ${vrtfile} ${INPUT_DIR}/*_DSM.tif

res=`echo 1/3600/2 |bc -l`
for aw3d30 in  ${INPUT_DIR}/*_DSM.tif
do
   [ -f "${aw3d30}" ] || continue
   srtm=`echo ${aw3d30} | awk -F / '{print substr($NF,1,1)substr($NF,3,6)".hgt"}'`

   [ -f "${OUTPUT_DIR}/${srtm}" ] && { echo "skip ${srtm}" 1>&2; continue; }
   xmin=`echo ${aw3d30} | awk -F / 'substr($NF,5,1)=="E"{print substr($NF,6,3)*1} substr($NF,5,1)=="W"{print substr($NF,6,3)*(-1)}'`
   ymin=`echo ${aw3d30} | awk -F / 'substr($NF,1,1)=="N"{print substr($NF,2,3)*1} substr($NF,1,1)=="S"{print substr($NF,2,3)*(-1)}'`
   xmax=`echo ${xmin}+1 | bc`
   ymax=`echo ${ymin}+1 | bc`
   xmin=`echo ${xmin}-${res} | bc`
   ymin=`echo ${ymin}-${res} | bc`
   xmax=`echo ${xmax}+${res} | bc`
   ymax=`echo ${ymax}+${res} | bc`
   gdalwarp   -te ${xmin} ${ymin} ${xmax} ${ymax} -ts 3601 3601 -r bilinear ${vrtfile} ${OUTPUT_DIR}/${srtm}.tif
   gdal_translate -of SRTMHGT ${OUTPUT_DIR}/${srtm}.tif ${OUTPUT_DIR}/${srtm}
   rm -f ${OUTPUT_DIR}/${srtm}.tif

done

rm $vrtfile

文件数据组成

DSM

(Height above sea level, signed 16bit GeoTIFF) The calculated elevation value by average (AVE) and median (MED) when resampling from 5-meter mesh version. The nearest neighbor (NN) is considered in next version)

Mask information file

8bit GeoTIFF, DN=0: Valid; 1: Clouds, snow and ice (invalid); 2: Land water and low correlation (valid); and 3: Sea

Stacked number file (8bit GeoTIFF, DN=number of stacking)

Quality assurance Information

ASCII text, add information for 1 arcsec product to original 5-m mesh DSM information

Header file

ASCII text

示例脚本使用GDAL进行格式转换。请准备一个可以使用GDAL的环境。有关使用方法，请参阅zip文件中的“readme-en/jp.txt”。

ALOS DEM 数据下载

ALOS World 3D 30m DEM是由JAXA机构免费分发的全球30米的数据。SARscape5.4.1提供自动下载ALOS World 3D 30m DEM数据的工具，生成镶嵌之后的结果。

具体下载方法点击下方链接：

SARscape中ALOSWorld3D30mDEM下载

http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102zhy6.html

数据对比

为了更直观的对比分析不同全球数字高程产品的效果，唐新明等人(全球数字高程产品概述[J].遥感学报,2021,25(01):167-181.)以位于宁夏回族自治区吴忠市的一座山脉为例进行横向定性对比分析，并将其统一至相同水平基准及垂直基准下开展定量分析。

37.17°N—37.43°N、106.15°E—106.41°E，高程范围约为1250—2650 m。以下分别采用常用的1″及3″分辨率的高程数据产品进行对比，方便使用者根据不同的需求选取合适的数据,方便使用者根据不同的需求选取合适的数据源。

原始数字高程数据为1″分辨率的产品包括SRTM、ASTER GDEM及AW3D30，对数据源进行镶嵌融合及裁剪处理，并采用Global Mapper进行地图渲晕处理，其不同产品同图对比如图1所示，3种高分辨率数据产品对地形均能较好地表达。但通过对红框标记区域的细致对比可以发现，在地势地貌的细节信息展示上，AW3D30及ASTER GDEM要略丰富于SRTM。然而ASTER GDEM存在明显的颗粒效应，尤其是相对平坦区域，一些主要的地形细节被颗粒效应所掩盖，难以细致地表达地形起伏。

由于SRTM是2003年的数据产品，虽然后续不断更新，但是其主要是利用现有数据源填补空洞数据，并未对主要数据源进行更改，因此较ASTER GDEM及AW3D30而言，缺乏一定的实时性。ASTER GDEM获取的数据源虽然较新，但在丘陵及平原地区存在明显的颗粒效应，一定程度上掩盖了真实的地形信息。AW3D30获取的数据源则最新，但是其1″分辨率高程数据是由更高分辨率的数字高程产品采用均值重采样的方式获取，因此可能会出现些许的平滑现象，但整体而言要优于前两者。

同1″分辨率产品对比，3″分辨率数据存在明显的细节损失现象。从3″分辨率的数字高程数据角度分析，AW3D30及ASTER GDEM在沟壑等地貌细节信息同样较为丰富，略优于SRTM3 v2及Tan DEM-X DEM数据，而Tan DEM-X DEM数据整体更为平滑，ASTER GDEM颗粒效应仍十分明显。从数据的实时性上看，Tan DEM-X DEM和AW3D30的数据最新，并且两者公布的免费产品都有一个共同的特性，都是从更高分辨率产品采用重采样的方式获取。从所示的统一精度指标下的高程精度分析，Tan DEM-X DEM数据精度要明显优于其余产品，ASTER GDEM数据精度相对最差。

作者

参考文献

1.DTM/DEM/DSM的区别及其他.

2.浩宇三维.测绘中的4D产品

3.林卉, 王仁礼. 数字摄影测量学[M]. 中国矿业大学出版社, 2015.

4.袁小棋, 李国元, 高小明,等. AW3D 30 m DSM数据质量分析及部分典型区域精度验证[J]. 测绘与空间地理信息, 2018, 41(04):108-111+115.

5.管李义, 陈斯飏, 邹思远,等. 几种全球开放DEM数据集的对比分析[J]. 测绘与空间地理信息, 2020(10).

6.唐新明,李世金,李涛,高延东,张书毕,陈乾福,张祥.全球数字高程产品概述[J].遥感学报,2021,25(01):167-181.

7.李振洪,李鹏,丁咚,王厚杰.2018.全球高分辨率数字高程模型研究进展与展望.武汉大学学报(信息科学版),43(12):1927-1942

8.ENVI-IDL技术殿堂的博客:SARscape中ALOS World3D 30m DEM下载

9.AW3D30 DSM数据下载