一方面是做个小结浦京在线,有助于分析参数更新时步长该如何选择

下图中有两条徒步路线。是根据山势进行规划的,

       
90米的采样间隔说起来还是挺让人遗憾的,用他生成的地图去山上现场对照过的兄弟应该都深有体会:局部小的地形变化。比如很小的山峰是体现不出来的。NASA后来又公开了北美的30米分辨率SRTM数据。美国地质调查局有10m分辨率的全美DEM(NED)可以免费下载(来源复杂,大部分可能用老的航拍照片处理出来的),日本也早就有了商业可用的全国50米分辨率DEM数据(靠矢量化1:25000的地图得到)。比90米数据的强得太多了,国家测绘局似乎也有40米的中国DEM数据,不过那个保密级别比1:50000比例尺地形图还要高上一级(绝密),所以业余人士就不要妄想能搞到了,泄漏了要蹲大牢的。我看过一些论文中的10米分辨率DEM渲染出的三维地形,那口水哗哗的。可是羡慕归羡慕,现在能公开搞到的质量最好的中国高程数据就是90米水平的,好坏都只能用它。

2. 如何根据等高线判断地形

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首先,定义几个概念:

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黄色地方等高线较密,地形就为陡坡。

        从信号处理的角度,JPL的九点平均是相当糟糕的降采样算法,会造成不必要的高频损失,而NGA的算法也不怎样:没有低通滤波器的decimation会造成频谱的混叠(alias),如果我们能利用JPL数据的低频信息作为参考,就有可把NGA数据中参杂的原始细节补回来。

二维损失函数的一种可视化方法就是画等高线地图。所以复习一下如何根据等高线判断地形是非常有必要的,有助于分析参数更新时步长该如何选择。

1. 批量导入航点坐标(Waypoint Coordinates)

通常,我们可以从其他攻略里面拿到关键航点的坐标。这些坐标可以手动在Google
Earth里面输入坐标添加,也可以在GE的地图里面移动鼠标定位。但是更高效的方式是通过文件方式批量导入到GE,具体的方法看这里.

  (二)常见问题的复习方法和技巧

野外辨别方位方法有很多,指北针、GPS系列工具、北斗导航系列工具、机械手表、木棍日照、星座和环境植被等等方法。这些方法都会受到各种人为因素和自然因素的影响而产生偏差

这是增强曲线插值生成的3维地形

1. 等高线的性质

  • 同线等高。同一条等高线上的各点等高,并以海平面作为零米;相邻的两条等高线,其高差也相同。

  • 等高距全图一致。等高距即指两条相邻等高线之间的高度差。

  • 等高线是封闭的曲线,无论怎样迂回曲折,终必环绕成圈,但在一幅图上不一定全部闭合。

  • 两条等高线决不能相交。因为一般情况下,同一地点不会有两个高度。但在垂直壁立的峭壁悬崖,等高线可以重合

  • 等高线疏密反映坡度缓陡。等高线稀疏的地方表示缓坡,密集的地方表示陡坡,间隔相等的地方表示均匀坡。

2. 对形成关键点“拍照”存到手机里

将“模拟行走”的关键点截图留下来,在实际行走的时候可以帮助做出最好的判断。

  1.熟练运用地图基础知识,识读地图,并具有一定的图文转化能力(把图像信息通过文字加以表达或根据文字资料绘画相关图像)。


        有些朋友不信任SRTM插值得到的等高线,认为不过是一种估计,用什么算法都一样,对此我不能同意,我更相信SRTM的潜力还有挖掘的余地。即使高阶FIR插值的潜力挖光了,加入基于模型的插值算法仍然可能显著提高SRTM插值数据的逼真程度,有人研究过Kriging插值和bicubic插值(4阶曲线插值,就是photoshop,ACDSee中缩放图片的算法)处理SRTM
90m数据,结果与同一地区的真实SRTM 30m数据比较,Kriging插值较优。

3. 关于谷,鞍,脊

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参考资料

[1].
等高线地形图的判读技巧

基于制作好的航线(Route)熟悉路线

  经纬网图是各种地图特别是区域图的基础,我们在学习任何一个地理区域时,首先应该先熟悉它所处的经纬度位置,这样才能分析判断出该地区的自然地理环境和人文地理特点。在各种考试当中经常以基本的经纬网示意图作为命题的背景进行综合考查。

图中黄色点为等高线比较稀疏的缓坡,蓝色点等高线比较密,坡度较陡,左边蓝点位置为山谷地形,图下两个黄点至下而上分别为山顶和鞍部。

这是一个SRTM生成的地图例子

基于航迹(Track)规划路线

通常,我们在走一条没走过的路之前,都会利用「六只脚」、「户外助手」等软件下载一些别人记录的轨迹(Track),在实际行走的时候可以用来参考。这里,我们实际上是在用别人的Track作为我们的Route。

但是,前人留下的路线不一定与我们的规划的路线完全一致,可能存在这样那样的问题,比如:

  • 前人的Track只与我们的Route部分一致,那么我们需要对多条路线拆分、合并、重组,才能得到我们规划的路线;
  • 前人的Track难免有走错路,或者GPS设备“抽风”出现的“坏点”,我们没必要重复前人的错误,需要对某些路段进行修正;
  • Track记录路点太多,超过户外表等设备的限制,需要简化线路,删除部分路点。

所以,我们可以以前人的航迹(Track)为素材,重新制作更为完美的航线(Route)规划。Google
Earth当然是一个利器,但是GE对路点的编辑操作太繁杂太低效了。你可以想象一下,Track通常包括成千上万个记录的路点,一个个删除路点,再一个个添加新的点,最后再重新生成一条路线,这是多么考验耐心的一件事情。

其实还有很多更方便的GPS路线文件编辑工具,「Edit GPS
tracks」
这篇文章列举了很多工具。它们通常可以实现的功能包括而不限于:

  • 简化路线(Simplify),也就是去除一些不重要的点,降低文件大小
  • 合并、拆分已有路线
  • 删除或增加路点、路径
  • 通过拖拽操作调整路线(大大提高编辑效率)

我实际在使用的工具包括Sunnto网站(Movescount)提供的路线规划功能,以及TrackProfiler这个在线编辑工具。尤其是后者,各项功能非常强大高效,而且界面美观,不过免费版功能有限制,如果常用最好付费。

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TrackProfiler

  在同样的图幅上:比例尺越大,地图上所表示的实际范围越小,但表示的内容越详细,精确度越高。

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苏联1:100000地形图样例(新疆喀纳斯)

导航app的七七八八

有了上面制作好的GPS文件(gpx, kml, kmz
etc.),就可以导入到手机app里面用于循迹了。常用的app有「六只脚」、「户外助手」等等。具体操作不做讨论,而是想说说APP提供的几种MapSource的选择。以「户外助手」为例,可以分为以下几类:

  • 城市交通图:
    如高德地图、谷歌地图,这类地图适合开车,不适合野外徒步,郊区内容太粗略;
  • 卫星图(包括混合地图):虽然更真实,但是通常用处也不大,真需要卫星图可以用手机版GE,还有3D效果;
  • 地形图:山沟、山脊、河流,一目了然,但谷歌地形图与国内的火星坐标不兼容,通常有几百米的偏移;
  • OCM/OSM地图:像交通图一样简单明了,但对于山峰、河流、村庄的标注丰富很多,OCM
    LandScape图还有等高线,适合户外徒步;
  • 徒步骑行地图:「户外助手」有提供,看起来与OCM/OSM类似,但是在此基础上增加了一些常规的户外骑行路线,以虚线标注,非常有参考价值。
  • 等高线地图:在简明地图上加注等高线信息。

开始有意识的用导航App以来,一直比较偏爱类似”徒步骑行地图“这类简单明了的地图,但现在慢慢的更加喜欢纯粹的等高线地图了。等高线地图虽然简单,但是熟悉了等高线的识图方法(看这里)之后,优势明显:

  • 根据等高线的走势,山谷、山脊、垭口、断崖等地形清晰可见;
  • 根据等高线密集程度,对接下来的陡坡缓坡、行走节奏都成竹在胸;
  • 时刻对当前海拔,距离目标海拔有清晰认知;
  • 当路线不明确时,更利于做路线规划;
  • 高精度的等高线图甚至可以判断路线难易程度,比如扭曲的等高线可能密布小断崖,参考小五台的例子。

目前对等高线地图支持的最好ios
app是一款不太常用的导航APP–「行图」(android下据说OruxMaps很强大,我没有用过),这也是我目前的主力app,优点多多,比如:

  • 可以在任意类型地图基底上叠加等高线;
  • 实时等高线地形渲染;
  • 自动下载当前区域等高线,很容易离线缓存;
  • 基于海拔高度渲染颜色深度,一目了然;
  • 支持直线测距等工具;
  • 更多特点看这里;

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行图

  比例尺放大后的图幅面积=放大到的倍数之平方,如将比例尺放大到原图的2倍,则放大后图幅面积是原来的4倍。

图中红色曲线为等高线,可以看出北边山体立面比较平直,坡度也不算陡直,攀爬难度不是很高。东面山体呈环形,等高线比较稀疏,坡度较缓,比较合适徒步。

        随着便携设备图形处理能力的增强,甚至可以直接抛开等高线这样的平面表现模式,代之以google
earth式的三维地形显示,这样的工作方式,在garmin最新的colorado系列GPS中已经出现。

基于航点(Waypoints)规划路线

如果即将行走的路线没有可用航迹文件,或者自己要不走寻常路,开辟一条新航线,就不能依赖别处下载的GPS轨迹文件了,只能从几个航点坐标开始制作路线。需要做以下两个事情:

  例如将1/10000的比例尺放大1倍,即比例尺放大到2倍,放大后的比例尺是1/5000,比例尺变大。

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GIS领域一个相当热门的专题就是怎样将已经有的等高线地图库转换为DEM数据(我国的基础DEM大概就是这么处理出来的)。现在有了GPS和计算机,飞机甚至可以飞越一次就能依靠GPS坐标点和摄像机或激光雷达直接完成地形的测绘。精度可以达到米一级。

3. 通过Google Earth进行路线整合与导出

Google
Earth的路线编辑虽然不方便,但是却很适合将航点、航迹等图层进行整合。比如,通过别人的Track制作精准符合实际的路线图,然后在此基础上叠加Waypoint层,将重要的路点用文字标注,得到更完善的路线图;还可以将多条路线整合到同一个GPS文件中。

  (2)判读规律:

由于意识形态问题,国内对等高线地图管制的很严格,等高线地图只是军事和勘探等部门的专享,一直没有正规出版过等高线地图。但随着信息化的进步,如今要取得等高线地形图并不是什么难事了。这都得益于SRTM(全称Shuttle
Radar Topography
Mission),是2000年由美国太空总署利用“奋进”号航天飞机雷达测绘得到的数据。SRTM国际科学数据镜像网站为所有用户提供世界范围内SRTM
90米分辨率所有数据的免费查询和下载。

        我国的测绘人员(他们可能算是国内最早的户外人士了,50-60年代勘探,交通,设备条件差,非常的辛苦)。温家宝总理就是当年地质队的一员,美国地质调查局测绘人员在控制点测量(美帝十分奢侈,60年就用上了直升机,所以他们测得快),仅有这些孤立的点,当然还不够把整个地区的等高线画出来。靠测绘队员去每个点都测一遍显然不太现实,通常的做法是派出飞机用特种相机(据说要2百万一个)。

从新驴到老驴,从跟别人走到自己走再到带别人走,不可避免的要做详细的行前攻略,充分到细致入微的准备永远是旅途安全的保证。而路线规划,正是户外徒步准备工作的重要一环。

  比例尺越小,则表示的范围越大,内容越简单,精确度越低。

蓝色线路比较直,但须穿越一段比较陡直的地形,徒步强度较高。

        苏联地图非常难得,为了确定它是不是够准确,我们的日本友人出动了图为在新疆和田抓获的日本非法测绘人员(日本国土情报技术研究所所长大林成行和他的学生),他们正使用GPS校准手上的俄文1:100000地形图,完成了6个点的定位。

  • 航点(Waypoints):
    行程中的一些关键点,当然一些普通路点也可以称为航点;
  • 航线(Route): 规划行走的路线图,就像穿越航点的路由;
  • 航迹(Track): 实际行走时记录的真实路线,通常由GPS设备打点而成。

  比例尺缩小后的图幅面积=缩小到的倍数之平方,如将比例尺缩小到原图的1/3,则图幅面积为原图的1/9。

我们还可以利用我们的手掌握拳的方式来理解掌握等高线地图基本原理。下图中我们可以直观的看到:

        70年代Don
Bateman发明了现今民航客机标配的GPWS-地面接近警告系统,极大降低了飞行事故,但GPWS仅仅能根据无线电测当前离地面高度给出警告,无法避免飞机前方就是一座山的情况,为了解决这个问题,90年代初,DonBateman开始研制新一代带有地形数据库的增强地面接近警告系统(EGPWS),公司想尽一切办法购买全球各地的等高线图,把它转换为DEM,正好苏联崩溃,Bateman说服公司花费了数百万美元买下泄露的俄版军图---也就是我们能部分看到的这种,靠苏联军图勉强拼起来的全球DEM结合GPS,就是最初的EGPWS,现在是Honeywell公司的王牌产品(Bateman是Honeywell的首席工程师)。94年开始美国航空管理局指定EGPWS为大型民航客机的必须仪器,到现在全世界的民航飞机几乎都装配了这个系统,因此飞机受控撞地事故已经非常少见EGPWS的DEM数据库测试中发现过大量的问题,估计主要就是因为苏联地图的坐标偏差所致,目前还在不断更新,供全世界的EGPWS用户免费下载更新,据称是全球覆盖的最可靠的商用DEM数据库,Honeywell承认它的数据库也用了SRTM,ASTER和NED的DEM数据按中国民航总局要求,从2005年1月1日起,我国所有最大审定起飞重量超过15000公斤或客座数超过30的涡轮发动机飞机,都要安装EGPWS系统。

国庆走乌孙古道,最近一直在做行程准备,其间又折腾了不少Google
Earth等GPS工具,在这里整理一下,一方面是做个小结,另一方面也是希望能够对其他人有帮助。

  (4)垂直比例尺>水平比例尺

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最让人称奇的是Navigon也推出了基于SRTM数据的,带三维地形显示的车用GPS

2. 根据坐标连接成完整路线(Route)

有了航点就可以开始做做航线了,通常一条路线重要的航点没有几个,简单把这些航点连起来得到的路线比较粗糙,如果拿来用于循迹,会得到从一个点“飞”到另外一个点的效果。

所以需要结合地图规划出一条可以行走的路线,在GE中对应的操作就是“Add
Path”,从一个航点开始,插入一些新的点,最终“画”出一条连接两个航点的曲线出来。比如,下面经过“阿拉皮也达坂”的路就是我沿着山沟“画”出来的。

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这样制作出的路线不是真实路线,有可能出现规划的路线实际上不可通过,需要结合实际情况再来调整,只能告诉自己“方向对了就不怕远。。。”

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野外辨别方位方法有很多,指北针、GPS系列工具、北斗导航系列工具、机械手表、木棍日照、星座和环境植被等等方法。这些方法都会受到各种人为因素和自然因素的影响而产生偏差。那么有没有最为可靠的指向方法呢?答案是肯定的,那就是地图!

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1. 利用Google Earth中的Play Tour功能“走”几次

选择一条航线点击“Play
Tour”,GE会从起点到终点”自动播放“整个路线的情况,而且是第一视角的3D效果,就好像你真的在这条路上走了一次一样。这样你可以提前对即将遇到的山谷、山坡、河流、营地之类的地形有个直观认识,等到真正上路的时候就会有“好像以前来过”的效果。

当然,上面这个过程也可以通过手动拖动地图和GE的WASD快捷键来完成,这样可以在关键的点(比如容易迷路的点)各个角度都观察下,把攻略做到充分。

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Play Tour示例

  2.地图上的方向

地图是按照地形地貌“照葫芦画瓢”绘制的,是地形地貌的二维缩小版。是目前最为可靠最为实用的野外辨别方位和指路工具。尤其是等高线地图。因为等高线地图忠实的还原了地貌,利用等高线将山势高低、河流道路、陡坡缓坡等等地形特点进行了详细的标注。使得我们很容易根据我们在野外所处的地形找到自己的位置,也能够很容易参照等高线图形避开陡坡悬崖等危险地形规划行进路线,顺利到达目的地。

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  (5)同一幅图上不同方向的比例尺相同。

为帮助大家对等高线有更好的理解,上一张大家经常见到的梯田图片,帮助大家理解等高线。下图是2007年军哥在82论坛发的一个关于识图帖子中的梯田对比图片,今天查看了下,没想到浏览量已超过了10万。这说明大家对这方面的常识还是有需求的。

        很多户外玩的时间长的人也非常坚定的相信等高线地图是最好的地形图。对于登山运动来说,如果有很好的等高线地图,比如1:25000的大比例尺地图,一般情况下也确实够用了,遗憾的是,由于我国技术力量和保密制度的约束,1:25000的全国范围等高线图不存在,1:50000的等高线地图属于机密,即使是1:200000的地形图也是秘密,所以广大山友只能看着大洋彼岸的美帝满大街的全国1:24000公开地形图流流口水。

  (3)缩放后图幅面积的变化:

红色地方等高线很低,地形基本为平地了。

        这个公司也就是为google earth提供卫星图片的公司

  (1)在有经纬网的地图上判读:经线指示南北,纬线指示东西。

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  ④等高线弯曲时,如果凸出部分指向低处——表示山脊);
如果凸出部分指向高处——表示山谷。

网络上有大量的等高线地形图制作软件和制作方法。如今智能手机的应用也非常广泛,具有等高线地图功能的手机导航APP也可轻易的下载到。一些专业品牌手持GPS上的等高线地图我们也可以很好的运用。

        Sandel
Avionics公司在2009年直升机展览会上刚刚展示的ST3400H直升机地形感知与警告系统(HTAWS),内置的就是90m分辨率的DEM数据,显示器上红色的部分就是比直升机当前位置高的危险区域。

  (一)复习要求:地图知识是学习地理的最基础知识,在各种地理考试中,地理问题的设计离不开相应的地图作背景,因此,认识地图,正确、全面的判读地图是学好地理的关键。

等高线地图识别方法

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  等高线图的高度注记为“海拔高度”(即某个地点高出海平面的垂直距离,我国的海拔是高出黄海海平面的距离)

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