人(rén)站的(de)高(gāo)度不同，看問題的(de)角度便不同，思考問題的(de)方式也(yě)不同，看到的(de)風景和(hé)最終達到的(de)人(rén)生高(gāo)度更是不同。當下(xià)的(de)高(gāo)度到底有多(duō)高(gāo)？應該怎樣認知自我站位的(de)高(gāo)度？空間數據研究所帶您一起認知一類稱爲高(gāo)程的(de)數據，山川大(dà)地、江河(hé)湖海，地球的(de)每一寸角落都有其高(gāo)度，讓我們站在這顆星球的(de)高(gāo)度找到适合自己的(de)高(gāo)度。
如何定義高(gāo)度？
DEM的(de)概念
數字高(gāo)程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM），利用(yòng)有序、有限的(de)位置高(gāo)程數值矩陣實現對星球表面高(gāo)程狀态的(de)數字化(huà)模拟，是建立數字地形模型（Digital Terrain Model，簡稱DTM）的(de)基礎。
如何測量高(gāo)度？
高(gāo)程測量的(de)概念
大(dà)地水(shuǐ)準面是一個重力等位面，因爲地球密度的(de)非均勻性引起的(de)重力異常導緻無法獲取理(lǐ)論上的(de)大(dà)地水(shuǐ)準面模型，一般基于莫洛金斯理(lǐ)論，通(tōng)過長期觀測、地球重力場分(fēn)布測量建立似大(dà)地水(shuǐ)準面，地面點沿鉛垂線到似大(dà)地水(shuǐ)準面的(de)距離稱爲正常高(gāo)。
基于似大(dà)地水(shuǐ)準面定義的(de)高(gāo)程系統稱爲正常高(gāo)系統，我國目前采用(yòng)的(de)法定高(gāo)程系統屬于正常高(gāo)系統，美(měi)國采用(yòng)的(de)是NAVD88正高(gāo)高(gāo)程系統，但軍方和(hé)民用(yòng)領域推廣的(de)多(duō)爲基于WGS84坐(zuò)标系統采用(yòng)GPS測量的(de)大(dà)地高(gāo)（大(dà)地高(gāo)指地面點沿通(tōng)過該點的(de)參考橢球面法線到參考橢球面的(de)距離，是一個幾何量）
似大(dà)地水(shuǐ)準面的(de)建立涉及到平均海平面（MSL）觀測确定、水(shuǐ)準原點設置、參考橢球模型選擇、地球重力分(fēn)布模型建立、高(gāo)精度高(gāo)程控制網建立等多(duō)個部分(fēn)，最重要且難度較大(dà)的(de)是地球重力分(fēn)布模型建立。
目前使用(yòng)較多(duō)的(de)地球重力分(fēn)布模型EGM2008（Earth Gravitational Model EGM2008）由美(měi)國國家地理(lǐ)空間情報局(U.S. National Geospatial-Intelligence Agency，簡稱NGA)于2008年發布，EGM2008的(de)網格分(fēn)辨率達到5 Arc-Minutes，約爲9Km。
我國也(yě)建立了(le)多(duō)個自主的(de)地球重力分(fēn)布模型，如WDM89、WDM94等，其中WDM94的(de)網格分(fēn)辨率達到 30 Arc-Minutes,約爲55Km。
地球重力分(fēn)布模型不僅會影(yǐng)響大(dà)地水(shuǐ)準面的(de)建立，更是衛星精密定軌的(de)基礎，而衛星定軌的(de)精度直接關系到衛星大(dà)地測量的(de)定位精度。下(xià)圖爲EGM2008模型大(dà)地水(shuǐ)準面可(kě)視化(huà)效果（-106.909/85.824米）
大(dà)地水(shuǐ)準面模型
高(gāo)分(fēn)辨率、高(gāo)精度的(de)大(dà)地水(shuǐ)準面模型是開展衛星大(dà)地測量的(de)基礎，通(tōng)過GPS系統獲取地面點大(dà)地高(gāo)（指地面點沿通(tōng)過該點的(de)參考橢球面法線到參考橢球面的(de)距離，是一個幾何量），結合該點大(dà)地水(shuǐ)準面高(gāo)程信息，即可(kě)計算(suàn)得(de)出該點的(de)正常高(gāo)程值。
CQG2000（Chinese Quasi-Geoid 2000，簡稱CQG2000），我國最新一代似大(dà)地水(shuǐ)準面成果，覆蓋我國大(dà)陸及其海岸線以外400公裏的(de)區域和(hé)南(nán)海諸島及其周圍海域。分(fēn)辨率較高(gāo)，精度達到分(fēn)米級。通(tōng)過全球DEM數據和(hé)CQG2000進行計算(suàn)即可(kě)獲取國内指定位置的(de)高(gāo)程值。
DTM是描述包括高(gāo)程在内的(de)各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化(huà)率等因子在内的(de)線性和(hé)非線性組合的(de)空間分(fēn)布模型，其中DEM是單項數字地貌模型，其他(tā)如坡度、坡向及坡度變化(huà)率等地貌特性可(kě)在DEM的(de)基礎上計算(suàn)生成。
如何評價高(gāo)度？
圓概率誤差（Circular Error Probability,簡稱CEP）主要用(yòng)于軍事領域，其在彈道學上的(de)定義是以目标爲圓心劃一個圓，如果武器命中此圓的(de)機率至少爲50%，則此圓的(de)半徑就是圓概率誤差。
性誤差概率(Linear Error Probability，簡稱LEP)，是一個線性範圍，一般用(yòng)于表示絕對高(gāo)程精度。例如，某測量點的(de)垂直精度爲1米 LE90，表示該測量點的(de)90%的(de)測量值沿1米長度的(de)垂直線下(xià)降，估計的(de)真實值位于該垂直線的(de)中心點。
測繪領域常用(yòng)CE90（Circular Error at 90% Probability）和(hé)LE90(Linear Error at 90% Probability）分(fēn)别作爲平面精度和(hé)高(gāo)程精度的(de)衡量指标，國内外衛星在發布定位精度時，一般使用(yòng)CE90作爲精度指标。
導航和(hé)測繪領域也(yě)會使用(yòng)相對于獨立參考地面控制測量的(de)均方根誤差（Root Mean Square Error，簡稱RMSE）作爲精度衡量指标。
DEM數據産品一般都給出對應的(de)CE90、LE90值或垂直精度RMSE值，幫助使用(yòng)者了(le)解其水(shuǐ)平和(hé)高(gāo)程精度。
了(le)解地球的(de)高(gāo)度
随著(zhe)地球系統科學（Earth System Science）的(de)出現以及越來越多(duō)的(de)研究領域開始關注全球變化(huà)，全球DEM數據需求在20世紀80年代顯著增加，1988年，美(měi)國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration ，簡稱NASA）組建地形科學工作組，系統性梳理(lǐ)了(le)高(gāo)程數據的(de)科學應用(yòng)領域，并提出了(le)制作全球DEM數據集的(de)建議。
随著(zhe)NASA地球觀測系統（EOS）的(de)建設并逐步投入使用(yòng)，進一步增加了(le)對全球DEM數據的(de)需求，有力推動了(le)全球DEM數據獲取、處理(lǐ)、應用(yòng)等各研究領域的(de)發展。
地球觀測系統（Earth Observing System，簡稱EOS），始于1980年NASA提出的(de)美(měi)國全球變化(huà)研究計劃（U.S. Global Change Research Plan，簡稱USGCRP），于1991年開始建立并投入使用(yòng)，它是由多(duō)顆衛星組成和(hé)爲實行多(duō)學科（大(dà)氣、海洋、陸面、生物(wù)、化(huà)學等）綜合研究，加深對地球系統變化(huà)的(de)理(lǐ)解，回答(dá)理(lǐ)解全球氣候變化(huà)的(de)問題，地球氣候系統是如何變化(huà)的(de)，各種地球現象是如何發生的(de)，又是如何變化(huà)的(de)，自然和(hé)人(rén)類對全球環境變化(huà)的(de)作用(yòng)，建立人(rén)類對地球系統發生的(de)各種現象的(de)長期監視，改進對全球尺度上地球系統各分(fēn)量及它們間相互作用(yòng)的(de)理(lǐ)解目的(de)而建立的(de)全球衛星觀測體系。整個系統包含三個部分(fēn)：
2、EOS數據信息系統（Earth Observing System Data and Information System，簡稱EOSDIS）人(rén)類所能構想的(de)最雄心勃勃的(de)數據項目之一，于1999年正式上線，自 上線以來，EOSDIS已成爲全球最大(dà)和(hé)最活躍的(de)數據存儲庫，每天接收 3 TB 的(de)新數據并向全球各地的(de)研究人(rén)員分(fēn)發 2 TB 的(de)現有信息，支撐全球用(yòng)戶訪問 2000 多(duō)萬個文件（包含超過 1 PB 的(de)信息），EOSDIS爲整個EOS系統提供了(le)整體框架The Framework，是EOS系統的(de)基石。
3、EOS觀測系統（軌道載體平台、儀器）
全球DEM數據發展概述
全球DEM數據從1988開始，經過30餘年的(de)發展，在生産方法、數據處理(lǐ)技術、分(fēn)辨率、精度、應用(yòng)領域與市場等多(duō)個方面都有了(le)長足發展。
生産方法：生産方法從最初的(de)數據編制到目前的(de)基于遙感技術全球DEM數據快(kuài)速獲取；
處理(lǐ)技術：數據處理(lǐ)技術從最初的(de)手動鑲嵌、分(fēn)區域重采樣、人(rén)工整合到目前的(de)全球無控制點自動化(huà)處理(lǐ)；
分(fēn)辨率：分(fēn)辨率從最初的(de)5弧分(fēn)經緯度網格到目前的(de)5m分(fēn)辨率；精度從最初的(de)無明(míng)确精度指标到目前的(de)優于5m LE90；
應用(yòng)領域：随著(zhe)全球DEM數據各種指标的(de)提升，應用(yòng)區域從最初的(de)全球大(dà)面積變化(huà)研究逐步拓展到城(chéng)市甚至局部小面積區域高(gāo)程相關應用(yòng)研究，應用(yòng)行業也(yě)從傳統的(de)測繪、國土資源管理(lǐ)、氣候與大(dà)氣治理(lǐ)、環境保護拓展到通(tōng)信網絡規劃設計、智能交通(tōng)系統設計、礦産資源、建築與土木(mù)工程設計、減災防災、國防與國家安全等領域。人(rén)類對全球DEM數據的(de)需求将随著(zhe)信息空間的(de)拓展逐步增強。
市場：全球DEM數據産品從最初完全由政府組織生産、共享、使用(yòng)，随著(zhe)應用(yòng)領域與規模的(de)發展，先後有多(duō)家公司加入，如AIRBUSDEFENCE AND SPACE、Digital Globe、NTT DATA and Remote Sensing Technology Center of Japan等，逐步形成了(le)一個全球DEM數據産品市場，爲企業獲取全球DEM數據提供了(le)非政府渠道。
ETOPO5是第一個廣泛使用(yòng)的(de)全球高(gāo)程模型，由美(měi)國地球物(wù)理(lǐ)中心（U.S. National Geophysical Data Center，簡稱NGDC）于1988年發布。ETOPO5提供5弧分(fēn)經緯度網格的(de)陸地和(hé)海洋高(gāo)程，在美(měi)國、歐洲、日本、澳大(dà)利亞和(hé)海洋區域提供5弧分(fēn)經緯度網格分(fēn)辨率，亞洲、南(nán)美(měi)、加拿大(dà)北(běi)部和(hé)非洲等數據不足的(de)地區提供相當于1經緯度網格分(fēn)辨率（5弧分(fēn)經緯度在赤道約爲10 Km間距，赤道周長40075 Km，360*60 = 21600弧分(fēn),5弧分(fēn) = 40075/21600*5=9.27 Km）。
NGDC于2001年、2006年陸續發布了(le)ETOPO2的(de)兩個版本，提供5弧分(fēn)經緯度網格的(de)陸地和(hé)海洋高(gāo)程；2008年8月(yuè)NGDC發布了(le)ETOPO1版本，提供全球範圍1弧分(fēn)經緯度網格分(fēn)辨率的(de)陸渡和(hé)海洋高(gāo)程，分(fēn)爲Ice Surface和(hé)Bedrock兩個版本，兩個版本差别在于處理(lǐ)南(nán)極洲和(hé)Greenland區域數據時，Ice Surface給出的(de)是加上冰蓋層之後的(de)高(gāo)程，Bedrock給出的(de)是岩床的(de)高(gāo)程。ETOPO1是目前可(kě)以免費使用(yòng)的(de)唯一提供海洋高(gāo)程的(de)全球DEM數據。
ETOPO系列全球DEM數據給出的(de)是基于MSL正常高(gāo)高(gāo)程，由于ETOPO系列全球DEM數據采用(yòng)對已有制圖數據重新編制的(de)生産方法生成，因此沒有給出明(míng)确的(de)精度指标，全球不同區域的(de)精度依賴于相關數據源的(de)精度。
爲了(le)滿足EOS和(hé)其他(tā)全球變化(huà)研究項目的(de)需求，20世紀90年代末（1996年完成），美(měi)國地質調查局（United States Geological Survey，簡稱USGS）開發了(le)全球1Km DEM産品GTOPO30，相當于30弧秒經緯度網格分(fēn)辨率。GTOPO30同樣采用(yòng)對已有制圖數據重新編制的(de)生産方法，共8個數據源，由8個機構參與數據提供、技術及資金支持，經過三年的(de)合作最終完成。
美(měi)國地質調查局地球資源觀測和(hé)科學中心（U.S. Geological Survey's Center for Earth Resources Observation and Science，簡稱EROS）
參與機構：
美(měi)國國家航空航天局（NASA）
聯合國環境規劃署/全球資源信息數據庫（The United Nations Environment Programme /Global Resource Information Database，簡稱UNEP/GRID）
美(měi)國國際開發署（U.S. Agency for International Development，簡稱USAID）
墨西哥(gē)國家地理(lǐ)調查研究所（INEGI）
日本地理(lǐ)調查研究所（Geographical Survey Institute of Japan，簡稱GSI）
新西蘭Manaaki Whenua陸地保護研究所（Manaaki Whenua Landcare Research of New Zealand）
南(nán)極研究科學委員會（Scientific Committee on Antarctic Research，簡稱SCAR）
GTOPO30數據80％區域是基于美(měi)國國家地理(lǐ)空間情報局(U.S. National Geospatial-Intelligence Agency，簡稱NGA)提供的(de)數字地形高(gāo)程數據（Digital Terrain Elevation Data，簡稱DTED）和(hé)世界數字圖表（Digital Chart of the World,簡稱DCW）編制而成。将DTED由3弧秒經緯度網格分(fēn)辨率重采樣到30弧秒經緯度網格分(fēn)辨率。利用(yòng)網格插值将DCW中的(de)源地形圖（輪廓和(hé)點高(gāo)度）和(hé)水(shuǐ)文特征數據融合到GTOPO30數據中。
GTOPO30自發布以來已經成爲許多(duō)大(dà)面積應用(yòng)的(de)首選全球DEM，它也(yě)是其他(tā)全球DEM數據産品的(de)主要數據源，如全球一公裏基礎高(gāo)程數據（Global Land One-km Base Elevation，簡稱GLOBE）、ETOPO2等全球DEM數據産品。
GTOPO30隻提供陸地區域高(gāo)程，不提供海洋高(gāo)程。GTOPO30提供的(de)高(gāo)程是基于MSL的(de)正常高(gāo)高(gāo)程。
和(hé)ETOPO系列相同，GTOPO30全球DEM數據采用(yòng)對已有制圖數據重新編制的(de)生産方法生成，因此沒有給出統一的(de)精度指标，使用(yòng)時可(kě)以根據對應區域參考兩個主要數據源的(de)精度指标，DTED在3弧秒經緯度網格分(fēn)辨率時LE90爲30米，DCW在融合到GTOPO30後，在30弧秒經緯度網格分(fēn)辨率時可(kě)信的(de)LE90爲160米。
爲了(le)便于數據分(fēn)發，GTOPO30将全球數據分(fēn)爲33幅，用(yòng)戶可(kě)以根據研究區域分(fēn)幅獲取。
随著(zhe)全球各領域研究對高(gāo)分(fēn)辨率DEM數據的(de)需求不斷增強，同時新的(de)高(gāo)程數據獲取技術不斷湧現，USGS和(hé)NGA合作，十年磨一劍，于2010年共同推出了(le)全球多(duō)分(fēn)辨率地形高(gāo)程數據（Global Multi-resolution Terrain Elevation Data，簡稱GMTED2010），在全球陸地區域提供30弧秒、15弧秒、7.5弧秒三種分(fēn)辨率DEM數據。（在格陵蘭島和(hé)南(nán)極洲隻提供30弧秒分(fēn)辨率DEM數據，其他(tā)陸地區域均提供相當于1Km、500m、250m分(fēn)辨率的(de)DEM數據），下(xià)圖是GMTED2010全球30弧秒分(fēn)辨率平均高(gāo)程數據（-430/8625米）。
GMTED2010在GTOPO30的(de)基礎上引入了(le)新的(de)高(gāo)程數據源，多(duō)達11種栅格高(gāo)程數據源，最主要的(de)數據源NGA SRTM DTED2數據，約占69.92%，1弧秒分(fēn)辨率，WGS84坐(zuò)标系統，基于EGM96模型的(de)正常高(gāo)高(gāo)程；NGA DTED1數據，約占8.7%，3弧秒分(fēn)辨率，基于MSL的(de)正常高(gāo)高(gāo)程；GMTED2010的(de)數據源及其占比如下(xià)表
MTED2010數據源的(de)水(shuǐ)平分(fēn)辨率及參考坐(zuò)标系統如下(xià)表
MTED2010數據源的(de)垂直分(fēn)辨率及高(gāo)程基準面如下(xià)表
GMTED2010的(de)數據源具有多(duō)分(fēn)辨率、多(duō)基準面、多(duō)坐(zuò)标系的(de)特征，NASA和(hé)NGA在制作GMTED2010産品時，除了(le)采用(yòng)多(duō)分(fēn)辨率外，還建立了(le)包括最小高(gāo)程、最大(dà)高(gāo)程、平均高(gāo)程、中間高(gāo)程、高(gāo)程标準偏差、系統統計采樣、增強特征曲線的(de)七種高(gāo)程産品。
爲了(le)便于使用(yòng)者使用(yòng)，GMTED2010産品中還包含一份SHP格式的(de)元數據，通(tōng)過該元數據可(kě)以快(kuài)速獲取指定區域GMTED2010産品的(de)概覽信息，元數據屬性表如下(xià)
通(tōng)過元數據可(kě)以根據區域快(kuài)速認知GMTED2010數據
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