Hệ thống thông tin địa lý (gis) (ch4 – mô hình số hoá - Chương 4: Mô hình số hoá độ cao

8/24/16 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) (CH4 – MÔ HÌNH SỐ HOÁ ĐỘ CAO) Phan Trọng Tiến Bộ môn Công nghệ phần mềm– Khoa CNTT Học Viện Nông nghiệp Việt Nam Website: Email: phantien84@gmail.com ! Giới thiệu chung q DEM (Digital Elevation Model) là một cách số hóa miêu tả bề mặt thực địa. Mô hình số hoá độ cao 2 8/24/16 2 Nội dung chính q DEM là gì? q Phương pháp tạo DEM q Vai trò của DEM q Xây dựng bản đồ độ dốc q Xây dựng bản đồ hướng dốc Mô hình số hoá độ cao 3 DEM là gì? q Mô hình số hoá độ cao (DEM) là sự thể hiện bằng số sự thay đổi liên tục của độ cao trong không gian đều. q Ex: q Độ cao của các điểm trên bề mặt quả đất, độ cao của các tầng đất, hoặc của mực nước ngầm. q DEM được lưu trữ khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu số liệu là Raster hay Vector. Mô hình số hoá độ cao 4 8/24/16 3 Phương pháp tạo DEM q Phương pháp toán học q Toàn vùng q Dãy Fourier q Đa thức bộ bậc 4 q Chi tiết q Chia vùng đồng đều q Chia vùng không đồng đều Mô hình số hoá độ cao 5 Phương pháp tạo DEM q Phương pháp vật thể bản đồ q Đường đồng mức hay đường bình độ q Đường mặc cắt dọc q Raster: mạng lưới đều (regular rectangular grid, GRID) q Vector: mạng lưới tam giác không đều (triagular irregular network, TIN) Mô hình số hoá độ cao 6 8/24/16 4 Phương pháp toán học q Biểu thị mặt cong địa hình chủ yếu dựa vào các hàm số toán học ba chiều q Có độ mịn cao với các mặt địa hình phức tạp q Cần sử dụng phương pháp cục bộ chia vùng mô phỏng thành các phần nhỏ để ước lượng độ cao các điểm đã quan chắc Mô hình số hoá độ cao 7 Phương pháp vật thể bản đồ q PP sử dụng đường bình độ hay đường đồng mức: mọi điểm nằm trên cùng đường bình độ sẽ có cùng độ cao q PP mặt cắt dọc để biểu diễn độ cao: thuận tiện cho phân tích độ dốc vùng nghiên cứu => Nhưng không thuận tiện phân tích dữ liệu trong GIS Mô hình số hoá độ cao 8 8/24/16 5 Phương pháp vật thể bản đồ q DEM có thể được biểu diễn bằng: q Raster - một lưới các ô vuông q Vector - Lưới các tam giác không đều (TIN) q DEM thường được xây dựng bằng cách sử dụng công nghệ viễn thám (RS) hơn là việc đi thu thập dữ liệu trực tiếp. Mô hình số hoá độ cao 9 Biểu diễn bằng Raster q  Trong mô hình Raster DEM (GRID) nhìn giống như một ma trận các ô vuông và chia thành các hàng và cột. q  Mỗi một ô (cell) chứa giá trị độ cao của điểm trung tâm của ô 500 300 Độ cao Mô hình số hoá độ cao 10 8/24/16 6 Nhược điểm Raster q Dữ liệu không tối ưu ở những vùng địa hình đồng nhất q Không thích ứng với vùng có địa hình phức tạp như những vùng có địa hình thay đổi đột ngột như khe, vực, hố lồi lõm và sông ngòi q => có thể gây nhầm lẫn trong kết quả phân tích địa hình Mô hình số hoá độ cao 11 Biểu diễn bằng Vector q  Trong cấu trúc Vector, DEM có thể được coi như là một chuỗi tam giác gọi là TIN (Triangular Irregular Network.) q  TIN là tập các đỉnh nối với nhau thành các tam giác Mỗi một tam giác được giới hạn bởi 3 điểm đồng nhất về giá trị X,Y và Z (độ cao) 885 880 870 870 900 885 880 885 890 885 Mô hình số hoá độ cao 12 8/24/16 7 Biểu diễn bằng TIN q Có khả năng biểu diễn bề mặt liên tục từ các điểm rời rạc q Tập hợp các tam giác có các thuộc tính về độ dốc, diện tích và hướng Mô hình số hoá độ cao 13 Phương pháp xây dựng DEM q  Phương pháp chụp ảnh lập thể q Dùng dụng cụ chuyên dụng để chụp điểm mẫu lớn với các giá trị X, Y và Z từ các ảnh lập thể hay viễn thám. Sau đó nội suy thành GRID q PPháp đòi hỏi kỹ thuật cao và số điểm nhiều nên ít sử dụng q  Nội suy từ đường đồng mức q Là phương pháp cơ sở để xây dựng DEM q Bước 1: Số hoá các đường đồng mức q Bước 2: Raster hoá đường đồng mức q Bước 3: Nội suy các đường đồng mức đã raster hoá q Bước 4: Xây dựng mô hình TIN thường được dùng sơ đồ Voronoi Mô hình số hoá độ cao 14 8/24/16 8 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG DEM Phương pháp xây dựng DEM từ đường đồng mức Mô hình số hoá độ cao 15 MÔ HÌNH TIN Mô hình số hoá độ cao 16 8/24/16 9 MÔ HÌNH DEM DẠNG GRID Mô hình số hoá độ cao 17 MÔ HÌNH 3D TỪ DEM Mô hình số hoá độ cao 18 8/24/16 10 MÔ HÌNH 3D TỪ DEM Mô hình số hoá độ cao 19 Vai trò DEM q  DEM là bản đồ đầu vào của các quá trình xử lý số liệu liên quan đến độ cao. DEM phục vụ cho nhiều mục đích ứng dụng sau: q Lưu trữ bản đồ số địa hình trong các CSDL của Qgia. q Phục vụ cho mục đích thiết kế và quy hoạch cảnh quan q Tính toán độ dốc q Tính hướng dốc q Tính mức độ lồi lõm của sườn dốc q Tính toán khối lượng đào đắp q Tính độ dài sườn dốc q Phân tích địa mạo của khu vực q Xác định lưu vực và kiểu tưới tiêu nước của một khu vực. Mô hình số hoá độ cao 20 8/24/16 11 Biểu đồ khối q Cho phép xem xét trực quan ba chiều sự thay đổi trong không gian 2 chiều Mô hình số hoá độ cao 21 Tính toán thể tích các khối q Dùng trong thiết kế công trình dân dụng q San phẳng đất nông nghiệp q Thiết kế đường giao thông q Tính toán khối lượng đào đắp q v.v Mô hình số hoá độ cao 22 8/24/16 12 Bản đồ đường đồng mức Bản đồ địa hình sử dụng mô hình DEM Mô hình số hoá độ cao 23 Đường quan sát nhìn thấy Bài toán đường ngắm đóng vai trò quan trọng trong hoạt động quân sự, thông tin liên lạc sử dụng microware và các nghiên cứu cảnh quan du lịch Mô hình số hoá độ cao 24 8/24/16 13 Tính toán độ dốc Mô hình số hoá độ cao 25 Xây dựng bản đồ độ dốc Giá trị bé nhất: 0 Giá trị lớn nhất: 49,62 Mô hình số hoá độ cao 26 8/24/16 14 Chức năng phân lại lớp Mô hình số hoá độ cao 27 BẢN ĐỒ ĐỘ DỐC ĐÃ PHÂN LỚP LẠI Gồm 5 khoảng giá trị Độ dốc Giá trị mới 0-3 1 3-8 2 8-15 3 15-25 4 >25 5 Mô hình số hoá độ cao 28 8/24/16 15 Bản đồ hướng dốc Mô hình số hoá độ cao 29 Bản đồ tô bóng địa hình Bản đồ địa hình vùng núi đá Garand Canyon, Hoa Kỳ Tô bóng bản đồ địa hình vùng hồ chứ có đập nước Mô hình số hoá độ cao 30 8/24/16 16 Mô phỏng dòng chảy Mô hình số hoá độ cao 31