intTypePromotion=1

Đồ án: Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực

Chia sẻ: Tran Hai Huu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:80

0
333
lượt xem
97
download

Đồ án: Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đồ án: Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực là áp dụng công nghệ GIS để thành lập lên bản đồ mô hình số độ cao (DEM) của khu vực Tây Nguyên trước tiên dùng để phục vụ công tác nghiên cứu của phòng Địa động lực hiện đại – Viện địa chất. Và qua đó cũng xây dựng lên những phương pháp để thành lập bản đồ mô hình số độ cao từ các nguồn dữ liệu khác nhau để có thể sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực

  1. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin MỤC LỤC MỤC LỤC........................................................................................................................ 1 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên đề tài: Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Trần Hữu Hải 1 Tin Địa Chất K52
  2. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực Sinh viên thực hiện: Trần Hữu Hải Lớp: Tin học địa chất K52 Số điện thoại: 01659341536 Email: Tranhaijzf1989@gmail.com Khoa: Công Nghệ Thông Tin Hệ đào tạo: Đại học chính quy Giáo viên hướng dẫn: GS.TS Phan Trọng Trịnh Thời gian thực hiện: 2014 DANH MỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Ký hiệu Tên bảng Số trang Bảng 1.1 Bảng minh họa ví dụ về tính độ dốc ma trận 13 DANH MỤC HÌNH VẼ Ký hiệu Tên hình Số trang Hình 1.1 Mô phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Raster. 5 Hình 1.2 Ví dụ về bản đồ mô hình DEM dạng Raster. 6 Hình 1.3 Mô phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Vector. 6 Hình 1.4 Ví dụ về bản đồ mô hình DEM dạng TIN. 7 Hình 1.5 Hình minh họa vệ tinh Terra chụp ảnh thu tín 8 hiệu từ Trái Đất. Hình 1.6 Mô hình lớp phủ bề mặt đất trên nền DEM dạng 3D dựa trên công nghệ chụp ảnh lập thể từ vệ 9 tinh. Hình 1.7 Ví dụ minh họa bản đồ địa hình dạng đường 9 đồng mức. Hình 1.8 Mô phỏng trình tự tạo DEM từ bản đồ địa hình 10 đường đồng mức. Hình 1.9 Ví dụ sử dụng hai ảnh ERS SAR SLC (B = 117m) 11 cho mục đích tạo DEM Hình 1.10 Minh họa pixel ảnh trên DEM cho tính toán độ 12 dốc Hình 1.11 Ví dụ về bản đồ độ dốc được tính từ bản đồ 13 DEM. Trần Hữu Hải 2 Tin Địa Chất K52
  3. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1.12 Minh họa pixel độ dốc trên bản đồ cho tính toán 14 hướng dốc. Hình 1.13 Ví dụ bản đồ minh họa tính hướng dốc dựa trên 15 DEM Hình 2.1 Sơ đồ địa mạo khu vực Tây Nguyên và lân cận 26 Hình 2.2 Chú giải sơ đồ địa mạo khu vực Tây Nguyên và 27 lân cận (Hình 2.1) Hình 2.3 Sơ đồ kiến tạo Pliocen-đệ tứ khu vực Tây nguyên, thu nhỏ từ tỉ lệ 38 1/250 000 Hình 3.1 Giao diện tìm kiếm dữ liệu DEM trên trang web 40 của ERSDAC Hình 3.2 Lựa chọn các vùng để tải dữ liệu DEM khu vực 41 Tây Nguyên trên trang web tìm kiếm của ERSDAC Hình 3.3 Danh mục các file sẽ được tải về trên trang tìm 41 kiếm của ERSDAC Hình 3.4 Lựa chọn mục đích sử dụng dữ liệu DEM trên 42 ERSDAC Hình 3.5 Lựa chọn và tải dữ liệu DEM cho khu vực Tây 42 Nguyên trên web của ERSDAC Hình 3.6 Giao diện trang web dùng để tải dữ liệu DEM 43 của USGS Hình 3.7 Giao diện khu vực lấy dữ liệu ASTER GDEM cho 44 khu vực Tây Nguyên trên trang web của USGS Hình 3.8 Chọn vùng cần lấy dữ liệu DEM cho khu vực Tây 44 Nguyên trên trang web USGS Hình 3.9 Lựa chọn loại dữ liệu DEM cho khu vực Tây 45 Nguyên trên web USGS Hình 3.10 Lựa chọn kiểu dữ liệu DEM cho khu vực Tây Nguyên để tải về máy tính cá nhân trên web của 45 USGS ̀ Hinh 3.11 Minh hoa cac kiêu đồ hoa chinh trong Mapinfo ̣ ́ ̉ ̣ ́ 47 ̀ Hinh 3.12 ̣ Giao diên Mapinfo 50 Hình 3.13 Giao diện đồ họa của Vertical Mapper trong 51 Mapinfo Hình 4.1 Đường dẫn mở file chứa dữ liệu DEM 30m trong 52 Mapinfo Hình 4.2 Lựa chọn hệ quy chiếu cho DEM 30m khu vực 53 Tây Nguyên Hình 4.3 Cửa sổ đồ họa hiện thị DEM 30m khu vực Tây 53 Nguyên chưa qua xử lý màu Trần Hữu Hải 3 Tin Địa Chất K52
  4. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 4.4 So sánh vị trí DEM Tây Nguyên 30m với đường bờ 54 Việt Nam Hình 4.5 Bản đồ DEM Tây Nguyên30m được chuyển sang 54 dạng ”.grd” Hình 4.6 Công cụ colour dùng xử lý màu cho bản đồ DEM 55 Tây Nguyên 30m Hình 4.7 Bản đồ DEM Tây Nguyên 30m đã được xử lý màu 55 và tạo bóng đổ Hình 4.8 Phóng lớn một phần bản đồ DEM Tây Nguyên 56 30m được xử lý màu và tạo bóng đổ Hình 4.9 Đường dẫn tới file DEM dạng ”.asc” độ phân 57 giải 90m cho khu vực Tây Nguyên Hình 4.10 Cửa sổ đồ họa hiện thị DEM 90m khu vực Tây 57 Nguyên chưa qua xử lý màu Hình 4.11 Công cụ colour dùng xử lý màu cho bản đồ DEM 58 Tây Nguyên 90m Hình 4.12 Quá trình xử lý màu cho dữ liệu DEM khu vực 58 Tây Nguyên 90m Hình 4.13 Bản đồ DEM Tây Nguyên 90m đã được xử lý màu 59 và tạo bóng đổ Hình 4.14 So sánh độ chi tiết của DEM 90m và 30m đã 59 được xử lý Hình 4.15 Sử dụng Cross tạo mặt cắt địa hình trên DEM 60 Tây Nguyên 30m Hình 4.16 Một sơ đồ mặt cắt địa hình dựa trên nền DEM 61 30m Tây Nguyên Hình 4.17 Sử dụng bản đồ DEM để vẽ các Lineament đứt 61 gãy kiến tạo Hình 4.18 Sử dụng công cụ GELink trên Mapinfo 62 Hình 4.19 Lựa chọn thuộc tính của công cụ GELink trong 62 Mapinfo Hình 4.20 Kiểm tra các đường đứt gãy trên không gian địa 63 hình 3 chiều của Google Earth Pro Hình 4.20a Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên không 64 gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro Hình 4.20b Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên không 65 gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro Hình 4.20c Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên không 66 gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro Hình 4.20d Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên không 67 gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro Hình 4.21 Các đường Lineament đứt gãy kiến tạo của một 68 Trần Hữu Hải 4 Tin Địa Chất K52
  5. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin phần trên bản đồ DEM 30m khu vực Tây Nguyên Hình 4.22 Bản đồ Lineament đứt gãy kiến tạo cho khu vực Tây Nguyên dựa trên nền dữ liệu DEM 90m Khu 69 vực Tây Nguyên DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ DEM Digital Elevation Model GDEM Global Digital Elevation Model USGS United States Geological Survey ERSDAC Earth Remote Sensing Data Analysis Centrer GIS Geographic Information System SRTM Shuttle Radar Topography Mission Trần Hữu Hải 5 Tin Địa Chất K52
  6. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin LỜI MỞ ĐẦU Với sự phat triên cua khoa hoc công nghệ thì ngày nay công nghệ thông tin ́ ̉ ̉ ̣ được ap dung vao moi nganh nghề trong đời sông – xã hôi. Viêc ap dung công nghệ ́ ̣ ̀ ̣ ̀ ́ ̣ ̣ ́ ̣ thông tin vao cac moi nganh nghề giup tôi ưu hoa thời gian cho con người đông thời ̀ ́ ̣ ̀ ́ ́ ́ ̀ mang lai độ chinh xac cao trong công viêc, giam bớt sức lao đông cua con người. ̣ ́ ́ ̣ ̉ ̣ ̉ Song hanh với sự phat triên cua công nghệ thông tin như vây, nganh đia chât cung ̀ ́ ̉ ̉ ̣ ̀ ̣ ́ ̃ xac đinh được tâm quan trong cua công nghệ thông tin để ap dung vao xây dựng và ́ ̣ ̀ ̣ ̉ ́ ̣ ̀ giai cac bai toan trong đia chât. Ví dụ như viêc ap dung thanh lâp cac ban đồ đia chât, ̉ ́ ̀ ́ ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ́ ̉ ̣ ́ quan lý dữ liêu đia chât, tinh toan trữ lượng khoang san. . v. . v. . . Viêc ap dung ̉ ̣ ̣ ́ ́ ́ ́ ̉ ̣ ́ ̣ công nghệ thông tin vao nganh đia chât mang lai sự nhanh chong và chinh xac, mang ̀ ̀ ̣ ́ ̣ ́ ́ ́ tinh vượt trôi so với cac phương phap cổ điên mà con người trực tiêp phai xử ly. ́ ̣ ́ ́ ̉ ́ ̉ ́ Ap dung công nghệ thông tin trong đia chât cung dân đên cac nhà đia chât có những ́ ̣ ̣ ́ ̃ ̃ ́ ́ ̣ ́ phan đoan chinh xac hơn trong viêc dự đoan, phân tich trong những vân đề cua đia ́ ́ ́ ́ ̣ ́ ́ ́ ̉ ̣ chât hoc. Hiên nay, trên thế giới viêc ap dung công nghệ thông tin vao nganh đia chât ́ ̣ ̣ ̣ ́ ̣ ̀ ̀ ̣ ́ hoc đã mang lai nhiêu thanh tựu cho sự vượt bâc cua no. Đã có rât nhiêu những ̣ ̣ ̀ ̀ ̣ ̉ ́ ́ ̀ chương trinh phân mêm được xây dựng phuc vụ trong công tac nghiên cứu về đia ̀ ̀ ̀ ̣ ́ ̣ chât đã được công bố mang lai những hiêu quả rât cao trong công viêc, dân đên ́ ̣ ̣ ́ ̣ ̃ ́ những chương trinh nay là những phân không thể thiêu và quan trong trong nghiên ̀ ̀ ̀ ́ ̣ cứu. . v. . v. . . Ở Viêt Nam hiên nay, trong nganh đia chât cung đã coi trong viêc ap ̣ ̣ ̀ ̣ ́ ̃ ̣ ̣ ́ dung công nghệ thông tin trong những xử lý tinh toan phức tap mà đoi hoi con ̣ ́ ́ ̣ ̀ ̉ người mât nhiêu thời gian và công sức. Môt điên hinh cho xu thế phat triên hiên đai ́ ̀ ̣ ̉ ̀ ́ ̉ ̣ ̣ nay là tai phong Đia Đông Lực Hiện Đại – Viên Đia Chât, môt đơn vị trực thuôc ̀ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̣ ̣ cua Viên Hàn Lâm Khoa Hoc Và Công Nghệ Viêt Nam, trưởng phong là GS. TS ̉ ̣ ̣ ̣ ̀ Phan Trong Trinh đã có những hướng mang tinh hiên đai hoa băng viêc ap dung ̣ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ̀ ̣ ́ ̣ nhiêu phân mêm của công nghệ GIS trong viêc xử lý những vân đề mà phong Đia ̀ ̀ ̀ ̣ ́ ̀ ̣ Đông Lực nghiên cứu, ví dụ như cac phân mêm xử lý trong ban đồ như ArcGis, ̣ ́ ̀ ̀ ̉ Surfer, MapInfo, Google Earth Pro. . . Trong quá trinh thực tâp tôt nghiêp tại phòng Địa động lực hiện đại, em đã ̀ ̣ ́ ̣ được biết phần nào đó về những công việc của phòng, một trong những nghiên cứu chính của phòng địa động lực đó là nghiên cứu về các đứt gãy, tìm hiểu quy luật vận động của vỏ Trái đất để có thể dự báo những thiên tai về động đất và sóng thần để cảnh báo phòng tránh những thiệt hại do nó gây ra đối với con người. Để nghiên cứu được các đứt gãy có rất nhiều các phương pháp nghiên cứu khác nhau và một trong những phương pháp đó là nghiên cứu mặt đất từ xa sử dụng kết quả của những công nghệ hiện đại đó là dữ liệu của các vệ tinh viễn thám về Trái đất, từ đó giúp các nhà nghiên cứu về địa động lực có cái nhìn tổng quan về khu vực nghiên cứu từ đó có những định hướng chính xác về hoạt động địa động lực vùng nghiên cứu. Một trong những sản phẩm công nghệ cao sử dụng Trần Hữu Hải 6 Tin Địa Chất K52
  7. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin các vệ tinh viễn thám đó là bản đồ mô hình số độ cao (DEM: Digital Elevation Model), đây là loại dữ liệu bản đồ thể hiện bề mặt địa hình (cao độ) cuả bề mặt đất, nó thể hiện một cách trung thực và trực quan giúp các nhà nghiên c ứu đ ịa động lực có thể đưa ra những phán đoán chung nhất về vị trí cũng như hướng dịch chuyển của các đứt gãy nếu có thông qua phân tích các lineament trên khu vực bản đồ DEM khu vực cần nghiên cứu. Từ đó có những phương hướng chính xác cho những phương pháp chuyên sâu khác để đánh giá các đứt gãy đó… Đối với các nhà nghiên cứu địa động lực thì việc tổng quát hóa là rất quan trọng và bản đồ mô hình số độ cao (DEM) là một trong những công cụ hữu ích giúp họ có thể khái quát nhất về mặt địa mạo cũng như phân tích các lineament tạo tiền đề cho phân tích các đứt gãy kiến tạo. Hiện nay nguồn số liệu về bản đồ mô hình số độ cao (DEM) rất đa dạng và phong phú, đi cùng với sự phát triển công nghệ thì các bản đồ này càng được nâng cao về độ chính xác mà mức độ chi tiết (độ phân giải). Đi cùng với bản đ ồ DEM độ phân giải cao thì những bản đồ này có giá rất đắt nếu cho mục đích nghiên cứu sâu và chi tiết, với những nhà nghiên cứu địa động lực nghiên cứu tổng quát thì những nguồn bản đồ DEM miễn phí có độ phân giải 30m-90m/ pixel ảnh cũng đã ứng dụng rất tốt cho mục đích nghiên cứu đó. Tuy nhiên để có thể khai thác và sử dụng được những nguồn dữ liệu này để cho ra sản phẩm là bản đồ mô hình số độ cao DEM có thể sử dụng được cho mục đích nghiên cứu đ ịa động l ực thì cần phải có những bước xử lý số liệu từ các nguồn dữ liệu thô miễn phí thu thập được. Ứng dụng công nghệ GIS vào việc xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) phục vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực là một giải pháp tôí ưu nhất và mang lại hiệu quả cao, chính xác và nhanh chóng. Trong quá trình tôi thực tập tại phòng địa động lực, GS. TS. Phan Trọng Trịnh hiện đang là chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước có tên “Nghiên cứu hoạt động địa động lực hiện đại khu vực Tây Nguyên dự báo các dạng tai biến địa chất ở các vùng đập, hồ chứa và đề xuất các giải pháp phòng tránh” trong chương trình phát triển Tây Nguyên 03 của Viện Hàn Lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam thì trong đề tài này cũng cần những nguồn số liệu bản đồ DEM của khu vực Tây Nguyên để dùng cho công tác nghiên cứu. Do vậy em xin mạnh dạn đề xuất đồ án tốt nghiệp của mình với tên đ ề tài: “Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực” để phục vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên, đây là một phần nhỏ của các công tác nghiên cứu địa động lực nhưng nó lại có những ý nghĩa lớn về định hướng nghiên cứu tiếp theo. Trần Hữu Hải 7 Tin Địa Chất K52
  8. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Đồ an gôm 4 chương và được bố cuc như sau: ́ ̀ ̣ Đặt vấn đề Chương 1: Khái quát về mô hình số độ cao (DEM) Chương 2: Khái quát về vùng nghiên cứu (Tây Nguyên) Chương 3: Thu thập dữ liệu mô hình số độ cao (DEM) cho khu vực Tây Nguyên Chương 4: Xử lí số liệu mô hình số độ cao (DEM) ứng dụng cho nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên Trần Hữu Hải 8 Tin Địa Chất K52
  9. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin ĐẶT VẤN ĐỀ TÍNH THỰC TẾ VIỆC LỰA CHỌN ĐỀ TÀI: Trong nghiên cứu địa động lực ngày nay dữ liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) thể hiện được những ưu điểm vượt trội về sự mô phỏng tổng quan chân thực nhất về bề mặt Trái Đất, nó được ứng dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu của các ngành khoa học Trái đất mang lại hiệu quả cao. Đặc biệt trong phân tích địa hình - địa mạo phục vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực, đ ịa đ ộng l ực hiện đại xác định làm tiền đề nghiên cứu các đứt gãy kiến tạo… Trong đề tài “Nghiên cứu hoạt động địa động lực hiện đại khu vực Tây Nguyên dự báo các dạng tai biến địa chất ở các vùng đập, hồ chứa và đề xuất các giải pháp phòng tránh” do GS. TS Phan Trọng Trịnh làm chủ nhiệm thì nhu cầu cần có số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) của khu vực Tây Nguyên dùng để nghiên cứu. Do vậy đề tài đồ án tốt nghiệp này mang ý nghĩa ứng dụng trong thực tiễn cao, áp dụng trực tiếp vào thực tế nghiên cứu. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: Mục đích của đồ án là áp dụng công nghệ GIS để thành lập lên bản đồ mô hình số độ cao (DEM) của khu vực Tây Nguyên trước tiên dùng để phục vụ công tác nghiên cứu của phòng Địa động lực hiện đại – Viện địa chất. Và qua đó cũng xây dựng lên những phương pháp để thành lập bản đồ mô hình số độ cao từ các nguồn dữ liệu khác nhau để có thể sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau. Yêu cầu của đồ án: + Thành lập bản đồ mô hình số độ cao vùng Tây Nguyên độ phân giải 30m làm sản phẩm cho nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên. + Thành lập bản đồ mô hình số độ cao vùng Tây Nguyên độ phân giải 90m làm sản phẩm cho nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên. + Bản đồ Lineament được xây dựng từ trên nền bản đồ mô hình số độ cao khu vực Tây Nguyên được thành lập từ kết quả của đồ án. + Thành lập những phương pháp để xử lý bản đồ mô hình số độ cao DEM bằng ứng dụng các phần mềm của công nghệ GIS hiện nay như ArcGis, Mapinfor, Global Mapper, Google Earth Pro, GMT… Trần Hữu Hải 9 Tin Địa Chất K52
  10. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO (DEM) I. 1. KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO I. 1. 1. Khái niệm DEM (Digital Elevation Model) là từ viết tắt tiếng Anh của mô hình số độ cao, là sự thể hiện bằng số độ cao của bề mặt đất, độ cao của tầng đất, của mực nước ngầm… so với độ cao của mực nước biển. Có thể hiểu nôm na bản đồ mô hình số độ cao (DEM) là bản đồ mô phỏng địa hình của bề mặt đất, của tầng đất, mực nước ngầm… Độ phân giải bản đồ DEM được thể hiện bằng trong một diện tích vuông theo một cạnh dài thì có một dữ liệu độ cao trên một pixel ảnh. Ví dụ như bản đồ DEM có độ phân giải là 30m/pixel có nghĩa là một điểm ảnh chứa một giá trị độ cao tương ứng với 30m×30m vị trị trên mặt đất. Độ phân giải càng cao nghĩa là một đơn vị diện tích trên mặt đất thể hiện được nhiều giá trị cao độ thì bản đồ DEM càng chính xác về mô phỏng địa hình mặt đất và ngược lại. I. 1. 2. Các kiểu mô hình DEM DEM là kiểu bản đồ số được lưu trữ theo nhiều kiểu mô hình khác nhau, hai mô hình chủ yếu của loại bản đồ này là DEM dạng raster và DEM dạng vector:  DEM dạng Raster: DEM dạng Raster là kiểu dữ liệu mà số liệu độ cao được lưu trữ trong một ma trận lưới ô vuông (grid) gồm các hàng và các cột, trong đó mỗi ô vuông chứa một giá trị độ cao của điểm trung tâm của ô (Hình 1. 1). Trần Hữu Hải 10 Tin Địa Chất K52
  11. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 1: Mô phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Raster. Hình 1. 2: Ví dụ về bản đồ mô hình DEM dạng Raster.  Mô hình DEM dạng Vector: Đây là dạng mô hình số độ cao mà mỗi giá trị độ cao được lưu trữ dưới dạng một điểm trong đó mỗi điểm này là một đỉnh của tam giác (Hình 1. 3). Người ta còn gọi mô hình này là DEM dạng TIN (Triangle Irregular Network): là tập hợp các đỉnh nối với nhau thành các tam giác, mỗi một tam giác được giới hạn bởi 3 điểm về giá trị x, y và z (độ cao). Trần Hữu Hải 11 Tin Địa Chất K52
  12. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 3: Mô phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Vector. Hình 1. 4: Ví dụ về bản đồ mô hình DEM dạng TIN. Mô hình số độ cao dạng TIN có những đặc điểm sau: • TIN biểu diễn bề mặt liên tục từ những tập hợp điểm rời rạc phân bố bất kỳ. • TIN: tập hợp các điểm nối với nhau thành các tam giác tạo nên bề mặt 3 chiều • Một điểm bất kỳ thuộc vùng biểu diễn sẽ nằm trên đỉnh, cạnh hoặc trong một tam giác của lưới tam giác. Nếu một điểm không phải là đỉnh thì giá trị chiếu của nó có được từ phép nội suy tuyến tính (của hai điểm khác nếu điểm này nằm trên cạnh hoặc ba điểm nếu điểm này nằm trong tam giác). • Mô hình TIN là mô hình tuyến tính trong không gian 3 chiều: có hiệu quả trong xây dựng bề mặt, mật độ của điểm trên bề mặt tỷ lệ với độ biến đổi của địa hình. Những bề mặt bằng phẳng tương ứng với mật độ điểm thấp và những địa hình đồi núi có mật độ điểm cao. I. 2. PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG CỦA BẢN ĐỒ DEM I. 2. 1. Các phương pháp thành lập bản đồ DEM Trần Hữu Hải 12 Tin Địa Chất K52
  13. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hiện nay có rất nhiều phương pháp để thành lập bản đồ DEM, trong đó có những phương pháp chính như: thành lập DEM từ phương pháp chụp ảnh lập thể, phương pháp xây dựng DEM từ bản đồ địa hình đường đồng mức và phương pháp tiên tiến và phức tạp hơn là xây dựng bản đồ DEM từ công nghệ giao thoa radar (In-SAR): I. 2. 1. 1. Phương pháp chụp ảnh lập thể. Đây là phương pháp sử dụng các dụng cụ chuyên chụp ảnh để thu thập dữ liệu của một vùng với các giá trị thuộc tính không gian x , y, z của các điểm trên bề mặt quả đất. Đây là phương pháp đòi hỏi số điểm kiểm soát nhiều và đòi hỏi kỹ thuật cao trong chụp và xử lý ảnh. Những công cụ thường xây dựng DEM bằng phương pháp chụp ảnh lập thể sử dụng ảnh hàng không như ảnh vệ tinh (Hình 1. 5) hay ảnh máy bay. Đặc điểm của ảnh này là có thể kết hợp thông tin ảnh của mặt đất kết hợp với mô hình số độ cao thành lập nên bản đồ 3 chiều chân thực về lớp phủ Trái đất (Hình 1. 6). Các dạng DEM phổ biến loại này là DEM xây dựng từ vệ tinh ASTER và DEM từ vệ tinh SPOT… Hình 1. 5: Hình minh họa vệ tinh chụp ảnh thu tín hiệu từ Trái Đất để tạo DEM. Trần Hữu Hải 13 Tin Địa Chất K52
  14. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 6: Mô hình lớp phủ bề mặt đất trên nền DEM dạng 3D dựa trên công nghệ chụp ảnh lập thể từ vệ tinh. I. 2. 1. 2. Phương pháp xây dựng DEM từ đường đồng mức Các bản đồ địa hình dưới dạng đường đồng mức thường được xây dựng từ các phương pháp quan trắc trắc địa được số hóa dưới dạng đường đồng mức , mỗi đường đồng mức thể hiện một giá trị cao độ trên bản đồ (Hình 1. 7). Và với việc sử dụng công nghệ của hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) ta có thể xây dựng bản đồ mô hình số độ cao DEM từ các bản đồ địa hình dạng đường đồng mức này bằng các phần mềm GIS như Mapinfo, ArcGis… Hình 1. 7: Ví dụ minh họa bản đồ địa hình dạng đường đồng mức. Trần Hữu Hải 14 Tin Địa Chất K52
  15. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 8: Mô phỏng trình tự tạo DEM từ bản đồ địa hình đường đồng mức. I. 2. 1. 3. Phương pháp tạo bản đồ DEM sử dụng công nghệ giao thoa Radar Theo các phương pháp truyền thống, DEM được xây dựng chủ yếu dựa trên đường đồng mức của các các bản đồ đã được số hóa hoặc các kỹ thuật quan sát lập thể của ảnh hàng không hay từ dữ liệu khảo sát địa hình thu được trực tiếp từ việc khảo sát thực địa của khu vực tương đối nhỏ. Trong những năm gần đây, radar khẩu độ tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar) đã được phát triển khá mạnh với ưu thế cho phép thu ảnh có độ phân giải cao và từ hai ảnh thu được bởi kỹ thuật SAR, có thể xây dựng được DEM dựa trên việc sử dụng thông tin pha của tín hiệu radar. Nếu chúng ta có hai ảnh SAR được thu nhận từ 2 vị trí khác nhau của vệ tinh nhưng cùng phủ một vùng diện tích trên mặt đất, giá trị pha của tín hiệu rada cho bởi ảnh thứ nhất có thể đem đi trừ đi gía trị pha cho bởi ảnh thứ hai đ ể có được độ lệch pha của 2 ảnh SAR. Ảnh mới tạo ra chứa độ lệch pha đ ược gọi là ảnh giao thoa. Giá trị còn lại (độ lệch pha) cho bởi ảnh mới có thể kết hợp với thông tin về quỹ đạo để xác định độ cao của mỗi pixel trên ảnh. Kỹ thuật dựa trên độ lệch pha của tín hiệu radar để tính toán và xử lý ảnh được gọi là kỹ thuật InSAR (giao thoa SAR - SAR interferometry). Ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng DEM đã được đưa ra lần đ ầu tiên bởi Graham năm 1974 và kỹ thuật này được Zebker và Goldstein ứng dụng đầu tiên cho dữ liệu thu được từ bộ cảm SAR đặt trên máy bay vào năm 1986. Sau đó, kỹ thuật được tiếp tục phát triển bởi Li và Goldstein (1990), Rodriguez và Martin (1992), Zebker (1994)… Các ảnh hiện nay nhận được từ các vệ tinh ERS-1 và ERS-2, RADARSAT, JERS-1, ENVISAT. . . đều cho phép sử dụng kỹ thuật InSAR để xây dựng DEM (Hình 1. 9). Trần Hữu Hải 15 Tin Địa Chất K52
  16. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 9: Ví dụ sử dụng hai ảnh ERS SAR SLC (B = 117m) cho mục đích tạo DEM I. 2. 2. Ứng dụng của bản đồ mô hình số độ cao DEM DEM là bản đồ dữ liệu đầu vào của các quá trình xử lý liên quan đến độ cao. DEM sử dụng cho nhiều mục đích ứng dụng như sau: - Tính toán độ dốc - Tính hướng dốc - Tính mức độ lồi lõm của sườn dốc - Tính toán khối lượng đào đắp - Tính độ dài sườn dốc - Phân tích địa mạo của khu vực - Xác định lưu vực và kiểu tưới tiêu của khu vực Tất cả những mục đích ứng dụng kể trên của bản đồ mô hình số đ ộ cao DEM đều là những ứng dụng nghiên cứu chung của nghiên cứu địa động lực. Điều đó thể hiện sự quan trọng của nguồn dữ liệu địa hình của mô hình số độ cao DEM là rất quan trọng trong nghiên cứu địa động lực vỏ Trái đất. I. 2. 2. 1. Tính toán độ dốc Trong các nghiên cứu tai biến trượt lở của vỏ Trái đất không thể thiếu việc tính đến thông số độ dốc của khu vực nghiên cứu để thành lập bản đồ độ dốc từ đó có thể khoanh vùng các vùng có độ dốc lớn sẽ có nguy cơ trượt lở cao hơn các vùng có độ dốc nhỏ. Đây là một trong những thông tin chỉ tiêu đánh giá chính giúp các nhà nghiên cứu địa động lực có thể khoanh vùng các khu vực tai biến và đưa ra những cảnh báo và biện pháp xử lý an toàn cho người dân khu vực(Hình 1. 11). Trần Hữu Hải 16 Tin Địa Chất K52
  17. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Nguyên lý tính độ dốc trên DEM như sau: Trên hình 1. 10 là minh họa việc tính độ dốc cho từng pixel ảnh thì việc tính toán độ dốc trên DEM được tính như sau: Hình 1. 10: Minh họa pixel ảnh trên DEM cho tính toán độ dốc Đầu tiên, sự thay đổi độ cao trung bình trên mỗi đơn vị khoảng cách theo trục x và trục y ( và ) được tính như sau: (1) (2) ) (3) (4) (5) Trong đó: a…i là giá trị độ cao của các pixel trong ma trận hình 1. 10 ; là kích thước của pixel theo trục x =30 m ; là kích thước theo trục y = 30m (ví dụ về DEM có độ phân giải 30m/pixel ảnh. Khi đó độ dốc của pixel x, y được tính theo công thức: Trần Hữu Hải 17 Tin Địa Chất K52
  18. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin (6) Nếu thì độ dốc % = s × 100 Nếu thì độ dốc %=200 – 100/s Độ dốc theo độ = arctan-1 (s) × 180/ Ví dụ: tính độ dốc pixel x, y theo ma trận điểm ảnh bảng 1. 1: 10m 20m 25m 22m 30m 25m 20m 24m 18m Bảng 1. 1: Bảng minh họa ví dụ về tính độ dốc ma trận ) Vì : Độ dốc (%) = 0, 0967 × 100 =9, 67% Độ dốc (độ) = arctan-1 (s) × 180/π = tan-1(0, 0967) × 57, 30 = 5, 54 Trần Hữu Hải 18 Tin Địa Chất K52
  19. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin Hình 1. 11: Ví dụ về bản đồ độ dốc được tính từ bản đồ DEM. I. 2. 2. 2. Tính hướng dốc Đi cùng với tính toán độ dốc thì việc tính toán hướng dốc cũng là đi ều không thể thiếu trong đánh giá tai biến địa chất . Nó giúp các nhà nghiên cứu địa động lực biết được hướng dốc trên bản đồ giúp các nhà nghiên cứu phân tích được hướng nguy cơ trượt lở theo phương nào trên bản đồ, từ đó đưa ra được những phán đoán phân tích chính xác trong việc phòng tránh tai biến trượt lở của đất đá (Hình 1. 13)… Hình 1. 12: Minh họa pixel độ dốc trên bản đồ cho tính toán hướng dốc. Tính toán hướng dốc dựa trên DEM minh họa trên hình 1. 12 như sau: (7) (8) Trần Hữu Hải 19 Tin Địa Chất K52
  20. Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ thông tin ) (9) (10) (11) Nếu và thì bề mặt là bằng phẳng, nếu không được tính như sau: (12) Ví dụ: Tính hướng dốc theo ví dụ pixel như bảng 1. 1: Có: Như vậy hướng dốc bằng 180 + (theo độ) 1, 98 radian = 113, 60 Vậy hướng dốc = 180 + 113, 6 = 293, 60 Hình 1. 13: Ví dụ bản đồ minh họa tính hướng dốc dựa trên DEM I. 2. 2. 3. Ứng dụng trong phân tích địa mạo-kiến tạo Trong phân tích địa mạo kiến tạo thì bản đồ mô hình số độ cao DEM có ý nghĩa ứng dụng không thể thiếu trong nghiên cứu, bản đồ DEM là loại bản đồ toàn diện nhất tổng quát địa hình cho khu vực nghiên cứu dưới dạng trực quan không gian 2 chiều hay 3 chiều. Giúp các nhà địa mạo kiến tạo có thể dễ dàng phân tích được các đặc điểm kiến tạo địa mạo trên nó bằng mắt thường và có thể Trần Hữu Hải 20 Tin Địa Chất K52
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2