Mô hình độ cao số - DEM (Digital Elevation Model)

ố ộ I. Mô hình đ  cao s  ­ DEM (Digital Elevation Model)

ớ ệ II.1/ Gi i thi u chung:

ớ ạ ấ ấ ộ

ị ử ụ ổ ế ấ ễ

ị ể ể ị ồ

ấ ư ự ư ộ

ự ỉ ơ   Khác v i các đ n v  s  d ng đ t, phân lo i đ t và đ a ch t, đ  cao ướ ị ụ đ a hình có xu h ng bi n đ i liên t c nên không th  bi u di n chúng   ồ ạ   ườ ả ằ ụ i b ng b n đ  chuyên d ng thông th ng. T t nhiên trong đ a hình t n t ầ   ộ ữ ổ ộ nh ng vùng thay đ i đ  cao đ t ng t nh  v c sâu, khe núi nh ng ph n ổ ụ ộ ớ l n ch  là s  thay đ i c c b .

ị

ộ ể ự ứ ể ệ ồ ứ

Thông th ạ ườ ộ

ọ

ồ ị ộ i ta g i là các polygons. B ng ph ượ ữ ư c th  hi n và l u tr

ượ ổ ộ ườ ng thì s  thay đ i đ  cao đ a hình đ ộ ườ ng đ ng m c mà các đi m trên m t đ ườ ườ ng này là các đ ằ ươ ng pháp này thì y u t  trong GIS nh  trong các b n đ ư ể ệ ậ ể ả

ươ ố ể

ẻ ể ộ ươ ự ị ằ   c th  hi n b ng   ng đ ng m c có   ng cong kép kín mà ế ố  ả ư ồ  ố ư   ị ng pháp bi u th  đó ch a ph i là t i  u ườ ể   ng pháp s  đ  phân tích và đ  mô hình hóa. Ng i ta ạ ữ ệ ị ố ơ   t h n đ  hi n th  và phân tích lo i d  li u thay ư ố   ng pháp đó là nh  s  đo đ  cao đ a hình) và ph ươ ng pháp t ươ ng t

m t lo t đ cùng m t giá tr  đ  cao. Các đ ườ trong GIS ng ị đ a hình cũng đ chuyên dùng khác. Tuy v y ph ử ụ khi s  d ng ph ươ ộ ầ c n m t ph ụ ổ đ i liên t c (t ố ộ mô hình s  đ  cao.

ộ ổ ủ ụ ố ự

ố ộ ị ằ ọ ấ ỳ ự ể ượ ề

ề ặ

ủ ộ ấ ự ướ ể ầ

ặ ủ ư

ị ị c  ng d ng đ  th  hi n s

ể ượ ứ ủ ề ể ể ổ ụ ấ ỳ ả

ườ B t k  s  bi u th  b ng s  s  thay đ i liên t c c a đ  cao trong     c g i là mô hình s  đ  cao (Digital Elevation Model, không gian đ u đ ả ấ   ể ệ ố ủ DEM). Nó có th  là đ  cao tuy t đ i c a các đi m trên b  m t qu  đ t, ầ ề ộ đ  cao c a các t ng đ t, ho c c a m c n   c ng m. DEM còn nhi u tên ế ọ   g i khác trong ti ng Anh nh  là Digital  Terrain Model  (DTM), Digital Terrain Data (TDD) và Digital Terrain Elevation Data (DTED). Ngoài  ngứ   ể ể ệ ự  ụ d ng đ  bi u th  đ a hình, DEM còn có th  đ ố   thay đ i liên t c trong kho ng không hai chi u c a b t k  thông s  môi tr ụ ng khác nào.

ố ộ ứ ụ S  c n thi

ự ễ ế ủ t c a DEM, mô hình s  đ  cao có vô vàn  ng d ng trong ụ ệ ữ ứ ổ ế ặ ự ầ th c ti n, đ c bi t ph  bi n là nh ng  ng d ng sau:

ồ ố ị ả ư 1. L u tr ơ ở ữ ệ    d  li u b n  đ  s   đ a hình trong các c  s  d  li u

ữ ữ ệ ố (CSDL) qu c gia.

ả ắ ấ 2. Gi ế ế ườ t k  đ ng và các d ự

i quy t tính toán đào l p đ t trong thi ỹ ế ậ án k  thu t công chánh khác.

ự ụ ề

ị ệ ế ạ ạ ạ ả ả ệ ề ị   3. Bi u th  ba chi u tr c quan đi u ki n đ a hình có m c đích quân ụ   ấ ế ế ệ ố t k  h  th ng đ n đ o, hu n luy n phi công) và cho m c ế ế t k  và quy ho ch c nh quan (ki n trúc c nh quan) ể ự s  (thi đích thi

ị ươ ự 4. Phân tích t m quan sát xuyên đ a hình (t ng t ụ    dùng cho m c

ế ế ả ầ ự đích quân s  và thi t k  c nh quan)

ế ế ị ị ườ ậ ướ 5. Thi t k  xác đ nh v  trí cho đ ng giao thông và cho đ p n c.

ạ ị ố 6. Phân tích th ng kê và so sánh các lo i đ a hình

ồ ướ 7. Tính toán và thành l p b n đ  đ  d c, b n đ  h ị ạ

ứ ấ ị ả   ố ồ ộ ố ng d c, b n ự  đó thành l p  nh đ a hình tr c quan   ự

ả ấ ả ả ậ ả ậ ả ố ể ừ ồ đ  hình d ng mái d c đ  t ứ ầ ụ có hình bóng ( ng d ng trong nghiên c u t ng đ a ch t hay d ặ báo kh  năng xói mòn đ t và dòng ch y m t)

ử ụ ồ ề ả ớ

ồ ợ ạ ử ụ ả ư ả ụ ấ

ồ  ả 8. S  d ng làm b n đ  n n hay b n đ  tích h p v i các b n đ ả   ồ ạ ấ chuyên d ng nh  b n đ  lo i đ t, lo i s  d ng đ t hay th m ự ậ th c v t.

ử ụ ỏ

ự ả ả   9. S  d ng nh  là d  li u vào cho các mô hình mô ph ng c nh ế     nhiên   liên   quan   đ n   c nh   quan   môi

ườ ữ ệ ư quan   và   các   quá   trình   t tr ng.

ằ ế ộ ố ộ

ộ ị ự ể ể ạ ấ

ặ ố ứ ộ

10.Khi thay th  đ  cao b ng m t trong các thông s  thu c tính khác   ề  thì DEM có th  bi u th  tr c quan d ng m t cong cho v n đ ễ   quãng th i gian hành trình, giá thành, dân s , m c đ  ô nhi m, m c n ờ ầ ự ướ c ng m...

ươ ị II.2/ Ph ể ng pháp bi u th  DEM:

ự ế ị ộ ổ ị ể ượ S  bi n đ i giá tr  đ  cao đ a hình trên m t vùng đ t có th  đ

ề ể ượ ấ ư ị

ươ ề ố ẳ c mô   ữ ướ ạ   i d ng ướ ạ   i d ng các

ườ ể ộ ể ng trình m t ph ng) hay d ư ệ ướ hình hóa theo nhi u cách. DEM có th  đ ọ hàm s  toán h c ba chi u (ph ặ đi m ho c các đ ả ng hình  nh nh  li c bi u th  và l u tr  d ặ ở ả  b ng d t kê i:

ể ị ươ ị ặ ng pháp bi u th  m t cong đ a hình

ọ ng pháp toán h c

ả B ng 1.1 Ph ươ A. Ph Toàn vùng

Chi ti tế

Dãy Fourier ứ ậ ố ộ Đa th c b c b n b i ề ồ Chia vùng đ ng đ u ề ồ Chia vùng không đ ng đ u ườ ườ ứ ươ ậ ồ ể  Đ ng   đ ng   m c   (đ B.   Ph ng   pháp   v t   th ng   bình

b n đả ồ

ề

ề

ộ đ  ngang) ặ ắ ọ ườ Đ ng m t c t d c ạ   ộ ể Đi m (ma trân đ  cao) hay m ng ướ l   i   đ u   (Regular   rectangular grid, GRID) ạ   Vector: M ng không đ u tam giác (Triangualr   irregualar   network,  TIN)

ươ ọ 1. Ph ng pháp toán h c:

ị ặ ọ ể ể Ph

ớ ộ

ị ỏ ộ ề ứ ạ

ế ủ ế ự ẵ ấ ỏ ươ ệ ng t

ộ ự

c l ụ ế ế

ữ

ấ ổ ế ệ ỗ ợ ạ ấ ồ ố ư

ươ   ng pháp toán h c đ  bi u th  m t cong đ a hình ch  y u d a vào ả ố   các hàm s  toán ba chi u và có kh  năng mô ph ng v i đ  nh n r t cao ụ ươ ặ ị ng pháp c c b  chia vùng mô ph ng ra các m t đ a hình ph c t p. Ph   ự  ặ ạ thành các mi ng bé hình vuông ho c hình d ng tùy ý có di n tích t ộ ẽ ượ ướ ượ ủ ừ   nhau và đ  cao c a t ng mi ng s  đ ng d a trên đ  cao các c  ụ   ự ả ớ ắ ả ể đi m đã quang tr c trong mi ng đó. V i m c đích b o đ m s  liên t c ườ ử ụ ế ườ ủ ộ ố c a đ  d c qua đ   i ta s  d ng các ng biên gi a các mi ng con thì ng ỉ ờ ạ   ố ấ ọ ố ố hàm   s   đ i   tr ng   (weighting   functions).   Các   hàm   s   x p   x   r i   r c ậ   ượ ử ụ c s  d ng trong vi c thành l p (piecewwise approximation) r t ít khi đ ế ế  ệ ố ả b n đ  s  nh ng l t k i r t ph  bi n trong h  th ng máy tính h  tr  thi (CAD, computer added design).

ươ ậ 2. Ph ể ả ồ ng pháp v t th  b n đ :

ươ ể ườ ậ ố

ng pháp s  d ng v t th  đ ể ể ử ụ ễ ầ ử ụ ườ

ườ ằ ồ ể ng đ ng m c. M i đi m n m trên cùng m t đ ả   ề ng đ u tiên truy n th ng trong b n ộ ng bình đ  hay còn   ứ   ồ ộ ườ ng đ ng m c

ứ ị ộ Ph ề ặ ị ồ ọ đ  h c đ  bi u di n b  m t đ a hình là s  d ng đ ọ ọ g i là đ ộ ẽ s  có cùng m t giá tr  đ  cao.

ử ụ ể ể ễ ộ Ph ng pháp s  d ng m t c t d c đ  bi u di n đ  cao đ

ứ

ử ụ ệ ặ ắ ọ ộ ố ng pháp s  d ng đ

ươ

ử ụ ệ

ướ ề ượ ử  ươ c s ậ ư ể ệ ụ d ng thu n ti n đ  phân tích đ  d c vùng nghiên c u. Tuy nhiên, nh  đã   ậ ườ ề ậ ở ươ   ng trên không thu n ti n cho  trên, hai ph đ  c p  ấ   ậ ữ ệ ụ m c đích phân tích d  li u trong GIS. Vì v y ph ng pháp chung nh t trong h  GIS là s  d ng mô hình l   i đ u GRID (Regular Rectangular Grid) hay l ướ ề i tam giác không đ u TIN (triangular Irregular Network).

ướ ồ ượ ậ Mô hình l

ề ể ả ộ ể ậ ặ

ừ ướ ữ ệ

ả ổ ế ắ ạ ữ ệ l ễ ấ ậ   ọ c thành l p i đ ng đ u hay còn g i là ma tr n đ  cao đ ừ ệ ộ   ệ t  vi c phân tích l p th   nh hàng không ho c có th  thông qua vi c n i ử ộ i d  li u quan tr c đ  cao. Do máy tính có kh  năng x  lý ma suy t   ượ ử  ậ c s tr n d  dàng nên d  li u lo i mô hình GRID này r t ph  bi n, đ

ạ ệ

ỗ

ủ

ộ ướ ộ ố ườ

ị   ụ d ng cho các h  GIS d ng raster. Trong mô hình raster GRID này vùng đ a ứ   ộ ộ ơ ở ượ c chia thành các ô (cell) trên c  s  hàng và c t. M i m t ô ch a hình đ ượ ử ụ ể ậ ủ ộ ể c s  d ng đ  thành đ  cao c a đi m trung tâm c a ô. Ma tr n đ  cao đ   ườ   ị ố ứ ồ ậ ng ng d c và xác đ nh đ ng đ ng m c, tính toán đ  d c, h l p đ ư ự biên các l u v c sông.

ươ ướ ồ ề ượ ể ậ Tuy v y, ph ng pháp l i đ ng đ u này có các nh c đi m sau:

ữ ệ ầ ng d  li u không c n thi ế ạ t t i các vùng có

ấ ồ ạ ố ượ i s  l ­ T n t ồ ị đ a hình đ ng nh t;

ả ị

ể ể ộ ứ ạ ướ ừ ậ ị   ứ ­ Không có kh  năng thích  ng đ  bi u th  các vùng có đ a ổ c ma tr n. hình ph c t p tr  lúc thay đ i toàn b  kích th

ề ể

ư ậ Nh  v y, l ổ ộ ả ố ồ ạ

ị   ướ ồ i đ ng đ u không có kh  năng bi u th  các vùng đ a ế  ộ ự ầ ư ẫ ế ể ả ị ị ự hình thay đ i đ t ng t nh  các khe v c, h  l i lõm và sông ngòi. H n ch này có th  gây s  nh m l n trong khi đánh giá k t qu  phân tích đ a hình.

ậ ệ ượ ế ơ c coi là ph ng pháp thu n ti n và kinh t

ị ồ ươ ủ ấ TIN đ ể ệ

ộ ẳ ặ ủ ị ộ ề ặ ị ệ

ượ ỗ ọ c gi

ể ư ố ớ ặ

ộ ề ặ ả ố

ộ ố ể ụ ừ ậ ề ặ ễ

t p đi m d  li u r i r c và đ ộ

ể ệ ự ườ ả ướ ướ c l

ng ph i th  hi n s  thay đ i kích th ụ ậ ỹ

ấ  khi th ổ ủ ữ ệ ộ ể ể ệ ị h n. Mô hình TIN là th  hi n vector c a c u trúc đ a hình, bao g m các dãy tam giác không   ộ   ề ỗ đ u không ph  lên nhau và bao trùm toàn b  b  m t đ a hình, m i m t ậ   tam giác xác đ nh m t m t ph ng. TIN, theo khái ni m hình h c là t p các ở   ộ ớ ạ ỉ đ nh n i v i nhau thành các tam giác. M i m t tam giác đ i h n b i ộ ị ề 3 đi m đ c tr ng v  giá tr  X, Y và Z (đ  cao). Các tam giác này hình   ể   ướ ng d c. TIN có kh  năng bi u thành m t b  m t 3 phía, có đ  d c và h ợ   ữ ệ ờ ạ ư ậ ượ c coi nh  t p h p di n b  m t liên t c t ướ ệ ề ộ ố các tam giác có các thu c tính v  đ  d c, di n tích và h   ng. Hình IV.9 ể ệ   th  hi n c u trúc mô hình TIN và hình IV.10 trình bày mô hình TIN trong ầ   ổ ự ế th c t i theo yêu c u ụ ề ế bi n đ i c a d  li u. Hình IV.11 là ví d  v  áp d ng TIN và k  thu t tô   ự ộ bóng đ  th  hi n đ  cao đ a hình m t khu v c

ụ

Hình   IV.9:   Ví   d   mô   hình TIN

ớ ự

ướ ướ ặ ư ổ   ạ Hình IV.10: M ng TIN v i s  thay đ i i đ c tr ng kích th c l

ị ự ế ể ể Ứ ụ ộ ộ ị Hình IV.11:  ng d ng TIN đ  bi u th  s  bi n đ ng đ  cao đ a hình

ươ ự II.3/ Ph ng pháp xây d ng DEM:

ươ ậ Ph ể ụ ả ng pháp ch p  nh l p th :

ụ ụ ả

ể ể ả

ồ ộ

ẫ ể ố ụ ả ậ

ể ụ   ộ ụ ng pháp này dùng m t d ng c  ch p  nh chuyên dùng đ  ch p ậ ừ ị ớ  các  nh l p th  hay ng l n đi m m u v i các giá tr  X, Y, Z t   ấ   ượ c n i suy thành các ô vuông đ ng nh t ờ   ng pháp này t n th i gian và đòi h i k  thu t ch p  nh cao và ượ ươ ể ề ả ươ Ph ộ ố ượ ớ m t s  l ễ vi n thám; sau đó các đi m đ (grid). Ph ố ể s  đi m ki m soát ph i nhi u nên ít khi đ ỏ ỹ ụ c áp d ng.

ộ ừ ườ ứ ồ N i suy t các đ ng đ ng m c:

ể

ng pháp tiêu chu n đ  xây d ng DEM trong môi tr ệ ự ề ị

ự ườ ứ ừ ẵ ộ ố ướ c sau: ả ng đ ng m c ph i qua m t s  b

ể ự ườ ứ ệ ồ ng đ ng m c, có th  th c hi n qua

ướ ộ ươ ườ   ẩ ng Đây là ph ố ớ ộ ộ ố GIS. Đ i v i m t khu v c, m t s  thông tin v  đ a hình có s n, vi c xây   ộ ự ồ  các đ d ng m t DEM t (cid:0) B c 1: S  hóa các đ ố m t trong 2 cách sau:

ể ả  đ ng quét  nh (scanning)

ạ ự ộ ồ ố S  hóa t ả : chuy n các thông tin t ế ể

ồ

ư ụ ề

ồ ồ

ầ ằ ơ ươ ệ ằ ố

ừ ả     nh ả ồ  ả ố ệ ụ ch p hay b n  đ  sang d ng t p in raster.  Đ  có k t qu  t t, b n  đ ồ ượ   ả ườ ứ ng đ ng m c không nên kèm các thông tin khác. Sau đó b n đ  đ đ c ỗ   ằ ạ ể chuy n sang d ng vector b ng các ph n m m chuyên d ng nh ng m i ứ ế ả ả ượ ườ   c gán mã b ng tay. N u  nh ngu n không rõ đ ng đ ng m c ph i đ ố ố ràng thì ph   ng pháp này t n công h n vi c s  hóa b ng bàn s  hóa (digitizing).

ố

ự

ẻ ồ   ể ố ườ ng đ ng : Dùng bàn s  hoá đ  s  hóa các đ ộ ể ẩ   ng pháp tiêu chu n đ  xây d ng m t DEM. ộ  ể ệ ượ  và đ c s  hóa riêng l c gán mã th  hi n đ

ươ ứ ố S  hóa b ng th  công ươ ẫ ứ m c v n đ ứ ượ ố ỗ ườ M i đ cao t

ướ ồ ệ ự ứ ượ ằ ủ ượ c coi là ph ồ ng đ ng m c đ ng  ng. (cid:0) B c 2: Raster hóa các đ

ng đ ng m c: đ ầ

ọ ở

ườ ủ ệ ạ ồ ượ ự ộ c t ng đ ng m c đó.

ứ ộ ng đ ng m c đã đ

ở   c th c hi n b i ấ   ề ụ ứ các ch c năng rasterizing c a các ph n m m chuyên d ng. V n ướ ủ ọ ề c c a các pixel mà đ  quan tr ng     đây là vi c ch n kích th ị ằ   ứ ồ ườ  đ ng gán giá tr  b ng ng đ ng m c ch y qua đ các đ ứ ườ ủ ộ đ  cao c a chính đ (cid:0) B c 3: N i suy các đ ườ ẩ

c raster hóa: T ể ộ ả ộ ng bình đ  chu n đ ồ ồ ẽ ứ

ượ ậ ủ ể ừ  ượ ồ ướ ườ c raster hóa có th  n i suy ra các   các đ ậ   ỗ ườ ng đ ng m c khác, do v y m i pixel trong b n đ  s  nh n đ ị giá tr  cho đi m trung tâm c a pixel.

ườ (cid:0) B c  4: Xây d ng mô hình TIN (hình IV,12), th ng   đ ượ   c

ướ ự ệ ự ớ ơ ồ th c hi n v i s  đ  Voronoi.

ơ ồ S  đ  Voronoi:

ệ ả ử ố ỗ

ạ ộ ộ ệ ả

ộ ố ớ ề ấ ấ

ậ ộ ộ ắ ỗ ế ộ ế ấ m i v  trí trong vùng đ n c t trong vùng đó là ng n nh t. K t qu

ơ ồ ệ   ạ ủ  s  trong m t m ng đi n tho i c a thành ph , m i máy đi n Gi ạ ầ ạ ẽ ượ   c n i v i m t c t đi n tho i g n nh t do v y ta ph i chia tho i s  đ ố ả   thành ph  thành nhi u vùng, m i vùng có duy nh t m t c t và kho ng ừ ỗ ị ả  cách t ạ ủ c a phân ho ch này là s  đ  Voronoi.

ắ ư ọ t nh  sau. G i P = {p

ằ ể ể ượ c tóm t ặ ơ ồ S  đ  Voronoi có th  đ ợ ề

ẳ ằ ị

ừ ế ả ơ

ả ơ ồ ề ị ể

ễ ọ

1, p2...,pn} là  ẳ ậ ạ t p h p n đi m n m trong m t ph ng hai chi u. Ta chia (phân ho ch),   ộ   ấ ỳ ể ặ m t ph ng thành n đa giác sao cho b t k  đi m v  trí nào n m trong m t ế   ể ắ  nó đ n đa giác i đ u có kho ng cách đ n đi m i ng n h n kho ng cách t ọ k khác. S  đ  đa giác này g i là s  đ  Voronoi V (pi) và các đi m v  trí p   ư ằ ể ượ đ

ơ ồ ữ c bi u di n b ng ngôn ng  toán h c nh  sau:

ơ ồ Hình IV.12: S  đ  Voronoi

ụ ấ ọ ả ề ứ S  đ  Voronoi có r t nhi u  ng d ng trong hình h c gi i tích, hình

ơ ồ ọ ồ ọ h c đ  h a và GIS:

ị ậ

ấ ủ ể ộ ị ị

ầ ậ ể ổ

ố ơ ồ ả ướ ể (cid:0) Xác đ nh vùng lân c n g n nh t (Nearest neighbor search) – Khi ấ ầ ph i xác đ nh vùng lân c n g n nh t c a m t đi m (v  trí) cho tr c trong t ng s  N đi m thì vùng đó chính là đa giác bao quanh đi m đó trong s  đ  Voronoi.

ị ụ ụ ợ

ị ố ậ ớ

ộ ử ị ả ớ ớ

ị ả ấ ế ượ ị ưở ủ ầ ng nh t đ n l

ị ệ

ườ

ằ ơ ồ ủ ị ể ử ụ ạ ấ ả ẳ

(cid:0) Xác đ nh v  trí ph c v  h p lý (facility location) – Ví d  m ng ụ ạ   ị ầ   ề ướ ử l i c a hàng siêu th  mu n l p m t c a hàng m i và đi u đ u ỏ ợ   tiên là xác đ nh v  trí m i thích h p. V  trí m i này ph i th a mãn ị  yêu c u ít  nh h ng khách hàng c a các siêu th ậ   đang v n hành hay nói cách khác là càng xa các siêu th  hi n có ơ ồ ố   i ta có th  s  d ng s  đ  Voronoi b ng cách so t. Ng càng t sánh và phân tích t   t c  các c nh th ng trong s  đ  c a v  trí các ị ệ siêu th  hi n có.

ớ ấ ầ

ỗ ấ ớ ụ ụ ư ư ộ ị

ề ả ả ớ

ể ợ ợ ị (cid:0) Hình tròn r ng l n nh t (largest empty circle) – Ví d  ta c n tìm ể ộ m t vùng đ t l n ch a phát tri n (dân c  và d ch v  công c ng) ể đ  xây m t nhà máy m i. Đi u ki n là m nh đ t đó ph i càng i đa các đi m dân c  hay công c ng. Đây là bài cách ly đ ị ươ toán t ệ ấ ộ ư ng h p xác đ nh v  trí h p lý. ộ ượ ố c t ự ư ườ  nh  tr ng t

ể (cid:0) Quy ho ch đ ng (path lanning) – Khi các đi m v  trí trong s  đ

ạ ở ị ườ ậ ợ

ượ ả ạ ở ườ ơ ồ  ạ ấ ầ ng đi c n tránh i cho giao thông mà đ là các tr  ng i b t thu n l   ạ   ơ ồ ủ ạ xa thì các c nh c a đa giác trong s  đ  Voronoi chính là các đo n ấ ườ c xa nh t các tr  ng i. đ ả ng b o đ m tránh đ

ượ ứ

ụ ờ ỹ ổ ố ượ ể ậ ự ế ơ ồ Trong GIS, s  đ  Voronoi đ c áp d ng đ  hình thành các ch c năng ng raster sang vector nh  k  thu t xây d ng mô hình TIN. bi n đ i đ i t

ụ ả ẩ ứ II.4/ Các s n ph m  ng d ng DEM:

ể ượ ụ ứ ả ắ ủ K t qu  các  ng d ng c a DEM trong GIS có th  đ c tóm t t trong

ế ả b ng 2:

ả

ụ ắ ọ

ướ i, đ  lõm và h ố ng d c

ặ ủ ư ườ ị

ẩ ứ ả B ng 2: S n ph m  ng d ng DEM trong GIS ể ồ ố a. Bi u đ  kh i, lát c t d c và ngang ố ể b. Tính toán th  tích các kh i ộ ồ ộ ả ồ ộ ố c. B n đ  đ  d c, đ  l ấ ườ d. Đ ng quan sát nhìn th y ứ ồ ả ồ ườ e. B n đ  đ ng đ ng m c ấ ả ồ ị f. B n đ  đ a hình tô bóng m t khu t ự g. Xác  đ nh  đ ng biên  c a l u v c sông ngòi và c.ướ vùng tiêu n

ể ồ ố Bi u đ  kh i:

ồ ộ ể ổ ế ủ

ố ự ả ổ

ế

ố ầ ề ộ

ấ ả ụ ế ề ữ ệ ừ ậ

ạ ể ế Bi u đ  kh i là m t trong các k t qu  ph  bi n c a DEM. Nó cho   ề   ề ự phép xem xét tr c quan ba chi u s  thay đ i trong không gian hai chi u ả   ố ị ộ ủ t ph i c a giá tr  m t thông s  ta quan tâm. Thông s  này không nh t thi ị ạ ấ ệ là đ  cao đ a hình. Hi n nay có r t nhi u ph n m m có kh  năng t o ra   ả ạ   ố ồ ể  t p h p d  li u X, Y, và Z. Ví d  k t qu  lo i lo i bi u đ  kh i này t ố ượ ồ bi u đ  kh i đ ợ c trình bày trong hình IV.13.

ị ự ế ủ ộ ể ể ồ ố ộ ị Hình IV.13: Bi u đ  kh i bi u th  s  bi n đ ng c a đ  cao đ a hình

ố ể Tính toán th  tích các kh i:

Trong thi

ẳ ệ

ự ấ ố ượ ầ ọ

ổ ươ ắ ế ng đào đ p đ t luôn là v n đ  r t quan tr ng và c n thi ộ ự

ộ

ượ ậ

ị ế ế

ắ ẽ ượ ự ệ ế c tính toán d a trên s  khác bi ng đào đ p s  đ

ấ   ụ ụ ế ế t k  các công trình dân d ng, ví d  tính toán san ph ng đ t ế ế ườ ệ   trong nông nghi p và xây d ng, hay thi ng giao thông, vi c tính t k  đ ế   ề ấ ấ t. toán kh i l ấ   ng   pháp   ph   bi n   là  xây   d ng   m t  mô   hình   DEM   cho   vùng   đ t Ph ị ạ ệ ứ   nghiên c u sau khi hoàn thành công vi c đo đ c đ a hình. Sau đó m t mô ể ể ệ ạ c thành l p đ  th  hi n tình tr ng đ a hình sau khi đã hình DEM khác đ   ấ   ẳ ẳ ệ ự t k  san ph ng đ t). th c hi n công trình (sau khi đã san ph ng n u là thi ữ ự ố ượ   t gi a hai mô Kh i l hình DEM.

ả ồ ườ ứ ồ B n đ  đ ng đ ng m c:

ồ ứ ườ ằ ậ

Các đ ị ộ ấ ị

ể ệ

ủ ạ ộ ả ồ ườ ằ ồ

ế ớ

ụ ề ả ồ ườ ứ ồ ị ạ   ể ễ ng đ ng m c có th  d  dàng thành l p b ng cách phân lo i ộ ộ ộ giá tr  đ  cao c a các ô (cell) theo m t thang đ  đ  cao nh t đ nh và sau đó   ườ ằ   ể ệ ớ i hay th  hi n b ng th  hi n các lo i đ  cao đó b ng các đ ng phân gi ườ ắ   ằ ượ ạ ứ ắ c t o ra b ng cách c t ng đ ng đ ng m c th các màu s c. B n đ  đ ạ   ẳ ặ ị giao ti p mô hình DEM đ a hình v i các m t ph ng ngang theo phân lo i ị   ộ ng đ ng m c đ a đ  cao đ a hình. Hình IV.14 cho ví d  v  b n đ  đ

ể ệ ồ ị ư ả ằ

hình và hình IV.15 cũng là b n đ  đ a hình nh ng th  hi n b ng mô hình DEM.

ồ ườ ả ứ ớ ả ồ ộ Hình IV.14: B n đ  đ ng đ ng m c v i kho ng cách đ  cao 5m

ồ ị ử ụ ư ả Hình IV.15: B n đ  đ a hình hình IV.14 nh ng s  d ng mô hình

ở DEM

ườ ấ Đ ng quan sát nhìn th y:

ọ

ả ự

ộ ạ ử ụ ầ ồ ấ ấ ệ ả ị ị

ắ ọ ầ ấ ớ ạ ộ   Kh  năng quan sát đóng m t vai trò quan tr ng trong các ho t đ ng ả   ứ quân s , thông tin liên l c s  d ng microwave và các nghiên c u c nh quan du l ch. Vi c xác đ nh t m quan sát trên b n đ  gi y r t khó khăn do   ố ượ s  l ng các lát c t d c c n xem xét r t l n.

ị ả

ằ   ạ ồ ố c   xác   đ nh   trên   b n   đ   s   có   m ng   TIN   b ng ươ ườ   ng pháp này là ng đi (tracking procedure). Ph

ổ ủ ậ ườ ẩ ượ ầ T m   quan   sát   đ ấ ươ ng pháp truy v n đ ph ế ộ m t bi n đ i c a thu t toán đ ng  n (hidden line algorithm).

ả ồ ộ ố ộ ồ ộ ướ ố B n đ  đ  d c, đ  l i, đ  lõm và h ng d c:

ộ Tr

ề ướ ỹ c khi mô hình đ  cao DEM xu t hi n thì ng ộ ố

ườ ủ ị ệ ậ

ấ   ấ ệ ử ụ i ta s  d ng r t ậ ể ớ ộ ồ   i lõm c a đ a hình. V i DEM nhi u k  thu t đ  đánh giá đ  d c và đ  l ệ ề   ầ thì các công vi c này tr  nên nhanh chóng và thu n ti n, không c n nhi u ư ướ ứ công s c nh  tr ở c đây.

ữ ệ ượ ằ ị ộ Sau khi d  li u đ  cao đ a hình đã đ

ể ử ụ ể ề ầ ể ệ ỉ c ch nh lý và th  hi n b ng mô ề ụ ủ hình TIN thì ta có th  s  d ng nhi u công c  c a ph n m m TIN đ  tính

ộ ố ố ủ ứ i lõm c a vùng nghiên c u. Sau đây là

ữ ộ ồ ướ toán đ  d c, h ng d c và đ  l ủ ế ứ nh ng công th c tính toán ch  y u.

ướ ố ị Xác đ nh h ng d c:

ủ ẽ ổ

ữ ầ ư ợ ể ị ố Góc c a vector t ng h p gi a các vector D x  và Dy  s  cho chúng ta ả ng d c (hình IV.15). Đi m c n l u ý là ph i tính toán giá tr  + hay –

ướ h ả trong b n đ  D ồ x và Dy.

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

arctag

,57%

29579

ướ ố H ng d c (cid:0) (cid:0)

D x D

y

(cid:0) (cid:0)

(cid:0) (cid:0)

%

(cid:0)

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

arctag

,57

29579

Góc d c ố (cid:0) (cid:0)

dodoc 100

ổ ừ ể ộ Trong đó, s  57,29579 là h  s  chuy n đ i t gradient sang đ . Giá

ị ừ ế ể tr  có th  tính t

o đ n + 90

ố  ­ 90 ệ ố o

ộ ố Tính toán đ  d c:

ộ ố ượ ề ị Đ  dài c a vector (góc d c) đã đ c xác đ nh theo chi u X và Y có

ể ủ ị th  tính theo đ nh lý Pithago

2 y

2 x

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

%

100

ộ ố Đ  d c

k

DD 2 c

ụ ụ Trong đó Dx là gradient theo tr c X; D

y là gradient theo tr c Y; và k

c là

ướ ủ kích th c c a pixel.

ể ị ườ Đ  xác đ nh s  sai khác v  đ  d c theo t ng mét, ng i ta chia đ ộ

ướ ủ ứ ề ộ ố ự ố d c tính theo công th c trên cho kích th ừ c c a pixel.

ộ ố ộ Tính đ  d c theo đ :

2 y

2 x

(cid:0) (cid:0) (cid:0) (cid:0)

arctag

,57

29579

ố ộ Góc d c (đ ) =

k

DD 2 c

ả ồ ị ặ ấ B n đ  đ a hình tô bóng m t khu t:

ạ ệ

ồ ệ ự ươ ị ẽ ả ủ ồ Các nhà v  b n đ  đã t o ra nhi u ph ả ủ

ữ ậ ị

ụ ả ồ

ậ ộ ọ ụ ư ờ

ể ể ệ ề

ẽ ể ườ ủ ạ ặ ể ả ế ề ể  ng pháp đ  c i ti n vi c th ộ   ồ ạ ấ hi n tr c quan c a b n đ , nh t là d ng đ a hình c a vùng đ i núi. M t ượ ạ ỹ ấ   trong nh ng k  thu t thành công nh t là cách tô bóng đ a hình đ c t o ra ậ ệ ỹ ở ườ ủ ế ch  y u b i tr ng phái ngh  nhân b n đ  Th y Sĩ và Áo. K  thu t này   ệ   ớ ệ ố ở ể ạ ồ  th  lo i ngh  thu t h i h a th i ph c h ng, v i vi c có ngu n g c  ươ ể ệ ng pháp đánh bóng và th  hi n ánh sáng đ  th  hi n hình ba chi u. Ph   ả   ng t o ra hình  nh th  công này dùng bút v  đ  đánh bóng m c dù th

ủ ế ấ ộ

ằ ư ng t ụ ng nh ng có giá thành r t cao và ch  y u ph  thu c vào k i ta cũng cho r ng các ngh ỹ  ệ

ượ ả ủ ườ ố ấ ấ ượ r t  n t ưở năng và trí t ồ ả nhân b n đ  này ph i là ng ườ ệ ng c a ngh  sĩ. Ng ở  vùng núi. i sinh s ng

ả ấ ệ ề ừ

ộ ạ ự ộ ồ ố ấ ồ ị ồ  đ ng, chính xác và d

ế ạ ừ ộ ị ng t

ệ ử ụ

ệ ề

ồ ề ặ ủ ồ

ả ng đ

ồ ố ị ể ế ả ặ ấ ủ ườ ượ ng trong b n đ  tô bóng th ờ ứ ọ ở c ch n  ắ ả ướ ỉ ng t ơ ưở ặ ớ ố ồ ườ

ấ ả

ằ ở ả ể thiên văn. Đi m khác bi

o  phía trên đ ạ t th  ba n m  ả ế ấ ả

ứ ự ơ ể ể ệ

ế   ả T  khi xu t hi n b n đ  s , r t nhi u chuyên gia b n đ  đã nghĩ đ n ễ  ả ả kh  năng t o bóng cho b n đ  đ a hình m t cách t ị ươ ặ ạ ắ   ng pháp t o bóng cho đ a hình là hình dung hình l p l i. Nguyên t c ph ự  ả ươ ả ấ ị ế ượ ị nh đ a hình đ  m t v  trí nh t đ nh. K t qu  t c chi u sáng t ố ộ ả   m t  nh hàng không do vi c s  d ng các gam màu sáng t i khác nhau. ớ ả ể ậ   t so v i  nh hàng Tuy v y b n đ  s  đ a hình có nhi u đi m khác bi ặ   ả ị không. Tr c h t b n đ  tô bóng này không bi u th  đúng hình  nh m t ấ đ t mà ch  là c a b  m t đã s  hóa c a m t đ t. Th  hai là ngu n ánh   ằ   ượ  góc b ng sáng t ế   ng chân tr i phía Tây – b c. Góc chi u ho c l n h n 45 ự   ẩ ấ sáng này có tính ch t nhân t o mà r t khó có kh  năng x y ra trong th c ộ ấ ủ ệ ế    b n ch t c a mô hình đ  cao t ở ế ố  ở ố ượ ạ ng h n ch  s DEM b i mô hình này đã là s  đ n gi n hóa b i s  l ể ữ ệ ị ế ủ đi m d  li u và không th  th  hi n h t t   t c a đ a hình t c  các chi ti ự ế . th c t

ứ ỹ ộ

ụ ậ ộ ậ ướ ồ ứ ụ ả

ấ ổ ế ủ Hình IV.16 và hình IV.17 cho ta th y hai  ng d ng ph  bi n c a mô   ả ồ  ụ ề ử ụ hình DEN. Hình 9 là m t ví d  v  s  d ng k  thu t tô bóng cho b n đ ồ ị   ị c và hình 10 là m t ví d  cho b n đ  đ a đ a hình vùng h  ch a có đ p n hình vùng núi đá Garand Canyon, Hoa K .ỳ

ể ể Ứ ụ ị ị Hình IV.16:  ng d ng DEM đ  bi u th  đ a hình

ủ ả ồ ị ả Hình IV.17: Hình  nh tô bóng c a b n đ  đ a hình vùng núi đá

ườ ườ ủ ư ự ng dòng và đ ng biên c a l u v c sông ngòi và

ị Xác đ nh đ c:ướ vùng tiêu n

ế ượ ố ướ c không đ

ủ ề

ả

ộ ng pháp th  công truy n th ng trên c ồ ị ệ ả ặ ố ớ ả ấ ễ ạ ứ

ễ ằ   ườ c s  hóa b ng Khi các đ ng sông ngòi và tuy n tiêu n ụ ự ộ   ố ớ ệ ử ụ  đ ng bàn s  hóa thì v i vi c s  d ng mô hình TIN ta có m t công c  t ơ  ườ ố ươ ị ng dòng này. Ph xác đ nh các đ ấ   ườ ễ ỉ ỉ ở ng r t s  xem xét t  m  các hình  nh vi n thám ho c b n đ  đ a hình th ố ứ ấ ố t n công s c và r t d  t o sai s , nh t là đ i v i  nh v  tinh có ch a các   ị ả m ng b  nhi u.

ả ồ ị ể ạ ị c  v  trí  các   đi m l

ườ ươ

ườ ị ng dòng: Đ  v ch đ Xác đ nh đ ị ượ i  ta ph i xác   đ nh  đ ấ ả ơ ng pháp đ n gi n nh t là xét l n l ấ

ộ ủ ồ

ể ừ ươ ườ ướ ấ ữ c. Nh ng ph ng dòng ch y hay đ

ồ ượ ườ c đ ng dòng trên mô hình TIN, ể ủ i  và  lõm c a   đ a  hình. ầ ượ ừ ả t t ng m ng 4 ô (cells) và đánh ế ấ ả ấ ỏ t c  các ị  đó xác đ nh ng pháp khác ng tiêu n ờ ng ô xem xét đ ng th i lên thành 3x3 hay

ng Ph ộ ấ d u ô có đ  cao cao nh t và ô đ  cao nh  nh t. Khi xem xét h t t ề ả ố ặ c p 4 ô c a b n đ  thì n i li n các ô có đánh d u đ  t ả ườ ườ ng đ đ ố ượ ự ư ươ cũng t  nh ng tăng s  l ng t ơ ữ cao h n n a.

ự ị Xác đ nh đ

ể ủ ư ệ

ự ậ ị

ằ ộ ố ừ

ươ ậ

ượ ự ư ệ ừ

ư ế

ứ ả ườ ộ ự ư ườ   ng biên c a l u v c sông ngòi: L u v c m t con sông ư ủ ượ ướ c hi u là di n tích t p trung n c m a c a sông hay   hay nhánh sông đ ắ   ư ự ườ ủ  logic xác đ nh các đ ng biên l u v c b t c a nhánh sông đó. Trình t ố ươ   ướ ệ ầ ng ng d c cho t ng ô (cell). Sau đó ch đ u b ng vi c tính đ  d c và h ủ ừ ể ả ư ế ng l u c a t ng đi m trên dòng ch y sông.   trình tìm ki m các vùng th ắ ầ ừ ể   ị ườ  đi m ng dòng, b t đ u t Thu t toán cũng t  nh  vi c xác đ nh đ ng t ướ   ở ố ượ ặ ố ạ ư ng ng xem xét  cu i h  l u và xem xét t ng c p 3x3 ô. Đ i t  đây là h ợ ườ ộ ố ố ủ ừ d c c a t ng ô ch  không chú ý đ n đ  d c nh  trong tr   ng h p xác ị đ nh đ ng dòng ch y.