Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 4: Mô hình số hoá độ cao - Phan Trọng Tiến

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