Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa Tin học
tải về 2.49 Mb.
|
pdfslide.net dem-slide-nckh-dong (1)
- Điều hướng trang này:
- 4.1.3. 2 Phương pháp vật thể bản đồ
- 4.2 Ứng dụng của DEM
- Tính toán độ dốc.
- Tính hướng dốc
- Phân chia lưu vực
- Thành lập bản đồ bóng địa hình
| 4.1.3.1 Phương pháp toán học:
Phương pháp toán học để biểu thị mặt cong địa hình chủ yếu dựa vào các hàm số toán ba chiều và có khả năng mô phỏng với độ nhẵn rất cao các mặt địa hình phức tạp. Phương pháp cục bộ chia vùng mô phỏng ra thành các miếng bé hình vuông hoặc hình dạng tùy ý có diện tích tương tự nhau và độ cao của từng miếng sẽ được ước lượng dựa trên độ cao các điểm đã quang trắc trong miếng đó. Với mục đích bảo đảm sự liên tục của độ dốc qua đường biên giữa các miếng con thì người ta sử dụng các hàm số đối trọng (weighting functions). Các hàm số xấp xỉ rời rạc (piecewwise approximation) rất ít khi được sử dụng trong việc thành lập bản đồ số nhưng lại rất phổ biến trong hệ thống máy tính hỗ trợ thiết kế (CAD, computer added design). 4.1.3.2 Phương pháp vật thể bản đồ: Phương pháp sử dụng vật thể đường đầu tiên truyền thống trong bản đồ học để biểu diễn bề mặt địa hình là sử dụng đường bình độ hay còn gọi là đường đồng mức. Mọi điểm nằm trên cùng một đường đồng mức sẽ có cùng một giá trị độ cao. Phương pháp sử dụng mặt cắt dọc để biểu diễn độ cao được sử dụng thuận tiện để phân tích độ dốc vùng nghiên cứu. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, hai phương pháp sử dụng đường trên không thuận tiện cho mục đích phân tích dữ liệu trong GIS. Vì vậy phương pháp chung nhất trong hệ GIS là sử dụng mô hình lưới đều GRID (Regular Rectangular Grid) hay lưới tam giác không đều TIN (Triangular Irregular Network). Mô hình lưới đồng đều hay còn gọi là ma trận độ cao được thành lập từ việc phân tích lập thể ảnh hàng không hoặc có thể thông qua việc nội suy từ lưới dữ liệu quan trắc độ cao. Do máy tính có khả năng xử lý ma trận dễ dàng nên dữ liệu loại mô hình GRID này rất phổ biến, được sử dụng cho các hệ GIS dạng raster. Trong mô hình raster GRID này vùng địa hình được chia thành các ô (cell) trên cơ sở hàng và cột. Mỗi một ô chứa độ cao của điểm trung tâm của ô. Ma trận độ cao được sử dụng để thành lập đường đồng mức, tính toán độ dốc, hướng dốc và xác định đường biên các lưu vực sông. Tuy vậy, phương pháp lưới đồng đều này có các nhược điểm sau: - Tồn tại số lượng dữ liệu không cần thiết tại các vùng có địa hình đồng nhất; -Không có khả năng thích ứng để biểu thị các vùng có địa hình phức tạp trừ lúc thay đổi toàn bộ kích thước ma trận. Như vậy, lưới đồng đều không có khả năng biểu thị các vùng địa hình thay đổi đột ngột như các khe vực, hố lồi lõm và sông ngòi. Hạn chế này có thể gây sự nhầm lẫn trong khi đánh giá kết quả phân tích địa hình. TIN được coi là phương pháp thuận tiện và kinh tế hơn. Mô hình TIN là thể hiện vector của cấu trúc địa hình, bao gồm các dãy tam giác không đều không phủ lên nhau và bao trùm toàn bộ bề mặt địa hình, mỗi một tam giác xác định một mặt phẳng. TIN, theo khái niệm hình học là tập các đỉnh nối với nhau thành các tam giác. Mỗi một tam giác được giới hạn bởi 3 điểm đặc trưng về giá trị X, Y và Z (độ cao). Các tam giác này hình thành một bề mặt 3 phía, có độ dốc và hướng dốc. TIN có khả năng biểu diễn bề mặt liên tục từ tập điểm dữ liệu rời rạc và được coi như tập hợp các tam giác có các thuộc tính về độ dốc, diện tích và hướng. Hình 4.2 thể hiện cấu trúc mô hình TIN và hình 4.3 trình bày mô hình TIN trong thực tế khi thường phải thể hiện sự thay đổi kích thước lưới theo yêu cầu biến đổi của dữ liệu. Hình IV.11 là ví dụ về áp dụng TIN và kỹ thuật tô bóng để thể hiện độ cao địa hình một khu vực Hình 4.2 Một số dạng mô hình số độ cao Hình 4.3 Ứng dụng TIN để biểu thị sự biến động độ cao địa hình 4.2 Ứng dụng của DEM Trước khi mô hình độ cao DEM xuất hiện thì người ta sử dụng rất nhiều kỹ thuật để đánh giá độ dốc và độ lồi lõm của địa hình. Với DEM thì các công việc này trở nên nhanh chóng và thuận tiện, không cần nhiều công sức như trước đây. Sau khi dữ liệu độ cao địa hình đã được chỉnh lý và thể hiện bằng mô hình TIN thì ta có thể sử dụng nhiều công cụ của phần mềm TIN để tính toán độ dốc, hướng dốc và độ lồi lõm của vùng nghiên cứu. Sau đây là những công thức tính toán chủ yếu. Tính toán độ dốc. Trong các nghiên cứu tai biến trượt lở đất, nghiên cứu xói mòn không thể thiếu việc tính đến thông số độ dốc của khu vực nghiên cứu để thành lập các bản đồ độ dốc từ đó khoanh vùng các vùng có độ dốc lớn sẽ có nguy cơ trượt lở hay xói mòn 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 thiên tai hay xói mòn đất có thể khoanh vi các khu vực có tiềm năng và đưa ra những cảnh báo và biện pháp xử lý. Nguyên lý tính độ dốc trên DEM: -độ dốc : góc α - độ dốc (%) = tan (α) = Độ dốc của Pixel là S = /2. Nếu s ≤ 1 thì độ dốc % = S x 100 Nếu s > 1 thì độ dốc % = 200 – 100/S độ dốc theo độ = tan-1 (s) x 180 / π Ví dụ : ∆x1 = 25 – 10 = 15 ∆y1 = 10 – 20 = -10 ∆x2 = 25 – 22 = 3 ∆y2 = 20 – 24 = -4 ∆x3 = 18 – 20 = -2 ∆y3 = 25 – 18 = 7 Δx = = 0.177 Δy = = -0.076
Vì s ≤ 1 độ dốc (%) = 0,0967 x 100 = 9,67 % độ dốc (độ) = tan-1 (s) x 180/ π = tan-1(0,0967) x 57,30 = 5,540 Tính hướng dốc Đi cùng với tính toán độ dốc thì việc tính toán hướng dốc cũng là điều không thể thiếu trong đánh giá các tai biến địa chất. Biết được hướng dốc giúp ta phân tích được 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. Công thức tính hướng dốc Φ = ( ). Ví dụ : Δx = Δy = = -2.33
Như vậy hướng dốc bằng 180 + θ (theo độ) Theo ví dụ trên thì: θ = tan -1 (5,33/ -2,33) = 1,98 1,98 radian = 113,6 Vậy hướng dốc = 180 + 113,6 = 293,60. Phân chia lưu vực Lưu vực là phần diện tích bề mặt đất trong tự nhiên mà lượng nước mưa khi rơi xuống sẽ tập trung lại và thoát qua một cửa ra duy nhất. Trên thực tế, lưu vực thường được đề cập đến là lưu vực sông và toàn bộ lượng nước trên sông sẽ thoát ra cửa sông. Việc xác định và phân chia lưu vực là một trong những công việc quan trọng và là dữ liệu đầu vào không thể thiếu trong các mô hình thủy văn. Thành lập bản đồ bóng địa hình Các nhà vẽ bản đồ đã tạo ra nhiều phương pháp để cải tiến việc thể hiện trực quan của bản đồ, nhất là dạng địa hình của vùng đồi núi. Một trong những kỹ thuật thành công nhất là cách tô bóng địa hình được tạo ra chủ yếu bởi trường phái nghệ nhân bản đồ Thụy Sĩ và Áo. Kỹ thuật này có nguồn gốc ở thể loại nghệ thuật hội họa thời phục hưng, với việc đánh bóng và thể hiện ánh sáng để thể hiện hình ba chiều. Phương pháp thủ công này dùng bút vẽ để đánh bóng mặc dù thường tạo ra hình ảnh rất ấn tượng nhưng có giá thành rất cao và chủ yếu phụ thuộc vào kỹ năng và trí tưởng tượng của nghệ sĩ. Người ta cũng cho rằng các nghệ nhân bản đồ này phải là người sinh sống ở vùng núi. Từ khi xuất hiện bản đồ số, rất nhiều chuyên gia bản đồ đã nghĩ đến khả năng tạo bóng cho bản đồ địa hình một cách tự động, chính xác và dễ lặp lại. Nguyên tắc phương pháp tạo bóng cho địa hình là hình dung hình ảnh địa hình được chiếu sáng từ một vị trí nhất định. Kết quả tương tự một ảnh hàng không do việc sử dụng các gam màu sáng tối khác nhau. Tuy vậy bản đồ số địa hình có nhiều điểm khác biệt so với ảnh hàng không. Trước hết bản đồ tô bóng này không biểu thị đúng hình ảnh mặt đất mà chỉ là của bề mặt đã số hóa của mặt đất. Thứ hai là nguồn ánh sáng tưởng tượng trong bản đồ tô bóng thường được chọn ở góc bằng hoặc lớn hơn 45o phía trên đường chân trời phía Tây – bắc. Góc chiếu sáng này có tính chất nhân tạo mà rất khó có khả năng xẩy ra trong thực tế thiên văn. Điểm khác biệt thứ ba nằm ở bản chất của mô hình độ cao DEM bởi mô hình này đã là sự đơn giản hóa bởi số lượng hạn chế số điểm dữ liệu và không thể thể hiện hết tất cả các chi tiết của địa hình thực tế. tải về 2.49 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|