Mô hình số độ cao (mô hình 3D) trong GIS

1.        Giới thiệu chung

Thông thường thì sự thay đổi độ cao địa hình được thể hiện bằng một loạt đường đồng mức mà các điểm trên một đường đồng mức có cùng một giá trị độ cao. Các đường này là đường cong khép kín mà trong GIS người ta gọi là các polygon. Bằng phương pháp này thì yếu tố địa hình cũng được thể hiện và lưu trữ trong GIS như trong các bản đồ số chuyên dùng khác. Tuy vậy phương pháp biểu thị đó chưa phải là tối ưu khi sử dụng phương pháp số để phân tích và để mô hình hóa. Người ta cần một phương pháp tốt hơn để hiển thị và phân tích loại dữ liệu thay đổi liên tục (tương tự như số đo độ cao địa hình) và phương pháp đó là mô hình số độ cao.

Bất kỳ sự biểu thị bằng số sự thay đổi liên tục của độ cao trong không gian đều được gọi là mô hình số độ cao (Digital Elevation Model – DEM). Nó có thể là độ cao tuyệt đối của các điểm trên bề mặt quả đất, độ cao của các tầng đất, hoặc của mực nước ngầm.

Sự cần thiết của DEM Mô hình sô độ cao có vô vàn ứng dựng trong thực tiễn, đặc biệt phổ biến là những ứng dựng sau:

Ø Lưu trũ dữ liệu bản đồ số địa hình trong các cơ sở dữ liệu (CSDL) quốc gia.

Ø Giải quyết tính toán đào đắp đất trong thiết kế đường và các dự án kỹ thuật công trình khác.

Ø Biểu thị ba chiều trực quan điều kiện địa hình có mục đích quân sự( thiết kế hệ thống đạn đạo, huấn luyện phi công) và cho mục đích thiết kế và quy hoạch cảnh quan (kiến trúc cảnh quan).

Ø Thiết kế xác định vị trí cho đường giao thông và cho đập nước.

Ø Tính toán và thành lập bản đồ độ dốc, bản đồ hướng dốc, bản đồ hình dạng mái dốc để từ đó thành lập ảnh địa hình trực quan có hình bóng(ứng dụng trong nghiên cứu tầng địa chất hay dự báo khả năng xói mòn đất và dòng chảy mặt)…

2.        Phương pháp biểu thị DEM

Sự biến đổi giá trị độ cao địa hình trên một vùng đất có thể được mô hình hóa theo nhiều cách. DEM có thể được biểu thị và lưu trữ dưới dạng hàm số toán học ba chiều (Phương pháp mặt phẳng) hay dưới dạng các điểm hoặc các đường hình ảnh như liệt kê ở dưới.

Ø Phương pháp toán học

§  Toàn vùng:

·      Dãy Fourier

·      Đa thức bậc bốn bội

§  Chi tiết:

·      Chia vùng đồng đều

·      Chia vùng không đồng đều

Ø Phương pháp vật thể bản đồ

§  Đường đồng mức (đường bình độ ngang)

§  Đường mặt cắt dọc

§  Điểm (ma trận độ cao) hay mạng lưới đểu (regular rectangular grid – GRID)

§  Vector: Mạng không đồng đều tam giác (triangular irregular network – TIN)

Hình 1 Ví dụ mạng TIN

Hình 2 Mạng TIN với sự thay đổi kích thước lưới đặc trương

Hình 3 Ứng dụng TIN để biểu thị sự biến động độ cao địa hình

Hình 4 Sơ đồ Voronoi

3 .      Các sản phẩm ứng dụng DEM

Kết quả các ứng dụng của DEM trong GIS có thể được tóm tắt như sau:

Ø Biểu đồ khối, lát cắt dọc và ngang

Ø Tính toán thể tích các khối

Ø Bản đồ đường đồng mức

Ø Đường quan sát nhìn thấy

Ø Bản đồ độ dốc, độ lồi, độ lõm và hướng dốc

Ø Bản đồ địa hình tô bóng mặt khuất

Ø Xác định đường biên của lưu vực sông ngòi và vùng tiêu nước

Hình 5 Biểu đồ khối biểu thị sự biến động của độ cao địa hình

Hình 6 Bản đồ đường đồng mức với khoảng cách độ cao 5 m

Hình 7 Bản đồ địa hình ở Hình 6 nhưng sử dụng mô hình DEM

Hình 8 Ứng dụng DEM để biểu diễn địa hình

Hình 9 Hình ảnh tô bóng của bản đồ địa hình vùng núi đá

Hãy like nếu bài viết có ích →

Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook để nhận bài viết mới nóng hổi