(Luận văn) nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao toàn cầu

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT2 DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao 3 DTM Digital Terrain Model Mô hình số địa hình 4 DSM Digital Surface Model Mô hình số bề mặt 5 TIN

NGUYỄN TRỌNG THÀNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO TOÀN CẦU Ngành: Kỹ thật Trắc địa - Bản đồ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – Năm 2019

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

NGUYỄN TRỌNG THÀNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐÁNH GIÁ

ĐỘ CHÍNH XÁC MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO TOÀN CẦU

trung thực, của học viên, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trítuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai, học viên hoàn toàn chịu trách nhiệmtrước pháp luật.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

(Ký và ghi rõ họ tên)

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Bắc

Cán bộ chấm phản biện 1: TS Nguyễn Đại ĐồngCán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Trần Xuân Trường

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNGĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 19 tháng 01 năm 2019

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

+ Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Bắc

+ Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác mô hình số

độ cao toàn cầu

+ Tóm tắt: Đề tài nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác mô hình

số độ cao toàn cầu (Shuttle Radar Topography Mission - SRTM) Kết quảnghiên cứu cho thấy mô hình SRTM có sự phù hợp tốt với lãnh thổ Việt Nam

Do đó, mô hình SRTM có thể áp dụng khai thác trên lãnh thổ Việt Nam vớicác mức phân giải 30 m, 90m và 900m độ chính xác (giá trị trung bình trịtuyệt đối độ lệch) đạt được trung bình lần lượt nhỏ hơn 36,88 mét, 40,64 mét

và 73,77 mét Ngoài ra, mô hình SRTM cũng phù hợp ở Trung Bộ, Nam Bộ ởmức phân giải 30 m độ chính xác đạt được trung bình nhỏ hơn 6,1 mét, vùngBắc Trung Bộ mức phân giải 90m độ chính xác đạt được trung bình nhỏ hơn7,8 mét, vùng Bắc Trung Bộ mức phân giải 900 m độ chính xác đạt đượctrung bình nhỏ hơn 33,3 mét Đối với các điểm Sử dụng toạ độ, độ cao đoGNSS - Thuỷ chuẩn và số liệu độ cao bóc từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10000vùng Bắc Trung bộ thì kết quả đạt được là rất tốt

Đề tài cũng tiến hành đánh giá độ chính xác của mô hình SRTM trênlãnh thổ Việt Nam theo tiêu chí sai số trung phương, mức độ phù hợp của môhình SRTM với độ phân giải 30 m, 90m và 900m có sai số trung phương lầnlượt đạt 50,3 m, 50,8 m và 70 m Mức độ phù hợp của mô hình SRTM đượcthể hiện rõ nét nhất đối với vùng Nam Bộ, vùng Bắc Trung Bộ sau đó đếnvùng Nam Trung Bộ và Bắc Bộ

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO 6

1.1 Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao 6

1.1.1 Khái niệm mô hình số độ cao 6

1.1.2 Phân loại mô hình số độ cao 8

1.2 Nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao 11

1.2.1 Thu thập số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng phương pháp đo đạc ngoài thực địa 11

1.2.2 Thu thập ngu n số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng đo ảnh 12

1.2.3 Thu thập số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng cách số h a bản đ địa hình c sẵn 15

1.2.4 Phương pháp l y m u cho xây dựng mô hình số độ cao bằng cách ứng dụng công nghệ Laser đặt trên máy bay (LIDAR) 16

1.2.5 Phương pháp l y m u cho xây dựng mô hình số độ cao bằng cách ứng dụng công nghệ RADAR độ mở tổng hợp giao thoa (INSAR) 19

1.3 Tổng quan về mô hình số độ cao toàn cầu và một số công trình nghiên cứu mô hình số độ cao toàn cầu tại Việt Nam 20

1.3.1 Tổng quan về mô hình số độ cao toàn cầu 20

1.3.2 Một số công trình nghiên cứu mô hình số độ cao toàn cầu tại Việt Nam 27

1.4 Vấn đề nghiên cứu của Luận văn 32

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHẢO SÁT 33

ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO 33

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình số độ cao 33

2.2 Một số phương pháp ước tính độ chính xác của mô hình số độ cao 34

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

HÌNH SỐ ĐỘ CAO SRTM TRÊN PHẠM VI LÃNH THỔ VIỆT NAM 40

3.1 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu 40

3.1.2 Vùng Bắc Trung Bộ 42

3.1.3 Vùng Nam Trung Bộ 42

3.1.4 Vùng Nam Bộ 43

3.1.5 Khái quát ngu n số liệu đầu vào 44

3.2 Khảo sát độ lớn, độ chính xác của độ cao theo mô hình SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam 47

3.2.1 Đ ng nh t tọa độ và độ cao của các điểm kiểm tra với hệ tọa độ và hệ độ cao của mô hình số độ cao toàn cầu 48

3.2.2 Xây dựng mô hình số độ cao cục bộ từ số liệu tọa độ và độ cao của các điểm kiểm tra 53

3.2.3 Xây dựng mô hình độ chênh độ cao giữa mô hình số độ cao toàn cầu và mô hình số độ cao cục bộ 54

3.3 Tổng hợp, đánh giá kết quả khảo sát trên 3 mô hình SRTM1, SRTM3, SRTM30 56

3.3.1 Kết quả khảo sát tính độ lệch giữa các điểm độ cao kiểm tra với các điểm độ cao trên mô hình độ cao SRTM1, SRTM3, SRTM30 56

3.3.2 Đánh giá độ chính xác các vùng 57

3.3.4 Biểu đ thống kê % số điểm c độ lệch lớn hơn 3 lần sai số trung phương bản đ tỷ lệ 1/50000 60

3.3.5 Biểu đ thống kê % số điểm c độ lệch lớn hơn 2 lần và 3 lần sai số trung phương bản đ tỷ lệ 1/10000 vùng Bắc Trung bộ .61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 67

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông tin về các mảnh trong mô hình GTOPO30 21

Bảng 1.2 Thông tin về các mảnh trong mô hình SRTM30 25

Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu kỹ thuật về xử lý lưới GNSS 45

Bảng 3.3 Giá trị trung bình độ lệch và giá trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch độ cao giữa độ cao mô hình và độ cao bản đồ 56

Bảng 3.4 Thống kê tổng số điểm lớn 2 lần sai sô trung phương: 59

Bảng 3.5 Thống kê tổng số điểm lớn 3 lần sai sô trung phương: 60

Bảng 3.6 Thống kê % số điểm lớn hơn 2 lần, 3 lần sai số trung phương 66

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình số độ cao biểu diễn bề mặt địa hình 6

Hình 1.2 Cấu trúc dữ liệu dạng Raster 8

Mô hình DEM dạng Raster được biểu diễn trong hình 1.3 8

Hình 1.3 Mô hình DEM dạng Raster 9

Hình 1.5 Biểu diễn mô hình DEM dạng TIN 10

Mô hình số độ cao dạng TIN có những đặc điểm sau: 10

Hình 1.6 Nguyên lý của công nghệ LIDAR 18

Hình 2.1 Thống kê kết quả thử nghiệm ước tính độ chính xác của 37

MHSĐC thành lập bằng công nghệ LIDAR 37

Hình 3.1 Quá trình thực hiện đánh giá độ chính xác của 47

mô hình số độ cao toàn cầu SRTM 47

Hình 3.2 Điểm độ cao vùng Bắc bộ 48

Hình 3.3 Điểm độ cao 49

vùng Bắc Trung Bộ 49

Hình 3.4 - Điểm độ cao 49

vùng Nam Trung Bộ 49

Hình 3.5 - Điểm độ cao vùng Nam bộ 49

Hình 3.6 - Định dạng số liệu đầu vào trên B,L Trans 50

Hình 3.7 - Định dạng kết quả đầu ra trên B,L Trans 50

Hình 3.8 - Định dạng số liệu đầu vào trên Trans 51

Hình 3.9 - Định dạng kết quả đầu ra trên Trans 51

Hình 3.10 - Định dạng số liệu đầu vào trên AllTrans 52

Hình 3.11 - Định dạng kết quả đầu ra trên AllTrans 52

Hình 3.12 - Giá trị đưa vào khảo sát 53

Hình 3.13 Mô hình số độ cao cục bộ 54

từ số liệu tọa độ và độ cao của các điểm kiểm tra 54

Hình 3.14: Mô hình số độ cao toàn cầu SRTM1 vùng Bắc bộ 54

Hình 3.15 Mô hình độ chênh độ cao giữa 55

mô hình số độ cao toàn cầu và mô hình số độ cao cục bộ 55

Hình 3.16 Kết quả tính toán trên phần mềm AGis 55

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2 DEM Digital Elevation Model Mô hình số độ cao

3 DTM Digital Terrain Model Mô hình số địa hình

4 DSM Digital Surface Model Mô hình số bề mặt

5 TIN Triangle Irregular Network Cấu trúc mạng tam giác không

đều của mô hình số độ cao

6 SRTM Shuttle Radar Topography Mission Mô hình số độ cao toàn cầu

SRTMAdvanced Spaceborne Thermal Mô hình số độ cao toàn cầu

7 ASTER Emission and Reflection Aster

10 GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

11 INS Inertial Navigation System Hệ thống dẫn đường quán tính

12 NSDI National Spatial Data Infrastructure Cơ sở hạ tầng dữ liệu không

gian quốc gia

13 LIDAR Light Detection And Ranging Công nghệ đo Laser

Interferometric Synthetic Aperture Radar độ mở tổng hợp giao

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Mô hình số độ cao (MHSĐC) là sản phẩm của sự phát triển về khoahọc công nghệ được tạo nên từ dữ liệu độ cao địa hình Được ra đời từ nhữngnăm 1950, MHSĐC ngày càng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khácnhau như: đo đạc bản đồ, địa lý, xây dựng, giao thông, thủy lợi, nông nghiệp,lâm nghiệp, môi trường, viễn thông, quân sự, Do có nhiều ứng dụng và cónhiều sản phẩm phong phú, đa dạng nên MHSĐC đã được khẳng định là mộtthành phần quan trọng của hạ tầng dữ liệu không gian

Ngày nay, cùng với các công nghệ thành lập bản đồ hiện đại như: côngnghệ ảnh số, công nghệ định vị dẫn đường toàn cầu (GNSS), công nghệ viễnthám (RS), hệ thống thông tin địa lý (GIS), , MHSĐC đã được ứng dụng khárộng rãi trong nhiều lĩnh vực của Bộ Tài nguyên và Môi trường MHSĐCcũng đã trở thành một phần thiết yếu của GIS và đặc biệt là của cơ sở hạ tầng

dữ liệu không gian quốc gia (NSDI) tại nhiều quốc gia phát triển

Ở nước ta hiện nay, MHSĐC được thành lập thường xuyên nhưng mớichỉ được coi là một công đoạn trong đo vẽ thành lập bản đồ chứ chưa đượccoi là một sản phẩm chính, mang tính độc lập Trong tương lai, nhu cầu sửdụng sản phẩm MHSĐC cho nhiều mục đích khác nhau sẽ ngày càng tăng vàđáp ứng yêu cầu của nhiều người sử dụng Vì vậy, cần có sự quan tâm đúngmức đến vấn đề kiểm tra chất lượng (kiểm tra độ chính xác) của MHSĐC màcho đến nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này Trong cáccông trình nghiên cứu trước đó, cơ sở phương pháp luận được trình bày khákhái quát và nguồn số liệu dùng để kiểm chứng MHSĐC còn khá hạn chế Do

đó, học viên đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác

mô hình số độ cao toàn cầu”.

1

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của Luận văn là khảo sát độ chính xác mô hình số

độ cao toàn cầu SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) trên phạm vilãnh thổ Việt Nam dựa vào bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50000 phủ trùm toàn quốc

và bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10000 của một số khu vực của Việt Nam và 7 côngtrình đánh đo GNSS - TC tương đương lưới khống chế hạng IV, đã đượcnghiệm thu trong sản xuất

3 Nội dung nghiên cứu

Từ mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề ra, Luận văn tậptrung vào ba nội dung nghiên cứu chính sau đây:

- Tổng quan về MHSĐC

- Cơ sở lý thuyết về khảo sát độ chính xác MHSĐC

- Thực nghiệm khảo sát MHSĐC

4 Phương pháp nghiên cứu

Từ nội dung nghiên cứu, các phương pháp nghiên cứu bao gồm:

Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu: Học viên tiến hành xin phép đơn

vị chủ quản để đực thu thập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50000 phủ trùm toàn quốc,

tỷ lệ 1/10000 ở một số khu vực và các tài liệu chuyên môn; cập nhật các thôngtin trên mạng Internet từ trang mạng chính thống; các số liệu tọa độ GNSS, độcao thủy chuẩn có đủ độ chính xác tin cậy phục vụ cho nghiên cứu

Phương pháp phân tích: Cơ sở khoa học xây dựng MHSĐC; cácphương pháp xây dựng và nguồn dữ liệu đầu vào; các tiêu chí đánh giá độchính xác MHSĐC;

Phương pháp thực nghiệm: Tính độ chênh lệch độ cao tính từ MHSĐCSRTM có độ phân giải khác nhau 30 m, 90 m, 900 m với độ cao tính ra từ bản

đồ địa hình tỷ lệ 1/50000, tỷ lệ 1/10000 Từ đó tính giá trị trung bình độ lệch,giá trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch và sai số trung phương độ chênh độ cao

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Từ đó đưa ra kết luận đánh giá sự phù hợp MHSĐC theo vùng hay theo toànlãnh thổ Việt Nam.

Phương pháp tổng hợp: Tập hợp các kết quả nghiên cứu, chọn lọc cáckết quả nổi bật để tiến hành đánh giá, phân tích, làm sáng tỏ kết quả nghiêncứu, đưa ra các kết luận chính xác

Phương pháp so sánh: So sánh kết quả đánh giá sự phù hợp của môhình SRTM với các độ phân giải khác nhau theo vùng khác nhau và cho toànlãnh thổ Việt Nam Đưa ra phân tích, lý giải vai trò của từng tác nhân đến kếtquả đánh giá MHSĐC

5 Cấu trúc của luận văn

Chương 1 Tổng quan về mô hình số độ cao1.1 Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao1.2 Nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao1.3 Tổng quan về mô hình số độ cao toàn cầu và một số công trình nghiêncứu mô hình số độ cao toàn cầu tại Việt Nam

1.4 Vấn đề nghiên cứu của luận vănChương 2 Cơ sở lý thuyết về khảo sát độ chính xác của mô hình số độ cao2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của mô hình số độ cao

2.2 Ước tính độ chính xác của mô hình số độ cao2.3 Cơ sở khoa học đánh giá độ chính xác mô hình số độ caoChưng 3 Thực nghiệm khảo sát độ chính xác mô hình số độ cao SRTM trênphạm vi lãnh thổ Việt Nam

3.1 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu3.2 Khảo sát độ lớn, độ chính xác của độ cao theo mô hình SRTM trên phạm

vi lãnh thổ Việt Nam3.3 Tổng hợp, đánh giá kết quả khảo sát

3

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã đề xuất phương pháp kiểm tra độ chínhxác theo tiêu chí giá trị độ lệch, sai số trung bình, sai số trung phươngMHSĐC để đưa ra các khuyến cáo, đảm bảo đánh giá được độ chính xácMHSĐC toàn cầu trên lãnh thổ Việt Nam

Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp thêm thông tin về độ chính xác củaMHSĐC toàn cầu tại Việt nam, giúp người sử dụng dễ dàng ra quyết định lựachọn khi giải quyết các nhiệm vụ liên quan đến số liệu độ cao địa hình và ứngdụng MHSĐC toàn cầu

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

7 Lời cảm ơn

Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp Bộ Tàinguyên và Môi trường: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học để xây dựng môhình Geoid trên vùng biển của Việt Nam; thử nghiệm cho một vùng điểnhình”, mã số TNMT.2019.07.08

Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhậnđược sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa, Bản đồ

và Thông tin địa lý - trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng

sự giúp đỡ của các nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp tại Cục Bản đồ, BộTổng tham mưu, đặc biệt là TS Nguyễn Xuân Bắc - Phó trưởng bộ môn, phụtrách bộ môn Trắc địa cơ sở Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các tậpthể và cá nhân đã giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

5

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO 1.1 Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao

1.1.1 Khái niệm mô hình số độ cao

Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) là mô hình biểu diễn bềmặt địa hình trong không gian 3 chiều (3D), theo đó mọi vị trí ở trên mặt đấtđều được gắn với giá trị (X,Y,h)

Một cách khái quát mô hình số độ cao (MHSĐC) được định nghĩa là mô

hình mô tả bề mặt địa hình bởi các điểm có toạ độ X, Y, H thoả mãn một hàm đơn trị H = f(X, Y) (1.1) Với bất cứ một vị trí (X, Y), chỉ có một giá trị độ cao

H được xác định trong một MHSĐC Hay MHSĐC là mô hình số khái quát và

biểu diễn bề mặt địa hình trong không gian 3 chiều

Hình 1.1 Mô hình số độ cao biểu diễn bề mặt địa hình

Dưới góc độ toán học MHSĐC được định nghĩa là một dãy hữu hạn các

vectơ 3 chiều của địa hình trên miền D: Vi =(Xi, Yi, Hi), i = 1,2, ,n (1.2),

trong đó (Xi, Yi) là toạ độ mặt phẳng, Hi là độ cao của điểm (Xi, Yi) [12] Khihình chiếu trên mặt phẳng của các vectơ trong dãy được sắp xếp thành một

lưới có quy tắc thì các toạ độ mặt bằng (Xi, Yi) có thể giản lược, lúc đó

MHSĐC trở thành dãy vectơ một chiều (H i , i =1,2, ,n) [5].

MHSĐC mô tả bằng phương pháp số bề mặt Trái đất thông qua các điểm

và đường Thông thường, bề mặt được biểu diễn bằng các điểm phân bố

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

đều hoặc không đều Nếu bề mặt này được hoàn thiện thêm bằng các yếu tốđặc trưng của địa hình (các điểm ghi chú độ cao và các đường đứt gãy) thì gọi

là mô hình số địa hình

MHSĐC có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ,thương mại, dịch vụ, an ninh, quốc phòng, có liên quan đến dữ liệu địa lý[3, 7, 15] Ví dụ như:

- Trong chiết xuất các thông tin về địa hình: độ dốc, hướng dốc, độ lồilõm của sườn dốc, độ dài sườn dốc, độ cong, hướng chảy cục bộ, chỉ số địahình, chỉ số năng lượng dòng chảy, chỉ số vận chuyển trầm tích, tầm nhìn,

- Trong đo vẽ ảnh hàng không và viễn thám: nắn chỉnh ảnh nhằm loại bỏ các sai số gây ra do nguyên lý hình học của máy chụp và chênh cao địa hình

- Trong địa vật lý: cải thiện chất lượng của dữ liệu trọng lực bằng cáchcung cấp các dữ liệu cơ bản cho việc tự động hiệu chỉnh địa hình của các

thông tin trọng lực, nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của địa hình lên mô hình Geoid.

- Trong xây dựng: tính toán khối lượng đào đắp, bố trí công trình,

- Trong viễn thông: tính toán vùng phủ sóng, lựa chọn vị trí thu phát sóng

- Trong hàng không: hệ thống phòng tránh các va chạm hàng không,cảnh báo tiếp cận sân bay và quản lý các chuyến bay, mô phỏng địa hình dùngtrong việc huấn luyện phi công

- Trong địa chất: cung cấp thông tin về địa hình phục vụ tìm kiếm khoáng sản, phân tích địa mạo khu vực;

- Trong khai thác mỏ: thiết kế công trình khai thác, tính toán sự dịch chuyển của mặt đất do các công trình khai thác gây ra

- Trong du lịch: giới thiệu, quảng bá về các địa điểm du lịch, tổ chức các chuyến tham quan ảo

- Trong an ninh, quốc phòng: xây dựng mô hình thực địa phục vụ tácchiến, phân tích địa hình cho các hoạt động của chiến trường như: phân tích

7

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

tầm nhìn và khả năng cơ động của các trang thiết bị cơ giới, phục vụ dẫn đườngcho tên lửa, thiết kế mạng thông tin liên lạc, thành lập công cụ hiển thị hình ảnhđộng trong các mô hình mô phỏng tác chiến phục vụ công tác huấn luyện.

- Trong quản lý và sử dụng đất: đánh giá phân hạng thích nghi đất đai,đánh giá mức độ xói mòn đất, cung cấp dữ liệu địa hình cơ bản để giải các bàitoán quy hoạch sử dụng đất

- Trong thủy văn: dự báo dòng chảy, tính toán lưu vực

- Trong phòng chống thiên tai: Dự báo lũ lụt và đánh giá tác động củachúng, dự báo ảnh hưởng của sóng thần, thiết kế các công trình phòng chống thiên tai,

- Trong sinh học: làm tư liệu phục vụ đánh giá mức độ đa dạng và thíchnghi sinh học

1.1.2 Phân loại mô hình số độ cao

Dựa vào kiểu số liệu, DEM được chia làm hai loại: DEM dạng Raster

và DEM dạng Vector

* DEM dạng RasterTrong mô hình Raster DEM: ma trận các ô vuông gồm các hàng và cột như hình 1.2 Mỗi một ô (cell) chứa giá trị độ cao của điểm trung tâm của ô

Hình 1.2 Cấu trúc dữ liệu dạng Raster

Mô hình DEM dạng Raster được biểu diễn trong hình 1.3

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Hình 1.3 Mô hình DEM dạng Raster

* DEM dạng VectorTrong cấu trúc Vector, DEM có thể được coi như là một tấm lưới tamgiác không đều (Triangle Irregular Nework - TIN) [1] TIN là tập hợp cácđỉnh nối với nhau thành các tam giác, mỗi tam giác được giới hạn bởi 3 điểmxác định về giá trị x, y và z ( độ cao) như hình 1.4

Hình 1.4 Cấu trúc dữ liệu dạng véc tơ

9

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

* DEM dạng TIN

Mô hình DEM dạng TIN được biểu diễn trong hình 1.5:

Hình 1.5 Biểu diễn mô hình DEM dạng TIN Mô hình số độ cao dạng TIN có những đặc điểm sau:

rạc phân bố bất kì

nên bề mặt ba chiều

một tam giác của lưới tam giác Nếu một điểm không phải là đỉnh thì giá trịhình chiếu của nó có được từ phép nội suy tuyến tính (của hai điểm khác nếuđiểm này nằm trên cạnh hoặc của ba điểm nếu điểm này nằm trong

tam giác) Mô hình TIN là mô hình tuyến tính trong không gian 3 chiều

mặt tỷ lệ với độ biến đổi của địa hình Những bề mặt phẳng tương ứng vớimật độ điểm thấp và những địa hình đồi núi có mật độ điểm cao

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

1.2 Nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao

Hiện nay MHSĐC gồm các phương pháp xây dựng cơ bản sau đây:phương pháp đo đạc thực địa, phương pháp đo vẽ ảnh (đo vẽ ảnh giải tích và ảnh

số, dữ liệu ảnh có thể là ảnh hàng không hay ảnh vệ tinh), phương pháp nội suy

từ các đường đồng mức và các yếu tố khác được số hóa trên bản đồ có sẵn,phương pháp ứng dụng công dụng công nghệ laser và phương pháp ứng dụngradar độ mở tổng hợp giao thoa [1] Các phương pháp này khác nhau ở nguồn dữliệu đầu vào, thiết bị máy móc sử dụng, giá thành, độ chính xác, phạm vi và khảnăng ứng dụng Việc thành lập mô hình số độ cao dù tiến hành theo phươngpháp nào cũng bao gồm hai công đoạn là thu thập các trị đo và tạo MHSĐC từcác trị đo này thông qua tính toán nội suy Hai phần này tuy thường được thựchiện một cách riêng biệt nhưng có mối liên hệ qua lại mật thiết với nhau Phầnthu thập các trị đo còn gọi là quá trình lấy mẫu tạo MHSĐC

Hiện nay hầu hết MHSĐC được tạo từ năm nguồn dữ liệu: đo đạc thựcđịa, đo vẽ ảnh hàng không và ảnh vũ trụ (theo các phương pháp thủ công, bán

tự động và tự động), số hóa trên bản đồ đã có sẵn, từ các dữ liệu đo radar độ

mở tổng hợp giao thoa và đo laser đặt trên máy bay [1] Ngoài ra, mô hình số

độ cao các vùng ngập nước và bán ngập nước còn được thành lập từ nguồn dữliệu đo sâu hồi âm

1.2.1 Thu thập số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng phương pháp đo đạc ngoài thực địa

Trong phương pháp này, để đo tọa độ và độ cao của các điểm địa hình

có thể sử dụng máy toàn đạc hoặc máy thu GNSS Các điểm đo chi tiết làđiểm đặc trưng của địa hình Phương pháp này cho MHSĐC có độ chính xácrất cao, có thể đạt tới vài cm Tuy nhiên, nhược điểm lớn của phương pháp làmất thời gian và tốn kém kinh phí nên chỉ áp dụng trong phạm vi nhỏ hoặcvùng có địa hình đặc biệt phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao [1]

Độ chính xác của MHSĐC thành lập bằng phương pháp phụ thuộc

11

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

vào phương pháp, quy trình đo, máy móc đo đạc, thuật toán nội suy và mật

độ điểm đo

1.2.2 Thu thập nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng đo nh

Phương pháp đo ảnh khắc phục được các nhược điểm của phương pháp

đo đạc trực tiếp Đây là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay ở ViệtNam MHSĐC có thể được thành lập theo nhiều quy trình khác nhau Nguồnảnh có thể ở dạng tương tự hoặc ảnh số

Trong phương pháp này, công tác lấy mẫu địa hình có thể được thựchiện một cách thủ công, bán tự động hay tự động Theo phương thức thủcông, toàn bộ số liệu tọa độ X, Y và độ cao Z của các điểm địa hình đều dongười thao tác trực tiếp đo, theo phương thức bán tự động thì người thao tác

có nhiệm vụ đo độ cao Z của điểm địa hình còn tọa độ mặt phẳng X, Y domáy tính điều khiển tự động Theo phương thức tự động thì toàn bộ quá trình

đo lập thể đều do máy tính thực hiện [1]

Cách đo thủ công truyền thống cho kết quả có độ chính xác và độ tincậy cao nhưng chậm và hiệu quả kinh tế thấp, đặc biệt là ở các khu vực đolớn Cách đo tự động thường nhanh và rẻ nhưng lại thường cho kết quả sai tạicác vùng có địa hình phức tạp, chẳng hạn vùng đô thị, vùng rừng, hay cácvùng ít địa vật như bãi cỏ, bãi cát lớn, mặt nước lớn Thực tế cho thấy độchính xác và độ tin cậy của khớp ảnh tự động thấp hơn nhiều so với đo thủcông Khớp ảnh tự động thường có các sai số hệ thống làm cho các điểm độcao được khớp tự động thường nằm cao hơn bề mặt đất, nhất là đối với vùngđịa hình có độ dốc lớn và có nhiều đối tượng nằm cao hơn bề mặt đất Do đó,sau khi đo tự động MHSĐC hầu như luôn phải chỉnh sửa thủ công Trong một

số hệ thống đo vẽ ảnh số người thao tác có thể xác định trước các vùng mà tại

đó khớp ảnh tự động không cho kết quả chính xác, phần mềm khớp ảnh sẽ bỏqua các vùng này để người thao tác tự đo thủ công

Các phương pháp lấy mẫu gồm có:

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

- Phương pháp lấy mẫu theo lưới quy chuẩn (lưới đều)

Số liệu địa hình được xác định trên mô hình lập thể theo một lưới quychuẩn Phương pháp này đơn giản, có độ chính xác và hiệu suất công táctương đối cao nhưng không thể hiện được các điểm đặc trưng địa hình

- Phương pháp lấy mẫu nhích dầnTheo phương pháp lấy mẫu nhích dần, mật độ các điểm lấy mẫu đượclàm thích ứng với độ phức tạp của bề mặt địa hình Việc lấy mẫu và phân tíchkết quả lấy mẫu luôn đi đôi với nhau Đầu tiên, mẫu được lấy với mật độ thưasau đó tăng dần Mật độ của các điểm lấy mẫu thường tăng gấp đôi sau mỗibước Kết quả của việc phân tích sau mỗi bước sẽ quyết định bước lấy mẫutiếp theo Phương thức này cũng có thể được tự động hóa

Phương pháp lấy mẫu nhích dần thường được áp dụng khi trên ảnhkhông có các vùng bị mây che hoặc các địa vật nhân tạo Phương thức này đòihỏi ít điểm phải đo hơn so với phương thức lấy mẫu theo quy chuẩn mà vẫn

có thể tạo ra MHSĐC có độ chính xác cao hơn Tuy nhiên do khi tăng dàylưới vẫn phải áp dụng dạng lưới đều nên vẫn đòi hỏi phải có nhiều điểm thểhiện chính xác các đặc trưng của địa hình

Phương pháp này xác định mật độ điểm lấy mẫu tương đối hợp lý, phùhợp với thực tế địa hình nhưng phải tiến hành nhiều lần tính và đối sánh.Bênh cạnh đó, lưu trữ và quản lý số liệu cũng phức tạp hơn so với phươngthức lấy mẫu theo lưới quy chuẩn

- Phương pháp lấy mẫu lựa chọn đặc trưng địa hìnhTại các vùng có địa hình phức tạp, người đo phải lựa chọn và đo đạc(lấy số liệu) các điểm đặc trưng địa hình để thu nhận các thông tin miêu tả sựthay đổi đột ngột của địa hình Phương pháp lấy mẫu này gọi là lấy mẫu lựachọn Các đặc trưng địa hình được chọn để lấy mẫu bao gồm: đường sống núi,đường tụ thủy, điểm đỉnh núi, điểm yên ngựa, đường đứt gãy Phương pháp

13

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

lấy mẫu này phù hợp với việc xây dựng mô hình số độ cao theo lưới tam giác TIN Tuy nhiên công việc xử lý và lưu trữ số liệu cũng tương đối phức tạp.

- Phương pháp lấy mẫu hỗn hợpĐây là phương pháp kết hợp lấy mẫu nhích dần và lấy mẫu lựa chọnđặc trưng địa hình Phương pháp lấy mẫu lựa chọn dùng để thu nhận cácthông tin miêu tả sự thay đổi đột ngột của địa hình; lấy mẫu nhích dần dùng

để thu nhận số liệu của phần còn lại của địa hình So với phương pháp lấymẫu lựa chọn, khối lượng tăng dày điểm trong phương pháp lấy mẫu nhíchdần được giảm đến mức tối thiểu và sự không liên tục hay gián đoạn của địahình vẫn được thể hiện chính xác nhờ phương thức lấy mẫu lựa chọn Phươngpháp lấy mẫu hỗn hợp cho phép xác định số liệu địa hình với độ chính xáccao Tuy nhiên do việc lấy mẫu các đặc trưng địa hình theo phương thức nàyđòi hỏi phải có sự can thiệp của người thao tác nên phương pháp lấy mẫu hỗnhợp chỉ có thể được tự động hóa một phần

- Phương pháp lấy mẫu bằng hệ thống tự động hóaTheo phương pháp này việc lấy mẫu được tiến hành theo lưới quychuẩn thông qua kỹ thuật khớp ảnh tự động Các hệ thống đo ảnh tự động vàbán tự động gồm có phần mềm ISDC và ISMT của hãng Intergraph (Hoa Kỳ),module ATE trong bộ phần mềm SOCET SET của LH Systems (HoaKỳ),PHODIS TS của hãng Zeiss (Đức), IMAGINE OrthoMAX của ERDAS

Độ chính xác của MHSĐC thành lập theo phương pháp đo vẽ ảnh phụthuộc vào chất lượng, tỷ lệ và độ phân giải của ảnh, độ cao bay chụp, tỷ sốgiữa đường đáy và độ cao bay chụp, độ chính xác của các máy đo vẽ, độchính xác tăng dày khối ảnh, tính chất hình học của mô hình lập thể, độ chínhxác và mức độ chi tiết của các yếu tố đặc trưng địa hình, mật độ và phân bốcủa các điểm được lấy mẫu

Ngoài các phương pháp lấy mẫu trên đây còn có phương pháp lấy mẫutheo đường đồng mức và phương pháp lấy mẫu theo mặt quét

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

1.2.3 Thu thập số liệu xây dựng mô hình số độ cao bằng cách số h a b n đồ địa hình c sẵn

Trong phương pháp này, dữ liệu đầu vào để thành lập MHSĐC chủ yếu

là các đường đồng mức và các điểm đặc trưng địa hình Dữ liệu bản đồ gốc ởdạng giấy được chuyển sang dạng số bằng bàn số hóa hoặc máy quét bản đồ

Độ chính xác của việc số hóa trên bàn số hóa phụ thuộc vào kinh nghiệm, kỹnăng và trạng thái tinh thần của người thao tác, do đó độ chính xác có thểkhông ổn định, khâu kiểm tra độ chính xác kết quả số hóa cũng khó khăn.Thêm vào đó, các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm của phòng làm việc có ảnhhưởng tới độ biến dạng của bản đồ giấy

Việc số hóa các đường đồng mức trên bản đồ có thể thực hiện theophương pháp tự động và bán tự động Phương pháp số hóa tự động cho độchính xác và năng suất cao nhưng đòi hỏi phải có thiết bị quét có độ phân giảicao, ảnh quét phải sạch, rõ ràng, điều này phụ thuộc nhiều vào chất lượng tàiliệu số hóa và kinh nghiệm quét Thông thường phải làm sạch hình ảnh trướckhi số hóa

Phương pháp số hóa bán tự động cũng cho độ chính xác và năng suấtkhá cao Đặc biệt là việc số hóa đơn giản hơn và khâu kiểm tra trên máy tínhcũng thuận tiện hơn phương pháp dùng bàn số hóa

Sau khi đường đồng mức và các đặc trưng địa hình được chuyển sangdạng véc tơ thì có thể sử dụng vào việc xây dựng MHSĐC Các đường đồng mứcphải được gộp sau đó được gán độ cao trước khi đưa vào xây dựng MHSĐC Cácđặc trưng địa hình như điểm ghi chú độ cao, độ cao của các điểm trên đường tụthủy, đường sống núi, các đường đứt gãy đều đưa vào tham gia xây dựngMHSĐC vì dữ liệu của đường đồng mức thường không giúp tạo được MHSĐC

có chất lượng cao, trừ khi được bổ sung thêm điểm đặc trưng địa hình và cácđường đứt gãy Nếu có sẵn bản đồ dưới dạng số thì có thể nhập lớp đường đồngmức với các yếu tố đặc trưng của địa hình và các điểm ghi chú

15

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

độ cao để có thể nội suy MHSĐC.

Phương pháp này tiết kiệm chi phí hơn so với phương pháp đo đạc thựcđịa hay đo vẽ ảnh nhưng có độ chính xác kém hơn Nhiều nước đã thành lập

mô hình số độ cao phủ trùm toàn quốc bằng phương pháp này

Việc sử dụng các dữ liệu của đường đồng mức để xây dựng MHSĐC gặpcác nhược điểm như nhiều điểm được lấy mẫu dọc theo đường đồng mức trongkhi khoảng giữa các đường đồng mức lại hầu như không có mẫu nào Nếu địahình giữa hai đường đồng mức mấp mô và có độ dốc thay đổi nhưng thì thường

bị bỏ qua, không được thể hiện [1] Hơn nữa trong quá trình số hóa bản đồ có thểđưa vào các sai số như sai số làm trơn, sai số tổng hợp hóa… và thiếu nhiềuthông tin gốc do quá trình thành lập bản đồ, như việc lấy, bỏ, chọn lọc, thể hiện

và tổng hợp hóa trên bản đồ Các đường đồng mức thường là sản phẩm nội suy

và do đó chất lượng của MHSĐC thành lập từ các đường đồng mức thường kémhơn MHSĐC từ đo vẽ ảnh hay đo đạc thực địa Chất lượng của MHSĐC khôngthể tốt hơn chất lượng của bản đồ dùng để xây dựng nó Tuy nhiên, để có thểthành lập MHSĐC phủ trùm một vùng rộng lớn với tốc độ nhanh và với giáthành thấp thì phương pháp số hóa bản đồ địa hình có sẵn là một giải pháp hữuhiệu để có được MHSĐC cho các ứng dụng ở tỷ lệ vừa và nhỏ

1.2.4 Phương pháp l y m u cho xây dựng mô hình số độ cao bằng cách ứng dụng công nghệ Laser đặt trên máy bay (LIDAR)

Công nghệ LIDAR sử dụng hệ thống thiết bị đo đặt trên máy bay, baogồm thiết bị đo khoảng cách laser từ máy bay đến điểm trên bề mặt đất, hệthống máy thu GNSS để xác định tọa độ cho máy quét laser và hệ thống dẫnđường quán tính INS [6]

Thiết bị laser có thể quét tuyến địa hình với độ rộng từ vài chục mét tớivài trăm mét nhờ tấm gương quay gắn ở phần đầu của thiết bị quét có tácdụng bẻ chùm tia laser hướng về bề mặt địa hình Tia laser hoạt động theo

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

nguyên lý xung điện hoặc theo nguyên lý sóng có tần số lớn tới vài kHz phát

ra từ nguồn sáng laser Phần năng lượng phản hồi từ bề mặt địa hình hay địavật qua hệ thống quang học được ghi thu lại Trên cơ sở biết thời gian phảnhồi của tín hiệu từ bề mặt địa hình về thiết bị ghi thu và tần số của xung điện

sẽ xác định được khoảng cách D từ điểm địa hình hay địa vật đến máy bay tạithời điểm quét Thiết bị đo dài laser hoạt động trong dải phổ hồng ngoại, cậnhồng ngoại với bước sóng tới 1540nm Độ chính xác đo khoảng cách bằnglaser có thể đạt với sai số mD = ±1cm

Máy thu GNSS được dùng để xác định vị trí không gian của thiết bịquét laser đặt trên máy bay tại thời điểm quét Các kỹ thuật định vị GNSSđược sử dụng gồm DGPS, NRTK, …với các trạm chủ đặt trên mặt đất Hệthống INS thực hiện nhiệm vụ đo gia tốc theo 3 trục X, Y, Z và góc nghiêngcủa máy bay, cho phép xác định vị trí và góc phương vị (ψ) của tia quét lasertại thời điểm quét

Toạ độ không gian X, Y, Z của điểm địa vật hay địa hình sẽ được xác địnhdựa vào độ dài (D) và góc phương vị tương ứng (ψ) trong hệ thống toạ độWGS84 Hình 1.6 - mô phỏng nguyên lý làm việc của hệ thống LIDAR [1]

Các điểm phản xạ của từng xung laser được phân loại thành các nhómđiểm mặt đất, trên ngọn cây, bề mặt các công trình xây dựng… Sau khi được

xử lý, các điểm này tạo nên mô hình số độ cao và mô hình số bề mặt.MHSĐC được thành lập theo công nghệ LIDAR nhanh hơn so với đo vẽ ảnh,

có thể đo được cả ngày lẫn đêm Độ chính xác của MHSĐC thành lập bằngcông nghệ LIDAR khá cao, hiện nay có thể đạt được là khoảng 15cm (độchính xác tuyệt đối) và 5cm (độ chính xác tương đối giữa các điểm liền kề)

17

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Hình 1.6 Nguyên lý của công nghệ LIDARMật độ của các điểm MHSĐC rất dày (1m) Thiết bị LIDAR rất đắt tiền

và việc lắp đặt, tích hợp các máy thu, bộ cảm khá phức tạp Do công nghệLIDAR vận hành với khoảng dải phổ cận hồng ngoại, một số đối tượng trên

bề mặt đất như nước (phụ thuộc vào góc chụp), nhựa đường mới, mái nhà lợpgiấy dầu và một số mái ván lợp hấp thụ các xung laser trong các bước sóngnày tạo nên các “lỗ hổng” nên không có dữ liệu trong kết quả

Tại một số nước phát triển, chẳng hạn tại một số bang của Đức, các cơquan đo đạc đã chuyển từ công nghệ đo ảnh sang công nghệ LIDAR để thànhlập MHSĐC Để xây dựng MHSĐC thì tại các khu vực quang đãng công nghệ

đo ảnh có hiệu quả kinh tế lớn, còn tại các vùng rừng thì công nghệ LIDARlại tỏ ra có ưu thế hơn

Trong thành lập MHSĐC bằng công nghệ LIDAR, các sai số có thểphát sinh từ các nguồn sau:

- Độ chính xác thiết bị đầu quét Laser, LRF, IMU, GPS

- Sai số về độ cao của từng điểm quét (LIDAR points)

- Sai số về độ cao của mô hình do ảnh hưởng của sai số trên mặt phẳng cùng với độ dốc của địa hình

-Sai số do nhận dạng điểm sai (điểm trên mặt đất hay điểm trên đối tượng)

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

- Sai số do quá trình nội suy thành lập MHSĐC.

- Mô hình toán học xây dựng DEM Hàm mô tả bề mặt DEM có thể được viết dưới dạng tổng quát như sau:

Trong đó: X,Y là giá trị tọa độ thực địa xác định bằng hệ thốngLIDAR; ai là các tham số toán học xác định mô hình thành lập DEM; n là mật

độ điểm quét (đ/m2); ki là mức độ phức tạp của địa hình

1.2.5 Phương pháp l y m u cho xây dựng mô hình số độ cao bằng cách ứng dụng công nghệ RADAR độ mở tổng hợp giao thoa (INSAR)

Trong khi công nghệ LIDAR được áp dụng trên máy bay thì công nghệINSAR được áp dụng cả trên máy bay lẫn trên vệ tinh, tàu vũ trụ Nói chungcông nghệ INSAR có hiệu quả và kinh tế hơn khi được áp dụng cho các vùnglớn, còn công nghệ LIDAR sẽ phù hợp hơn cho các ứng dụng đòi hỏi có đượccác thông tin chi tiết về các đối tượng bề mặt đất, đặc biệt tại một số khu vựcchẳng hạn khu xây dựng hay vùng rừng

Trong công nghệ INSAR, độ cao của bề mặt đất có thể được tính toánthông qua sự lệch pha giữa các tín hiệu radar phản xạ được thu bởi hai vị tríăng ten gần nhau Hai ảnh radar có thể được thu từ cùng một ăng ten nhưng ởhai thời điểm khác nhau hoặc được thu đồng thời nếu có hai ăng ten được đặt

ở hai đầu của một “cạnh đáy” như trường hợp của dữ liệu SRTM Thiết bị củaSRTM bao gồm hai ăng ten Theo đó ăng ten có chức năng vừa thu vừa pháttín hiệu, ăng ten còn lại đặt ở đầu kia của cạnh đáy và chỉ có chức năng thu.Ăng ten chính liên tục phát tín hiệu xuống bề mặt đất Tín hiệu phản xạ từ bềmặt đất được cả hai ăng ten thu Khoảng cách giữa hai ăng ten là cố định(trong trường hợp của SRTM là 60m) Khoảng cách giữa hai ăng ten càng lớnthì độ chính xác xác định độ cao của các điểm bề mặt đất càng cao SRTM sửdụng hai loại sóng: sóng X (λ = 3,1cm) và sóng C (λ = 6,0cm) Độ chính xáccủa MHSĐC được thành lập từ các dữ liệu sóng X là khoảng 3m (tương đối)

19

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

và 6m (tuyệt đối) [1] Sử dụng INSAR sai phân tại các thời điểm khác nhau cóthể xác định được mức độ thay đổi về độ cao của bề mặt gây ra do động đất,chuyển động kiến tạo, sụt lở đất tại các vùng mỏ hay hoạt động của núi lửavới độ chính xác cao Độ chính xác tương đối có thể đạt tới 1cm.

1.3 Tổng quan về mô hình số độ cao toàn cầu và một số công trình nghiên cứu mô hình số độ cao toàn cầu tại Việt Nam

1.3.1 Tổng quan về mô hình số độ cao toàn cầu

MHSĐC toàn cầu được thành lập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau vàbởi các tổ chức khác nhau, tiêu biểu trong số đó có là các mô hình GTOPO30,SRTM và Aster

a Mô hình GTOPO30

GTOPO30 được thành lập dựa trên sự hợp tác của nhiều tổ chức, trong

đó dẫn đầu là trung tâm dữ liệu EROS của Viện Đo đạc Địa chất của Mỹ ởSioux Falls, South Dakota Mô hình GTOPO30 sử dụng hệ tọa độ WGS84 vàcho độ cao chuẩn với khoảng cách mắt lưới là 30 giây (khoảng 1 km).GTOPO30 bao trùm từ vĩ độ từ 90 độ Bắc đến 90 độ Nam và trải rộng từ kinh

độ 180 độ Tây đến 180 độ Đông Độ cao theo mô hình GTOPO30 nằm trongkhoảng từ -407 đến 8,752 mét Trong mô hình này, các điểm trên đại dươngkhông có giá trị độ cao và nhận một giá trị mặc định là -9999

Mô hình GTOPO30 được chia thành 33 phần (33 mảnh):

thành 27 phần, mỗi phần có khoảng cách vĩ độ 50 ogồm 6.000 hàng 4.800 cột

o độ vĩ Bắc: được chia

và kinh độ 40 o và bao

- Vùng Nam cực (vĩ độ 90 o độ nam đến 60 o độ Nam) được chia thành 6phần, mỗi phần có khoảng cách vĩ độ là 30 o và kinh độ là 60 o, với mỗi ô có3.600 hàng và 7.200 cột

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Theo cách phân chia trên đây, các tệp dữ liệu không có độ chồng phủ.Tên mảnh/tệp dữ liệu được đặt theo quan đến kinh độ và vĩ độ ở góc trên bêntrái của mảnh Ví dụ, các tọa độ của góc trên bên trái của mảnh E020N40 là

Tập hợp dữ liệu của SRTM bao trùm lên phần diện tích khoảng 56 độ

vĩ Nam và 60 độ vĩ Bắc, trong đó bao gồm gần như chính xác 80% tổng sốdiện tích của bề mặt Trái đất SRTM được chia thành các ô với khoảng cách

23

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

mắt lưới về mặt phẳng là 30”, ngoại trừ phần dữ liệu không mở rộng phíadưới 60 độ vĩ Nam Hệ tọa độ sử dụng Ellipsoid WGS84 Đơn vị của độ cao

là mét tính theo mực nước biển trung bình Các giá trị độ cao nằm trongkhoảng từ -407 mét đến 8,752 mét Trong mô hình số độ cao này, các đạidương được cho là “không có dữ liệu” thì được gán cho giá trị là -9999 Cácvùng bờ biên thấp có giá trị độ cao nhỏ nhất là 1 mét, vì vậy trong mô hìnhnày sử dụng giá trị độ cao từ -9999 đến 0 dễ thể hiện đường bao Do bởi cấutrúc tự nhiên của ảnh DEM, các đảo nhỏ ở đại dương có diện tích nhỏ hơn 1

km2 thì không được thể hiện trên hình ảnh

Trước đây, dữ liệu SRTM cho các vùng ngoài nước Mỹ được lấy mẫu

và công bố ở mức độ phân giải 3” tương đương với 90 mét Dừ liệu mới đượcthực hiện với độ phân giải 1” tương đương với 30 mét Dữ liệu ở Châu Phi vàxung quanh khu vực này đã được thực hiện Kế hoạch vào cuối năm 2014, dữliệu sẽ bao gồm cả vùng Nam Mỹ và phía Nam Bắc Mỹ Ngày 23 tháng 9năm 2014, Nhà Trắng đã thông báo rằng dữ liệu địa hình SRTM có độ phângiải cao nhất từ năm 2000 sẽ được thay thế dừ liệu cũ trên toàn cầu vào nhữngnăm tới

Mô hình SRTM gồm ba loại:

- SRTM30: độ phân giải của mô hình là 30‟

- SRTM3: độ phân giải của mô hình là 3‟

- SRTM1: độ phân giải của mô hình là 1‟

Tương tự mô hình GTOPO30, các tệp dữ liệu của mô hình SRTMkhông có độ chồng phủ Tên mảnh/tệp dữ liệu được đặt theo quan đến kinh độ

và vĩ độ ở góc trên bên trái của mảnh

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Bảng 1.2 Thông tin về các mảnh trong mô hình SRTM30

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Mô hình số độ cao ASTER được phát triển bởi cơ quan Hàng không và

Vũ trụ của Hoa Kỳ (NASA) và Bộ Công nghiệp, Thương mại và Kinh tế củaNhật Bản (MEITI) Sai số trung phương của độ cao nằm trong khoảng từ 10đến 25 m

Mô hình ASTER phủ trong phạm vi từ 83 ° vĩ độ Bắc đến và 83 ° vĩ độnam, bao gồm 22,702 cảnh, mỗi cảnh có kích thước 60km x 60 km TệpASTER GDEM được phân phối dưới dạng các tệp có định dạng GeoTIFF Hệtọa độ của SRTM là WGS84 và hệ tham chiếu độ cao là geoid EGM96

Mô hình ASTER GDEM được khai thác từ internet Dữ liệu dùng

để đánh giá độ chính xác bao gồm các tệp như sau:

Do vậy, cần nghiên cứu độ chính xác thực tế của MHSĐC toàn cầu SRTM(Shuttle Radar Topography Mission - mô hình được sử dụng để xây dựng mô

27

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

hình trọng trường Trái đất EGM96, EGM2008) Mô hình số độ cao (MHSĐC)

là sản phẩm của sự phát triển về khoa học công nghệ được tạo nên từ dữ liệu

độ cao địa hình MHSĐC có vai trò rất lớn trong nghiên cứu khoa học cũngnhư thực tế sản xuất: xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý, giámsát khí hậu, nghiên cứu tính toán kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng,…

Đề tài mã số TNMT.07.40 của TS Bùi Thị Hồng Thắm 2015 „„Sửdụng số liệu địa hình để nâng cao độ chính xác dữ liệu của thế trọng trườngtrên phạm vi lãnh thổ Việt Nam” [8] Trong đề tài tác giả đã đánh giá độchính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trên lãnh thổ Việt Nam với

822 điểm GPS Nhà nước (234 điểm hạng I, 199 điểm hạng II và 389 điểmhạng III) được sử dụng để làm cơ sở đánh giá độ chính xác mô hình SRTM.Tác giả đưa ra quy trình thực hiện hai phương án khác nhau để đánh giá độchính xác của mô hình Và lựa chọn quy trình thực hiện đánh giá sau: khi sốliệu của mô hình SRTM được chuyển về hệ tọa độ và độ cao quốc gia củaViệt Nam, xác định độ cao của các điểm GPS Nhà nước theo mô hình này để

từ đó, giá trị độ lệch về độ cao của các điểm GPS được tính toán

Kết quả cho thấy, độ chính xác đạt được của SRTM trên lãnh thổ ViệtNam trung bình nhỏ hơn 4.5 mét Điểm có độ chính xác nhỏ nhất là 0.001mét, lớn nhất là 28.106 mét 83.6% tổng số điểm GPS có độ chính xác nhỏhơn 7 mét, 7.3% có có độ chính xác lớn hơn 10 mét Như vậy, độ chính xácthực tế của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM đã được xác định trên toàn lãnhthổ Việt Nam Đây là nguồn số liệu định lượng quan trọng giúp cho người sửdụng có những quyết định và lựa chọn đúng đắn khi sử dụng dữ liệu của môhình Dữ liệu của mô hình số độ cao SRTM - cùng với các mô hình số độ caohiện có của Việt Nam - góp phần làm phong phú thêm cơ sở hạ tầng thông tinđịa lý của nước ta

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

Tuy nhiên cần chú rằng tác giả sử dụng 822 điểm GPS Nhà nước trongđánh giá độ chính xác của mô hình, đây là những điểm khống chế được thiết

kế và xây dựng đảm bảo các yếu tố thuận lợi về địa hình và thông thoáng choviệc thu nhận tín hiệu vệ tinh Chính vì vậy độ chính xác của các điểm nàytrong mô hình SRTM có khả năng đạt được cao hơn so với các điểm thôngthường (hạn chế về địa hình, lớp phủ, góc ngưỡng, ) Hay nói cách khác, kếtquả của đề tài có thể áp dụng cho các khu vực thông thoáng, xác định độ caocủa các điểm khống chế với độ chính xác trung bình phục vụ cho công việcphù hợp Và cần bổ sung đánh giá cho các điểm với địa hình đa dạng, lớp phủkhác nhau

Hiện nay nguồn dữ liệu mô hình số độ cao được đăng tải và phổ biếnrộng rãi từ rất nhiều nguồn cung cấp khác nhau trên internet, các nguồn DEMmiễn phí dùng cho các mục đích nghiên cứu về địa chất, khí tượng thủy văn thường có độ phân giải từ 30m/pixel tới 1km/pixel và rất đa dạng GS TS.Phan Trọng Trịnh thực hiện đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu hoạt động địađộng lực hiện đại khu vực Tây Nguyên dự báo các dạng tai biến địa chất ở cácvùng đập, hồ chứa và đề xuất các giải pháp phòng tránh” trong chương trìnhphát triển Tây Nguyên 03 của Viện Hàn Lâm Khoa học và công nghệ ViệtNam, trong đề tài cần những nguồn số liệu bản đồ DEM của khu vực TâyNguyên phục vụ cho công tác nghiên cứu [9] Trong ứng dụng nghiên cứu địađộng lực của bản đồ mô hình số độ cao DEM ở khu vực Tây Nguyên có rấtnhiều các ứng dụng của bản đồ DEM, như xây dựng bản đồ độ dốc, hướngdốc cho khu vực Tây Nguyên, thành lập những mặt cắt địa hình cho nghiêncứu địa mạo, xây dựng bản đồ Lineament đứt gãy kiến tạo cho khu vực TâyNguyên làm tiền đề cho nghiên cứu những giải pháp phòng tránh các nguy cơtai biến cho Tây Nguyên Nguồn dữ liệu mô hình số độ cao ASTER GDEMđược tác giả tải về trên 2 trang web chính thức của trung tâm phân tích dữ liệu

từ xa Trái Đất (ERSDAC) của Nhật Bản với đường link là:

29

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si

http://gdem ersdac jspacesystems or jp/search jsp, và trang web của Cụckhảo sát địa chất Hoa Kỳ (USGS) với đường link: http://gdex cr usgs.gov/gdex/ mục ASTER Global DEM hoặc mục ASTER Global DEM V2phần Map layer Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, Trần Hữu Hải thành lập bản

đồ mô hình số độ cao vùng Tây Nguyên độ phân giải 30m, 90m; Bản đồLineament được xây dựng từ trên nền bản đồ mô hình số độ cao khu vực TâyNguyên; đưa ra phương pháp xử lý bản đồ mô hình số độ cao DEM bằng ứngdụng các phần mềm của công nghệ GIS hiện nay như ArcGis, Mapinfor,Global Mapper, Google Earth Pro,…

Tuy nhiên trong đề tài mới tiếp cận nguồn dữ liệu và xây dựng DEM,

mà chưa chú ý đến việc đánh giá độ chính xác của mô hình ứng với khu vựcnghiên cứu Trong nghiên cứu địa động vẫn cần đến những kết quả đánh giá

độ chính xác của mô hình DEM ứng với khu vực nghiên cứu, từ đó đưa ra cáckhuyến cáo về độ chính xác của mô hình, tính phù hợp của mô hình với cácnghiên cứu chuyên sâu

PGS.TS Trần Quốc Bình thực hiện đề tài QT-07-36 „„ Nghiên cứu đềxuất phương pháp kiểm định độ chính xác của MHSĐC (lấy ví dụ vùng trung

du và miền núi phía Bắc” [1] Đề tài nghiên cứu nghiên cứu cơ sở khoa học về

độ chính xác của MHSĐC và các phương pháp kiểm định độ chính xác củaMHSĐC; Đưa ra một số nội dung, giải pháp nhằm hoàn thiện công tác kiểmđịnh độ chính xác của MHSĐC, trên cơ sở đó đề xuất một phương pháp kiểmđịnh độ chính xác của MHSĐC phù hợp với điều kiện của Việt Nam Đề tài

đã đạt được những kết quả nghiên cứu sau: Đề xuất phương pháp tính khoảngcách lấy mẫu tối ưu trong thành lập mô hình số độ cao bằng công nghệ ảnhsố; Đề xuất phương pháp kiểm định độ chính xác của mô hình số độ cao với

15 nội dung, trong đó có 5 nội dung được đề tài đề xuất hay cải tiến những ýtưởng đã có, đó là: sử dụng GIS để đánh giá mật độ các điểm đo trong dữ liệunguồn, khoanh vùng những khu vực có độ xám đồng nhất trên

luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si