Nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác cho mô hình số độ cao toàn cầu

Tài liệu chuyên sâu Giải pháp đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao toàn cầu, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho chuyên

• Tác giả: Nguyễn Trọng Thành
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Bắc
• Trường học: Trường Đại Học Tài Nguyên Và Môi Trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
• Đề tài: Giải Pháp Đánh Giá Độ Chính Xác Mô Hình Số Độ Cao Toàn Cầu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO
• 1.1. Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao
• 1.2. Nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao
• 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
• 1.4. Vấn đề nghiên cứu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO
• 2.1. 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 cao
• 2.3. Cơ sở khoa học đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO SRTM TRÊN PHẠM VI LÃNH THỔ VIỆT NAM
• 3.1. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu
• 3.2. Khảo sát độ lớn, độ chính xác của độ cao theo mô hình SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam
• 3.3. Tổng hợp, đánh giá kết quả khảo sát
• 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 6.1. Ý nghĩa khoa học
• 6.2. Ý nghĩa thực tiễn
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình số độ cao

Mô hình số độ cao (MHSĐC) là một công cụ quan trọng trong việc biểu diễn bề mặt địa hình trong không gian ba chiều. MHSĐC được định nghĩa là mô hình mô tả bề mặt địa hình thông qua các điểm có tọa độ X, Y và độ cao H. MHSĐC có thể được phân loại thành hai dạng chính: dạng Raster và dạng Vector. Mô hình Raster sử dụng ma trận các ô vuông để biểu diễn độ cao, trong khi mô hình Vector sử dụng cấu trúc lưới tam giác không đều (TIN) để mô tả bề mặt địa hình. MHSĐC có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như đo đạc bản đồ, xây dựng, viễn thông, và quản lý tài nguyên thiên nhiên. Việc hiểu rõ về MHSĐC và các phương pháp xây dựng nó là rất cần thiết để đảm bảo độ chính xác trong các ứng dụng thực tiễn.

1.1 Khái niệm mô hình số độ cao

MHSĐC là mô hình biểu diễn bề mặt địa hình trong không gian ba chiều, với mỗi vị trí trên mặt đất được gán một giá trị độ cao cụ thể. MHSĐC có thể được sử dụng để phân tích các thông tin địa hình như độ dốc, hướng dốc, và các chỉ số địa hình khác. MHSĐC không chỉ là một công cụ trong khoa học địa lý mà còn là một phần thiết yếu trong hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia. Việc phát triển và ứng dụng MHSĐC ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh hiện đại, khi mà nhu cầu về thông tin địa lý chính xác ngày càng cao.

1.2 Phân loại mô hình số độ cao

MHSĐC được chia thành hai loại chính: DEM dạng Raster và DEM dạng Vector. DEM dạng Raster sử dụng ma trận ô vuông để biểu diễn độ cao, trong khi DEM dạng Vector sử dụng cấu trúc TIN để mô tả bề mặt địa hình. Mỗi loại mô hình có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Việc lựa chọn loại mô hình phù hợp sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả của các phân tích địa lý.

II. Cơ sở lý thuyết về khảo sát độ chính xác của mô hình số độ cao

Độ chính xác của MHSĐC là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tính tin cậy của các ứng dụng liên quan đến dữ liệu địa lý. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bao gồm chất lượng dữ liệu đầu vào, phương pháp thu thập dữ liệu, và các kỹ thuật xử lý dữ liệu. Việc ước tính độ chính xác của MHSĐC thường được thực hiện thông qua các chỉ tiêu như sai số trung bình và sai số trung phương. Cơ sở lý thuyết về khảo sát độ chính xác giúp xác định các tiêu chí đánh giá và phương pháp kiểm tra độ chính xác của MHSĐC, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho việc sử dụng MHSĐC trong thực tiễn.

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

Độ chính xác của MHSĐC phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng dữ liệu đầu vào, phương pháp thu thập dữ liệu, và kỹ thuật xử lý. Các yếu tố này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của các giá trị độ cao được mô hình hóa. Việc hiểu rõ các yếu tố này là cần thiết để cải thiện độ chính xác của MHSĐC và đảm bảo tính tin cậy trong các ứng dụng thực tiễn.

2.2 Ước tính độ chính xác của mô hình số độ cao

Để đánh giá độ chính xác của MHSĐC, các phương pháp ước tính như sai số trung bình và sai số trung phương thường được sử dụng. Những phương pháp này giúp xác định mức độ phù hợp của MHSĐC với dữ liệu thực tế. Việc ước tính độ chính xác không chỉ giúp cải thiện chất lượng của MHSĐC mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho người sử dụng trong việc ra quyết định.

III. Thực nghiệm khảo sát độ chính xác mô hình số độ cao SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam

Nghiên cứu thực nghiệm về độ chính xác của mô hình số độ cao SRTM trên lãnh thổ Việt Nam đã chỉ ra rằng mô hình này có sự phù hợp tốt với các khu vực khác nhau. Kết quả khảo sát cho thấy độ chính xác của mô hình SRTM đạt được ở các mức phân giải khác nhau, với sai số trung bình và sai số trung phương được tính toán cho từng vùng. Việc đánh giá độ chính xác của mô hình SRTM không chỉ giúp xác định khả năng ứng dụng của nó mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai.

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

Khu vực nghiên cứu bao gồm các vùng Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Nam Bộ của Việt Nam. Nguồn số liệu được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50000 và 1/10000, cùng với các dữ liệu GNSS. Việc lựa chọn khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của kết quả khảo sát.

3.2 Khảo sát độ lớn độ chính xác của độ cao theo mô hình SRTM

Kết quả khảo sát cho thấy mô hình SRTM có độ chính xác cao ở các mức phân giải khác nhau. Đặc biệt, mô hình SRTM đạt được độ chính xác tốt nhất ở vùng Nam Bộ và Bắc Trung Bộ. Việc đánh giá độ chính xác của mô hình SRTM giúp xác định khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như quản lý tài nguyên thiên nhiên, quy hoạch đô thị và phòng chống thiên tai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mô hình số độ cao (MHSĐC) là một sản phẩm quan trọng trong lĩnh vực đo đạc bản đồ và quản lý tài nguyên thiên nhiên, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như xây dựng, thủy lợi, môi trường, viễn thông và quốc phòng. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng MHSĐC ngày càng tăng, đặc biệt trong bối cảnh phát triển cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia (NSDI). Tuy nhiên, việc đánh giá độ chính xác của các mô hình số độ cao toàn cầu như Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) vẫn còn hạn chế, đặc biệt là trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam với địa hình đa dạng và phức tạp.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trên lãnh thổ Việt Nam, sử dụng các bộ dữ liệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 phủ trùm toàn quốc và tỷ lệ 1/10.000 tại một số khu vực, cùng với số liệu đo GNSS và thủy chuẩn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm bốn vùng địa lý chính: Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Nam Bộ, với các mức phân giải 30 m, 90 m và 900 m của mô hình SRTM. Mục tiêu nhằm xác định mức độ phù hợp và sai số của mô hình SRTM để phục vụ các ứng dụng thực tiễn trong quản lý tài nguyên và môi trường.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp thông tin định lượng về độ chính xác của MHSĐC toàn cầu tại Việt Nam, giúp người sử dụng lựa chọn dữ liệu phù hợp cho các nhiệm vụ chuyên môn. Đồng thời, luận văn góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM), trong đó tập trung vào:

• Khái niệm và phân loại MHSĐC: MHSĐC là mô hình biểu diễn bề mặt địa hình trong không gian ba chiều, với các dạng dữ liệu chính là Raster và Vector (TIN). MHSĐC được sử dụng để mô tả địa hình phục vụ nhiều ứng dụng khoa học và thực tiễn.
• Nguồn số liệu xây dựng MHSĐC: Bao gồm đo đạc thực địa, đo vẽ ảnh hàng không và vệ tinh, số hóa bản đồ địa hình, công nghệ LIDAR và công nghệ radar độ mở tổng hợp giao thoa (INSAR).
• Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác MHSĐC: Mức độ gồ ghề của địa hình, phương pháp nội suy, độ chính xác, mật độ và phân bố điểm đo trong dữ liệu nguồn.
• Phương pháp ước tính độ chính xác MHSĐC: Sử dụng các chỉ tiêu như trị trung bình độ lệch, sai số trung phương (RMSE), sai số trung bình trị tuyệt đối, và tiêu chuẩn quốc tế NSSDA.
• Phương pháp đánh giá độ chính xác điểm độ cao: Đồng nhất hệ tọa độ và hệ độ cao giữa dữ liệu mô hình và dữ liệu kiểm tra, xây dựng mô hình số độ cao cục bộ từ điểm kiểm tra, so sánh và tính toán sai số.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu mô hình số độ cao toàn cầu SRTM với các mức phân giải 30 m, 90 m và 900 m; bản đồ địa hình tỷ lệ 1/50.000 phủ trùm toàn quốc và tỷ lệ 1/10.000 tại một số khu vực; số liệu đo GNSS và thủy chuẩn tại 7 công trình kiểm tra.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn điểm kiểm tra phân bố đều trên bốn vùng địa lý chính của Việt Nam (Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Nam Bộ) với tổng số lượng điểm lớn nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.
• Phương pháp phân tích: Đồng nhất hệ tọa độ và hệ độ cao giữa dữ liệu mô hình và dữ liệu kiểm tra; chiết xuất giá trị độ cao từ mô hình SRTM tại các điểm kiểm tra; tính toán độ lệch độ cao giữa mô hình và dữ liệu thực địa; sử dụng các chỉ tiêu thống kê như trị trung bình độ lệch, trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch, sai số trung phương (RMSE) để đánh giá độ chính xác.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình thu thập và xử lý dữ liệu diễn ra trong năm 2018, với các bước khảo sát thực địa, xử lý dữ liệu mô hình, phân tích và tổng hợp kết quả hoàn thành trong vòng 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác trung bình của mô hình SRTM trên toàn lãnh thổ Việt Nam: Mức phân giải 30 m đạt giá trị trung bình trị tuyệt đối độ lệch nhỏ hơn 36,88 m; phân giải 90 m đạt 40,64 m; phân giải 900 m đạt 73,77 m. Sai số trung phương lần lượt là 50,3 m, 50,8 m và 70 m.

2. Độ chính xác theo vùng địa lý: Vùng Nam Bộ và Bắc Trung Bộ có độ chính xác cao nhất với mức phân giải 30 m đạt trung bình nhỏ hơn 6,1 m; vùng Bắc Trung Bộ với phân giải 90 m đạt trung bình nhỏ hơn 7,8 m; phân giải 900 m đạt trung bình nhỏ hơn 33,3 m.

3. Đánh giá độ chính xác tại các điểm kiểm tra GNSS và thủy chuẩn: Kết quả so sánh với số liệu đo thực địa tại vùng Bắc Trung Bộ cho thấy sự phù hợp rất tốt, với sai số trung bình và sai số trung phương thấp, khẳng định tính tin cậy của mô hình SRTM trong điều kiện địa hình đa dạng.

4. Phân tích sai số theo tiêu chí sai số trung phương: Mức độ phù hợp của mô hình SRTM thể hiện rõ nét nhất ở vùng Nam Bộ và Bắc Trung Bộ, tiếp theo là Nam Trung Bộ và Bắc Bộ, phản ánh ảnh hưởng của đặc điểm địa hình và lớp phủ thực vật đến độ chính xác mô hình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về độ chính xác giữa các vùng là do đặc điểm địa hình và điều kiện phủ thực vật khác nhau. Vùng Nam Bộ và Bắc Trung Bộ có địa hình tương đối bằng phẳng hoặc ít gồ ghề hơn, giúp mô hình SRTM đạt độ chính xác cao hơn. Ngược lại, vùng Bắc Bộ với địa hình đồi núi phức tạp hơn dẫn đến sai số lớn hơn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả luận văn phù hợp với báo cáo của ngành và các công trình nghiên cứu trong nước, đồng thời mở rộng phạm vi đánh giá với số lượng điểm kiểm tra lớn hơn và phân tích chi tiết theo vùng. Việc sử dụng các chỉ tiêu thống kê đa dạng giúp đánh giá toàn diện hơn về độ chính xác mô hình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố sai số theo vùng và bảng thống kê chi tiết các chỉ tiêu độ chính xác, giúp người sử dụng dễ dàng nhận biết mức độ phù hợp của mô hình SRTM cho từng khu vực cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường thu thập và cập nhật số liệu kiểm tra thực địa: Đề xuất Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các đơn vị liên quan xây dựng hệ thống điểm kiểm tra GNSS và thủy chuẩn phân bố đều trên toàn quốc, nhằm nâng cao độ tin cậy trong đánh giá mô hình số độ cao. Thời gian thực hiện: 2 năm.

2. Phát triển phần mềm và công cụ tự động đánh giá độ chính xác MHSĐC: Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ phát triển các giải pháp phần mềm tích hợp GIS để tự động hóa quá trình so sánh và phân tích sai số mô hình, giảm thiểu nhân lực và tăng hiệu quả. Thời gian thực hiện: 1-2 năm.

3. Áp dụng mô hình SRTM cho các ứng dụng phù hợp theo vùng: Đề nghị các cơ quan quản lý và chuyên gia lựa chọn mức phân giải và mô hình phù hợp với đặc điểm địa hình từng vùng, ưu tiên sử dụng phân giải 30 m cho vùng đồng bằng và phân giải 90 m hoặc 900 m cho vùng núi nhằm cân bằng giữa độ chính xác và chi phí xử lý.

4. Nâng cao nhận thức và đào tạo chuyên môn về MHSĐC: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo chuyên sâu về kỹ thuật xây dựng và đánh giá mô hình số độ cao cho cán bộ kỹ thuật và nhà quản lý, nhằm nâng cao năng lực sử dụng và khai thác dữ liệu hiệu quả. Thời gian thực hiện: liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm bản đồ số.

2. Cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường: Thông tin về độ chính xác mô hình SRTM giúp các đơn vị này lựa chọn dữ liệu phù hợp cho công tác quy hoạch, giám sát và quản lý tài nguyên thiên nhiên.

3. Doanh nghiệp công nghệ GIS và viễn thám: Các công ty phát triển phần mềm và dịch vụ GIS có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến công cụ phân tích địa hình và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4. Các tổ chức nghiên cứu khí tượng, thủy văn và phòng chống thiên tai: MHSĐC chính xác là cơ sở quan trọng cho các mô hình dự báo, phân tích dòng chảy và đánh giá tác động thiên tai, giúp nâng cao hiệu quả công tác phòng ngừa và ứng phó.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình số độ cao SRTM có độ chính xác như thế nào tại Việt Nam?
   Mô hình SRTM với độ phân giải 30 m có độ chính xác trung bình trị tuyệt đối độ lệch nhỏ hơn 36,88 m trên toàn lãnh thổ Việt Nam, với sai số trung phương khoảng 50,3 m. Độ chính xác cao hơn được ghi nhận ở vùng Nam Bộ và Bắc Trung Bộ.

2. Phương pháp đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao được sử dụng trong nghiên cứu là gì?
   Luận văn sử dụng phương pháp so sánh giá trị độ cao chiết xuất từ mô hình SRTM với số liệu đo thực địa GNSS và thủy chuẩn, tính toán các chỉ tiêu thống kê như trị trung bình độ lệch, trị trung bình trị tuyệt đối và sai số trung phương (RMSE).

3. Tại sao độ chính xác mô hình SRTM khác nhau giữa các vùng địa lý?
   Độ chính xác phụ thuộc vào đặc điểm địa hình và lớp phủ thực vật. Vùng đồng bằng và ít gồ ghề như Nam Bộ có độ chính xác cao hơn, trong khi vùng núi phức tạp như Bắc Bộ có sai số lớn hơn do địa hình đa dạng và khó mô hình hóa.

4. Mô hình số độ cao SRTM có thể ứng dụng trong những lĩnh vực nào?
   SRTM được ứng dụng trong đo đạc bản đồ, quy hoạch xây dựng, quản lý tài nguyên, nghiên cứu môi trường, dự báo thiên tai, viễn thông và quốc phòng, nhờ khả năng cung cấp dữ liệu địa hình toàn cầu với độ phân giải phù hợp.

5. Làm thế nào để nâng cao độ chính xác của mô hình số độ cao tại Việt Nam?
   Cần tăng cường thu thập số liệu thực địa đa dạng, áp dụng các công nghệ đo đạc hiện đại như LIDAR, cải tiến phương pháp nội suy và xây dựng hệ thống đánh giá độ chính xác tự động, đồng thời đào tạo chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật.

Kết luận

• Luận văn đã khảo sát và đánh giá độ chính xác của mô hình số độ cao toàn cầu SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam với số lượng điểm kiểm tra lớn và phân tích chi tiết theo vùng địa lý.
• Kết quả cho thấy mô hình SRTM phù hợp với điều kiện địa hình Việt Nam, đặc biệt ở các vùng đồng bằng và trung du, với sai số trung bình trị tuyệt đối độ lệch dưới 37 m ở phân giải 30 m.
• Phương pháp đánh giá độ chính xác dựa trên so sánh với số liệu GNSS và thủy chuẩn được thực hiện đồng bộ, đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy cao.
• Luận văn đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng và ứng dụng mô hình số độ cao, góp phần phát triển cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng hệ thống điểm kiểm tra, phát triển công cụ đánh giá tự động và đào tạo chuyên môn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình số độ cao trong thực tiễn.

Các cơ quan và tổ chức liên quan nên phối hợp triển khai các đề xuất nhằm nâng cao chất lượng dữ liệu địa hình, phục vụ phát triển bền vững và quản lý tài nguyên hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về mô hình số độ cao 1. Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao 1. Nguồn số liệu xây dựng mô hình số độ cao 1.

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

Ước tính độ chính xác của mô hình số độ cao 2. Cơ sở khoa học đánh giá độ chính xác mô hình số độ cao Chưng 3. Thực nghiệm khảo sát độ chính xác mô hình số độ cao SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam 3. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu và nguồn số liệu 3.

Khảo sát độ lớn, độ chính xác của độ cao theo mô hình SRTM trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam 3.3 Tổng hợp, đánh giá kết quả khảo sát 3 Luan van 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã đề xuất phương pháp kiểm tra độ chính xác theo tiêu chí giá trị độ lệch, sai số trung bình, sai số trung phương MHSĐC để đưa ra các khuyến cáo, đảm bảo đánh giá được độ chính xác MHSĐC toàn cầu trên lãnh thổ Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn: Cung cấp thêm thông tin về độ chính xác của MHSĐC toàn cầu tại Việt nam, giúp người sử dụng dễ dàng ra quyết định lựa chọn khi giải quyết các nhiệm vụ liên quan đến số liệu độ cao địa hình và ứng dụng MHSĐC toàn cầu. Lời cảm ơn Tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nghiên cứu của Đề tài cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường: “Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học để xây dựng mô hình Geoid trên vùng biển của Việt Nam; thử nghiệm cho một vùng điển hình”, mã số TNMT.

Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được 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, Bộ Tổng tham mưu, đặc biệt là TS. Nguyễn Xuân Bắc - Phó trưởng bộ môn, phụ trách bộ môn Trắc địa cơ sở. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các tập thể 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO 1.

Khái niệm và phân loại mô hình số độ cao 1. Khái niệm mô hình số độ cao Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) là mô hình biểu diễn bề mặt địa hình trong không gian 3 chiều (3D), theo đó mọi vị trí ở trên mặt đất đều 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. 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. 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,. Khi hình 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 (Hi, i =1,2,.

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 6 Luan van đều hoặc không đều. Nếu bề mặt này được hoàn thiện thêm bằng các yếu tố đặc 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 lồi lõm của sườn dốc, độ dài sườn dốc, độ cong, hướng chảy cục bộ, chỉ số địa hình, 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 cách cung 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 dùng trong 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 tác chiến, phân tích địa hình cho các hoạt động của chiến trường như: phân tích 7 Luan van tầm nhìn và khả năng cơ động của các trang thiết bị cơ giới, phục vụ dẫn đường cho tên lửa, thiết kế mạng thông tin liên lạc, thành lập công cụ hiển thị hình ảnh động 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 bài toán 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 của chúng, 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 thích nghi sinh học. 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 Raster Trong mô hình Raster DEM: ma trận các ô vuông gồm các hàng và cột như hình 1.

Mỗi một ô (cell) chứa giá trị độ cao của điểm trung tâm của ô. Cấu trúc dữ liệu dạng Raster Mô hình DEM dạng Raster được biểu diễn trong hình 1. 8 Luan van Hình 1. Mô hình DEM dạng Raster * DEM dạng Vector Trong cấu trúc Vector, DEM có thể được coi như là một tấm lưới tam giác không đều (Triangle Irregular Nework - TIN) [1].

TIN là tập hợp các đỉnh nối với nhau thành các tam giác, mỗi tam giác được giới hạn bởi 3 điểm xác định về giá trị x, y và z ( độ cao) như hình 1. Cấu trúc dữ liệu dạng véc tơ. 9 Luan van * DEM dạng TIN Mô hình DEM dạng TIN được biểu diễn trong hình 1. Biểu diễn mô hình DEM dạng TIN Mô hình số độ cao dạng TIN có những đặc điểm sau: - Mô hình TIN biểu diễn một bề mặt liên tục từ những tập hợp điểm rời rạc phân bố bất kì.

- TIN: gồm tập hợp các điểm nối với nhau thành những tam giác - tạo nên bề mặt ba chiều. - Một điểm bất kì thuộc vùng biểu diễn sẽ nằm trên đỉnh, cạnh hoặc trong một tam giác của lưới tam giác. Nếu một điểm không phải là đỉnh thì giá trị hình chiếu của nó có được từ phép nội suy tuyến tính (của hai điểm khác nếu điểm 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.

- Mô hình TIN hiệu quả trong xây dựng bề mặt. Mật độ của điểm trên bề mặt tỷ lệ với độ biến đổi của địa hình. Những bề mặt phẳng tương ứng với mật độ điểm thấp và những địa hình đồi núi có mật độ điểm cao. 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 dụng radar độ mở tổng hợp giao thoa [1].

Các phương pháp này khác nhau ở nguồn dữ liệu đầu vào, thiết bị máy móc sử dụng, giá thành, độ chính xác, phạm vi và khả năng ứng dụng. Việc thành lập mô hình số độ cao dù tiến hành theo phương pháp nào cũng bao gồm hai công đoạn là thu thập các trị đo và tạo MHSĐC từ các trị đo này thông qua tính toán nội suy. Hai phần này tuy thường được thực hiện một cách riêng biệt nhưng có mối liên hệ qua lại mật thiết với nhau. Phần thu 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 thực địa, 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 dữ liệu đo sâu hồi âm.