Đánh giá chất lượng mô hình bề mặt địa hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

Bài giảng: Mô hình hóa bề mặt

(Surface modeling)

bề mặt

Đánh giá chất lượng mô hình bề mặt địa hình

(Quality Assessment of Terrain Model)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

Nội dung



Kiểm soát chất lượng mô hình bề mặt địa hình (MHBMĐH)

 Vai trò

 Nguồn sai số

 Cách tiếp cận



Đánh giá chất lượng của MHBMĐH

 Yếu tố ảnh hưởng

 Phương pháp định lượng

bề mặt

Tài liệu tham khảo



Digital Terrain Modeling- Principles and Methodology (2005)

 1.1, Chapter 8



Digital Terrain Modeling- Acquisition, Manipulation and Applications (2005)

 6.3

Kiểm soát chất lượng MHBMĐH



Chất lượng MHBMĐH thường được đo bằng:

 Độ chính xác về vị trí (planimetric accuracy), và

 Độ chính xác về độ cao (height accuracy).

Địa hình thực tế

Địa hình mô phỏng (DTM)

A



 A’

bề mặt

Dữ liệu thô Bề mặt

DTM

Sản phẩm

DTM Nguồn

dữ liệu

Dự án DTM

Thị trường (khách hàng, nhà sản xuất) Thiết kế

Lập kế hoạch

Nghiên cứu khả thi

Kí kết Giao hàng Phân loại

địa hình

Kiểm soát chất lượng

Ứng dụng Kiểm định Lấy mẫu

Hiệu chỉnh

Tái xây dựng

Kiểm soát chất lượng MHBMĐH



Kiểm soát chất lượng MHBMĐH là khâu quan trọng trong tiến trình mô hình hóa bề mặt địa hình.

 Trước khi giao sản phẩm DTM cho khách hàng.

Kiểm soát chất lượng MHBMĐH



Nguồn sai số

DTM luôn có sai số, bất kể sử dụng phương pháp đo nào!

Sai số DTM đến từ:

Sai số của nguồn dữ liệu

Sự kém chính xác của thiết bị thu thập dữ liệu

Sai số do con người trong quá trình thu thập dữ liệu

Sai số trong quá trình chuyển đổi tọa độ, xử lý dữ liệu.

Dữ liệu thô Bề mặt

DTM

Sản phẩm

DTM Nguồn

dữ liệu

Thiết kế

Lập kế hoạch

Nghiên cứu

khả Kí kết Giao hàng Phân loại

địa hình

Kiểm soát chất lượng

Ứng dụng Kiểm định Lấy mẫu

Hiệu chỉnh

Tái xây dựng

bề mặt

Dữ liệu thô Bề mặt

DTM

Sản phẩm

DTM Nguồn

dữ liệu

Dự án DTM

Thị trường (khách hàng, nhà sản xuất) Thiết kế

Lập kế hoạch

Nghiên cứu khả thi

Kí kết Giao hàng Phân loại

địa hình

Kiểm soát chất lượng

Ứng dụng Kiểm định Lấy mẫu

Hiệu chỉnh

Tái xây dựng

Kiểm soát chất lượng MHBMĐH



Kiểm soát chất lượng MHBMĐH rất



Để xây dựng MHBMĐH có chất lượng, phải đầu tư kĩ lưỡng cho từng công đoạn trong toàn bộ tiến trình mô hình hóa bề mặt địa hình để



Cách tiếp cận phổ biến đó là:

1. Giảm thiểu sai số trong quá trình thu thập dữ liệu,

2. Áp dụng thuật toán loại bỏ các sai số và giảm thiểu ảnh hưởng của sai số,

3. Giảm thiểu sai số trong quy

trình mô hình hóa bề mặt địa hình.

Đánh giá chất lượng của MHBMĐH



Chất lượng của MHBMĐH phụ thuộc:

Bề mặt địa hình (gồ ghề, bằng phẳng),

Phẳng  3 điểm mẫu

Cong  nhiều hơn 3 điểm mẫu

Nguồn dữ liệu đầu vào (độ chính xác, phân bố, mật độ).

GPS  1- 10 cm

Đường bình độ  1/3 khoảng cao đều

Không ảnh  0,1 – 1 m

Thuật toán xây dựng (nội suy)

Ứng dụng (Applications)

Phân tích (Interpretation)

Trực quan hóa (Visualization)

Xây dựng (Manipulation) Thu thập dữ liệu

(Data capture) Mô hình địa hình

(Terrain model)

bề mặt

Đánh giá chất lượng của MHBMĐH



Chất lượng MHBMĐH liên quan đến 3 chiều không gian:

 X, Y tạo thành độ chính xác mặt phẳng (hoặc mặt ngang)

 Z tạo thành độ chính xác mặt đứng, ứng với sai số độ cao



Đánh giá chất lượng MHBMĐH có thể thực hiện theo 2 cách:

 Đánh giá độ chính xác mặt phẳng và mặt đứng riêng biệt,

 Đánh giá đồng thời cả hai độ chính xác.



Cách tiếp cận đánh giá:

 So sánh với tập hợp điểm độ cao thực tế (ground truth)

 So sánh với MHBMĐH kiểm chứng

Đánh giá chất lượng của MHBMĐH



Độ chính xác mặt đứng

Số điểm kiểm tra

(Number of checkpoints) n

Sai số mặt đứng

(Vertical error) ∆𝑍_𝑖 = 𝑍_𝑇𝑀

𝑖 − 𝑍_{𝑐ℎ𝑒𝑐𝑘}

𝑖

Sai số trung phương

(Root Mean Square Error) 𝑅𝑀𝑆𝐸_𝑍 = ¹

𝑛 σ_𝑖=1^𝑛 ∆𝑍_𝑖²

Sai số trung bình

(Mean error) 𝜇_𝑍 = 1

𝑛 ෍

𝑖=1 𝑛

∆𝑍_𝑖

Độ lệch chuẩn của sai số 1 ^𝑛

TM: Địa hình mô phỏng;

check: Địa hình kiểm chứng

Copyright © 2022 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt

Đánh giá chất lượng của MHBMĐH



Độ chính xác mặt phẳng

Số điểm kiểm tra

(Number of checkpoints) n

Sai số mặt phẳng (Horizontal error)

∆𝑋_𝑖 = 𝑋_𝑇𝑀𝑖 − 𝐸_{𝑐ℎ𝑒𝑐𝑘𝑖}

∆𝑌_𝑖 = 𝑌_𝑇𝑀

𝑖 − 𝑌_{𝑐ℎ𝑒𝑐𝑘}

𝑖

∆𝑃𝑖 = ∆𝑋_𝑖² + ∆𝑌_𝑖²

Sai số trung phương

(Root Mean Square Error) 𝑅𝑀𝑆𝐸_𝑃 = _𝑛¹ σ_𝑖=1^𝑛 ∆𝑃_𝑖²

Sai số trung bình

(Mean error) 𝜇_𝑋 = 1

𝑛෍

𝑖=1 𝑛

∆𝑋_𝑖 𝜇_𝑌 = 1 𝑛෍

𝑖=1 𝑛

∆𝑌_𝑖

Độ lệch chuẩn của sai số (Standard deviation)

𝜎_𝑋 = _(𝑛−1)¹ σ_𝑖=1^𝑛 (∆𝑋_𝑖 − 𝜇_𝑋)² 𝜎_𝑌 = _(𝑛−1)¹ σ_𝑖=1^𝑛 (∆𝑌_𝑖 − 𝜇_𝑌)² 𝜎_𝑃 = 𝜎_𝑋² + 𝜎_𝑌²

Ngưỡng giá trị ngoại lệ ∆𝑃 ≥ 3 ∗ 𝑅𝑀𝑆𝐸_𝑃

TM: Địa hình mô phỏng;

check: Địa hình kiểm chứng

Bài tập 1



Biết rằng độ chính xác của đường bình độ (m

) được tính theo công thức sau:

m_c = m_h + m_p x tan α

Trong đó, m_h là sai số mặt đứng, m_p là sai số mặt phẳng, α là độ dốc của địa hình.



Trên đường bình độ 500 m, ở độ dốc 45°, kiểm tra điểm A’ (10, 20) bằng GPS cho thấy giá trị tọa độ A (11, 21, 501).

 Hãy tính sai số mặt phẳng, sai số mặt đứng, độ chính xác của đường bình độ tại vị trí trên?

bề mặt

Bài tập 2



Cho 7 điểm nút ứng với tâm của pixel được lấy từ DTM như sau:

 A’1 (3/2, 7/2, 100),

 A’2 (5/2, 7/2, 237.5),

 A’3 (5/2, 3/2, 337.5),

 A’4 (7/2, 7/2, 450),

 A’5 (9/2, 5/2, 500),

 A’6 (7/2, 3/2, 500),

 A’7 (9/2, 3/2, 400)



Tiến hành đánh giá DTM tại 7 vị trí trên với giá trị kiểm chứng như sau:

A1 (3/2, 7/2, 101),

A2 (3, 7/2, 240),

A3 (5/2, 2, 330),

A4 (7/2, 7/2, 430),

A5 (5, 7/2, 550),

A6 (7/2, 3/2, 500),

A7 (9/2, 3/2, 410)



Tính các chỉ số thống kê liên quan đến độ chính xác mặt phẳng và mặt đứng (sai số mặt phẳng, sai số mặt đứng, RMSE mặt

phẳng, RMSE mặt đứng)?

Yêu cầu cần đạt



Vì sao và làm thế nào kiểm soát chất lượng mô hình bề mặt địa hình?



Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mô hình bề mặt địa hình?



Hiểu rõ, vận dụng công thức tính toán độ chính xác mặt

ngang, mặt đứng trong đánh giá chất lượng chất lượng

mô hình bề mặt địa hình?