Bài giảng: Mô hình hóa bề mặt (Surface modeling)

(1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

ThS. Nguyễn Duy Liêm Điện thoại: 0983.613.551

Email: nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn

Bài giảng: Mô hình hóa bề mặt

(Surface modeling)

(2)

Ứng dụng mô hình bề mặt địa hình

(Applications of Terrain Models)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN

The multi-point visibility analysis result

(3)

Nội dung

 Định nghĩa phân tích bề mặt địa hình (Interpretation of Terrain Model)

 Phân loại các thông số địa hình

 Thông số hình học (Geometric Terrain Parameters)

 Thông số hình thái (Morphological Terrain Parameters)

 Thông số nhìn (Visibility Terrain Parameters)

3

(4)

Tài liệu tham khảo

 Digital Terrain Modeling- Principles and Methodology (2005)

 Chapter 13

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

 7.3 – 7.6

 Terrain Analysis- Principles and Applications (2000)

 Chapter 3, 4

(5)

Phân tích bề mặt địa hình

 Quá trình tìm hiểu các đặc điểm của bề mặt địa hình thông qua trích xuất/ tính toán các thông số.

 Thông số hình học (Geometric Terrain Parameters)

 Diện tích bề mặt (surface area)

 Diện tích mặt chiếu (projection area)

 Thể tích (volume)

 Thông số hình thái (Morphological Terrain Parameters)

 Độ dốc (slope)  Nguy cơ sạt lở đất

 Hướng dốc (aspect)  Ánh sáng Mặt Trời, Khả năng đón gió

 Thông số nhìn (Visibility Terrain Parameters)

 Điểm – điểm (point-to-point visibility)  Quân sự

 Điểm – vùng (point-to-area visibility)  Kiến trúc, Bất động sản

5

(6)

Độ dốc

 Sự thay đổi độ cao (rise) theo khoảng cách (run).

 Đơn vị tính bằng độ (0°là phẳng, 90° thẳng đứng) hoặc %.

Độ dốc (%) = ^rise_run x 100 Độ dốc (^o) = atan(rise

run)

Độ dốc (°)

(7)

Độ dốc

 Đo lường hướng dốc nhất của sự thay đổi độ cao.

 Thường không song song với cột/hàng của DEM, không đi qua pixel trung tâm.

 Thay đổi độ cao tương đối trong các pixel lân cận là rất quan trọng.

 Cần tính toán độ dốc trong vùng lân cận của pixel

7

Pixel Độ dốc

(8)

Độ dốc

 Phương pháp tính dựa trên DEM kết hợp sự thay đổi độ cao theo phương x và y:

Độ dốc = Độ dốc_x² + Độ dốc_y²

Độ dốc % = ^∆Z_∆x ² + ^∆Z_∆y ² ∗ 100

Độ dốc ^o = arctan (^∆Z_∆x)² + (^∆Z_∆y)²

Độ dốc theo phương x

Độ dốc theo phương y

(9)

Độ dốc

 4 pixel lân cận (đối với pixel trung tâm)

9

Độ dốc tại Z_o:

(10)

Độ dốc

 4 pixel lân cận (đối với các pixel còn lại)

dZ/dX dZ/dY

Z1 (Z2-Z1)/C (Z1-Z4)/C

Z2 (Z3-Z1)/2C (Z2-Z0)/C

Z3 (Z3-Z2)/C (Z3-Z5)/C

Z4 (Z0-Z4)/C (Z1-Z6)/2C

Z5 (Z5-Z0)/C (Z3-Z8)/2C

Z6 (Z7-Z6)/C (Z4-Z6)/C

Z7 (Z8-Z6)/2C (Z0-Z7)/C

Z8 (Z8-Z7)/C (Z5-Z8)/C

(11)

Độ dốc

 8 pixel lân cận (đối với pixel trung tâm)

11

(12)

Độ dốc

 8 pixel lân cận (đối với các pixel còn lại)

dZ/dX dZ/dY

Z1 [2(Z2-Z1)+(Z0-Z4)]/3C [(Z2-Z0)+2(Z1-Z4)]/3C Z2 [2(Z3-Z1)+(Z5-Z4)]/6C [(Z3-Z5)+2(Z2-Z0)+

(Z1-Z4)]/6C

Z3 [2(Z3-Z2)+(Z5-Z0)]/3C [2(Z3-Z5)+(Z2-Z0)]/3C Z4 [(Z2-Z1)+2(Z0-

Z4)+(Z7-Z6)]/6C

[(Z2-Z7)+2(Z1-Z6)]/6C Z5 [(Z3-Z2)+2(Z5-

Z0)+(Z8-Z7)]/6C

[2(Z3-Z8)+(Z2-Z7)]/6C Z6 [(Z0-Z4)+2(Z7-Z6)]/3C [(Z0-Z7)+2(Z4-Z6)]/3C Z7 [(Z5-Z4)+2(Z8-Z6)]/6C [(Z5-Z8)+2(Z0-Z7)+(Z4-

Z6)]/6C

Z8 [(Z5-Z0)+2(Z8-Z7)]/3C [2(Z5-Z8)+(Z0-Z7)]/3C

(13)

Bài tập 1

 Tính độ dốc (^o) theo phương pháp 4 pixel và 8 pixel cho 8 pixel còn lại?

13

(14)

Hướng dốc

 Hướng dốc tại một điểm là hướng dốc nhất tính theo góc phương vị (N = 0˚).

 Hướng dòng chảy

 Năng lượng ánh sáng mặt trời

 Vùng đất phẳng sẽ không có hướng dốc.

Hướng dốc

Góc phương vị

(15)

Hướng dốc

 Phương pháp tính dựa trên DEM Hướng dốc ^o = − arctan ∆Z/∆y

∆Z/∆x

 Kết quả tính hướng dốc trên cho ra là góc hợp với trục Ox ở phía Đông (giá trị âm hoặc dương)

 Cách chuyển hướng dốc theo hướng la bàn (0-360 độ):

 Hướng dốc ≤ 90: Hướng dốc (mới) = 90 - Hướng dốc

 Hướng dốc > 90: Hướng dốc (mới) = 360 - Hướng dốc + 90

15

+ 90

-90

Ox

(16)

Hướng dốc

 4 pixel lân cận

Hướng dốc = - atan (-0.15 / 0.45) = 18.4^o

 Hướng dốc (mới) = 90 – 18.4 = 71.6^o Độ dốc tại Z_o:

(17)

Hướng dốc

 8 pixel lân cận

17

Hướng dốc = - atan (-0.16 / 0.39) = 22.3^o

 Hướng dốc (mới) = 90 – 22.3 = 67.7^o

(18)

Bài tập 2

 Tính hướng dốc (^o) theo phương pháp 4 pixel và 8 pixel cho 8 pixel còn lại?

(19)

Phân tích vùng nhìn

 Vùng nhìn là phần diện tích bề mặt đất có thể nhìn thấy từ 1 hoặc nhiều điểm nhìn.

 Quá trình tính toán vùng nhìn được gọi là phân tích vùng nhìn hay phân tích khả năng nhìn thấy.

19

Điểm nhìn

Vùng nhìn thấy

Vùng không nhìn thấy

(20)

Đường nhìn

 Đường nhìn là đoạn thẳng kết nối điểm nhìn với điểm mục tiêu.

 Nếu bất kì bề mặt đất/ vật thể nào trên mặt đất giao cắt với đường nhìn, thì điểm mục tiêu sẽ bị che khuất đối với điểm nhìn.

 Ngược lại, điểm mục tiêu sẽ được nhìn thấy bởi điểm nhìn.

Điểm nhìn

Đoạn nhìn thấy

Độ cao (m)

Khoảng cách (m)

(21)

Vùng nhìn – Đường nhìn – Điểm nhìn

 Vùng nhìn = Σ đường nhìn = Σ (điểm nhìn, điểm mục tiêu)

21

(22)

Phương pháp xác định vùng nhìn

 Vùng nhìn có thể được tính dựa trên TIN hoặc DEM.

 Dựa trên DEM, phân tích vùng nhìn phân loại các pixel thành 2 loại: nhìn thấy và không nhìn thấy.

 Dựa trên TIN, phân tích vùng nhìn phân loại các tam giác/ nút/

trọng tâm tam giác thành 2 loại: nhìn thấy và không nhìn thấy.

 Kết quả xác định vùng nhìn cho ra bản đồ nhị phân:

 Giá trị 1: nhìn thấy,

 Giá trị 0: không nhìn thấy. Điểm mục tiêu 1/ Điểm nhìn 2

(23)

Bài tập 3

 Xác định đường nhìn từ điểm nhìn Z1 đến điểm mục tiêu lần lượt là Z3, Z5, Z8, Z7, Z6? Diện tích vùng nhìn từ Z1 đến lần lượt các điểm mục tiêu trên? Chiều dài đường nhìn từ Z1 đến lần lượt các điểm mục tiêu trên?

23

Độ cao (m)

Khoảng cách (m)

| 5 | 10 | 20

|..| 35| 40| 45| 50| 55

Z1

Z2 Z3

| 25

| 15 | 30

Z5

Z8

Z7

Z4

Z6

(24)

Bài tập về nhà

 Trong không gian Oxyz, cho các điểm A (1,3,100), B

(1,2,200), C (4,2,600), D (5,4,400), E (3,1,400), F (3,3,300), G (5,1,200) với z là giá trị độ cao (m). Từ mô hình TIN tạo

bởi các điểm trên, hãy vẽ đường nhìn từ A lần lượt đến E, C, G? Tính chiều dài đường nhìn?

Gợi ý AE:

- Gọi I là giao điểm của AE và BF  I (x, y) - I thuộc BF  z (I) = z (B) + {[z (F) – z

(B)]/ BF}* BI

- Nối A với I, I với E  đường nhìn Z = f (x, y)

- Tính chiều dài đường nhìn AIE.

(25)

Thông số ảnh hưởng đến vùng nhìn

 Vị trí (XY), độ cao (Z) điểm nhìn

25

Diện tích vùng nhìn tăng từ (a) lên (b) sau khi tăng độ cao của điểm nhìn thêm 20m

(26)

Thông số ảnh hưởng đến vùng nhìn

 Bán kính nhìn

Diện tích vùng nhìn tăng tương ứng với bán kính nhìn (a) không giới hạn và (b) 8.000 m từ điểm nhìn

(27)

Thông số ảnh hưởng đến vùng nhìn

 Góc nhìn (phương vị)

27

Diện tích vùng nhìn tăng tương ứng với góc nhìn (phương vị) (a) 0- 360° và (b) 0- 180°

Góc phương vị Bắc

(28)

Thông số ảnh hưởng đến vùng nhìn

 Góc nhìn (độ cao)

Diện tích vùng nhìn tăng tương ứng với góc nhìn Góc độ cao

Chân trời

(29)

Thông số ảnh hưởng đến vùng nhìn

 Vật cản

29

Vùng nhìn thấy Vùng không nhìn thấy

Vùng nhìn thấy

Vùng không nhìn thấy Vùng không nhìn thấy mở rộng

khi có cây cối

(30)

Bài tập 5

 Cho độ cao của điểm nhìn A là 5 m, độ cao của vật cản B là 15 m. Khoảng cách giữa A và B là 10 m.

 Có thể đặt vật C tại vị trí xa nhất bao nhiêu mét so với A để A nhìn thấy C? Biết rằng độ cao của C là 30 m, B nằm giữa A và C.

 Giữ nguyên vị trí của A, B và C. Biết rằng điểm D có độ cao 10 m, D nằm trên đường thẳng vuông góc nối C với mặt đất.

 Phải đặt điểm A ở độ cao tối thiểu là bao nhiêu mét để A nhìn thấy D?

(31)

Yêu cầu cần đạt

 Phân biệt các thông số hình học, hình thái, nhìn

 Hiểu rõ, vận dụng công thức tính toán độ dốc, hướng dốc (4 pixel, 8 pixel)

 Ảnh hưởng của vật cản, độ cao điểm nhìn đến đường nhìn và tầm nhìn

31