Bài giảng 3d gis hệ thống thông tin địa lý

Dữ liệu thuộc tính: Dữ liệu thuộc tính của các đối tượng này cần phải đượcthu thập và gắn kết với dữ liệu đồ họa một cách thống nhất theo nguyêntắc của hệ thống thông tin địa lý (GIS). Các thuộc tính của đối tượng có thểlà cả định lượng lẫn định tính. Các công cụ của GIS cho phép thực hiệncác phép phân tích dựa trên các dữ liệu này một cách hiệu quả hơn. Cácdữ liệu thuộc tính này cũng có thể được sử dụng để điều khiển cách hiểnthị của đối tượng theo các nguyên tắc bản đồ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN BẢN ĐỒ BÀI GIẢNG BÙI NGỌC QUÝ HÀ NỘI 2013 CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.1 Giới thiệu chung Bản đồ dạng số đơn giản Hệ thống thông tin địa lý CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.2 Các khái niệm 1.2.1 Mô hình số bề mặt Mô hình số bề mặt (DSM): mô hình số độ cao miêu tả bề mặt mặt đất bao gồm đối tượng vật thể nhà cửa, cây, đường giao thông CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.2.2 Mô hình số độ cao mô hình số địa hình Mô hình số độ cao (DEM) mô hình số địa hình (DTM): mô hình số miêu tả bề mặt mặt đất không bao gồm đối tượng vật thể CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.2.3 Mô hình đồ 3D Mô hình địa hình 3D (3D topo-cartographic model -3DTCM): mô hình bề mặt mặt đất bao gồm đối tượng vật thể khái quát hoá ký hiệu hoá mức độ định theo nguyên tắc đồ, gán thuộc tính hiển thị môi trường lập thể Cấu trúc Mô hình địa hình 3D thể hình bao gồm hai thành phần mô hình số độ cao DEM đối tượng địa hình CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.2.3 Mô hình đồ 3D Mô hình đồ 3D (3D cartographic model - 3DCM): mô hình mô tả trừu tượng (có khái quát hoá) hay nhiều khía cạnh giới thực CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D 1.3 Nội dung mô hình đồ 3D 1.3.1 Mô hình số độ cao DEM Đây nội dung quan trọng mô hình địa hình 3D Tất yếu tố nội dung khác đồ thể DEM Mô hình số độ cao (DEM): DEM thường thể hai dạng TIN GRID CÁC KHÁI NIỆM VỀ MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D Cấu trúc DEM dạng tam giác không (TIN): TIN từ viết tắt mạng tam giác không (Triangulated Irregular Networks) Đây mô hình dạng Vector, có cấu trúc topo mạng đa giác phức tạp, lấy điểm làm đơn vị xét xem điểm kết nối với điểm liền kề để tạo tam giác TIN tập hợp tam giác liền kề, không chồng đè, tam giác đảo (tam giác nằm bên tam giác khác), tạo nên từ điểm phân bố không đồng với tọa độ X, Y giá trị Z Mô hình TIN với cấu trúc liệu dạng Vector dựa điểm, đường vùng có phân bố không đồng thường chia thành tập hợp điểm (Masspoints) đường breakelines Mô hình TIN thường xây dựng áp dụng thuật toán Delaunay để tối ưu hoá việc thể bề mặt địa hình ý tưởng chủ đạo thuật toán tạo tam giác mà xét cách tổng thể có dạng gần với tam giác tốt Nói cách xác tam giác Delaunay tam giác thoả mãn điều kiện đường tròn ngoại tiếp tam giác không chứa bên đỉnh tam giác khác Mô hình TIN phức tạp xử lý tránh việc lưu trữ thừa thông tin có khả mô tả biến đổi địa hình phức tạp HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • Ký hiệu hóa Thực tế Cây rộng Cây kim Cây thân dừa HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • Tuy nhiên để phục vụ cho mục đích truy cứu thông tin, rừng hàng lưu trữ dạng vùng đường gắn thông tin thuộc tính loại cây, mật độ cây, chiều cao cây, đường kính thân Hai lớp thông tin nằm nội dung Mô hình địa hình 3D không hiển thị mà để cần cung cấp thông tin cho truy vấn HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • • • • 2.3.4.7 Ranh giới hành chính, trị Ranh giới hành cấp, ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất thể mặt DEM hai ký hiệu Một ký hiệu đập từ linestyle phục vụ mục đích hiển thị Ký hiệu thứ hai thể đường đơn giản chạy liên tục, gắn thuộc tính loại ranh giới, tên đơn vị hành cấp nằm hai bên, tên khu vực cấm để phục vụ cho mục đích truy vấn thông tin Ngoài đối tượng ranh giới hành thể dạng đường, đơn vị hành thể dạng vùng Polygon gắn thuộc tính mã hành chính, tên riêng số số liệu thống kê quan trọng đơn vị hành Không thể ký hiệu ranh giới thực vật Ranh giới nhận biết rõ sử dụng màu thực vật khác dựng loại trồng với thông số khác HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • Trên Mô hình địa hình 2D tùy theo tỷ lệ kích thước tường thành, hàng rào mà đối tượng thể dạng vùng theo tỷ lệ hay dạng đường, chiều cao đối tượng xác định trình điều vẽ ngoại nghiệp Dù thể polygon hay linestring chúng gắn thuộc tính chiều cao Dựa thuộc tính này, với công cụ Extrusion tường thành dạng polygon dựng lên thành khối, hàng rào nhỏ dạng đường dựng lên thành mặt thẳng đứng mặt DEM môi trường lập thể ArcScene phù hợp với chất tự nhiên đối tượng Thuộc tính chất liệu như: đất, đá, bê tông, song sắt, lưới thép, tre gỗ gắn với đối tượng ArcScene chưa cung cấp công cụ hiển thị để thể hình ảnh thật tường hàng rào, dựa thuộc tính chất liệu, đối tượng thể màu sắc khác HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • • • 2.3.4.8 Ghi Phần lớn nội dung ghi Mô hình địa hình 2D chuyển thành thuộc tính gắn liền với đối tượng Mô hình địa hình 3D Một số ghi dạng số khác sử dụng để xác định kích thước hay vị trí hình học đối tượng Ngoài thuộc tính truy cập công cụ query hay info ArcScene Hơn đối tượng địa hình dựng lên môi trường lập thể dày đặc nên số ghi quan trọng chọn để thể Scene ArcScene Đó tên riêng đối tượng thủy hệ, khu dân cư, đường giao thông, đường phố tên riêng đảo, mũi đất, tên núi, tên đèo Do hạn chế công cụ 3D label chưa hỗ trợ tiếng Việt nên ghi tên riêng hiển thị dạng tiếng Việt không dấu Theo nguyên tắc, với công cụ 3D label đưa text ghi dựa thuộc tính đối tượng thể Scene, nhiên vị trí text ghi đặt tâm đối tượng chủ động điều chỉnh vị trí text Trong nhiều trường hợp vị trí có đối tượng dày đặc, text ghi ảnh hưởng đến khả đọc đối tượng khác Để tránh trường hợp này, text dựng lên từ đối tượng dạng điểm, vị trí điểm cần phải biên tập trước để thể rõ text ghi đối tượng mà không ảnh hưởng đến việc thể đối tượng quan trọng khác nằm gần HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • • Text ghi chia thành bốn nhóm phân biệt với màu sắc nguyên tắc thể Nhóm ghi tên riêng thủy hệ thể màu xanh nước biển font VNTimeH-VNTime mẫu Mô hình địa hình 2D Các text không đặt chế độ billboarding Text đẩy từ điểm chứa thuộc tính với X rotation = nghĩa text nằm ngang mặt đối tượng Sau dùng công cụ Edit 3D label để quay text ghi dọc theo đối tượng tên sông suối Nếu text bị nằm chìm phần DEM đưa giá trị offset nhỏ để đẩy text lên Đối với tên riêng đối tượng có mặt nước lớn biển, hồ lớn đăt text song song với khung nam tờ đồ Nhóm thứ hai tên riêng đường giao thông tên phố thể màu nâu đỏ sẫm Cũng tính chất ghi tên sông suối, ghi phải đặt chạy dọc theo đối tượng hình tuyến nên sau text đưa tự động dựa trường thuộc tính phải tắt chế độ billboarding biên tập lại vị trí text tương tự với tên sông suối HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.3.4 Các yếu tố nội dung thể bề mặt DEM 3D GIS • Nhóm thứ ba tên riêng khu dân cư, tên riêng số đối tượng kinh tế, văn hóa, xã hội hay địa điểm đặc biệt, tên đơn vị hành chính, thể màu đỏ Nhóm thứ tư tên riêng đảo, mũi đất, tên núi, tên đèo thể text màu đen Các ghi thể font tương ứng Mô hình địa hình 2D với chế độ billboarding để ghi quay vuông góc với hướng quan sát Không cần phải Edit ghi Text thủy hệ nhiên phải ý tới vị trí điểm đặt Text, đẩy Text lên khoảng offset lớn để quay không vướng vào đối tượng xung quanh cối, nhà HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4 Một số ứng dụng 3D GIS • • • Mô hình địa hình 3D, tổ chức GIS gồm DEM đối tượng địa hình có cấu trúc liệu dạng Vector gắn kết với thuộc tính, hiển thị không gian ba chiều coi sản phẩm đồ đại, cung cấp cho người dùng thông tin địa hình cần thiết cho nhiều ứng dụng Và người ta thường nói ảnh giá trị nghìn từ mô tả liệu địa lý hiển thị lập thể kết nối với thông tin liên quan phải đáng giá nghìn lần nghìn từ Đầu tiên, sản phẩm đồ ứng dụng đơn giản dùng để “xem” Người dùng đơn giản chủ động quan sát sử dụng công cụ di chuyển định hướng môi trường lập thể mô hình địa hình 3D, tự nhận biết tìm tòi khảo sát thông tin cần thiết qua hình thức thể đối tượng với hiểu biết chuyên môn Mặt khác, với chức phân tích GIS kết hợp với thuật toán chuyên ngành người dùng chắt lọc thông tin từ đối tượng mô hình địa hình 3D sau đưa sản phẩm với nội dung chuyên môn Nhiều trường hợp cần phải đưa thêm liệu chuyên ngành vào để kết hợp với liệu địa hình toán phân tích Các nguyên tắc hiển thị mô hình địa hình tái sử dụng cho việc thị kết đầu ứng dụng Và mô hình địa hình 3D sử dụng đầu vào “gia tăng giá trị” HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.2 Ứng dụng thiết kế xây dựng đô thị • Thiết kế - qui hoạch lĩnh vực rộng lớn cần mô hình địa hình 3D Từ thiết kế giao thông, đô thị, công trình công cộng đến thiết kế nhà máy thuỷ điện cần đến thông tin xác để nghiên cứu tình trạng thời, tính toán khối lượng đào đắp để đưa phương án tối ưu, lên kế hoạch giải toả tái định cư, hiển thị mô hình thiết kế, lấy ý kiến đóng góp, trình duyệt HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.3 Ứng dụng môi trường • • Giám sát lũ lụt: Việc mô hình hoá vùng lưu vực sông dựa liệu địa hình 3D, thông tin điểm nút (các mặt cắt ngang, mặt cắt dọc), liệu lượng mưa, lượng nước bị giữ lại sức chứa lưu vực dùng để đưa dự báo khoảng thời gian, phạm vi ngập lũ đề xuất biện pháp phòng ngừa Trong trình xảy thiên tai dựa nội dung mô hình địa hình 3D, quan phụ trách đưa định tức thời, xác việc di rời dân tài sản, giảm nhẹ thiệt hại người của, đánh giá thiệt hại đưa biện pháp cứu trợ hiệu Phòng chống cháy rừng, phòng chống sụt lở đất tiến hành cách hiệu dựa thông tin mô hình địa hình 3D Từ DEM, liệu lớp phủ thực vật kết hợp với thông tin lượng mưa, chiều gió, độ ẩm, chất đất , đưa cảnh báo, phản ứng tức thời phương án nhằm giảm thiểu thiệt hại thiên tai gây HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.4 Ứng dụng viễn thông • DEM ứng dụng viễn thông để thiết kế trạm phát sóng, tiếp sóng dựa phân tích vùng thông hướng nhìn Nhưng gần với trình đô thị hoá, khu nhà cao tầng mọc lên nhanh DEM không khả cung cấp đủ thông tin cho việc quản lý viễn thông khu vực mật độ dân số cao Mô hình địa hình 3D biến thể mô hình thành phố 3D cung cấp thông tin đầy đủ cho việc chọn vị trí tối ưu để xây dựng trạm thu phát, đảm bảo việc truyền phát sóng thực hiệu HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.5 Ứng dụng quân • Trong quân mô hình địa hình 3D sử dụng phục vụ tác chiến, phân tích địa hình cho hoạt động chiến trường như: Phân tích tầm nhìn hay khả động trang thiết bị giới , ứng dụng tiêu biểu khác DEM quân phục vụ dẫn đường cho tên lửa thiết kế mạng thông tin liên lạc Các ứng dụng quân đòi hỏi phải có chức hiển thị mạnh công cụ hiển thị hình ảnh động mô hình mô tác chiến HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.6 Ứng dụng hàng không • Với ưu điểm môi trường hiển thị ba chiều giống với giới thực, mô hình địa hình 3D sử dụng cho ứng dụng mô địa hình lĩnh vực quân sự, hàng không Bằng cách kết hợp nội dung mô hình địa hình 3D với sở liệu sân bay, công ty phần mềm cung cấp cho sân bay công cụ để thiết lập hệ thống phòng tránh va chạm hàng không, cảnh báo tiếp cận sân bay quản lý chuyến bay Việc bay mô dùng việc huấn luyện phi công có tính thực có thông tin mô hình địa hình kết hợp với hệ thống định vị GPS thời gian thực đặt máy bay HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.7 Ứng dụng du lịch • Trong du lịch, việc tạo tua du lịch ảo mô hình địa hình 3D giúp khách hàng có khái niệm rõ ràng nơi đến cảnh quan đó, cách tiếp cận thị trường hiệu Khách du lịch thực việc quan sát ba chiều hay bay mô để tìm hiểu cảnh quan thiên nhiên vùng quan tâm Họ cung cấp thông tin sở hạ tầng, khách sạn, hoạt động vui chơi, giải trí , nhờ công cụ hỏi đáp GIS HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.4.8 Ứng dụng giáo dục • Các ứng dụng giáo dục phần lớn dựa sản phẩm multimedia hiển thị giới thực thiết kế riêng cho học sinh môn địa lý, lịch sử Các sản phẩm tăng khả tiếp thu giảng gây hứng thú lớn học sinh ... nhằm gia tăng hiệu sử dụng GIS nguồn số liệu có HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.2 Khái niệm 3D GIS 2.2.1 Khái niệm Có thể nói 3D GIS hệ thống thông tin địa lý hiển thị trực quan thong... pháp, người (xem phần thành phần Hệ thống thông tin địa lý) HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS •2.2.3 Cơ sở liệu 3D GIS •2.2.4 Một số phần mềm xây dựng CSDL 3D GIS •Những công cụ phần mềm mô... thời gian hiển thị tăng HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHIỀU - 3D GIS 2.1.1 Khái niệm GIS (Geographic Information Systems) ngày biết đến nhiều giới hệ thống thông tin địa lý có nhiệm vụ thu thập,