Mô hình hóa bề mat

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Bài giảng: Mô hình hóa bề mặt (Surface modeling) KS Nguyễn Duy Liêm Điện thoại: 0983.613.551 Email: nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Phương pháp xây dựng mô hình địa hình (Methods for Constructing a Terrain Model) Đường bình độ (Contours) Mạng lưới tam giác không (Triangulated Irregular Networks) Mạng lưới ô vuông (Regular Grid Networks) Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Nội dung  Nhắc lại: Mô hình hóa bề mặt địa hình (Terrain Modeling)  Phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình (Representation of Terrain Surfaces)  Hình thức: Bản đồ (Maps), Hình ảnh (Photographs)  Nội dung: Đường bình độ (Contours), Mạng lưới tam giác không (TINs- Triangulated Irregular Networks), Mạng lưới ô vuông (Regular Grid Networks)  Cấu trúc liệu (Data Structures), Phương pháp xây dựng (Construction Methods)  Đường  bình độ  Mạng lưới tam giác không  Mạng lưới ô vuông Chuyển đổi phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình (Conversion involved in Representation of Terrain Surfaces) Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Tài liệu tham khảo  Terrain Analysis- Principles and Applications (2000)  1.1.1,  Digital Terrain Modeling- Principles and Methodology (2005)  1.1.1,  2.1 - 2.4 1.1.2, 1.2.2, 3.1 Digital Terrain Modeling- Acquisition, Manipulation and Applications (2005)  1.4, Chapter Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Mạng lưới ô vuông (Regular Grid Networks)  Tập hợp ô vuông (pixel) nằm kề thể giá trị độ cao  Mô hình số thể thay đổi độ cao bề mặt địa hình không gian dạng mạng lưới (Digital Elevation Model- DEM) Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Cấu trúc liệu DEM  Mỗi nút tương ứng với giá trị độ cao  Độ phân giải mạng lưới khoảng cách nút lân cận Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Cấu trúc liệu DEM  Mỗi pixel lưu trữ giá trị độ cao trung bình pixel  Độ cao thể màu sắc biểu diễn đồ họa Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Độ phân giải DEM  Độ phân giải = Kích thước pixel  Thấp:  Cao:  Xử lý nhanh Giữ lại đối tượng nhỏ Dung lượng DEM = Dung lượng lưu trữ pixel x Số lượng pixel Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Dung lượng DEM  Cùng phạm vi không gian độ phân giải xạ, DEM 10m chiếm dung lượng lưu trữ gấp lần so với DEM 100m? DEM 10m Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn DEM 100m Mô hình hóa bề mặt Cấu trúc liệu DEM  Vị trí pixel xác định dựa trên:  Hệ tọa độ ảnh,  Hệ tọa độ địa lý Làm xác định tọa độ ảnh pixel theo tọa độ địa lý ngược lại? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 10 Nội suy cục  Chỉ xem xét số điểm định (nằm bán kính xác định tính từ điểm nội suy số điểm xác định) để nội suy  Tập giá trị dùng để tính toán tạo cửa sổ Cửa sổ di chuyển theo tập giá trị (hàm tính khác nhau) Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 19 Nội suy cục  Thường tạo bề mặt mượt mà  Không nhạy với giá trị cá biệt (outlier)  liệu sai Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 20 Một số phương pháp nội suy toàn cục  Xu hướng bề mặt  Sử dụng hàm đa thức cho toàn bề mặt  Hàm đa thức khác độ phức tạp Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 21 Bài tập  Trong không gian Oxyz, cho điểm A (1,3,100), B (1,2,200), C (4,2,600), với z giá trị độ cao (m)  Xây dựng hàm đa thức bậc I có dạng z = a + bx + cy?  Tính giá trị độ cao theo hàm đa thức cho điểm D, E, F, G hình vẽ? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 22 Một số phương pháp nội suy cục  Đa giác Thiessen  Điểm  Sử chưa biết nhận giá trị điểm biết gần dụng tam giác Delaunay Tập hợp điểm độ cao  Xây dựng TIN - Đường trung trực qua cạnh tam giác Delaunay tạo nên cạnh đa giác - Giao điểm cạnh tạo nên đỉnh đa giác Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 23 Bài tập  Trong không gian Oxyz, cho điểm A (1,3,100), B (1,2,200), C (4,2,600), D (5,3,400), E (3,1,400), F (3,3,300), G (5,1,200) với z giá trị độ cao (m)  Vẽ mô hình TIN? (Bài học trước)  Chuyển TIN sang Đa giác Thiessen? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 24 Một số phương pháp nội suy cục  Nghịch đảo khoảng cách (Inverse Distance Weighted) Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 25 Bài tập  Áp dụng Nghịch đảo khoảng cách với k = 2, tính giá trị cho điểm chưa biết z3 biết z3 cách z1 (20), z2 (10) 2? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 26 Bài tập  Tương tự tập với k = 3? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 27 Một số phương pháp nội suy cục  Nghịch đảo khoảng cách (Inverse Distance Weighted)  Bậc k cao, ảnh hưởng khoảng cách lớn Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 28 Một số phương pháp nội suy cục  Bi-cubic splines  Tạo bề mặt xấp xỉ bậc sử dụng số điểm biết giá trị liền kề Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 29 Một số phương pháp nội suy cục  Kriging  Thuật toán nội suy phức tạp, giải vấn đề liên quan đến khoảng cách hình dạng cửa sổ tìm kiếm  Trọng số khoảng cách (k) cung cấp ước lượng sai số nội suy, dựa địa thống kê trị bề mặt thay đổi theo: xu hướng, thành phần thay đổi cục bộ, thành phần nhiễu  Giá Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 30 Chuyển đổi từ điểm độ cao, đường bình độ, TIN sang DEM  Tạo DEM từ điểm độ cao  Sử dụng phương pháp nội suy Xu hướng bề mặt, Nghịch đảo khoảng cách (Đa giác Thiessen), Bi-cubic splines, Kriging  Tạo DEM từ đường bình độ  Lấy điểm mẫu đường bình độ  Chuyển  thành phương pháp tạo DEM từ điểm độ cao Tạo DEM từ TIN  Lập phương trình mặt phẳng cho tam giác TIN  Tính giá trị độ cao DEM dựa theo phương trình Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 31 Bài tập  Trong không gian Oxyz, cho điểm A (1,3,100), B (1,2,200), C (4,2,600), D (5,3,400), E (3,1,400), F (3,3,300), G (5,1,200) với z giá trị độ cao (m)  Vẽ mô hình TIN? (Bài học trước)  Chuyển TIN sang DEM với độ phân giải 1m? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 32 Yêu cầu cần đạt  Trình bày cách tổ chức liệu DEM? So sánh với cách tổ chức liệu đường đồng mức, TIN?  Nêu cách xác định độ phân giải dung lượng DEM?  Phân biệt phương pháp nội suy: Xu hướng bề mặt, Nghịch đảo khoảng cách (Đa giác Thiessen), Bi-cubic splines, Kriging?  So sánh ưu điểm, nhược điểm phương pháp biểu diễn độ cao địa hình: đường bình độ, TIN, DEM? Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 33 ... nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt Nội dung  Nhắc lại: Mô hình hóa bề mặt địa hình (Terrain Modeling)  Phương pháp biểu diễn bề mặt địa hình (Representation of Terrain Surfaces)  Hình thức: Bản... nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 12 Nội suy gì?  Ước lượng giá trị chưa biết dựa điểm biết giá trị xung quanh Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 13 Nội suy DEM  Tạo bề mặt... nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 16 Nội suy toàn cục  Sử dụng tất giá trị biết để ước lượng hàm số, áp dụng cho toàn bề mặt Copyright © 2014 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình hóa bề mặt 17 Nội