Thu thập và xử lý dữ liệu là một giai đoạn có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với bất kỳ một quá trình nghiên cứu nào. Đối với mô hình toán cũng vậy, mức độ đầy đủ, chi tiết của dữ liệu hay độ chính xác của dữ liệu quyết định một phần rất lớn đến việc phản ánh kết quả của một mô hình tính toán. Trên thực tế việc thu thập dữ liệu và xử lý nó thường tiêu tốn khá nhiều thời gian, vì không chỉ việc thu thập dữ liệu với những dữ liệu tản mạn nằm rải rác gây ra khó khăn rất lớn mà còn một thực tế khác gây cản trở cho điều này. Đó là các dữ liệu nằm ở rất nhiều dạng khác nhau, thể hiện có sự đặc thù cho mỗi công việc, mỗi ngành đều khác có sự khác nhau nhất định. Yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất đối với mô hình thủy động lực Mike 21 FM hay bất kỳ một mô hình nào với tính năng tương tự đó là mức độ chính xác của địa hình. Vì vậy số liệu địa hình cần thiết mức độ chính xác cao, địa hình càng gần với thực tế bao nhiêu thì sự phản ánh chế độ thủy động lực càng rõ ràng và sát thực tế bấy nhiêu. Về nguyên tắc, việc tính toán cho thời gian nào thì địa hình và các dữ liệu phải đồng bộ cho khoảng thời gian đó. Mô hình được thiết lập trong thời gian gần nhất nhằm đưa lên bức tranh tổng thể về sóng, triều….cho thời gian hiện tại và có điều kiện để so sánh với thực tế. Trên thực tế, thông thường sự biến đổi địa hình do các yếu tố sóng, dòng chảy, tải trọng ven bờ….chủ yếu xảy ra ở khu vực gần bờ. Khu vực nước sâu xa bờ, địa hình đáy biển tương đối ổn định. Vì vậy số liệu địa hình sử dụng ở đây là sự kết hợp, chồng lớp giữa số liệu mới nhất cho khu vực cửa sông gần bờ và số liệu lưu trữ cho khu vực ngoài khơi. Tương tự như địa hình, điều kiện biên cũng có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Các điều kiện biên đầu vào có thể là dữ liệu về mực nước, dữ liệu về sóng, dòng chảy, mưa, lũ…Mỗi mô hình tính toán có yêu cầu khác nhau về biên đầu vào và tùy vào mục tiêu tính toán. Các dữ liệu biên thông thường cũng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như dữ liệu số hóa, dữ liệu thống kê dạng word hoặc excel, thậm chí là dữ liệu kết quả của một mô hình mô phỏng khác. Như vậy cần đồng bộ hóa tất cả các dữ liệu về một định dạng phù hợp với mô hình sử dụng, đồng thời tiện lợi cho quản lý cơ sở dữ liệu sau này.
CHUYÊN ĐỀ XỬ LÝ SỐ VÀ ĐỒNG BỘ HÓA SỐ LIỆU ĐỊA HÌNH, SỐ LIỆU BIÊN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Tổng quan Thu thập xử lý liệu giai đoạn có ý nghĩa vơ quan trọng q trình nghiên cứu Đối với mơ hình tốn vậy, mức độ đầy đủ, chi tiết liệu hay độ xác liệu định phần lớn đến việc phản ánh kết mơ hình tính tốn Trên thực tế việc thu thập liệu xử lý thường tiêu tốn nhiều thời gian, khơng việc thu thập liệu với liệu tản mạn nằm rải rác gây khó khăn lớn mà thực tế khác gây cản trở cho điều Đó liệu nằm nhiều dạng khác nhau, thể có đặc thù cho cơng việc, ngành khác có khác định Yếu tố quan trọng mơ hình thủy động lực Mike 21 FM hay mơ hình với tính tương tự mức độ xác địa hình Vì số liệu địa hình cần thiết mức độ xác cao, địa hình gần với thực tế phản ánh chế độ thủy động lực rõ ràng sát thực tế nhiêu Về ngun tắc, việc tính tốn cho thời gian địa hình liệu phải đồng cho khoảng thời gian Mơ hình thiết lập thời gian gần nhằm đưa lên tranh tổng thể sóng, triều….cho thời gian có điều kiện để so sánh với thực tế Trên thực tế, thông thường biến đổi địa hình yếu tố sóng, dòng chảy, tải trọng ven bờ….chủ yếu xảy khu vực gần bờ Khu vực nước sâu xa bờ, địa hình đáy biển tương đối ổn định Vì số liệu địa hình sử dụng kết hợp, chồng lớp số liệu cho khu vực cửa sông gần bờ số liệu lưu trữ cho khu vực ngồi khơi Tương tự địa hình, điều kiện biên có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến kết tính tốn Các điều kiện biên đầu vào liệu mực nước, liệu sóng, dòng chảy, mưa, lũ…Mỗi mơ hình tính tốn có u cầu khác biên đầu vào tùy vào mục tiêu tính tốn Các liệu biên thông thường tồn nhiều dạng khác liệu số hóa, liệu thống kê dạng word excel, chí liệu kết mơ hình mơ khác Như cần đồng hóa tất liệu định dạng phù hợp với mơ hình sử dụng, đồng thời tiện lợi cho quản lý sở liệu sau Đồng hóa số liệu địa hình Dữ liệu thu thập phân tích thuộc đề tài bao gồm nhiều liệu đồ vẽ, có liệu lưu lại từ thời gian dài khứ mà cơng nghệ thơng tin chưa phát triển, thời gian liệu đồ lưu lại ngày phần nhiều đồ giấy đồ dạng ảnh Từ yêu cầu thực tế cần thiết chuyển liệu dạng số nhằm phụ vụ cơng tác tính tốn phân tích nội dung đề tài, cơng tác số hóa đóng vai trò đặc biệt quan trọng Qua thực tế sử dụng phổ cập chương trình xử lý địa hình Có thể biết có nhiều chương trình đáp ứng u cầu khác xử lý địa hình từ đầu vào khác Các chương trình thơng dụng Mapinfo, ArcGis, Microstation, AutoCad, Topo, Civil 3D…đều chương trình mạnh ứng dụng để xử lý địa hình từ dạng đầu vào đơn giản đến phức tạp đồ số, đồ giấy, bình đồ, liệu địa hình chuyển giao qua lại chương trình thực chương trình thuận tiện Trong khn khổ chun đề khơng đề cập đến hướng dẫn sử dụng phần mềm để xử lý địa hình, vấn đề cần quan tâm xử lý trình bày phần mục Hình 2.1 Sơ đồ tổng qt q trình số hóa biên tập đồ Thiết kế liệu Khi thành lập đồ số, người ta phải chuẩn bị liệu liên quan tới cơng việc dựa vào mục đích thành lập đồ như: thu thập tài liệu, xác định tỷ lệ, thiết kế nội dung, ký hiệu…Đối với đồ số thành lập hệ thống phần mềm Intergraph, công việc thường trên, cần thiết phải thiết kế phần sau: - Quét đồ: Bản đồ sau thu thập quét máy quét khổ lớn dạng ảnh nhị phân (binary) với độ phân giải thích hợp, thường 300DPI, ảnh quét lưu dạng TIF RLE - Tạo file design chuẩn: Thực chất dạng file không chứa liệu mà chứa thơng số quy định chế độ làm việc với Microstation, đặc biệt với liệu đồ số Đảm bảo tính thống sở toán học file liệu khu vực phải tạo seedfile chứa tham số hệ tọa độ, phép chiếuđúng với sở toán học mảnh đồ giấy Sau file đồ có sở tốn học tạo dựa seed file Vì vậy, mảnh đồ có sở tốn học khác có seed file khác tương ứng - Tạo bảng file đối tượng - Thiết kế ký hiệu MicroStation không cung cấp đầy đủ kí hiệu đồ, font chữ tiếng Việt bảng màu phù hợp Để đảm bảo đồ làm có đầy đủ kí hiệu kiểu chữ u cầu, người ta phải thiết kế kí hiệu, font bảng màu Bao gồm: Ký hiệu dạng điểm pattern Ký hiệu dạng đường Sử dụng font chữ MicroStation Thiết kế bảng màu riêng Nắn đồ Mục đích q trình nắn ảnh đồ chuyển đổi pixel ảnh quét từ tọa độ hàng, cột pixel hệ tọa độ phẳng Ðây bước quan trọng trình thành lập đồ số ảnh hưởng tới độ xác đối tượng đồ vec-tơ hố từ ảnh Q trình thực cách chọn cặp điểm tương ứng ảnh đồ sau nội suy giá trị tọa độ pixel theo mơ hình chuyển đổi hệ tọa độ cho trước Ðối với ảnh quét từ đồ giấy, điểm khống chế chọn để nắn ảnh thường điểm góc khung, điểm giao lưới Km điểm giao lưới Km với khung đồ Quá trình nắn đồ bao gồm hai trình: - Tạo khung, lưới Km cho mảnh đồ - Nắn đồ IRASB Vecto hóa đối tượng Mục đích q trình biển đổi liệu Raster thành liệu Vector Quá trình thực dựa việc kết hớp chương trình bổ trợ theo phần mềm Sauk hi có file ảnh đồ định vị xác làm nền, file bảng đối tượng tạo với đầy đủ lớp thông tin ảnh đồ cần vector hóa, người thao tác sẵn sang dựa ảnh đồ để tạo liệu vector file DGN Đối với kiểu liệu khác người thực chọn cơng cụ thích hợp Hồn thiện chuẩn hóa liệu Sau q trình vector hóa, liệu nhận chưa phải hoàn thiện, liệu lúc liệu thô, cần thiết trình kiểm tra, chỉnh sửa làm hợp lý liệu Quá trình bao gồm - Kiểm tra sửa chữa lỗi thuộc tính đồ họa - Sửa lỗi riêng liệu dạng đường làm trơn, lọc bỏ điểm thừa, đối tượng trùng nhau… - Sửa lỗi riêng liệu dạng điểm dạng text Biên tập trình bày đồ Các đối tượng đồ thể phải đảm bảo tính tương quan vị trí địa lý thẩm mỹ đồ Tạo vùng, tô màu, trải ký hiệu: Các đối tượng dạng vùng cần tơ màu trải ký hiệu Các đối tượng phải tồn dạng shape complex shape Vì qua bước tạo vùng để đóng kín đối tượng Biên tập ký hiệu dạng đường: Đối với đối tượng dạng đường, tồn dạng liệu gặp điểm nút đối tượng đường Để thể dạng ký hiệu đồ phải thể hai ba kiểu đường 1.1 Đồng liệu địa hình phục vụ mơ hình chiều Địa hình phục vụ cho kịch tính tốn chiều mặt cắt ngang đoạn sơng nghiên cứu Từ liệu địa hình tồn dạng khác đồ giấy, đồ số, liệu địa hình từ mơ hình khác…cần thiết quy định dạng chung đồng với mơ hình sử dụng nghiên cứu Cụ thể, nghiên cứu thuộc phạm vi đề tài, dựa phân tích chọn lựa mơ hình chọn mơ sau: - Tính tốn dòng chảy mưa rào: Mơ hình NAM Tính tốn ngập lụt: MIKE FLOOD Tính tốn dòng chảy triều: MIKE 21 HD/ FM Tính tốn chế độ sóng: MIKE 21 SW Như thấy rằng, liệu địa hình dạng khác cần thiết chuyển định dạng mặt cắt ngang (Hình 2.2, Hình 2.3) phù hợp với định dạng đồng với mơ hình chiều Mike 11 Hình 2.2 Các mặt cắt mạng sơng thể mơ hình Mike 11 Định dạng liệu đồng thể Bảng 2.1 Trong có điều quan tâm mặt cắt để phục vụ lập địa hình cho mơ chiều Cột 1: Khoảng cách ngang cộng dồn Cột 2: Cao độ điểm tương ứng mặt cắt ngang với khoảng cách cộng dồn cột Cột 3: Số tự nhiên tương ứng với quy ước bờ trái, bờ phải, lòng dẫn [1] Bảng 2.1 Định dạng liệu mặt cắt đồng mô hình chiều (1) (2) 14 37 55 58 67 25 9.79 9.93 9.18 7.13 5.52 (3) (1) (2) 74 87 98 109 116 121 151 173 4.7 3.7 4.27 4.75 5.52 6.43 6.86 25 (3) Dữ liệu địa hình chiều sau đồng bộ, chuẩn hóa chuyển mơ hình Mike 11 có dạng Hình 2.2 Phạm vi bên trái thể liệu sau đồng chuyển vào, phạm vi bên phải hình dạng mặt cắt với liệu tương ứng Hình 2.3 Kết mặt cắt ngang sau đồng để thực mô chiều 1.2 Đồng liệu địa hình phục vụ mơ hình chiều Tầm quan trọng địa hình tính tốn xếp vào bậc Dữ liệu địa hình đòi hỏi mức độ chi tiết khác nhau, tùy theo vấn đề cần nghiên cứu mà có yêu cầu khác Tuy nhiên liệu địa hình chi tiết tốt Như trình bày phần địa hình D, tương tự liệu địa hình 2D thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, nhiều định dạng khác cần thiết đồng loại liệu phù hợp với mơ hình Cụ thể mục trình bày địa hình phục vụ cho mơ hình chiều (Mike 21) Bảng 2.2 Dữ liệu địa hình chiều (1) (2) Kinh độ tọa độ X (3) Vĩ độ tọa độ Y Cao độ Các giá trị cột 1, cột 2, cột thể thông tin điểm có liệu cao độ lưu dạng file *xyz Hình 2.4 Dữ liệu địa hình đồng hóa chuyển vào cơng cụ thiết lập lưới hai chiều Mike 21 Như vậy, việc đồng hóa liệu địa hình cho mơ hình chiều thực chất q trình số hóa dạng đồ khác với đối tượng chủ yếu quan tâm đối tượng chứa liệu độ sâu đường đồng mức, điểm đo Các liệu sau số hóa chứa đựng thơng tin tọa độ độ sâu chuyển định dạng file *xyz để phục vụ công tác thiết lập lưới tính tốn nội suy địa hình chiều cho miền tính tốn 10 Cơng tác biên tập số hóa đồ khơng trình bày chi tiết chuyên đề, nhiên bước quan trọng thể mục Kết số hóa đồng địa hình thể Hình 2.4 Đồng hóa liệu biên Một cơng tác đồng hóa liệu nhằm phục vụ thiết lập đầu vào cho tính tốn mơ hình chiều, hai chiều có bao gồm đồng hóa liệu biên Biên mơ hình hiểu ranh giới xa phạm vi mơ hình nghiên cứu Trong chia loại biên cứng, biên lỏng Biên cứng phần địa hình đề cập mục thuộc mục Biên lỏng bao gồm mực nước, lưu lượng, lượng mưa, chất lượng nước, nhiệt độ, độ muối….tùy toán mô mà dùng liệu biên khác Trong chun đề, quan tâm đến tính tốn thủy động lực, biên lưu lượng, mực nước, lượng mưa quan tâm Các liệu biên lỏng thông thường lưu dạng bảng chuyển dạng chuỗi để chuyển vào công cụ tạo file*dfs0 Dữ liệu biên lưu lượng Hình 3.1 Hình 3.2 thể kết sau đồng hóa liệu để chuyển vể định dạng phù hợp cho mô hình mơ Dữ liệu lưu lượng lưu dạng file *dfs0, Type: Discharge (Hình 3.2) 11 Hình 3.1 Đường trình lưu lượng liệu sau đồng hóa thể tương ứng 12 Hình 3.2 Định dạng liệu biên lưu lượng Dữ liệu biên mực nước Hình 3.3 Hình 3.4 thể kết sau đồng hóa liệu để chuyển vể định dạng phù hợp cho mơ hình mơ Dữ liệu mực nước lưu dạng file *dfs0, Type: WaterLevel (Hình 3.4) 13 Hình 3.3 Đường trình mực nước liệu sau đồng hóa thể tương ứng Hình 3.4 Định dạng liệu biên mực nước 14 Dữ liệu biên lượng mưa Hình 3.5 Đường trình mực nước liệu sau đồng hóa thể tương ứng Hình 3.6 Định dạng liệu biên mực nước 15 Hình 3.5 Hình 3.6 thể kết sau đồng hóa liệu để chuyển vể định dạng phù hợp cho mơ hình mơ Dữ liệu lượng mưa bốc lưu dạng file *dfs0, Type: Evaporation, Rainfall (Hình 3.2) Kết luận Các dẫn kết chuyên đề thể chủ yếu phương pháp đồng liệu đầu vào cho mơ hình chiều, chiều Các liệu từ nhiều nguồn khác tồn nhiều định dạng khác cần thiết chuyển loại để sử dụng cho mơ hình Điều quan trọng đồng liệu, liệu sau chuyển dạng số phải phù hợp định dạng file, phù hợp định dạng liệu: + Dữ liệu địa hình 1D: dạng file*xns11, liệu gồm cao độ - khoảng cách ngang cộng dồn định nghĩa vị trí đặc biệt (bờ trái, bờ phải, lòng dẫn…) + Dữ liệu địa hình 2D: dạng file *Mesh, *dfsu (sau nội suy xuất kết địa hình), liệu gồm Kinh độ- vĩ độ- độ sâu (với hệ tọa độ Long/Lat) X-Y-độ sâu (với hệ tọa độ phẳng) Lưu file dạng *xyz + Dữ liệu biên: Dạng cột với liệu theo thời gian (một cột thời gian, cột liệu tương ứng) Quan trọng định dạng liệu để mơ hình nhận diện Mực nước: Type WaterLevel Lưu lượng: Type Discharge Bốc hơi: Envaporation Lượng mưa: Rainfall Tài liệu tham khảo Mike 11 User Guide A modeling system for river and chanels DHI Software 2007 16 ... Như cần đồng hóa tất liệu định dạng phù hợp với mô hình sử dụng, đồng thời tiện lợi cho quản lý sở liệu sau Đồng hóa số liệu địa hình Dữ liệu thu thập phân tích thuộc đề tài bao gồm nhiều liệu đồ... tốn 10 Cơng tác biên tập số hóa đồ khơng trình bày chi tiết chuyên đề, nhiên bước quan trọng thể mục Kết số hóa đồng địa hình thể Hình 2.4 Đồng hóa liệu biên Một cơng tác đồng hóa liệu nhằm phục... *xyz Hình 2.4 Dữ liệu địa hình đồng hóa chuyển vào cơng cụ thiết lập lưới hai chiều Mike 21 Như vậy, việc đồng hóa liệu địa hình cho mơ hình chiều thực chất q trình số hóa dạng đồ khác với đối