Bài viết chỉ ra sự cần thiết của việc xác định diện tích bề mặt tự nhiên song song với diện tích trắc địa và trình bày phương pháp cùng kết quả thử nghiệm xác định diện tích bề mặt tự nhiên theo mô hình số độ cao bằng các công cụ của ArcGIS.
88 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 58, Kỳ (2017) 88-91 Xác định diện tích bề mặt tự nhiên Đồng Thị Bích Phương 1,*, Trần Đình Thành Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, Việt Nam Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Khoa THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/08/2017 Chấp nhận 18/10/2017 Đăng online 29/12/2017 Diện tích bề mặt tự nhiên có chênh lệch đáng kể với diện tích xác định mặt quy chiếu, dù mặt phẳng phép chiếu hay mặt ellipsoid, đặc biệt khu vực có mức độ cắt xẻ địa hình cao Bài báo cần thiết việc xác định diện tích bề mặt tự nhiên song song với diện tích trắc địa trình bày phương pháp kết thử nghiệm xác định diện tích bề mặt tự nhiên theo mơ hình số độ cao cơng cụ ArcGIS Từ khóa: Diện tích tự nhiên Mơ hình số độ cao TIN © 2017 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Trong thực tế quản lý đất đai hình thành tập quán xác định diện tích đất mặt phẳng chiếu, tức mặt phẳng sơ đồ, đồ Tuy nhiên, bề mặt đất tính đến độ dốc, lồi lõm địa hình đối tượng khơng gian, diện tích mặt phẳng chiếu (diện tích trắc địa) thường nhỏ diện tích bề mặt tự nhiên đối tượng Việc xác định xác diện tích bề măt tự nhiên có ý nghĩa lớn xác định diện tích đất nơng, lâm nghiệp Chẳng hạn, canh tác nơng nghiệp việc tính tốn diện tích gieo trồng thực theo diện tích trắc địa cối thường mọc thẳng, nhiên đa số loại hình cơng việc cần phải thực theo diện tích bề mặt Như vậy, cần phải xác định diện tích trắc địa, diện tích bề mặt Đối với qui hoạch quản lý đô thị việc xác định diện tích bề mặt quan trọng, ví dụ cho việc thiết kế lắp đặt đường ống, _ *Tác giả liên hệ E-mail: dbphuong@yahoo.com qui hoạch xây dựng cơng trình cơng nghiệp Việc xác định diện tích bề mặt tự nhiên dựa đồ địa hình đòi hỏi quy trình tính tốn tương đối phức tạp Một số cơng trình cơng bố năm gần (Kalenhiski, 2011) hay (Kougi, 2013) tập trung vào hồn thiện cơng thức xác định diện tích bề mặt theo góc dốc hướng dốc, (Jenness, 2004) cải tiến cơng thức xác định góc dốc trung bình theo mơ hình số độ cao Ảnh hưởng độ dốc xác định diện tích bề mặt tự nhiên Diện tích bề mặt PBM đất ABCD ln lớn diện tích mặt phẳng nằm ngang PH (Diện tích hình chiếu AbcD) Hình Gia số giá trị diện tích ảnh hưởng góc dốc tính theo cơng thức: P P PH P (1 cos ) P sin (1) Góc dốc xác định theo công thức arctg h d Đồng Thị Bích Phương Trần Đình Thành/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 88-91 89 Hình Xác định diện tích bề mặt đất ABCD với góc nghiêng so với mặt phẳng ngang với h chênh cao d hình chiếu hướng dốc đồ Chú ý P P0 P 2P0 sin 2 (2) Diện tích bề mặt tính tới ảnh hưởng góc dốc xác định theo công thức: PBM P PH P PH P0 sin Với góc dốc nhỏ coi sin PBM P PH P PH P0 (3) 2 (4) Như diện tích bề mặt có tính đến ảnh hưởng góc dốc trung bình xác định theo diện tích đo đồ (diện tích bề mặt phép chiếu) Chẳng hạn đồ địa hình, đồ địa sử dụng phép chiếu họ UTM, diện tích bề mặt P xác định theo diện tích đo đồ P0 cơng thức cổ điển: y 2H m (5) P P0 1 ( m ) R R P công thức (5) tính đến ảnh hưởng phép chiếu, độ cao trung bình khu vực Hm góc dốc trung bình Bảng Quan hệ góc dốc gia số diện tích bề mặt độ dốc Góc dốc P / P (%) Góc dốc (o) P / P (%) (o) 0.06 15 3.41 0.14 20 6.03 0.38 25 9.37 0.97 30 13.40 12 2.19 40 23.40 Bảng Tổng diện tích đai độ dốc tồn lãnh thổ Việt Nam Góc dốc (o) 0-3 03-08 08-15 15-25 25-40 > 40 Vùng Karstơ Diện tích (km2) 110680.4 30052.86 41929.3 79858.26 48433.17 6908.418 11064.72 % 33.64 9.13 12.74 24.27 14.72 2.10 3.36 R công thức bán kính hình cầu Trái Đất (R=6371km) bán kính cong trung bình ellipsoid khu vực nghiên cứu Kết tính tốn giá trị trình bày Bảng cho thấy, với góc dốc trung bình 8o, chênh lệch diện tích bề mặt diện tích mặt phẳng phép chiếu đạt xấp xỉ 1% Với góc dốc trung bình từ 15-400, mức chênh lệch diện tích bề mặt diện tích tính đồ biến động từ 3.5-25% Việt Nam có khoảng 40% diện tích lãnh thổ có góc dốc 15o, việc tính tốn, xác định diện tích bề mặt tự nhiên có tính tới ảnh hưởng góc dốc vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Cơng thức trình bày áp dụng cho khu vực có địa hình đơn giản góc dốc nhỏ Trường hợp đối tượng có diện tích lớn địa hình phức tạp, phương pháp truyền thống phân chia đối tượng thành phần với góc dốc khơng đổi, thường tam giác Việc tính tốn tổng diện tích bề mặt đòi hỏi xác định giá trị góc dốc, độ cao trung bình tam giác thành phần Phương pháp xác định diện tích bề mặt tự nhiên đề xuất (Baladin, 2005; 90 Đồng Thị Bích Phương Trần Đình Thành/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 88-91 Kalenhiski, 2011) dựa góc dốc ngang dọc đất theo đường vng góc gần hướng với trục tọa độ Diện tích bề mặt tự nhiên đất tính theo cơng thức: PBM PH cos cos (6) đó: PBM - diện tích tự nhiên đất PH - diện tích tính đến ảnh hưởng độ cao trung bình 1, 2 - góc dốc dọc góc dốc ngang trung bình đất, xác định theo cơng thức: 1 ; (7) n n đó: - tổng góc dốc dọc; - tổng góc dốc ngang; n- số góc (hướng) dốc Độ xác xác định diện tích bề mặt cơng thức phụ thuộc vào mật độ xác định góc dốc thành phần, diện tích khu vực mức độ cắt xẻ địa hình Xác định diện tích bề mặt tự nhiên theo mơ hình số độ cao Xác định diên tích bề mặt tự nhiên theo phương pháp đề cập đến cơng việc khó khăn, đòi hỏi nhiều thời gian công sức Với xuất sản phẩm thông tin địa lý sở liệu địa hình địa lý gắn với mơ hình số độ cao phủ trùm diện tích bề mặt xác định theo mơ hình số độ cao công cụ phần mềm thương mại ArcGIS, MapInfo, Surfer Các phần mềm thương mại cho phép xác định diện tích bề mặt theo mơ hình số độ cao (Surface Area) tổng diện tích tam giác giới hạn cạnh lưới TIN lưới tam giác Diện tích tam giác xác định công thức sau: S P( P D1 )( P D2 )( P D3 ) (8) Trong đó: P ( D1 D2 D3 ) (9) Bảng Chênh lệch diện tích xác định đồ diện tích bề mặt đơn vị hành cấp huyện TP Đà Nẵng Tên huyện Diện tích đồ Diện tích bề mặt Chênh lệch % Cẩm Lệ 422.09 442.74 20.64 0.60 Hải Châu 920.23 924.88 4.64 0.24 Hòa Vang 69 241.42 72 642.21 400.78 4.68 Liên Chiểu 806.67 033.07 226.40 2.82 Ngũ Hành Sơn 888.92 899.47 10.55 0.27 Sơn Trà 416.75 643.61 226.86 4.89 Thanh Khê 716.20 717.90 1.71 0.24 Bảng Chênh lệch diện tích xác định đồ diện tích bề mặt đơn vị hành cấp huyện thuộc tỉnh Lâm Đồng Tên huyện Diện tích đồ Diện tích bề mặt Chênh lệch % TP Bảo Lộc 23 259.19 23 525.14 265.95 1.14 Cát Tiên 39 246.14 39 983.83 737.69 1.88 TP Đà Lạt 39 382.42 40 319.53 937.10 2.38 Đạ Huoai 48 957.14 50 969.26 012.12 4.11 Đạ Tẻh 51 796.41 53 035.34 238.93 2.39 Đơn Dương 60 955.10 62 659.45 704.35 2.80 Đam Rông 81 793.78 84 633.56 839.77 3.47 Đức Trọng 89 937.90 91 265.05 327.15 1.48 Lâm Hà 92 571.45 94 335.49 764.04 1.91 Lạc Dương 128 047.74 133 176.64 128.90 4.01 Bảo Lâm 143 650.76 146 605.79 955.02 2.06 Di Linh 159 877.00 164 678.38 801.37 3.00 Đồng Thị Bích Phương Trần Đình Thành/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 88-91 D1 ( x3 x2 )2 ( y3 y2 )2 ( z3 z )2 D2 ( x3 x1 )2 ( y3 y1 )2 ( z3 z1 )2 D3 ( x1 x2 )2 ( y1 y2 )2 ( z1 z )2 Cơng thức (8) cho thấy diện tích bề mặt tự nhiên xác định với độ xác phụ thuộc vào độ xác mơ hình số độ cao độ cắt xẻ địa hình khu vực Dưới trình bày kết thử nghiệm xác định diện tích bề mặt tự nhiên quận huyện thuộc TP Đà Nẵng theo MHSĐC độ phân giải tương đương đồ địa hình tỷ lệ 1: 50 000 cơng cụ xác định diện tích bề mặt theo mơ hình số độ cao dạng TIN ArcGIS 10.1 (Bảng 3, Bảng 4) Kết thử nghiệm cho thấy huyện Hòa Vang quận Sơn Trà có mức độ chênh lệch diện tích bề mặt diện tích đồ lên tới xấp xỉ 5% Đây khu vực có độ cắt xẻ địa hình tương đối cao, độ dốc có nơi tới 300, độ cao tuyệt đối số khu vực huyện Hòa Vang đạt tới 1400m Khu vực tỉnh Lâm Đồng có địa hình đồng hơn, độ cao tuyệt đối lớn khu vực Đà Nẵng Độ dốc trung bình 15-250, số nơi lên tới 400, huyện phía Nam tương đối phẳng, độ dốc trung bình 3-80 Số liệu tính tốn cho thấy huyện Đạ Huoai, Lạc Dương, nơi địa hình có độ cắt xẻ cao, có mức độ chênh lệch diện tích bề mặt diện tích phẳng tới 4% Mức chênh lệch diện tích bề mặt diện tích mặt phẳng phép chiếu có chênh lệch lớn xác định theo mơ hình số độ cao 91 có độ phân giải cao cho khu vực có diện tích nhỏ hơn, tức đồng mức độ cắt xẻ địa hình Trong bối cảnh sở liệu địa lý gắn với mơ hình số độ cao tỷ lệ 1: 10.000 lớn hoàn thành phủ trùm toàn quốc, phương pháp xác định diện tích bề mặt theo mơ hình số độ cao đáp ứng u cầu xác định diện tích tự nhiên phục vụ quản lý, phát triển kinh tế xã hội Kết luận Diện tích bề mặt tự nhiên có chênh lệch đáng kể với diện tích xác định mặt quy chiếu, dù mặt phẳng phép chiếu hay mặt ellipsoid, đặc biệt khu vực có mức độ cắt xẻ địa hình cao Các cơng cụ phần mềm thương mại cho phép xác định diện tích bề mặt tự nhiên theo mơ hình số độ cao dạng TIN GRID cách đơn giản thuận tiện Tài liệu tham khảo Baladin, V N., 2005 Xác định diện tích đất Nhà xuất MIIGAiK (tiếng Nga) Kalenhiski, A I., 2011 Đánh giá diện tích thực đất có tính đến địa hình khu vực Tập san Trắc địa Ảnh hàng không 3/2011 (tiếng Nga) Jenness, J S., 2004 Calculating landscape surface area from digital elevation models Wildlife Society Bulletin 2004, 32(3) Kougi, V A., 2013 Xác định diện tích đối tượng bất động sản Nhà xuất Lanh (tiếng Nga) ABSTRACT Surface area measurement Phuong Bich Dong 1, Thanh Dinh Tran Vietnam Institute of Geodesy and Cartography, Vietnam Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam The surface area of the natural surface is significantly different with the area determined on the reference surface, whether the projection plane or the ellipsoid surface, especially in areas with high levels of sawing The article points out the necessity of determining surface area along with measurement geodetic (projected) area and presents method and test results of determining surface area by the ArcGIS TIN tools as an application of nationwide DEM product ... thuộc vào mật độ xác định góc dốc thành phần, diện tích khu vực mức độ cắt xẻ địa hình Xác định diện tích bề mặt tự nhiên theo mơ hình số độ cao Xác định diên tích bề mặt tự nhiên theo phương pháp... (8) cho thấy diện tích bề mặt tự nhiên xác định với độ xác phụ thuộc vào độ xác mơ hình số độ cao độ cắt xẻ địa hình khu vực Dưới trình bày kết thử nghiệm xác định diện tích bề mặt tự nhiên quận... bề mặt theo mơ hình số độ cao đáp ứng yêu cầu xác định diện tích tự nhiên phục vụ quản lý, phát triển kinh tế xã hội Kết luận Diện tích bề mặt tự nhiên có chênh lệch đáng kể với diện tích xác định