Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao từ bản đồ 1 25000 phục vụ huấn luyện pháo binh

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Trần Tiến tùng Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao từ đồ 1:25000 phục vụ huấn luyện pháo binh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà nội - 2013 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Trần Tiến tùng Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao từ đồ 1:25000 phục vụ huấn luyện pháo binh Ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lí MÃ số: 60440214 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học PGs.ts Phạm Vọng Thành Hà néi - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung nghiên cứu phù hợp với mục đích đề tài đặt chưa công bố cơng trình khác Nếu sai tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà nội, ngày 05 tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Trần Tiến Tùng MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA .,,,, LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC .3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO .13 1.1 Tình hình nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao nước ngồi 13 1.2 Tình hình nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao nước… 16 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO .23 2.1 Khái niệm mơ hình số độ cao 23 2.1.1 Một số khái niệm 23 2.1.2 Khả ứng dụng mô hình số độ cao 25 2.2 Quy trình tổng qt xây dựng mơ hình số độ cao 28 2.3 Các phương pháp biểu diễn mơ hình số độ cao 29 2.3.1 Cấu trúc mơ hình số độ cao dạng lưới đều(Grid) 29 2.3.2 Cấu trúc mơ hình số độ cao dạng tam giác không (TIN)… 32 2.4 Các nguồn liệu tạo mơ hình số độ cao 36 2.5 Các phương pháp xây dựng mơ hình số độ cao .38 2.5.1 Phương pháp xây dựng mơ hình số độ cao cách đo đạc thực địa 38 2.5.2 Phương pháp xây dựng mơ hình số độ cao cách số hố đường bình độ đồ địa hình 39 2.5.3 Phương pháp xây dựng mô hình số độ cao cách đo ảnh .42 2.5.4 Phương pháp xây dựng mơ hình số độ cao cách ứng dụng công nghệ Laser đặt máy bay (LIDAR) 47 2.5.5 Phương pháp xây dựng mơ hình số độ cao cách ứng dụng công nghệ RADAR độ mở tổng hợp giao thoa (IFSAR) 50 CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO TỪ ĐƯỜNG BÌNH ĐỘ CÓ SẴN… 56 3.1 Khảo sát số phần mềm sử dụng việc xây dựng mơ hình số độ cao 56 3.2.Quy trình cơng nghệ xây dựng mơ hình số độ cao từ đường bình độ có sẵn 61 3.3 Độ xác mơ hình số độ cao thành lập từ đường bình độ có sẵn 66 3.3.1 Đặt vấn đề 66 3.3.2 Ảnh hưởng yếu tố tới độ xác MHSĐC thành lập phương pháp nội suy từ đường bình độ đồ địa hình 66 3.3.3 Độ xác MHSĐC thành lập phương pháp nội suy từ đường bình độ đồ địa hình .69 3.3.4 Phương pháp thực nghiệm đánh giá độ xác MHSĐC thành lập phương pháp nội suy từ đường bình độ đồ địa hình 70 3.3.5 Vấn đề tam giác nằm ngang lỗi kỹ thuật thành lập mơ hình số địa hình phương pháp nội suy từ đường bình độ .71 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 79 4.1 Phạm vi đặc điểm vùng thực nghiệm 79 4.2 Một số sản phẩm trình thực nghiệm ứng dụng dùng huấn luyện Pháo binh 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt 2D Two Dimensions Hai chiều 3D Three Dimensions Ba chiều DTM Digital Terrain Model Mơ hình số địa hình (MHSĐH) DEM Digital Elevation Model Mơ hình số độ cao (MHSĐC) DSM Digital Surface Model Mơ hình số bề mặt Mạng lưới mơ hình số độ GRID cao TIN Mạng tam giác không IFSAR Radar độ mở tổng hợp giao thoa Lidar RMSE Công nghệ đo laser Sai số trung phương (SSTP) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thơng số tính tốn từ MHSĐC ứng dụng chúng 26 Bảng 2.2 So sánh MHSĐC dạng TIN GRID 36 Bảng 3.1 Sai số MHSĐC biến thiên tuyến tính theo giá trị khoảng cao 68 Bảng 3.2 Sai số MHSĐC theo phương pháp mơ hình hố 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Mơ hình số độ cao 25 Hình 2.2 Miêu tả chu trình tổng quát xây dựng MHSĐC 28 Hình 2.3 MHSĐC theo lưới UTM Mỹ với ∆X= ∆Y = 30 mét 30 Hình 2.4 MHSĐC thành lập theo hệ toạ độ địa lý Mỹ với ∆X=∆Y=3” 31 Hình 2.5 Cấu trúc Topology mạng TIN 34 Hình 2.6 Quy trình chung xây dựng mơ hình số độ cao .37 Hình 2.7 Sơ đồ thành lập MHSĐC phương pháp số hoá đường bình độ có sẵn .41 Hình 2.8 Các phương thức lấy mẫu đo ảnh 44 Hình 2.9 Quy trình chung thành lập MHSĐC hệ thống đo vẽ ảnh số 46 Hình 2.10 Nguyên lý công nghệ LIDAR .49 Hình 2.11 Mơ hình số bề mặt mơ hình số độ cao 49 Hình 2.12 Nguyên lý phương pháp ứng dụng công nghệ IFSAR 51 Hình 3.1 Quy trình cơng nghệ thành lập MHSĐC (dạng TIN) từ đồ địa hình có sẵn .62 Hình 3.2 Vấn đề tam giác nằm ngang 73 Hình 3.3 Tam giác ngang xuất mơ hình TIN 75 Hình 4.1 Mảnh đồ tỉ lệ 1:25.000 làm thực nghiệm .79 Hình 4.2 Giao diện phần mềm Global Mapper 81 Hình 4.3 Hộp thoại Select Projection 81 Hình 4.4 Bản đồ số Nghĩa Sơn .82 Hình 4.5 Hộp thoại Overlay control Center 83 Hình 4.6 Chọn xây dựng 3D hộp thoại Overlay control Center 83 Hình 4.7 Hộp thoại Elevation Grid Creation Options 84 Hình 4.8 Mơ hình số độ cao 84 Hình 4.9 Hộp thoại Configuration .85 Hình 4.10 Hộp thoại Modify Feature Info 86 Hình 4.11 Hình ảnh sử dụng cơng cụ Measure Tool 86 Hình 4.12 Hộp thoại Feature Infomation .87 Hình 4.13 Hình ảnh hiển thị biểu diễn mặt cắt địa hình .87 Hình 4.14 Hình ảnh biểu diễn bố trí d1, d2 khu trú quân tập kết 88 Hình 4.15 Hộp thoại Distance/Bearing/COGO Input 88 Hình 4.16 Tăng giảm độ tương phản độ cao 90 Hình 4.17 Tăng giảm mực nước biển dâng 90 Hình 4.18 Lưu ảnh mơ hình 91 Hình 4.19 Hộp thoại 3D View Properties 91 81 Hình 4.2 Giao diện phần mềm Global Mapper Hình 4.3 Hộp thoại Select Projection 82 Northem Hemisphere) Cửa sổ Datum ta chọn WGS84 Cửa sổ Planar Units chọn METERS Cửa sổ Elevation Units chọn METERS Chọn Use Selected Projection for All Selected Files Bấm OK Bản đồ số Nghĩa Sơn Load Hình 4.4 Bản đồ số Nghĩa Sơn Setup Map layout: dùng để chỉnh đặt phông chữ màu, tỉ lệ đồ Open control Center: dùng để mở lớp đồ 83 Hình 4.5 Hộp thoại Overlay control Center Bấm chuột phải vào lớp đồ chọn Create Elevation Grid From 3D Vector Data Hình 4.6 Chọn xây dựng 3D hộp thoại Overlay control Center Xuất bảng Elevation Grid Creation Options, bấm OK 84 Hình 4.7 Hộp thoại Elevation Grid Creation Options Mơ hình số độ cao xuất Configuration: để chọn kiểu vùng, kiểu đường, kiểu hiển thị, mở hộp thoại Projection Hình 4.8 Mơ hình số độ cao 85 Hình 4.9 Hộp thoại Configuration Cơng cụ Zoom in, Zoom out: dùng phóng to, thu nhỏ Full view: xem tồn khu vực Cơng cụ Measure Tool: dùng để đo đạc chiều dài, đo góc phương vị Góc phương vị hiển thị dạng độ phút giây hiển thị dạng li giác Các giá trị đo đạc tác nghiệp đồ lưu lại bảng, ta xem lại cách vào Feature Info (xem thông tin đối tượng) 86 Hình 4.10 Hộp thoại Modify Feature Info Hình 4.11 Hình ảnh sử dụng cơng cụ Measure Tool Cơng cụ Feature Information Tool: dùng để hiển thị thuộc tính đối tượng vẽ tác nghiệp đồ 87 Hình 4.12 Hộp thoại Feature Infomation Cơng cụ 3D Path Profile/ Line of Sight Tool: dùng để vẽ mặt cắt địa hình, xác định khối lượng đào đắp, xác định tầm nhìn thơng suốt Hình 4.13 Hình ảnh hiển thị biểu diễn mặt cắt địa hình * Cơng cụ Digitizer Tool: Công cụ Create New Line/ Area Trade Mode: dùng để vẽ vị trí bố trí khu trú quân tập kết đơn vị, đánh dấu đường hành quân chiếm lĩnh di chuyển, tác nghiệp vị trí đài quan sát, trận địa bắn, khu vực mục tiêu 88 Hình 4.14 Hình ảnh biểu diễn bố trí d1, d2 khu trú quân tập kết Công cụ Create Distance/Bearing/COGO line: Hình 4.15 Hộp thoại Distance/Bearing/COGO Input 89 Dùng pháo binh tọa độ cực phương vị cự li mục tiêu Hoặc nhập tọa độ đài quan sát chính, đài quan sát dự bị, luồn sâu vào nhập phương vị cự li mục tiêu Vị trí mục tiêu xuất mơ hình cịn giá trị phương vị cự li ghi lại bảng phía Bấm nút 3D để xem mơ hình Bấm Rotate The View để xoay mơ hình quan sát theo hướng Move: dịch chuyển vị trí mơ hình Zoom: phóng to thu nhỏ Wire Frame View: hiển thị mơ hình dạng lưới tam giác TIN Defaul View: hiển thị ban đầu Move Letf: dịch chuyển mơ hình sang trái Move Right: dịch chuyển mơ hình sang phải Move Up: dịch chuyển mơ hình lên Move Down: dịch chuyển mơ hình xuống Zoom in: phóng to Zoom out: thu nhỏ Suppress Height: giảm độ tương phản độ cao Emphasize Height: tăng độ tương phản độ cao Water level on/of: mở tắt mực nước biển dâng Decrease Water level: giảm mực nước xuống Increase Water level: tăng mực nước lên Sử dụng chức tăng giảm mực nước biển dâng để nghiên cứu địa hình, xác định vùng ngập lụt để khoanh vùng vị trí ngập lụt, từ lựa chọn vị trí trú quân tập kết đơn vị, bố trí hầm đạn pháo khí tài, lương thực thực phẩm, vị trí dự kiến đặt trận địa bắn, nơi giấu xe, vị trí di chuyển sau hoàn thành nhiệm vụ, đường hành quân chiếm lĩnh di chuyển tránh tình ngập lụt xảy 90 Hình 4.16 Tăng giảm độ tương phản độ cao Hình 4.17 Tăng giảm mực nước biển dâng 91 Save Image: ghi lại hình ảnh, ta lưu hình ảnh theo dạng JPEG; PNG; TIFF; BMP bấm OK để đặt tên ảnh Hình 4.18 Lưu ảnh mơ hình Change Display Properties Hình 4.19 Hộp thoại 3D View Properties Ta thay đổi độ tương phản độ cao, thay đổi màu thay đổi mực nước biển dâng 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Thục Anh (2004), “Nghiên cứu thử nghiệm thành lập đồ địa hình 3D”, báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, Bộ Tài nguyên Môi trường Tăng Quốc Cường (2003), “Nghiên cứu sở khoa học xây dựng mơ hình số độ cao phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên”, báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, Bộ Tài nguyên Môi trường Phạm Vọng Thành (2004), Mơ hình số độ cao dùng cơng tác nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên, NXB Khoa học kỹ thuật Phạm Vọng Thành (2009), Giáo trình Mơ hình số độ cao, dùng cho học viên cao học ngành Bản đồ, viễn thám hệ thống thông tin địa lý Trung tâm Thông tin Địa lý - Cục Bản đồ (2006), Xây dựng mơ hình địa hình 3D Ackermann, F The accuracy of Digital height models, Proceeding of 37th Photogrammetric Week, 24-28 September, University of Stuttgart, Germany, pp 133-144, 1979 Burrough, PA and McDonnell, R A Principles of Geographical Information Systems, Oxford University Press Inc, Newyork, 333pp, 1998 Zhilin Li, Qing Zhu, Christopher Gold Digital Terrain Modeling (Principles and Methodology) CRS Press 2005 Flotron, A and Koelbl, O.Precision Terrain Model for Civil Engineering Official Publication n038, OEEPE, Experimental EuropeanOrgannization for Photogrammetric Reseach, 12.2000, P.37-134 Frankfurt a.M.,Available at http://phot.epfl.ch/reseach/oeepe op38/toc38.htm,2000 10 Gong, J.,Li, Z., Zhu, Q., Sui, H.and Zhou, Y (2000) Effects of 95 Vario Accuracy of DEMs: An Extensive Experimental Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.66, Investigation, No.9, p.1113 - 1117 11 Davis, C.H and Wang, X “High-Resolution DEMs for Urban Application from NAPP Photograph”, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.67, No.5, pp.585 - 592, 2001 12 Afify,H.,Derenyi, E.and Hosny, M.DTM “Generation from SPOT Imagery in a Digital Photogrammetric Workstation”, Proceedings of GER’97, CD - ROM (paper 25), 1997 13 Lillesand, T.M.andKiefer,R.W “Remote Sensing and Image Interpretation” (4th Edition), John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, 724pp, 2000 14 Hutchinson, MF (1996), “A locally adaptive approach to the interpolation of digital elevation models”, NCGIA, University of California, Santa - Barbara 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình thực luận văn, tác giả có số kết luận sau: Yếu tố ảnh hưởng tới độ xác MHSĐC xây dựng phương pháp nội suy từ đường bình độ đồ địa hình có sẵn bao gồm: sai số liệu gốc thuật toán nội suy MHSĐC Tuy nhiên, phần mềm thương mại ảnh hưởng thuật tốn nội suy đến độ xác MHSĐC xây dựng từ đồ địa hình có sẵn khơng đáng kể Do vậy, để nâng cao độ xác cho MHSĐC thành lập theo phương pháp chủ yếu ta khắc phục hạn chế liệu gốc để nâng cao độ xác cho MHSĐC Cụ thể: * Bổ sung thơng tin địa đường tụ thuỷ, đường phân thuỷ hay điểm độ cao để khắc phục tượng tam giác nằm ngang xây dựng MHSĐC dạng TIN * Bổ sung yếu tố vi địa hình vào MHSĐC * Kiểm tra gán giá trị độ cao xác cho điểm độ cao đường bình độ bị gán sai giá trị độ cao * Các kết nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng đối tượng đặc trưng địa hình ảnh hưởng rõ rệt chúng lên việc miêu tả địa hình thơng qua đường bình độ Rõ ràng với điểm độ cao khơng thơi chưa đủ để miêu tả đặc trưng địa hình Điều lý giải phải ý đến việc chỉnh sửa bổ sung yếu tố đặc trưng địa hình * Phương pháp nội suy từ đường bình độ số hố đồ địa hình phương pháp cho phép có MHSĐC phủ trùm với chi phí thấp khả hồn thành nhanh Tuy nhiên độ xác, mức độ chi 93 tiết tính đồng thấp so với phương pháp khác * Các yếu tố địa hình thuỷ văn đồ địa hình có ý nghĩa quan trọng Công tác biên tập kiểm định nội dung yếu tố tiến hành cách thủ công, phụ thuộc nhiều vào trình độ chun mơn kinh nghiệm người thực Kiến nghị Từ kết luận tác giả xin đưa số kiến nghị sau: - Nên xây dựng quy định chuẩn hoá cho loại liệu địa hình gốc dùng để tạo MHSĐC để loại bỏ từ đầu lỗi liệu đầu vào MHSĐC nhằm đảm bảo chất lượng tiến độ trình tạo MHSĐC - Cần bổ sung quy phạm, quy định cấu trúc MHSĐC, quy trình thành lập độ xác MHSĐC - Cần nghiên cứu khắc phục lỗi kỹ thuật thường gặp MHSĐC dạng TIN để phục vụ cho yêu cầu lĩnh vực khác - Ứng dụng mơ hình số độ cao vào nghiên cứu địa hình, lựa chọn vị trí bố trí đơn vị pháo, khu quân y, hậu cần, kĩ thuật doanh trại khu trú quân tập kết - Ứng dụng cho trinh sát thực địa, lựa chọn vị trí đài quan sát, trận địa bắn, đường hành quân chiếm lĩnh di chuyển - Ứng dụng huy bắn: thực bắn chuyển di sở đo đạc (từ điểm bắn thử, từ mục tiêu cũ) ... HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO .13 1. 1 Tình hình nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao nước ngồi 13 1. 2 Tình hình. .. 1. 2 Tình hình nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao nước… 16 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO .23 2 .1 Khái niệm mô hình số độ cao 23 2 .1. 1 Một số khái niệm... đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài xây dựng mơ hình số độ cao từ đồ 1: 25.000, nội suy mơ hình số độ cao từ đường bình độ số hố từ đồ địa hình có sẵn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong luận