1.1 Tổng quan về mơ hình số độ cao
1.1.6 Công tác thành lập DE Mở trong và ngoài nước
1.1.6.1 Thành lập DEM ở nước ngoài
Những kỹ thuật mới trong công nghệ viễn thám đã làm tăng khả năng thành lập các DEM với độ phủ trùm lớn và độ phân giải cao. Theo Dell’s Acqua and Gamba [38], dự án X-SAR/SRTM đo địa hình bằng thiết bị radar độ mở tổng hợp giao thoa (băng X- với bước sóng = 3.1cm, đặt trên tàu vũ trụ con thoi Endeavour được phóng vào tháng 2 năm 2000), đã cho phép xây dựng được DEM với độ phủ trùm 80% bề mặt trái đất (từ vĩ độ 60o Bắc đến vĩ độ 56o Nam), độ phân giải mặt bằng 30m, ước tính độ chính xác tương đối về độ cao các điểm của DEM là 6m và độ chính xác tuyệt đối là 16m [87].
Cơng ty ISTAR của Pháp là nhà phân phối DEM lớn nhất tồn cầu, tiếp đó là cơng ty Atlantis Scientific Inc., của Mỹ. Đến 2004, ISTAR đã sử dụng các ảnh SPOT là nguồn dữ liệu chính và sau đó bổ sung các dữ liệu từ ERS và RADASAT. Một nguồn dữ liệu DEM khác được xây dựng ở quy mơ tồn cầu là dữ liệu DEM từ chương trình Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) trên tàu vũ trụ NASA cung cấp dữ liệu từ cặp ảnh lập thể với độ phân giải 15m cho phép thành lập DEM bằng cách tạo cặp ảnh lập thể tự động và cho DEM với độ phân giải từ 30m đến 150m với độ chính xác độ cao (tính bằng sai số trung phương) trong khoảng từ ±7 and ±15m [60]. Từ năm 2011 đến 2015, Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức - German Aerospace Center (DLR), và các công ty EADS Astrium GmbH and Infoterra GmbH cũng đã quan trắc trái đất rất nhiều lần và xây dựng được bộ dữ liệu DEM toàn cầu với độ phân giải 90m [29]. Theo một số nghiên cứu thì thị trường DEM được thành lập từ nhiều nguồn khác nhau với độ chính xác từ 1m đến 100m sẽ ngày càng tăng trưởng mạnh.
Công nghệ đo laser đặt trên máy bay LIDAR (Light Detection And Ranging) để thành lập DEM với độ chính xác cao. Theo Dell’s Acqua and Gamba [38] DEM được thành lập bằng cơng nghệ LIDAR đã được Cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp của Mỹ (FEMA) sử dụng để nghiên cứu bảo hiểm lũ lụt và thành lập bản đồ đánh giá tình trạng lũ lụt tại một số bang như Carolina, Louisiana và Texas. Trong
đó, DEM độ chính xác cao được sử dụng kết hợp với các dữ liệu khác để thành lập bản đồ thủy văn và dự đốn diện tích ngập nước. DEM từ nguồn dữ liệu LIDAR cũng được sử dụng ở nhiều nước châu Âu như: Anh, Pháp, Đức, Bỉ, Hà Lan, … trong cơng tác phịng chống lũ lụt và dự đoán thiên tai [76].
Thời gian gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ máy bay không người lái (Unmanned Aerial Vehicles-UAV), các thuật toán tự động xử lý ảnh, khơi phục mơ hình 3 chiều (Structure-from-Motion, SfM), giá thành trang thiết bị cho công nghệ đo vẽ sử dụng UAV đã giảm xuống rất mạnh nên công nghệ này đang được ứng dụng thành công và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công tác đo đạc thành lập bản đồ, giao thông, sản xuất nông nghiệp, nghiên cứu địa chất, và nghiên cứu môi trường. Điểm cần bổ sung hiện nay của công nghệ này, là quy trình tính tốn, cơng nghệ thiết kế bay chụp UAV sao cho đạt được độ chính xác mong muốn của các sản phẩm bản đồ, cho từng mục đích cụ thể [89].
1.1.6.2 Tình hình thành lập DEM ở Việt Nam
Từ năm 1995 đến năm 1998, Bộ KHCNMT đã có một dự án xây dựng Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Dự án này là một dự án với quy mô lớn đầu tiên ở nước ta để xây dựng một cơ sở dữ liệu không gian về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội với hai cấp: cấp toàn quốc với 7 cơ sở dữ liệu (CSDL) của 7 ngành và cấp tỉnh với 40 CSDL của 40 tỉnh. Các CSDL này phần lớn đều được xây dựng trên bản đồ địa hình tỷ lê 1:50.000 nhưng trong đó khơng có tỉnh nào xây dựng DEM. Kết quả của dự án cũng đã xây dựng được DEM dạng Grid cho tồn quốc dựa trên CSDL địa hình tỷ lệ 1:100.000 nhưng nó chỉ như là một sản phẩm trình diễn, khơng ứng dụng được vào một mục đích cụ thể nào [87].
Các DEM được xây dựng bằng các phần mềm SURFER, PCI đã được Viện Địa lý – thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ quốc gia, nghiên cứu và sử dụng trong các bài tốn phân tích, đánh giá về điều kiện tự nhiên của các vùng lãnh thổ. Và cơ quan này đã xây dựng được DEM phủ trùm toàn quốc từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 1.000.000, với khoảng cách mắt lưới là 250m. Loại DEM này được sử
dụng trong cơng tác đánh giá tiềm năng xói mịn, hỗ trợ cơng tác phân loại lớp phủ bằng tư liệu viễn thám độ phân giải trung bình. Bên canh đó, Viện Địa lý cũng đã thành lập được DEM độ phân giải 30m, từ các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, cho các khu vực: thành phố Hạ Long, Huế, Tánh Linh, Bình Thuận. Các DEM này phục vụ cho cơng tác quy hoạch môi trường và vùng lãnh thổ.
Ở Trung tâm viễn thám đã thành lập được các loại DEM sau: dùng ảnh SPOT để hiện chỉnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1 : 50.000, thành lập được DEM phủ trùm từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1 : 250.000; các DEM được thành lập từ các bản đồ địa hình tỷ lệ 1 : 100.000 và 1 : 50.000; thành lập được DEM từ các cặp ảnh SPOT lập thể, từ cặp ảnh SPOT 4 với độ chính xác về độ cao khoảng 7 – 8 m, từ SPOT 5 với độ chính xác khoảng 4-5 m.
Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ đã xây dựng được các quy định kỹ thuật trong việc xây dựng DEM phục vụ cho công tác nắn ảnh trực giao, thành lập bản đồ và đã đề xuất coi DEM là một sản phẩm độc lập. Viện cũng đã ứng dụng DEM trong cơng tác thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính. Bên cạnh đó, DEM cũng đã được sử dụng để tính số cải chính địa hình trong mơ hình Geoid.
DEM cũng đã được sử dụng từ rất sớm tại Viện Điều tra quy hoạch rừng trong các nghiên cứu, điều tra về tài nguyên rừng và trong các bài tốn phân tích khơng gian phục vụ quản lý và phát triển rừng. Tại cơ quan này, DEM được xây dựng chủ yếu bằng phương pháp số hóa từ bản đồ địa hình rồi dựa trên các đường bình độ đã số hóa để nội suy DEM, chủ yếu dùng phần mềm Ilwis.
Đối với DEM độ phân giải cao, công nghệ LiDAR đang được ứng dụng khá nhiều tại Việt Nam. Từ năm 2007, Hệ thống Lidar tích hợp ảnh kỹ thuật số Harrier 56/G4 kết hợp máy quét Lidar LMS-Q560 (Riegl) với máy ảnh Rollei AIC P45 và phần mềm xử lý dữ liệu Lidar TOPPIT được đưa vào sản xuất thành lập bản đồ và CSDL ở Việt Nam từ năm 2007 trong Dự án "Thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý tỉ lệ 1:2.000, 1:5.000 các khu vực đô thị, khu vực công nghiệp, khu kinh tế trọng điểm" và từ năm 2012 hệ thống này tham gia thực hiện dự án “Xây dựng mơ hình số độ cao độ chính xác cao khu vực đồng bằng và ven biển phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng”. Năm 2018 bắt
đầu giai đoạn tiếp theo của cơng nghệ Lidar tích hợp chụp ảnh hàng không ở Việt nam với việc Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam đầu tư hệ thống Citymapper của hãng Leica (Thụy sỹ) [85]. Hệ thống này đã được sử dụng cho Dự án “Xây dựng mơ hình số độ cao độ chính xác cao khu vực đồng bằng và ven biển phục vụ công tác nghiên cứu, đánh giá tác động của biến đổi khí hậu, nước biển dâng” với các sản phẩm đám mây điểm Lidar, mơ hình số bề mặt DSM, mơ hình số địa hình DTM và ảnh nắn trực giao (orthophoto).
Tuy đã có một số khu vực trọng điểm được thành lập DEM ở độ phân giải cao, hiện nay, ở Việt Nam, DEM được thành lập từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 và 1: 50.000 là phổ biến nhất. Một số các ứng dụng cần DEM được thành lập từ các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn, từ 1:10.000 đến 1: 25.000 [87].
Một số loại DEM và các ứng dụng của nó ở nước ta hiện nay (Bảng 1-4):
Bảng 1-4. Một số loại DEM ở nước ta hiện nay Phần
TT Độ phân Ứng dụng Khu vực mềm Dữ liệu gốc Cơ quan
giải ứng xây dựng
DEM dụng
1 20m Đánh giá tiềm Thanh Ba, Hà Landsat TM, độ Trung tâm
năng xói mịn Hịa, Phú Thọ; ILWIS phân giải 30m; viễn thám
theo mơ hình Khu vực núi Ba bản đồ địa hình tỷ và
DEM Vì lệ 1:50.000 Geomatics
(VTGEO)
2 Vùng Thành lập bản Thừa Thiên Huế, Phần Bản đồ địa hình Trung tâm
đồng đồ ngập lụt Quảng Nam, Đà mềm tự tỷ lệ 25.000 và khí tượng
bằng 5m, theo mơ hình Nẵng xây 50.000 Thủy văn
vùng núi thủy lực, thủy dựng quốc gia
10m văn
3 20m Thành lập bản Nam Thanh, Hải ILWIS Bản đồ địa hình VTGEO
đồ nguy cơ Dương tỷ lệ 50.000
ngập lụt
4 30m Quy hoạch sử Vườn Quốc gia ILWIS Landsat TM; bản Viện Khoa
dụng tài Ba Bể; Tiền Hải, đồ 50.000 học Thủy
nguyên, đánh Thái Bình; Hàm lợi
giá thích nghi Tân, Bình Thuận cây trồng
Phần
TT Độ phân Ứng dụng Khu vực mềm Dữ liệu gốc Cơ quan
giải ứng xây dựng
DEM dụng
5 20m Xây dựng bản Đồng bằng sông ILWIS Landsat TM; bản VTGEO
đồ địa mạo Hồng đồ 10.000
6 5m Đánh giá biến Khu công nghiệp ILWIS Bản đồ 10.000 VTGEO
động khu công Dung Quất
nghiệp
7 15m Nắn trực chiếu Hạ Hòa, Phú Thọ PCI RADARSAT, VTGEO
ảnh Radar bản đồ 1: 25.000
và 1: 50.000