Các mô hình DEM và DSM và DTM nổi lên như những yếu tố quan trọng, cung cấp góc nhìn chi tiết và chính xác về địa hình. Mỗi loại mô hình đều mang lại giá trị riêng biệt, giúp tối ưu hóa thiết kế, thi công và bảo trì các công trình. Việc phân biệt và hiểu rõ các ứng dụng thực tế của DEM và DSM và DTM mở ra những tiềm năng ứng dụng mới mẻ cho các chuyên gia và nhà quản lý dự án. Hãy cùng VSGA tìm hiểu kỹ về về các loại mô hình này trong bài viết dưới đây.
Mô hình độ cao số (DEM) là gì?
Mô hình độ cao số (DEM) không chỉ là một tập dữ liệu; nó là biểu diễn ba chiều động của địa hình, được chia thành lưới với từng ô mang có giá trị cụ thể và thường là giá trị độ cao.
DEM không chỉ dừng lại ở việc tái hiện bề mặt mà còn tích hợp các đặc điểm tự nhiên và nhân tạo như suối, đường ranh giới và dãy núi, tòa nhà, tháp và thảm thực vật.
Về cơ bản, DEM là thuật ngữ bao quát bao gồm cả Mô hình bề mặt kỹ thuật số (DSM) và Mô hình địa hình kỹ thuật số (DTM).
Với độ phân giải cao, DEM cho phép mô phỏng địa hình một cách chân thực và chi tiết, mang lại ứng dụng quan trọng trong quy hoạch, xây dựng, và nghiên cứu môi trường.
Các loại DEM
Tùy thuộc vào cấu trúc dữ liệu và cách biểu diễn độ cao, dem có thể được chia thành nhiều loại. Ngoài cấu trúc lưới thường thấy, DEM còn có dạng dựa trên vectơ gọi là Mạng lưới tam giác bất thường (TIN). TIN sử dụng các điểm độ cao đặt tại các vị trí quan trọng để tiết kiệm dung lượng lưu trữ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.
Cùng với sự phát triển của công nghệ, các đám mây điểm độ cao đã nổi lên như một giải pháp thay thế nổi bật cho DEM truyền thống. Được tạo ra từ dữ liệu LiDAR hoặc ảnh nổi, các đám mây điểm cung cấp góc nhìn chi tiết về địa hình và cho phép thao tác trực tiếp dữ liệu độ cao, mang lại khả năng ứng dụng cao trong nghiên cứu và quản lý địa hình.
Mô hình độ cao số DEM được dùng để làm gì?
DEM đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quy hoạch sử dụng đất, quản lý dự án cơ sở hạ tầng, khoa học đất, thủy văn và nghiên cứu hướng dòng chảy.
Xác định hướng dòng nước chảy
Mô hình độ cao số (DEM) hỗ trợ mô phỏng quá trình chảy và khối lượng của dòng nước một cách chính xác, ứng dụng dự đoán và phân tích các hiện tượng như lở đất. Nhờ đó, có thể xác định đường đi của dòng nước và xác định các khu vực có nguy cơ trượt lở, giúp đưa ra các giải pháp giảm thiểu rủi ro. Từ đó cung cấp nền tảng cho các chiến lược quản lý hiệu quả nhằm bảo vệ cộng đồng và cơ sở hạ tầng trước các tác động từ thiên tai.
Xây dựng các mô hình vật lý
Dữ liệu độ cao do DEM hỗ trợ tạo các mô hình vật lý như bản đồ địa hình nổi, giúp biểu diễn địa hình một cách trực quan và sinh động. Những mô hình hữu hình này là công cụ giá trị cho mục đích giáo dục, giúp người học dễ dàng hiểu được sự phức tạp của địa hình cũng như các đặc điểm tự nhiên và nhân tạo trên bề mặt.
Chỉnh sửa ảnh chụp trên không hoặc ảnh vệ tinh
DEM hỗ trợ hiệu chỉnh ảnh chụp trên không và ảnh vệ tinh bằng cách tích hợp thông tin độ cao, giúp điều chỉnh các biến dạng do thay đổi địa hình, đảm bảo độ chính xác về tham chiếu địa lý. Nhờ có DEM, ảnh vệ tinh và ảnh chụp trên không được hiệu chỉnh để phản ánh đúng các đặc điểm địa hình, nâng cao chất lượng phân tích và độ tin cậy của dữ liệu không gian.
Kết xuất hình ảnh 3D
Trong công nghệ không gian địa lý, DEM là nền tảng quan trọng cho việc kết xuất hình ảnh ba chiều, giúp tái hiện địa hình một cách chân thực và chi tiết. Khả năng này đặc biệt hữu ích cho quy hoạch đô thị, đánh giá tác động môi trường và mô phỏng ảo, mang đến cho các bên liên quan góc nhìn sống động về địa hình và các đặc điểm bề mặt.
Giảm các phép đo trọng lực (Hiệu chỉnh địa hình)
DEM đóng vai trò quan trọng trong việc hiệu chỉnh các phép đo trọng lực, đặc biệt trong lĩnh vực trắc địa và trọng lực học. Bằng cách sử dụng DEM để hiệu chỉnh địa hình, các dị thường trọng lực được diễn giải chính xác hơn khi đã loại bỏ ảnh hưởng của địa hình bề mặt, cải thiện độ chính xác trong việc phân tích cấu trúc địa chất bên dưới, mang lại thông tin chi tiết hơn về các đặc điểm dưới lòng đất và hỗ trợ các nghiên cứu địa chất chuyên sâu.
Phân tích địa hình địa vật lý và địa mạo
DEM đóng góp đáng kể vào phân tích địa hình trong địa lý vật lý và địa mạo. Các nhà nghiên cứu tận dụng dữ liệu độ cao để nghiên cứu địa hình, phân tích đặc điểm độ dốc và điều tra các quá trình cơ bản định hình bề mặt Trái đất. Thông tin này vô cùng có giá trị để hiểu động lực cảnh quan và xây dựng các chiến lược quản lý môi trường hiệu quả.
Mô hình địa hình kỹ thuật số (DTM) là gì?
Mô hình địa hình số (Digital Terrain Model – DTM) thường được xem là giống với DEM trên mặt đất. DTM về cơ bản là biểu diễn kỹ thuật số ba chiều của một bề mặt, bao gồm các tọa độ X, Y và Z. Trong DTM, bạn sẽ tìm thấy độ cao và độ cao so với mực nước biển cũng như các đặc điểm tự nhiên như sông và đường gờ.
Sự khác biệt giữa DEM so với DTM
Trong khi DEM thường bao gồm tất cả các đối tượng cố định trên mặt đất (thực vật, tòa nhà và các hiện vật khác), DTM tập trung vào bề mặt trắc địa của Trái đất, không bao gồm các hiện vật trên mặt đất.
Trong một số trường hợp, DTM được coi là tập dữ liệu vectơ bổ sung cho DEM, kết hợp các đặc điểm tuyến tính như gờ và đường gãy để thể hiện địa hình đất trống tốt hơn.
Ở khu vực thành thị, DEM có thể gây ra sai số do có sự hiện diện của các tòa nhà, trong khi DTM cung cấp góc nhìn chính xác hơn về địa hình tự nhiên, rất quan trọng đối với các ứng dụng như mô hình lũ lụt và quy hoạch cơ sở hạ tầng, đặc biệt là ở những cảnh quan có nhiều công trình cao tầng.
Mô hình địa hình kỹ thuật số DTM được tạo ra như thế nào?
DTM được tạo ra từ việc thu thập và xử lý dữ liệu về độ cao và địa hình, tập trung vào việc nắm bắt các điểm không liên tục trên bề mặt và các vị trí đặc biệt như đỉnh, hố, gờ và những thay đổi về độ dốc.
Các kỹ thuật sau đây được sử dụng để thu thập dữ liệu tạo DTM:
Khảo sát mặt đất
Khảo sát mặt đất bao gồm các phép đo tại chỗ do người khảo sát thực hiện để thu thập dữ liệu độ cao cho các khu vực cụ thể. Kỹ thuật này có độ chính xác cao, đặc biệt là trong việc ghi lại chi tiết những gián đoạn của bề mặt và các đặc điểm địa hình độc đáo.
Tuy nhiên, khảo sát thực địa có thể tốn nhiều thời gian, chi phí và thường phù hợp với các khu vực nghiên cứu nhỏ, không khả thi ở các khu vực có địa hình khó tiếp cận. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã nâng cao đáng kể hiệu quả của các cuộc khảo sát mặt đất.
GPS hoạt động dựa trên một chòm sao vệ tinh truyền thông tin liên tục về thời gian và vị trí, cho phép người dùng xác định vị trí của họ trên Trái Đất với độ chính xác đáng kể, thường là trong phạm vi mét.
Quang trắc bằng ảnh trên không
Ảnh trên không được chụp và xử lý bằng phương pháp quang trắc để thu được dữ liệu độ cao. Kỹ thuật này mở rộng phạm vi nghiên cứu vượt ra ngoài giới hạn của khảo sát thực địa, phù hợp với các khu vực nghiên cứu lớn hơn, thậm chí ở quy mô quốc gia.
Độ chính xác của DTM phụ thuộc vào các yếu tố như chất lượng hình ảnh trên không, hiệu chuẩn máy ảnh và các kỹ thuật xử lý.
Dữ liệu vệ tinh
Dữ liêu vệ tinh là một nguồn dữ liệu có giá trị khác để tạo DTM, cung cấp góc nhìn rộng hơn, đặc biệt hữu ích cho việc lập bản đồ quy mô lớn. Tương tự như ảnh quang trắc, độ chính xác của DTM thu được từ dữ liệu vệ tinh phụ thuộc vào độ phân giải và chất lượng của hình ảnh.
Các công nghệ vệ tinh tiên tiến, chẳng hạn như những công nghệ được trang bị cảm biến quang học có độ phân giải cao và radar khẩu độ tổng hợp (SAR), góp phần nâng cao độ chính xác của việc trích xuất dữ liệu độ cao.
Số hóa hoặc quét bản đồ đã có
Thông tin từ bản đồ địa hình hoặc bản đồ đã có cũng có thể được sử dụng để tạo DTM thông qua quá trình số hóa. Mặc dù phương pháp này có thể không có độ chính xác theo thời gian thực như khảo sát mặt đất hoặc công nghệ vệ tinh hiện đại, nhưng nó vẫn là nguồn tài nguyên có giá trị đối với những khu vực hạn chế về dữ liệu.
Mô hình DTM được sử dụng để làm gì?
Tiện ích chính của DTM nằm ở khả năng hỗ trợ phân tích địa hình phức tạp, cung cấp thông tin chi tiết có giá trị về các đặc điểm địa hình, bao gồm tính toán độ dốc và hướng, mô hình thủy văn và đánh giá địa chất.
Mô hình thủy văn
Trong lĩnh vực thủy văn, các mô hình DTM đóng góp đáng kể vào việc mô phỏng nhiều hiện tượng thủy văn khác nhau, chẳng hạn như dòng chảy sông, phân định lưu vực và xác định các khu vực có nguy cơ lũ lụt. Do đó, các mô hình thủy văn dựa trên DTM hỗ trợ việc xây dựng các chiến lược quản lý tài nguyên nước hiệu quả và thiết kế cơ sở hạ tầng phục hồi.
Phân tích địa hình
DTM đóng vai trò then chốt trong phân tích địa hình, cho phép tính toán các thông số thiết yếu như độ dốc và hướng. Độ chính xác mà DTM mang lại giúp đánh giá chi tiết các đặc điểm địa hình của một khu vực nhất định, cung cấp thông tin chi tiết quan trọng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm đánh giá tác động môi trường, quy hoạch đô thị và phát triển cơ sở hạ tầng.
Nghiên cứu sử dụng đất
DTM rất quan trọng trong các nghiên cứu về sử dụng đất, cung cấp một bản mô tả chi tiết về địa hình giúp xác định các khu vực phù hợp cho các mục đích sử dụng đất cụ thể. Điều này bao gồm quy hoạch đô thị, phân vùng nông nghiệp và các nỗ lực bảo tồn. Thông tin thu được từ DTM hỗ trợ các hoạt động quản lý đất bền vững bằng cách xem xét các yếu tố địa hình trong quá trình ra quyết định.
Quy hoạch hệ thống giao thông
Với quy hoạch giao thông, DTM góp phần tối ưu hóa tuyến đường, thiết kế đường bộ và đánh giá các thách thức tiềm ẩn như độ dốc lớn hoặc địa hình khó khăn. Điều này nâng cao hiệu quả và sự an toàn của mạng lưới giao thông bằng cách kết hợp các cân nhắc về địa hình vào các giai đoạn quy hoạch và thiết kế.
Hình ảnh hóa và mô hình hóa
DTM đóng vai trò là các yếu tố nền tảng trong việc tạo ra các bản đồ địa hình nổi vật lý, các chương trình mô phỏng bay và nhiều ứng dụng trực quan hóa và mô hình hóa khác nhau. Việc thể hiện chính xác địa hình tạo điều kiện cho các mô phỏng thực tế, mang lại lợi ích cho các lĩnh vực như quy hoạch đô thị, quốc phòng và môi trường đào tạo ảo.
Kết hợp với GIS
Các mô hình địa hình kỹ thuật số tích hợp liền mạch với GIS, cung cấp một khuôn khổ không gian để phân tích, diễn giải và trực quan hóa dữ liệu GIS phức tạp. Sự tích hợp này nâng cao khả năng của các nền tảng GIS, cho phép phân tích không gian mạnh mẽ hơn và hỗ trợ quyết định trên nhiều lĩnh vực.
Mô hình bề mặt kỹ thuật số (DSM) là gì?
Mô hình bề mặt kỹ thuật số (DSM) biểu diễn ba chiều toàn diện của bề mặt Trái Đất, bao gồm cả địa hình tự nhiên và các cấu trúc nhân tạo như thảm thực vật và tòa nhà.
Về bản chất, DSM cung cấp bức tranh toàn cảnh về bề mặt Trái Đất và mọi thực thể hiện diện trên đó. Việc tích hợp hình ảnh 3D giúp tăng cường khả năng diễn giải các đặc điểm địa lý, mang đến cho người dùng trải nghiệm chân thực và sống động.
Sự khác nhau giữa DTM so với DSM
DSM ghi lại cả những đặc điểm tự nhiên và nhân tạo của môi trường, trong khi DTM chỉ giữ lại các đặc điểm của địa hình trần trụi, chẳng hạn như sông và dãy núi. Từ DSM có thể suy ra được DTM, nhưng ngược lại thì không. DTM có tính ứng dụng cao hơn cho GIS và biểu diễn bản đồ.
Mô hình bề mặt kỹ thuật số DSM được tạo ra như thế nào?
Việc tạo ra DSM liên quan đến các công nghệ tiên tiến như LiDAR, ảnh quang trắc, mỗi công nghệ đều cung cấp các phương pháp riêng biệt để lập bản đồ toàn diện.
LiDAR
Các chùm xung ánh sáng được phát ra từ thiết bị LiDAR hướng xuống mặt đất. Khi gặp các vật thể xung quanh, các xung này sẽ phản xạ trở lại. Thông qua các phép đo thời gian chính xác, tính toán khoảng cách mà mỗi xung di chuyển.
Ngoài khoảng cách, LiDAR còn đo cường độ của các xung phản hồi, cung cấp thông tin chi tiết về hình dạng bề mặt và thành phần vật liệu của các bề mặt phản xạ.
Mặc dù LiDAR có hiệu quả, việc triển khai nó có thể tốn kém, thường chỉ dành cho những khu vực nhỏ, có giá trị cao như trung tâm đô thị.
Ảnh quang trắc
Một cách tiếp cận thay thế để tạo DSM liên quan đến việc khớp hình ảnh tự động thông qua hình ảnh nổi quang học có độ phân giải cao hoặc ảnh quang trắc nổi. Kỹ thuật này dựa trên phép tam giác hóa các điểm ảnh tương ứng theo cặp ảnh nổi, sử dụng hướng bên ngoài và bên trong đã biết để tái tạo 3D.
Những cặp ảnh lập thể này có thể lấy từ ảnh trên không hoặc dữ liệu vệ tinh. Bất kể nguồn nào, chiều cao vật thể được đo thủ công từ các hình ảnh định hướng đều đóng vai trò là điểm tham chiếu.
Mô hình DSM được sử dụng để làm gì?
Mô hình bề mặt kỹ thuật số (DSM) đóng vai trò là tập dữ liệu không gian địa lý cơ bản với nhiều ứng dụng đa dạng trên nhiều lĩnh vực, góp phần nâng cao khả năng lập kế hoạch, phân tích, trực quan hóa và mô hình hóa.
Quy hoạch đô thị và thiết kế kiến trúc
DSM đóng vai trò quan trọng trong quy hoạch đô thị và thiết kế kiến trúc khi cung cấp thông tin chi tiết về địa hình hiện có và các công trình trên mặt đất. Các nhà quy hoạch đô thị sử dụng DSM để đánh giá tác động của các công trình xây dựng mới đối với môi trường xung quanh, phân tích các yếu tố như mức độ tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, tầm nhìn của cư dân và tác động đến doanh nghiệp. Các kiến trúc sư sử dụng DSM để hình dung cách các công trình được đề xuất tích hợp với cảnh quan hiện có.
Hệ thống định vị và hệ thống giao thông thông minh
Dữ liệu DSM đóng vai trò quan trọng trong hệ thống định vị, tạo điều kiện lập kế hoạch tuyến đường và định vị chính xác bằng cách kết hợp các đặc điểm bề mặt vào phân tích. Hệ thống giao thông thông minh tận dụng DSM để quản lý giao thông, thiết kế đường bộ và lập kế hoạch cơ sở hạ tầng.
Dự báo rủi ro đô thị
Khả năng nắm bắt các đặc điểm bề mặt của DSM hỗ trợ dự báo các rủi ro đô thị, chẳng hạn như lũ lụt và lở đất. Bằng cách tích hợp dữ liệu độ cao với các mô hình dự đoán, các nhà quy hoạch đô thị và các cơ quan chức năng có thể đánh giá và giảm thiểu các rủi ro tiềm ẩn hiệu quả hơn.
Lập bản đồ thiên tai
Bằng cách tích hợp dữ liệu về các đặc điểm bề mặt, DSM góp phần đánh giá rủi ro chính xác hơn liên quan đến các yếu tố như lũ lụt, lở đất và các thảm họa thiên nhiên khác. Thông tin này vô cùng có giá trị đối với các nhà quy hoạch đô thị và các cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp trong việc xây dựng các chiến lược nhằm giảm thiểu và ứng phó với các rủi ro tiềm ẩn.
Kiểm tra hành lang đường dây điện
Ngoài quy hoạch đô thị, DSM còn được sử dụng trong quản lý cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như kiểm tra hành lang đường dây điện. Các nhóm tiện ích và bảo trì sử dụng DSM để phân tích sự xâm lấn của thảm thực vật, đánh giá tình trạng đường dây điện và lập kế hoạch bảo trì và nâng cấp cần thiết.
Định vị máy phát sóng điện thoại di động và viễn thông
DSM cũng được ứng dụng trong quy hoạch viễn thông, đặc biệt là trong việc định vị chính xác các máy phát điện thoại di động. Dữ liệu từ DSM cho phép tối ưu hóa vị trí của cơ sở hạ tầng viễn thông, đảm bảo vùng phủ sóng và cường độ tín hiệu tốt hơn trên nhiều địa hình khác nhau.
Sự khác biệt cơ bản giữa DEM và DSM và DTM
Hãy cùng xem xét sự khác biệt cơ bản giữa ba công cụ này: DEM và DSM và DTM .
Mô hình số độ cao (DEM)
DEM đóng vai trò là mô hình nền tảng, cung cấp dữ liệu toàn diện về độ cao của vùng đất trống. Mô hình này bao gồm các đặc điểm địa hình tự nhiên, không bao gồm bất kỳ cấu trúc hoặc thảm thực vật nào.
DEM được sử dụng rộng rãi trong bản đồ kỹ thuật số và hệ thống thông tin địa lý (GIS), đóng vai trò là tập dữ liệu cơ bản để biểu diễn địa hình.
Mô hình địa hình số (DTM)
DTM là phần mở rộng của DEM, được bổ sung thêm các tính năng như đường đứt gãy. Không giống như DEM, DTM kết hợp các chi tiết tốt hơn, khiến nó đặc biệt có giá trị đối với các ứng dụng yêu cầu biểu diễn địa hình phức tạp hơn.
DTM đóng vai trò quan trọng trong mô hình lũ lụt và thoát nước, nghiên cứu sử dụng đất, ứng dụng địa chất và thậm chí mở rộng sang khoa học hành tinh.
Mô hình bề mặt số (DSM)
DSM bao gồm toàn bộ địa hình, bao gồm cả các đặc điểm tự nhiên và nhân tạo trên bề mặt Trái đất. Bao gồm các tòa nhà, thảm thực vật và các cấu trúc khác.
DSM đặc biệt được ưa chuộng trong các ứng dụng như viễn thông, mô hình hóa cảnh quan, mô hình hóa thành phố và trực quan hóa, nơi mà việc thể hiện toàn diện bề mặt là bắt buộc.
Như vậy, có thể thấy rằng mỗi loại dữ liệu đều đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng địa lý và quản lý tài nguyên. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa ba loại mô hình này sẽ giúp các nhà nghiên cứu, kỹ sư và các nhà hoạch định chính sách lựa chọn công cụ phù hợp nhất cho nhu cầu cụ thể của họ. Bằng cách khai thác tối đa các loại dữ liệu này, chúng ta có thể cải thiện độ chính xác trong việc lập kế hoạch và dự đoán, từ đó đưa ra những quyết định tốt hơn cho tương lai bền vững.
Tham khảo: Difference between dem dtm and dsm
