Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG
CỦA MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO DEM”
Sinh viên thực hiện : - Nguyễn Văn Đồng Lớp: 54-TĐBĐ
- Phùng Quang Nam
Giáo viên hướng dẫn : Lại Tuấn Anh
DANH MỤC
Danh mục và bảng biểu
Ký hiệu Tên bảng
Số
trang
Hình
1.1
DEM – dạng Raster 5
Hình 1.2 Mô hình DEM dạng Raster 6
Hình 1.3
DEM dạng Vecter
5
Hình 3.1
Thành phần của ArcGIS
14
Hình 3.2 Giao diện phần mềm ArcGIS Desktop 17
Hình4.1 Sơ đồ Voronoi 19
Hình 4.2 Một số dạng mô hình số độ cao 22
Hình 4.3
Ứng dụng TIN để biểu thị sự biến động độ cao
địa hình
22
Hình4.4
Biểu đồ khối biểu thị sự biến động của độ cao địa
hình

thực nhất về bề mặt Trái Đất, nó được ứng dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu của các
ngành khoa học Trái đất mang lại hiệu quả cao. Đặc biệt trong phân tích địa hình - địa mạo
phục vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực, địa động lực hiện đại xác định làm tiền đề
nghiên cứu các đứt gãy kiến tạo. Chính vì thế mà chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên
cứu phương pháp thành lập và một số ứng dụng của mô hình số độ cao DEM”. Nhằm
đưa ra những giải pháp thích hợp để quản lý bảo vệ đất, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên một
cách tôt nhất.
2.Mục đích , yêu cầu của đề tài
- Áp dụng công nghệ GIS để thành lập bản đồ mô hình số độ cao.
- Nghiên cứu một số ứng dụng của mô hình số độ cao.
3.Phạm vi nghiên cứu
Khu vực tỉnh Thái Nguyên.
4.Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phần mềm ArcGIS và các số liệu thu thập được để tạo mô hình số độ cao.
B. PHẦN NỘI DUNG
Chương I:
KHÁI QUÁT MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 3
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
1.1 Khái niệm về mô hình số độ cao
1.1.1 Khái niệm
Mô hình số hoá độ cao (DEM) là sự thể hiện bằng số độ cao của bề mặt đất, độ cao của
tầng đất, của mực nước ngầm so với độ cao của bề mặt đất.
1.1.2 Các kiểu thể hiện mô hình số độ cao
-DEM được lưu trữ khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu số liệu là Raster hayVector.
a. DEM dạng Raster:
• Trong mô hình Raster DEM : ma trận các ô vuông gồm các hàng và cột.
• Mỗi một ô (cell) chứa giá trị độ cao của điểm trung tâm của ô.
Hình 1.1 DEM – dạng Raster
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 4

Arcgis.
Bản đồ địa hình ( các đường đồng mức) => Mô hình TIN => Mô hình Grid.
- Mô hình TIN là một dạng dữ liệu Raster được thể hiện dưới dạng lưới tam giác không
đều.
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 6
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
- Grid: là một dạng dữ liệu Raster mô tả một bề mặt mang giá trị liên tục. Giá trị mỗi ô
lưới (cell) là giá trị của bề mặt tại đó.
1.2.1.3 Phương pháp giao thoa Radar
Là trong khu vực hai ảnh SAR giống như việc xử lý, đình công hai ảnh SAR dữ liệu cơ
bản thông qua các giai đoạn khác nhau, có được hình ảnh giao thoa, và sau đó sau khi giai
đoạn unwrapping, để có được từ rìa của không gian địa hình dữ liệu độ cao cho công nghệ
quan sát trái đất.
1.2.2 Một số ứng dụng DEM
DEM là dữ liệu đầu vào của các quá trình liên quan đến độ cao. DEM sử dụng cho nhiều
mục đích ứng dụng như sau:
- Tính toán độ dốc
- Tính hướng dốc
- Tính toán khối lượng đào đắp
- Vẽ mặt cắt địa hình
- Tính độ dài sườn dốc
- Phân tích địa mạo của khu vực
- Xác định lưu vực
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 7
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
CHƯƠNG 2
KHÁI QUÁT VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
2.1 Vị trí địa lý
Tỉnh Thái Nguyên có tọa độ : 21°33′51″B 105°52′46″Đ hay 21,564225°B
105,879364°Đ.

chung khí hậu tỉnh Thái Nguyên thuận lợi cho phát triển ngành nông, lâm nghiệp.
2.4 Tình hình kinh tế - xã hội
Tình hình kinh tế - xã hội của tỉnh trong những năm gần đây có nhiều thuận lợi trong hoạt
động sản xuất kinh doanh, một số ngành nghề trọng điểm đều có sự tăng về năng lực sản xuất;
các thành phần kinh tế đều có sự tăng trưởng, nhất là kinh tế ngoài quốc doanh đã khẳng định
vị trí của mình trong nền kinh tế nhiều thành phần song cũng phải đối mặt với nhiều khó
khăn, thách thức như: thiên tai, dịch bệnh gia súc; giá cả đầu vào ở hầu hết các ngành sản xuất
đều tăng làm cho chi phí sản xuất tăng cao đã đẩy giá thành sản phẩm tăng lên, ảnh hưởng
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 8
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
không nhỏ tới sức cạnh tranh; kết cấu cơ sở hạ tầng, nhất là kết cấu hạ tầng khu vực nông thôn
miền núi tuy đã cải thiện nhưng vẫn thiếu và xuống cấp; lĩnh vực xã hội còn nhiều bức xúc, tai
nạn giao thông tuy có nhiều biện pháp nhằm kiềm chế nhưng vẫn chưa có xu hướng giảm
Song với sự chỉ đạo quyết tâm và nỗ lực cố gắng các cấp, các ngành và nhân dân toàn tỉnh nên
tình hình kinh tế xã hội đã thu được kết quả đáng kể, kinh tế tiếp tục phát triển theo chiều
hướng tích cực. Đánh giá chung, tình hình kinh tế - xã hội trên địa bàn tỉnh những năm gần
đây, mặc dù còn gặp nhiều khó khăn song kinh tế - xã hội của tỉnh vẫn tiếp tục phát triển theo
hướng tích cực, các chỉ tiêu kinh tế - xã hội chủ yếu của tỉnh đều hoàn thành so với kế hoạch và
tăng khá so với cùng kỳ. Một số lĩnh vực xã hội cũng có sự cải thiện đáng kể.
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 9
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
CHƯƠNG 3
THU THẬP DỮ LIỆU
3.1 Dữ liệu DEM
- Hiện nay nguồn dữ liệu mô hình số độ cao được đăng tải và phổ biến rộng rãi từ rất nhiều
nguồn cung cấp khác nhau trên internet, các nguồn DEM miễn phí dùng cho các mục đích
nghiên cứu về địa chất, khí tượng thủy văn…thường có độ phân giải từ 30m đến 1km. Nguồn
dữ liệu DEM toàn cầu phổ biến nhất đó là nguồn dữ liệu do vệ tinh có bộ cảm ASTER
GDEM cung cấp phạm vi toàn cầu. Các dữ liệu DEM cung cấp đã được loại bỏ các sai số và
nội suy những vùng thiếu số liệu và nó đã cung cấp rộng rãi trên khắp thế giới cho các nhà

- Chuyển đổi hệ quy chiếu (hệ tọa độ) nếu cần.
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 10
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
Ngoài ra, người dùng có thể truy nhập vào CSDL GIS hiện có để cập nhật, bố sung dữ
liệu mới theo các quy trình như đã trình bày ở trên.
b. Quản lý dữ liệu
Trong CSDL GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layers), theo nhóm chủ đề, theo
không gian (vị trí), theo thời gian và được lưu trữ ở các thư mục một cách hệ thống.
Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:
- Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS và trong các thiết bị lưu trữ
- Khôi phục dữ liệu từ CSDL
- Tổ chức dữ liệu theo nhưng cây dữ liệu, dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp và thường
xuyên bảo trì dữ liệu.
c. Hiển thị dữ liệu
Với dữ liệu được quản lý trong CSDL GIS, người dùng có thể hiển thị từng lớp và
nhóm dữ liệu, thậm chí một phần dữ liệu dưới các dạng bản đồ, biểu đồ và bảng dữ liệu.
d. Truy vấn tìm kiếm
Theo cấu trúc CSDL, người dùng có thể tìm kiếm đối tượng không gian hoặc thuộc
tính thỏa mãn những điều kiện cho trước một cách dễ dàng và chính xác trong CSDL GIS.
Các truy vấn bao gồm truy vấn tương tác, truy vấn thuộc tính và truy vấn không gian.
e. Xử lý và phân tích dữ liệu
Phần mềm GIS cho phép xử lý trên máy tính nhiều phép phân tích bản đồ và số liệu
một cách nhanh chóng, chính xác, phục vụ cho các yêu cầu trong công tác xây dựng bản đồ,
phân tích quy hoạch lãnh thổ, quản lý đô thị và quản lý tài nguyên môt trường. Đồng thời
phần mềm GIS còn có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử
lý dữ liệu không gian theo các mô hình.
Các kỹ thuật phân tích và xử lý chính bao gồm:
- Các phép đo, tính diện tích, chiều dài, thống kê diện tích tự động theo các loại biểu
thiết kế.
- Các phép phân tích theo vùng lựa chọn, thống kê vùng biên, phân loại, phân lớp mới

- Nội suy, phân tích không gian. Có thể phối hợp các kỹ thuật phân tích phức tạp với
nhau để tạo ra các mô hình chi tiết.
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 12
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
- Tạo ra những bản đồ với chất lượng cao và có khả năng kết nối nhanh với nhiều loại
dữ liệu khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các dạng file khác.
- Chồng xếp các lớp lớp dữ liệu để tạo ra lớp dữ liệu mới. Có nhiều phương pháp hồng
xếp dữ liệu (intersect, merge, union, dissolve, clip…) nhưng nhìn chung là kết hợp hai lớp dữ
liệu có sẵn thành một lớp dữ liệu mới.
3.2.2.4 Cấu trúc tổ chức dữ liệu trong ArcGIS
ArcGIS tổ chức và lưu trữ thông tin dưới dạng các lớp dữ liệu không gian. Mỗi một
lớp dữ liệu bao gồm các trường thuộc tính giống nhau.
Dữ liệu trong ArcGIS được chia thành các dạng:
a. Mô hình dữ liệu Vector
Mô tả đối tượng không gian dưới dạng các lớp dữ liệu: điểm (point), đường (polyline) và
vùng (polygon).
- Điểm: được xác định bởi một cặp tọa độ (x,y) hay (x,y,z) với z là giá trị độ cao. Điểm
là đối tượng vô hướng, không có kích thước (độ dài hay diện tích)
- Đường: được xác định bởi một tập hợp các cặp tọa độ (các điểm). Đường là đối tượng
có hướng và có kích thước (độ dài).
Các đối tượng đường trong ArcGIS còn có quan hệ topo (quan hệ hình học). Trong đó hai
điểm đầu và cuối đường được gọi là node, các điểm nằm giữa hai node xác định hình dạng
của đường và được gọi là vertex.
- Vùng: được xác định bởi một tập hợp các tọa độ khai báo cho đường bao của một vùng.
Vùng có thể đo được diện tích.
Một đối tượng không gian có thể được thể hiện dưới dạng một điểm hoặc một vùng tùy thuộc
vào tỷ lệ bản đồ.
ArcGIS sử dụng 3 mô hình vector để biểu diễn dữ liệu là: coverage, shapefile và
geodatabase, đồng thời lưu dữ liệu trong các lớp đối tượng (feature classes) dưới dạng không
gian và thuộc tính (bảng dữ liệu).

- Arcinfo
Là bộ sản phẩm phần mềm GIS đầy đủ nhất. Arcinfo bao gồm tất cả các chức năng của
Arcview lẫn ArcEditor.
Cung cấp các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS, xử lý dữ liệu không gian và khả năng
chuyển đổi dữ liệu, xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình
máy tính và xuất bản bản đồ ra các phương tiện khác nhau.
b. Giao diện phần mềm ArcGIS Desktop
Phần mềm ArcGIS Desktop cho phép người dùng truy cập đồng thời hoặc lần lượt vào
ba ứng dụng ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox.
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 14
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
Hình 3.2. Giao diện phần mềm ArcGIS Desktop
ArcMap
Dùng để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích các bản đồ như:
- Tạo các bản đồ từ nhiều loại dữ liệu khác nhau
- Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểu mối liên hệ giữa các đối tượng không gian
- Tạo các biểu đồ
- Hiển thị trang in ấn
ArcCatalog
Dùng để lưu trữ, quản lý hoặc tạo mới các dữ liệu địa lý như:
- Tạo mới một cơ sở dữ liệu
- Khai thác và tìm kiếm dữ liệu
- Xác định hệ thống tọa độ cho cơ sở dữ liệu
ArcToolbox
Cung cấp các công cụ xử lý không gian, phân tích GIS, xuất – nhập các dữ liệu từ các định
dạng khác như MapInfor, MicroStation, AutoCAD…
CHƯƠNG 4
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 15
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học

2
,p
n
} là tập hợp n điểm nằm
trong mặt phẳng hai chiều. Ta chia (phân hoạch), mặt phẳng thành n đa giác sao cho bất kỳ
điểm vị trí nào nằm trong một đa giác i đều có khoảng cách đến điểm i ngắn hơn khoảng cách
từ nó đến các điểm vị trí p
k
khác. Sơ đồ đa giác này gọi là sơ đồ Voronoi V (pi) và được biểu
diễn bằng ngôn ngữ toán học như sau:
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 16
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
Hình4.1: Sơ đồ Voronoi
Sơ đồ Voronoi có rất nhiều ứng dụng trong hình học giải tích, hình học đồ họa và GIS:
 Xác định vùng lân cận gần nhất (Nearest neighbor search) – Khi phải xác định vùng
lân cận gần nhất của một điểm (vị trí) cho trước trong tổng số N điểm thì vùng đó chính là đa
giác bao quanh điểm đó trong sơ đồ Voronoi.
 Xác định vị trí phục vụ hợp lý (facility location) – Ví dụ mạng lưới cửa hàng siêu thị
muốn lập một cửa hàng mới và điều đầu tiên là xác định vị trí mới thích hợp. Vị trí mới này
phải thỏa mãn yêu cầu ít ảnh hưởng nhất đến lượng khách hàng của các siêu thị đang vận
hành hay nói cách khác là càng xa các siêu thị hiện có càng tốt. Người ta có thể sử dụng sơ đồ
Voronoi bằng cách so sánh và phân tích tất cả các cạnh thẳng trong sơ đồ của vị trí các siêu
thị hiện có.
 Hình tròn rỗng lớn nhất (largest empty circle) – Ví dụ ta cần tìm một vùng đất lớn
chưa phát triển (dân cư và dịch vụ công cộng) để xây một nhà máy mới. Điều kiện là mảnh
đất đó phải càng cách ly được tối đa các điểm dân cư hay công cộng. Đây là bài toán tương tự
như trường hợp xác định vị trí hợp lý.
 Quy hoạch đường (path lanning) – Khi các điểm vị trí trong sơ đồ là các trở ngại bất
thuận lợi cho giao thông mà đường đi cần tránh xa thì các cạnh của đa giác trong sơ đồ
Voronoi chính là các đoạn đường bảo đảm tránh được xa nhất các trở ngại.

điểm đã quang trắc trong miếng đó. Với mục đích bảo đảm sự liên tục của độ dốc qua đường
biên giữa các miếng con thì người ta sử dụng các hàm số đối trọng (weighting functions). Các
hàm số xấp xỉ rời rạc (piecewwise approximation) rất ít khi được sử dụng trong việc thành
lập bản đồ số nhưng lại rất phổ biến trong hệ thống máy tính hỗ trợ thiết kế (CAD, computer
added design).
4.1.3.2 Phương pháp vật thể bản đồ:
Phương pháp sử dụng vật thể đường đầu tiên truyền thống trong bản đồ học để biểu diễn bề
mặt địa hình là sử dụng đường bình độ hay còn gọi là đường đồng mức. Mọi điểm nằm trên
cùng một đường đồng mức sẽ có cùng một giá trị độ cao.
Phương pháp sử dụng mặt cắt dọc để biểu diễn độ cao được sử dụng thuận tiện để phân
tích độ dốc vùng nghiên cứu. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, hai phương pháp sử dụng
đường trên không thuận tiện cho mục đích phân tích dữ liệu trong GIS. Vì vậy phương pháp
chung nhất trong hệ GIS là sử dụng mô hình lưới đều GRID (Regular Rectangular Grid) hay
lưới tam giác không đều TIN (Triangular Irregular Network).
Mô hình lưới đồng đều hay còn gọi là ma trận độ cao được thành lập từ việc phân tích
lập thể ảnh hàng không hoặc có thể thông qua việc nội suy từ lưới dữ liệu quan trắc độ cao.
Do máy tính có khả năng xử lý ma trận dễ dàng nên dữ liệu loại mô hình GRID này rất phổ
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 18
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
biến, được sử dụng cho các hệ GIS dạng raster. Trong mô hình raster GRID này vùng địa
hình được chia thành các ô (cell) trên cơ sở hàng và cột. Mỗi một ô chứa độ cao của điểm
trung tâm của ô. Ma trận độ cao được sử dụng để thành lập đường đồng mức, tính toán độ
dốc, hướng dốc và xác định đường biên các lưu vực sông.
Tuy vậy, phương pháp lưới đồng đều này có các nhược điểm sau:
- Tồn tại số lượng dữ liệu không cần thiết tại các vùng có địa hình đồng nhất;
-Không có khả năng thích ứng để biểu thị các vùng có địa hình phức tạp trừ lúc thay đổi toàn
bộ kích thước ma trận.
Như vậy, lưới đồng đều không có khả năng biểu thị các vùng địa hình thay đổi đột ngột
như các khe vực, hố lồi lõm và sông ngòi. Hạn chế này có thể gây sự nhầm lẫn trong khi đánh
giá kết quả phân tích địa hình.

- độ dốc (%) = tan (α) =
Độ dốc của Pixel là
S = /2.
Nếu s ≤ 1 thì độ dốc % = S x 100
Nếu s > 1 thì độ dốc % = 200 – 100/S
độ dốc theo độ = tan-1 (s) x 180 / π
Ví dụ :
∆x1 = 25 – 10 = 15 ∆y1 = 10 – 20 = -10
∆x2 = 25 – 22 = 3 ∆y2 = 20 – 24 = -4
∆x3 = 18 – 20 = -2 ∆y3 = 25 – 18 = 7
Δx = = 0.177 Δy = = -0.076
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 20
10 20 25
22 30 25
20 24 18
a
h
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học

Vì s ≤ 1
độ dốc (%) = 0,0967 x 100 = 9,67 %
độ dốc (độ) = tan-1 (s) x 180/ π = tan-1(0,0967) x 57,30 = 5,540

4.2.2 Tính hướng dốc
Đi cùng với tính toán độ dốc thì việc tính toán hướng dốc cũng là điều không thể thiếu trong
đánh giá các tai biến địa chất. Biết được hướng dốc giúp ta phân tích được nguy cơ trượt lở
theo phương nào trên bản đồ từ đó đưa ra được những phán đoán phân tích chính xác trong
việc phòng tránh tai biến trượt lở của đất đá.
- Công thức tính hướng dốc
Φ = ( ).

quả tương tự một ảnh hàng không do việc sử dụng các gam màu sáng tối khác nhau. Tuy vậy
bản đồ số địa hình có nhiều điểm khác biệt so với ảnh hàng không. Trước hết bản đồ tô bóng
này không biểu thị đúng hình ảnh mặt đất mà chỉ là của bề mặt đã số hóa của mặt đất. Thứ
hai là nguồn ánh sáng tưởng tượng trong bản đồ tô bóng thường được chọn ở góc bằng hoặc
lớn hơn 45
o
phía trên đường chân trời phía Tây – bắc. Góc chiếu sáng này có tính chất nhân
tạo mà rất khó có khả năng xẩy ra trong thực tế thiên văn. Điểm khác biệt thứ ba nằm ở bản
chất của mô hình độ cao DEM bởi mô hình này đã là sự đơn giản hóa bởi số lượng hạn chế số
điểm dữ liệu và không thể thể hiện hết tất cả các chi tiết của địa hình thực tế.
4.2.5 Bản đồ đường đồng mức
Các đường đồng mức có thể dễ dàng thành lập bằng cách phân loại giá trị độ cao của
các ô (cell) theo một thang độ độ cao nhất định và sau đó thể hiện các loại độ cao đó bằng các
đường phân giới hay thể hiện bằng các màu sắc. Bản đồ đường đồng mức thường được tạo ra
bằng cách cắt giao tiếp mô hình DEM địa hình với các mặt phẳng ngang theo phân loại độ
cao địa hình.
C.KẾT LUẬN VÀ KIỂN NGHỊ
1.Kết luận
Đề tài đã hoàn thành được đúng các mục đích – yêu cầu đề ra, đó là thành lập được các
bản đồ DEM cho khu vực Thái Nguyên với độ phân giải 30m và 90m. Ứng dụng các công
Kĩ thuật Trắc địa_Bản đồ 22
Nghiên cứu khoa học Trung tâm Địa_Tin học
nghệ GIS để thành lập được bản đồ mô hình số độ cao cho khu vực Thái Nguyên có ý nghĩa
ứng dụng cao góp phần cho các nhà nghiên cứu giải đoán được những cấu trúc kiến tạo – địa
mạo, tạo mô hình để mô phỏng địa hình, tạo ra các lớp dữ liệu liên quan đến địa hình, thủy
văn. Sản phẩm của đề tài khoa học này có độ chính xác cao và hoàn toàn có thể mang ứng
dụng trong thực thế không chỉ cho tỉnh Thái Nguyên mà còn áp dụng được cho tất cả các
vùng khác.
2.Kiến nghị
Do thời gian nghiên cứu và kiến thức còn hạn chế nên chúng tôi chỉ đưa ra được một số