Xử lý số liệu bản đồ mô hình số độ cao (DEM) khu vực tây nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................1

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tên đề tài:

Trần Hữu Hải

Xử lý số liệu bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) khu vực Tây
Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa động lực
1

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

Sinh viên thực hiện: Trần Hữu Hải
Lớp: Tin học địa chất K52
Số điện thoại: 01659341536
Email:
Khoa: Công Nghệ Thông Tin
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Giáo viên hướng dẫn: GS.TS Phan Trọng Trịnh
Thời gian thực hiện: 2014

DANH MỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Ký hiệu
Bảng 1.1

Tên bảng

Số trang

Bảng minh họa ví dụ về tính độ dốc ma trận

13

DANH MỤC HÌNH VẼ
Ký hiệu
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6

Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13

Tên hình
Mơ phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Raster.
Ví dụ về bản đồ mơ hình DEM dạng Raster.
Mơ phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Vector.
Ví dụ về bản đồ mơ hình DEM dạng TIN.
Hình minh họa vệ tinh Terra chụp ảnh thu tín hiệu
từ Trái Đất.
Mơ hình lớp phủ bề mặt đất trên nền DEM dạng
3D dựa trên công nghệ chụp ảnh lập thể từ vệ
tinh.
Ví dụ minh họa bản đồ địa hình dạng đường đồng
mức.
Mơ phỏng trình tự tạo DEM từ bản đồ địa hình
đường đồng mức.
Ví dụ sử dụng hai ảnh ERS SAR SLC (B = 117m)
cho mục đích tạo DEM
Minh họa pixel ảnh trên DEM cho tính tốn độ
dốc
Ví dụ về bản đồ độ dốc được tính từ bản đồ DEM.
Minh họa pixel độ dốc trên bản đồ cho tính tốn
hướng dốc.
Ví dụ bản đồ minh họa tính hướng dốc dựa trên

Trần Hữu Hải

2

Số trang
5

6
6
7
8
9
9
10
11
12
13
14
15

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3

Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8

Hình 3.9
Hình 3.10

Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5

Khoa Cơng nghệ thơng tin

DEM
Sơ đồ địa mạo khu vực Tây Nguyên và lân cận
Chú giải sơ đồ địa mạo khu vực Tây Nguyên và
lân cận (Hình 2.1)
Sơ đồ kiến tạo Pliocen-đệ tứ khu vực Tây nguyên,
thu nhỏ từ tỉ lệ
1/250 000
Giao diện tìm kiếm dữ liệu DEM trên trang web
của ERSDAC
Lựa chọn các vùng để tải dữ liệu DEM khu vực
Tây Nguyên trên trang web tìm kiếm của ERSDAC
Danh mục các file sẽ được tải về trên trang tìm
kiếm của ERSDAC
Lựa chọn mục đích sử dụng dữ liệu DEM trên
ERSDAC
Lựa chọn và tải dữ liệu DEM cho khu vực Tây

Nguyên trên web của ERSDAC
Giao diện trang web dùng để tải dữ liệu DEM của
USGS
Giao diện khu vực lấy dữ liệu ASTER GDEM cho
khu vực Tây Nguyên trên trang web của USGS
Chọn vùng cần lấy dữ liệu DEM cho khu vực Tây
Nguyên trên trang web USGS
Lựa chọn loại dữ liệu DEM cho khu vực Tây
Nguyên trên web USGS
Lựa chọn kiểu dữ liệu DEM cho khu vực Tây
Nguyên để tải về máy tính cá nhân trên web của
USGS
Minh họa các kiểu đồ họa chính trong Mapinfo
Giao diện Mapinfo
Giao diện đồ họa của Vertical Mapper trong
Mapinfo
Đường dẫn mở file chứa dữ liệu DEM 30m trong
Mapinfo
Lựa chọn hệ quy chiếu cho DEM 30m khu vực Tây
Nguyên
Cửa sổ đồ họa hiện thị DEM 30m khu vực Tây
Nguyên chưa qua xử lý màu
So sánh vị trí DEM Tây Nguyên 30m với đường
bờ Việt Nam
Bản đồ DEM Tây Nguyên30m được chuyển sang
dạng ”.grd”

Trần Hữu Hải

3

26
27
38
40
41
41
42
42
43
44
44
45
45
47
50
51
52
53
53
54
54

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8

Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13
Hình 4.14
Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.20a
Hình 4.20b
Hình 4.20c
Hình 4.20d
Hình 4.21
Hình 4.22

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Cơng cụ colour dùng xử lý màu cho bản đồ DEM
Tây Nguyên 30m
Bản đồ DEM Tây Nguyên 30m đã được xử lý màu
và tạo bóng đổ
Phóng lớn một phần bản đồ DEM Tây Nguyên
30m được xử lý màu và tạo bóng đổ
Đường dẫn tới file DEM dạng ”.asc” độ phân giải
90m cho khu vực Tây Nguyên
Cửa sổ đồ họa hiện thị DEM 90m khu vực Tây

Nguyên chưa qua xử lý màu
Công cụ colour dùng xử lý màu cho bản đồ DEM
Tây Nguyên 90m
Quá trình xử lý màu cho dữ liệu DEM khu vực
Tây Nguyên 90m
Bản đồ DEM Tây Nguyên 90m đã được xử lý màu
và tạo bóng đổ
So sánh độ chi tiết của DEM 90m và 30m đã được
xử lý
Sử dụng Cross tạo mặt cắt địa hình trên DEM Tây
Nguyên 30m
Một sơ đồ mặt cắt địa hình dựa trên nền DEM
30m Tây Nguyên
Sử dụng bản đồ DEM để vẽ các Lineament đứt
gãy kiến tạo
Sử dụng công cụ GELink trên Mapinfo
Lựa chọn thuộc tính của cơng cụ GELink trong
Mapinfo
Kiểm tra các đường đứt gãy trên khơng gian địa
hình 3 chiều của Google Earth Pro
Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên không
gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro
Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên khơng
gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro
Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên khơng
gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro
Minh họa kiểm tra các đường đứt gãy trên khơng
gian địa hình 3 chiều của Google Earth Pro
Các đường Lineament đứt gãy kiến tạo của một
phần trên bản đồ DEM 30m khu vực Tây Nguyên

Bản đồ Lineament đứt gãy kiến tạo cho khu vực
Tây Nguyên dựa trên nền dữ liệu DEM 90m Khu
vực Tây Nguyên

Trần Hữu Hải

4

55
55
56
57
57
58
58
59
59
60
61
61
62
62
63
64
65
66
67
68
69

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
DEM
GDEM
USGS
ERSDAC
GIS
SRTM

Trần Hữu Hải

Tên đầy đủ
Digital Elevation Model
Global Digital Elevation Model
United States Geological Survey
Earth Remote Sensing Data Analysis Centrer
Geographic Information System
Shuttle Radar Topography Mission

5

Tin Địa Chất K52

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của khoa học công nghệ thì ngày nay công nghệ thông tin
được áp dụng vào mọi ngành nghề trong đời sống – xã hội. Việc áp dụng công nghệ
thông tin vào các mọi ngành nghề giúp tối ưu hóa thời gian cho con người đồng thời
mang lại độ chính xác cao trong công việc, giảm bớt sức lao động của con người.
Song hành với sự phát triển của công nghệ thông tin như vậy, ngành địa chất cũng
xác định được tầm quan trọng của công nghệ thông tin để áp dụng vào xây dựng và
giải các bài toán trong địa chất. Ví dụ như việc áp dụng thành lập các bản đồ địa
chất, quản lý dữ liệu địa chất, tính toán trữ lượng khoáng sản. . v. . v. . . Việc áp
dụng công nghệ thông tin vào ngành địa chất mang lại sự nhanh chóng và chính
xác, mang tính vượt trội so với các phương pháp cổ điển mà con người trực tiếp
phải xử lý. Áp dụng công nghệ thông tin trong địa chất cũng dẫn đến các nhà địa
chất có những phán đoán chính xác hơn trong việc dự đoán, phân tích trong những
vấn đề của địa chất học. Hiện nay, trên thế giới việc áp dụng công nghệ thông tin
vào ngành địa chất học đã mang lại nhiều thành tựu cho sự vượt bậc của nó. Đã có
rất nhiều những chương trình phần mềm được xây dựng phục vụ trong công tác
nghiên cứu về địa chất đã được công bố mang lại những hiệu quả rất cao trong công
việc, dẫn đến những chương trình này là những phần không thể thiếu và quan trọng
trong nghiên cứu. . v. . v. . . Ở Việt Nam hiện nay, trong ngành địa chất cũng đã coi
trọng việc áp dụng công nghệ thông tin trong những xử lý tính toán phức tạp mà đòi
hỏi con người mất nhiều thời gian và công sức. Một điển hình cho xu thế phát triển
hiện đại này là tại phòng Địa Động Lực Hiện Đại – Viện Địa Chất, một đơn vị trực
thuộc của Viện Hàn Lâm Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam, trưởng phòng là GS.
TS Phan Trọng Trịnh đã có những hướng mang tính hiện đại hóa bằng việc áp dụng
nhiều phần mềm của công nghệ GIS trong việc xử lý những vấn đề mà phòng Địa

Động Lực nghiên cứu, ví dụ như các phần mềm xử lý trong bản đồ như ArcGis,
Surfer, MapInfo, Google Earth Pro. . .
Trong quá trình thực tập tớt nghiệp tại phịng Địa động lực hiện đại, em đã
được biết phần nào đó về những cơng việc của phịng, một trong những nghiên cứu
chính của phịng địa động lực đó là nghiên cứu về các đứt gãy, tìm hiểu quy luật
vận động của vỏ Trái đất để có thể dự báo những thiên tai về động đất và sóng thần
để cảnh báo phịng tránh những thiệt hại do nó gây ra đối với con người. Để nghiên
cứu được các đứt gãy có rất nhiều các phương pháp nghiên cứu khác nhau và một
trong những phương pháp đó là nghiên cứu mặt đất từ xa sử dụng kết quả của
những công nghệ hiện đại đó là dữ liệu của các vệ tinh viễn thám về Trái đất, từ đó
giúp các nhà nghiên cứu về địa động lực có cái nhìn tổng quan về khu vực nghiên
cứu từ đó có những định hướng chính xác về hoạt động địa động lực vùng nghiên
cứu. Một trong những sản phẩm công nghệ cao sử dụng các vệ tinh viễn thám đó là
bản đồ mơ hình số độ cao (DEM: Digital Elevation Model), đây là loại dữ liệu bản
Trần Hữu Hải

6

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

đồ thể hiện bề mặt địa hình (cao độ) cuả bề mặt đất, nó thể hiện một cách trung thực
và trực quan giúp các nhà nghiên cứu địa động lực có thể đưa ra những phán đốn
chung nhất về vị trí cũng như hướng dịch chuyển của các đứt gãy nếu có thơng qua
phân tích các lineament trên khu vực bản đồ DEM khu vực cần nghiên cứu. Từ đó
có những phương hướng chính xác cho những phương pháp chuyên sâu khác để

đánh giá các đứt gãy đó… Đối với các nhà nghiên cứu địa động lực thì việc tổng
qt hóa là rất quan trọng và bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) là một trong những
cơng cụ hữu ích giúp họ có thể khái quát nhất về mặt địa mạo cũng như phân tích
các lineament tạo tiền đề cho phân tích các đứt gãy kiến tạo.
Hiện nay nguồn số liệu về bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) rất đa dạng và
phong phú, đi cùng với sự phát triển công nghệ thì các bản đồ này càng được nâng
cao về độ chính xác mà mức độ chi tiết (độ phân giải). Đi cùng với bản đồ DEM độ
phân giải cao thì những bản đồ này có giá rất đắt nếu cho mục đích nghiên cứu sâu
và chi tiết, với những nhà nghiên cứu địa động lực nghiên cứu tổng quát thì những
nguồn bản đồ DEM miễn phí có độ phân giải 30m-90m/ pixel ảnh cũng đã ứng
dụng rất tốt cho mục đích nghiên cứu đó. Tuy nhiên để có thể khai thác và sử dụng
được những nguồn dữ liệu này để cho ra sản phẩm là bản đồ mơ hình số độ cao
DEM có thể sử dụng được cho mục đích nghiên cứu địa động lực thì cần phải có
những bước xử lý số liệu từ các nguồn dữ liệu thơ miễn phí thu thập được. Ứng
dụng cơng nghệ GIS vào việc xử lý số liệu bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) phục
vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực là một giải pháp tơí ưu nhất và mang lại
hiệu quả cao, chính xác và nhanh chóng. Trong q trình tơi thực tập tại phịng địa
động lực, GS. TS. Phan Trọng Trịnh hiện đang là chủ nhiệm đề tài cấp nhà nước có
tên “Nghiên cứu hoạt động địa động lực hiện đại khu vực Tây Nguyên dự báo các
dạng tai biến địa chất ở các vùng đập, hồ chứa và đề xuất các giải pháp phòng
tránh” trong chương trình phát triển Tây Nguyên 03 của Viện Hàn Lâm Khoa học
và cơng nghệ Việt Nam thì trong đề tài này cũng cần những nguồn số liệu bản đồ
DEM của khu vực Tây Nguyên để dùng cho công tác nghiên cứu. Do vậy em xin
mạnh dạn đề xuất đồ án tốt nghiệp của mình với tên đề tài: “Xử lý số liệu bản đồ
mơ hình số độ cao (DEM) khu vực Tây Nguyên phục vụ cho nghiên cứu địa
động lực” để phục vụ cho công tác nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên,
đây là một phần nhỏ của các công tác nghiên cứu địa động lực nhưng nó lại có
những ý nghĩa lớn về định hướng nghiên cứu tiếp theo.

Đồ án gồm 4 chương và được bố cục như sau:

Trần Hữu Hải

7

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

Đặt vấn đề
Chương 1: Khái qt về mơ hình số độ cao (DEM)
Chương 2: Khái quát về vùng nghiên cứu (Tây Nguyên)
Chương 3: Thu thập dữ liệu mơ hình số độ cao (DEM) cho khu
vực Tây Ngun
Chương 4: Xử lí số liệu mơ hình số độ cao (DEM) ứng dụng cho
nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên

Trần Hữu Hải

8

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

ĐẶT VẤN ĐỀ
TÍNH THỰC TẾ VIỆC LỰA CHỌN ĐỀ TÀI:
Trong nghiên cứu địa động lực ngày nay dữ liệu bản đồ mơ hình số độ cao
(DEM) thể hiện được những ưu điểm vượt trội về sự mô phỏng tổng quan chân 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 cơng tác nghiên cứu địa động lực, địa động lực hiện đại xác
định làm tiền đề nghiên cứu các đứt gãy kiến tạo… Trong đề tài “Nghiên cứu hoạt
động địa động lực hiện đại khu vực Tây Nguyên dự báo các dạng tai biến địa chất
ở các vùng đập, hồ chứa và đề xuất các giải pháp phòng tránh” do GS. TS Phan
Trọng Trịnh làm chủ nhiệm thì nhu cầu cần có số liệu bản đồ mơ hình số độ cao
(DEM) của khu vực Tây Nguyên dùng để nghiên cứu. Do vậy đề tài đồ án tốt
nghiệp này mang ý nghĩa ứng dụng trong thực tiễn cao, áp dụng trực tiếp vào thực
tế nghiên cứu.
MỤC ĐÍCH – U CẦU:
Mục đích của đồ án là áp dụng công nghệ GIS để thành lập lên bản đồ mơ
hình số độ cao (DEM) của khu vực Tây Nguyên trước tiên dùng để phục vụ công
tác nghiên cứu của phòng Địa động lực hiện đại – Viện địa chất. Và qua đó cũng
xây dựng lên những phương pháp để thành lập bản đồ mơ hình số độ cao từ các
nguồn dữ liệu khác nhau để có thể sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác
nhau.
Yêu cầu của đồ án:
+ Thành lập bản đồ mơ hình số độ cao vùng Tây Nguyên độ phân giải 30m
làm sản phẩm cho nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Ngun.
+ Thành lập bản đồ mơ hình số độ cao vùng Tây Nguyên độ phân giải 90m
làm sản phẩm cho nghiên cứu địa động lực khu vực Tây Nguyên.
+ Bản đồ Lineament được xây dựng từ trên nền bản đồ mơ hình số độ cao
khu vực Tây Ngun được thành lập từ kết quả của đồ án.
+ Thành lập những phương pháp để xử lý bản đồ mơ hình số độ cao DEM
bằng ứng dụng các phần mềm của công nghệ GIS hiện nay như ArcGis, Mapinfor,
Global Mapper, Google Earth Pro, GMT…

Trần Hữu Hải

9

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO (DEM)
I. 1. KHÁI NIỆM VỀ MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO
I. 1. 1. Khái niệm
DEM (Digital Elevation Model) là từ viết tắt tiếng Anh của mơ hình số độ
cao, 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 mực nước biển. Có thể hiểu nơm na bản đồ mơ
hình số độ cao (DEM) là bản đồ mô phỏng địa hình của bề mặt đất, của tầng đất,
mực nước ngầm…
Độ phân giải bản đồ DEM được thể hiện bằng trong một diện tích vng
theo một cạnh dài thì có một dữ liệu độ cao trên một pixel ảnh. Ví dụ như bản đồ
DEM có độ phân giải là 30m/pixel có nghĩa là một điểm ảnh chứa một giá trị độ cao
tương ứng với 30m×30m vị trị trên mặt đất. Độ phân giải càng cao nghĩa là một đơn
vị diện tích trên mặt đất thể hiện được nhiều giá trị cao độ thì bản đồ DEM càng
chính xác về mơ phỏng địa hình mặt đất và ngược lại.
I. 1. 2. Các kiểu mơ hình DEM
DEM là kiểu bản đồ số được lưu trữ theo nhiều kiểu mơ hình khác nhau, hai
mơ hình chủ yếu của loại bản đồ này là DEM dạng raster và DEM dạng vector:

 DEM dạng Raster: DEM dạng Raster là kiểu dữ liệu mà số liệu độ
cao được lưu trữ trong một ma trận lưới ô vuông (grid) gồm các hàng
và các cột, trong đó mỗi ơ vuông chứa một giá trị độ cao của điểm
trung tâm của ơ (Hình 1. 1).

Hình 1. 1: Mơ phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Raster.

Trần Hữu Hải

10

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 2: Ví dụ về bản đồ mơ hình DEM dạng Raster.
 Mơ hình DEM dạng Vector: Đây là dạng mơ hình số độ cao mà mỗi
giá trị độ cao được lưu trữ dưới dạng một điểm trong đó mỗi điểm này
là một đỉnh của tam giác (Hình 1. 3). Người ta cịn gọi mơ hình này là
DEM dạng TIN (Triangle Irregular Network): là tập hợp các đỉnh nối
với nhau thành các tam giác, mỗi một tam giác được giới hạn bởi 3
điểm về giá trị x, y và z (độ cao).

Hình 1. 3: Mô phỏng kiểu lưu dữ liệu DEM dạng Vector.

Trần Hữu Hải

11

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 4: Ví dụ về bản đồ mơ hình DEM dạng TIN.
Mơ hình số độ cao dạng TIN có những đặc điểm sau:
• TIN biểu diễn bề mặt liên tục từ những tập hợp điểm rời rạc phân bố
bất kỳ.
• TIN: tập hợp các điểm nối với nhau thành các tam giác tạo nên bề mặt
3 chiều
• Một điểm bất kỳ thuộc vùng biểu diễn sẽ nằm trên đỉnh, cạnh hoặc
trong một tam giác của lưới tam giác. Nếu một điểm không phải là
đỉnh thì giá trị chiếu của nó có được từ phép nội suy tuyến tính (của
hai điểm khác nếu điểm này nằm trên cạnh hoặc ba điểm nếu điểm
này nằm trong tam giác).
• Mơ hình TIN là mơ hình tuyến tính trong khơng gian 3 chiều: có hiệu
quả trong xây dựng bề mặt, mật độ của điểm trên bề mặt tỷ lệ với độ
biến đổi của địa hình. Những bề mặt bằng phẳng tương ứng với mật
độ điểm thấp và những địa hình đồi núi có mật độ điểm cao.

I. 2. PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG CỦA BẢN ĐỒ DEM
I. 2. 1. Các phương pháp thành lập bản đồ DEM
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để thành lập bản đồ DEM, trong đó có
những phương pháp chính như: thành lập DEM từ phương pháp chụp ảnh lập thể,
phương pháp xây dựng DEM từ bản đồ địa hình đường đồng mức và phương pháp

Trần Hữu Hải

12

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

tiên tiến và phức tạp hơn là xây dựng bản đồ DEM từ công nghệ giao thoa radar (InSAR):
I. 2. 1. 1. Phương pháp chụp ảnh lập thể.
Đây là phương pháp sử dụng các dụng cụ chuyên chụp ảnh để thu thập dữ
liệu của một vùng với các giá trị thuộc tính khơng gian x, y, z của các điểm trên bề
mặt quả đất. Đây là phương pháp đòi hỏi số điểm kiểm sốt nhiều và địi hỏi kỹ
thuật cao trong chụp và xử lý ảnh. Những công cụ thường xây dựng DEM bằng
phương pháp chụp ảnh lập thể sử dụng ảnh hàng khơng như ảnh vệ tinh (Hình 1. 5)
hay ảnh máy bay. Đặc điểm của ảnh này là có thể kết hợp thông tin ảnh của mặt đất
kết hợp với mô hình số độ cao thành lập nên bản đồ 3 chiều chân thực về lớp phủ
Trái đất (Hình 1. 6). Các dạng DEM phổ biến loại này là DEM xây dựng từ vệ tinh
ASTER và DEM từ vệ tinh SPOT…

Hình 1. 5: Hình minh họa vệ tinh chụp ảnh thu tín hiệu từ Trái Đất để tạo DEM.

Trần Hữu Hải

13

Tin Địa Chất K52

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 6: Mơ hình lớp phủ bề mặt đất trên nền DEM dạng 3D dựa trên công nghệ
chụp ảnh lập thể từ vệ tinh.
I. 2. 1. 2. Phương pháp xây dựng DEM từ đường đồng mức
Các bản đồ địa hình dưới dạng đường đồng mức thường được xây dựng từ
các phương pháp quan trắc trắc địa được số hóa dưới dạng đường đồng mức, mỗi
đường đồng mức thể hiện một giá trị cao độ trên bản đồ (Hình 1. 7). Và với việc sử
dụng công nghệ của hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System)
ta có thể xây dựng bản đồ mơ hình số độ cao DEM từ các bản đồ địa hình dạng
đường đồng mức này bằng các phần mềm GIS như Mapinfo, ArcGis…

Hình 1. 7: Ví dụ minh họa bản đồ địa hình dạng đường đồng mức.

Trần Hữu Hải

14

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 8: Mơ phỏng trình tự tạo DEM từ bản đồ địa hình đường đồng mức.

I. 2. 1. 3. Phương pháp tạo bản đồ DEM sử dụng công nghệ giao thoa Radar
Theo các phương pháp truyền thống, DEM được xây dựng chủ yếu dựa trên
đường đồng mức của các các bản đồ đã được số hóa hoặc các kỹ thuật quan sát lập
thể của ảnh hàng không hay từ dữ liệu khảo sát địa hình thu được trực tiếp từ việc
khảo sát thực địa của khu vực tương đối nhỏ. Trong những năm gần đây, radar khẩu
độ tổng hợp SAR (Synthetic Aperture Radar) đã được phát triển khá mạnh với ưu
thế cho phép thu ảnh có độ phân giải cao và từ hai ảnh thu được bởi kỹ thuật SAR,
có thể xây dựng được DEM dựa trên việc sử dụng thông tin pha của tín hiệu radar.
Nếu chúng ta có hai ảnh SAR được thu nhận từ 2 vị trí khác nhau của vệ tinh
nhưng cùng phủ một vùng diện tích trên mặt đất, giá trị pha của tín hiệu rada cho
bởi ảnh thứ nhất có thể đem đi trừ đi gía trị pha cho bởi ảnh thứ hai để có được độ
lệch pha của 2 ảnh SAR. Ảnh mới tạo ra chứa độ lệch pha được gọi là ảnh giao
thoa. Giá trị còn lại (độ lệch pha) cho bởi ảnh mới có thể kết hợp với thơng tin về
quỹ đạo để xác định độ cao của mỗi pixel trên ảnh. Kỹ thuật dựa trên độ lệch pha
của tín hiệu radar để tính tốn và xử lý ảnh được gọi là kỹ thuật InSAR (giao thoa
SAR - SAR interferometry).
Ứng dụng kỹ thuật InSAR trong xây dựng DEM đã được đưa ra lần đầu tiên
bởi Graham năm 1974 và kỹ thuật này được Zebker và Goldstein ứng dụng đầu tiên
cho dữ liệu thu được từ bộ cảm SAR đặt trên máy bay vào năm 1986. Sau đó, kỹ
thuật được tiếp tục phát triển bởi Li và Goldstein (1990), Rodriguez và Martin
(1992), Zebker (1994)… Các ảnh hiện nay nhận được từ các vệ tinh ERS-1 và ERS2, RADARSAT, JERS-1, ENVISAT. . . đều cho phép sử dụng kỹ thuật InSAR để
xây dựng DEM (Hình 1. 9).

Trần Hữu Hải

15

Tin Địa Chất K52

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 9: Ví dụ sử dụng hai ảnh ERS SAR SLC (B = 117m) cho mục đích tạo
DEM
I. 2. 2. Ứng dụng của bản đồ mơ hình số độ cao DEM
DEM là bản đồ dữ liệu đầu vào của các quá trình xử lý liên quan đến độ cao.
DEM sử dụng cho nhiều mục đích ứng dụng như sau:
-

Tính tốn độ dốc
Tính hướng dốc
Tính mức độ lồi lõm của sườn dốc
Tính tốn khối lượng đào đắp
Tính độ dài sườn dốc
Phân tích địa mạo của khu vực
Xác định lưu vực và kiểu tưới tiêu của khu vực

Tất cả những mục đích ứng dụng kể trên của bản đồ mơ hình số độ cao DEM
đều là những ứng dụng nghiên cứu chung của nghiên cứu địa động lực. Điều đó thể
hiện sự quan trọng của nguồn dữ liệu địa hình của mơ hình số độ cao DEM là rất
quan trọng trong nghiên cứu địa động lực vỏ Trái đất.
I. 2. 2. 1. Tính tốn độ dốc
Trong các nghiên cứu tai biến trượt lở của vỏ Trái đất khơng thể thiếu việc
tính đến thơng số độ dốc của khu vực nghiên cứu để thành lập bản đồ độ dốc từ đó
có thể khoanh vùng các vùng có độ dốc lớn sẽ có nguy cơ trượt lở cao hơn các vùng
có độ dốc nhỏ. Đây là một trong những thơng tin chỉ tiêu đánh giá chính giúp các
nhà nghiên cứu địa động lực có thể khoanh vùng các khu vực tai biến và đưa ra
những cảnh báo và biện pháp xử lý an toàn cho người dân khu vực(Hình 1. 11).

Ngun lý tính độ dốc trên DEM như sau:
Trên hình 1. 10 là minh họa việc tính độ dốc cho từng pixel ảnh thì việc tính
tốn độ dốc trên DEM được tính như sau:
Trần Hữu Hải

16

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 10: Minh họa pixel ảnh trên DEM cho tính tốn độ dốc
Đầu tiên, sự thay đổi độ cao trung bình trên mỗi đơn vị khoảng cách theo
trục x và trục y (

và

) được tính như sau:
(1)
(2)
) (3)
(4)
(5)

Trong đó: a…i là giá trị độ cao của các pixel trong ma trận hình 1. 10 ;
kích thước của pixel theo trục x =30 m ;

là

là kích thước theo trục y = 30m (ví dụ

về DEM có độ phân giải 30m/pixel ảnh.
Khi đó độ dốc của pixel x, y được tính theo cơng thức:

Trần Hữu Hải

17

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

(6)
Nếu

thì độ dốc % = s × 100

Nếu

thì độ dốc %=200 – 100/s

Độ dốc theo độ = arctan-1 (s) × 180/
Ví dụ: tính độ dốc pixel x, y theo ma trận điểm ảnh bảng 1. 1:
10m

20m

25m

22m

30m

25m

20m

24m

18m

Bảng 1. 1: Bảng minh họa ví dụ về tính độ dốc ma trận

)

Vì

: Độ dốc (%) = 0, 0967 × 100 =9, 67%

Độ dốc (độ) = arctan-1 (s) × 180/π = tan-1(0, 0967) × 57, 30 = 5, 54

Trần Hữu Hải

18

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Hình 1. 11: Ví dụ về bản đồ độ dốc được tính từ bản đồ DEM.
I. 2. 2. 2. Tính hướng dốc
Đi cùng với tính tốn độ dốc thì việc tính tốn hướng dốc cũng là điều không
thể thiếu trong đánh giá tai biến địa chất. Nó giúp các nhà nghiên cứu địa động lực
biết được hướng dốc trên bản đồ giúp các nhà nghiên cứu phân tích được hướng
nguy cơ trượt lở theo phương nào trên bản đồ, từ đó đưa ra được những phán đốn
phân tích chính xác trong việc phịng tránh tai biến trượt lở của đất đá (Hình 1. 13)
…

Hình 1. 12: Minh họa pixel độ dốc trên bản đồ cho tính tốn hướng dốc.
Tính tốn hướng dốc dựa trên DEM minh họa trên hình 1. 12 như sau:
(7)
(8)
Trần Hữu Hải

19

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin
) (9)
(10)
(11)

Nếu

và

thì bề mặt là bằng phẳng, nếu khơng

được tính như

sau:
(12)
Ví dụ: Tính hướng dốc theo ví dụ pixel như bảng 1. 1:
Có:
Như vậy hướng dốc bằng 180 +

(theo độ)

1, 98 radian = 113, 60
Vậy hướng dốc = 180 + 113, 6 = 293, 60

Hình 1. 13: Ví dụ bản đồ minh họa tính hướng dốc dựa trên DEM
I. 2. 2. 3. Ứng dụng trong phân tích địa mạo-kiến tạo
Trong phân tích địa mạo kiến tạo thì bản đồ mơ hình số độ cao DEM có ý
nghĩa ứng dụng khơng thể thiếu trong nghiên cứu, bản đồ DEM là loại bản đồ toàn
Trần Hữu Hải

20

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

diện nhất tổng quát địa hình cho khu vực nghiên cứu dưới dạng trực quan không
gian 2 chiều hay 3 chiều. Giúp các nhà địa mạo kiến tạo có thể dễ dàng phân tích
được các đặc điểm kiến tạo địa mạo trên nó bằng mắt thường và có thể ứng dụng
trực tiếp trên nó thể hiện những đứt gãy, Lineament kiến tạo… trên những bản đồ
chồng lên nó.
Lineament: Là những đường dạng tuyến thể hiện đứt gãy kiến tạo hay
những đặc tính dạng đường, tuyến thể hiện trên bản đồ DEM, việc phân tích
Lineament trên DEM giúp nhà nghiên cứu địa động lực phát hiện những đới phá
hủy kiến tạo, phân tích được mật độ Lineament giúp phân định được những vùng
phá hủy mạnh hay yếu, phân tích những đới dập vỡ của đất đá…

Trần Hữu Hải

21

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

CHƯƠNG 2
KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU (TÂY NGUYÊN)
Trong việc xây dựng bản đồ mơ hình số độ cao (DEM) cho mục đích nghiên
cứu địa động lực thì trong phạm vi địa động lực chủ yếu quan tâm tới địa mạo và
kiến tạo khu vực. Phạm vi của đồ án tốt nghiệp này là xây dựng bản đồ DEM cho
khu vực Tây nguyên cho nên việc khái quát địa mạo và địa chất-kiến tạo khu vực
Tây nguyên dựa trên những tài liệu địa chất khu vực là quan trọng dùng để so sánh
đánh giá với kết quả bản đồ mơ hình số độ cao DEM khu vực xử lý sau này.

II. 1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA MẠO KHU VỰC TÂY NGUYÊN VÀ LÂN CẬN
Khu vực Tây Nguyên và lân cận đã được phân chia thành các lớp và phụ lớp
sau:
1. Lớp núi tái sinh trên vùng nâng tân kiến tạo cường độ khác nhau
• Phụ lớp núi kiến tạo bóc mịn và cấu trúc bóc mịn
• Phụ lớp núi thạch học bóc mịn và thạch học và rửa lũa
• Phụ lớp núi bóc mịn xâm thực, gồm các kiểu địa hình
• Phụ lớp trũng và thung lũng giữa núi xâm thực - tích tụ
2. Lớp cao nguyên, sơn nguyên trên vùng nâng tân kiến tạo yếu và trung bình
• Phụ lớp cao ngun, sơn ngun bóc mịn
• Phụ lớp cao ngun xâm thực-rửa trơi
3. Lớp đồi trên đới chuyển tiếp nâng và hạ tân kiến tạo
• Phụ lớp đồi bóc mịn, gồm có dạng địa hình
• Phụ lớp đồi xâm thực rửa trơi
4. Lớp đồng bằng trên rìa vùng nâng và hạ tân kiến tạo
•

Đồng bằng bóc mịn, xâm thực - tích tụ

•

Đồng bằng tích tụ

Đặc điểm của từng kiểu, dạng địa hình trong các phụ lớp và lớp được trình
bầy ở phần tiếp theo.
Đặc điểm các dạng địa hình:
Đặc điểm của những đơn vị địa mạo, được trình bầy theo cấu trúc chung với
chú giải bản đồ. Đó là các kiểu địa hình được nhóm lại trong dạng địa hình, và theo
nguồn gốc hình thái để tổng hợp lên phụ lớp và lớp.
Trần Hữu Hải

22

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

Các dạng địa hình là đơn vị cơ bản trên bản đồ địa mạo, khơng những thể
hiện nguồn gốc, hình thái của các dạng địa hình, cũng như quá trình ngoại sinh
thống trị mà chúng còn thể hiện cả mối tương quan năng lượng địa hình với các
mực địa hình cơ sở khu vực thông qua chỉ số độ cao tương đối của chúng. Do vậy,
chỉ số độ cao được dùng trong báo cáo này luôn được dùng để chỉ về độ cao tương
đối so sánh giữa các dạng địa hình với mực xâm thực cơ sở địa phương.
Lớp núi tái sinh trên vùng nâng tân kiến tạo cường độ khác nhau (từ 1
đến 12)
* Phụ lớp núi kiến tạo bóc mịn và cấu trúc bóc mịn
Phụ lớp được chia thành hai dạng địa hình, gồm:

1. Dãy núi thấp bóc mịn kiến tạo trên cấu trúc dạng địa luỹ, cấu tạo chủ yếu
bởi đá biến chất.
Theo độ cao, dạng địa hình này lại được chia thành ba kiểu tương ứng với
các bậc độ cao từ 200 -1000m, 1000 - 2000m và trên 2000m. Chúng phân bố tập
trung ở vùng núi cao ở gờ nâng phía đơng của các cao ngun. Dạng địa hình này bị
chia cắt trung bình, sườn dốc đến dốc thoải với quá trình sườn thống trị trượt lở, và
di đẩy (de flucxi).
Với đặc điểm cấu tạo bởi đá gốc biến chất, cùng với hoạt động phong hoá đã
tạo cho lớp phủ bề mặt ở đây có tầng phong hố khá dày, kết cấu tương đối yếu và
trở thành những vùng tiềm năng sạt trượt mạnh.
2. Dãy và khối núi bóc mòn - cấu trúc trên cấu trúc dạng vòm khối tảng, cấu
tạo chủ yếu là đá phun trào và trầm tích phun trào.
Dạng địa hình này cũng được chia thành hai kiểu (2a và 2b) ở các cấp độ cao
2000- 1000m và 1000- 2000m. Chúng phân bố thành những chỏm nhỏ có diện tích
hạn chế tại các khu vực như xã Thuận Ninh, Phan Điểu, Phan Điền (Ninh ThuậnBình Thuận), Huyện Sa Thầy (Kon Tum), khối núi Vĩnh Lương, Suối Cát (Nha
Trang). Đặc điểm của dạng địa hình này là độ chia cắt từ mạnh đến trung bình, sườn
dốc với quá trình sườn thống trị: đổ vỡ, sập lở.
Những khối núi trong dạng địa hình này tạo thành những khối nổi cao trên bề
mặt địa hình chung, và phần nào làm cản trở đến tính thuận lợi của các cơng trình
xây dựng, nhất là với đường giao thơng. Tuy các quá trình ngoại sinh ở đây chủ yếu
là trọng lực nhanh, song diện phân bố hạn chế nên có thể có những biện pháp phịng
tránh và khắc phục được.
* Phụ lớp Núi thạch học bóc mịn- rửa lũa
3. Dãy, khối núi bóc mịn - thạch học trên cấu trúc dạng vòm, vòm địa luỹ
cấu tạo chủ yếu bởi đá Macma xâm nhập, granit.
Trần Hữu Hải

23

Tin Địa Chất K52

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Cơng nghệ thơng tin

Tuy có cùng chung đặc điểm là những khối núi, dãy núi có cấu trúc địa luỹ
với thành phần chủ yếu là đã mắc ma xâm nhập granit, song với chỉ tiêu mực địa
hình có thể phân chia thành 3 kiểu địa hình (3a, 3b và 3c) tương ứng với các cấp độ
cao từ 200-1000m, 1000-2000m và trên 2000m.
Dạng địa hình trên phân bố khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu, dưới
dạng gờ nâng phía đơng của các cao ngun, cũng như những khối núi nâng vòm
(như dãy Chư Yang Sin và một số khối núi granit đồ sộ khác). Tuy vậy, sự phân bố
của dạng địa hình này tuân theo quy luật giảm dần mực địa hình từ bắc vào nam và
từ trung tâm gờ nâng rìa đơng cao ngun sang hai phía.
Đặc điểm của dạng địa hình là bị chia cắt mạnh, sườn dốc: với quá trình
sườn thống trị: đổ vỡ, sập lở. Do chiếm diện tích khá lớn, với loại hình khối núi lớn,
đá gốc rắn chắc nên các kiểu địa hình này tạo ra những trở ngại nhất định đối với
cơng trình xây dựng, đồng thời những nguy cơ tai biến trọng lực nhanh cũng cần
phải được xem xét để đảm bảo tính an tồn khi vận hành các cơng trình xây dựng hạ
tầng cơ sở trên phần diện tích của dạng địa hình này.
4. Khối núi bóc mòn-rửa lũa trên cấu trúc dạng khối tảng, cấu tạo bởi đá cát
kết, bột kết chứa vôi, bị chia cắt mạnh đến trung bình.
Dạng địa hình trên phân bố hạn chế, diện tích nhỏ hẹp dưới dạng những khối
núi bóc lộ. Đặc điểm của chúng là sườn dốc đứng đến trung bình với quá trình
ngoại sinh thống trị gồm đổ lở, rửa lũa và đôi chỗ phát triển cả dạng sườn trọng lực
chậm.
* Phụ lớp núi bóc xâm thực- bóc mịn
So với những phục lớp địa hình đã mơ tả ở trên, thì phụ lớp này được coi
như là bước chuyển tiếp từ vùng núi cao xuống đồng bằng qua các dạng địa hình

đồi núi mềm mại hơn. Trong đó được chia làm 3 dạng chính là dạng địa hình 5
(gồm 5a và 5b), dạng 6 (gồm 6a và 6b) và dạng 7.
5. Dãy núi xâm thực-bóc mịn trên cấu trúc dạng uốn nếp, uốn nếp khối tảng,
cấu tạo chủ yếu bởi đá trầm tích lục ngun
Dạng địa hình được chia thành hai kiểu địa hình 5a và 5b ở các mực độ cao
tương ứng 200-1000m và 1000-2000m.
Dạng địa hình này được hình thành do vận động kiến tạo hình thành nên
những nếp uốn lớn dạng khối tảng đối với những thực thể đá trầm tích lục nguyên
và tạo điều kiện phát sinh các thuộc tính của dạng địa hình này. Về cơ bản, dạng địa
hình của những đồi núi thuộc dạng địa hình này có sườn dốc đến thoải, và bị chia
cắt từ trung bình đến yếu. Quá trình ngoại sinh thống trị ở đây là di đẩy và rửa trơi
xói rửa bề mặt.

Trần Hữu Hải

24

Tin Địa Chất K52


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Công nghệ thông tin

Diện phân bố của dạng địa hình 5 hạn chế, thể hiện dưới dạng một vài khối
núi, núi đồi như ở vùng tây Quảng Nam, phía tây xã Ma Lới (Ninh Thuận).
6. Khối núi xâm thực trên cấu trúc nếp oằn, cấu tạo chủ yếu bởi đá trầm tích
và trầm tích phun trào.
Đơn vị dạng địa hình 6 được chia thành hai kiểu 6a (mực độ cao 200-1000m)
và 6b (mực độ cao 1000-2000m), phân bố thành những dải dài theo phương cấu trúc

địa chất nhưng nhìn chung là với diện tích phân bố rất hạn chế. Thành phần thạch
học của chúng phản ánh điều kiện thành tạo trong giai đoạn hoạt hóa kiến tạo, với
chế độ cổ địa lý chuyển đổi từ biển sang lục địa.
Dạng địa hình có đặc điểm là các sườn của nó bị chia cắt mạnh đến trung
bình, độ số của sườn khá lớn và kết hợp với đặc điểm vỏ phong hoá, đá nền đã tạo
ra cho vùng có đặc trưng q trình ngoại sinh thống trị gồm xâm thực, đổ vỡ, sập lở.
Đó chính là những q trình địa động lực trọng lực nhanh và cần phải được quan
tâm đúng mức khi bố trí các cơng trình kinh tế xã hội trên khu vực này.
7. Khối núi bóc mịn trên các cấu trúc khác nhau, độ cao xấp xỉ 100-200m.
Dạng địa hình này thường thể hiện dưới dạng những khối núi, núi- đồi có
tính rải rác ở khu vực ven biển và dạng núi đồi sót trên bề mặt bằng phẳng của đồng
bằng sông Cửu Long.
Dạng địa hình 7 được hình thành trên các cấu trúc nâng hạ khác nhau, và
thành phần đá nền cũng có sự biến đổi lớn, từ những vật liệu trầm tích, trầm tích
phun trào đến các thành tạo cacbonat (địa hình núi đá vôi Pecmi già ở vùng Hà
Tiên). Bề mặt các sườn đồi núi thuộc dạng địa hình trên bị chia cắt trung bình yếu
với sườn dốc thoải và phát triển quá trình sườn tổng hợp.
* Phụ lớp trũng và thung lũng giữa núi xâm thực - tích tụ
8. Thung lũng, trũng giữa núi kiến tạo-xâm thực với bề mặt dạng đồi và dãy
đồi.
Dạng địa hình 8 phân bố ở mực độ cao 20-100m, dọc theo các dòng chảy lớn
được định hướng do các vận động kiến tạo. Các khu vực điển hình của dạng địa
hình này bao gồm các trũng thung lũng giữa núi của sông Thu Bồn- Trà Khúc, và
sơng Ba.
Cấu tạo đá nền của dạng địa hình được hình thành từ những tập đá có tuổi
trước Kanozoi, và bề mặt hiện tại được làm phong phú thêm bởi những vật liệu lắng
động trầm tích, sườn tích trong thời kỳ đệ tứ.
Hình thái chung của dạng địa hình là tập hợp của những đồi và dãy đồi xen
kẽ với những trũng, thung lũng xâm thực, xâm thực- tích tụ. ở đây quá trình ngoại
sinh thống trị bao gồm xâm thực khe rãnh, mương xói và xói rửa bề mặt, và một số

nơi phát triển quá trình sườn trọng lực chậm.
Trần Hữu Hải

25

Tin Địa Chất K52