GIỚI THIỆU

Mô hình số thể hiện hình dáng tính chất địa hình đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu 3D, phục vụ công tác mô phỏng, phân tích, đánh giá địa hình và các hoạt động tác chiến, diễn tập, huấn luyện, giảng dạy trên nền 3D. Đặc biệt, mô hình số địa hình giữ vị trí thiết yếu trong hoạt động của lực lượng vũ trang, giúp người chỉ huy có cái nhìn tổng thể, bao quát địa hình một cách trực quan, sinh động để đưa ra những quyết sách đúng đắn.

Việc xây dựng một hệ thống tự động hoàn toàn để vẽ các đối tượng địa vật đặt ra nhiều vấn đề logic và khó khăn trong việc tổ chức mảng thông tin đầu vào, cần được tính toán và giải quyết triệt để. Mức độ phức tạp của vấn đề này phụ thuộc vào tỷ lệ, khối lượng và mục tiêu của bản đồ. Trong khuôn khổ bài viết này, tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết các vấn đề đó mà tập trung vào **thuật toán tự động vẽ đường bình độ (đường đồng mức)**. Về mặt logic, việc vẽ đường bình độ tự động khá đơn giản.

NGUỒN THÔNG TIN ĐỊA HÌNH ĐỂ VẼ ĐƯỜNG BÌNH ĐỘ

Để vẽ đường bình độ, đầu tiên cần có thông tin về địa hình ở dạng số để quá trình tự động diễn ra. Có hai trường hợp thường gặp:

• **Trường hợp 1:** Mặt đất được cho bởi độ cao và tọa độ phẳng của các điểm chi tiết. Thực chất, đây là kết quả đo đạc trực tiếp, sau đó được chuyển về hệ tọa độ thống nhất.
• **Trường hợp 2:** Mặt đất được cho bởi mô hình số địa hình, có thể là mạng lưới hình ô vuông (DEM) hoặc mạng lưới tam giác gần đều (Delaunay) cùng với độ cao của các điểm nút hay các đỉnh của tam giác.

Ở đây, tôi chỉ quan tâm đến vấn đề làm thế nào để vẽ tự động đường bình độ từ mô hình số địa hình, cụ thể là **mô hình TIN** theo tiêu thức tam giác Delaunay.

NGUYÊN TẮC VẼ ĐƯỜNG BÌNH ĐỘ TỰ ĐỘNG

Vẽ tự động đường bình độ đòi hỏi quá trình nội suy độ cao theo độ dài đoạn nối hai điểm kề nhau đã biết độ cao, sao cho nhận được hệ thống điểm trên mặt đất có cùng một độ cao. Khi mặt đất được cho bởi các điểm phân bố, giai đoạn đầu tiên cần xác định đủ số các đoạn không cắt nhau, nối các điểm kề nhau. Điều này thường đạt được khi xây dựng các tam giác không cắt nhau từ hệ thống điểm trên mặt đất. Giai đoạn tiếp theo là nội suy theo các cạnh của tam giác không cắt nhau. Các cạnh của tam giác là những đoạn nối các điểm cạnh nhau trên mặt đất. Cuối cùng, cần tạo tuần tự các điểm cùng độ cao và vạch ra đường bình độ.

Đối với lưới DEM (hay lưới các ô vuông có cạnh bằng khoảng cao đều) hay lưới TIN, không có đường đồng mức nào cắt đường lưới hay cạnh của tam giác nhiều hơn một lần. Và có khi một điểm đường đồng mức nằm trên một trong các đường biên của ô lưới tam giác thì đường đồng mức cũng giao nhau với một đường biên khác.

KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP TẠO ĐƯỜNG ĐỒNG MỨC

• **Tạo đường đồng mức** là một kỹ thuật chuẩn và thường được sử dụng để biểu diễn mặt cong ba chiều trong không gian hai chiều. Các hình này thường tốn nhiều thời gian để vẽ bằng phương pháp thủ công và được dùng trong các dạng bản đồ địa hình đơn giản. Các sơ đồ đường đồng mức được tạo ra bằng cách kết nối các điểm có cùng tọa độ Z trong mặt phẳng XY.
• Các đường bình mức biểu diễn đường cong thu được bằng giao tuyến giữa các mặt phẳng song song và mặt cong ba chiều đang xét. Các bản đồ đường đồng mức có ưu điểm cho phép tính được giá trị Z bằng phép nội suy giữa các đường đồng mức. Kỹ thuật tạo đường đồng mức có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, ví dụ như chỉ ra sự phân bố ứng suất hoặc nhiệt độ trong phạm vi hoặc ở các độ cao trong bản đồ địa hình.

Có nhiều phương pháp cho phép xây dựng các chương trình nội suy đường đồng mức (đường bình độ) một cách tự động. Sau đây, tôi trình bày phương pháp cơ bản xây dựng đường bình độ tự động dựa trên cơ sở **mô hình số Delaunay**: Tìm giao tuyến của mặt phẳng bình độ với mặt phẳng được hình thành bởi các tam giác có đường bình độ đi qua.

Ý TƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP

Tìm giao điểm của đường đồng mức với từng cạnh của tam giác Delaunay và vạch ra phần còn lại của đường đồng mức trên toàn bộ lưới. Đường đồng mức có thể tạo ra trực tiếp bằng cách nối các điểm bằng đường thẳng, hoặc lưu trữ để nối các điểm liên tiếp nhau trên cùng một đường đồng mức, sau đó tiến hành nội suy đường cong bằng phương pháp đường cong B-Spline. Tuy nhiên, hệ thống tam giác đã được sàng lọc tạo ra mảng tam giác chứa các đường bình độ đi qua.

THUẬT TOÁN CỦA PHƯƠNG PHÁP

Tiến hành bước lọc các tam giác có đường bình độ đi qua.

• Khai báo mảng giao điểm thuộc một đường bình độ Hi là mảng 2 chiều A[n, m] trong đó:
  • n: là số đoạn của đường bình độ Hi.
  • m: là số điểm trên mỗi đoạn của đường bình độ Hi.

Begin
    Gọi thủ tục Mangdocaobinhdo()
    For i=0 and i<HcacBD.Length do
        n = m =1
        khởi tạo mảng A[1,1]
        Gán N = Mangtamgiacbinhdo.Length
        For j = 0 and j < N do
            Tìm có đường bình độ đi qua
            Xác định giao điểm của với HcacBD[i] tìm được giao điểm đầu tiên P0 .
            Gán điểm vào = P0.
            For j = 0 and j < N do
                Tìm tam giác có chứa P0 và xác định Điểm ra P1.
                Gọi Diemra_Tamgiac(, P0) = P1.
                If Kiemtradiem(P0, P1) = true then
                    j =N         (Kết thúc thuật toán).
                Else
                    If Kiemtradiemthuocbaongoai(Baongoai, P1) = true then
                        A = Daomangdiem(A)
                        Gán P0 (điểm vào) = A[n-1,m-1]
                        For k = j and k < N do
                            If P1 thuộc bao ngoài then
                                n = n + 1 and m =1
                                A[n-1,m-1] = (0,0,0)
                                Xác định P0 mới
                                P1 = Diemra_Tamgiac(,P0)         
                            Else (tức P1 không thuộc bao ngoài)               
                                P1 = Diemra_Tamgiac(,P0)  
                    Else
                        Gán P0 = P1
End.

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP

Ưu điểm của phương pháp:

• Dễ quản lý được các điểm trên đường bình độ, dễ hiển thị và làm trơn, làm bóng đường bình độ.
• Thuật toán đơn giản do số tam giác đưa vào xét đã được hạn chế, giúp giảm thời gian thực hiện.
• Đơn giản trong việc thực thi, dễ dàng can thiệp và sửa đổi nội dung theo yêu cầu nếu có phát sinh.
• Có thể phát triển thêm với các ứng dụng từ mô hình số và đường bình độ.
• Phù hợp cho việc áp dụng cho các đơn vị nhỏ, phục vụ cho việc đo đạc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Khả năng ứng dụng rộng rãi.

Nhược điểm của phương pháp:

• Nhìn chung cấu trúc mảng điểm đường bình độ phức tạp, đòi hỏi phải quản lý chặt chẽ dữ liệu.
• Phạm vi ứng dụng còn hẹp, chỉ phù hợp với công tác đo vẽ thành lập bản đồ tỷ lệ lớn.

Dựa trên kết quả của Thuật toán trên, tác giả đã xây dựng chương trình Mô hình số độ cao, trên cơ sở đó phát triển các ứng dụng liên quan đến trắc địa công trình như: Vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang, vận dụng hỗ trợ lực lượng công binh lập phương án, tính toán được nhân lực trong quá trình tính toán khối lượng đào đắp. Điều này giúp cho người chỉ huy đánh giá chính xác nhất địa hình, phục vụ việc lên kế hoạch cũng như quyết tâm chiến đấu của đơn vị đạt hiệu quả.

Kết quả mô hình dữ liệu với đường bình độ đã lọc bao lõm và sông.

Trên đây là phương pháp và kết quả của Thuật toán chạy tự động đường bình độ từ kết quả đo ngoại nghiệp dựa trên cơ sở mô hình số Delaunay.