Xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển dựa trên phương pháp đường cong tham số

Nghiên cứu này đề xuất sử dụng thuật toán Cubic Spline để nội suy điểm đo sâu cũng như xác định bề mặt của mô hình số 3D địa hình đáy biển. Trên cơ sở thuật toán và quy trình đã đề xuất, tiến hành thực nghiệm xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển cho khu vực biển Nha Trang - Khánh Hòa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển dựa trên phương pháp đường cong tham số TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂNBài báo khoa họcXây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển dựa trên phương phápđường cong tham sốNguyễn Đình Hải1, Phạm Ngọc Quang2,3* 1 Đoàn Đo đạc, biên vẽ hải đồ và nghiên cứu biển; hthhaithem@gmail.com 2 Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất; phamngocquang@humg.edu.vn 3 Nhóm nghiên cứu Trắc địa cao cấp - môi trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất *Tác giả liên hệ: phamngocquang@humg.edu.vn; Tel.: +84–973037551 Ban biên tập nhận bài: 5/12/2023; Ngày phản biện xong: 17/1/2024; Ngày đăng bài: 25/5/2024 Tóm tắt: Bản đồ địa hình đáy biển, hải đồ và mô hình số 3D địa hình đáy biển là những loại thông tin (hoặc công cụ) hết sức cần thiết đối với các hoạt động trên biển. Với ưu điểm cung cấp thông tin một cách trực quan nhất, mô hình số 3D địa hình đáy biển đang được ưu tiên nghiên cứu xây dựng trên thế giới trong thời gian gần đây. Tại Việt Nam, do đặc thù về khả năng tiếp cận dữ liệu mà các nghiên cứu về xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển còn hết sức hạn chế. Một trong những nội dung trong quy trình xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển đó là nội suy các điểm độ sâu và xây dựng bề mặt mô hình số 3D. Chất lượng của mô hình số 3D được xây dựng phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó phương pháp nội suy điểm độ sâu cũng như xây dựng bề mặt của mô hình số 3D. Nghiên cứu này đề xuất sử dụng thuật toán Cubic Spline để nội suy điểm đo sâu cũng như xác định bề mặt của mô hình số 3D địa hình đáy biển. Trên cơ sở thuật toán và quy trình đã đề xuất, tiến hành thực nghiệm xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển cho khu vực biển Nha Trang - Khánh Hòa. Kết quả đánh giá độ chính xác cho thấy, mô hình đã xây dựng có độ chính xác xác định độ sâu với sai số trung phương m = ±0,465m. Độ chính xác mô hình đã xây dựng hoàn toàn đáp ứng yêu cầu xây dựng mô hình số 3D địa hình đáy biển. Từ khóa: 3D; Địa hình đáy biển; Phương pháp nội suy; Spline.1. Giới thiệu Bản đồ địa hình đáy biển là công cụ hết sức cần thiết trong dẫn đường trên biển, nghiêncứu biển cũng như xây dựng các công trình trên biển,… Để thành lập bản đồ địa hình đáybiển, sử dụng nhiều công nghệ thu thập dữ liệu khác nhau như đo sâu hồi âm đơn tia, đo sâuhồi âm đa tia, thủy âm quét sườn … [1]. Bản đồ địa hình đáy biển có thể được thành lập ởdạng bản đồ 2 chiều (2D) hoặc bản đồ 3 chiều (3D). Một trong những ưu điểm của bản đồđịa hình đáy biển 3D đó là cho phép hiển thị một cách trực quan địa hình đáy biển. Mô hìnhsố 3D địa hình đáy biển biểu diễn toàn cảnh và chi tiết hóa về cấu trúc và hình dạng của đáybiển dưới dạng mô hình toàn cảnh 3D. Mô hình nêu trên cho phép người sử dụng theo dõitrực quan không chỉ địa hình đáy biển mà còn cả các đối tượng như trầm tích, sinh vật …dưới đáy biển. Vì lý do nêu trên, xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển là một hướng nghiêncứu rất được coi trọng. Các tác giả [2] đã giới thiệu về dự án thành lập bản đồ đáy đại dương trên phạm vi toànthế giới. Trong dự án này, các tiêu chuẩn tối thiểu về độ chính xác của dữ liệu, điều hướngpixel và độ phân giải đã được khuyến nghị. Nghiên cứu [3] đã tổng quan về khoa học quanTạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 761, 25-35; doi:10.36335/VNJHM.2024(761).25-35 http://tapchikttv.vn/Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 761, 25-35; doi:10.36335/VNJHM.2024(761).25-35 26sát địa hình đáy biển trong đó nhấn mạnh tầm quan trọng của mạng lưới quan trắc đáy biểnđa mục tiêu. Dữ liệu đo sâu hồi âm đơn tia là loại dữ liệu đo sâu hồi âm xuất hiện sớm nhất.Dữ liệu thu nhận được bởi phương pháp này ở dạng các đường rời rạc do đó không phản ánhhết hình dạng địa hình đáy biển trên thực tế. Tuy nhiên, loại dữ liệu này cũng đã có vai tròlớn trong xây dựng bản đồ địa hình đáy biển. Các tác giả [4] đã đánh giá độ chính xác củacác thuật toán nội suy để xây dựng mô hình 3D địa hình đáy biển từ dữ liệu đo sâu hồi âmđơn tia. Trong nghiên cứu này, đã sử dụng các thuật toán nội suy như: thuật toán nghịch đảokhoảng cách, hàm radian xuyên tâm (RBF - Radian Basic Function), hàm nội suy đa thứctổng quát, hàm nội suy đa thức cục bộ và Kriging. Quá trình thực nghiệm được tính toán bằngcách sử dụng các công cụ có sẵn trong bộ phần mềm ArcGIS 10.3. Kết quả thực nghiệm chothấy, hàm radian xuyên tâm và Kriging cho độ chính xác tốt nhất với tập dữ liệu thực nghiệm.Nghiên cứu [5] đã sử dụng hàm nội suy Spline kết hợp với hàm Green di động (MGF -Moving Green Function) để nội suy dữ liệu đo sâu phục vụ xây dựng mô hình số 3D địa hìnhđáy biển. Nghiên cứu đã thực nghiệm với hai phương án: (1) Sử dụng hàm nguyên thủy và(2) đề xuất hàm cải tiến. Kết quả thực nghiệm cho thấy hàm nội suy Spline kết hợp với kỹthuật Green di động cải tiến cho độ chính xác tốt hơn, thời gian thực thi ngắn hơn so với hàmnguyên thủy. Nghiên cứu [6] đã sử dụng hàm Kriging để mô hình hóa 3D ...