Bài giảng Tin học ứng dụng - Trần Quốc Vinh

Nội dung text: Bài giảng Tin học ứng dụng - Trần Quốc Vinh

1. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 1 ThS. Trần Quốc Vinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I HÀ NỘI KHOA ĐẤT VÀ MÔI TRƯỜNG === THS. TRẦN QUỐC VINH BÀI GIẢNG MÔN HỌC TIN HỌC ỨNG DỤNG (Dùng cho sinh viên khoa Tài nguyên và Môi trường) HÀ NỘI 2008
2. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 2 ThS. Trần Quốc Vinh CHƯƠNG I: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1. Khái niệm bản đồ Bản đồ là một bản vẽ biểu thị khái quát, thu nhỏ bề mặt trái đất hay bề mặt của thiên thể khác trên mặt phẳng theo một quy luật toán học. Mỗi bản đồ được xây dựng theo một quy luật toán học nhất định, biểu thị ở tỷ lệ, phép chiếu, bố cục của bản đồ Nội dung của bản đồ được thể hiện phụ thuộc vào mục đích, đặc điểm vị trí, tỷ lệ bản đồ. Bản đồ được phân thành nhiều cách phân loại khác nhau như phân loại theo đối tượng thể hiện (bản đồ địa lý và bản đồ thiên văn), phân loại theo nội dung( bản đồ địa lý nói chung và bản đồ chuyên đề), phân loại theo tỷ lệ, phân loại theo mục đích sử dụng, theo lãnh thổ 1.1.2. Bản đồ địa chính cơ sở Bản đồ địa chính cơ sở là bản đồ gốc được đo vẽ bằng các phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa, đo vẽ bằng phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay kết hợp với đo vẽ bổ sung ở thực địa hay được thành lập trên cơ sở biên tập, biên vẽ từ bản đồ địa hình cùng tỷ lệ. Bản đồ địa chính cơ sở được đo vẽ kín ranh giới hành chính và kín khung, mảnh bản đồ. Bản đồ địa chính cơ sở là tài liệu cơ bản để biên tập, biên vẽ và đo vẽ bổ sung thành lập bản đồ địa chính theo đơn vị hành chính cơ sở xã, phường, thị trấn để thể hiện hiện trạng vị trí, diện tích, hình thể và loại đất của các ô thửa có tính ổn định lâu dài. 1.1.3. Bản đồ địa chính Bản đồ địa chính là bản đồ được đo vẽ trực tiếp hoặc biên tập, biên vẽ từ bản đồ địa chính cơ sở theo từng đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn (gọi chung là cấp xã). Bản đồ địa chính được đo vẽ bổ sung để đo vẽ trọn vẹn các thửa đất, xác định các loại đất theo chỉ tiêu thống kê của từng chủ sử dụng đất trong mỗi mảnh bản đồ và được hoàn chỉnh phù hợp với số liệu trong hồ sơ địa chính. Bản đồ địa chính là loại bản đồ tỷ lệ lớn và tỷ lệ trung bình, được thành lập theo đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn. Để quản lý được đất đai, chúng ta phải có được bản đồ địa chính, hồ sơ địa chính, giấy chứng nhận quyền sử dụng đất. Toàn bộ các tư liệu này phải phản ánh thửa đất với đầy đủ 4 yếu tố: - Yếu tố tự nhiên thửa đất như vị trí, hình dạng, kích thước, chất lượng đất - Yếu tố xã hội của thửa đất như chủ sử dụng đất, chế độ sử dụng đất, quá trình biến động đất đai - Yếu tố kinh tế thửa đất như giá đất, thuế đất, lợi nhuận do kinh tế mang lại, giá trị các công trình trên đất - Yếu tố pháp lý thửa đất như các văn bản giấy tờ xác định quyền sử dụng, xác nhận quy họach Một số yếu tố trên được ghi nhận trong hồ sơ địa chính , một số yếu tố khác được thể hiện trên bản đồ địa chính. Bản đồ địa chính là công cụ để quản lý đất đai, trên đó ghi nhận các yếu tố tự nhiên của thửa đất và quan hệ với các yếu tố địa lý khác trong khu vực. Ngoài ra nhằm mục đích liên hệ với hồ sơ địa chính người ta còn thể hiện tên chủ sử dụng đất, loại đất và một số yếu tố quy họach sử dụng đất.
3. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 3 ThS. Trần Quốc Vinh Trước đây, người ta thành lập bản đồ địa chính cho từng khu vực nhỏ theo tọa độ địa phương. Lúc này trên hệ thống bản đồ địa chính từng khu vực đã thể hiện được mối quan hệ đất đai về mặt tự nhiên ở cấp độ địa phương, việc quản lý đất đai bằng bản đồ bắt đầu được thực hiện. Thời gian gần đây kỹ thuật đo đạc đã giải quyết được việc lập bản đồ địa chính theo hệ thống tọa độ thống nhất trên toàn quốc. Loại bản đồ địa chính này thể hiện được mối quan hệ đất đai trên tầm vĩ mô của cả nước, từ đó có thể đưa ra được những quy họach sử dụng đất hợp lý, hoạch định các chính sách đất đai, điều chỉnh pháp luật đất đai đáp ứng cho phát triển đất nước. Hiện nay hệ thống bản đồ địa chính nước ta được đo đạc theo hệ thống tọa độ Quốc gia thống nhất. Nội dung bản đồ địa chính bao gồm: - Điểm khống chế toạ độ, độ cao - Địa giới hành chính các cấp - Ranh giới thửa đất - Loại đất - Công trình xây dựng trên đất - Ranh giới sử dụng đất - Hệ thống giao thông - Hệ thống thuỷ văn - Các điểm địa vật quan trọng - Mốc giới quy hoạch - Dáng đất Tỷ lệ bản đồ địa chính được quy định như sau: - Khu vực đất nông nghiệp: tỷ lệ đo vẽ cơ bản là 1:2000 - 1:5000. Đối với khu vực miền núi, núi cao có ruộng bậc thang hoặc đất nông nghiệp xen kẽ trong khu vực đất đô thị, trong khu vực đất ở có thể chọn tỷ lệ đo vẽ bản đồ là 1:1000 hoặc 1:500. - Khu vực đất ở: + Các thành phố lớn, đông dân có các thửa đất nhỏ, hẹp, xây dựng chưa có quy hoạch rõ rệt, chọn tỷ lệ cơ bản là 1/500. Các thành phố, thị xã khác, thị trấn lớn xây dựng theo quy hoạch, các khu dân cư có ý nghĩa kinh tế, văn hoá quan trọng của khu vực chọn tỷ lệ cơ bản là 1:1000. + Các khu dân cư nông thôn, khu dân cư của các thị trấn nằm tập trung hoặc rải rác trong khu vực đất nông nghiệp, lâm nghiệp chọn tỷ lệ đo vẽ lớn hơn một hoặc hai bậc so với tỷ lệ đo vẽ đất nông nghiệp cùng khu vực hoặc chọn tỷ lệ đo vẽ cùng tỷ lệ đo vẽ đất nông nghiệp. - Khu vực đất lâm nghiệp đã quy hoạch, khu vực cây trồng có ý nghĩa công nghiệp chọn tỷ lệ đo vẽ cơ bản là 1:10.000 hoặc 1:5000. - Khu vực đất chưa sử dụng: Đối với vùng đồi, núi, khu duyên hải có diện tích đất chưa sử dụng lớn chọn tỷ lệ đo vẽ cơ bản là 1:10.000 hoặc 1:25.000. Thông thường ở các khu vực này, đối với đất chưa sử dụng nên sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 hoặc 1:25000 đã có làm nền để đo khoanh bao hoặc đo khoanh bao ở tỷ lệ 1:10.000 hoặc 1:25000.
4. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 4 ThS. Trần Quốc Vinh - Đất chuyên dùng: Thường nằm xen kẽ trong các loại đất nêu trên nên sẽ được đo vẽ và biểu thị trên bản đồ địa chính cùng tỷ lệ đo vẽ của khu vực. 1.1.4. Bản đồ địa hình Bản đồ địa hình là bản đồ biểu thị chi tiết và chính xác, phản ánh một cách đầy đủ đến mức có thể căn cứ vào đó mà hình dung ra sự lồi lõm của địa hình và các địa vật ở thực địa. Các bản đồ địa hình chính là các bản đồ địa lý có tỷ lệ 100.000 (thường dùng các tỷ lệ: 1:2000, 1:5000, 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 và 1:100.000), là tài liệu cơ bản để thành lập các loại bản đồ khác. Nội dung cơ bản của bản đồ địa hình là: thuỷ hệ; các điểm dân cư; các đối tượng công nông nghiệp và văn hoá; mạng lưới đường giao thông; dáng đất (đường bình độ và độ cao bình độ); các đường ranh giới; các vật định hướng; độ cao 1.1.5. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Bản đồ hiện trạng sử dụng đất là bản đồ thể hiện sự phân bố các loại đất tại một thời điểm xác định; nội dung bản đồ hiện trạng sử dụng đất phải đảm bảo phản ánh trung thực hiện trạng sử dụng các loại đất theo mục đích sử dụng và các loại đất theo theo thực trạng bề mặt tại thời điểm thành lập. Đơn vị thành lập bản đồ Tỷ lệ bản đồ Quy mô diện tích tự nhiên (ha) 1: 1000 Dưới 150 Cấp xã, khu công nghệ cao, 1: 2000 Trên 150 đến 300 khu kinh tế 1: 5000 Trên 300 đến 2.000 1: 10 000 Trên 2.000 1: 5.000 Dưới 2000 Cấp huyện 1: 10.000 Trên 2000 đến 10.000 1: 25.000 Trên 10.000 1: 25.000 Dưới 130.000 1: 50.000 Trên 130.000 đến 500.000 Cấp tỉnh 1: 100.000 Trên 500.000 Vùng lãnh thổ 1: 250.000 Cả nước 1: 1.000.000 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thường được xây dựng cho từng cấp hành chính xã, huyện, tỉnh và cả nước. Đầu tiên phải xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp cơ sở xã, phường sau đó sẽ dùng bản đồ các xã để tổng hợp thành bản đồ cấp huyện, tỉnh. Tỷ lệ bản đồ hiện trạng sử dụng đất được quy định như trên. 1.2. HỆ QUY CHIẾU VÀ HỆ TOẠ ĐỘ QUỐC GIA Hệ quy chiếu và Hệ toạ độ Quốc gia là cơ sở toán học mà mỗi quốc gia nhất thiết phải có để thể hiện chính xác và thống nhất các dữ liệu đo đạc – bản đồ phục vụ quản lý biên giới Quốc gia trên đất liền và trên biển, quản lý Nhà nước về địa giới hành chính lãnh thổ, điều tra cơ bản và quản lý tài nguyên và môi trường, theo dõi hiện trạng và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh – quốc phòng, Hệ quy chiếu và
5. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 5 ThS. Trần Quốc Vinh Hệ toạ độ Quốc gia còn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học về trái đất trên phạm vi cả nước cũng như khu vực và toàn cầu, dự báo biến động môi trường sinh thái và phòng chống thiên tai. Hệ quy chiếu và hệ toạ độ Quốc gia còn cần thiết cho việc tạo lập các dữ liệu địa lý phục vụ đào tạo, nâng cao dân trí và các hoạt động dân sự của cộng đồng. Để biểu diễn bề mặt của trái đất vốn rất lồi lõm và phức tạp, người ta sử dụng bề mặt Geoid là bề mặt trung bình, yên tĩnh của mặt nước trong các biển và đại dương. Tuy nhiên bề mặt Geoid vẫn không phải là bề mặt tròn xoay, vì thế khó hình thức hóa toán học. Các nhà toán học đã tìm ra hình bầu dục tròn xoay có tâm trùng với tâm trái đất, thể tích bằng thể tích trái đất. Hình bầu dục tròn xoay này gọi là mặt bầu dục quy chiếu hay Elipsoid, được xác định theo phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất (Tổng bình phương chênh cao so với mặt Geoid là nhỏ nhất). Hình 1: Bề mặt Elipsoid Tuy nhiên tùy thuộc vào từng Quốc gia để chọn bề mặt Elipsoid và phương pháp định vị Elipsoid phù hợp.
6. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 6 ThS. Trần Quốc Vinh Bảng 1: Một số Elipsoid thông dụng Chiều dài của các Năm công bố Tên elipsoid trục 1/f Những nơi sử dụng Trục a Trục b 1984 WGS-84 6378 137 6356 752 298.2572 GPS 1980 GRS-80 6378 136 6356 752 298.257 IUGS 1940 Krasovsky 6378 245 6356 863 298.3 Nga, Việt nam 1924 International 6378 388 6356 912 297 Châu âu Trung Quốc, Nam Phi 1880 Clarke 1880 6378 249 6356 515 293.46 Châu Phi, Trung Đông 1866 Clarke 1860 6878 206 6356 584 294.98 USA, Canada, Philippin,Việt Nam 1841 Bessel 6877 397 6356 079 299.15 Nhật Bản, Triều Tiên, Indonesia 1830 Everest 6377 304 6356 103 300.80 India, Myanmar, Malaysia,Việt Nam 1.2.1. Quá trình xây dựng hệ quy chiếu và hệ toạ độ Quốc gia Khi Pháp đặt chân đến Đông Dương đã quyết định sử dụng Hệ quy chiếu cho toàn Đông Dương với Elipsoid Clarke, điểm gốc đặt tại tháp cột cờ Hà Nội, lưới chiếu toạ độ phẳng Bonne và xây dựng hệ toạ độ bao gồm hàng nghìn điểm phủ trùm toàn Đông Dương. Năm 1956 khi Mỹ tới Miền Nam nước ta cũng đã quyết định sử dụng hệ quy chiếu của Mỹ cho khu vực Nam Á với Elipsoid Everest, điểm gốc toạ độ tại Ấn Độ, lưới chiếu toạ độ phẳng UTM. Hệ toạ độ đã được thiết lập cho Miền Nam nước ta nối với các điểm toạ độ của Campuchia, Tháilan, Ấn Độ. Từ sau giải phóng Miền Nam cho tới nay chúng ta vẫn còn sử dụng nhiều tư liệu đo đạc - bản đồ của Mỹ trong hệ quy chiếu và hệ toạ độ này. Năm 1959 Chính Phủ đã thành lập Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước và giao nhiệm vụ xây dựng lưới toạ độ Quốc gia, thành lập các loại bản đồ phục vụ các mục đích xây dựng và bảo vệ đất nước. Với sự giúp đỡ của các chuyên gia Trung Quốc, từ năm 1959 đến năm 1966, trên lãnh thổ miền Bắc nước ta (đến vĩ tuyến 17) đã được phủ kín lưới các điểm toạ độ Nhà nước hạng I,II. Hệ Quy chiếu được lựa chọn là hệ thống chung cho các nước xã hội chủ nghĩa với Elipsoid Krasovski (bán trục lớn a=6378.425 m và độ dẹt f=1/298.3), điểm gốc tại đài thiên văn Pulkovo (tại Liên Xô cũ), lưới chiếu toạ độ phẳng Gauss-Kruger. Hệ toạ độ được truyền tới Việt Nam thông qua lưới toạ độ Quốc gia Trung Quốc. Năm 1972, Chính phủ đã quyết định công bố Hệ quy chiếu và hệ toạ độ Quốc gia nói trên gọi là hệ Hà Nội 72 (HN72) để sử dụng thống nhất cho cả nước. Sau ngày giải phóng miền Nam thống nhất cả nước, cục đo đạc và bản đồ Nhà nước tiếp tục phát triển lưới toạ độ Nhà Nước vào các tỉnh phía Nam. Với sự giúp đỡ từng phần của các chuyên gia Liên Xô cũ, đến hết năm 1993 lưới toạ độ Nhà Nước đã được phủ kín gần toàn bộ lãnh thổ. Năm 1990 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà Nước đã quyết định sử dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS để hoàn chỉnh phần lưới toạ độ còn thiếu trên các địa bàn khó khăn như Tây Nguyên, Sông Bé (cũ), Minh Hải (cũ), và phủ lưới toạ độ trên toàn vùng biển cho đến các đảo thuộc quần đảo Trường Sa. Do quá trình xây dựng lưới toạ độ thực hiện trong một thời gian dài, phải đáp ứng kịp thời toạ độ và bản đồ cho nhu cầu sử dụng thực tế nên toàn mạng lưới bị
7. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 7 ThS. Trần Quốc Vinh chia cắt thành nhiều khu vực riêng biệt, hình thức xây dựng lưới rất đa dạng bao gồm cả công nghệ truyền thống và công nghệ hiện đại nhất, toàn hệ thống chưa được xử lý thống nhất. Cho đến nay có thể khẳng định Hệ toạ độ Quốc gia HN - 72 hiện tại không đáp ứng được các nhu cầu kỹ thuật mà thực tế đang đòi hỏi vì các lý do sau đây: - Hệ Quy chiếu Quốc gia HN - 72 thực chất là hệ quy chiếu chung cho các nước xã hội chủ nghĩa trước đây thiếu phù hợp với lãnh thổ Việt Nam, có độ lệch giữa mô hình vật lý và mô hình toán học của trái đất quá lớn, từ đó tạo biến dạng lớn làm suy giảm độ chính xác của lưới toạ độ và bản đồ. - Hiện nay các nước thuộc phe xã hội chủ nghĩa cũ cũng đã thay đổi Hệ Quy chiếu Quốc gia của nước mình, không sử dụng Hệ Quy chiếu chung trước đây, vì vậy Hệ Quy chiếu Quốc gia Hà Nội - 72 cũng không tạo được bất kỳ một liên kết khu vực nào, gây khó khăn đáng kể trong việc liên kết tư liệu với quốc tế nhằm giải quyết các vấn đề hoạch định biên giới, dẫn đường hàng không, hàng hải - Hệ Quy chiếu Quốc gia Hà Nội - 72 hoàn toàn không tạo điều kiện thuận lợi để phát triển công nghệ định vị hiện đại gọi là hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Position System) mà hiện nay đã được phổ biến trên toàn thế giới và ở Việt Nam, sử dụng Hệ Quy chiếu Quốc gia Hà Nội - 72 gây hậu quả suy giảm độ chính xác định vị và tạo một quy trình công nghệ quá phức tạp khi xử lý toán học các trị đo GPS. - Hệ toạ độ Quốc gia của nước ta hiện nay bị chia cắt thành nhiều khu vực nhỏ, thiếu tính thống nhất trên địa bàn cả nước, có độ chính xác tổng thể không đủ đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi của thực tế quản lý hành chính, điều hành kinh tế và đảm bảo an ninh Quốc phòng. 1.2.2. Các yêu cầu của một hệ Quy chiếu Quốc gia Việc lựa chọn một Hệ Quy chiếu Quốc gia phù hợp và xử lý toán học nâng cao tính thống nhất và độ chính xác Hệ Toạ độ Quốc gia là một nhiệm vụ bức xúc cần thực hiện. Hệ Quy chiếu Quốc gia cần được lựa chọn theo những tiêu chuẩn sau: - Phù hợp nhất với lãnh thổ Việt Nam để các tư liệu đo đạc - bản đồ có độ biến dạng nhỏ nhất. - Tạo điều kiện áp dụng và phát triển các công nghệ định vị hiện đại có độ chính xác cao (công nghệ định vị GPS hiện là phương tiện phổ biến và chủ yếu để xây dựng lưới toạ độ tại Việt Nam) - Hệ Qui chiếu phải phù hợp với tập quán sử dụng ở nước ta và có tính phổ dụng trên thế giới. - Khi cần thiết có khả năng liên kết chính xác với các tư liệu bản đồ khu vực và toàn cầu nhằm giải quyết những vấn đề chung. + Đảm bảo tính bí mật tuyệt đối về Hệ toạ độ Quốc gia. + Chi phí tối thiểu cho việc chuyển đổi hệ Qui chiếu và hệ toạ độ Quốc gia. Hệ toạ độ Quốc gia cần được xử lý toán học để đảm bảo các yêu cầu sau: - Thống nhất trên địa bàn toàn quốc. - Độ chính xác cao nhất trên cơ sở tập hợp trị đo hiện tại là chủ yếu, khi cần thiết có thể đo bổ sung không đáng kể. - Tạo điều kiện sử dụng những phương pháp xử lý toán học hiện đại theo nhiều phương án để cho kết quả tin cậy tuyệt đối.
8. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 8 ThS. Trần Quốc Vinh 1.2.3. Hệ Quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000 Từ năm 1992 đến nay, Cục Đo đạc bản đồ Nhà nước nay là Bộ tài nguyên và Môi trường đã tiến hành công trình xây dựng Hệ Qui chiếu và Hệ toạ độ Quốc gia mới theo những tiêu chí nói trên, bao gồm những nội dung chính sau đây: - Đánh giá lại toàn bộ Hệ qui chiếu và Hệ toạ độ quốc gia Hà Nội - 72 đang sử dụng. - Xây dựng lưới toạ độ cấp ‘0’ cạnh dài, độ chính xác cao bằng công nghệ định vị toàn cầu GPS để bổ sung, thống nhất và nâng cao độ chính xác của lưới toạ độ đã xây dựng; xác định toạ độ điểm gốc toạ độ quốc gia. - Tính toán chỉnh lý toán học toàn bộ hệ thống toạ độ quốc gia phủ trùm cả nước. - Nghiên cứu đề xuất Hệ Qui chiếu và Hệ Toạ độ Quốc gia phù hợp. - Nghiên cứu đề xuất giải quyết vấn đề tính chuyển toạ độ và hệ thống bản đồ đã xuất bản sau khi công bố Hệ qui chiếu và hệ Toạ độ Quốc gia mới. Công trình do các nhà khoa học và chuyên gia hàng đầu của ngành đo đạc - bản đồ thực hiện, đến nay đã đạt được những mục tiêu đề ra. Công trình đã đưa ra một số phương án lựa chọn Hệ qui chiếu Quốc gia và xử lý toán học Hệ toạ độ Quốc gia để phân tích và so sánh. Kết luận của công trình nghiên cứu này là: Hệ Qui chiếu Quốc gia hợp lý bao gồm các yếu tố: + Elipsoid qui chiếu: WGS- 84 toàn cầu. + Điểm gốc Toạ độ Quốc gia: điểm đặt trong khuôn viên Viện Nghiên Cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội. + Lưới chiếu toạ độ phẳng: Lưới chiếu UTM quốc tế. + Hệ thống bản đồ cơ bản: chia múi và phân mảnh theo hệ thống UTM quốc tế, danh pháp tờ bản đồ theo hệ thống hiện hành có chú thích danh pháp quốc tế. Hệ toạ độ Quốc gia được xác định thông qua việc xử lý toán học chặt chẽ kết hợp các số liệu trắc địa, thiên văn, trọng lực, vệ tinh bằng 3 chương trình tính toán khác nhau: một của nước ngoài và hai chương trình trong nước. Cách lựa chọn Hệ Quy chiếu và Hệ Toạ độ Quốc gia như vậy đảm bảo đầy đủ các tiêu chí đã đặt ra ở trên. Ngày 12/7/2000, thủ tướng Chính phủ ký quyết định sử dụng Hệ Qui chiếu và Hệ Toạ độ Quốc gia VN- 2000. Hệ quy chiếu và hệ toạ độ Quốc gia VN2000 có các yếu tố chính sau đây: - Elipsoid quy chiếu: WGS-84 toàn cầu được định vị phù hợp với lãnh thổ Việt Nam, có kích thước như sau: + Bán trục lớn a=6378137,000 m + Độ dẹt =298,257223563 - Điểm gốc toạ độ quốc gia: Điểm N00 đặt trong khuôn viên Viện Nghiên cứu địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội - Lưới chiếu toạ độ phẳng: Lưới chiếu UTM quốc tế
9. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 9 ThS. Trần Quốc Vinh - Chia múi và phân mảnh hệ thống bản đồ cơ bản: Theo hệ thống UTM quốc tế, danh pháp tờ bản đồ theo hệ thống hiện hành có chú thích danh pháp Quốc tế. 1.3. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 1.3.1. Giới thiệu Từ những năm 1960, cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA) cùng với quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ tinh, bay cao 1075 km trên các quỹ đạo hầu như tròn, cách đều nhau và có góc nghiêng so với mặt phẳng xích đạo trái đất xấp xỉ 900. TRANSIT được sử dụng trong thương mại vào năm 1967, một thời gian sau đó nó bắt đầu được sử dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất và có ý nghĩa nhất của hệ TRANSIT. Định vị toàn cầu bằng hệ TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu, độ chính xác định vị với một lần vệ tinh bay qua cỡ 20-30 m. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của TRANSIT trong việc đáp ứng nhu cầu định vị nhanh với độ chính xác cao. Tiếp sau thành công của TRANSIT, năm 1989, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai được đưa vào hoạt động có tên là ‘Hệ thống định vị toàn cầu: NAVSTAR - GPS’ gọi tắt là GPS. Hệ thống GPS thiết lập một mạng lưới 24 vệ tinh bay trong 6 quỹ đạo tròn trong không gian bao quanh trái đất với chu kỳ 12 giờ, độ cao 20.200 km. Với cách bố trí này thì trong suốt 24 giờ tại bất kỳ một điểm nào trên trái đất cũng sẽ quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Độ chính xác định vị bằng GPS được nâng cao, và khắc phục được nhược điểm về thời gian quan trắc so với hệ TRANSIT. Mặc dù thiết kế ban đầu của GPS nhằm phục vụ cho mục đích quân sự, nhưng ngày nay đã được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động kinh tế, xã hội và trắc địa, bản đồ. Sự phát triển của hệ thống GPS và công nghệ thông tin đã đổi mới công nghệ cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong đo đạc, bản đồ cũng như quản lý tài nguyên chuyển sang một giai đoạn mới hiện đại hơn, chính xác hơn và có quy mô rộng hơn. Hệ thống định vị toàn cầu mới ra đời nhưng đã nhanh chóng trở thành một công cụ quan trọng trong các lĩnh vực nghiên cứu ở khắp mọi quốc gia và trong mọi quy mô nhờ các tính ưu việt của nó. Trước hết nhìn một cách tổng quan, trong điều kiện hiện nay mọi quốc gia và tổ chức nghiên cứu khoa học đã có thể trang bị cho mình loại kỹ thuật này, cả phần cứng và phần mềm. Thứ hai là việc sử dụng máy GPS rất đơn giản và tiện lợi, không đòi hỏi một quá trình đào tạo đáng kể nào khiến cho nó dễ dàng phổ biến và phát triển. Thứ ba là GPS đo được cả ngày lẫn đêm, trong mọi điều kiện thời tiết. Một ưu điểm nổi bật của GPS nữa là không cần tầm nhìn thông của các điểm đo, do đó không mất thời gian và công sức để phát cây, thông hướng, tránh chặt phá rừng, bảo vệ tài nguyên, môi trường. Ở nước ta, trong những năm đầu của thập kỷ 90 ngành đo đạc và bản đồ đã nghiên cứu và ứng dụng thành công hệ thống định vị toàn cầu. Ngày nay thiết bị thu tín hiệu GPS được phát triển ngày càng hoàn thiện cả về phần cứng và phần mềm, cùng với sự phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu GPS đã đem lại kết quả định vị chính xác với độ tin cậy cao và phạm vi ứng dụng ngày càng mở rộng.
10. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 10 ThS. Trần Quốc Vinh Hình 2: Các vệ tinh GPS trong vũ trụ 1.3.2. Nguyên tắc cơ bản của công nghệ GPS Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một hệ thống định vị không gian cơ sở phủ trùm sóng trên toàn cầu, có thể xác định vận tốc, thời gian và vị trí theo cả 3 chiều trên 24 giờ đồng hồ. GPS sử dụng vệ tinh trong không gian để xác định mọi vị trí trên trái đất. Hệ thống GPS bao gồm 3 bộ phận chính: Bộ phận sử dụng, bộ phận kiểm soát, bộ phận không gian. - Bộ phận sử dụng: bao gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS. Thiết bị thu GPS là thiết bị thu sóng đặc biệt, được thiết kế để nhận tín hiệu sóng chuyển từ vệ tinh xuống, xác định và tính toán vị trí các đối tượng trong không gian. Thiết bị thu GPS có thể là 1 máy thu riêng biệt hoạt động độc lập (định vị tuyệt đối), có thể một nhóm máy thu hoạt động đồng thời (định vị tơng đối) hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác ( trường hợp định vị vi phân). Kích cỡ, hình dáng và giá của thiết bị thu này phụ thuộc vào chức năng và mục tiêu sử dụng GPS. - Bộ phận không gian (Space Segment): gồm 24 vệ tinh GPS và 3 vệ tinh dự trữ). Mỗi vệ tinh có trang bị tên lửa đẩy và có thời hạn sử dụng khoảng 7,5 năm có thể chuyển thông tin về thời gian và vị trí tới người sử dụng. - Bộ phận điều khiển: bao gồm thiết bị mặt đất có thể theo dõi và điều khiển được vệ tinh. Nhiệm vụ của bộ phận điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và các chức năng của vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của vệ tinh
11. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 11 ThS. Trần Quốc Vinh Hình 3: Các bộ phận cấu thành Hệ thống định vị toàn cầu GPS Bộ phận điều khiển tính toán hiệu chỉnh khoảng cách đến vệ tinh, đồng hồ trên vệ tinh, các số liệu khí tượng và cung cấp cho ngời sử dụng thông qua các sóng tải. Việc chính xác hoá thông tin (hoặc gây nhiễu) được tiến hành 3 lần trong một ngày. Muốn thu nhận thông tin có độ chính xác cao, cần phải liên hệ với nhà cung cấp (NASA) Nguyên tắc cơ bản của GPS là “phép đo đạc tam giác’ từ vệ tinh. Để áp dụng “phép đo đạc tam giác’ này, bộ phận thu sẽ đo khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh. Máy thu GPS có một đồng hồ bên trong, đồng bộ với đồng hồ trên vệ tinh. Khi vệ tinh gửi tín hiệu, thời gian đó được ghi lại trên GPS. Máy thu GPS sẽ so sánh thời gian trên vệ tinh với thời gian trên đồng hồ của nó, tính ra sự khác nhau về thời gian. Dùng sự khác nhau này cùng với tốc độ của ánh sáng để tính ra khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh (S=VxT), V=300000km/s. Với 1 vệ tinh GPS ta xác định được một mặt cầu cách máy thu một khoảng S. Với 2 vệ tinh GPS ta xác định được vòng tròn (Giao nhau của 2 mặt cầu là một vòng tròn). Dùng tất cả các thông tin của 3 vệ tinh chúng ta sẽ xác định được 2 điểm thoả mãn, giao của 3 mặt cầu là 2 điểm). Như vậy với tối thiểu 4 vệ tinh, ta sẽ biết được chính xác vị trí điểm (Giao điểm của 4 mặt cầu là 1 điểm). Ngoài ra, vệ tinh thứ tư còn có nhiệm vụ hiệu chỉnh sai số. Càng thu được tín hiệu nhiều vệ tinh thì độ chính xác định vị càng cao. 1.3.3. Các loại máy thu GPS - Loại dẫn đường Sử dụng chủ yếu để dẫn đường, điều tra nguồn tài nguyên thiên nhiên, lập bản đồ tỷ lệ nhỏ. Loại này tương
12. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 12 ThS. Trần Quốc Vinh đối rẻ tiền, dễ sử dụng. Độ chính xác thấp (từ 10-15m) và hạn chế thông tin lưu trữ. GPS V, GPS 12 XL, GPS 12 độ chính xác 10-15 m. - Loại để làm bản đồ Chủ yếu dùng cho việc xây dựng bản đồ và thu thập dữ liệu GIS với độ chính xác cao. Loại này đắt tiền hơn, hoạt động phức tạp hơn và nhiều chức năng hơn, có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn. Độ chính xác định vị điểm từ 3 - 5 m. Có khả năng lưu trữ và download dữ liệu tốt. GPS ProMark X, độ chính xác 2-3m. - Loại dùng để khảo sát Được sử dụng cho các nhà khảo sát đất, khảo sát mỏ, lập bản đồ tỷ lệ lớn, các công việc phục vụ công cộng Loại này có độ chính xác cao, đắt tiền. GPS ProMark 2 GPS Garmin 17 N, chính xác 2-3m 1.3.4. Thành lập bản đồ địa chính bằng công nghệ GPS Nếu khu vực đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở đủ điều kiện áp dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS thì có thể áp dụng công nghệ GPS động để thành lập BĐĐC. Có hai phương pháp sử dụng công nghệ đo GPS động đó là phương pháp đo phân sai GPS (DGPS: Differential GPS) và phương pháp GPS động thời gian thực RTK (Real Time Kinematic). - Phương pháp phân sai GPS (DGPS) dựa trên cơ sở một trạm đặt máy thu tĩnh (tại điểm địa chính cơ sở) và một số trạm máy thu động (đặt liên tiếp tại các điểm đo chi tiết). Số liệu tại trạm tĩnh và trạm động được xử lý chung để cải chính phân sai cho gia số toạ độ giữa trạm tĩnh và trạm động. Tuỳ theo thể loại thiết bị và khoảng cách giữa trạm tĩnh và trạm động, phương pháp DGPS có thể đạt độ chính xác từ dm tới m. - Phương pháp GPS RTK cũng dựa trên cơ sở 1 trạm đặt máy thu tĩnh (tại điểm địa chính cơ sở) và một số trạm thu động (đặt liên tiếp tại các điểm đo chi tiết). Số liệu tại trạm tĩnh được gửi tức thời tới trạm động bằng thiết bị thu phát sóng vô tuyến (Radio link) để xử lý tính toán toạ độ trạm động theo toạ độ trạm tĩnh. Tuỳ theo thể loại thiết bị GPS, phương pháp đo GPS RTK có thể đạt độ chính xác từ 1 cm đến 5 cm. Việc áp dụng công nghệ đo GPS động để đo vẽ bản đồ địa chính cơ sở chỉ đòi hỏi các điểm địa chính cơ sở để đặt các trạm tĩnh, không cần phát triển tăng dày các điểm địa chính cấp 1 và các cấp thấp hơn.
13. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 13 ThS. Trần Quốc Vinh 1.4. CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ SỐ 1.4.1. Khái niệm bản đồ số Trước đây, bản đồ thường được vẽ bằng tay trên giấy, các thông tin được thể hiện nhờ các đường nét, màu sắc, hệ thống ký hiệu và các ghi chú. Hình 4: Bản đồ mô hình lập thể Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành điện tử, tin học, sự phát triển của phần cứng lẫn phần mềm máy tính, các thiết bị đo đạc, ghi tự động, các loại máy in, máy vẽ có chất lượng cao không ngừng được hoàn thiện. Công nghệ thông tin thực sự đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên đất đai. Sự ra đời của hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống thông tin đất đai (LIS) đã tạo một bước ngoặt chuyển từ phương thức quản lý thủ công trước đây sang một phương thức mới, quản lý, xử lý dữ liệu trên máy tính. Bản đồ là một thành phần quan trọng, là một trong hai dạng dữ liệu cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý. Các đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ dựa trên mô hình toán học trong không gian 2 chiều hoặc 3 chiều. Bản đồ số có thể được hiểu như là một tập hợp có tổ chức các dữ liệu bản đồ được lưu trữ, xử lý, hiển thị, thể hiện hình ảnh bản đồ trên máy tính. Bản đồ số được lưu trữ bằng các File dữ liệu lưu trong bộ nhớ máy tính, có thể thể hiện hình ảnh bản đồ giống như bản đồ truyền thống trên màn hình máy tính, có thể thông qua các thiết bị máy in, máy vẽ để in ra giấy như bản đồ thông thường.
14. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 14 ThS. Trần Quốc Vinh Hình 5: Máy in bản đồ khổ A0 (HP DesignJet 750C Plus của hãng Hewlett Packard) - Kích thước: 1370 x 675 x 1200 mm (Dài x rộng x cao) - Trọng lượng: 60 kg - Độ phân giải in: + In Đen - trắng: 600 - 1440 DPI; + In Màu: từ 300 - 1440 DPI với 256 màu. - Khổ giấy từ A4 đến A0 (giấy cuộn hoặc giấy rời). 1.4.2. Các loại dữ liệu và mô hình cơ bản của bản đồ số - Cơ sở dữ liệu bản đồ được hình thành từ bốn dạng dữ liệu cơ bản: dạng điểm, dạng đường, dạng vùng và dạng chú giải, chú thích + Số liệu dạng điểm (point, cell, symbol): là dạng số liệu đơn giản nhất. Chúng là những đối tượng vô hướng chỉ có vị trí trong không gian, không có chiều dài. + Số liệu dạng đường (Line, Arc, polyline): Đường (bao gồm cả các cung) là các đối tượng hai chiều, chúng không những có vị trí trong không gian mà còn có cả độ dài. + Số liệu dạng vùng (Polygon, Area): Vùng là các đối tượng hai chiều, chúng không những có vị trí, độ dài trong không gian mà còn có cả độ rộng (Nói cách khác, chúng có diện tích). + Số liệu dạng chú thích, mô tả (Annotation, Text) - Các loại dữ liệu trên được lưu trữ trong hai mô hình dữ liệu không gian cơ bản là mô hình vector và mô hình raster. + Mô hình Vector: Trong mô hình Vector vị trí của các điểm, đường, đa giác đều được xác định chính xác. Vị trí của mỗi đối tượng được định nghĩa bởi một cặp tọa độ (X,Y) hoặc là một chuỗi các cặp tọa độ. Một điểm được xác định bằng một cặp tọa độ. Một đường thực chất là tập hợp của các điểm được xác định bằng chuỗi các cặp tọa độ. Một vùng thực chất là tập hợp của các đường và khép kín do đó được xác định bằng chuỗi các cặp tọa độ nhưng cặp tọa độ đầu và cuối là trùng nhau. + Mô hình Raster: Mô hình Raster là phương pháp đơn giản nhất để lưu trữ các số liệu không gian. Trong dạng mô hình này, các số liệu không gian được tổ chức thành các Pixel. Mỗi một điểm được mô tả bằng một Pixel. Mỗi đường được mô tả bởi chuỗi các pixel. Cấu trúc Raster ít phù hợp cho việc biểu diễn các đường vì thường làm xuất hiện sự gấp khúc cho các đường. Một đa giác được biểu diễn bằng một nhóm các pixel.
15. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 15 ThS. Trần Quốc Vinh Mô hình Raster Mô hình Vector Hình 6: Mô hình vector và mô hình raster 1.4.3. Đặc điểm bản đồ số Bản đồ số có một số các đặc điểm sau: - Mỗi bản đồ số có một cơ sở toán học bản đồ nhất định như hệ quy chiếu, hệ toạ độ Các đối tượng bản đồ được thể hiện thống nhất trong cơ sở toán học này. - Nội dung, mức độ chi tiết thông tin, độ chính xác của bản đồ số đáp ứng được hoàn toàn các yêu cầu như bản đồ trên giấy thông thường, nhưng hình thức đẹp hơn. Bản đồ số không có tỷ lệ như bản đồ thông thường. Kích thước, diện tích các đối tượng trên bản đồ số đúng bằng kích thước các đối tượng ngoài thực địa. - Khi thành lập bản đồ số, các công đoạn thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu đòi hỏi kỹ thuật và tay nghề cao, tuân theo các quy định chặt chẽ về phân lớp đối tượng, cấu trúc dữ liệu, tổ chức dữ liệu Nếu thành lập bản đồ địa chính số thì giữ nguyên được độ chính xác của số liệu đo đạc, không chịu ảnh hưởng của sai số đồ hoạ. - Nghiên cứu đánh giá địa hình vừa khái quát, vừa tỉ mỉ - Hạn chế lưu trữ bản đồ bằng giấy. Vì vậy chất lượng bản đồ không bị ảnh hưởng bởi chất liệu lưu trữ. Nếu nhân bản nhiều thì giá thành bản đồ số rẻ hơn. - Chỉnh lý, tái bản dễ dàng, nhanh chóng, tiết kiệm. - Bản đồ số có tính linh hoạt hơn hẳn bản đồ giấy thông thường, có thể dễ dàng thực hiện các công việc như: + Các phép đo tính khoảng cách, diện tích, chu vi + Xây dựng các bản đồ theo yêu cầu người sử dụng. + Phân tích, xử lý thông tin để tạo ra các bản đồ chuyên đề rất khó thực hiện bằng tay như: bản đồ 3 chiều, nội suy đường bình độ thành lập bản đồ độ dốc, chồng ghép bản đồ + In bản đồ ra nhiều tỷ lệ khác nhau theo yêu cầu. + Tìm kiếm thông tin, xem thông tin theo yêu cầu. + Ứng dụng công nghệ đa phương tiện, liên kết dữ liệu thông qua hệ thống mạng cục bộ, diện rộng, toàn cầu. + Ứng dụng công nghệ mô phỏng. 1.4.4. Tổ chức dữ liệu bản đồ Các đối tượng của bản đồ số được tổ chức phân thành các lớp thông tin (layer, level, ). Phân lớp thông tin là sự phân loại logic các đối tượng của bản đồ số dựa trên các tính chất, thuộc tính của các đối tượng bản đồ. Các đối tượng bản đồ được phân loại trong cùng một lớp là các đối tượng có chung một số tính chất
16. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 16 ThS. Trần Quốc Vinh nào đó. Các tính chất này là các tính chất có tính đặc trưng cho các đối tượng. Việc phân lớp thông tin ảnh hưởng trực tiếp đến nhận biết các loại đối tượng trong bản đồ số. Mỗi bản đồ có tối đa 64 lớp khác nhau được đánh số từ 0 đến 63 hoặc được đặt tên riêng. Các lớp trong bản đồ có cùng một hệ toạ độ, cùng tỷ lệ, cùng hệ số thu phóng. Lớp là một thành phần của bản vẽ, có thể bật (on) hoặc tắt (off) trên màn hình. Khi tất cả các lớp được bật, ta có một bản đồ hoàn chỉnh. Trong một lớp thông tin, các đối tượng chỉ thuộc vào một loại đối tượng hình học duy nhất: điểm (point, cell, symbol), đường (arc,line,polyline), vùng (polygon,region), hoặc chú giải, chú thích (annotation, text). Các đối tượng trong bản đồ có các thuộc tính: vị trí (location); lớp (level, layer); màu sắc (color); kiểu đường nét (line style); lực nét (line weight). 1.4.5. Xuất nhập dữ liệu bản đồ số Khả năng xuất nhập dữ liệu bản đồ số phụ thuộc vào format dữ liệu (khôn dạng dữ liệu của file bản đồ). Forrmat dữ liệu là yếu tố đặc biệt quan trọng trong việc trao đổi thông tin giữa các người dùng khác nhau trong cùng hệ thống và giữa các hệ thống với nhau. Format dữ liệu dùng để trao đổi, phân phối thông tin cần phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Format phải có khả năng biểu diễn đầy đủ các loại đối tượng. - Format đã được công bố công khai (có tính mở). Thông thường, dữ liệu bản đồ của các phần mềm khác nhau giao diện với nhau thông qua một format trung gian. Hiện nay ở nước ta sử dụng các chuẩn format thông dụng sau: - Chuẩn format dữ liệu của Viện Nghiên cứu các hệ thống về môi trường Mỹ (Environmental Systems Research Institute ESRI USA). ESRI là hãng xây dựng phần mềm ARC/INFO, ARCVIEW và là một trong những hãng dẫn đầu về công nghệ GIS. - Chuẩn format dữ liệu của hãng Integraph. Integraph là một trong những hãng dần dầu thế giới về các phần mềm ảnh số và công nghệ GIS. Chuẩn của Integraph là Standard Interchange Format SIF. Format này được phát triển để trao đổi dữ liệu giữa Intergaph và các hệ thống khác. Ngoài chuẩn SIF, format DGN cũng trở thành một trong những chuẩn phổ biến để trao đối dữ liệu hiện nay. - Chuẩn format dữ liệu của hãng AutoDesk Mỹ. AutoDesk là hãng xây dựng phần mềm AutoCAD rất phổ dụng hiện nay. Format dữ liệu DXF của AutoDesk luôn là format trao đổi của phần lớn các hệ thống GIS hiện nay trên thế giới. - Chuẩn format dữ liệu của hãng MAPINFO, USA. Format Mapinfo Interchange Format của MAPINFO là file ASCII, mô tả các đối tượng dưới theo mô hình SPAGHETTI, cho phép lưu dữ liệu đồ hoạ (trong file MIF) và dữ liệu thuộc tính (MID). 1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ Các nguồn dữ liệu để thành lập bản đồ số bao gồm: - Số liệu đo đạc mặt đất (bằng các loại máy toàn đạc, toàn đạc điện tử, GPS ). Kết quả của quá trình đo đạc được ghi trong sổ đo hoặc lưu trữ trong các bộ nhớ (trong hoặc ngoài) của máy. Số liệu đo đạc thường là các cặp toạ độ (X,Y,Z) của các điểm đo hoặc các giá trị đo góc, khoảng cách từ trạm máy đến điểm đo và độ cao điểm đo.
17. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 17 ThS. Trần Quốc Vinh - Các loại bản đồ trên giấy, diamat, phim ảnh có sẵn (bản đồ có sẵn). Để thành lập, quản lý bản đồ số, dữ liệu từ các loại bản đồ có sẵn là một nguồn dữ liệu quan trọng và rẻ tiền nhất, chúng ta sử dụng phương pháp số hóa bản đồ để chuyển bản đồ vào máy tính. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác cho bản đồ số, các loại bản đồ nói trên phải đảm bảo một số yêu cầu như: bản đồ phải rõ ràng, không nhàu nát, không can vẽ hoặc photocopy lại nhiều lần Với các loại bản đồ yêu cầu độ chính xác cao như bản đồ địa chính, bản đồ địa hình thì có các quy định riêng (sẽ đề cập đến sau). - Ảnh hàng không và ảnh vệ tinh. Hiện nay phương pháp sử dụng ảnh hàng không, vệ tinh đang được nghiên cứu, sử dụng trong công tác thành lập bản đồ và phân tích không gian. Số liệu từ ảnh hàng không, vệ tinh phản ánh trung thực bề mặt của khu vực bay chụp tại thời điểm chụp ảnh. Tuy nhiên, tỷ lệ của bản đồ thành lập phải phù hợp với tỷ lệ chụp ảnh và độ phân giải ảnh. Phương pháp này rất có hiệu quả đối với việc thành lập bản đồ tỷ lệ vừa và nhỏ. Căn cứ vào nguồn số liệu thu thập được, ta có các phương pháp thành lập bản đồ số như sau: 1.5.1. Thành lập bản đồ số từ số liệu đo đạc - Số liệu đo đạc được lưu trữ trong bộ nhớ của máy. Các số liệu này được truyền vào máy tính thông qua các phần mềm chuyên dụng (phần mềm SDR, FAMIS, ITR ). Sau đó, nhờ các chức năng của của phần mềm, các điểm đo được hiển thị lên màn hình máy tính. Căn cứ vào sơ đồ nối, chúng ta có thể thành lập được bản đồ bằng phương pháp nối bằng tay hoặc nối tự động. - Số liệu đo đạc được ghi sổ theo phương pháp truyền thống. Đầu tiên, số liệu đo đạc được nhập vào máy tính bằng tay dưới dạng các file số liệu lưu trữ điểm đo. Cấu trúc file dữ liệu lưu trữ điểm đo phụ thuộc vào phần mềm sử dụng. Sau đó, phương pháp thành lập bản đồ hoàn toàn tương tự như phương pháp trên. - Số liệu từ GPS. Để nhận loại dữ liệu này chúng ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng nhập dữ liệu từ GPS, các phần mềm này có thể là Mapinfo, Mapsource Dữ liệu từ GPS sau khi truyền vào máy tính thường là các cặp toạ độ. Sử dụng các phần mềm chuyên dụng lập bản đồ hoặc các phần mềm GIS để thành lập bản đồ số như: Famis, Mapinfo, Arcview 1.5.2. Số hóa bản đồ Đối với nguồn dữ liệu bản đồ có sẵn, dùng phương pháp số hoá bản đồ để xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ. Trước khi số hoá bản đồ thì phải có một sự chuyển đổi giữa tọa độ của các đối tượng trên bản đồ với tọa độ của máy tính. Sự chuyển đổi này được thực hiện thông qua hệ thống các điểm kiểm soát. Thông thường chúng ta thường dùng 5 điểm kiểm soát, 4 điểm ở 4 góc khung trong tờ bản đồ, điểm thứ 5 ở giữa dùng để kiểm tra sai số. Đối với mỗi điểm kiểm soát này ta phải xác định được chính xác tọa độ của nó, và nhập vào máy thông qua bàn phím. Bằng cách so sánh các tọa độ này, chương trình máy tính sẽ tính toán được tọa độ thực cho tất cả các đối tượng trên bản đồ và như vậy cho phép chúng ta lưu trữ các tọa độ thực cuả chúng. Khi
18. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 18 ThS. Trần Quốc Vinh số hoá bản đồ, tại vị trí của các đường cắt nhau chúng ta phải tạo cho nó một điểm nút để tránh các lỗi xảy ra trong quá trình số hoá. - Số hoá bản đồ bằng bàn số hoá Digitizer (Tablet digitizer) Bàn số hoá bản đồ Digitizer Chuột của bản số hoá Digitizer Hình 7: Bàn số hóa Digitizer Số hoá bản đồ bằng bàn số hoá Digitizer là một phương pháp để nhập bản đồ vào máy tính.Tờ bản đồ cần số hoá được đặt áp sát vào bề mặt của bàn Digitizer, và con chuột dùng để can (số hoá) các đối tượng trên bản đồ. Trong bàn số thường dùng một lưới các dây mịn gắn chặt vào trong bàn. Dây thẳng đứng ghi tọa độ X và dây nằm ngang sẽ ghi tọa độ Y của bàn số. Một bàn số thường có một hình chữ nhật ở giữa gọi là vùng hoạt động và phần nằm ngoài ranh giới hình chữ nhật gọi là vùng liệt và các tọa độ không được ghi ở vùng này. Góc thấp nhất bên trái của vùng hoạt động có tọa độ X=0 và Y=0. Vì vậy bản đồ cần phải được đặt trong vùng hoạt động của bàn số. Con chuột của bàn số thường có 4 nút hoặc 16 nút dùng để điều khiển chương trình của bàn số hoá. Khi một nút của con chuột (thường là nút góc cao trái) được ấn thì một dấu hiệu điện từ được truyền đến vị trí của chữ thập và cảm ứng xuống bàn số. Vị trí này được cố định bằng một cặp dây thẳng đứng và dây nằm ngang. Như vậy một cặp tọa độ ở trong bàn số được ghi nhận và gửi đến máy tính. Việc dùng bàn số hoá yêu cầu người số hoá phải có kỹ năng số hoá cao, để có thể tránh các lỗi khi số hoá, đem lại độ chính xác cho bản đồ. Hiện nay, phương pháp này thường ít được sử dụng vì các lý do: độ chính xác của bản đồ không cao, không hiệu quả về mặt thời gian, sẽ khó khăn khi số hoá các bản đồ phức tạp. Bản đồ sau khi số hoá sẽ là một bản đồ ở dạng Vector. - Số hoá trên màn hình (Headup digitizing) Dùng máy quét Scanner để quét bản đồ, phim ảnh với độ phân giải thích hợp (thường từ 300 - 500 DPI). Sản phẩm là một ảnh bản đồ dạng raster. Sử dụng các phần mềm chuyên dụng số hoá các đối tượng hình ảnh bản đồ trên màn hình máy tính. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì nó có các ưu điểm sau: Tận dụng được các chức năng đồ hoạ sẵn có của phần mềm như phóng to, thu nhỏ và một số chức năng hỗ trợ cho quá trình số hoá khác; Độ chính xác bản đồ cao hơn và tiết kiệm đáng kể thời gian số hoá. Điển hình của các phần mềm số hoá bán tự động bản đồ là hệ thống phần mềm Mapping Office của tập đoàn Intergraph.
19. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 19 ThS. Trần Quốc Vinh Hình 8: Máy quét bản đồ Scanner khổ A3 và khổ A0. Hiện nay trên thị trường Việt Nam xuất hiện một số phần mềm tự động Vector hoá. Tuy nhiên hiện nay do giá thành còn tương đối cao và sản phẩm Vector hoá chất lượng chưa cao, phụ thuộc nhiều vào chất lượng bản đồ gốc nên các phần mềm này chưa được sử dụng rộng rãi. Vì thế phương pháp chủ yếu để số hoá bản đồ vẫn là phương pháp số hoá bán tự động. 1.5.3. Thành lập bản đồ từ ảnh viễn thám 1.5.3.1. Khái niệm viễn thám Viễn thám (Remote sensing) là kỹ thuật quan sát và ghi nhận đối tượng mà trên thực tế không cần phải tiếp xúc tới đối tượng. Dữ liệu viễn thám là loại dữ liệu có thể thu được về một diện rộng hàng trăm ngàn kilômét vuông trong một khoảng thời gian ngắn bằng các thiết bị kỹ thuật ghi nhận các bức xạ hay phản xạ ở các vùng phổ khác nhau của đối tượng tạo ra các thông tin mà kết quả là hình ảnh chính đối tượng đó. Các tư liệu viễn thám có ưu việt là nhanh, kịp thời, tầm bao quát rộng. Cốt lõi của tư liệu viễn thám chính là giá trị phổ phản xạ của các đối tượng trên bề mặt trái đất ở từng khoảng bước sóng. Viễn thám là một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Thuật ngữ viễn thám được sử dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1960 bao hàm cả các lĩnh vực như đo ảnh, giải đoán ảnh, địa chất ảnh. Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ. Công nghệ viễn thám đặc biệt hiệu quả đối với những đối tượng mà khả năng tiếp cận nghiên cứu trực tiếp ngoài thực địa khó khăn như đi lại trong rừng, hay những khu vực núi cao trùng điệp. Phương pháp viễn thám có ưu việt hơn hẳn những phương pháp cổ điển khác khi nghiên cứu diễn biến một vấn đề nào đó về không gian, thời gian, về kinh phí, ta có thể theo dõi quá trình diễn biến tự nhiên cũng như dưới tác động của con người trong vòng hàng chục năm trở lại. Đặc điểm quan trọng của các tấm ảnh viễn thám là có chu kỳ lặp lại nhanh chóng. Đặc điểm này cho phép phân tích nhanh chóng trạng thái cây trồng nông nghiệp, các quá trình phát triển của sự xói mòn đất Sự tồn tại tương đối lâu của vệ tinh trên quỹ đạo cũng như khả năng lặp lại đường bay của nó, cho phép theo dõi
20. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 20 ThS. Trần Quốc Vinh những biến đổi theo mùa, theo chu kỳ năm hoặc lâu hơn, diễn biến phát triển của sa mạc, nạn phá rừng nhiệt đới Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tư liệu chủ yếu trong viễn thám. Tuy nhiên những dạng năng lượng khác như từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng để khai thác thông tin. Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ viễn cảm (remote sensor) thường gọi tắt là bộ cảm. Các buồng chụp ảnh hoặc máy quét là những bộ cảm. Phương tiện được sử dụng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang (platform). Vật mang gồm khí cầu, máy bay, vệ tinh, tàu vũ trụ. Các tính chất của vật thể có thể được xác định thông qua các năng lượng bức xạ hoặc phản xạ từ vật thể. Viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về phản xạ và bức xạ. 1.5.3.2. Các vệ tinh viễn thám thông dụng trong nông nghiệp ở Việt nam Vệ tinh mang bộ cảm viễn thám được gọi là vệ tinh viễn thám hay vệ tinh quan sát mặt đất. Các vệ tinh viễn thám được chia ra các nhóm chính sau: + Vệ tinh địa tĩnh, thí dụ vệ tinh GMS. + Vệ tinh khí tượng, thí dụ vệ tinh NOAA. + Vệ tinh tài nguyên, thí dụ vệ tinh Landsat. Các hệ thống thiết bị chính của vệ tinh viễn thám bao gồm: + Hệ thống kiểm tra theo dõi tuyến bay. + Hệ thống kiểm tra hoạt động của vệ tinh. + Hệ thống thu nhận số liệu. 1. Vệ tinh Landsat Vào năm 1967, tổ chức hàng không và vũ trụ quốc gia (NASA) được sự hỗ trợ của Bộ nội vụ Mỹ đã tiến hành chương trình nghiên cứu thăm dò tài nguyên trái đất ERTS (ERTS - Earth Resources Technology Satellite: Vệ tinh kỹ thuật thăm dò tài nguyên trái đất). Vệ tinh ERTS-1 được phóng vào ngày 23/6/1972. Sau đó NASA đổi tên chương trình ERTS thành Landsat, ERTS -1 được đổi tên thành Landsat 1. Cho đến nay, NASA đã phóng được 7 vệ tinh trong hệ thống Landsat.
21. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 21 ThS. Trần Quốc Vinh Bảng 2: Các thế hệ vệ tinh Landsat Vệ tinh Ngày phóng Ngày ngừng hoạt động Bộ cảm Landsat 1 23/6/1972 6/1/1978 MSS Landsat 2 22/1/1975 27/7/1983 MSS Landsat 3 5/3/1978 7/9/1983 MSS Landsat 4 16/7/1982 - TM, MSS Landsat 5 1/3/1984 - TM, MSS Landsat 6 5/3/1993 Bị hỏng ngay từ khi phóng ETM Landsat 7 15/4/1999 - ETM - Landsat MSS ( Landsat Multispectral Scanner) Bộ cảm này được đặt trên các vệ tinh Landsat từ 1 đến 5 ở độ cao so với mặt đất là 919km. Chu kỳ lặp lại tại một điểm là 18 ngày. Các bộ cảm MSS là những hệ thống máy quang học mà trong đó các yếu tố tách sóng riêng biệt được quét qua bề mặt Trái đất theo hướng vuông góc với hướng bay. MSS có 4 bộ lọc và tách sóng trong khi TM có 7 bộ. Landsat MSS có độ phân giải là 79m x79m, và gồm 4 kênh 1,2,3 và 4, trong đó kênh 1 và kênh 2 nằm trong vùng nhìn thấy còn kênh 3 và kênh 4 nằm trong vùng cận hồng ngoại. - Landsat TM, ETM (Landsat Thematic Mapper) Từ năm 1982 vệ tinh Landsat 4 được phóng và mang thêm bộ cảm chuyên dùng để thành lập bản đồ chuyên đề gọi là bộ cảm TM (Thematic Mapper). Vệ tinh Landsat 7 mới được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với bộ cảm TM cải tiến gọi là ETM (Enhanced Thematic Mapper). Hệ thống này là một bộ cảm quang học ghi lại năng lượng trong vùng nhìn thấy: hồng ngoại phản xạ, trung hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt của quang phổ. Nó thu thập những ảnh đa phổ mà có độ phân giải không gian, phân giải phổ, chu kỳ và sự phản xạ cao hơn Landsat MSS. Landsat TM, ETM có độ phân giải không gian là 30x30 m cho 6 kênh (1, 2, 3, 4, 5, 7) và kênh 6 hồng ngoại nhiệt có độ phân giải không gian là 120x120 m. Vệ tinh Landsat bay qua Việt Nam lúc 9 giờ 45 phút. Bảng 3: Các thông số kỹ thuật của bộ cảm TM Kênh phổ Bước sóng Phổ điện từ Độ phân giải Kênh 1 0,45 - 0,52 µm Xanh chàm (Blue) 30 m Kênh 2 0,52 - 0,60 µm Xanh lục (Green) 30 m Kênh 3 0,63 - 0,69 µm Đỏ (Red) 30 m Kênh 4 0,76 - 0,90 µm Gần hồng ngoại 30 m Kênh 5 1,55 - 1,75 µm Hồng ngoại 30 m Kênh 6 10,4 - 12,5 µm Hồng ngoại nhiệt 120 m Kênh 7 2,08 - 2,35 µm Hồng ngoại 30 m Trên vệ tinh Landsat bộ cảm có ý nghĩa quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất là TM. Bộ cảm TM có các thông số chính được nêu trong bảng 3.
22. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 22 ThS. Trần Quốc Vinh Vệ tinh Landsat TM bay ở độ cao 705 km, mỗi cảnh TM có độ phủ là 185 km x 170 km với chu kỳ chụp lặp là 16 ngày. Có thể nói TM là bộ cảm quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trư- ờng. SPOT2 2. Vệ tinh Spot 1990 Trên mỗi vệ tinh Spot được trang bị một hệ thống tạo ảnh nhìn thấy có độ phân giải cao HRV (High Resolution Visible imaging system). Các thế hệ vệ tinh SPOT 1 đến 3 có 3 kênh phổ phân bố trong vùng sóng nhìn thấy ở các bước sóng xanh lục, đỏ SPOT4 và gần hồng ngoại. Năm 1998 Pháp 1998 phóng vệ tinh SPOT 4 với hai bộ cảm HRVIR và thực vật (Vegetation SPOT1 1986 Instrument). Ba kênh phổ đầu của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ SPOT5 truyền thống của HRV. Năm 2002 Pháp 2002 đã phóng thành công vệ tinh SPOT 5 với độ phân giải cao hơn: 2,5 m; 5m; 10m. Bảng 4: Các thế hệ vệ tinh Spot Ngày ngừng Vệ tinh Ngày phóng hoạt động Spot 1 22/2/1986 1998 Spot 2 22/1/1990 1998 Spot 3 26/9/1993 1998 Spot 4 24/3/1998 - Spot 5 2002 - Vệ tinh SPOT bay ở độ cao 832 km với chu kỳ lặp lại là 23 ngày. Mỗi cảnh có độ phủ là 60 km x 60 km. Tư liệu SPOT được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài nguyên mà còn sử dụng cho công tác bản đồ và quy hoạch. Tham số kỹ thuật của bộ cảm HRVIR được nêu trong bảng 5. SPOT5 HRS Sensor
23. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 23 ThS. Trần Quốc Vinh Bảng 5: Các thông số kỹ thuật của bộ cảm Spot Bộ cảm Phổ điện từ Độ phân giải Bước sóng Panchromatic (Toàn sắc) 2.5 m or 5 m 0.48 - 0.71 µm B1 : green 10 m 0.50 - 0.59 µm SPOT 5 B2 : red 10 m 0.61 - 0.68 µm B3 : near infrared 10 m 0.78 - 0.89 µm B4 : mid infrared (MIR) 20 m 1.58 - 1.75 µm Monospectral 10 m 0.61 - 0.68 µm B1 : green 20 m 0.50 - 0.59 µm SPOT 4 B2 : red 20 m 0.61 - 0.68 µm B3 : near infrared 20 m 0.78 - 0.89 µm B4 : mid infrared (MIR) 20 m 1.58 - 1.75 µm Panchromatic 10 m 0.50 - 0.73 µm SPOT 1 B1 : green 20 m 0.50 - 0.59 µm SPOT 2 B2 : red 20 m 0.61 - 0.68 µm SPOT 3 B3 : near infrared 20 m 0.78 - 0.89 µm Ảnh SPOT5 độ phân giải 2.5m thủ đô Hà Nội
24. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 24 ThS. Trần Quốc Vinh 3. Vệ tinh Terra Vệ tinh TERRA của Nhật đuợc phóng ngày 18/12/99. TERRA là một vệ tinh nằm trong dự án EOS (Earth Observing System) của NASA. Độ cao vệ tinh từ 700 – 737 km (tại xích đạo độ cao vệ tinh là 705 km). Ảnh Aster của vệ tinh TERRA có 14 band phổ, từ nhìn thâý đến hồng ngoại nhiệt. Độ phân giải ảnh Aster là 15 m trong vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại, 30 m ở vùng hồng ngoại và 90 m vùng hồng ngoại nhiệt. Chu kỳ lặp của vệ tinh là 16 ngày, mỗi cảnh rộng 60x60 km. Đến 5/2/2003 vệ tinh TERRA đã chụp được khoảng 560 ngàn cảnh phủ trùm 4 lần trái đất. Ảnh Aster của vệ tinh Terra ngày càng được ứng dụng nhiều ở Việt Nam. Trước tiên, ảnh Aster có độ phân giải cao hơn ảnh Landsat (15m so với 30m), số lượng kênh phổ lớn (14 kênh so với 7 kênh), giá cả chấp nhận được, phù hợp với những nghiên cứu ở Việt Nam. 1.5.3.3. Đặc điểm phản xạ của các đối tượng tự nhiên Xử lý thông tin viễn thám là một trong những khâu quan trọng nhất của kỹ thuật viễn thám, vì đây là quá trình trực tiếp xử lý các thông tin thu được theo những đối tượng và yêu cầu nhất định. Tuỳ thuộc vào chất lượng của giai đoạn xử lý này mà quyết định toàn bộ kết quả của phương pháp. Một trong những cơ sở của việc xử lý thông tin viễn thám là căn cứ vào đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên. Bản chất của các tư liệu viễn thám là ghi nhận các đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên (riêng đối với ảnh hồng ngoại nhiệt là ghi nhận các bức xạ nhiệt). Sự ghi nhận đó được chuyển thành dạng thông tin ảnh và chủ yếu là các đặc điểm phản xạ từ bề mặt đối tượng hoặc tới độ sâu 1 - 2 m. Các đối tượng tự nhiên có sự phản xạ khác nhau ở các band sóng khác nhau. ở một vài band phổ, các đối tượng khác nhau có thể có cùng hệ số phản xạ. Tuy nhiên, trong toàn dải phổ, mỗi đối tượng có đường cong khác nhau. Ví dụ: - Thực vật có màu sắc khác nhau do hấp thụ các dải sóng màu xanh lá cây (Green) khác nhau. Thực vật cấu tạo lá, tán lá khác nhau cũng gây ra sự phản xạ khác nhau. - Nước ở dải sóng Blue, màu sắc của nước sẽ khác nhau tuỳ thuộc vào độ khoáng hoá, thành phần lơ lửng, chiết suất của nước. - Đất có các thành phần vật chất trong đất (ôxit kim loại, chất mùn, độ ẩm, các khoáng chất ) sẽ ảnh hưởng đến độ phản xạ. Do các đặc điểm phổ phản xạ khác nhau nên các đặc điểm thu trên ảnh cũng khác nhau, vì sự liên hệ giữa phổ phản xạ và độ sáng trên ảnh có quan hệ tuyến tính với nhau. Bản chất sự khác biệt về độ sáng trên ảnh (hay tone ảnh) chính là sự khác biệt về phản xạ phổ của đối tượng hay chính là sự khác biệt về bản chất của đối tượng. Tuy nhiên sự phản xạ phổ chỉ là trên bề mặt hoặc sát bề mặt của các đối tượng.
25. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 25 ThS. Trần Quốc Vinh Hình 9: Đường cong phản xạ của nước và thực vật 1.5.3.4. Giải đoán ảnh viễn thám Giải đoán ảnh viễn thám là quá trình tách thông tin định tính cũng như định lượng từ ảnh dựa trên các tri thức chuyên ngành hoặc kinh nghiệm của người giải đoán ảnh. Việc tách thông tin trong viễn thám có thể chia thành 5 loại: - Phân loại đa phổ. - Phát hiện biến động. - Chiết tách các thông tin tự nhiên. - Xác định các chỉ số. - Xác định các đối tượng đặc biệt. Phân loại đa phổ là quá trình tách gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian của đối tượng. Phát hiện biến động là phát hiện và tách các biến động dựa trên tư liệu ảnh đa thời gian. Chiết tách các thông tin tự nhiên tương ứng với việc đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ hoặc thị sai của cặp ảnh lập thể. Xác định các chỉ số là việc tính toán các chỉ số mới, ví dụ chỉ số thực vật. Xác định các đặc tính hoặc các hiện tượng đặc biệt như thiên tai, các cấu trúc tuyến tính, các biểu hiện tìm kiếm khảo cổ. Quá trình tách thông tin từ ảnh có thể được thực hiện theo phương pháp số hoặc giải đoán ảnh bằng mắt. Việc giải đoán ảnh bằng mắt có ưu điểm là có thể khai thác được các tri thức chuyên môn và kinh nghiệm của con người. Mặt khác việc giải đoán ảnh bằng mắt có thể phân tích được các thông tin phân bố không gian. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là tốn kém thời gian và kết quả thu được không đồng nhất. Việc giải đoán ảnh theo phương pháp số có ưu điểm là cho năng suất cao, thời gian xử lý ngắn, có thể đo được các chỉ số đặc trưng tự nhiên. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là khó kết hợp với tri thức và kinh nghiệm của con người, kết quả phân tích các thông tin kém.
26. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 26 ThS. Trần Quốc Vinh Quá trình giải đoán ảnh viễn thám được thực hiện qua các bước sau: - Hiệu chỉnh ảnh và loại trừ các nhiễu trong quá trình thu nhận. - Tăng cường chất lượng ảnh. - Giải đoán ảnh viễn thám. - Đánh giá kết quả giải đoán (độ chính xác bản đồ). 1. Hiệu chỉnh ảnh - Hiệu chỉnh bức xạ: Tất cả các tư liệu ảnh hầu như bao giờ cũng chịu một mức độ nhiễu xạ nhất định. Nhằm loại trừ các nhiễu kiểu này cần phải thực hiện một số phép tiền xử lý. Khi thu các bức xạ từ mặt đất trên các vật mang trong vũ trụ, người ta thấy chúng có một số sự khác biệt so với trường hợp quan sát cùng đối tư- ợng đó ở khoảng cách gần. Điều này chứng tỏ ở những khoảng cách xa như vậy tồn tại một lượng nhiễu gây bởi ảnh hưởng của góc nghiêng và độ cao mặt trời, một số điều kiện quang học khí quyển như sự hấp thụ, tán xạ, độ mù . Chính vì vậy, để bảo đảm được sự tương đồng nhất định về mặt bức xạ cần thiết phải thực hiện việc hiệu chỉnh bức xạ. - Hiệu chỉnh khí quyển: Bức xạ mặt trời trên đường truyền xuống mặt đất bị hấp thụ, tán xạ một lượng nhất định trước khi nó tới được mặt đất và bức xạ phản xạ từ vật thể cũng bị hấp thụ hoặc tán xạ trước khi tới được bộ cảm. Do vậy, bức xạ mà bộ cảm thu được chứa đựng không phải chỉ riêng năng lượng hữu ích mà còn nhiều thành phần nhiễu khác. Hiệu chỉnh khí quyển là một công đoạn tiền xử lý nhằm loại trừ những thành phần bức xạ không mang thông tin hữu ích. - Hiệu chỉnh phép chiếu bản đồ: Phép chiếu bản đồ được sử dụng để chiếu bề mặt elipsoid lên một mặt phẳng. Đây là một phép ánh xạ không hoàn hảo bởi vì một mặt cầu không bao giờ có thể trải thành một mặt phẳng. Vì vậy, luôn tồn tại các sai số khác nhau. - Hiệu chỉnh hình học: Méo hình học được hiểu như sự sai lệch vị trí giữa tọa độ ảnh thực tế (đo được) và tọa độ ảnh lý tưởng được tạo bởi một bộ cảm có thiết kế hình học lý tưởng và trong các điều kiện thu nhận lý tưởng. Méo hình học được chia thành loại nội sai gây bởi tính chất hình học của bộ cảm và ngoại sai gây bởi vị trí của vật mang và hình dáng của vật thể. Nhằm đưa các toạ độ ảnh thực tế về toạ độ ảnh lý tưởng cần thiết phải thực hiện hiệu chỉnh hình học. Bản chất của hiệu chỉnh hình học là xây dựng được mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh đo và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn. Hệ toạ độ quy chiếu chuẩn có thể là hệ toạ độ mặt đất (vuông góc hoặc địa lý) hoặc hệ toạ độ ảnh khác. 2. Tăng cường chất lượng ảnh và chiết tách đặc tính Tăng cường chất lượng có thể được định nghĩa như một thao tác chuyển đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễ hiểu của ảnh cho người giải đoán. Trong khi đó chiết tách đặc tính là một thao tác nhằm phân loại, xắp xếp các thông tin có sẵn trong ảnh theo các yêu cầu hoặc chỉ tiêu đưa ra dưới dạng các hàm số. Những phép tăng cường chất lượng cơ bản thường được sử dụng là chuyển đổi cấp độ xám, chuyển đổi histogram, tổ hợp màu, chuyển đổi màu giữa hai hệ RGB và HSI
27. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 27 ThS. Trần Quốc Vinh Ảnh chưa tăng cường Ảnh sau khi tăng cường Sau khi tăng cường chất lượng ảnh, một trong những ưu điểm của phương pháp xử lý ảnh số là có thể chọn các tổ hợp màu tuỳ ý. Tổ hợp màu có nghĩa là gán 3 màu cơ bản Red (đỏ), Green (lục), Blue (chàm) cho ba kênh phổ nào đó.Nếu ta gán màu Blue cho kênh 1 (kênh Blue), màu Green cho kênh 2 (kênh Green), màu Red cho kênh 3 (kênh Red) thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu thật (True color). Các tổ hợp màu khác gọi là tổ hợp màu giả.Nếu ta gán tổ hợp màu kênh 2 (Green) màu Blue, kênh 3 (Red) màu Green, kênh 4 (Infrared) màu Red thì tổ hợp màu như vậy gọi là tổ hợp màu giả chuẩn. Trong tổ hợp màu này, thực vật có màu đỏ, đất trống thường có cường độ rất cao nên có màu trắng, nước có màu xanh là tổ hợp của hai màu Green và Blue. Đây là 3 kênh cơ bản nhất của ảnh vệ tinh. 3. Giải đoán ảnh a. Giải đoán ảnh bằng mắt Trong việc xử lý thông tin viễn thám thì giải đoán bằng mắt là công việc đầu tiên, phổ biến nhất và có thể áp dụng trong mọi điều kiện có trang thiết bị từ đơn giản đến phức tạp và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như: địa lý, địa chất, lâm nghiệp, nông nghiệp, thuỷ văn, môi trường Giải đoán bằng mắt là sử dụng mắt thường hoặc có sự trợ giúp của các dụng cụ quang học từ đơn giản đến phức tạp như: máy tính, kính lúp, kính lập thể, kính phóng đại, máy tổng hợp màu Cơ sở để giải đoán bằng mắt là đưa vào các dấu hiệu giải đoán trực tiếp hoặc gián tiếp vào khóa giải đoán. Khi giải đoán một đối tượng cụ thể, người giải đoán cần nắm vững bản chất phản xạ phổ của các đối tượng, sự thể hiện của chúng trên tư liệu mình đang xử lý. Các chuẩn giải đoán ảnh được chia thành 8 nhóm chính như sau: - Chuẩn kích thước: Kích thước của các đối tượng có thể được xác định bằng cách lấy kích thước đo được trên ảnh nhân với mẫu số tỷ lệ ảnh. Việc đo kích thước tán cây trên ảnh có lợi để phân biệt các loại cây khác nhau nhưng có ảnh tán cây giống nhau. - Chuẩn độ đen: Độ đen của các đối tượng trên ảnh có thể có thể biến thiên từ đen đến trắng. Do sự phản xạ, bức xạ năng lượng Mặt Trời của các đối tượng khác nhau với mức độ khác nhau, dẫn đến sự thể hiện trên ảnh có độ đen hoặc sắc ảnh sẽ khác nhau. Ví dụ: cát khô phản xạ mạnh nên trên ảnh có sắc ảnh trắng, trong khi đó cát ướt do độ phản xạ kém hơn nên có màu tối hơn trên ảnh đen trắng.
28. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 28 ThS. Trần Quốc Vinh - Chuẩn hình dạng: Trên ảnh hàng không, ảnh vũ trụ hình dạng đặc trưng cho mỗi đối tượng khi nhìn từ trên cao xuống và được coi là chuẩn đoán đọc quan trọng. - Chuẩn bóng: Bóng của các đối tượng dễ dàng nhận thấy khi nguốn sáng không nằm chính xác ở đỉnh đầu hoặc trường hợp chụp ảnh xiên. Dựa vào bóng của các đối tượng ở trên ảnh có thể xác định được chiều cao của nó. - Chuẩn cấu trúc: Cấu trúc là tập hợp nhiều hình mẫu nhỏ. Cấu trúc ảnh của cánh đồng lúa xanh tốt thuộc dạng cấu trúc mịn. Cấu trúc ảnh của rừng thuộc dạng cấu trúc sần sùi. Cấu trúc ảnh có liên quan đến tỷ lệ ảnh. - Chuẩn phân bố: Chuẩn phân bố là tập hợp của nhiều hình dạng nhỏ phân bố theo một quy luật nhất định trên toàn ảnh và có mối quan hệ với đối tượng cần tìm kiếm. Ruộng bậc thang thường thấy ở vùng đồi núi, những dải ruộng trồng lúa hẹp chạy ven các thung lũng của đồi núi. - Chuẩn mối quan hệ tương hỗ: Các đối tượng trên mặt đất có sự xắp xếp theo những quy luật nhất định và có mối quan hệ tương hỗ với nhau. Đất phù sa được bối hàng năm nằm ở ngoài đê. Các loại doi cát nằm dọc theo bờ sông hoặc ở giữa sông mùa nước cạn. Đường ngầm lội qua suối có liên quan đến đường mòn hai bên bờ suối. + Chuẩn màu sắc: Mầu sắc là một chuẩn rất tốt trong việc xác định các đối tượng. Nhờ chuẩn màu sắc dễ dàng phát hiện ra các kiểu loài thực vật khác nhau. Các đối tượng khác nhau có các tông màu khác nhau, đặc biệt khi sử dụng ảnh đa phổ tổng hợp màu. Nhằm trợ giúp cho công tác đoán đọc ảnh, người ta thành lập các mẫu giải đoán ảnh. Mẫu giải đoán ảnh là tập hợp các chuẩn giải đoán ảnh để đoán đọc cho một đối tượng nhất định. Kết quả giải đoán ảnh phụ thuộc vào mẫu giải đoán. Mẫu giải đoán được xây dựng trên những vùng nghiên cứu thử nghiệm đã được điều tra kỹ lưỡng. Tất cả 8 chuẩn giải đoán ảnh cùng với các thông tin về thời gian chụp ảnh, mùa chụp ảnh, tỷ lệ ảnh đều được đưa vào mẫu giải đoán ảnh. Một bộ mẫu giải đoán ảnh bao gồm không chỉ phần ảnh mà mô tả bằng lời. Dựa vào mẫu giải đoán, tiến hành khoanh vẽ các đối tượng trên ảnh bằng tay (đối với ảnh tương tự) hoặc số hóa trên màn hình máy tính (đối với ảnh số). Quá trình khoanh vẽ, số hóa phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, cảm hứng của người giải đoán. b. Giải đoán ảnh theo phương pháp số (Phân loại ảnh) Phân loại là quá trình máy tính xử lý ảnh theo yêu cầu của người sử dụng. Yêu cầu của người sử dụng được đưa vào máy, sau đó máy tính sẽ tự động phân loại và cho kết quả dưới dạng ảnh đã được phân loại. Có hai phương pháp phân loại cơ bản là phân loại phi kiểm định (Unsupervised) và phân loại có kiểm định (Supervised).
29. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 29 ThS. Trần Quốc Vinh + Trong phân loại phi kiểm định, máy tính yêu cầu cung cấp thông tin về số lượng lớp cần phân loại, độ tập trung của các lớp thông qua độ lệch chuẩn, vị trí tương đối của các lớp trong không gian phổ Sau đó máy tính sẽ tự động tìm và gộp các Pixel lại theo yêu cầu của người sử dụng. Phân loại phi kiểm định chỉ thường dùng để phân loại sơ bộ trước khi phân loại chính thức. + Phân loại kiểm định được dùng để phân loại các đối tượng theo yêu cầu của người sử dụng. Trong quá trình phân loại, máy tính sẽ yêu cầu một số kiến thức của người sử dụng về khu vực cần phân loại. Những kiến thức này có được trên cơ sở khảo sát thực địa và các tư liệu bản đồ chuyên đề. Có ba nhóm phân loại kiểm định là phân loại hình hộp, phân loại đa tâm và phân loại xác suất cực đại. Tất cả các phương pháp phân loại này đều yêu cầu chuẩn bị tệp mẫu (training sites). Tệp mẫu là một phương pháp thông tin của người phân tích cung cấp cho máy tính về đối tượng mình cần phân loại. Vì vậy, vùng mẫu cần được chọn sao cho đảm bảo tính đại diện theo nguyên tắc xác suất thống kê cho đối tượng trên phạm vi toàn ảnh. Người sử dụng thông qua chế độ tương tác trực tiếp với máy sẽ vạch lên ảnh những vùng mẫu đại diện cho các đối tượng cần phân tích. Phần mềm máy tính dựa vào tệp mẫu sẽ phân loại cho ảnh. Phương pháp phân loại thường dùng là phương pháp xác suất cực đại (Maximum likelihood). 4. Đánh giá độ chính xác bản đồ sau giải đoán. Phương pháp đánh giá độ chính xác của bản đồ sản phẩm trong quá trình giải đoán ảnh viễn thám là kiểm tra đối soát ngoài thực địa. Đặc điểm của bản đồ giải đoán ảnh là luôn có hình dáng, kích thước giống như ngoài thực địa do ảnh viễn thám phản ánh trung thực bề mặt trái đất tại thời điểm chụp ảnh. Vì vậy, đánh giá độ chính xác của bản đồ sau giải đoán ảnh viễn thám đa thời gian là đánh giá độ chính xác của các loại hình sử dụng đất. Công việc kiểm tra đối soát các loại hình sử dụng đất thông thường được tiến hành với sự trợ giúp của cán bộ địa phương và GPS cầm tay. Sau khi thu thập các điểm mặt đất của tất cả các loại hình sử dụng đất, cần xác định số điểm đúng của mỗi loại hình sử dụng đất để đánh giá độ chính xác của từng loại hình sử dụng đất. Sau đó tổng hợp đánh giá độ chính xác của toàn bản đồ.
30. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 30 ThS. Trần Quốc Vinh Lăng Bác Quảng Trường Ba Đình Ảnh vệ tinh khu vực Hà Nội độ phân giải 1m
31. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 31 ThS. Trần Quốc Vinh CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH DỮ LIỆU BẢN ĐỒ 2.1. KHÁI NIỆM MÔ HÌNH DỮ LIỆU Mô hình dữ liệu không gian (Spatial data model) là một mô hình toán học mô tả cách biểu diễn các đối tượng bản đồ dưới dạng số. Để mô tả các đối tượng bản đồ, hiện nay tồn tại nhiều mô hình dữ liệu không gian khác nhau. Chuẩn về mô hình dữ liệu không gian cho bản đồ số được xác định dựa trên việc xem xét các khía cạnh sau : - Tính chặt chẽ về mặt toán học. - Tính phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở dữ liệu bản đồ ở Việt nam và thế giới. - Thể hiện được các tính chất mang tính đặc thù của bản đồ ở Việt nam. Hiện tại, có một số mô hình dữ liệu không gian khác nhau được áp dụng : - Mô hình dữ liệu VECTOR - Mô hình dữ liệu RASTER - Mô hình dữ liệu QUATREE - Mô hình số độ cao (DEM: Digital Elevation Model) Đối với dữ liệu bản đồ dạng Vector, hai mô hình dữ liệu được sử dụng rộng rãi nhất ở Việt Nam đó là mô hình dữ liệu Vector topology và Vector Spaghetti. 2.2. NỘI DUNG CỦA MÔ HÌNH DỮ LIỆU Nghiên cứu xem xét một mô hình dữ liệu, chúng ta phải xem xét các thông tin của các đối tượng bản đồ. Thông tin của các đối tượng bản đồ bao gồm: Thông tin về vị trí không gian (Spatial data) Thông tin về quan hệ không gian (Relational Spatial data) Thông tin thuộc tính, phi không gian (Attribute data) Trong các mô hình dữ liệu không gian, các đối tượng bản đồ được qui về 4 kiểu đối tượng hình học cơ bản: Điểm (Point). Ví dụ : mốc địa giới, mốc qui hoạch Đường (Line). Ví dụ : đường ranh giới thửa, kênh 1 nét Vùng (Polygon, Area). Ví dụ : thửa đất, sông Chú thích, mô tả (Annotation, Text). Ví dụ : số hiệu thửa, tên phố 2.3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU VECTOR SPAGHETTI Mô hình spaghetti là mô hình đơn giản và dễ hiểu. Các đối tượng được biểu diễn thông qua các điểm, đường và vùng. Nếu có hai vùng kề nhau thì đường ranh giới giữa hai vùng phải được ghi nhận hai lần, mỗi lần cho một vùng. Trong cấu trúc dữ liệu của File thì tất cả các đối tượng được ghi nhận bởi giá trị của các cặp toạ độ. Chính vì vậy, tất cả các phép phân tích và tính toán không gian có liên quan đến mối quan hệ của các đối tượng đều thực hiện một cách khó khăn. Tuy vậy mô hình dữ liệu này vẫn được sử dụng rộng rãi để thành lập các bản đồ dưới dạng số và là dữ liệu đầu vào cho các chương trình in, vẽ. Bởi vì các dữ liệu này dễ trình bày, biên tập, sửa chữa
32. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 32 ThS. Trần Quốc Vinh Thông tin của các đối tượng bản đồ của mô hình dữ liệu spaghetti được mô tả như sau: 2.3.1. Thông tin về vị trí không gian Đối tượng kiểu điểm Các đối tượng thuộc kiểu điểm được mô tả như sau : Id, x , y  (Id: Identifier: Chỉ số liên kết) Bảng tọa độ điểm Chỉ số X Y Chỉ số liên kết Y 42 Chỉ số liên kết 42 y Bảng dữ liệu thuộc tính Chỉ số Tên 42 x X Đối tượng kiểu đường Các đối tượng thuộc kiểu đường được mô tả như sau : Id,  xi , yi ; i 1,n ; n 2   Id: chỉ số của đối tượng ( chỉ số liên kết ) Bảng tọa độ đường Chỉ số Dãy toạ độ (x,y) Y Chỉ số liên kết 58 58 Chỉ số liên kết Bảng dữ liệu thuộc tính 21 Chỉ số Tên Độ rộng Điểm toạ độ 58 X
33. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 33 ThS. Trần Quốc Vinh Đối tượng kiểu vùng Các đối tượng thuộc kiểu đường được mô tả như sau : Id,  xi , yi ; i 1,n ; n 3 ; x1, y1  xn , yn   Id: chỉ số của đối tượng ( chỉ số liên kết ) File tọa độ đường bao Chỉ số Dãy toạ độ (x,y) Y Chỉ số liên kết 72 Chỉ số liên kết 72 Bảng dữ liệu thuộc tính Chỉ số Tên Diện tích điểm toạ độ 72 X 2.3.2. Thông tin về quan hệ không gian Cấu trúc mô tả thông tin về quan hệ không gian không được mô tả một cách tường minh trong mô hình dữ liệu vector Spaghetti. Các mối quan hệ này được suy ra từ vị trí toạ độ của các đối tượng. Điều này có nghĩa là chúng ta cần phải có các thuật toán và xây dựng các công cụ phần mềm để có được các quan hệ không gian giữa các đối tượng. Đây chính là nhược điểm lớn nhất của mô hình vector spaghetti. 2.3.3. Thông tin về thuộc tính Thông tin về thuộc tính được thể hiện bằng một bản ghi tương ứng trong các bảng dữ liệu thuộc tính của đối tượng. Các bảng thuộc tính có cấu trúc là các bảng cơ sở dữ liệu quan hệ. Mối liên hệ của các bảng được thông qua trường khoá (chỉ số). 2.4. MÔ HÌNH DỮ LIỆU VECTOR TOPOLOGY Mô hình dữ liệu Vector topology là một mô hình phức tạp, các đối tượng được quản lý không chỉ bởi toạ độ mà còn bằng cả mối quan hệ không gian giữa các đối tượng. Mô hình dữ liệu Vector topology mô tả trọn vẹn các thông tin của các đối tượng không gian bao gồm: - Thông tin về vị trí không gian (Spatial data): Thông tin được thể hiện theo mô hình vector, bằng các tọa độ mô tả vị trí, hình dạng, đường biên của các đối tượng. - Thông tin về quan hệ không gian (Relational Spatial data – Topology). Mô hình dữ liệu Topology thể hiện quan hệ không gian dưới 3 kiểu quan hệ là: + Liên thông với nhau: thể hiện dưới dạng file đường - điểm nối (ARC _ NODE) + Kề nhau: thể hiện dưới dạng file mô tả đường bao (ARC_POLYGON) + Nằm trong nhau, phủ nhau. Sự liên hệ giữa thông tin không gian và thông tin thuộc tính được thực hiện qua chỉ số xác định ( Identifier)
34. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 34 ThS. Trần Quốc Vinh 2.4.1. Thông tin về vị trí không gian Đối tượng kiểu điểm ( Point) y-axis Bảng toạ độ điểm 10 Chỉ số liên kết X,Y Chỉ số liên kết 5 82 82 x-axis 5 10 Các đối tượng địa lý chỉ có một vị trí đơn, cô lập sẽ được phản ánh như đối tượng kiểu điểm Dữ liệu không gian: định nghĩa bởi một cặp toạ độ ( x,y). Đối tượng kiểu đường ( Line) y-axis Bảng tọa độ đường 10 Chỉ số liên kết X,Y điểm 5 Chỉ số liên kết 116 116 NÚT x-axis 5 10 Các đối tượng địa lý có dạng tuyến, hoặc mạng sẽ được phản ánh như đối tượng kiểu đường. Dữ liệu không gian: Được mô tả dưới dạng 1 dãy các cặp toạ độ. Một đường bắt đầu và kết thúc bởi điểm giao (Node). Độ dài đường được định nghĩa bằng toạ độ. Quan hệ không gian của các đối tượng kiểu đường được thể hiện qua quan hệ liên thông với nhau. Quan hệ liên thông được mô tả cấu trúc ARC_NODE.
35. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 35 ThS. Trần Quốc Vinh Đối tượng kiểu vùng ( Area, Polygon) Các đối tượng địa lý là một vùng liên tục được xác định bởi một đường bao được phản ánh như một đối tượng kiểu vùng. Bảng toạ độ điểm Bảng toạ độ đường Chỉ số liên kếtCặ XY Chỉ số liên kêt X,Y 116 21 145 y-axis Bảng vùng 145 Chỉ số xác định vùng Chỉ số đường Dsách đường 21 Điểm nhãn 116 21 116,145 Đường x-axis 5 10 Dữ liệu không gian: dữ liệu không gian của các đối tượng vùng được định nghĩa là một tập các đối tượng đường định nghĩa đường bao và một điểm nhãn. Một điểm nhãn nằm trong một đối tượng vùng và có ý nghĩa để xác định cho vùng này. 2.4.2. Thông tin về quan hệ không gian Quan hệ không gian của các đối tượng kiểu vùng được thể hiện qua quan hệ kề nhau. Quan hệ này được mô tả theo mô hình ARC_POLYGON. Mô hình Topology dùng các quan hệ không gian để định nghĩa các đặc tính không gian của các đối tượng. Các quan hệ không gian Các đặc tính không gian Mỗi một đường (arc) có điểm bắt đầu và kết thúc tại Độ dài của đường. điểm nút (node). Hướng đường (Directionality). Các đường (arc) nối với nhau tại các điểm nút. Tính nối nhau (Connectivity) Các đường (arc) nối với nhau tạo thành đường bao Diện tích vùng, chu vi vùng của vùng (polygon). Các đường tham gia định nghĩa vùng ở cả hai bên : Tính kề nhau hoặc tính liên tục. phải và trái. (Adjacency or contiguity)
36. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 36 ThS. Trần Quốc Vinh Mô hình Đường-điểm nút (Arc-node topology) Mô tả quan hệ không gian về tính liên thông (Connectivity) (bảng nút, bảng cung) B¶ng cung 1 1 2 ARC# F_NODE T_NODE 1 2 3 3 M 2 4 5 6 ô 3 7 4 5 5 4 hình 6 Đườ ARC# X,Y PAIRS ng- 7 1 x,y x,y x,y 2 6 3 điểm 7 4 5 6 nút 7 (Arc-node topology) định nghĩa mối quan hệ giữa các đối B¶ng nót tượng đường và điểm nút. Cấu trúc của mối quan hệ này cho phép người sử dụng xác định được đặc tính quan trọng là hướng và tính nối nhau. Phần lớn các phép phân tích địa lý đều cần những đặc tính này. Hướng : Hướng được định nghĩa từ điểm nút đầu (from-node) và điểm nút tới (to-node). Tính nối nhau (Connectivity) Các đường được nối nếu số hiệu của điểm nút đầu hoặc cuối của đường này trùng với số hiệu đầu hoặc cuối của đường khác. Mô hình Vùng - Đường (Polygon- arc topology) Mô tả quan hệ không gian về tính kề nhau hoặc liên tục (Adjacency or contiguity) 1 B¶ng Vïng POLY# ARC# 1 1 2 5 3 4 3 3 10 6 2 2 4 7 4 ARC# LPOLY# RPOLY# ARC# X,Y PAIRS 1 1 2 2 6 3 3 5 4 4 8 5 5 5 6 6 6 7 7 8 8 9 9 9 10 10 Danh s¸ch Tr¸i/ph¶i Danh s¸ch ®­êng Mô hình Vùng-đường (Polygon- arc topology) định nghĩa mối quan hệ giữa các đối tượng đường với đối tượng vùng mà các đường này tạo nên đường bao của vùng. Cấu trúc của mối quan hệ này cho phép người sử dụng xác định được đặc tính quan trọng
37. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 37 ThS. Trần Quốc Vinh của việc định nghĩa vùng và tính kề nhau (adjacency). Hầu hết các phép phân tích địa lý đều đòi hỏi những đặc tính này. Tính kề nhau (Adjacency) Các đường tạo nên đường bao vùng được sử dụng chung bởi 2 vùng kề nhau ( vùng phải và vùng trái đường). Vùng phải và trái (Left and right polygons) Vùng phải và trái của đường được xác định theo di chuyển từ điểm nút đầu đến điểm nút tới. Vùng phải của đường là chỉ số của vùng bên phía phải di chuyển, vùng trái là chỉ số vùng phía bên trái di chuyển. Định nghĩa vùng (Area definition) Một tập các đường nối nhau theo vòng sẽ định nghĩa đường bao của một vùng. Trong đường bao của một vùng, cho phép tồn tại các vùng nằm trọn trong gọi là đảo (island). 2.4.3. Thông tin về thuộc tính Đối tượng dạng điểm: được thể hiện bằng một bản ghi tương ứng trong bảng quan hệ thuộc tính của điểm. Đối tượng dạng đường: được thể hiện bằng một bản ghi tương ứng trong bảng quan hệ thuộc tính của đường. Đối tượng dạng vùng: được thể hiện bằng một bản ghi trong các bảng thuộc tính tương ứng của vùng. Các bảng thuộc tính có cấu trúc là các bảng cơ sở dữ liệu quan hệ. Mối liên hệ của các bảng được thông qua trường khoá (chỉ số). 2.5. XỬ LÝ THÔNG TIN BẢN ĐỒ TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ 2.5.1. Các bài toán xử lý thông tin bản đồ Để phục vụ ngay trong cơ sở dữ liệu cũng như phục vụ sản xuất bản đồ cho nhu cầu xá hội, cần phải giải quyết một số xử lý thông tin trong lĩnh vực bản đồ. Các bài toán cụ thể như sau: - Cập nhật các lớp thông tin bản đồ trên cơ sở dữ liệu tư liệu ảnh mới. - Chuyển đổi toạ độ và hệ quy chiếu. - Biên vẽ, tổng hợp bản đồ từ bản đồ tỷ lệ lớn hơn. - Biên tập các bản đồ chuyên đề theo những chủ đề nhất định. - Tính toán các số liệu thống kê, chồng ghép bản đồ. - Phân tích, biến đổi các yếu tố theo thời gian. - Phân tích các quy luật tự nhiên, kinh tế, xã hội của các đối tượng địa lý. Ngoài ra còn có nhiều loại bài toán phục vụ cho các chuyên ngành khác. 2.5.2. Các thuật toán xử lý thông tin bản đồ 2.5.2.1. Thiết lập topology Thiết lập, mã hoá các quan hệ giữa các điểm, các cung và các vùng để tạo nên các thực thể. Trong quá trình thiết lập topology một số bảng mới được thiết lập để lưu các điểm nút, các cung và các vùng. Các bước chính sẽ phải tiến hành khi thiết lập topology bao gồm: - Sắp lại dữ liệu trong tệp lưu toạ độ bản đồ sao cho trục y tăng dần. - Loại bỏ bớt các điểm và các đường dư thừa. - Kiến tạo bảng nút.
38. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 38 ThS. Trần Quốc Vinh - Kiến tạo bảng cung. - Kiến tạo bảng vùng. 2.5.2.2. Loại bỏ điểm dư thừa Tất cả các phương pháp số hoá bản đồ đều phát sinh ra nhiều điểm, đoạn thẳng hơn số lượng cần thiết. Số liệu mà máy tính nhận được từ bàn số hoá là các toạ độ điểm của một lớp (layer). Các lớp địa lý được tạo ra như một dãy liên tục của các điểm nối với nhau từng đôi một. E={(X1,Y1), (X2,Y2), , (Xn,Yn)} Các toạ độ này được phát sinh do người sử dụng nhấn bàn phím một cách ngẫu nhiên. Vì vậy hai điểm liên tiếp được phát sinh có thể trùng nhau, có thể cùng nằm trên một đường thẳng hoặc có thể gần nhau đến mức không cần thiết. Phương pháp này được sử dụng sau khi đã tạo topology cho bản đồ, có nghĩa là chúng ta đã có bảng nút (node) và bảng cung (arc) từ tập dữ liệu sơ khai. x5,y5 ܪ x2,y2 * x ,y 3 3 t * 4 x4,y4 㼪 t1 t2 ܪ t3 * x6,y6 ت * Ԫ d ̪ x1,y1 Coi toạ độ thứ nhất của cung là điểm chốt và toạ độ cuối là điểm di động. Hai điểm này tạo thành một đoạn thẳng. Trên hình vẽ là đoạn thẳng d: (x 1,y1),(x6,y6). Tính tất cả các khoảng cách từ các điểm nằm giữa điểm chốt và điểm di động tới đoạn thẳng d ta được các giá trị t 1, t2, t3, t4. Nếu tất cả các khoảng cách đó đều nhỏ hơn giá trị T cho phép thì d là một phần của lớp (Layer) bản đồ đang xét. Các điểm nằm giữa điểm chốt và điểm di động được loại bỏ. Điểm cố định mới là điểm di động hiện hành, và điểm di động sẽ được gán lại. Nếu điều kiện không thoả mãn, có nghĩa là có điểm phải được giữ lại. Điểm có khoảng cách t>T và ở xa điểm chốt nhất trở thành điểm di động mới. Trên hình vẽ điểm (x5,y5) được chọn. Công việc được tiếp tục với đoạn thẳng nối từ điểm chốt tới điểm di động mới. Kết quả là tất cả các điểm đã đóng vai trò điểm cố định sẽ được giữ lại cho lớp bản đồ. Ngoài ra còn một số thuật toán xử lý thông tin bản đồ như: thuật toán lập bản đồ chuyên đề; Thành lập bản đồ mật độ; Thuật toán phủ và vùng đệm; Xác định vị trí đặt nhãn trên bản đồ; Tìm kiếm đối tượng trên bản đồ; Tìm đường đi ngắn nhất; Các bài toán về tính toán trên bản đồ (tính diện tích, chu vi, độ dài).
39. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 39 ThS. Trần Quốc Vinh CHƯƠNG 3: CHUẨN HOÁ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ Trong xã hội hiện đại, công nghệ thông tin có một vai trò quan trọng trong việc thu thập và quản lý thông tin. Để quản lý các dữ liệu có tính không gian (có vị trí địa lý), người ta sử dụng Hệ thống Thông tin Địa lý (Geographic Information System - GIS) để quản lý. Một trong những vấn đề lớn khi quản lý, trao đổi thông tin là thông tin cần phải được chuẩn hóa. Chuẩn hoá là công việc là cần thiết khi người dùng GIS muốn tích hợp hệ thống của mình với các phần cứng khác, với các phần mềm GIS khác nhau và các nguồn dữ liệu khác nhau. Chuẩn là cần thiết khi trao đổi dữ liệu trên mạng, tạo khả năng truy nhập dữ liệu số được phân bố ở các vị trí địa lý khác nhau, chia sẽ dữ liệu giữa các cơ quan, công ty, thậm chí giữa các nước. Đinh hướng của Bộ tài nguyên và Môi trường là xây dựng một Hệ thống thông tin đất đai thống nhất toàn quốc. Để có thể có một CSDL địa chính thống nhất tích hợp từ các CSDL địa chính con tại các Sở Tài nguyên và Môi trường, Bộ tài nguyên và Môi trường phải có các chuẩn chung. Trong bất kỳ một CSDL được đưa vào sử dụng chung đều phải tiến hành chuẩn hoá dữ liệu. Có như vậy việc khai thác dữ liệu mới có thể chia sẻ cho nhiều đối tượng sử dụng, việc hiện chỉnh dữ liệu từ nhiều nguồn mới đảm bảo tính thống nhất. CSDL tài nguyên đất đai được thiết lập trên cơ sở tập hợp dữ liệu thu thập từ các đơn vị thuộc Bộ tài nguyên và Môi trường và các sở địa chính cấp tỉnh. Ngoài ra còn thêm một số dữ liệu từ các nguồn ở các cơ quan điều tra cơ bản khác. Người sử dụng rất đa dạng từ ngành địa chính cả trung ương và các cấp địa phương, từ các cơ quan quản lý Nhà nước, từ các bộ ngành khác, từ các tổ chức trong nước và ngoài nước, từ các đối tượng là cư dân có nhu cầu. Trong khung cảnh như vậy việc chuẩn hoá dữ liệu, hệ thống thiết bị, tổ chức quản lý phải rất thống nhất. Hiện nay tập hợp dữ liệu của ngành địa chính đã khá lớn. Một phần ở dạng truyền thống trên giấy, một phần ở dạng số như trong nhiều định dạng (format) khác nhau, một phần đã ở dạng thống nhất theo định hướng của Bộ tài nguyên và Môi trường. Vấn đề đặt ra là phải xem xét biện pháp định chuẩn và chuẩn hoá dữ liệu như thế nào để thu được một CSDL thống nhất. Các vấn đề cần giải quyết như sau: - Xác định chuẩn dữ liệu thống nhất . - Xây dựng quy trình thống nhất để chuyển các dữ liệu cũ về dạng chuẩn đã định; xây dựng quy trình thống nhất về thu thập dữ liệu để có được các dữ liệu chuẩn. 3.1. CHUẨN HOÁ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH Bản đồ địa chính là loại bản đồ cơ bản của ngành Địa chính. Để phục vụ cho mục tiêu nắm chắc và quản chặt nguồn tài nguyên đất đai vốn hạn hẹp, chúng ta cần phải có một hệ thống cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính chuẩn và thống nhất. Nội dung chuẩn hoá bản đồ địa chính bao gồm nhiều thành phần. Mỗi thành phần chuẩn hoá thể hiện cho một lĩnh vực liên quan đến bản đồ địa chính. Cụ thể chuẩn hoá bản đồ địa chính bao gồm các thành phần sau: - Chuẩn về dữ liệu bản đồ (Cartography Data Standard) - Chuẩn về thể hiện bản đồ (Cartographic Represetation Standard) - Chuẩn về khuôn dạng file (Data format and data exchange standard ). - Chuẩn hoá về dữ liệu mô tả CSDL (metadata) cho bản đồ địa chính (Metadata Standard).
40. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 40 ThS. Trần Quốc Vinh 3.1.1. Chuẩn hoá dữ liệu bản đồ 3.1.1.1. Lựa chọn mô hình dữ liệu Các đối tượng của bản đồ địa chính được mô tả bằng các mô hình dữ liệu không gian. Chuẩn về mô hình dữ liệu không gian cho bản đồ địa chính được xác định dựa trên việc xem xét các khía cạnh sau : - Tính chặt chẽ về mặt toán học. - Tính phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở dữ liệu bản đồ ở Việt nam và thế giới. - Thể hiện được các tính chất mang tính đặc thù của bản đồ địa chính Việt nam. Đặc điểm của bản đồ địa chính là cấu trúc của các đối tượng đơn giản. Đối tượng quan trọng nhất cho lưu trữ cũng như tra cứu, xử lý sau này là thửa đất. Nguyên tắc lựa chọn mô hình dữ liệu cho cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính là mô hình này phải phản ánh được đối tượng thửa đất với đầy đủ đặc điểm và tính chất của nó. Các yêu cầu về quản lý với các đối tượng của bản đồ địa chính : Đường ranh giới thửa cần đựợc quản lý như một đối tượng thực sự và có dữ liệu thuộc tính. Thửa đất là một đối tượng kiểu vùng được định nghĩa bởi các đường ranh giới thửa khép kín. Thuộc tính quan trọng nhất của thửa đất là diện tích thửa. Diện tích thửa sẽ bị sai lệch khi đường ranh giới thửa thể hiện bằng đối tượng đường không có diện tích mặt dù trong thực tế, đường bờ này có chiều rộng và có diện tích. Như vậy đường ranh giới thửa thửa khi cần thiết cần được gán thuộc tính là độ rộng bờ thửa để đảm bảo khi tính diện tích thửa được chính xác. Đường ranh giới thửa có thể là tham gia vào đường bao của thửa đất với các đối tượng khác như đường giao thông, thuỷ văn. Mô hình dữ liệu phải mô tả được quan hệ không gian giữa các đối tượng thửa đất. Quan hệ không gian giữa các thửa đất rất quan trọng đặc biệt là quan hệ kề nhau, tiếp giáp nhau. Quan hệ kề nhau thể hiện không chỉ trong CSDL Bản đồ địa chính mà còn thể hiện trong CSDL Hồ sơ địa chính dưới dạng các chủ sử dụng kề cận. Quan hệ kề nhau còn là căn cứ pháp lý để xác định quyền sử dụng đất của chủ sử dụng. Thửa đất là đối tượng bản đồ chính tham gia vào quá trình biến động đất đai. Thửa đất có thể biến động về mặt hình học : biến dạng, chia thửa, tách thửa hay biến động về mặt thuộc tính như thay đổi về loại đất, mục đích sử dụng, chủ sử dụng.v.v. Khi biến động, những thay đổi trên một thửa sẽ ảnh hưởng đến các thửa lân cận. CSDL bản đồ địa chính có đặc điểm là khối lượng dữ liệu rất lớn, mô hình dữ liệu có khả năng tối ưu hoá về lưu trữ. Xuất phát từ những yêu cầu trên của bản đồ địa chính, mô hình dữ liệu Vector Topology (Vector Topology Data Model) là mô hình phù hợp nhất để mô tả các đối tượng bản đồ địa chính trong cơ sở dữ liệu. Đối với các đối tượng địa hình : điểm độ cao, đường bình độ, không cần thiết phải dùng mô hình số độ cao DEM để mô tả mà chỉ coi chúng như những đối tượng điểm và đường có gán giá trị độ cao. Tuy nhiên chúng ta xem xét đến 2 đặc điểm nữa của CSDL bản đồ địa chính :
41. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 41 ThS. Trần Quốc Vinh CSDL bản đồ địa chính là CSDL có các dạng người sử dụng rộng rãi và đa dạng: từ những cơ quan trong Bộ tài nguyên và Môi trường đến các Bộ ngành khác thậm chí đến cả những người dân bình thường. Phần lớn các người dùng đều chỉ cần hoặc chỉ được quyền tra cứu những thông tin có sẵn trong CSDL chứ không liên quan đến xử lý thông tin. CSDL bản đồ địa chính có tính phân tán. Các CSDL địa chính cho từng tỉnh được hình thành và tập trung tại các tỉnh. Trên trung ương chỉ quản lý các thông tin có tính vĩ mô. Cách tổ chức thông tin như vậy dẫn đến phương thức truy nhập thông tin sẽ qua mạng cục bộ tại địa phương, trên mạng diện rộng của ngành ( INTRANET) hoặc trên mạng diện rộng công cộng (INTERNET). Giao diện truy cập thông tin chủ yếu sẽ là WEB. Với 2 đặc điểm trên, mô hình dữ liệu Topology không thực sự thích hợp vì trong mô hình này các đối tượng vùng ( thửa đất , đường, sông .v.v.) không được mô tả tường minh. Đối với công việc tra cứu, thông tin càng tường minh càng tốt và đối với dữ liệu khi trao đổi trên mạng, đối tượng cần trao đổi càng ít thông tin phụ càng tốt. Để giải quyết vấn đề này, Mô hình dữ liệu vector Spaghetti (Spaghetti Data Model) tỏ ra thích hợp hơn cả. Từ những phân tích trên, chuẩn về mô hình dữ liệu bản đồ địa chính được lựa chọn như sau: Ngành Địa chính Người dùng cuối Bảo trì, cập nhật dữ liệu Xử lý Tra cứu dữ liệu Phân phối dữ liệu dữ liệu CSDL BĐĐC Mô hình Spaghetti CSDL BĐĐC Chuyển đổi mô Mô hình Topology hình - Áp dụng cả 2 mô hình dữ liệu TOPOLOGY và SPAGHETTI cho cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính. - Dữ liệu trong cơ sở dữ liệu chính được mô tả bằng mô hình VectorTopology. Dữ liệu mô tả bằng mô hình Spaghetii là dữ liệu dẫn xuất, được tạo ra từ dữ liệu mô tả bằng mô hình Topology. - Các đối tượng được mô tả bằng mô hình Topology được sử dụng cho các ứng dụng cục bộ thuộc về chuyên ngành địa chính của Sở địa chính như cập nhật bản đồ, xử lý biến động đất đai. - Các đối tượng mô tả bằng mô hình Spaghetti được sử dụng cho các ứng dụng về tra cứu thông tin và các ứng dụng phân phối thông tin trên INTRANET, INTERNET. 3.1.1.2. Áp dụng chuẩn mô hình dữ liệu Dữ liệu lưu trong cơ sở dữ liệu phải đảm bảo tính Topology của chúng. Yêu cầu này được xem xét đến khi số hoá hay khi chỉnh sửa bản đồ địa chính số. Số liệu bản đồ số phải được kiểm tra và sửa lỗi theo yêu cầu Sai Sai Đúng
42. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 42 ThS. Trần Quốc Vinh của mô hình topology. - Đường ranh giới thửa tạo thành đường bao thửa luôn đảm bảo tính khép kín tuyệt đối về toạ độ. - Các đường ranh giới thửa không được phép giao nhau, phải luôn cắt nhau tại đầu hoặc cuối đường ( tại điểm nút NODE) Đúng Sai - Đường ranh giới thửa cần phải được quản lý như một đối tượng độc lập và có thể gán độ rộng thửa. Khi một đường ranh giới có nhiều đoạn có độ rộng khác nhau cần thiết phải tách ra thành các đường đối tượng khác nhau. 0.2 0.3 0.2 0.3 Sai Đúng - Các đối tượng vùng khép kín ( thửa đất) phải được mô tả theo mô hình dữ liệu Topology (mô hình có cấu trúc), không mô tả các các đối tượng hình học dạng vùng (mô hình không có cấu trúc). Thửa đất được xác định bằng danh sách các đường ranh giới thửa tạo nên đường bao khép kín và một điểm nhãn thửa đặc trưng cho thửa đât. - Cơ sở dữ liệu chính của bản đồ địa chính phục vụ phân tích và xử lý số liệu (thực hiện quá trình biến động ) phải được lưu trữ và quản lý bằng các phần mềm mô tả dữ liệu bằng mô hình Topology như ví dụ như FAMIS, ARCINFO, MGE. Sau khi file bản đồ địa chính sửa lỗi xong, phải chạy BUILD để tạo Topology cho các thửa đất và gán dữ liệu thuộc tính cho đường ranh giới thửa đất, thửa đất. - Để mô tả dữ liệu bản đồ, ngoài file đồ hoạ thể hiện đường nét bản đồ cần phải có file mô tả topology của các đối tượng bản đồ. Ví dụ như file DGN và file POL trong phần mềm FAMIS. - Quá trình chỉnh lý biến động cho bản đồ địa chính được thực hiện trên cơ sở dữ liệu của mô hình Topology. 3.1.1.3. Chuẩn về nội dung cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính Chuẩn về nội dung CSDL bản đồ địa chính xác định nội dung của CSDL. Chuẩn này xác định và mô tả những đối tượng bản đồ lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, sự phân loại, cách nhận dạng, nội dung ý nghĩa của từng
43. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 43 ThS. Trần Quốc Vinh loại đối tượng này đồng thời cũng mô tả cụ thể về quan hệ không gian với các đối tượng khác và dữ liệu thuộc tính của chúng Chuẩn về nội dung CSDL bản đồ địa chính bao gồm : - Chuẩn phân lớp thông tin các đối tượng bản đồ - Chuẩn mô tả kỹ thuật của các đối tượng. Trong mô tả kỹ thuật, từng đối tượng trong CSDL được mô tả rất chi tiết, cụ thể như mã, lớp (level), độ chính xác, các quan hệ không gian và các dữ liệu thuộc tính. Mô tả kỹ thuật các đối tượng được sử dụng như một tập tra cứu hướng dẫn đầy đủ nhất cho các dạng người sử dụng từ người vào số liệu cho đến người tra cứu, sử dụng dữ liệu. 1/ Chuẩn về phân lớp thông tin a. Nguyên tắc định chuẩn nội dung cơ sở dữ liệu Trước khi đi vào mô tả một bảng phân lớp thông tin của bản đồ địa chính cụ thể, cần đưa ra một số nguyên tắc nhất định trong quá trình xây dựng chuẩn hoá các lớp thông tin. Sau đây là một số nguyên tắc chung khi định chuẩn về phân lớp thông tin của bản đồ địa chính: - Phân lớp thông tin được kế thừa theo bảng phân loại các đối tượng bản đồ trên bản đồ địa chính trong qui phạm của Bộ tài nguyên và Môi trường ban hành. - Các đối tượng trong một lớp thông tin thuộc vào một loại đối tượng hình học duy nhất: điểm (point), đường (polyline), hoặc vùng (polygon). - Mỗi lớp thông tin chỉ thể hiện một loại đối tượng (Object). Các đối tượng có cùng chung một số đặc điểm tính chất nhất định được gộp thành lớp đối tượng (Object Class). Các lớp đối tượng được gộp lại thành các nhóm đối tượng (Category). Mỗi một đối tượng được gắn một mã số thống nhất. Mã của kiểu đối tượng gồm . - Mỗi một lớp thông tin có một mã duy nhất. - Trong một nhóm lớp thông tin, mã của các lớp được đánh số liên tục. - Tên của lớp thông tin được đặt theo kiểu viết tắt sao cho dễ dàng nhận biết được đó là lớp thông tin nào. b. Nội dung bảng phân loại các đối tượng trong CSDL bản đồ địa chính Sau đây là bảng phân loại các đối tượng bản đồ địa chính trong cơ sở dữ liệu. Cấu trúc bảng gồm các cột: - Phân nhóm chính - Lớp đối tượng - Đối tượng - Mã số : mã đối tượng dưới dạng số. - Chỉ số lớp trong Microstation : chỉ số level trong phần mềm Microstation được gán cho mỗi loại đối tượng. - Dữ liệu thuộc tính : mô tả các dữ liệu thuộc tính của đối tượng lưu trong cơ sở dữ liệu.
44. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 44 ThS. Trần Quốc Vinh - Quan hệ giữa các đối tượng : mô tả quan hệ về không gian, thuộc tính với các đối tượng khác. - STT trong QP : số thứ tự của đối tượng trong Quyển Ký hiệu bản đồ địa chính tỷ lệ 1/500, 1/1.000, 1/2000, 1/5000 do Bộ tài nguyên và Môi trường ban hành năm 1999 (Xem phụ lục 1). C. Áp dụng chuẩn bảng phân lớp thông tin - Xác định đúng các đối tượng trên bản đồ địa chính giấy tương ứng bản đồ địa chính số. Trong bảng phân loại các đối tượng trên, cột số thứ tự trong qui phạm là tham chiếu giữa các đối tượng của bản đồ địa chính giấy và bản đồ địa chính số. - Các đối tượng đường chỉ tham gia vào một lớp thông tin. Như vậy đối với các đường nét tham gia vào nhiều hơn một loại đối tượng, đòi hỏi phải được tách ra thành các lớp khác nhau tương ứng với lớp thông tin mà nó mô tả. Điều này thường xảy ra đối với các đối tượng như : + Đường địa giới hành chính chạy theo địa vật. + Các đường giới hạn hệ thống giao thông đồng thời là ranh giới thửa. + Các đường giới hạn hệ thống thuỷ văn, đê đồng thời là ranh giới thửa. - Các đường nét khi tham gia vào 2 đối tượng phải được sao chép thành 2 đường trùng khít nhau về mặt toạ độ, mỗi một đường tham gia vào 1 loại đối tượng khác nhau, lưu ở các level khác nhau, màu sắc, ký hiệu có thể khác nhau. - Các đối tượng trong bản đồ địa chính số được lưu theo đúng qui định trong bảng phân lớp. Các đối tượng bản đồ trong cơ sở dữ liệu phải tuân thủ : + Nằm đúng level hoặc layer theo qui định. + Tuân theo các ký hiệu và kiểu đường và màu sắc được qui định + Gán dữ liệu thuộc tính cho các đối tượng có thuộc tính. - Cần xây dựng bộ công cụ trên các phần mềm số hoá hiện đại như MicroStation cho người sử dụng, tránh các sai sót, lầm lẫn. Nội dung của bản đồ địa chính được qui định trong Qui phạm thành lập bản đồ địa chính và tập Ký hiệu bản đồ địa chính. Chuẩn về nội dung CSDL bản đồ địa chính xác định nội dung của CSDL. Chuẩn này mô tả những đối tượng nào được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, sự phân loại, cách nhận dạng, nội dung ý nghĩa của từng loại đối tượng này đồng thời cũng mô tả cụ thể về quan hệ giữa các đối tượng và dữ liệu thuộc tính của chúng. 2/ Chuẩn về chi tiết kỹ thuật Phần chi tiết kỹ thuật của cơ sở dữ liệu mô tả rất chi tiết từng đối tượng trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính. Mỗi một đối tượng được mô tả trên một trang. Phần này là tài liệu chính để người dùng cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính có một cách hiểu sâu sắc, rõ ràng và toàn diện về các đối tượng trong cơ sở dữ liệu. Cấu trúc của trang mô tả đối tượng bao gồm : Danh mục các đối tượng Ngày thành lập tài liệu Nhóm đối tượng Mã nhóm Tên phân nhóm chính Lớp đối tượng Mã lớp Tên lớp đối tượng
45. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 45 ThS. Trần Quốc Vinh Mã đối tượng Phiên bản Có giá trị từ ngày Mã đối tượng Số hiệu phiên bản Ngày bắt đầu chuẩn có giá trị Định nghĩa Định nghĩa tên của đối tượng được mô tả Mô tả Mô tả đặc điểm, tính chất và các đặc tính về kỹ thuật của đối tượng. Phản ánh trong cơ sở dữ liệu Phản ánh tính đầy đủ của đối tượng trong toàn bộ cơ sở dữ liệu. Đối tượng có thể được phản ánh đầy đủ hoặc chỉ được phản ánh tại một vùng hay trong những một điều kiện đặc biệt nào đó. Phản ánh hình học Độ cao Độ chính xác Level Kiểu đối tượng hình học dùng Có/không có Độ chính xác của số Level lưu trữ đối để phản ánh đối tượng (điểm, giá trị độ liệu cm, dm, m tượng trong file đường, vùng, mô tả) cao DGN Đô chính xác hình học Chỉ ra độ chính xác của đối tượng về mặt hình học, độ chính xác phụ thuộc vào dữ liệu ban đầu và các phương pháp dùng để số hoá đối tượng Mô tả cấu trúc Mô tả mô hình dữ liệu áp dụng để mô tả và lưu trữ đối tượng trong cơ sở dữ liệu. Trong trường hợp một đối tượng được mô tả bằng nhiều mô hình dữ liệu khác nhau, phần này cũng nêu rõ trường hợp nào thì sử dụng mô hình dữ liệu nào và lý do. Phần này cũng Mô tả các mối quan hệ không gian của đối tượng với các đối tượng khác. Phương pháp thu thập Mô tả các phương pháp có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu của đối tượng vào cơ sở dữ liệu.
46. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 46 Trần Quốc Vinh BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN GIẤY Rãnh Rãnh Thửa Ng õ Kênh Phố Đường đi Thửa Rãnh Ngõ Rãnh Thửa Kênh Phố Đường đi Thửa THỬA ĐẤT GIAO THÔNG THUỶ VĂN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH SỐ LƯU TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU
47. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 47 Th.S. Trần Quốc Vinh 3.1.2. Chuẩn về thể hiện đối tượng bản đồ Chuẩn hoá về thể hiện bản đồ (Cartographic Represetation Standard) nhằm chuẩn hoá cách trình bày các đối tượng bản đồ số trên các thiết bị dạng số hoặc các vật liệu lưu trữ dạng analog như giấy, phim. Trong cơ sở dữ liệu, bản đồ số không chỉ thuần tuý là một sự sao chép lại của bản đồ giấy. Trên bản đồ giấy, các đối tượng bản đồ được thể hiện bằng ngôn ngữ đặc biệt, gọi là ngôn ngữ bản đồ và được xem xét như một hệ thống ký hiệu đặc trưng riêng. Khi chuyển sang dưới dạng bản đồ số, ngôn ngữ bản đồ vẫn đóng một vai trò quan trọng cho việc thể hiện các đối tượng bản đồ analog qua các thiết bị ra như máy in, máy vẽ. Chuẩn về thể hiện bản đồ cần phải được dựa trên các qui định về ký hiệu và cách thể hiện bản đồ trong qui phạm. 3.1.2.1. Chuẩn hoá thể hiện các đối tượng bản đồ dưới dạng số Nội dung chuẩn hoá thể hiện bản đồ dưới dạng số bao gồm : - Chuẩn hoá về thư viện ký hiệu (Symbol Library): Mỗi một đối tượng kiểu điểm tương ứng với một kiểu ký hiệu nhất định trong thư viện. Hình dáng ký hiệu được thiết kế dựa theo qui phạm qui định. File thư viện ký hiệu dạng điểm KYHIEUDC.CEL được Bộ tài nguyên và Môi trường ban hành kèm theo phần mềm Famis. - Chuẩn hoá về thư viện kiểu đường (Line Style Library): mỗi một đối tượng kiểu đường tương ứng với một kiểu đường nhất định trong thư viện. Hình dáng kiểu đường được thiết kế dựa theo qui phạm qui định. File thư viện ký hiệu dạng đường DUONGDC.RSC được Bộ tài nguyên và Môi trường ban hành kèm theo phần mềm Famis. - Chuẩn hoá về thư viện mẫu tô (Pattern Library): mỗi một đối tượng kiểu vùng tương ứng với một mẫu tô nhất định trong thư viện. Hình dáng mẫu tô được thiết kế dựa theo qui phạm qui định. - Chuẩn hoá về thư viện kiểu font chữ (Font Library): mỗi một đối tượng kiểu chữ tương ứng với một font chữ và kích thước chữ nhất định trong thư viện. Các font trong thư viện dùng bộ font chuẩn ABC của Ban công nghệ thông tin quốc gia. Đối với một số font chữ cần phải tạo thêm, các font này vẫn tuân theo mã chuẩn của bộ ABC. File thư viện phông chữ VNFONTDC.RSC được Bộ tài nguyên và Môi trường ban hành kèm theo phần mềm Famis. - Chuẩn hoá về các lớp thông tin đối với từng nội dung bản đồ chuyên đề khác nhau: được thể hiện trong chức năng chọn lớp thông tin của phần mềm Famis. 3.1.2.2. Chuẩn hoá thể hiện các đối tượng bản đồ dưới dạng analog Nội dung chuẩn hoá thể hiện bản đồ dưới dạng analog bao gồm : - Chuẩn về nội dung các lớp thông tin được hiển thị theo mỗi chuyên đề. Ví dụ bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất. - Chuẩn về thứ tự in ra các lớp thông tin (mức ưu tiên khi in ra ). Ví dụ : thứ tự in trong bản đồ địa chính là : thuỷ văn, giao thông, ranh giới thửa.
48. Bài giảng môn học Tin học ứng dụng 48 Th.S. Trần Quốc Vinh - Chuẩn về cách hiển thị các lớp thông tin. Ví dụ : Khi in bản đồ địa chính, nếu ranh giới thửa trùng với đường mép nước thì không in ra. Khi in bản đồ địa hình, nếu đường ranh giới hành chính trùng với địa vật, hiển thị ranh giới theo từng đoạn về 2 phía của địa vật. 1. Chuẩn về nội dung các loại bản đồ chuyên đề Về nguyên tắc, người sử dụng có thể lấy bất cứ một tập hợp các lớp thông tin bất kỳ từ cơ sở dữ liệu để tạo thành bản đồ chuyên đề cho riêng mình. Tuy nhiên để làm được điều này, người sử dụng phải hiểu rất rõ nội dung của cơ sở dữ liệu và có toàn quyền về truy nhập dữ liệu. Không phải người sử dụng cũng có được hiểu biết như vậy và tính bảo mật dữ liệu không cao. Vì vậy, chuẩn về các loại bản đồ chuyên đề nhằm đưa ra một số bản đồ chuyên đề chung nhất có nội dung đã được xác định. Chuẩn này sẽ được hoàn thiện dần qua quá trình khai thác thông tin. Sau đây là một số bản đồ chuyên đề lấy ra từ cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính : - Bản đồ địa chính. - Bản đồ hiện trạng sử dụng đất. - Bản đồ qui hoạch đô thị. - Các sơ đồ, hồ sơ thửa đất. 2. Chuẩn về thứ tự in ra các lớp thông tin (mức ưu tiên khi in ra ) Trong trường hợp có nhiều đối tượng trùng lặp, chuẩn sẽ qui định lớp thông tin nào được in trước, lớp nào được in sau hay không in ra. 3. Chuẩn về cách hiển thị các lớp thông tin Các lớp thông tin khi in ra các vật liệu lưu trũ lâu dài như phim, giấy, diamat hoàn toàn tuân thủ theo cách thể hiện mà qui phạm qui định, bao gồm các chuẩn về ký hiệu, màu sắc, kính thước, độ dày của đường nét, font chữ. Xử lý các đối tượng trước khi in ra (chế bản). 4. Áp dụng chuẩn về thể hiện bản đồ Áp dụng chuẩn trình bày bản đồ bao gồm : - Ban hành chính thức các file thư viện chuẩn về ký hiệu, kiểu đường của bản đồ địa chính. - Xây dựng và ban hành các công cụ trợ giúp chuẩn hoá về trình bày : + Công cụ truy nhập thông tin cho các bản đồ chuyên đề từ CSDL bản đồ địa chính. + Công cụ tạo các hình thức hiển thị đặc biệt : vuốt đuôi chuột, hiển thị khi trùng nhau. - Xây dựng các file cấu hình in chuẩn đối với từng loại phần mềm khác nhau : Microstation, AutoCad, IPLOT .v.v. 3.1.3. Chuẩn về khuôn dạng dữ liệu (format Data Standard) Chuẩn về khuôn dạng dữ liệu (format data standard) bao gồm ba thành phần chuẩn: - Chuẩn khuôn dạng dữ liệu lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.