Bài giảng Kỹ thuật xây dựng bản đồ số - Chương 1: Bản đồ số và cơ sở dữ liệu bản đồ số

Bài giảng Kỹ thuật xây dựng bản đồ số - Chương 1: Bản đồ số và cơ sở dữ liệu bản đồ số có nội dung trình bày về khái niệm bản đồ số; đặc điểm, tính chất của bản đồ số; các loại dữ liệu và mô hình cơ bản của bản đồ số; tổ chức dữ liệu bản đồ số;... Mời các bạn cùng tham khảo!

MỤC TIÊU MÔN HỌC

1 Kiến thức cơ bản về bản đồ số (khái niệm, đặc điểm, tính chất,

cấu trúc cơ sở dữ liệu và cách thức tổ chức, quản lý dữ liệu.)

2 Nội dung, đặc điểm các bước của các phương pháp thành lập

bản đồ số chuyên đề ngành quản lý đất đai

3 Quy định về chuẩn hóa dữ liệu bản đồ số chuyên đề ngành

quản lý đất đai

4 Quy trình kỹ thuật biên tập và thành lập bản đồ, chuẩn hóa dữ

liệu bản đồ số

KỸ NĂNG

Xây dựng được bản đồ chuyên ngành quản lý đất đai: bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng phần mềm chuyên ngành đúng quy phạm

Group 1 Group 2 Group 3

NỘI DUNG

Chương 1: Bản đồ số và cơ sở dữ liệu bản đồ số

Chương 2: Khái quát công nghệ thành lập bản đồ số

Chương 3: Xây dựng bản đồ và hệ thống cơ sở dữ liệu

bản đồ số Chương 4: Thiết kế, biên tập và thành lập bản đồ số

Chương 5: Hệ thống phần mềm chuẩn lập bản đồ

Thảo luận, Thực hành 20%

oanhnguyen.humg@gmail.com

Các loại dữ liệu và mô hình cơ bản của bản đồ số

1.3

Tổ chức dữ liệu bản đồ số 1.4

Bản đồ số được lưu trữ bằng các file dữ liệu lưu

trong bộ nhớ máy tính hoặc các thiết bị có khả năng đọc

bằng máy tính, có thể thể hiện hình ảnh bản đồ trên màn

hình máy tính, máy chiếu, hoặc thông qua các thiết bị in

để in ra giấy như các bản đồ thông thường

1.1 Khái niệm bản đồ số

BẢN ĐỒ SỐ BẢN ĐỒ TRUYỀN THỐNG

1.2 Đặc điểm, tính chất của bản đồ số

1 Mỗi BĐS có một cơ sở toán học nhất định như hệ quy chiếu,

hệ tọa độ… Các đối tượng bản đồ được thể hiện thống nhất trong cơ sở toán học này

2 Hệ thống ký hiệu trong bản đồ số thực chất là các ký hiệu của bản đồ thông thường đã được số hoá Nhờ vậy có thể thể hiện bản đồ dưới dạng hình ảnh trên màn hình hoặc in ra giấy

5 Tỷ lệ của bản đồ số không giống như tỷ lệ của bản đồ thông thường

4 Các yếu tố của bản đồ số giữ nguyên được độ chính xác của dữ

liệu đo đạc ban đầu và không chịu ảnh hưởng của sai số đồ hoạ

3 Mức độ đầy đủ các thông tin về nội dung và độ chính xác các

yếu tố trong BĐS đáp ứng yêu cầu các tiêu chuẩn bản đồ theo

thiết kế ban đầu

1.2 Đặc điểm, tính chất của bản đồ số

Company Logo

6 Hạn chế lưu trữ bản đồ bằng giấy vì vậy chất lượng bản đồ không bị ảnh hưởng bởi chất lượng lưu trữ Nếu nhân bản nhiều thì giá thành bản đồ số rẻ hơn

7 Chỉnh lý tái bản dễ dàng, nhanh chóng, tiết kiệm

1.2 Đặc điểm, tính chất của bản đồ số

Company Logo

8 BĐS có tính linh hoạt hơn hẳn bản đồ truyền thống có thể dễ dàng thực hiện các công việc như:

- Cho phép đó tính khoảng cách, diện tích, chu vi…

- Xây dựng các bản đồ theo yêu cầu người sử dụng

- Chồng xếp hoặc tách lớp thông tin theo ý muốn

- Dễ dàng biên tập và tạo ra phiên bản mới của BĐ

- Dễ dàng in ra với số lượng và tỷ lệ tuỳ ý

- Tìm kiếm thông tin, xem thông tin theo yêu cầu

- Ứng dụng công nghệ đa phương tiên, liên kết DL thông qua hệ thống mạng cục bộ, diện rộng, toàn cầu

1.2 Đặc điểm, tính chất của bản đồ số

Company Logo

Việc sử dụng bản đồ số thuận lợi và có hiệu

quả kinh tế cao

Hiện này trong thực tế (trong công tác quản lý tài nguyên nói chung và quản lý đất đai nói riêng) chủ yếu

sử dụng kỹ thuật công nghệ mới này để thành lập và sử dụng bản đồ

1.2 Đặc điểm, tính chất của bản đồ số

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

hình ảnh của bản đồ Gồm toạ độ các điểm được lưu trữ theo một quy luật hay một cấu trúc nào đó và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể

Được hình thành từ bốn dạng dữ liệu cơ bản: Điểm, đường, vùng và dạng chú giải, giải thích

CƠ SỞ

DỮ LIỆU KHÔNG GIAN

DLBĐ

CƠ SỞ

DỮ LIỆU THUỘC TÍNH

1.3 CÁC LOẠI DL VÀ MÔ HÌNH CSDL CƠ BẢN CỦA BĐ SỐ

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

CƠ SỞ

DỮ LIỆU

KHÔNG

GIAN

• Chúng cho ta biết được vị trí, kích thước, hình dạng, sự

phân bố… của các đối tượng

• Có 3 loại đối tượng không gian cơ bản: đối tượng dạng điểm, đối tượng dạng đường và đối tượng dạng vùng

• VD: Các điểm khống chế tọa độ, địa giới hành chính, các

thửa đất, các lô đất, các công trình xây dựng, hệ thống giao thông, thuỷ văn và các yếu tố khác có liên quan.

Định nghĩa:

Cơ sở dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của các đối tượng

Các dữ liệu không gian thể hiện các đối tượng bản đồ qua

ba yếu tố hình học cơ bản là: điểm, đường và vùng

Thông tin vị trí các đối tượng bản đồ luôn phải kèm theo

các thông tin về quan hệ không gian (Topology)

DỮ

LIỆU

KHÔNG

GIAN

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

Topology là một thủ tục toán học nhằm xác định mối liên

hệ không gian giữa các đối tượng bản đồ Trong quá trình

thành lập bản đồ, Topology giúp ta xác định sự ghép nối và liên

hệ giữa các hình ảnh bản đồ Ngoài ra Topology cũng giúp ta

xác định được hướng của các đối tượng.

Mô hình dữ liệu không gian

Cấu trúc dữ liệu dạng Raster

• Mô hình raster chia toàn bộ vùng khảo sát thành các lưới tế bào

đều (lưới ô vuông) theo thứ tự nhất định được gọi là pixel

• Trong máy tính, lưới các ô này được lưu trữ dưới dạng ma trận

trong đó mỗi ô là giao điểm của một hàng và một cột trong ma trận Thứ tự qui ước là theo từng hàng từ góc trên bên trái

Cột thứ i

Dòng thứ j

(i,j) = (6,1), (3,2), (5,4)

dạng điểm

Cấu trúc dữ liệu dạng Raster

Cột thứ i

(i,j) = (1,3), (2,2), (3,2), (4,3), (5,4), (6,5), (7,6), (8,4)

dạng đường

Dạng vùng

Điểm được xác định bởi một pixel, đường được xác định bởi một chuỗi các ô có cùng thuộc tính kề nhau có hướng nào đó, còn vùng được xác định bởi một số các pixel cùng thuộc tính phủ trên một diện tích nào đó

• Mỗi pixel chứa một giá trị

• Mỗi vị trí trong vùng khảo sát tương

ứng với 1 pixel trong raster

• Một tập pixel kết hợp với giá trị là lớp

(layer) bản đồ

• Có thể có nhiều lớp bản đồ trong 1

CSDL, thí dụ: loại đất, loại cây trồng

Mô hình raster cho biết cái gì xảy

ra mọi nơi, tại mỗi điểm của vùng Đây

là mô hình đơn giản nhất của mô hình dữ

liệu bản đồ

Cấu trúc dữ liệu dạng Raster

Giá trị của PIxEL

• kiểu giá trị chứa trong pixel phụ thuộc vào

thực tại và phần mềm nào được sử dụng

• các hệ thống khác nhau cho phép các lớp

giá trị khác nhau: số nguyên; số thực; giá

trị phi số

2.1 2.3 2.4 2.7 2.9 3.2 3.4 1.9 2.1 2.4 2.6 3.0 3.3 3.4 1.8 2.0 2.3 2.5 2.8 3.1 3.2 1.8 1.9 1.9 2.3 2.5 2.8 3.0 1.8 1.8 1.8 1.9 2.1 2.3 2.7

Thí dụ về CSDL Raster

Company Logo

CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU RASTER

• Mục đích: Giảm kích thước lưu trữ

• Các phương pháp nén dữ liệu Raster:

- Phương pháp nén theo đường biên (Chain Code)

- Phương pháp nén theo hàng cột (Run-length code)

- Phương pháp nén theo khối (Block code)

- Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree code)

 Cấu trúc dữ liệu đơn giản, đồng nhất;

 Dễ dàng chồng xếp và mô hình hóa;

 Thích hợp cho việc hiển thị ở dạng 3D;

 Tích hợp các dữ liệu ảnh dễ dàng;

 Dễ dàng thực hiện nhiều phép toán phân tích không gian khác

nhau, đặc biệt là không gian liên tục;

 Có thể thu thập dữ liệu tự động

Dữ liệu dạng Raster

Ưu điểm:

 Dung lượng bộ nhớ rất lớn nên cần nhiều bộ nhớ;

 Có thể làm mất nhiều thông tin khi sử dụng kích thước pixel lớn Khi đó, độ

chính xác của dữ liệu thấp, thông tin dễ bị sai lệch;

 Khó biểu diễn các mối quan hệ không gian;

 Khó khăn trong việc phân tích mạng;

 Bản đồ raster thô và hiển thị không đẹp;

 Khối lượng tính toán và biến đổi tọa độ rất lớn, chuyển đổi chậm;

 Không thể xác định các đối tượng riêng lẻ một cách độc lập

Dữ liệu dạng Raster

Nhược điểm:

Theo quan niệm toán học thì vector bao gồm 1 điểm (với cặp

tọa độ x, y trong KG phẳng hay x, y, z trong KG 3 chiều), một khoảng cách và 1 chỉ số hướng

Như vậy: Cấu trúc DL vector là các thể hể hiện chính xác các

đối tượng trong TG thực lên BĐS bằng giá trị liên tục của các

cặp tọa độ và xác định MQH không gian của các đối tượng

Cấu trúc dữ liệu dạng Vector

Cấu trúc dữ liệu dạng Vector

• Trong cấu trúc dữ liệu vector, thực thể không gian được biểu diễn

sử dụng các đối tượng riêng biệt; có dạng điểm, dạng đường hay dạng vùng

• Các đối tượng này được định nghĩa riêng trong các ứng dụng để quản lý và mã hóa đối tượng Mỗi đối tượng có mã định danh riêng

• Vị trí không gian của đối tượng được xác định bởi tọa độ (x,y) trong không gian 2D hoặc (x,y,z) trong không gian 3D trong một

hệ tọa độ thống nhất

Company Logo

thể địa lý và đồ hoạ Điểm được xác định bởi cặp giá trị điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm:

- Là toạ độ đơn (x,y)

- Không thể hiện chiều dài và diện tích

Dữ liệu điểm trong CSDL

Dữ liệu điểm trong CSDL

• Dữ liệu điểm là kiểu dữ liệu đơn giản nhất của

đối tượng không gian

• Việc lựa chọn thực thể để biểu diễn nó như dữ

liệu điểm phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ, chúng là

các đối tượng phi tỷ lệ

• Tọa độ của điểm được lưu trữ như hai thuộc tính

• Các thông tin về tập điểm được xem như mở

rộng của bảng thuộc tính

• Các điểm là độc lập nhau, được biểu diễn bởi

một hàng trong mô hình CSDL

Dữ liệu đường trong CSDL

• Thí dụ về các thực thể mạng lưới

• Mạng lưới cơ sở hạ tầng

• mạng lưới giao thông: đường sắt, đường cao tốc

• mạng lưới công cộng: ga, điện, nước, điện thoại

• mạng lưới hàng không: trung tâm, tuyến bay

• Mạng lưới tự nhiên

• sông ngòi

Company Logo

Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng đlý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:

- Là một dãy các cặp toạ độ (X, Y)

- Một ĐƯỜNG bắt đầu và kết thúc bởi node

- Các ĐƯỜNG nối với nhau và cắt nhau tại node

- Hình dạng của ĐƯỜNG được ĐN bởi các điểm

- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ

Dữ liệu đường trong CSDL

Dữ liệu vùng trong CSDL

• Các đường biên vùng hình thành từ hiện tượng tự nhiên (hồ) hay do con người tạo ra (vùng điều tra, khu rừng)

Các loại vùng có thể được biểu diễn bao gồm:

• Vùng tài nguyên tự nhiên/môi trường

• dữ liệu đất phủ: rừng, đất ướt, đất thành phố

• dữ liệu địa chất: loại đá

• dữ liệu rừng: rừng già, rừng thông

• dữ liệu đất trồng: loại đất trồng

• Vùng kinh tế - xã hội

• vùng điều tra

• đường biên được xác định độc lập với hiện tượng, các thuộc tính là số đếm

• các đường biên xác định bằng đặc tính văn hóa: láng giềng

• Hồ sơ đất đai

• đường biên mảnh đất, sử dụng đất, chủ đất, thông tin về thuế đất

Cấu trúc dữ liệu “Spaghetti”

Cấu trúc dữ liệu topology

(Lưu trữ chuỗi đoạn thẳng)

Topological data model: có quan hệ không gian giữa điểm, chuỗi và vùng

Node X Y

I 1 4

II 4 4 III 6 4

- Biểu diễn dữ liệu địa lý chính xác;

- Dung lượng dữ liệu nhỏ, tiết kiệm bộ nhớ;

- Dữ liệu có quan hệ topology đầy đủ nên việc biểu diễn hay phân tích các quan hệ không gian thuận lợi;

- Khôi phục dữ liệu nhanh chóng;

- Tính toán và chuyển đổi dữ liệu nhanh;

- Bản đồ vector đẹp, có chất lượng cao

Dữ liệu dạng Vector

Ưu điểm:

- Cấu trúc dữ liệu phức tạp;

- Khó khăn khi chồng xếp dữ liệu;

- Cập nhật dữ liệu khó khăn hơn dữ liệu vector;

- Kỹ thuật đắt tiền

Dữ liệu dạng Vector

Nhược điểm:

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

Cần phân biệt hai loại thuộc tính sau đây:

- Thuộc tính định tính: Màu sắc, tên, tính chất…

và lưu trữ trong các bảng hai chiều

DỮ

LIỆU

THUỘC

TÍNH

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

Chúng được lưu trữ trong máy tính như là tập hợp các con số hay ký tự; ở dạng văn bản hay bảng biểu Thông thường, dữ liệu thuộc tính là các thông tin chi tiết cho đối tượng hoặc các số liệu thống kê cho đối tượng

DỮ

LIỆU

THUỘC

TÍNH

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổ chức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột dữ liệu (trường dữ liệu): mỗi cột diễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng; và các hàng tương ứng với một bản ghi: gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý

Ví dụ 1: Thông tin thuộc tính của dữ liệu cơ sở hạ tầng gồm: Các loại đường, hệ thống thủy lợi, thủy văn, mạng lưới điện, mạng lưới cấp thoát nước, các công trình cơ sở hạ tầng

Ví dụ 2: Thông tin thuộc tính của dữ liệu địa chính gồm: Số hiệu thửa đất, diện tích, chủ sử dụng đất, địa chỉ, địa danh, phân loại đất, phân hạng đất, giá đất, mức thuế và thông tin pháp lý

Ví dụ 3: Thông tin thuộc tính của dữ liệu về hiện trạng rừng gồm:

Số hiệu các lô rừng, tên lô, diện tích lô, trạng thái, loài cây, trữ lượng

1.3 Các loại dữ liệu và mô hình của BĐS

Liên kết giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của cùng một thực thể (entity) được liên kết với nhau thông qua một trường dữ liệu có cùng kiểu dữ liệu (số nguyên, số thực, ký tự, …), có trong cả cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Chúng ta gọi những trường dữ liệu này là trường khóa

Company Logo

Trong GIS chứa thông

tin GIS kết hợp bản đồ với

hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Vì vậy khi phân tích dữ

liệu không gian chỉ cần

“click” trên đối tượng địa lý

và tìm thông tin về nó Hoặc

có thể truy vấn trong

database để tìm thông tin về

tất các các đối tượng thỏa

mãn điều kiện lọc

Liên kết các thuộc tính

Liên kết dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

• Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của

cùng một thực thể (entity) được liên kết với

nhau thông qua một trường dữ liệu có cùng

kiểu dữ liệu (trường khóa)

1.4 Tổ chức dữ liệu bản đồ số

Company Logo 1.5 XUẤT NHẬP DỮ LIỆU

BẢN ĐỒ SỐ

Company Logo

Khả năng xuất nhập dữ liệu bản đồ số phụ thuộc vào format dữ liệu (khuôn dạng DL của file bản đồ) Format DL là yếu tố đặc biệt quan trọng trong việc trao đổi thông tin giữa các người sử dụng khác nhau trong cùng 1 hệ thống

và giữa các hệ thống với nhau

Format DL dùng để trao đổi, phân phối thông tin cần phải thỏa 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)

1.5 Xuất nhập dữ liệu bản đồ số

Company Logo

Thông thường DL bản đồ của các phần mềm khác nhau giao diện với nhau thông qua 1 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 (ESRI) ESRI là hãng xây dựng phần mềm ARC/INFO, ARCVIEW và là

1 trong những hãng dẫn đầu về công nghệ GIS

1.5 Xuất nhập dữ liệu bản đồ số

Company Logo

- Chuẩn format DL của hãng Integraph Integraph là 1 trong những hãng dẫn đầu 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 Integraph và các hệ thống khác

Ngoài chuẩn SIF, format DGN cũng trở thành 1 trong những chuẩn phổ biến để trao đổi DL hiện nay

1.5 Xuất nhập dữ liệu bản đồ số

Company Logo

- Chuẩn format DL của hãng AutoDesk Mỹ AutoDesk là hãng xây dưng phần mềm

của phần lơn các hệ thống GIS hiện nay trên thế giới

- Chuẩn format DL 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 trữ

dữ liệu đồ họa (trong file MIF) và dữ liệu thuộc tính (MID)

1.5 Xuất nhập dữ liệu bản đồ số