TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC THÀNH LẬP DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH QUÂN SỰ TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH VIỄN THÁM

Vì vậy, cần nghiên cứu khả năng tổ chức C L bản đồ ạng mô hình trong C L n n địa lý quân sự và khả năng trình bày bản đồ t C L này, nhằm tối ưu hóa trong quản lý, khai thác và cập nhật đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ LAN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC THÀNH LẬP DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHỤC

VỤ MỤC ĐÍCH QUÂN SỰ TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH VIỄN THÁM

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã số : 62520503

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2014

Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội,

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Phạm Vọng Thành

Trường Đại học Mỏ - Địa chất

2 TS Vũ Văn Chất

Cục Bản đồ - Bộ Tổng Tham Mưu

Phản biện 1: PGS TS Phạm Quang Vinh

Viện Địa lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phản biện 2: TS Đồng Thị Bích Phương

Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ - Bộ Tài nguyên và Môi trường

Phản biện 3: TS Bùi Quang Thành

Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi… giờ, ngày… tháng… năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia – Hà Nội

hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong lịch s , các bản đồ giấy t ng có vai tr v a là c s liệu C L thông tin, v a là phư ng tiện truy n đạt thông tin Ngày nay, cùng với sự phát triển các ứng ụng của công nghệ bản đồ số và

Hệ thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS , việc quản lý liệu và trình bày thông tin bản đồ đã có sự phân chia rõ ràng v mặt vật lý Khi đặt trong một hệ quản trị C L không gian,

C L và bản đồ liên kết với nhau thành một thể thống nhất

Tại Việt Nam hiện nay, bản đồ địa hình nói chung, bản đồ địa hình phục vụ mục đích quân sự nói riêng, c bản vẫn được thành lập t các phần m m đồ họa thuần túy, nên tồn tại nhi u bất cập t hình thức thể hiện đến việc quản lý, ứng ụng

Thực tế, đa số các nước s ụng C L n n địa lý quốc gia phủ trùm đa mục đích làm tư liệu gốc để ẫn xuất thành các C L cho các mục đích khác nhau Vì vậy, cần nghiên cứu khả năng tổ chức C L bản đồ ạng mô hình trong C L n n địa lý quân sự

và khả năng trình bày bản đồ t C L này, nhằm tối ưu hóa trong quản lý, khai thác và cập nhật đồng bộ liệu toàn hệ thống

Khi xây ựng C L bản đồ quân sự t C L n n địa lý quốc gia, cần thiết phải cập nhật bổ sung liệu địa lý quân sự không có trong C L n n địa lý quốc gia hoặc có biến động theo thời gian Trong đó, tư liệu viễn thám được coi là một trong nh ng kênh thu thập thông tin địa lý hiệu quả nhất, b i phạm vi bao quát rộng, tần xuất cung cấp thông tin nhanh

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu v lý thuyết nhằm làm sáng tỏ c s khoa học v xây ựng C L bản đồ địa hình quân sự Việt Nam trên

c s ứng ụng công nghệ GI , bản đồ số và viễn thám Các th nghiệm được thực hiện theo giải pháp kỹ thuật – công nghệ đ xuất, nhằm kiểm chứng lại c s lý thuyết đã nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là C L bản đồ địa hình quân sự Việt Nam tỷ lệ t 1:10.000 đến 1:50.000 trong xây ựng, hiển thị và cập nhật

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi khoa học: nghiên cứu xác lập mô hình cấu trúc, quy

trình xây ựng, trình bày và cập nhật C L bản đồ địa hình quân sự trên c s lấy mẫu đối với các tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000 và 1:50.000

Phạm vi địa lý: nghiên cứu tập trung cho các ạng địa hình

đặc trưng trong phạm vi lãnh thổ Việt Nam có ảnh hư ng đến mục đích quân sự bao gồm: địa hình núi, đồng bằng và đồng bằng ven biển, vùng biển đảo, khu ân cư kiểu đô thị, khu ân cư kiểu nông thôn

5 Nội dung nghiên cứu

* Lý thuyết

- Nghiên cứu xác lập c s khoa học hoàn thiện cấu trúc

C L n n địa lý nhằm đảm bảo chức năng của C L đồ địa hình

- Nghiên cứu c s khoa học xây ựng và trình bày bản đồ địa hình quân sự t C L n n địa lý

- Nghiên cứu c s khoa học chiết tách liệu địa lý quân sự t ảnh viễn thám cho mục đích cập nhật C L

* Thử nghiệm

- Th nghiệm xây ựng các công cụ TQH, Bộ quy tắc trình bày bản đồ và kiểm chứng bằng xây ựng các mẫu C L và trình bày bản

đồ cho các ạng địa hình đặc trưng địa hình vùng ân cư nông thôn,

ân cư đô thị, vùng núi, ven biển và biển đảo và mẫu tổng hợp 01 mảnh bản đồ) theo quy trình đ xuất

- Th nghiệm giải đoán và chiết tách đối tượng địa lý bằng tư liệu ảnh viễn thám VNRE at-1, POT5 cho mục đích cập nhật C L

- Th nghiệm quản lý, chia sẻ C L bằng việc xây ựng phần

m m chuyên ụng

6 Phương pháp nghiên cứu: 1) Phư ng pháp kế th a, nghiên cứu

tài liệu; 2) Phư ng pháp Bản đồ; 3) Phư ng pháp GI ; 4) Phư ng pháp viễn thám

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

* Ý nghĩa khoa học của luận án: Các nghiên cứu trình bày trong luận án đã góp phần thống nhất c s khoa học trong xây ựng

C L bản đồ địa hình quân sự theo công nghệ GI , bản đồ số và viễn thám, phù hợp với đi u kiện thực tế của ngành Địa hình quân sự Việt Nam Các nghiên cứu cũng đã khẳng định việc cập nhật đối tượng địa lý quân sự t ảnh viễn thám kết hợp với các nguồn tư liệu khác cho C L bản đồ địa hình quân sự là không thể thiếu Nh ng đóng góp của luận án

v lý thuyết và thực nghiệm có thể được s ụng làm c s để phát triển cho các ạng sản phẩm C L bản đồ địa hình theo mục đích khác nhau

* Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Các kết quả nghiên cứu là c s để chuyển đổi mô hình thành lập bản đồ địa hình quân sự Việt Nam t công nghệ ứng ụng phần m m đồ họa sang công nghệ GI Các nguyên tắc lựa chọn, s ụng tư liệu ảnh viễn thám, ứng ụng phư ng pháp giải đoán kết hợp với phân loại đối tượng t ảnh viễn thám đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy và phù hợp mục đích cập nhật liệu địa lý quân sự cho C L bản đồ địa hình quân sự

8 Những luận điểm bảo vệ của luận án

Luận điểm 1: C L bản đồ địa hình quân sự có thể tổ chức

ạng mô hình trong C L n n địa lý quân sự trên c s bổ sung cấu trúc liệu, xây ựng mô hình TQH và trình bày bản đồ đảm bảo

chất lượng liệu gốc

Luận điểm 2: Các đối tượng địa lý quân sự có thể được cập nhật trực tiếp vào C L bản đồ địa hình quân sự khi kết hợp gi a

kiến thức giải đoán mục tiêu quân sự và kỹ thuật x lý ảnh số

9 Những điểm mới của luận án

1 Xác lập được c s khoa học v mô hình cấu trúc C L bản đồ địa hình quân sự Việt Nam trên c s bổ sung cấu trúc cho

C L n n địa lý quân sự

2 Xây ựng được hệ thống giải pháp xây ựng C L bản

đồ địa hình quân sự các tỷ lệ bằng các công cụ TQH theo chuỗi thao tác tự động khi xây ựng C L ẫn xuất, Bộ quy tắc trình bày tự động trong biên tập bản đồ địa hình quân sự và quy trình chiết tách đối tượng địa lý t ảnh viễn thám cho mục đích cập nhật

3 Xây ựng được phần m m quản lý, chia sẻ liệu bản đồ địa hình quân sự, góp phần hỗ trợ khai thác thông tin địa hình hiệu quả, m rộng cho nhi u đối tượng có trình độ tin học và công nghệ khác nhau trong quân đội

10 Cấu trúc của luận án

Cấu trúc luận án gồm 4 chư ng, được trình bày trong 150 trang Trong đó, phần viết gồm 121 trang, 62 hình vẽ và s đồ,13 bảng biểu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

 ỰNG VÀ CẬP NHẬT CƠ SỞ Ữ IỆU N Đ ĐỊA HÌNH

TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ

1.1.1 Thực trạng xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ

* Trên thế giới: Mục tiêu chiến lược của nhi u tổ chức bản đồ

trên thế giới trong hiện tại và tư ng lai là xây ựng một C L ùng chung uy nhất mô hình số cảnh quan có độ chính xác cao nhất để t

đó ẫn xuất tự động ra các sản phẩm bản đồ số Tuy nhiên, đi u này vượt quá khả năng của công nghệ hiện có, o phải giải quyết đồng thời các yêu cầu v TQH liệu và trình bày Vì vậy, thực tế người ta đã chọn giải pháp đ n giản h n đó là xây ựng các C L phục vụ trình bày bản đồ ẫn xuất t C L n n địa lý bằng phư ng pháp TQH bản

đồ có tỷ lệ tư ng ứng với hệ thống tỷ lệ bản đồ cần thành lập

Với cách tổ chức liệu như trên, thực tế gặp phải sự bất cập

v đồng bộ thông tin trong hệ thống, b i lý o khối lượng công việc cập nhật quá lớn, phải thực hiện đồng thời cho tất cả các C L và theo hai phư ng pháp TQH khác nhau Mặt khác o nhu cầu s ụng,

C L bản đồ được cập nhật thường xuyên nên liệu thường mới

h n so với C L n n địa lý [41], [48], [58], [59]

* Trong nước: C L n n địa lý quốc gia sản xuất tại Cục Đo

đạc và Bản đồ Việt Nam - Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã và đang được hoàn thành Hệ thống bản đồ địa hình quốc gia các tỷ lệ vẫn được thành lập theo phần m m Micro tation, với mô hình C L tệp

C L n n địa lý quân sự sản xuất tại Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu được xây ựng t bản đồ gốc Hệ thống bản đồ địa quân sự bao gồm các tỷ lệ t 1:10.000 đến 1:1.000.000, được thành lập trên n n phần m m đồ họa Micro tation

1.1.2 Ứng dụng công nghệ trong xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ: bao gồm Công nghệ thành lập bản đồ số và Công nghệ

GIS: 1) Công nghệ xây ựng mô hình cấu trúc c s liệu; 2) Công nghệ xây ựng liệu

1.1.3 Các nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và trình bày bản đồ

* Các nghiên cứu v t ng uát h a:

- CSDL được xây ựng theo mô hình đa thể hiện: 1 Đối tượng được tr u tượng hóa các mức khác nhau và tạo liên kết gi a

các mức này; 2 Xây ựng liên kết gi a các C L độc lập, C L

tỷ lệ lớn ùng để ẫn xuất ra các C L tỷ lệ nhỏ h n bằng các giải pháp tổng quát hoá được ứng ụng thành công h n

- Tổng quát hóa liệu trên khía cạnh tr u tượng hóa mức

độ chi tiết, được phân tích trên c s 12 hoạt động c bản và sáu trường hợp đ i hỏi phải thực hiện thao tác TQH đó là: sự chồng đè, hợp nhất, xung đột giao cắt, tiếp xúc và hợp nhất , biến đổi, không thống nhất và cường điệu hóa [61] Các thuật toán TQH, công cụ và phần m m được xây ựng theo đặc điểm đối tượng để nâng cao khả năng tự động hóa [23], [41], [51], [61], [62], [65], [68]

* Các nghiên cứu v trình bày bản đồ: đã được các nhà khoa

học tổng kết theo các nhóm giải pháp c bản như: ịch chuyển, tạo kỹ xảo mặt nạ và thay đổi kích thước ký hiệu cần thiết để giải quyết các xung đột ký hiệu khi trình bày bản đồ Đặc biệt, các nhà khoa học của hãng Esri Mỹ đã nghiên cứu thành công kỹ thuật hiển thị ký hiệu đại iện theo các nguyên tắc trình bày được thiết kế trước [59], [65], [68]

1.2 Tình hình cập nhật cơ sở dữ liệu từ ảnh viễn thám

1.2.1 Thực trạng cập nhật cơ sở dữ liệu từ ảnh viễn thám

Khi giải đoán bằng mắt, đối tượng địa lý thường được số hóa

và gán thông tin trên c s tham chiếu liệu cũ Đối với phư ng pháp x lý ảnh số, đối tượng chiết tách trực tiếp ảnh được cập nhật vào

C L trên c s kết hợp gi a kiến thức chuyên gia và hệ thống phân tích, x lý ảnh Việc chiết tách liệu biến động t ảnh đa thời gian chỉ mang tính hỗ trợ [10], [26] 42], [43], [48], [52], [53], [54], [55]

1.2.2 Ứng dụng công nghệ viễn thám cho mục đích cập nhật cơ sở

dữ liệu

1.2.3 Các công trình nghiên cứu cho mục đích cập nhật cơ sở dữ liệu từ ảnh viễn thám

Các phư ng pháp chiết tách đối tượng địa lý t ảnh viễn

thám được nghiên cứu thành công c bản tập trung vào đối tượng ảnh

viễn thám quang học có độ phân giải < 1m riêng biệt hoặc có thể kết

hợp với liệu Li ar, s ụng thuật toán mô hình thứ bậc Markov,

phư ng pháp GI [42], [43], [45], [49], [53], [54], [55]

1.3 Quản lý và chia sẻ dữ liệu quân sự

1.4 Những vấn đề được giải quyết trong luận án

- Nghiên cứu c s để bổ sung cấu trúc liệu cho C L

n n địa lý phù hợp với mục đích TQH và trình bày bản đồ

- Phân tích các yếu tố ảnh hư ng và các hoạt động TQH theo

đặc điểm đối tượng trong xây ựng C L ẫn xuất để t đó đ ra

giải pháp công nghệ phù hợp

- C s khoa học v trình bày bản đồ t C L với mục tiêu

không làm ảnh hư ng đến chất lượng liệu gốc, được xem xét trên

c s kết hợp kỹ thuật chiết tách thông tin và hiển thị bản đồ số

- C s ứng ụng phư ng pháp phân loại đối tượng, nhóm đối

tượng địa lý quân sự t ảnh viễn thám và các nguyên tắc v lựa chọn, s

ụng tư liệu trên cho mục đích cập nhật C L

- Xây ựng phần m m chuyên ụng để quản lý, chia sẻ và

khai thác C L bản đồ địa hình để m rộng đến các đối tượng s

2.1.2 Cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình uân sự

2.2 Khái quát lý thuyết nền trong xây dựng và cập nhật cơ sở dữ

liệu bản đồ

2.2.1 Bản đồ số

2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ

2.2.3 Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám

2.3 ây dựng cơ sở dữ liệu

2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến xây dựng dữ liệu bản đồ

- Các yếu tố theo lý thuyết chung: Tỷ lệ bản đồ; Nội ung chuyên đ và kiểu bản đồ; Đặc điểm của đối tượng được phản ánh; Đặc điểm địa lý lãnh thổ; Đi u kiện tư liệu; ự trình bày [22], [31], [37]

- Các yếu tố mới xuất hiện o ảnh hư ng của công nghệ: 1

Độ phân giải không gian; 2 Mối quan hệ không gian gi a các đối tượng; 3) Phư ng pháp chiết tách thông tin; 4) Làm giàu liệu

2.3.2 T ng uát h a dữ liệu

Bao gồm các nội ung nghiên cứu có liên quan như: khái niệm tổng quát hóa, tổng quát hóa liệu đối tượng không có ạng mạng lưới, tổng quát hóa liệu đối tượng có ạng mạng lưới, tổng quát hóa liệu thuộc tính, tính tỷ lệ trong tổng quát hóa liệu, phư ng pháp đánh giá độ chính xác TQH liệu

Hình 2-4 Mô hình tổng quát hóa đ xuất

Bảng 2-2 Phân loại các hoạt tổng quát hóa liệu không có ạng mạng lưới

2.3.3 Trình bày bản đồ

Bao gồm các nội ung nghiên cứu có liên quan như: tổng quát

hóa đối tượng bản đồ không có ạng mạng lưới, tổng quát hóa đối tượng bản đồ có ạng mạng lưới, tính tỷ lệ trong TQH bản đồ, nguyên tắc trình bày bản đồ t c s liệu, phư ng pháp đánh giá độ chính xác trình bày bản đồ t C L

Bảng 2-3 Phân loại các hoạt động tổng quát hóa trong biên tập bản đồ

2.3.4 Mô hình cấu trúc cơ sở dữ liệu

- Mô hình cấu trúc

- Nguyên tắc xây ựng các tiêu chí thu nhận đối tượng địa lý

2.4 Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám

2.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giải đoán và phân loại

- Ảnh hư ng của một số yếu tố tự nhiên đến đặc điểm phản xạ quang phổ

- Đặc điểm phản xạ quang phổ của một số đối tượng tự nhiên

- Đặc điểm phản xạ phổ của một số đối tượng nhân tạo

- Đặc trưng v cấu trúc một số đối tượng

- Đặc điểm đối tượng địa lý quân sự

2.4.2 Cơ sở kiến thức hỗ trợ giải đoán mục tiêu uân sự: giải quyết

c s giải đoán các đối tượng địa lý quân sự và c s kiến thức hỗ trợ giải đoán mục tiêu quân sự

2.4.3 Xử lý ảnh số

- Kỹ thuật x lý ảnh số: bao gồm 7 nhóm chính là: 1) Biến đổi, chỉnh s a ảnh; 2) Tăng cường chất lượng hình ảnh; 3) Chiết tách thông tin; 4 Phân loại ảnh; 5 Nắn chỉnh ảnh; 6 Trộn ảnh [25], [37]

- Lựa chọn phư ng pháp lấy mẫu: nhận ạng theo mẫu không

gian (phân loại ảnh bằng mắt và hỗ trợ x lý ảnh số , nhận ạng theo

mẫu thời gian và mẫu phổ s ụng trong phư ng pháp x lý ảnh số)

* Đánh giá độ chính xác đối tượng địa lý sau phân loại

Các đối tượng địa lý chiết tách t ảnh cần được kiểm tra lại thông tin tại thực địa để đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy

* Phát hiện biến động

Có thể s ụng phư ng pháp nghiên cứu viễn thám, GI hoặc kết hợp gi a viễn thám và GI nhằm hỗ trợ quá trình giải đoán

2.4.4 Nguyên tắc lựa chọn và sử dụng tư liệu viễn thám

* Nguyên tắc lựa chọn tư liệu: phụ thuộc vào đối tượng

nghiên cứu Khi giải đoán cần kết hợp được cả hai yếu tố v phổ phản

xạ và độ phân giải không gian Chu k thu lặp ngắn cũng là yếu tố đánh giá khả năng cung cấp thông tin nhanh cho cập nhật

* Nguyên tắc sử dụng tư liệu: lưu ý trong trường hợp đặc

biệt thì yêu cầu v yếu tố thông tin mới được đặt lên hàng đầu

Kết luận chương 2

V mặt lý thuyết, c s khoa học để C L bản đồ có thể đồng nhất trong c s liệu n n địa lý ựa trên các nghiên cứu v mô hình cấu trúc, TQH liệu và trình bày bản đồ các tỷ lệ t C L Bên cạnh đó, việc cập nhật bổ sung liệu địa lý quân sự t ảnh viễn thám quang học

có thể ựa trên các phư ng pháp giải đoán ảnh và x lý ảnh số kết hợp với kiến thức giải đoán mục tiêu quân sự

CHƯƠNG 3 G Ả PH P KỸ THUẬT - C NG NGHỆ Y NG

CƠ SỞ Ữ L ỆU BẢN ĐỒ ĐỊA H NH QU N S

3.1 Lựa chọn công nghệ: Bộ phần m m ArcGI ùng cho xây ựng,

cập nhật C L và trình bày bản đồ, ENVI 5.0 ùng để x lý ảnh số

3.2 Quy trình công nghệ

Hình 3-1 đồ quy trình công nghệ xây ựng C L bản đồ địa hình quân sự