TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu quy trình thành lập bản đồ địa chính số từ trước đến nay; - Đánh giá ưu nhược điểm của quy trình thành lập bản đồ địa chính; - Nghiên cứu sử dụng các tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT

Công trình hoàn thành tại:

Bộ môn Địa chính, khoa Trắc địa, trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS TS Nguyễn Trọng San,Trường Đại học Mỏ - Địa chất

2 TS Trần Thùy Dương, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Phản biện 1:TS Lê Anh Dũng

Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ

Phản biện 2:TS Nguyễn Quốc Khánh

Trung tâm Thông tin và Tư liệu Môi trường - Tổng cục Môi trường

Phản biện 3:TS Nguyễn Đình Thành

Cục Bản đồ Quân đội - Bộ Tổng tham mưu

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

2015

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia - Hà Nội

- Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, việc thành lập bản đồ số nói chung và bản đồ số địa chính nói riêng đang được triển khai rộng rãi trên cả nước Tuy nhiên, do chưa có hệ thống phần mềm xử lý, biên tập một cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống văn bản kỹ thuật cho công tác thành lập bản đồ địa chính thay đổi thường xuyên nên việc thành lập bản đồ số địa chính còn gặp nhiều khó khăn Để thành lập được một bản đồ địa chính số phải thực hiện qua nhiều công đoạn bằng nhiều phần mềm khác nhau, mỗi đơn vị sản xuất thực hiện theo một quy trình riêng Các sản phẩm bản đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước ngoài và các mô đun phần mềm Việt Nam chạy trên các nền đồ họa đó Trong giai đoạn hiện nay, khi luật bản quyền được thắt chặt thì việc sử dụng các phần mềm nước ngoài

sẽ đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho không phải đơn vị sản xuất nào cũng có thể thực hiện được Bên cạnh đó, với dữ liệu không được chuẩn hóa đồng đều thì khai thác ứng dụng bản đồ số địa chính còn hạn chế Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam là một yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa lý luận và thực tiễn cao

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

- Lý thuyết: Đưa ra cơ sở khoa học của các giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính

- Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định tính đúng đắn của những giải pháp đề xuất trong luận án trong công tác thành lập và ứng dụng bản đồ

số địa chính

3 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống văn bản kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ địa chính;

- Công nghệ thành lập bản đồ địa chính qua các thời kỳ;

- Sản phẩm ứng dụng của bản đồ địa chính số

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn ở Việt Nam về công nghệ thành lập

và ứng dụng bản đồ địa chính số theo phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa

5 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu quy trình thành lập bản đồ địa chính số từ trước đến nay;

- Đánh giá ưu nhược điểm của quy trình thành lập bản đồ địa chính;

- Nghiên cứu sử dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện nay để đề xuất các giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa chính cũng như ứng dụng bản đồ số địa chính;

- Nghiên cứu các mô hình dữ liệu để lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp vừa linh hoạt trong việc thành lập vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động đất đai;

- Nghiên cứu xây dựng các thuật toán và giải pháp tăng tốc độ tính toán của chương trình

6 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp phân tích để khảo sát, lập luận cứ cho những đề xuất mới trong luận án; phương pháp so sánh để đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác nhằm

so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp; phương pháp mô hình hóa và tin học để tập hợp các quy luật, chứng minh một số công thức, xây dựng thuật toán phục vụ cho việc tính toán và lập trình máy tính; phương pháp thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm cụ thể

để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng đắn, hiệu quả của các giải pháp đề xuất

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng mô hình dữ liệu phù hợp vừa

linh hoạt trong việc thành lập và khai thác dữ liệu bản đồ số địa chính vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động đất đai

- Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa chính đề

xuất trong luận án nhằm tăng năng suất lao động, chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp, có thể áp dụng ở tất cả các đơn vị thành lập bản đồ số địa chính

8 Các luận điểm bảo vệ

- Giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính đề xuất trong luận án phù hợp với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam hiện nay;

- Sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL là cơ sở để quản lý và khai thác dữ liệu bản đồ số địa chính

9 Các điểm mới của luận án

(1) Cách tiếp cận mới trong việc sử dụng thông tin trực quan khi đo đạc thành lập bản đồ địa chính nhằm chuyên môn hóa công tác nội ngoại nghiệp

(2) Đề xuất sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL và xây dựng thuật toán sử dụng trong biên tập cũng như tạo ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam;

(3) Xác định giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính toán cho các thuật toán trong xây dựng chương trình

10 Kết cấu của luận án

Luận án được chia thành các phần:

(1) Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án;

(2) Chương 1 Tổng quan: Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về

những vấn đề liên quan đến nội dung luận án, các vấn đề còn tồn tại, cần nghiên cứu; (3) Nội dung nghiên cứu được trình bày trong 3 chương 2, 3, 4:

Chương 2 Giải pháp hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa

chính trong điều kiện Việt Nam

Chương 3 Sử dụng cấu trúc dữ liệu Dcel trong thành lập và ứng dụng bản đồ số địa

chính

Chương 4 Xây dựng chương trình thử nghiệm

(4) Phần Kết luận và kiến nghị: trình bày những kết luận mới của luận án và các

kiến nghị nhằm hiện thực hóa những giải pháp đề xuất

(5) Danh mục công trình tác giả

(6) Tài liệu tham khảo

(7) Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới

Lịch sử ra đời và phát triển của bản đồ số và hệ thống thông tin địa lý gắn liền với sự phát triển của máy tính điện tử Từ năm 1950 Trung tâm địa hình Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu vấn đề thành lập bản đồ có sự trợ giúp của máy tính và từ đó công nghệ bản đồ số

và hệ thống thông tin địa lý không ngừng phát triển

1.1.1 Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới

Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở mỗi quốc gia có những sự khác biệt riêng phụ thuộc vào khả năng kinh tế, trang thiết bị kỹ thuật và sự phát triển của khoa học công

nghệ Quy trình chung của các nước xây dựng xong hệ thống bản đồ số địa chính từ rất sớm như Canada, Australia là thực hiện đăng ký xét duyệt trước, tiếp đến đánh dấu mốc rồi mới tiến hành xác định ranh giới thửa, lưu, cập nhật thông tin thửa đất phục vụ quản lý đất đai và khai thác thông tin

1.1.2 Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới

Ứng dụng quan trọng nhất của bản đồ địa chính là quản lý đất đai Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, bản đồ số địa chính ở nhiều nước trên thế giới đã thêm nhiều ứng dụng khác nhau, nhiều nước đã xây dựng hệ thống địa chính đa

mục đích với các hệ thống phần mềm ứng dụng đặc thù riêng

1.2 Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam

1.2.1 Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam

Trước năm 1992, bản đồ địa chính được làm theo công nghệ truyền thống, đo đến đâu

vẽ đến đó trực tiếp ngoài thực địa Công nghệ này có quá nhiều nhược điểm như: tốn nhân công kỹ thuật, ảnh hưởng lớn của điều kiện thời tiết, độ chính xác thấp, sản phẩm bản đồ trên giấy khó lưu trữ, nhân bản Ưu điểm của công nghệ này là các thông tin tức thời tại thực địa được chuyển vẽ và ghi chú ngay lên bản vẽ đồng thời kiểm chứng ngay được sự chính xác về hình thửa, các mối quan hệ hình học của các đối tượng như thẳng hàng, vuông góc Các thông tin này được gọi là thông tin trực quan

Năm 1992, theo yêu cầu của TP Hà Nội về công tác quản lý đất đai cần có bản đồ địa chính tỷ lệ 1/200 khu vực nội thành Việc sử dụng phương pháp triển điểm truyền thống không đảm bảo được độ chính xác thể hiện các đối tượng trên bản đồ Khi đó, Sở Nhà đất Hà Nội yêu cầu phải tính tọa độ chính xác từng điểm chi tiết rồi dùng hệ thống mắt lưới chữ thập triển các điểm theo tọa độ lên bản đồ Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này thấp do việc tính toán tọa độ và triển điểm mất nhiều thời gian (công nghệ thông tin lúc đó chưa phát triển, các phần mềm đồ họa còn hạn chế, máy vi tính còn quá

xa xỉ đối với các đơn vị thành lập bản đồ) Lúc này, một số nhà khoa học đã nghiên cứu xây dựng các chương trình tính tọa độ điểm chi tiết và triển điểm lên bản vẽ Việc tính toán và triển điểm khi đó đã trở nên dễ dàng hơn Mặc dầu vậy, với đội ngũ các nhà khoa học trong đó có các giảng viên khoa Trắc địa của trường Đại học Mỏ - Địa chất và cán bộ đo vẽ chuyên nghiệp nhưng tốc độ thành lập bản đồ chậm và nhiều khu vực không thể vẽ đúng được theo thực địa

Nguyên nhân sau này được phát hiện ra là công nghệ đo vẽ bản đồ số khi đó vô tình vi phạm một số nguyên tắc đo vẽ truyền thống đó là một số nguyên tắc theo phương pháp truyền thống bị phá vỡ khi đo vẽ bản đồ số:

- Người vẽ phải tham gia trong tổ đo: do lúc này máy vi tình giá thành cao, người có trình độ vẽ bản đồ số hiếm nên phải vẽ cho nhiều tổ đo;

- Quá trình vẽ phải được thực hiện ngay sau khi đo: bản vẽ bị tồn đọng nhiều ngày do việc đo nhanh hơn việc vẽ;

- Điểm mia triển tuần tự từ trạm này sang trạm khác theo trình tự đo: các điểm mia chuyển vẽ toàn bộ lên bản vẽ làm cho việc xác định các sai lệch không xác định được khi có một trạm sai

Đúc kết lại, đó chính là thông tin trực quan không được lưu trữ trong sổ đo dẫn đến người vẽ bị mù thông tin Đặc điểm của thông tin này là chỉ lưu trữ trong thời gian ngắn

và chỉ những người trực tiếp ở thực địa mới nắm được đồng thời chỉ phát hiện khi có sai sót chẳng hạn sai điểm trạm máy, điểm định hướng; sai dạng hình thửa, địa vật Chính

vì lẽ đó, người vẽ trên máy tính nối các điểm chi tiết không chính xác, các điểm đúng

điểm sai chồng chéo không phát hiện được làm cho quá trình thành lập bản đồ gặp nhiều khó khăn

Với sự phát hiện này, việc sử dụng thông tin trực quan là nền tảng cơ bản để xây dựng các chương trình thành lập bản đồ số địa chính như PickMap (nhóm Pick), GeoSoft (Đinh Công Hòa), Famis (Tổng cục địa chính) Các chương trình cho phép in bản vẽ theo từng trạm đo, từng khu đo do đó tận dụng được thông tin trực quan của tất cả thành viên trong tổ đo, thậm chí chỉ cần một người trong tổ đo biết sử dụng phần mềm cũng có thể thành lập được bản đồ số một cách dễ dàng

1.2.2 Ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam

Hiện nay, nhiều cơ quan quản lý ở Việt Nam như Bộ Tài nguyên môi trường, Viện điều tra quy hoạch rừng, Viện thông tin tư liệu và bảo tàng địa chất, Viện địa lý thuộc trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia .đã ứng dụng GIS để quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính bản đồ số Đồng thời với việc quản lý thông tin đó đã xây dựng nên các ứng dụng phục vụ cho nhu cầu của mình Các phần mềm được dùng chủ yếu là ArcGIS, ArcInfor, ArcView, GIS office, MGE, MapInfor

Đối với bản đồ số địa chính, việc ứng dụng chỉ mới tập trung trong việc tra cứu thông tin, thống kê đất đai, quy hoạch đất đai, đền bù giải phóng mặt bằng Tuy nhiên, chưa có

hệ thống phần mềm hoàn chỉnh nào giải quyết các bài toán ứng dụng bản đồ số một cách hoàn chỉnh Mỗi khi cần sử dụng bản đồ số trong các ứng dụng đều cần phải qua nhiều khâu, nhiều phần mềm khác nhau dẫn đến sản phẩm ứng dụng không đồng nhất, khó áp dụng

1.2.3 Đánh giá công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính hiện nay ở Việt Nam

1.2.3.1 Đo vẽ chi tiết

Với quy trình hiện nay, do quy định phân mảnh bản đồ địa chính nên việc đo chi tiết thực hiện đo đạc phủ trùm toàn khu đo với nhiều tổ đo khác nhau Tất cả các số liệu đo được chuyển vẽ trên máy vi tính bằng các phần mềm chuyên dụng rồi sử dụng các bản

vẽ sơ họa hoặc ghi chú để thành lập bản đồ tổng thể Quy trình đo vẽ như vậy không chuyên môn hóa công việc nội nghiệp và ngoại nghiệp

1.2.3.2 Biên tập bản đồ

Quá trình biên tập bản đồ địa chính gồm các bước:

- Tạo bản đồ tổng thể khu đo

- Tạo sơ đồ phân mảnh và tạo tờ bản đồ địa chính

1.2.3.3 Quản lý dữ liệu phục vụ ứng dụng bản đồ số địa chính

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính và đo đạc thành lập bản đồ địa chính hiện nay đang sử dụng hai hệ thống riêng biệt nên khó quản lý và cập nhật Mỗi hệ thống có khuôn dạng dữ liệu khác nhau, chính vì vậy, phải chuyển đổi dữ liệu bản đồ từ khuôn dạng này sang khuôn dạng khác Việc chuyển đổi dữ liệu dẫn đến dữ liệu có thể không

được đầy đủ Khi có một thay đổi nhỏ về thông tin một thửa đất sẽ phải tốn nhiều thời gian để cập nhật dữ liệu đồng thời trên cả hai hệ thống và đòi hỏi những người có kỹ thuật cao mới làm được điều này, trong khi đó việc biến động đất đai và cập nhật thông tin đất đai là một việc diễn ra thường xuyên

a Quản lý dữ liệu

Cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính lưu trong 2 dạng file:

- File đồ hoạ *.DGN của Microstation;

- File *.POL lưu trữ mối quan hệ Topo của các đối tượng vùng đồng thời lưu trữ cả

dữ liệu thuộc tính của chúng

Đối tượng dạng vùng quan trọng nhất của bản đồ địa chính cũng như hồ sơ địa chính

là thửa đất Mỗi một thửa đất có một nhãn thửa dưới dạng một cell Nhãn thửa này dùng

để liên kết thửa đất với dữ liệu thuộc tính và các phép tra cứu theo thửa đất đều được chọn theo nhãn này

b Chuẩn dữ liệu địa chính

Chuẩn dữ liệu địa chính hiện nay theo thông tư 17/2010/TT-BTNMT yêu cầu "Chuẩn định dạng dữ liệu sử dụng trong trao đổi, phân phối dữ liệu địa chính được áp dụng theo ngôn ngữ định dạng địa lý (GML- Geography Markup Language); chuẩn định dạng siêu dữ liệu sử dụng trong trao đổi, phân phối siêu dữ liệu địa chính được áp dụng theo ngôn ngữ định dạng mở rộng (XML-eXtensible Markup Language)" Mô hình dữ liệu

Topo cho đối tượng thửa đất dựa trên cơ sở mô hình cấu trúc dữ liệu danh sách cạnh liên kết kép (DCEL) Tuy nhiên, các quy định kỹ thuật thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam lại thay đổi liên tục làm cho việc xây dựng và chuẩn hóa dữ liệu địa chính gặp nhiều khó khăn

1.2.3.4 Vấn đề thay đổi quy định kỹ thuật

Từ khi thành lập bản đồ số đến nay, các văn bản quy định kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ số địa chính đã thay đổi khá nhiều

Trong các thay đổi đó, có những thay đổi làm phá vỡ hệ thống bản đồ đã thành lập cũ làm cho tọa độ các đối tượng trên bản đồ thay đổi hoàn toàn Chính vì vậy, khi phân mảnh bản đồ theo quy định kỹ thuật hiện hành các thửa đất sẽ không bảo toàn được thông tin, các bản đồ được thành lập qua các thời kỳ thay đổi đó sẽ không thể ghép nối với nhau trong cùng một hệ thống

1.2.4 Vấn đề tồn tại cần nghiên cứu

- Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính cần có những giải pháp hoàn thiện như thế nào để vừa thuận lợi trong quá trình thành lập vừa dễ dàng trong công tác cập nhật biến động đất đai phù hợp với sự tiến bộ của khoa học công nghệ ngày nay;

- Quản lý dữ liệu theo cấu trúc như thế nào để xây dựng hệ thống phần mềm đồ họa độc lập phù hợp với điều kiện Việt Nam trong công tác thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG

DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

2.1 Xác định giải pháp

Qua các đánh giá quy trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trong phần tổng quan cho thấy ba vấn đề chính cần được quan tâm giải quyết đó là: chuyển đổi hệ thống bản đồ địa chính số đã có theo hệ thống tọa độ mới mà vẫn lưu trữ

được thông tin thuộc tính thửa đất; chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp; quản lý

cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính sao cho vừa thuận lợi trong việc thành lập vừa dễ dàng trong công tác cập nhật biến động đất đai cũng như ứng dụng bản đồ số địa chính

2.2 Chuyển đổi bản đồ địa chính khi thay đổi hệ thống tọa độ

Hiện nay, hệ thống bản đồ số tỷ lệ trung bình và lớn đã và đang thành lập trong hệ tọa

độ VN2000, múi chiếu 3 độ và kinh tuyến trục địa phương Tuy nhiên, nhiều địa phương

do chưa có kinh phí nên vẫn còn sử dụng hệ thống bản đồ số ở hệ tọa độ HN72, thậm chí

có địa phương vẫn còn sử dụng bản đồ giải thửa giấy 299 (bản đồ được đo vẽ theo chỉ thị 299/TTg năm 1980 của Phủ Thủ tướng) Đến nay, theo thông tư 25/2014/TT-BTNMT của Bộ tài nguyên và Môi trường đã thay đổi thông số đơn vị đo, tọa độ điểm trung tâm làm việc

Như vậy, có thể thấy rằng bản đồ địa chính đã được thành lập qua nhiều giai đoạn khác nhau, với các hệ tọa độ khác nhau và được sử dụng để quản lý ở nhiều cấp đến từng thửa đất

Với sự phát triển của khoa học công nghệ, hội nhập quốc tế thì việc thay đổi hệ tọa độ

và quy định kỹ thuật là điều không thể tránh khỏi, trong khi đó, đối với người sử dụng đất, những vấn đề về thay đổi hệ tọa độ hay quy định kỹ thuật thành lập không làm thay đổi phần lớn những thông tin thuộc tính riêng của họ

Vấn đề đặt ra là làm thế nào chuyển đổi hệ thống bản đồ cũ sang hệ thống tọa độ mới

mà thông tin thuộc tính các thửa đất phải cập nhật là ít nhất

2.2.1 Giải pháp chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số

Để chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số dạng Vector trước hết chuyển bản đồ giấy sang dạng Raster bằng thiết bị quét với độ phân giải cao, sử dụng các điểm khống chế tọa độ hoặc các điểm đặc biệt có độ chính xác cao và phần mềm chuyên dụng nắn ảnh về đúng hệ tọa độ Sau khi nắn ảnh, số hóa để tạo bản đồ số dạng Vector Mỗi thửa đất được gắn một chỉ số quản lý duy nhất Các thông tin thuộc tính được lưu trữ dưới dạng bảng dữ liệu tham chiếu đến chỉ số này Từ đó, có thể gắn kết thông tin thuộc tính với thông tin không gian

2.2.2 Giải pháp chuyển đổi bản đồ giữa hai hệ thống tọa độ

Trước hết cần phân tích, xác định kiểu dữ liệu bản đồ địa chính đã có, cần làm rõ: hệ tọa độ, kinh tuyến trục, bản đồ đã được biên tập trên phần mềm đồ hoạ nào, dạng file đồ họa của bản đồ, bản đồ có kèm cơ sở dữ liệu thuộc tính hay không, có hay không các điểm khống chế tọa độ biết tọa độ trong hai hệ cũ và mới, v.v

Giải pháp chuyển đổi thực hiện qua các bước sau:

- Từ File dữ liệu bản đồ địa chính, tạo file tọa độ điểm đặc trưng của các đối tượng bản đồ địa chính;

- Chọn điểm nắn theo các phương án khác nhau;

- Xác định phương trình nắn;

- Tính chuyển tọa độ: chuyển dữ liệu không gian sang hệ tọa độ mới

- Biên tập bản đồ mới;

- Chuyển đổi CSDL thuộc tính;

- Xây dựng CSDL thuộc tính nếu bản đồ cũ không có CSDL thuộc tính;

- Cập nhật CSDL thuộc tính cho các tờ bản đồ có thửa đất biến động

Như vậy, song song với quá trình chuyển đổi tọa độ các đối tượng không gian của bản

đồ địa chính, ta cần chuyển đổi cơ sở dữ liệu thuộc tính tương ứng để đảm bảo bản đồ địa chính sau chuyển đổi vẫn lưu trữ được cơ sở dữ liệu thuộc tính

Điểm nắn là các điểm có tọa độ trong cả hai hệ thống tọa độ Tuỳ theo phương trình nắn được sử dụng và phương pháp xác định toạ độ các điểm nắn, ta sẽ có các phương pháp nắn khác nhau

2.2.3 Chuyển đổi cơ sở dữ liệu thuộc tính

Bản đồ địa chính là loại bản đồ thể hiện các đối tượng qua các dữ liệu không gian có kèm theo cơ sở dữ liệu thuộc tính Việc chuyển đổi bản đồ địa chính từ hệ tọa độ này sang tọa độ khác cần được thực hiện một cách đồng thời đối với các đối tượng không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính tương ứng để đảm bảo bản đồ địa chính sau chuyển đổi vẫn có cơ sở dữ liệu thuộc tính tương thích

Cập nhật dữ liệu từ các tệp dữ liệu thuộc tính của bản đồ địa chính trong hệ nguồn vào các tờ bản đồ địa chính trong hệ đích bằng cách tham chiếu qua một chỉ số duy nhất của thửa đất Chỉ số này cần được lưu trữ cùng với cơ sở dữ liệu thuộc tính đồng thời thể hiện dưới dạng một đối tượng đồ họa dạng Text nằm trong ranh giới thửa đất Đối tượng này được chuyển sang hệ mới đồng thời với quá trình chuyển đổi tọa độ của các đối tượng không gian

Bản đồ tổng thể theo đơn vị hành chính sau khi chuyển đổi hệ tọa độ, tiến hành biên tập lại, tạo mô hình Topo, các thửa đất vẫn lưu trữ chỉ số duy nhất của thửa đất Khi cần cập nhật thông tin sẽ tham chiếu đến chỉ số này để lấy thông tin thuộc tính

2.3 Giải pháp chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp

2.3.1 Giải pháp đề xuất

- Phân lô thửa đất

Phân chia khu vực đo vẽ thành các lô thửa đất liền kề Các lô thửa đất này được phân chia theo nguyên tắc phân tách nhau bằng các đối tượng hình tuyến như giao thông, thủy lợi phù hợp với đặc điểm khu đo Tiến hành đánh số lô thống nhất từ đầu đến cuối trong quá trình đo đạc và biên tập bản đồ Chỉ số tham chiếu duy nhất đến thửa đất sẽ là: MX.SL.ST, trong đó MX là mã xã, SL là số hiệu lô, ST là số hiệu thửa đất trong lô Việc đánh số thửa đất thực hiện tuần tự, không được trùng lặp trong lô sao cho các thửa đất liền kề nhau có số hiệu thửa kề nhau để dễ tìm kiếm Việc đánh số hiệu thửa

có thể được thực hiện ngay khi vẽ sơ họa các lô thửa đất Từ đó, các thửa đất được định danh duy nhất, dễ dàng trong thu thập thông tin thuộc tính, không xảy ra nhầm lẫn khi một số thông tin trùng nhau

- Tạo dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

- In các lô thửa đất

- Đo đạc ngoại nghiệp

- Xử lý số liệu nội nghiệp sơ bộ

- Kiểm tra đối soát

- Biên tập lô thửa đất

2.3.2 Hiệu quả của giải pháp

- Tận dụng được nhân lực tổ đo, chuyên môn hóa công việc nội nghiệp và ngoại nghiệp Công việc ngoại nghiệp không yêu cầu cán bộ kỹ thuật cao, công việc nội nghiệp có thể tận dụng được lượng cán bộ kỹ thuật nữ có kỹ thuật cao, các bản vẽ được biên tập theo một quy chuẩn cụ thể;

- Người quản lý có thể kiểm soát được khối lượng công việc thực hiện mọi lúc mọi nơi mà không cần ở tại khu vực đo vẽ (kiểm tra bằng Google Earth);

- Việc phân chia khu vực đo vẽ thành các lô thửa đất là một quan điểm mới nhằm mục đích quản lý khu đo một cách hợp lý hơn Với cách phân chia này dễ kiểm soát, dễ đối

soát, chỉnh sửa, các tổ đo sau khi đã được phân công có thể hoạt động độc lập Tiến hành biên tập riêng rẽ, xuất các hồ sơ thửa đất theo từng lô thửa mà không cần phải thành lập bản đồ tổng như quy trình thành lập bản đồ hiện nay Quy trình này có thể tận dụng được khả năng làm việc song song giữa đo vẽ bản đồ và xây dựng hồ sơ địa chính đồng thời giúp cho quá trình quản lý đất đai sau này cũng thuận lợi hơn;

- Các lô thửa đất được quản lý riêng bảo toàn được mối quan hệ liền kề giữa các thửa đất và thỏa mãn được các yêu cầu của hệ thống tham chiếu thửa đất dù thay đổi sang hệ tọa độ khác

2.4 Giải pháp lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp quản lý và biên tập

Hiện nay, mô hình dữ liệu để quản lý và biên tập các đối tượng đồ họa thường sử dụng hai mô hình chính: Mô hình dữ liệu Spaghetti và mô hình dữ liệu Vector Topo Để

có giải pháp lựa chọn mô hình dữ liệu nào phù hợp với việc quản lý và biên tập bản đồ

số địa chính, tiến hành phân tích các mô hình từ đó đưa ra lựa chọn hợp lý

2.4.1 Mô hình dữ liệu Spaghetti

Là mô hình dữ liệu đơn giản, các đối tượng chỉ được lưu trữ bằng các cặp toạ độ Trong cấu trúc dữ liệu Spaghetti, đơn vị cơ sở là các cặp tọa độ trên một không gian địa

lý xác định Do đó, mỗi đối tượng điểm được xác định bằng một cặp tọa độ (x, y); mỗi đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp tọa độ (xi, yi); mỗi đối tượng vùng được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xj, yj) với điểm đầu và điểm cuối trùng nhau

Đặc điểm: Cấu trúc Spaghetti không ghi nhận đặc trưng kề nhau của hai vùng kề nhau, nghĩa là tại hai vùng kề nhau sẽ có hai cạnh chung kề nhau, cạnh chung của hai vùng kề nhau là hai cạnh độc lập nhau

Cấu trúc này đơn giản, dễ trình bày, biên tập vì vậy vẫn được sử dụng rộng rãi để thành lập bản đồ, tuy nhiên khối lượng lưu trữ lớn, trùng lặp dữ liệu, không ghi nhận đặc trưng kề nhau của các vùng nên khó áp dụng trong quản lý dữ liệu bản đồ số địa chính

2.4.2 Mô hình dữ liệu Topo

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

2.4.2.1 Cấu trúc Winged-Edge Topology

Cấu trúc Winged-Edge Topology (còn gọi là cấu trúc cạnh có cánh) quản lý các cạnh thửa đất với các mối liên kết cạnh trái trước, trái sau, phải trước, phải sau, mặt trái, mặt phải Các cạnh đều phải xác định hướng

Đặc điểm của cấu trúc này lưu trữ các cạnh theo hướng do đó việc xác định hướng của cạnh thửa cần đặc biệt quan tâm, từ đó mới xác định được các cạnh trái trước, trái sau, phải trước, phải sau

Ưu điểm: Khối lượng lưu trữ dữ liệu nhỏ do không dư thừa dữ liệu, mỗi cạnh liên kết với bốn cạnh khác

Nhược điểm: Cách lưu trữ tương đối phức tạp, phải tạo mô hình Topo trước thì mới xây dựng được cấu trúc dữ liệu

2.4.2.2 Cấu trúc dữ liệu Doubly Connected Edge List (DCEL)

DCEL là cấu trúc dữ liệu danh sách cạnh liên kết kép quản lý bản vẽ và mối quan hệ Topo giữa các thửa đất (Hình 2.6) Mỗi cạnh thửa đất được quản lý bởi hai nửa cạnh có hướng ngược nhau và nửa cạnh này là nửa cạnh đảo của nửa cạnh kia DCEL quản lý dữ liệu bởi 3 bảng: Bảng danh sách đỉnh; bảng danh sách nửa cạnh và bảng danh sách vùng

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu DCEL là

đơn giản, dễ quản lý, có thể tạo ngay được

cấu trúc dữ liệu DCEL mà chưa cần tạo mô

hình Topo, chỉ cần dựa vào mối quan hệ

không gian giữa các nửa cạnh

Nhược điểm: mô hình này có nhược điểm

là dung lượng lưu trữ lớn Nhược điểm này

hiện nay với cấu hình máy tính lớn không

còn là vấn đề đáng ngại nữa

2.4.2.3 Cấu trúc dữ liệu Link-Node

Cấu trúc dữ liệu Link-Node là cấu trúc

liên kết các điểm

+ Link là chuỗi các đoạn không cắt nhau

có cùng những thuộc tính chung và không

cắt các link khác trừ điểm đầu và điểm cuối

+ Node: là điểm đầu hoặc điểm cuối của Link, một Node có thể là điểm chung của nhiều Link

Các tọa độ của Node được lưu vào một file riêng biệt, nó có thể được tham chiếu tới các Link khác qua điểm đầu và điểm cuối của Link đó

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu Link-Node là dung lượng lưu trữ ít hơn, thay các đoạn liền kề chung của hai vùng bằng các Link, ít dư thừa dữ liệu

Nhược điểm: lưu trữ tương đối phức tạp, cần xác định chính xác các Nodes, các Links ngoài ra trên mỗi Link cần quản lý danh sách tọa độ các điểm trong Link, cần phải tạo

mô hình Topo trước mới tạo được cấu trúc dữ liệu

Qua nghiên cứu các mô hình dữ liệu cho thấy, các mô hình Topo đều thuận lợi cho việc quản lý mô hình Topo thửa đất, tuy nhiên cấu trúc dữ liệu DCEL quản lý các nửa cạnh độc lập là cấu trúc đơn giản, dễ hiểu, nên dễ xử lý Chính vì vậy, trong nghiên cứu của luận án, chọn mô hình Topo với cấu trúc dữ liệu DCEL để nghiên cứu

CHƯƠNG 3 SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU DCEL TRONG THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH

Các phần mềm biên tập bản đồ địa chính ở Việt Nam hiện nay hầu hết chỉ tập trung tạo mô hình Topo mà chưa chú trọng đến việc lưu trữ mối quan hệ Topo của các vùng Chính vì vậy, mỗi khi có sự biến động về thông tin không gian của vùng cần phải xây dựng lại mô hình Topo Quá trình này vừa tốn thời gian, vừa mất đi các thông tin thuộc tính của các vùng đã có Sau khi tạo lại Topo người sử dụng phải gắn thêm các dữ liệu thuộc tính cho các vùng phát sinh và việc này thường khó kiểm soát bởi các vùng biến động có thể ở nhiều nơi trên bản vẽ Chính vì vậy, người sử dụng thông thường gán lại toàn bộ cơ sở dữ liệu thuộc tính trên bản vẽ khi có bất kỳ một biến động nào về vùng

dù chỉ những thay đổi nhỏ Đây là một trong những công việc tốn thời gian và dễ nhầm lẫn, bỏ sót trong công tác nội nghiệp

Để giải quyết vấn đề này, cần phải xây dựng một hệ thống biên tập chuyên dụng với một mô hình cấu trúc dữ liệu Topo phù hợp đồng thời có các giải pháp để quản lý cơ

sở dữ liệu khi có biến động về vùng mà vẫn đảm bảo mối quan hệ Topo giữa các vùng Với cấu trúc dữ liệu lựa chọn là DCEL một số vấn đề quan trọng trong công tác thành

v 4

Hình 2.6 Mô hình cấu trúc danh sách cạnh liên kết kép

lập và ứng dụng bản đồ số như tạo mô hình Topo, biên tập thửa đất, chồng phủ các vùng cần có những giải pháp, thuật toán cụ thể để thực hiện

Trước hết cần nghiên cứu một số thuật toán cơ sở sẽ áp dụng trong việc sử dụng cấu trúc DCEL thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính

3.1 Một số thuật toán cơ sở

3.1.1 Sắp xếp và tìm kiếm

3.1.1.1 Sắp xếp nhanh

3.1.1.2 Tìm kiếm nhị phân

3.1.2 Xác định điểm nằm ở phía nào của đoạn thẳng

Đoạn thẳng được xem như một vectơ có chiều từ đầu mút thứ nhất đến đầu mút thứ hai Khi giải quyết bài toán này, chúng ta cần chú ý đến các trường hợp ba điểm thẳng hàng Hàm ccw có ba giá trị 1, -1 và 0, trong đó 1: điểm xét ở bên trái, -1 :điểm xét ở bên phải Khi ba điểm thẳng hàng, 1: đầu mút thứ hai nằm giữa, -1: đầu mút thứ nhất nằm giữa, 0: điểm xét nằm trong đoạn thẳng Hàm này được xây dựng trên cơ sở xét dấu của tích có hướng hai vectơ, vectơ thứ nhất là bản thân đoạn thẳng, vectơ thứ hai nối từ điểm thứ hai đến điểm xét

3.1.3 Kiểm tra giao của hai đoạn thẳng

Trong mối quan hệ giữa hai đoạn thẳng, trường hợp thường gặp nhất là bài toán xác định giao điểm Tuy nhiên đôi khi chúng ta chỉ muốn biết chúng có thực sự giao nhau hay không mà không cần xác định điểm giao Trong trường hợp này, chúng ta chỉ cần kiểm tra điều kiện: hai đầu mút của đoạn thẳng này phải nằm ở hai phía so với đoạn thẳng kia và ngược lại, khi đó hàm ccw của hai đầu mút này sẽ có dấu ngược nhau

3.1.4 Kiểm tra điểm nằm trong đa giác

Bài toán này nhằm xác định xem một điểm có nằm trong miền một đa giác khép

kín hay không Bài toán Điểm nằm trong đa giác có nhiều ứng dụng trong thực tiễn Đây

là bài toán cần được giải quyết cho hầu hết các phần mềm đồ họa Bài toán này sẽ được

mở rộng để giải quyết các bài toán phức tạp hơn như đoạn nằm trong một đa giác, miền nằm trong một đa giác

3.1.5 Phân hoạch không gian đối tượng

Khi tổ chức một CSDL, người ta thường sắp xếp chúng theo một cách nào đó để thuận tiện cho việc tìm kiếm dữ liệu khi cần thiết Việc này cũng tương tự việc tổ chức sắp xếp các từ trong một cuốn từ điển theo thứ tự ABC để thuận tiện cho việc tra cứu Một ví dụ khác là việc sắp xếp các cuốn sách trong thư viện theo thứ tự của tên các tác giả hoặc sắp xếp theo chủ đề để người thủ thư có thể dễ dàng tìm thấy cuốn sách theo yêu cầu của người đọc Việc sắp xếp dữ liệu theo thứ tự như vậy đòi hỏi một số phí tổn

về thời gian và nguồn lực ban đầu, tuy nhiên việc tìm kiếm chúng sẽ được thực hiện nhanh chóng hơn nhiều Đối với các loại dữ liệu khác nhau sẽ tương ứng với cách sắp

xếp phù hợp khác nhau Phân hoạch không gian là thuật ngữ để chỉ việc sắp xếp các đối

tượng đồ họa theo đặc điểm vị trí của chúng trong không gian với mục đích tương tự Thông thường, việc tìm kiếm các đối tượng đồ họa được tìm kiếm theo một vùng phẳng nào đó Trong các ứng dụng thực tế, vùng tìm kiếm được giới hạn bởi một hình chữ nhật

là trường hợp thường gặp nhất

3.1.6 Tính diện tích đại số một đa giác

Một đa giác có n đỉnh, mối đỉnh có tọa độ (xi, yi) Diện tích đại số của đa giác S được tính theo công thức cơ bản:

1 i 1 i

x 2

1

Diện tích đại số cho giá trị có dấu, nếu tính theo chiều kim đồng hồ sẽ có dấu dương, tính ngược chiều kim đồng hồ có dấu âm

3.1.7 Xác định góc hợp bởi phương thẳng đứng với đoạn thẳng

Một đoạn thẳng AB nối hai điểm A (xA, yA) và B (xB, yB) Góc α hợp bởi phương thẳng đứng từ A tới đoạn thẳng AB theo chiều kim đồng hồ được tính như sau:

Đặt x = xB - xA; y = yB - yA; atn(x) là giá trị arctan của x







Nếu α < 0 thì α = α + 2* π (Để đảm bảo α luôn không âm)

3.2 Thuật toán tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL

Kết quả thu được là một danh sách điểm đã được sắp xếp với số lượng điểm Nđ

3.2.2 Xác định các đoạn hở, các đoạn giao nhau

Một trường hợp thường xảy ra trong thực tế đo đạc ngoại nghiệp, khi một điểm được đo hai lần, do sai số đo và tính toán, dẫn đến tọa độ thu được của điểm này các lần

đo có giá trị khác nhau

Đối với trường hợp cần loại bớt một giá trị tọa độ, phải có chỉ tiêu điểm trùng

Cách giải quyết trong trường hợp nối tắt cần xác định vị trí giao nhau của hai cạnh (theo thuật toán 3.1.3), bổ sung một điểm mới và dùng điểm này để chia các cạnh nối tắt thành hai cạnh mới

3.2.3 Nhập cạnh, sắp xếp, lọc cạnh trùng

Sau khi thực hiện việc sắp xếp và lọc điểm trùng, các đầu mút của các đoạn có chỉ

số khác nhau sẽ phải trỏ tới các điểm khác nhau Sau đó sử dụng hàm tìm kiếm nhị phân với khóa là tọa độ đối với danh sách điểm đã lọc và sắp xếp ở bước trên để xác định chỉ

số điểm của các đầu mút cạnh (đoạn thẳng) nhập Tiếp theo, đến bước lọc cạnh trùng, lúc này chỉ cần thao tác trên các chỉ số của đầu mút mà không cần quan tâm đến tọa độ

Trước hết, tiến hành việc sắp xếp các đoạn thẳng với khóa là các chỉ số của đầu mút thứ nhất của các đoạn, sau đó thực hiện việc sắp xếp với khóa là đầu mút thứ 2 đối với những phần mà đầu mút thứ nhất trùng nhau theo góc hợp bởi phương thẳng đứng tới đoạn thẳng từ bé đến lớn Kết quả thu được là một danh sách đoạn thẳng đã được sắp xếp theo chỉ số của một đầu mút