Công nghệ viễn thám; 3.Viễn thám trong địa chất.. Hệ thông tin địa lý[r]
Trang 11420 BÁCH KHOA THƯ Đ |A CHAT
VIỄN THÁM
Các m ụ c từ: 1 Hệ thông tin địa lý; 2 Công nghệ viễn thám; 3.Viễn thám trong địa chất
Hệ thông tin địa lý
Nguyễn Đình Dương Viện Địa lý,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Giới thiệu
H ệ th ô n g tin đ ịa lý (HTTĐL) là m ộ t h ệ th ố n g
d ù n g đ ế n h ậ p , lư u trữ , th a o tác, p h â n tích, q u ả n lý
và trìn h d iễ n các d ữ liệu k h ô n g gian đ ịa lý khác
n h a u p h ụ c vụ công tác q u ả n lý tài n g u y ê n m ôi
trư ờ n g , h ỗ trợ việc đ ư a ra n h ừ n g quye't đ ịn h đ ú n g
đắn K hái n iệm đ ịa lý ở đ â y k h ô n g h iể u th eo n g h ĩa
của n g à n h Đ ịa lý học m à h iể u th eo n g h ĩa k h ô n g
gian, tứ c là các d ữ liệu p h ả i đ ư ợ c g ắ n kèm th eo
th ô n g tin đ ịn h vị k h ô n g g ia n tro n g m ộ t hệ q u y chiêu
n ào đấy T h u ậ t n g ữ Hệ thông tin địa lý (G eo g rap h ic
T o m lin so n s ử d ụ n g đ ầ u tiên n ă m 1968 T ừ v iết tắt
GIS tứ c HTTĐL đ ôi k hi c ũ n g đ ồ n g n g h ĩa cho n g à n h
kh o a học T h ô n g tin đ ịa lý Đ ây là m ộ t lĩn h vự c
n g h iê n cứ u h o ặc n g h ề n g h iệ p với h ệ th ô n g tin đ ịa lý
đ ư ợ c h iế u n h ư m ộ t p h ầ n củ a m ộ t lĩn h vự c ch u y ê n
g iản n h ất, HTTĐ L có th ể h iế u n h ư m ộ t s ự sát n h ậ p
K hoa học m áy tính
Tổng quan
H TTĐ L g ổ m b a th à n h p h ầ n cơ b ả n - m á y tính,
g iói th ự c và t h ế giớ i th ự c tro n g H T TĐ L lu ô n lu ô n
k h ác n h a u [H l] T h ế giới tro n g H T TĐ L chỉ là m ô
h ìn h đ ơ n g iả n củ a t h ế giớ i th ự c vớ i m ộ t s ố lư ợ n g
th ô n g tin h ừ u h ạ n đ ư ợ c lư u g iữ tủ y th e o m ụ c đ íc h
sử d ụ n g Việc q u á n lý s ố liệu k h ô n g g ian lu ô n g ặp p h ả i các
k h ó khăn
- Sô' liệu, b ả n đ ổ đ ư ợ c lư u trữ tro n g n h ữ n g hệ
th ố n g không th â n thiện, k h ó tiếp cận v à khó tìm kiêm
- Bản đổ, SỐ liệu thống kê thường cũ và không
đ ư ợ c cập n h ậ t th ư ờ n g x u y ên
- D ừ liệu v à thông tin th ư ờ n g không chính xác
- C ác d ữ liệ u k h ô n g g ia n k h ố n g k h ớ p với n h a u
- K hông có c h u ẩ n lư u tr ữ s ố liệu, b ản đ ổ v à rất
k h ó th ự c h iệ n việc ch ia sẻ g iữ a n h ữ n g n g ư ờ i sử
d ụ n g cũ n g n h ư g iữ a n h ữ n g c h ủ sở h ữ u
- Việc ra q u y ế t đ ịn h th ư ờ n g k h ô n g đư ợ c h ỗ trợ bằng luận cứ khoa học dựa trên phân tích số liệu Việc q u ả n lý vớ i trợ g iú p củ a HTTĐ L sẽ có n h iề u
ư u v iệt n h ư d ư ớ i đ ây
- D ữ liệu k h ô n g g ia n đ ư ợ c q u ả n lý và lư u tr ữ tốt
h ơ n ờ các k h u ô n d ạ n g tiê u ch u ẩn
- C ông tác c h ỉn h sử a v à tái b ả n đ ư ợ c thự c h iệ n d ê
hơ n
- Việc tìm k iếm , p h à n tích và trìn h d iễn s ố liệu
k h ô n g g ian đ ư ợ c th ự c h iệ n d ễ hơn
- Có khả n ă n g tạ o ra n h iề u sản p h ẩ m d ẫ n x u ất
Trang 2- Việc chia sẻ và c h u v ế n đ ổ i d ừ liệu th u ậ n tiện
hơn
- N â n g cao đ ư ợ c n ă n g s u â t c ô n g việc
- Tiết kiệm thờ i g ian v à chi p h í
- Tạo cơ sờ k h o a học cho việc ra q u y ế t đ ịn h
M ột HTTĐL tô ch ứ c tố t p h ả i trả lời đ ư ợ c n h ừ n g
cáu hòi cơ b ản sau đây
- Đ ây là gì?
- Đ ối tư ợ n g n à y ở đ â u ?
- Q u á trìn h th a y đ ổi th e o th ờ i g ia n n h ư t h ế nào?
- Liên q u a n tới d ừ liệu n ào?
- Đ iều gì x ảy ra n ê u ?
M ột HTTĐL cơ b àn cần có các ch ứ c n ă n g sau đây:
- N h ậ p d ừ liệu và tiề n x ử lý
o Biên tập
o Xây d ự n g q u a n h ệ to p o (to p o lo g y )
o C h u y ê n đ ổ i k h u ô n d ạ n g
- Q u ả n lý v à tru y n h ậ p cơ sở d ừ liệu
o L ư u trừ
o Tìm kiếm
- Đ o đ ạc và p h â n tíc h k h ô n g g ia n
o Xây d ự n g v ù n g đ ệ m
o C h ồ n g xếp s ố liệu
- T rìn h d iễ n và tạo k ế t q u ả đ ẩ u ra d ư ớ i d ạn g :
o Bản đ ổ c h u y ê n đ ể
o T rìn h d iễ n p h ố i c ả n h
H iện n a y có n h iề u h ệ th ố n g p h ầ n m ề m HTTĐL
với m ứ c đ ộ h o à n th iệ n k h á c n h a u P h ầ n m ềm p h ổ
biến n h ấ t M a p ln fo đ ư ợ c s ử d ụ n g rộ n g rãi ờ Việt
N am M a p ln fo có m ộ t s ố c h ứ c n ă n g c ủ a HTTĐL,
n h ư n g n h ữ n g ch ứ c n ă n g co b ả n n h ư tạo q u a n hệ
to p o và p h â n tích k h ô n g g ia n n ó i c h u n g còn yếu
M a p ln fo đ ư ợ c sử d ụ n g c h ủ y ế u đ ể s ố h ó a và trìn h
d iễ n và in ấn b ả n đ ồ M ic ro S ta tio n c ũ n g là m ộ t h ệ
th ố n g p h ầ n m ể m đ ư ợ c s ử d ụ n g n h iề u ở V iệt N am ,
sử d ụ n g chủ y ế u tro n g q u ả n lý lư u tr ữ b ả n đ ổ đ ịa
hình P h ẩ n m ề m A rcG IS là p h ầ n m ề m đ ú n g n g h ĩa v ề
HTTĐL P h ần m ể m n à y c ủ a h ã n g ESRI p h á t triể n với
rất n h iề u m o d u l k hác n h a u M ộ t s ố m o d u l tích h ợ p
cả p h ầ n xử lý ả n h sô' v à o A rcG IS v à là m ArcGIS trở
th à n h m ộ t h ệ th ố n g p h ẩ n m ề m h o à n h ả o n h ấ t cho
p h â n tích s ố liệu
MÔ hình dữ liệu và cấu trú c
Có h ai loại d ữ liệ u h ìn h h ọ c p h ổ b iên tro n g
H TTĐL, đ ó là d ạ n g v e c to r v à đ iể m ả n h [H.2] M ô
h ìn h d ữ liệu v e c to r s ử d ụ n g các đ ố i tư ợ n g h ìn h học
g iản đ ơ n n h ư đ iểm , đ ư ờ n g v à v ù n g đ ê tạo n ên các
đ ố i tư ợ n g p h ứ c h ọ p T h u ộ c tín h đ ư ợ c g á n cho các
đối tư ợ n g th eo cách th ứ c tr u y ề n th ố n g M ô h ìn h d ừ
liệu điểm ảnh sử dụng các lưới đều hình vuông để
m ô tả các đ ối tư ợ n g p h ứ c h ợ p G iá trị c ủ a đ iểm ản h
ch ín h là th u ộ c tín h củ a đ ố i tư ợ n g
M ỗi m ô h ìn h d ữ liệu đ ể u có các ư u đ iể m và
n h ư ợ c điếm
M ô h ìn h d ừ liệu vector có n h ữ n g ư u đ iếm ch ín h
là c h ín h xác, d u n g lư ợ n g lư u trừ nhỏ, cu n g câp q u a n
hệ to p o d ừ liệu đ ầy đ ủ , tru y cặp ch u y ể n đồi k h u ô n
d ạ n g n h a n h N h ữ n g n h ư ợ c đ iểm có th ế k ể đ ế n n h ư câu trú c p h ứ c tạp, khó chổng xếp và cập n h ậ t d ừ liệu, đ ặc b iệt công tác n h ặ p d ử liệu tốn rất n h iề u công sức
H ìn h 2 Mô hlnh dữ liệu vector (trái) và điềm ảnh (phải).
M ỏ h ìn h d ừ liệu đ iểm ả n h có ư u đ iểm n h ư cấu trú c d ữ liệu đ ơ n giản, p h ù h ợ p cho chổng xếp, áp
d ụ n g m ô h ìn h , trìn h d iễ n 3D và tích h ợ p d ử liệu
C ô n g tác n h ậ p liệu k h ô n g p h ứ c tạp N h ữ n g n h ư ợ c
đ iểm ch ín h có th ể k ể đ ế n là cẩn d u n g lư ợ n g lu n trừ lớn, k h ô n g th ể p h â n tích m ạ n g và việc ch u y ển đ ổ i
k h u ô n d ạ n g g ặ p n h iề u k h ó khăn
Q u a n hệ to p o là k hái n iệm d ù n g đ ể chi m ối
q u a n h ệ giừ a các đ ối tư ợ n g liền k ể với n h a u tro n g
k h ô n g g ian cũ n g n h ư tín h liên tụ c củ a nó tro n g
k h ô n g g ian xác đ ịn h M ột d ữ liệu ch u ẩ n tro n g
H TTĐ L đ ò i h ỏi k h ô n g chỉ có tọa đ ộ v à th u ộ c tín h
đ ầ y đ ủ m à còn đ ư ợ c xác đ ịn h tố t v ề m ặ t q u a n h ệ
to p o [H.3]
H ìn h 3. Topo (Topology) của vùng.
D o d ữ liệu v ecto r đ ư ợ c tồ chức d ự a trê n các đ ối
tư ợ n g đ ơ n g iản n h ư điểm , đ ư ờ n g và v ù n g n ê n q u a n
h ệ to p o củ a d ữ liệu v ecto r trư ớ c tiên là th ể h iện m ối liên q u a n củ a các đ ối tư ợ n g g iản đ ơ n n ày tro n g
k h ô n g gian Ví d ụ , q u a n h ệ g iữ a m ộ t đ iếm với
đ ư ờ n g là đ iể m n ày có n ằ m trê n đ ư ờ n g đ ó khô n g ?
N ế u k h ô n g thì n ằ m p h ía b ê n trái h ay b ê n p h ả i của
đ ư ờ n g đó Q u a n h ệ của đ iể m v à v ù n g c ũ n g có th ê
d iễ n tả tư ơ n g tự - đ iểm n à y có n ằ m trên đ ư ờ n g b ao của v ù n g kh ô n g ? N ế u k h ô n g thì đ iểm n ày n ằ m tro n g h ay n g o ài v ù n g đó M ối q u a n h ệ giữ a đ ư ờ n g
và v ù n g c ũ n g có th ể m ô tả tư ơ n g tự - đ ư ờ n g n ày có cắt h a y k h ô n g cắt v ù n g cho trư ớc? N ê u cắt thì cắt ở
m ấy đ iểm ? N ế u k h ô n g cắt thì đ ư ờ n g đ ó n ằ m ở đ â u
so với v ù n g ? Bên trái h ay phải, v.v
Trang 31422 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
T ừ h ìn h 3 trên đ â y ta th ây v ù n g 11 đ ư ợ c tạo bơi
các cạnh 1, 2, 5, v ù n g 12 đ ư ợ c tạo bời cạnh -2, 6, -3
D ấu gạch n g a n g (-) đ ứ n g trư ớ c s ố hiệu cạnh chi
chiều cua cạnh T h ô n g th ư ờ n g chiểu (-) cua cạnh
đ ư ợ c xác đ ịn h là n g ư ợ c chiều kim đ ổ n g hổ
Q u an hệ topo của d ử liệu điểm ảnh tư ơ n g đối
khác so vói d ừ liệu vector Vì đ ối tư ợ n g cơ ban ơ đâv
chỉ là các điếm an h n ên to p o (topology) chi n êu lên
m ối q u a n hệ giừ a các diêm a n h với n h au Số hàng, số
cột tro n g ả n h th ư ờ n g đư ợ c sử d ụ n g đ ê xác đ ịn h điếm
ảnh đ ó n ằm ờ đ âu và vị trí tư ơ n g đối của ch ú n g với
n h au Q u an hệ to p o d ừ liệu đ iếm ảnh đư ợ c sử d ụ n g
n h iều tro n g các bài toán ch u y ến đối d ữ liệu điếm anh
sang vector [H.4] và nội suy d ử liệu
N hập dữ liệu
C ô n g việc n h ậ p liệu tro n g HTTĐL có vai trò quan
trọ n g và là k h âu đòi hỏi n h iề u công sức N h ũ n g
n g u ồ n d ù ’ liệu chính tro n g HTTĐL có th ê kê đ ế n là -
b án đ ổ giây, ản h m áy bay, cơ sở d ữ liệu số, anh vệ
tinh, b áo cáo d ạ n g b ản g h oặc m ô tả
Đ ối với các b ả n đ ổ giây, việc s ố hóa th u công
th ư ờ n g đ ư ợ c thự c hiện với s ự trợ g iú p của bàn số
hóa T h ô n g th ư ờ n g việc s ố h óa đ ư ợ c kê't h ợ p với
công tác tô chức s ố liệu và n h ậ p th u ộ c tính Khó
k h ă n chính tro n g s ố hóa th ủ cô n g là việc biên tập đổ
họa vì khi đ ó th ư ờ n g g ặ p n h ữ n g lỗi đ ổ h ọa cơ bản
n h ư các đ ư ờ n g k h ô n g giao cắt hoặc giao cắt thừa,
đ ư ờ n g biên các v ù n g k h ô n g trù n g k hít với nhau,
v ò n g xoắn h o ặc s ố h ỏa k h ô n g trù n g k h ớ p với đ ư ư n g
cho trư ớc Với sự ra đ ờ i m áy q u é t k h ô lớn, việc s ố
hóa th ủ cô n g b ằn g b àn s ố h ó a đ ư ợ c th ay th ế d ẩn
b ằ n g s ố h óa trên b ản đ ổ đ ư ợ c q u é t b ằ n g p h ư ơ n g
p h á p th ủ công h ay vector h ó a b án tự độ n g
T ro n g q u á trìn h n h ậ p d ừ liệu việc ch u y ến đổi d ừ
th ư ờ n g x u y ên đ ư ợ c á p d ụ n g
a) Tìm đường biên
t
Đ A A A 1
Việc ch u y ên đổi d ừ liệu từ vector san g d iê m a n h
và n g ư ợ c lại là q u á trìn h kh ô n g b ao toàn đ ộ ch ín h xác của d ừ liệu [H.5]
Cơ sở dữ liệu không gian
Khái niệm cơ sờ d ừ liệu đ ư ợ c d ù n g đ ể chi m ộ t
tậ p h ợ p lớn d ữ liệu đ ư ợ c tô chứ c theo m ộ t tiêu
c h u ẩ n n h ấ t đ ịn h cho p h é p tìm kiếm , sắp xếp, tru y cập m ột cách th u ậ n tiện và n h an h chỏng, đ ổ n g thời
có kha n ăn g chia sẻ giừ a n h iều ứ n g d ụ n g khác n h a u
C ơ sở d ừ liệu kh ô n g g ian là m ột cơ sờ d ừ liệu có
ch ứ a th ô n g tin v ề vị trí của các bản g hi tro n g m ộ t hệ
q u y chiếu n h â t định
M ột cơ sờ d ừ liệu cẩn có các c h ứ c n ăn g cơ b an
n h ư sau
- Q u à n lý d ừ liệu với h iệu n ăn g cao d ự a trên các
n g ô n n g ữ cơ sò d ừ liệu tiêu chuẩn
- Tô chức d ữ liệu m ột cách chặt chẽ, k h ô n g trù n g lặp hoặc trù n g lặp rất ít
- Bao trì và cập n h ậ t d ữ liệu n h a n h chóng, k ịp thời
- C u n g câp th ô n g tin m ô ta về d ừ liệu lư u trử
- Bảo m ật th ô n g tin và kiểm soát tru y n h ập Lợi ích của việc s ử d ụ n g cơ sở d ừ liệu
- Q u ả n lý đ ư ợ c việc tru y cập d ừ liệu
- A n toàn v ể d ừ liệu
- K hông trù n g lặp s ố liệu
- C hia sẻ đ ư ợ c d ữ liệu
- D ừ liệu đ ư ợ c ch u ẩn hóa
- Phát h iện đ ư ợ c m â u th u â n tro n g đ ừ liệu
Cơ sở d ữ liệu có th ế đ ư ợ c chia làm hai loại p h ân tán và tập tru n g [H.6] M ột cơ sở d ừ liệu bao giờ cùng
đ ư ợ c qu ản trị b ằn g m ột p h ẩ n m ềm gọi là hệ q u ả n trị
cơ sờ d ừ liệu (DBMS) DBMS cung câp nhiều công cụ
đ ê biên tập và chinh sử a s ố liệu, tìm kiếm , sắp xếp và
phân tích SỐ liệu không gian và số liệu phi không gian
cho các m ục đích ú n g d ụ n g khác n hau
b) X á c đ ịnh g ia o điẻm
c A
c B
Ị
c) Tim kiếm trên đường biên
c A
d) Tim giao điểm
Áp dụng topo điếm ảnh phục vụ chuyén đổi sang dữ’ liệu vector.
Trang 4M ỏ h ìn h tô ch ứ c của cơ sơ d ừ liệu bao gổm
loại ch ín h n h ư sau
- M ô h ìn h p h â n cấp
- M ỏ h ìn h liên kết m ạng
- M ô h ìn h q u a n hệ
- M ô h ìn h đ ịn h h ư ớ n g đối tư ợ n g
- M ô h ìn h đ ô i tư ợ n g - q u a n hệ
cac
Máy chủ
Hình 5. M ố i liê n h ệ g i ữ a d ữ liệ u ở d ạ n g v e c t o r v à đ iể m ả n h
Mếytrpm
H ình 7 S ơ đ ồ h ệ t h ố n g c h o W e b G I S
đ ộ n g n h ư PDA, v v
N h ừ n g p h ẩ n m ểm th ô n g d ụ n g cho HTTĐL đ ư ợ c ghi tro n g b ản g d ư ớ i đ ây [Bang 1]
• Bàng 1 M ộ t s ố p h ầ n m ề m H T T Đ L t h ô n g d ụ n g
Nhà sản xuất Phần m ềm
C l a r k U n iv e r s it y I D R I S I
G R A S S In f o r m a t io n C e n t e r G R A S S G I S
H ình 6 Mô hình tổ chức cơ sở dữ liệu phân cấp (trái) và
h ê n k ế t m ạ n g ( p h ả i )
Hệ thống phần cứng và phần mềm
P h ần c ú n g củ a HTTĐ L rất p h ứ c tạ p tro n g n h ữ n g
thời kỳ p h á t triể n đ ẩ u tiên N g ày n ay d o công ng h ệ
m áy tín h n g ày càn g h o àn thiện n ên y êu cầu v ề p h ẩ n
c ứ n g c ũ n g đ ư ợ c đ ơ n g iàn đ i n h iều T uy n h iê n về cơ
b ản m ộ t H TTĐ L cần các p h ầ n cứ n g n h ư sau
- T h iết bị n h ậ p s ố liệu d ư ớ i d ạ n g b àn s ố hóa, m áy
q u é t h oặc m áy ả n h đ ộ p h â n giải cao
- M áy tính với p h ầ n m ểm HTTĐL đ ã đư ợ c cài đặt
- T ro n g trư ờ n g h ợ p kết nối q u a m ạn g thì cẩn
m áy chu với p h ầ n m ểm HTTĐL cho m áy chu
- T h iết bị x u ấ t d ữ liệu d ư ớ i d ạ n g m áy in đ en
trắ n g hoặc m à u , m áy vẽ khô lớn
P h ẩn m ềm HTTĐL có th ê đ ư ợ c p h â n th àn h
n h ữ n g loại c h ín h sau đây
- P hiên b ả n cho m áy đ ê bàn: đ â y là các phẩn
m ểm p h ô biến
- P hiên b à n cho m áy chu: th ư ờ n g đ ắ t và có kha
n ă n g sử d ụ n g cho n h iề u m áy đ ê b àn cù n g m ột lúc
th ô n g q u a m ạ n g nội bộ
- P hiên b à n cho m ôi trư ờ n g m ạng: tích h ợ p với
các trìn h d u y ệ t in tern et [H.7]
Phân tích không gian
Ph ân tích không gian là tậ p h ợ p các tác n g h iệ p
nhằm trà lòi những câu hòi vể thế giới thực dựa trên
d ừ liệu đã đ ư ợ c n h ậ p v ào HTTĐL Các câu hòi có th ế liên q u a n đ ế n h iện trạn g th ự c t ế tro n g m ột lĩnh vự c
n à o đó, tình hình biến động, xu th ế p h á t triển, các
n h ậ n định, đ á n h giá hoặc d ự b áo d ự a trên kỹ th u ậ t
c h ổ n g xếp các lóp th ô n g tin hoặc áp d ụ n g m ô hình
P h â n tích k h ô n g g ia n có th ể là n h ữ n g tín h to á n
SỐ học hoặc logic hoặc áp dụng những mô hình
p h ứ c tạp
N h ù n g tác n g h iệ p p h â n tích k h ô n g g ian cơ b àn
b a o g ồ m [H.8]:
- H ỏi đ áp Các tác n g h iệ p sử d ụ n g p h é p tín h s ố
h ọc và logic trên các th ô n g tin th u ộ c tính
- Tái p h â n loại Á p d ụ n g cho các th ô n g tin th u ộ c tín h
- T ạo lại cơ sờ d ữ liệu đ ổ họa và th u ộ c tín h với
đ ẩ y đ ù q u a n hệ topo
- C h ổ n g xếp C h ổ n g xếp hai hoặc n h iểu lớ p
th ô n g tin với nhau
- P h ân tích liên th ô n g Đ ánh giá tính liên th ô n g
g iừ a đ iếm , đ ư ờ n g và v ù n g trên các khía cạ n h
k h o ả n g cách, d iện tích, th ò i g ian cần di ch u y ên h o ặc xác đ ịn h đ ư ờ n g đi tối ư u
Trang 51424 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
Nhà Sir dụng đết
H ìn h 8. Tái phân loại, chồng xếp thông tin giữa điểm và vùng.
Chuyển đổi hệ tọa độ
C huyến đối hệ tọa độ là m ột tác n g h iệp qu an
trọng tro n g HTTĐL n h ằm đ ư a b àn đ ổ h oặc sô liệu tử
các p h ép chiếu khác n h au v ề cùng m ột p h é p chiếu
bản đổ thống nhất T hông th ư ờ n g các p h é p chiếu bản
đ ố khác n h a u đ ều có các công cụ ch u y ển đối hệ tọa độ
đã đ ư ợ c xây d ự n g sẵn tro n g các p h ẩ n m ểm HTTĐL
Tuy nhiên, có n h iều trư ờ n g h ợ p h àm chuyến đổi giữa
các p h ép chiếu bản đ ồ chưa có sẵn n ên việc chuyên
đổi hệ tọa đ ộ d ự a trên các công cụ hiệu chinh hình
học lại trờ n ê n cần thiết T rong nhiều trư ờ n g hợp
chuyển đổi h ệ tọa đ ộ còn n h ằ m m ục đích loại bò các
sai SỐ méo hình do bộ cảm hay ảnh hường của địa
h ìn h cũng n h ư do q u a n trắc sư ờ n gây nên)
Việc ch u y ê n đổi h ệ tọa đ ộ d ự a trên các công cụ
hiệu ch in h h ìn h học đ ư ợ c tô chức th eo các bư ớ c sau
- Xác đ ịn h m ô h ìn h h iệu ch in h h ìn h học
- C họn lự a đ iểm k h ố n g c h ế
- T ính toán th a m s ố h iệu ch in h
- Đ án h giá đ ộ ch ín h xác
điếm ảnh)
- Xây d ự n g kết q u ả đ ầ u ra
Các m ô h ìn h h iệu ch in h h ìn h học co ’b an có thê
liệt kê n h ư sau:
- Biến đ ổ i H e lm e rt với hai th a m s ố ch u y ê n đối về
góc xoay và tỷ lệ
- Biến đ ố i đ ổ n g p h ư ơ n g với 6 th am số Biến đổi
đ ổ n g p h ư ơ n g cho p h é p loại b ò các lỗi v ề dịch
chuyên, tý lệ, xoay và xoắn
- Biến đ ối già đ ổ n g p h ư ơ n g với 8 th am s ố có
ch ứ a th à n h p h ầ n bậc 2
- Biến đ ổi đ a thứ c bậc cao với sô th a m s ố th ay đổi
tùy theo bậc của đ a th ứ c h iệu ch in h [H.9]
V
I
Các phương pháp nội suy
N ội su y là p h ư ơ n g p h á p toán học n h ằ m xác đ ịn h giá trị tại m ột đ iểm b ất kỳ tro n g k h ô n g g ian đ ư ợ c giới hạn bời tậ p h ợ p các giá trị rời rạc cho trư ớ c [H.10]
• Giá trị quan trắc
• Giá trị nội suy
j y i i J L
Nội suy tại những điém
i v
Y = f(X )
f
H ìn h 9. Biến đổi đa thức Trước hiệu chỉnh (trái) và sau hiệu
chỉnh (phái).
Nội suy íạỉ đường cong khổng quan trắc xáp xỉ
H ìn h 10. Nội suy trong khống gian hai chiều
N ội su v có th ể s ử d ụ n g tro n g việc xây d ự n g
đ ư ờ n g cong x âp xi cho m ộ t tậ p h ợ p đ iế m cho trư ớ c tro n g k h ỏ n g g ian hai chiều, hoặc có d ù n g đ ê x âp xỉ
m ộ t m ặt cong tro n g k h ô n g g ian b a chiểu T ro n g
n h iề u trư ờ n g h ợ p kỹ th u ậ t nội su y có th ể đ ư ợ c áp
d ụ n g cho d ự b áo xu thế
Các p h ư ơ n g p h á p nội su y cơ b ả n có th ế liệt kê
n h ư sau
- T ru n g b ìn h có trọ n g số P h ư ơ n g p h á p n àv đ ư ợ c triển k hai khi giá trị tại m ộ t điểm b ấ t kỳ đ ư ợ c xác
đ ịn h b ằn g giá trị tru n g b ìn h có trọ n g s ố củ a các đ iếm
n am tro n g v ò n g trò n với b án kính ch o trước T rọ n g sô' đ ư ợ c xác đ ịn h th eo n h iề u cách; ví d ụ n h ư n g h ịch
đ ả o k h o ản g cách hoặc n g h ịch đ ả o b ìn h p h ư ơ n g
k h o ản g cách T hông th ư ờ n g trọ n g s ố đ ư ợ c tín h th eo
b ố n câ'p C â p 0 khi các đ iể m có ản h h ư ở n g n h u n h a u ,
tứ c là trọ n g s ố b ằn g 1 C ap 1 khi các đ iể m ở g ầ n có
án h h ư ờ n g nhò C âp 2 khi các đ iế m ờ g ần có ản h
h ư ơ n g tru n g bình và câp 3 khi các đ iể m càng ờ g ẩn càng anh h ư ờ n g m ạn h đ ế n kết q uà nội suy
- N g ư ờ i láng giểng g ần nhất Giá trị nội su y b ằ n g giá trị của đ iêm g ẩn n h ât K hông có p h é p tính toán
n à o đư ợ c th ự c hiện ờ đây
- N ội su y tu y ến tính Giá trị nội su y đ ư ợ c tính
d ự a trên hai điếm liền k ề th eo hàm tu y ến tính Giá trị mới n ằ m trên đ o ạn th a n g nối hai đ iế m liền kể
- N ội su y bậc ba G iá trị nội su y đ ư ợ c tín h d ự a trê n hai đ iế m liến kể th e o hàm bậc ba G iá trị m ói nam trên đ ư ờ n g cong bậc ba nối hai đ iế m liền kể
Trang 6- Nội suy s ư d ụ n g h àm sp lin e [H ll] D ây là
p h ư ơ n g p h á p n ội su y su d ụ n g m ột tập h ợ p h àm đa
th ứ c với đ iểu k iện k h ô n g có các đ iếm gày khúc trên
đ ư ờ n g cong đi q u a các điêm
ị X = f (u) = a1u3 + £>,iv2 + C,IV + Ơ,
H ìn h 11. Xấp x ỉ đường cong dựa trên nội suy spline.
- N ội suy tr u n g b ìn h trư ợ t P h ư ơ n g p h á p nội suy
n ày d ự a vào m ộ t cưa sô chứ a n h iề u điểm lân cận
G iá trị nội su y có th ế đ ư ợ c tín h d ự a trên tru n g bình
trọ n g s ố tro n g cử a sô đó
- N ội suy vớ i các p h iế n h àm cơ bản C ó bảy
p h iế n h àm cơ b ả n sử d ụ n g tro n g làm trơn s ố liệu,
tu y n h iê n p h iế n h àm tam giác và G au ss đ ư ợ c sử
d ụ n g n h iều n h ât
- Kriging là k ỹ th u ậ t nội su y từ tậ p h ợ p điếm rời
rạc hay đ ư ợ c s ử d ụ n g tro n g địa ch ât và k h o án g sản
[H.12] K riging đ ư ợ c th ế hiện th ô n g q u a các sơ đ ổ
v a rio g ra m h oặc co v ario g ram cho th ây giá trị tru n g
b ìn h đ ộ lệch g iữ a các đ iểm th ay đổi theo k h o ản g
cách giừ a các đ iế m n h ư t h ế nào
[H 12| đ ư ợ c triể n k hai khi tậ p h ợ p đ iế m cho trư ớ c
đ ư ợ c tô chức th à n h các tam giác D e lau n ay và nội suy
theo phương pháp tuyến tính trong mỏi tam giác sẻ
đ ư ợ c th ự c hiện T am giác D e lau n ay là tam giác m à
đ ư ờ n g trò n đi q u a 3 đ iểm k h ô n g ch ứ a bâ't kỳ m ột
đ iể m n ào khác củ a tậ p h ợ p đ iếm cho trước
Mô hình số địa hình
M ỏ h ìn h SỐ đ ịa h ìn h DTM, m ô h ìn h s ố đ ộ cao DEM và m ô h ìn h s ố b ể m ặt DSM [H.13] là s ự th ế
h iện tro n g k h ô n g gian ba chiểu bê m ặt đ ịa h ìn h Trái Đất Sự khác b iệt giừ a DTM, DEM và DSM là DTM
và DEM trin h bày b ể m ặt Trái Đ ât k h ô n g có các đối
tư ợ n g n h ư cây cối, n hà cừa tro n g khi DSM thê hiện
đ ộ cao k h ô n g chi b ể m ặt T rái Đ ât m à còn cá các đối
tư ợ n g trên đó T rong khi DEM th ư ờ n g đ ư ợ c hiếu
n h ư m ô h ìn h s ố địa h ìn h d ư ớ i d ạ n g đ iểm an h (lưới
đ ộ cao) thì DTM có th ể đ ư ợ c hiếu ờ cả hai d ạ n g vector và đ iếm ảnh
Với việc sư d ụ n g m ô h ìn h số địa hình nhiều bài toán không gian ba chiều có thê đư ợc triển khai dễ dàng Ví dụ, tính toán độ dốc, chiều dài sườn, hệ thống dòn g chảy bể mặt, lưu vực, khuất địa hình, v.v
M ô h ìn h s ố đ ịa h ìn h có th ế đ ư ợ c xây d ự n g bằn g
nh iều kỹ th u ậ t khác n h au , n h ư n g v ề cơ b ản có
n h ừ n g kỹ th u ậ t chính n h ư sau
- N ội su y từ đ ư ờ n g b ìn h đ ộ đ ư ợ c s ố hóa từ bàn
đ ổ địa h ìn h hoặc các đ iểm rời rạc
- T ừ cặp ảnh lập th ể theo n g u y ê n lý đ o anh m áy bay h o ặc vệ tinh
- D ự a trên công n g h ệ LIDAR
P h ư ơ n g p h á p cơ bản tro n g xây đ ự n g DEM từ tập
h ợ p đ iể m rời rạc là nội su y tu y ế n tín h tro n g lư ới tam giác D e la u n a y - TIN Việc nội su y có th ể đ ư ợ c thự c hiện d é d à n g khi to p o cú a các tam giác d ư ợ c xây
d ự n g c h ặ t chẽ Độ ch ín h xác của DEM đ ư ợ c xây
d ự n g d ự a trên tỷ lệ b ả n đ ổ và đ ộ ch ín h xác đ ộ cao của tậ p h ợ p ản h đ ẩ u vào
1 0 7
- Mh • • 'ù 8»
-• ' i * " ,05 ’ H i *
s •
• 1
Mò hinh sò đo cao DEM
■ 17500 - 18800
■ 14900 * 16200
■ 13600 - 14900
12 300- 13600
» 1 1 0 0 0 - 12300
■ 9700 - 11000
■ 0400 - 9700
các điểm (trái) theo phương pháp tam giác (giữa) và Kriging (phải).
Trang 71426 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT
T ro n g trư ờ n g h ợ p có cặ p ả n h lậ p th ế thì việc
xây d ự n g DEM có th ế đ ư ợ c tiến h à n h d ự a trê n các
p h ư ơ n g p h á p đ o á n h s ố tru y ề n th ố n g ỊH.14]
P h ư ơ n g p h á p đ o ả n h s ố đ ò i hòi c h â t lư ợ n g ả n h
p h ả i cao đ ê việc đ ố i sá n h ả n h đ ư ợ c triế n khai
th u ậ n tiện K hác với p h ư ơ n g p h á p đ o ả n h tư ơ n g tụ
h a y giải tích, đ o á n h s ố h ẩ u n h ư đ ư ợ c th ự c h iệ n tự
đ ộ n g từ các b ư ớ c đ ịn h h ư ớ n g tư ơ n g đối, tạ o an h
e p ip o la r - m ô h ìn h a n h lậ p th ế với th ị sai d ọ c đà
đ ư ợ c loại b ỏ h o à n to àn Sau đ ó v iệc đ ối sá n h an h
đ ư ợ c th ự c h iệ n và k ế t q u ả sè đ ư ợ c m ộ t tậ p h ợ p các
cặp đ iê m tư ơ n g ứ n g trê n ả n h trái và p h ải D ự a trên
tậ p h ợ p đ iế m n à y DEM sè đ ư ợ c nội su y th eo
p h ư ơ n g p h á p TIN Đ ộ ch ín h xác c ũ n g n h ư đ ộ p h â n
giai cua DEM p h ụ th u ộ c v ào đ ộ p h â n giải k h ô n g
g ian cua a n h đ ẩ u v ào c ũ n g n h ư tỷ lệ đ ư ờ n g đ á y /đ ộ
cao q u ỹ đạo
Mô h ìn h s ố đ ộ cao đ ư ợ c sứ d ụ n g nhiểu tro n g xừ
lý s ố liệu và các m ô h ìn h p h â n tích n h u sau
- H iệu chinh trự c giao ản h vệ tinh
- Tính toán đ ộ dốc, chiểu d ài sư ờ n và n h iều th am
SỐ trắc lượng địa hình khác
- Xây d ự n g hệ th ố n g d ò n g chảy b ể m ặt, đ ư ờ n g
p h â n th ủ y , th u n g lũng, v.v
- H iển thị k h ô n g gian 3 chiểu ả n h viền thám
Sản phẩm đầu ra của HTTĐL
Sản p h ẩ m đ ầ u ra của HTTĐL chủ yếu là ở d ạ n g
đ ổ họa trìn h d iễn các kết q u ả p h â n tích k hác n h au
Bản đ ổ ch u y ê n đ ể d ạ n g tư ơ n g tự (in trên giây) là
m ột tro n g các sản p h ẩ m chính, tu y n h iên các sản
p h ẩ m d ạ n g s ố n g ày càng đ ư ợ c s ử d ụ n g rộ n g rãi
k h ô n g n h ừ n g trên các p h ư ơ n g tiện tư ơ n g tự m à cả trên các p h ư ơ n g tiện s ố nữ a N h ù n g h ìn h thứ c ch ín h tro n g trìn h b ày sản p h ấm của HTTĐ L có th ê k ê đến
n h u sau
qu ả, n h ư hoa văn, biếu tư ợ n g , tô m àu, v.v
- Su d ụ n g các th a n g m àu h a y đ en trắn g đ ế hiến thị các th u ộ c tín h khác n h a u của đối tư ợ n g
- Sư d ụ n g p h é p chiếu h ìn h đ ế hiến thị tro n g
k h ô n g g ian ba chiều
Việc s ử d ụ n g các kỹ th u ậ t đ ổ h ọ a tro n g việc trìn h d iê n kết q u ả p h â n tích h o ặ c b ản đ ổ c h u y ê n đ ể
là kỹ th u ậ t tru y ề n th ố n g đ ư ợ c s ử d ụ n g lâu đời tro n g b an đ ổ học C ác đ ối tư ợ n g với các th u ộ c tính
k h á c n h a u có th ế đ ư ợ c trìn h b à y vớ i việc h iê n thị
th u ộ c tín h d ư ớ i d ạ n g s ố đ ín h kèm ; ví d ụ - m ột
v ù n g với giá trị th u ộ c tín h đ ư ợ c th ế h iện b ên tro n g
Đ ôi khi đ ộ lớn, m ật đ ộ h oặc các h ìn h m au khác
n h a u cù a ký h iệ u đ ư ợ c s ử d ụ n g đ ế th ế h iện q u y mô
cù a th u ộ c tín h
N h am đ ạ t đ ư ợ c hiệu su â t cao tro n g tru y ề n tải
thông tin, màu sắc được sử dụng nhiều trong trinh
b ày kết q u ả cua HTTĐL Các h ệ th ố n g m àu c a bán
đ ư ợ c sử d ụ n g đ ê trìn h d iễn gồm [H.15]:
- H ệ m àu cộng với ba m àu cơ b à n đò, xanh lục và
x an h chàm
- H ệ m à u trừ với ba m àu cơ b ản vàng, đỏ cánh
sen và xanh ngọc
- H ệ m àu theo cam giác với các h ự p p h ầ n áng
m àu , đ ộ đ ậm và m ứ c b ão hòa
- H ệ m àu M unsell d ù n g tro n g công n g h iệp in
Ảnh trải Ảnh phải
H ìn h 14. Xây dựng DEM bẳng phương pháp đo ảnh số Ảnh epipolar (trái) và đối sánh tìm cặp điểm ảnh tương ứng (phải).
Trang 8Việc su d ụ n g m àu sắc tro n g hiển thị kết q uà
th ư ờ n g th eo n g u y ê n tăc các đối tư ợ n g g iống n h au có
m àu g iố n g n h a u hoặc th eo n g u y ê n lý p h ân tách
tức là các đối tư ợ n g g iống n h au có th ể có m àu sắc
k hác n h a u T rong n h iều trư ờ n g hợp, kết hợ p m ô
h ìn h sô đ ộ cao và h ìn h an h có thê tạo ra an h ba chiểu
m ô p h o n g khu vự c n g h iên cứ u [H.16]
B ti <r* [ y * V t* w k n a g * D H p U y
Ị F ie Qttpiay Ifrjaqe PedBplav View Are 5 About Hete :
Hình 16 Kết hợp ảnh vệ tinh và mô hình số độ cao đẻ hiến thị trong không gian ba chiều bằng phần mềm WinASEAN.
Tài liệu tham khảo
K e n n e d y M i c h a e l , 2 0 0 9 I n t r o d u c i n g G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o n
Systems w ith ArcGIS: A W orkbook Approach to Learning
G IS John W islex/ & Son s Inc.
L o n g l e y P a u l , G o o d c h i l d M i c h a e l , M a g u r e D a v i d a n d R h i n d
D a v i d , 2 0 0 5 G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o n S y s t e m s a n d S c ie n c e s
John W is le y & S o n s L td
S h e k h a r S h a s h i a n d X i o n g H u i , 2 0 0 8 E n c y c l o p e d i a o f G IS
S p r in g e r S c ietice+ B u sin ess M e d ia LLC.
M u r a i S h u n j i , 1999 G IS W o r k B o o k U n iv e r s ity o f Tokyo.
M u r a i S h u n j i , 2 0 0 7 G IS C o u r s e - D i s t a n c e E d u c a t i o n ỊIC A
T o m l i n s o n R o g e r , 2 0 0 7 T h i n k i n g A b o u t G IS : G e o g r a p h i c
I n f o r m a t i o n S y s t e m P l a n n i n g f o r M a n a g e r ESR1 P ress.
Công nghệ viễn thám
Nguyền Đình Dương Viện Địa lý,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Giới thiệu
Viên th á m là m ộ t khoa học v ể thu th ập và p h ản
tích th ô n g tin m ộ t vật th ế từ xa m à không có n h ũ n g
tiếp xúc trự c tiếp với chúng Theo đ ịn h nghĩa này các
kỹ th u ậ t n h ư n h iế p ảnh, đ o sâu hổi âm hoặc khảo sát
đ ịa chân đ ể u có th ê đ ư ợ c coi n h ư là các kỹ th u ậ t viễn
thám T uy n h iên , th ông th ư ờ n g viễn th ám đư ợ c hiếu
là công n g h ệ th u th ập và p h ân tích th ông tin v ề bể
m ặt Trái Đâ't từ các đ ộ cao khác n h au và sư d ụ n g sóng
đ iện từ làm p h ư ơ n g tiện chính đ ể tru y ền tải th ông tin
T h u ậ t từ viễn th ám (rem o te sensing) đ ư ợ c E velyn
L P ru itt đ ề x u ât sừ d ụ n g lần đ ẩ u tiên v ào n h ữ n g
n ăm 1960 đ ế thay th ế cụm từ ản h h à n g k hông
Viễn th ám có th ể đ ư ợ c p h â n loại d ự a trên n h iề u góc đ ộ khác n h au - chiểu cao q u a n trắc, p h ư ơ n g tiện
b ố trí th iết bị q u an trắc, b ư ớ c sóng đ iện từ d ù n g th u
th ậ p th ô n g tin, v.v
Viễn thám chủ đ ộ n g là kỹ th u ậ t khi n g u ổ n bứ c xạ
đ iện tử d ù n g q u an sát đối tư ợ n g đ ư ợ c chu đ ộ n g tạo