HÖ thèng phÇn mÒm sö dông trong GIS do h·ng INTERGRAPH cung cÊp víi bé phÇn mÒm míi nhÊt lµ MAPPING OFFICE, bé nµy bao gåm c¸c phÇn mÒm c«ng cô phôc vô cho viÖc x©y dùng vµ duy tr× toµ[r]
Trang 1Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
1
Mở Đầu
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin cũng ngày càng phát triển và có rất nhiều ứng dụng trong mọi lĩnh vực khoa học tự nhiên và xã hội
Một trong những ứng dụng của công nghệ thông tin đó là hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic information System) Càng ngày GIS càng trở thành một công cụ được ứng dụng rất rộng rãi Một trong những thành phần cơ bản của GIS là cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu địa hình) và dữ liệu thuộc tính
Dữ liệu địa hình có thể được xây dựng trực tiếp từ các số liệu đo đạc ngoài thực địa, từ nền bản đồ cũ có đo đạc bổ xung, từ ảnh hàng không, ảnh vệ tinh
Trong nhiều năm qua, chúng ta đã thành lập rất nhiều bản đồ địa hình các loại tỷ lệ theo phương pháp truyền thống và cho tới nay nhiều loại bản đồ đó vẫn còn giá trị sử dụng Vì vậy, việc chuyển các bản đồ giấy nói trên sang cơ sở dữ liệu trong GIS là việc cần thiết và các cơ quan chức năng trong Tổng cục Địa chính đã và đang thực hiện
Để hiểu rõ ứng dụng công nghệ tin học trong công tác xây dựng dữ liệu bản đồ, với sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Trường Xuân, tôi đã thực
hiện đề tài tốt nghiệp với tiêu đề " Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình từ nền bản đồ
địa hình trên cơ sở ứng dụng công nghệ tin học "
Đồ án được hoàn thành trong 60 trang đánh máy vi tính và có bố cục như sau:
Mở đầu
Chương I Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý
Chương II Tổ chức xây dựng cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý
Trang 2Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
2 Chương III: Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình Kết luận Tài liệu tham khảo Mục lục
Trang 3
Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
đồ sộ, thực tế đòi hỏi phải phân tích, cung cấp và cập nhật thông tin hàng ngày Các phương pháp quản lý thông tin truyền thông không thể đáp ứng được yêu cầu kịp thời
Đến những năm 1960, với sự có mặt của máy tính số, công nghệ thông tin ngày càng phát triển mạnh cho phép số hoá các thông tin không gian, mã hoá các thông tin khác, tổ chức lưu trữ một lượng thông tin lớn, nhanh chóng và dễ dàng tổng hợp phân tích cung cấp và cập nhật thông tin - Hệ thống thông tin địa lý (Geographical information system-GIS) ra đời và phát triển
Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin không gian được phát triển dựa trên công nghệ máy tính với mục đích lưu trữ, hợp nhất, mô hình hoá, phân tích và miêu tả được các loại dữ liệu
Trang 4Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Xử lí
số liệu
Phân tích
và mô
hình hoá
Số liệu ra Môi trường GIS
địa hình, các bản đồ chuyên đề, ảnh vệ tinh, ảnh hành không, hệ thống định vị toàn cầu GPS
4 Phân tích và mô hình hoá
Số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần công việc của GIS Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và định lượng
Trang 5Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Việc sử dụng máy tính số có nghĩa là thông tin này có thể được quan sát trên màn hình máy tính, được vẽ ra như các bản đồ giấy như là một ảnh địa hình hoặc có thể là một file số liệu Liên hệ trực quan là một trong những phương diện
đã được công nghệ GIS tăng cường
III Vai trò của công nghệ GIS
1 Công nghệ GIS với phân tích địa lý giống như kính hiển vi, kính tiềm vọng và máy tính điện tử với các khoa học khác GIS có thể coi như một chất xúc tác cần để hoà nhập với sự tách biệt có tính chất vật lý và địa lý vơí các lĩnh vực khác sử dụng thông tin bản đồ
2 GIS liên kết thông tin địa lý với các thông tin khác trong phạm vi một hệ
độc lập, nó tạo ra một cái nền nhất quán để phân tích dữ liệu bản đồ
3 Bằng cách tạo ra bản đồ và các dạng khác nhau của thông tin từ dạng số, GIS cho phép chúng ta tạo ra và hiển thị kiến thức về mặt địa lý theo những phương pháp đã có và những phương pháp mới
4 GIS tạo ra những liên hệ giữa các hoạt động dựa trên các vùng địa lý khác nhau
5 Quan sát số liệu có tính chất địa lý có thể thường xảy ra các ý tưởng, những giải thích mới, nhận thức và quản lý các hoạt động và nguồn tài nguyên Những số liệu liên hệ này thường không nhận thấy được rõ ràng khi không có GIS
Trang 6Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
6
6 GIS cho phép ghi chép các file về hành chính, sở hữu tài sản, các file thuế, các công trình công cộng và vị trí của chúng
I.2 Các thμnh phần cơ bản của hệ thống GIS
Như ta đã biết, hệ thống thông tin địa lý là công cụ lưu trữ, xử lý và khai thác các thông tin địa lý rộng lớn thông qua sự trợ giúp của máy tính.Với lượng thông tin trong máy tính chúng ta có thể tra hỏi các thông tin trong hệ dữ liệu địa
lý, tiến hành các phép phân tích, tìm kiếm các chức năng khác phục vụ nhu cầu khai thác thông tin theo vùng, theo lãnh thổ cho khả năng hiển thị nhanh các kết quả của quá trình thao tác
Để thực hiện được các chức năng đ, GIS bao gồm bốn nhóm thành phần với những chức năng rõ ràng, chúng được kết hợp cân đối và liên quan logic để
hệ thống hoạt động có hiêụ quả cao, đó là phần cứng, các modul phần mềm ứng dụng, hệ thống cơ sở dữ liệu và đội ngũ cán bộ kỹ thuật xây dựng và khai thác hệ thống
Trang 7Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
7
Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm CPU
Với một thiết bị chứa ổ đĩa đảm bảo để lưu trữ số liệu và chương trình
Bàn số hoá hoặc thiết bị chuyên dụng khác
Để chuyển hoá các dữ liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số và lưu trữ chúng trên máy tính
Máy vẽ hoặc kiểu hiển thị thiết bị khác
Được sử dụng để biểu thị các kết quả xử lý số liệu
ổ băng từ
Để lưu trữ số liệu và chương trình lên băng từ hoặc để liên hệ với các hệ thống khác
Những người điều khiển máy tính và các thiết bị ngoại vi thông qua một
Thiết bị hiện hình (VDU) cho phép các hình ảnh hay bản đồ được hiện hình
nhanh chóng
II Phần mềm của hệ thống
1 Các modul phần mềm ứng dụng của hệ thống
Một khối phần mềm của hệ thống thông tin bao gồm 5 modul kỹ thuật cơ
bản là nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu; lưu trữ dữ liệu và quản lý dữ liệu; xuất
dữ liệu và trình bày dữ liệu; biến đổi dữ liệu; hỏi đáp dữ liệu Các modul này
phải đảm bảo 4 chức năng sau:
- Các dữ liệu không gian thu thập từ các hệ thống dữ liệu khác nhau như từ bản đồ, từ các thông tin viễn thám phải có được chức năng móc nối và xử lý đồng
Trang 8Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Nhập số liệu
Nhập các câu hỏi Cơ sở dữ liệu
Hiển thị và báo cáo Biến đổi số liệu
Hình 1-3: Chức năng của hệ thống
Nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu
Nhập dữ liệu tức là biến đổi các dữ liệu thu thập được dưới hình thức bản
Trang 9Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu là rất cần thiết cho việc xây dựng cơ
sở dữ liệu địa lý
Việc kiểm tra thông tin dữ liệu đầu vào có các yêu cầu sau:
- Tất cả các thông tin đầu vào phải đảm bảo chính xác duy nhất và không
có lỗi khi mô tả thuộc tính
- Kiểm tra lỗi về sai lệch vị trí, tỷ lệ, tính không đầy đủ của các dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và so sánh với thông tin gốc
- Kiểm tra các thông tin sai sót đối với các thông tin không gian bằng cách
in ra và so sánh với thông tin gốc
Lưu trữ dữ liệu và quản lý dữ liệu
Việc lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến việc tổ chức dữ liệu về vị trí, các mối liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (điểm, đường, diện tích biểu thị các yếu tố trên mặt đất ) Chúng được tổ chức và quản lý theo cấu trúc, khuôn dạng tuỳ thuộc vào chức năng phần mềm nào đó của hệ thông tin địa
lý Các phần mềm này sẽ lưu trữ và quản lý dữ liệu theo cách thức chuẩn mẫu riêng hợp lý để đáp ứng moị nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất
Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu
Xuất và trình bày dữ liệu đề cập đến những phương thức thể hiện kết quả các dữ liệu cho người sử dụng Các dữ liệu có thể biểu thị dưới dạng bản đồ, các bảng biểu, hình vẽ Việc trình và xuất dữ liệu có thông qua thiết bị đầu ra như
Trang 10Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
10
thiết bị hiện hình, máy in, máy vẽ hay các thông tin được lưu lại trên phương tiện
từ dưới dạng số Ngoài ra các thông tin đầu ra đồng thời cũng phải đáp ứng được các yêu cầu đảm bảo cho quá trình chuyển đổi thông tin giữa các hệ thống máy tính và chúng sẽ được chuyển đổi nhờ các công cụ trung gian như băng từ, đĩa từ, các loại mạng truyền thông khác
Biến đổi dữ liệu
Biến đổi dữ liệu bao gồm hai nhiệm vụ:
- Xử lý các dữ liệu và so sánh chúng với các tập hợp dữ liệu khác
- Thực hiện việc phân tích dữ liệu phục vụ cho việc trả lời các câu hỏi cần
đưa ra đối với hệ thông tin địa lý Phép biến đổi này có thể được thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian Những phép biến đổi trên có thể làm thay đổi tỷ lệ, chu vi, mật độ phương pháp biến đổi được ứng dụng rộng rãi nhất là việc phân tích mô hình không gian hay mô hình hoá địa lý
Những biến đổi để khử sai số là những biến đổi này xảy ra khi sử dụng một hệ thống thông tin địa lý và chúng được tồn tại trong các quá trình sau:
* Trong khi thu thập dữ liệu
- Sai sót trong thu thập dữ liệu
- Sai sót trong các bản đồ hiện nay được dùng như các nguồn dữ liệu
- Sai sót trong việc phân tích các dữ liệu được phán đoán từ xa
* Cung cấp dữ liệu
- Các sai sót trong việc tính toán do máy khởi động và các thiết bị gây nên
- Các sai sót trong đặc tính của từng chuyên ngành
* Kho dữ liệu
- Dự kiến với số lượng còn chưa đủ
- Dữ liệu không gian chưa đủ
Trang 11Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
11
* Thao tác các dữ liệu
* Hiệu suất dữ liệu
- Các sai sót trong phạm vi cần phân tích
- Các sai sót do dụng cụ sản xuất sai
- Các sai sót do tính không ổn định của môi trường
- Toạ độ XYZ của một vị trí
- Diện tích, chu vi, số lượng các vật thể trong khu vực
- Tìm con đường ngắn nhất có chi phí nhỏ nhất từ vị trí này đến vị trí khác
- Mô tả đối tượng vị trí
- Sử dụng cơ sở dữ liệu như là mô hình của thế giới thực hay mô tả lại một quá trình nào đó trong một thời gian
Trong số những câu hỏi này, nếu sử dụng những phương pháp truyền thống
để trả lời sẽ rất khó khăn Nếu muốn thêm bớt thông tin cho một tờ bản đồ thì lại phải làm lại từ đầu các quy trình công nghệ sản xuất bản đồ Chính vì vậy, hệ thống thông tin địa lý là một công cụ rất hữu ích để trả lời các câu hỏi này một cách nhanh chóng
2 Các phần mềm ứng dụng trong GIS
Hệ thống phần mềm sử dụng trong GIS do hãng INTERGRAPH cung cấp với bộ phần mềm mới nhất là MAPPING OFFICE, bộ này bao gồm các phần mềm công cụ phục vụ cho việc xây dựng và duy trì toàn bộ các đối tượng địa lý
Trang 12Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
12
thuộc một trong hai dạng dữ liệu đồ hoạ và phi đồ hoạ trong hệ thống thông tin
địa lý GIS và chạy trên hệ điều hành DOS/WINDOWS
Ttong Mapping office, việc thu thập các đối tượng địa lý được tiến hành một cách đơn giản trên cơ sở các bản đồ được thành lập trước đây (trên giấy, diamat …), ảnh hàng không, ảnh vệ tinh thông qua các thiết bị quét và các phần mềm công cụ để tạo ra và chuyển đổi các tài liệu trên cơ sở dưới dạng số
Mapping office gồm nhiều phần mềm ứng dụng được tích hợp trong môi trường thống nhất, phục vụ cho việc thu thập dữ liệu, xử lý, phân tích và khai thác
Phần mềm GEOMEDIA là một hệ thống phần mềm mạnh có nhiều chức năng của GIS và hiện đang lưu hành sử dụng ở nước ta
Ngoài ra còn rất nhiều phần mềm trong lĩnh vực GIS khác cũng hiện đang lưu hành ở nước ta như PC Arc/Info, Arc/View, Map/Info,…
III Cơ sở dữ liệu
1 Cơ sở dữ liệu không gian
Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó những thông tin
về định vị của đối tượng Nó là những dữ liệu để phản ánh, thể hện những đối tượng có kích thước vật lý nhất định Nếu là những cơ sở dữ liệu không gian địa
lý thì đó là những dữ liệu phản ánh những đối tượng có trên hoặc có bên trong bề mặt vỏ quả đất
Từ góc độ công nghệ thông tin địa lý, đó là những yếu tố địa lý, địa chất
được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc nhất định Tuy nhiên cơ sở dữ liệu không gian không đơn thuần là sự mô tả giống như địa chỉ của một khu dân cư mà chúng ta nên hiểu rằng địa chỉ đó miêu tả khu dân cư Còn bản thân khu dân cư đó mới chính là một cơ sở dữ liệu không gian Dữ liệu không gian
được thể hiện theo ba dạng cơ bản là điểm, đường và vùng Các đối tượng như kiểu đất cảnh quan là cơ sở dữ liệu không gian vùng; sông, đường giao thông
Trang 13Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
định:
Vị trí của đối tượng
Trong khi đo vẽ chúng ta luôn phải trả lời các câu hỏi – cái này ở đâu? vị trí của nó ở chỗ nào trên bản đồ ? Vậy việc xác định vị trí các đối tượng là hết sức cần thiết Ví dụ khi đo vẽ bản đồ chuyên đề ở nước ta từ trước đến nay luôn phải khai triển trên một bản đồ topo nào đó Song thực tế cho thấy độ chính xác của bản đồ đó không đáp ứng đủ yêu cầu cho việc đo vẽ bản đồ chuyên ngành nhất là ở bản đồ tỉ lệ trung bình và lớn
Đặc trưng của đối tượng
Đây chính là mô tả thuộc tính của đối tượng và máy tính có thể hiểu được nhờ việc mã hóa chúng theo các mức dữ liệu và bằng các giá trị số khác nhau
Mối quan hệ giữa các đối tượng
Các đối tượng nghiên cứu chuyên ngành luôn được so sánh với nhau để tìm
ra mối liên quan, ảnh hưởng giữa chúng Đó chính là mối liên quan hình học topo Đây là một yếu tố rất quan trọng và có thể là yếu tố then chốt trong công nghệ thông tin địa lý và cũng là sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống thông tin địa
lý hiện đại và các hệ xử lý đồ thị khác
2.Cơ sở dữ liệu thuộc tính
Cơ sở dữ liệu thuộc tính là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau Ví dụ: Các thông tin về chủ đất, chất lượng thể loại đất …là
Trang 14Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
14
những dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính gồm hai loại:
Dữ liệu thuộc tính định lượng: Mô tả các yếu tố định lượng như kích
IV.Vấn đề tổ chức cán bộ của GIS
Với hệ thống kỹ thuật nhỏ cho phương thức điều chỉnh GIS mà trong đó thông tin địa lý có thể được xử lý, nhưng tự chúng không thể đảm bảo được về việc sử dụng có hiệu quả Để sử dụng có hiệu quả, chúng cần được đặt vào một ngữ cảnh cụ thể thích hợp về mặt tổ chức
Đối với thành phần tổ chức không phải chỉ đơn giản là có một cái máy tính
và một vài phần mềm là đủ Nó phải được tổ chức đúng như mọi tổ chức với các sản phẩm phù hợp như trong công nghiệp chế biến các công cụ mới có thể được
sử dụng có hiệu quả nếu chúng được hợp nhất đúng đắn toàn bộ quấ trình làm việc Để làm được điều này các đòi hỏi không chỉ là những đầu tư cần thiết cho phần cứng và phần mềm mà còn là công tác đào tạo nhân viên, đội ngũ cán bộ có
Trang 15Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
15
kinh nghiệm, kiến thức tốt thuộc các chuyên ngành có liên quan và hiểu được bản chất các giải pháp công nghệ để sử dụng thành thạo các phần mềm trong một ngữ cảnh tổ chức thích hợp
I.3 Khai thác vμ sử dụng thông tin trong hệ thống thông tin địa lý
Ta biết rằng GIS có mối liên hệ mật thiết với nhiều lĩnh vực khác nhau và các ứng dụng thực tế của nó mang lại một tiềm năng to lớn
1 Những ngành có liên quan
GIS là một sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, GIS được gọi là một công nghệ xúc tác vì tiềm năng to lớn của nó với phạm vi các ngành có liên quan đến dữ liệu không gian
Mô hình có tính liên ngành đã cung cấp một số kỹ thuật để tạo nên GIS Mặt khác nhờ có điều kiện trong việc thu thập dữ liệu, GIS hợp nhất lại bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích để rút ra thông tin cần thiết
Địa lý học
Được liên hệ với sự nhận thức thế giới về vị trí con người trong đó và truyền thống lâu đời trong phân tích không gian GIS cung cấp kỹ thuật để tạo ra phân tích và nghiên cứu địa lý
Bản đồ học
Hiện tại nguồn chính của số liệu cho vào GIS là bản đồ Bản đồ máy tính hay bản đồ số cung cấp các phương pháp để biểu diễn thành dạng số và thao tác các đặc biệt khác
Viễn thám học
Các ảnh từ vệ tinh và ảnh hàng không là nguồn cơ bản của số liệu vật lý Viễn thám bao gồm kỹ thuật tra cứu số liệu và xử lý trên toàn bộ mặt trái đất và giá thành thấp nhất bao gồm cả khả năng cập nhật Số liệu tổng hợp từ hệ viễn
Trang 16Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính cung cấp phần mềm, kỹ thuật nhập
số liệu, hiển thị và quan sát biểu diễn đặc biệt trong không gian ba chiều Đồ hoạ máy tính cung cấp phần cứng, phần mềm để hiển thị các yếu tố đồ hoạ
Hệ quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS )
DBMS đóng góp các phương pháp biểu diễn số liệu ở dạng số, các thủ tục cho thiết kế và xử lý với khối lượng dữ liệu lớn, đặc biệt là đánh giá cập nhật
Trí tuệ nhân tạo (AI )
AI sử dụng máy tính để lựa chọn dựa trên số liệu có ích bằng phương pháp mô phỏng trí tụê nhân tạo và chọn quyết định, máy tính có thể hành động như một chuyên gia trong chức năng mhư thiết kế bản đồ, tổng hợp các đặc tính của bản đồ AI cũng cung cấp những phương pháp và kỹ thuật thiết kế hệ thống
Trang 17Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Quản lý tài nguyên thiên nhiên
- Quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng nhập úng,
đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên
- Phân tích xu hướng môi trường
- Phân tích cảnh quan
- Xác định vị trí chất thải độc
- Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm
- Phân tích phân bố dân cư,quy hoạch tuyến di dân
Quản lý quy hoạch
- Phân vùng quy hoạch sử dụng đất
- Các hiện trạng xu thế môi trường
- Quản lý chất lượng nứơc
Quản lý các thiết bị
- Xác định đường ống ngầm,cáp ngầm
- Xác định tải trọng của lưới điện
- Duy trì quy hoạch các thiết bị
- Sử dụng đường điện
Và nhiều các ứng dụng khác trong nhiều lĩnh vực khác nhau về tự nhiên, kinh tế xã hội
Trang 18
Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
18
Trang 19Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
19
Chương II
Tổ chức xây dựng cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý -
II.1.cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý
Một phần rất quan trọng của GIS là cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là bộ các thông tin được lưu trữ dưới dạng số Vì cơ sở dữ liệu có mối liên quan với các
điểm đặc trưng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai yếu tố: Cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu đặc tính Các cơ sở dữ liệu này có một số quy định chung
I Các qui định chung
Cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình số hoá tỷ lệ 1: 10000, 1: 25000, 1: 50000, và 1: 100000 phải được lưu trữ theo mô hình dữ liệu không gian (spatial data model), trong đó các đối tượng không gian tuỳ thuộc vào độ lớn của chúng trong không gian cũng như yêu cầu về tỷ lệ thể hiện mà được biểu thị bằng điểm,
đường thẳng, đường nhiều cạnh, hoặc là vùng khép kín Các tệp tin (file) bản đồ phải ở dạng “mở”, nghĩa là phải cho phép chỉnh sữa, cập nhật thông tin khi cần thiết và có khả năng chuyển đổi khuôn dạng (format) để sử dụng trong các phần mềm bản đồ thông dụng khác phục vụ những mục đích khác nhau như chế bản, làm nền cơ sở cho hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Phần mềm dùng để số hoá bản đồ phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị, trình độ của các kỹ thuật viên, cũng như thói quen và khả năng tiếp cận với công nghệ mới của từng đơn vị sản xuất Các phần mềm này có thể là Microstation, Geovec, CADMap, Provec, WinGIS Tuy nhiên, để đảm bảo cho việc lưu trữ, quản lý và khai thác thì dữ liệu đồ hoạ cuối cùng phải được chuyển về chương trình Microstation để biên tập bản đồ với sự hỗ trợ của các modul khác của hãng
Trang 20Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
20
Intergraph như MGE, MSFC, MRFCLEAN
Nội dung bản đồ sau khi số hoá phải đảm bảo đầy đủ, chính xác, chi tiết như nội dung bản đồ gốc dùng để số hoá Dữ liệu phải làm sạch, lọc bỏ những
điểm nút thừa, làm trơn những chỗ gãy và không có đầu thừa, đầu thiếu (Tuy nhiên làm trơn nét không được làm thay đổi hình dạng của đối tượng biểu thị so với bản đồ gốc)
Độ chính xác về cơ sở toán học, về vị trí các yếu tố địa vật và độ chính xác tiếp biên không được vượt quá hạn sai cho phép
Về hình thức trình bày, bản đồ số hoá tuân thủ theo đúng các yêu cầu thể hiện nội dung đã được qui định trong qui phạm và hệ thống ký hiệu hiện hành của Tổng Cục Địa Chính Do vậy, khi biên tập bản đồ số phải sử dụng đúng bộ
ký hiệu bản đồ địa hình số tỷ lệ tương ứng và bộ phông chữ tiếng việt Bộ ký hiệu bản đồ địa hình số các tỷ lệ và chương trình bàn phím tiếng việt này thống nhất
áp dụng cho cả các bản đồ địa hình thành lập bằng các phương pháp số khác
Các ký hiệu độc lập trên bản đồ phải thể hiện bằng các ký hiệu dạng cell
được thiêt kế sẵn trong tệp (bd ).cell, mà không dùng công cụ vẽ hình (shape) hay vòng tròn (circle) để vẽ Ví dụ nhà độc lập phải dùng cell NHDL mà không dùng công cụ vẽ hình chữ nhật để vẽ
Các đối tượng dạng đường không dùng B - spline để vẽ mà phải dùng line string, các đường có thể là polyline, linestring, chain hoặc comlex chain Điểm
đầu đến điểm cuối của một đối tượng đường phải là một đường liền không đứt
đoạn và phải có điểm nút ở những chỗ giao nhau giữa các đường cùng loại
Những đối tượng dạng vùng (polygon) của cùng một đối tượng có dùng kiểu ký hiệu là pattern, shape hoặc fill color phải là các vùng đóng kín, kiểu đối tượng là shape hoặc complex shape
Bản đồ được số hoá theo từng mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng tiếp nối liên tục về dữ liệu của các mảnh bản đồ cùng tỷ lệ kề cạnh nhau trong toàn
Trang 21Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
21
lãnh thổ Việt Nam Khi lưu trữ bản đồ số cùng tỷ lệ theo một khu vực nào đó thì vẫn phải đảm bảo chia mảnh và trình bày trong ngoài khung theo qui định của qui phạm hiện hành Ngoài ra còn phải đảm bảo khả năng ra phim chế in offset bằng công nghệ điện tử cho từng mảnh như đúng bản đồ địa hình được chế in theo công nghệ truyền thống trên giấy mà không cần biên tập lại nội dung, chỉ cần thêm bớt một số chi tiêt để ra phim chế in
Để đảm bảo độ chính xác về cơ sở toán học, sự đúng đắn về tương quan
địa lý và tương quan topology, các yếu tố nội dung bản đồ phải được số hoá theo một trình tự nhất định
II Qui định về nội dung
Nội dung bản đồ số phải thống nhất như bản đồ địa hình in trên giấy Toàn
bộ ký hiệu được thiết kế theo ký hiệu bản đồ địa hình hiện hành tỷ lệ tương ứng, riêng nền khu vực núi đá được thay tơ ram núi đá bằng màu nâu 10% và tơ ram khu vực ruộng nuôi tôm được thay bằng màu lơ 7% để giảm tải trọng cho bộ nhớ của máy
III Qui định về phân lớp nội dung bản đồ số
Mỗi mảnh bản đồ khi số hoá được phân thành 7 tệp tin (file) theo chuyên
đề Mỗi chuyên đề bao gồm một nhóm đối tượng nội dung bản đồ gọi là nhóm lớp, trong một nhóm lớp các yếu tố nội dung lại được sắp xếp theo từng lớp Việc phân chia lớp và nhóm lớp dựa vào các qui định nội dung trong “ Ký hiệu bản đồ
địa hình tỷ lệ 1:10000, 1:25000” ban hành năm 1995 và “ ký hiệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50000, 1:100000” ban hành năm 1998
Nội dung bản đồ địa hình số tỷ lệ 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000 bao gồm các nhóm lớp và lớp thông tin sau:
1 Nhóm lớp (tệp tin)
Các tập tin đặt tên theo qui định: các ký tự đầu là số hiệu mảnh, 2 ký tự cuối là các chữ viết tắt dùng để phân biệt các chuyên đề khác nhau Tuy nhiên, để
Trang 22Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
22
tránh cho tên tệp quá dài, qui định dùng chữ A thay cho số múi 48 và chữ B thay cho múi 49 Tên tệp có thể bỏ qua số đai và số múi, nhưng tên thư mục chứa các tệp tin thành phần của một mảnh bản đồ thì phải đặt theo phiên hiệu đầy đủ của mảnh đó, ví dụ \FA118Cb1\118Cb1CS.dgn
Các tệp tin được đặt tên cụ thể như sau:
- Tệp nhóm “Cơ sở toán học”: Bao gồm khung bản đồ, lưới kilômét, các
điểm khống chế trắc địa, giải thích, trình bày ngoài khung và các nội dung có liên quan, được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) CS.dgn
Ví dụ: 119CbCS.dgn
- Tệp nhóm lớp “Dân cư”: Bao gồm nội dung dân cư và các đối tượng kinh
tế văn hoá xã hội, được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) DC.dgn
Ví dụ: 122ADC.dgn
- Tệp nhóm lớp “Địa hình”: Bao gồm các yếu tố dáng đất, chất đất, các
điểm độ cao, được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) DH.dgn
- Tệp nhóm lớp “Ranh giới”: Bao gồm các đường biên giới, mốc biên giới,
địa giới hành chính các cấp, ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất, được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) RG.dgn
Ví dụ: 122ARG.dgn
- Tệp nhóm lớp “Thực vật”: Bao gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật, được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) TV.dgn
Trang 23Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
23
Ví dụ: 122ATV.dgn
2 Lớp thông tin (level) và mã đối tượng (code)
Trong mỗi tệp, yếu tố nội dung được chia thành các lớp đối tượng Mỗi tệp tin có tối đa 63 lớp (trong Microstation) nhưng khi phân lớp không sử dụng hết toàn bộ mà dàng lại một số lớp trống cho các thao tác phụ khi số hoá Mỗi lớp có thể gồm một hoặc vài đối tượng có cùng tính chất, được gán một mã (code) riêng Mã này thống nhất áp dụng cho toàn hệ thống tỷ lệ bản đồ địa hình
IV Qui định các chuẩn cơ sở
Để đảm bảo cho các dữ liệu bản đồ được thống nhất, các bản đồ phải được xây dựng và biên tập trong môi trương Microstation và các modul khác chạy trên nền phần mềm này trên cơ sở các tệp chuẩn sau:
- Seedfile: vngaus2d.dgn
- Phông chữ tiêng Việt: vnfont.rsc
- Chương trình bàn phím tiếng Việt
- Thư viện các ký hiệu độc lập cho các tỷ lệ bản đồ tương ứng
- Thư viện các ký hiệu địa hình tuyến tính cho các tỷ lệ bản đồ tương ứng
V Qui định về tμi liệu
Tài liệu dùng để số hoá bản đồ địa hình là bản đồ gốc đo vẽ, gốc biên vẽ hoặc thanh vẽ, phim gốc chế Trường hợp đặc biệt khi không có các tài liệu trên (các loại bản đồ gốc) có thể dùng bản đồ màu hoặc lưu đồ đen để số hoá Tuy nhiên khi chọn bản đồ màu hoặc lưu đồ đen in trên giấy để số hoá cần đo, kiểm tra kích thước và chọn mảnh bản đồ có sai số biến dạng nhỏ nhất so với kích thước lý thuyết và sai số chồng ghép màu nhỏ nhất để làm gốc số hoá Trong trường hợp bản gốc được lập trên đế cứng không thuận tiện cho số hoá thì phải chụp ảnh, phiên lại tài liệu gốc sang phim dương để số hoá, không dùng phương pháp can vẽ lại tài liệu để số hoá
Tài liệu bản đồ dùng để số hoá phải đảm bảo chính xác về cơ sở toán học,
Trang 24Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
24
tính hiện thời về chất lượng nội dung, đủ điểm mốc để định vị hình ảnh bản đồ và phù hợp về hệ qui chiếu theo qui định của tổng cục địa chính
VI Qui định về cơ sở toán học
Cơ sở toán học của bản đồ địa hình là cơ sở toán học qui định cho bản đồ
địa hình thông dụng theo qui định của nhà nước
Cách chia mảnh, ghi phiên hiệu mảnh và tên mảnh bản đồ tuân theo qui
định chung hiện nay của tổng cục địa chính cho bản đồ địa hình các tỷ lệ in trên giấy
Khung trong, lưới kilomet, lưới kinh vĩ độ của bản đồ phải được xây dựng bằng các chương trình chuyên dụng cho thành lập lươí chiếu bản đồ (như modul Grid Generation trong MGE - Intergraph), các điểm góc khung, các mắt lưới kilomet không có sai số (trên máy tính) so với toạ độ lý thuyết Không dùng các công cụ vẽ đường thẳng hoặc đường cong để vẽ lưới km và khung trong bản đồ theo ảnh quét Các điểm tam giác cũng không được số hoá theo hình ảnh quét mà phải được “triển” vào bản đồ theo đúng toạ độ thật của chúng (theo số liệu ghi trong bản đồ)
Khi trình bày các yếu tố nội dung của khung trong và khung ngoài bản đồ không được làm xê dịch vị trí của các đường lưới km, khung trong hoặc các mắt lưới kinh vĩ độ của tờ bản đồ
II.2 Cấu trúc dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý
Như ta đã biết, hệ thống thông tin địa lý gồm hai loại dữ liệu đặc trưng là dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian Cả hai loại dữ liệu này cần phải tuân theo một cấu trúc hợp lý để tiện quản lý, lưu trữ và sửa đổi Các cấu trúc dữ liệu đó bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính
I Cấu trúc dữ liệu không gian
Thông tin của các đối tượng trong hệ thống thông tin địa lý rất phức tạp với các thông tin về vị trí, mối quan hệ không gian giữa các đối tượng như tính kề
Trang 25Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
là tên, có thể là ký hiệu thực tế hoặc số qui ước hay ký hiệu đặc biệt
Tất cả các yếu tố đối tượng trong hệ thống thông tin địa lý đều có thể được miêu tả theo hai kiểu cấu trúc dữ liệu là raster hay vector
1 Cấu trúc dữ liệu raster
Đây là cấu trúc dữ liệu mà trong đó dữ liệu được thể hiện thành một mảng gồm các pixel và mỗi pixel đều mang giá trị của thông số đặc trưng cho đối tượng Một khu vực trên bản đồ được biểu thị ở dạng số bằng cách lưu giữ vị trí (toạ độ tâm điểm của chúng hoặc toạ độ góc trái dưới), kích thước và tính tương ứng của mỗi pixel
Đôi khi người ta áp dụng hình thức biểu thị với kích thước pixel có hình dạng và kích thước đồng đều Hình vuông là hình dạng pixel phổ biến nhất sau
đó là hình chữ nhật
Lưu ý rằng các đối tượng có kích thước lớn hơn 1/ 2 pixel sẽ được mã hoá thành 1 pixel, còn các đối tượng có kích thước nhỏ hơn 1/ 2 pixel sẽ không được ghi lại Từ đó ta nhận thấy kích thước pixel càng nhỏ thì việc thể hiện các đối tượng càng chi tiết và chính xác
Nếu nhiều pixel kế tiếp nhau có cùng thuộc tính thì có khả năng nén không gian lưu trữ bằng cách mỗi thuộc tính được ghi kèm con số chỉ số lượng, những pixel có cùng thuộc tính nằm kề bên kế tiếp nhau khi đó sẽ tránh được việc ghi lặp
những thông tin thuộc tính giống nhau nằm kế tiếp nhau
Một cách khác để giảm ô nhớ là mã hoá theo dạng hình cây Ta có thể bắt
Trang 26Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
26
đầu từ hinh vuông, hình vuông này sau đó sẽ được chia thành 4 hình vuông nhỏ hơn Cứ tiếp tục phân chia hình vuông cho đến khi tất cả các pixel trong hình vuông có cùng một thuộc tính Mức độ chia nhỏ phụ thuộc kích thước hình vuông ở mức 0, mỗi hình vuông chỉ bao gồm một pixel đơn, ở mức 1 bao gồm 4 pixel kề nhau, ở mức n sẽ bao gồm toàn miền (ở ví dụ trên toàn miền có 64 pixel,
n = 3 ) Địa chỉ của mỗi hình vuông có thể được qui định bởi số hàng và số cột của pixel nằm ở hàng cuối phía trái, có thể tổ chức lưu trữ bởi 3 giá trị: địa chỉ, mức, thuộc tính
Như vậy trong cấu trúc dữ liệu raster các yếu tố cơ bản được biểu diễn như sau:
Trang 27Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
2 Cấu trúc dữ liệu vector
Cấu trúc vector là cấu trúc dữ liệu dựa trên các điểm có toạ độ để biểu diễn các đối tượng thông qua ba yếu tố cơ bản điểm, đường, vùng Cấu trúc dữ liệu vector cho phép mô tả chính xác vị trí và mối quan hệ không gian của các đối tượng và hiện tượng Sau đây là sự biểu diễn các yếu tố thông tin cơ bản trong cấu trúc dữ liệu vector
Yếu tố điểm
Điểm trong cấu trúc dữ liệu vector được mô tả bởi cặp toạ độ X,Y trong một hệ thống toạ độ nhất định Đi kèm theo giá trị toạ độ X,Y của điểm còn có chỉ số cụ thể để miêu tả đặc tính của điểm (điểm đơn giản, điểm kí tự, điểm nút,
độ sâu …)
Để nhận biết rõ cấu trúc của một yếu tố điểm theo kiểu vector ta xét sơ đồ biểu diễn cấu trúc vector của một điểm (Hình 2-2)
Trang 28Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
các thuộc tính phi địa hình đ−ợc kết hợp để hiển thị,trình bày
và tạo dựng các điểm liên kết cơ sở dữ liệu
Trang 29Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
29
Về mặt lý thuyết đường là tập hợp vô số các điểm Trong cấu trúc dữ liệu vector thường mô tả đường là tập hợp các cung (ARC ), mỗi cung là tập hợp của các đoạn thẳng nhỏ nối giữa các điểm kề nhau đã được chọn Các đoạn thẳng này
đủ nhỏ để đảm bảo không bị lệch khỏi đoạn thực một khoảng vượt quá sai số cho phép
X
Y Hình 2-3: Biểu diễn thông tin dạng đường theo cấu trúc Vector
Số liệu định vị của các yếu tố đường được lưu trong máy tính dưới dạng tập hợp các cặp toạ độ, trong đó các cặp toạ độ đặc trưng cho điểm thuộc đường đó Với một đường thẳng ta có thể lưu trữ toạ độ của hai điểm đầu và cuối, nhưng với một đường cong số lượng điểm lưu trữ rất lớn Muốn giảm bớt số lượng ô nhớ khi lưu trữ đường cong thì đoạn thẳng giữa các điểm lưu trữ có thể sắp đặt lại thành các dạng của cung cong Như vậy quá trình cấu tạo đường đẳng sâu, các điểm
được lưu trữ không phải là những điểm nối giữa các đoạn thẳng mà là các điểm tạo cung tròn hoặc parabol Khi đó phải chỉ ra cách tạo dựng đường cùng các
điểm được lưu trữ phải chỉ rõ các kiểu đường (kiểu nội suy) đối với từng yếu tố
Trang 30Nguyễn Văn Thuỳ Lớp trắc địa B-K43
Các điểm của đường được chọn để lưu trữ thường là các điểm ngoặt (điểm
đặc trưng) phản ánh đúng hình thái của đường một cách đơn giản nhất
Tuy nhiên một đường cũng có thể được chia nhỏ ra thành nhiều đoạn,từng
đoạn có thể lưu trữ tách riêng với nhau Trong trường hợp này cần cung cấp địa chỉ lưu trữ của mỗi đoạn kế tiếp sau kèm theo đoạn đó
Yếu tố vùng
Vùng (hay còn gọi là diện) có thể coi là tập hợp vô số điểm được giới hạn bởi một đường khép kín Số liệu định vị của yếu tố vùng được xác định bởi đường bao của chúng
Nói chung, không có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu
tố đường và số liệu định vị của yêú tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường Nhưng nó có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu
định vị kèm theo kiểu yếu tố được hiển thị (điểm, đường, vùng) Ngoài ra cũng
có khả năng ngầm hiểu, ví dụ như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt là yếu
tố đường ….Đường bao của một vùng khép kín (tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau) Ngược lại một đường khép kín không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (đường bình độ không phải là yếu tố vùng)
Trong thực tế các yếu tố vùng nằm kề nhau (có bờ ngăn cách chung) Để giảm việc lãng phí bộ nhớ do lưu trữ các cạnh chung hai lần, người ta chỉ tiến hành lưu trữ mỗi cạnh chỉ một lần, đồng thời cung cấp cho từng vùng những thông tin về cạnh của nó
Tương tự như vậy với trường hợp các điểm chung có thể lưu trữ toạ độ mỗi