(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học thành lập dữ liệu bản đồ địa hình phục vụ mục đích quân sự từ cơ sở dữ liệu nền địa lý và ảnh viễn thám
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.81 MB, 161 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN THỊ LAN PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC THÀNH LẬP
DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH QUÂN SỰ
TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH VIỄN THÁM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN THỊ LAN PHƯƠNG
NGHIÊN CỨU XÁC LẬP CƠ SỞ KHOA HỌC THÀNH LẬP
DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH QUÂN SỰ
TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ VÀ ẢNH VIỄN THÁM
Ngành
: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã số
: 62520503
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS PHẠM VỌNG THÀNH
2. TS VŨ VĂN CHẤT
HÀ NỘI-2014
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
được sử dụng và kết quả phân tích, trình bày trong luận án là trung thực, chưa từng
được công bố trong bất cứ cơng trình nào trước đây.
Tác giả luận án
Nguyễn Thị Lan Phương
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC ...................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH .............................................................. vi
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC ................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 2
3. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 2
4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2
5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 3
6. Phương pháp nghiên cứu: .................................................................................... 3
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án .......................................................... 4
8. Những luận điểm bảo vệ của luận án .................................................................. 5
9. Những điểm mới của luận án............................................................................... 5
10. Cấu trúc của luận án .......................................................................................... 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ CẬP NHẬT CƠ
SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI........................ 6
1.1. Tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ ......................................................... 6
1.2. Tình hình cập nhật cơ sở dữ liệu từ ảnh viễn thám ........................................ 19
1.3. Quản lý và chia sẻ dữ liệu quân sự ................................................................. 25
1.4. Những vấn đề được giải quyết trong luận án ................................................. 26
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA
HÌNH QUÂN SỰ ...................................................................................................... 28
2.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự của Việt Nam ................... 28
2.2. Khái quát lý thuyết nền trong xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu bản đồ .... 32
2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu ................................................................................... 35
iii
2.4. Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám.................................................... 51
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ
LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH QUÂN SỰ ................................................................... 62
3.1. Lựa chọn cơng nghệ........................................................................................ 62
3.2. Quy trình cơng nghệ ....................................................................................... 63
3.3. Chuyển đổi, chuẩn hóa dữ liệu và bổ sung cấu trúc dữ liệu ........................... 66
3.4. Tổng quát hóa trong xây dựng cơ sở dữ liệu dẫn xuất ................................... 69
3.5. Trình bày bản đồ các tỷ lệ .............................................................................. 73
3.6. Bộ quy tắc trình bày tự động .......................................................................... 74
3.7. Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám ........................................................ 79
3.8. Nguyên tắc nhận dạng đối tượng bằng mã hóa trong cơ sở dữ liệu ............... 89
3.9. Xây dựng phần mềm quản lý, chia sẻ và khai thác cơ sở dữ liệu bản đồ địa
hình quân sự ........................................................................................................... 90
CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ XÂY
DỰNG VÀ CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH QN SỰ ....... 97
4.1. Xây dựng cơng cụ tổng quát hóa tự động CSDL các tỷ lệ 1:25.000, 1:50.000
từ CSDL tỷ lệ 1:10.000 .......................................................................................... 98
4.2. Xây dựng Bộ quy tắc trình bày bản đồ địa hình quân sự tỷ lệ 1:10.000,
1:25.000 và 1:50.000 từ CSDL nền địa lý quân sự tỷ lệ 1:10.000 ...................... 101
4.3. Xây dựng các mẫu CSDL và trình bày bản đồ cho các dạng địa hình đặc trưng 105
4.4. Chiết tách đối tượng địa lý từ ảnh viễn thám VNREDSAT-1...................... 107
4.5. Thử nghiệm tổng hợp các giải pháp cho một khu vực ................................. 113
4.6. Tổ chức nội dung thông tin bản đồ trong phần mềm quản lý, chia sẻ và khai
thác cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự ......................................................... 117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 120
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ
CĨ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN .......................................................................... 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 123
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 129
iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ArcSDE GDB
ArcSDE Geodatabase - CSDL khơng gian địa lý dạng quan hệ đa
người dùng có khả năng lưu trữ dữ liệu địa lý lớn, có sử dụng các
hệ quản trị quản trị CSDL như Oracle 10g hay SQL Server
CSDL
Cơ sở dữ liệu
DCM
Digital Catorghaphic Model - Mơ hình số bản đồ
DLM
Digital Lanscape Model - Mơ hình số cảnh quan
GIS
Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý
GPS
Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu
HTML
HyperText Markup Language - Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
được dùng để thiết kế các trang Web
SQL
Structured Query Language - Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc được
dùng để truy cập CSDL.
TQH
Tổng quát hóa
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. So sánh trúc thông tin chủ đề của CSDL nền địa lý quốc gia và CSDL
nền địa lý quân sự...................................................................................................... 11
Bảng 1-2. Thống kê số lượng đối tượng địa lý thuộc các chủ đề trong CSDL nền địa
lý quốc gia và CSDL nền địa lý quân sự ................................................................... 12
Bảng 2-1. Các đối tượng địa lý là mục tiêu quân sự ................................................. 30
Bảng 2-2. Phân loại hoạt động tổng qt hóa dữ liệu đối tượng khơng có dạng mạng
lưới ............................................................................................................................ 42
Bảng 2-3. Phân loại các hoạt động tổng quát hóa trong biên tập bản đồ .................. 47
Bảng 2-4. Đánh giá khả năng sử dụng một số tư liệu ảnh vệ tinh quang học phổ biến
để cập nhật CSDL và bản đồ địa hình quân sự ......................................................... 60
Bảng 3-1. Bảng ánh xạ các đối tượng chuyển đổi mã, loại đối tượng, gộp đối tượng
khi chuyển từ CSDL nền địa lý quốc gia sang CSDL nền địa lý quân sự ................ 66
Bảng 3-2. Thống kê các trường thông tin bổ sung vào CSDL nền địa lý quân sự ... 68
Bảng 3-3. Thống kê các lớp đối tượng loại bỏ từ CSDL nền địa lý khi chiết tách
CSDL bản đồ địa hình ............................................................................................... 69
Bảng 3-4. Bảng ánh xạ chủ đề Cơ sở đo đạc cho mục đích trình bày bản đồ........... 78
Bảng 3-5. Tổng hợp các thành phần phát triển phần mềm ....................................... 90
Bảng 4-1. Kết quả thử nghiệm Bộ ký hiệu các tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000 và 1:50.000 ... 101
Bảng 4-2. Thống kê kết quả thử nghiệm thiết kế tập hợp các quy tắc trình bày tự
động ......................................................................................................................... 104
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Mỹ [50], [58].................... 7
Hình 1-2. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Pháp [50] .......................... 8
Hình 1-3. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Đức [50] ........................... 9
Hình 1-4. Mơ hình thành lập bản đồ địa hình quân sự và cơ sở dữ liệu của Việt Nam ... 12
Hình 1-5. Giải pháp trình bày bản đồ của ESRI (Mỹ) [58] ...................................... 18
Hình 1-6. Quy trình cập nhật bản đồ và cơ sở dữ liệu nền địa lý trong nước ........... 21
Hình 1-7. Sơ đồ quy trình phát hiện thay đổi bằng ảnh viễn thám phục vụ cập nhật
cơ sở dữ liệu và bản đồ [54] ...................................................................................... 23
Hình 2-1. Một số ứng dụng của hệ thống bản đồ địa hình quân sự .......................... 29
Hình 2-2. Các trường hợp xảy ra khi phân loại theo phổ [38] .................................. 35
Hình 2-3. Mơ hình tổng qt hố của Gruenrich [63] .............................................. 40
Hình 2-4. Mơ hình tổng qt hóa đề xuất ................................................................. 41
Hình 2-5. Đồ thị phản xạ quang phổ của thực vật, đất và nước [38] ........................ 52
Hình 2-6. Minh họa mục tiêu quân sự trên ảnh viễn thám [15] ................................ 54
Hình 3-1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL bản đồ địa hình quân sự ..... 63
Hình 3-2. Sơ đồ phân tích chuỗi thao tác trong xây dựng cơ sở dữ liệu dẫn xuất .... 70
Hình 3-3. Sơ đồ hoạt động tổng qt hóa theo phương pháp rời rạc ........................ 71
Hình 3-4. Minh họa chỉnh khe để đảm bảo hợp điệu giữa thủy hệ và bình độ sau TQH ... 72
Hình 3-5. Sơ đồ hoạt động tổng quát hóa theo phương pháp tương tác tổng hợp .... 73
Hình 3-6. Minh họa thao tác kích hoạt khu vực tác động TQH trực tiếp từ màn hình .... 73
Hình 3-7. Sơ đồ trình bày bản đồ địa hình quân sự từ cơ sở dữ liệu ........................ 74
Hình 3-8. Sơ đồ khái niệm Kỹ thuật trình bày .......................................................... 75
Hình 3-9. Sơ đồ khái niệm Chỉ thị trình bày ............................................................. 75
Hình 3-10. Sơ đồ khái niệm Danh mục trình bày ..................................................... 76
Hình 3-11. Sơ đồ khái niệm Trình bày bản đồ .......................................................... 76
Hình 3-12. Sơ đồ quy trình xây dựng tập hợp các quy tắc trình bày tự động ........... 77
Hình 3-13. Sơ đồ quy trình cơng nghệ cập nhật đối tượng địa lý từ ảnh viễn thám ... 79
Hình 3-14. Sơ đồ quy trình công nghệ nắn ảnh ........................................................ 80
vii
Hình 3-15. Sơ đồ quy trình chiết tách đối tượng, lớp đối tượng địa lý từ ảnh viễn thám ... 82
Hình 3-16. Minh họa các trường hợp vector hóa theo hàm đa thức bậc 1, 2 và 5 [49].... 86
Hình 3-17. Minh họa vector hóa đối tượng các trường hợp trị số γ bằng 0.1, 10 và
100 [49] ..................................................................................................................... 87
Hình 3-18. Minh họa mẫu khóa giải đốn ................................................................ 88
Hình 3-19. Minh họa quản lý mã định danh chủ đề và phiên bản trình bày ............. 89
Hình 3-20. Minh họa quản lý mã định danh đối tượng nội dung bản đồ .................. 89
Hình 3-21. Sơ đồ thiết kế các phân hệ của phần mềm .............................................. 93
Hình 3-22. Lưu đồ thao tác với bản đồ ..................................................................... 95
Hình 3-23. Lưu đồ thao tác với bình đồ ảnh ............................................................. 95
Hình 4-1. Minh họa lưu đồ và cơng cụ tổng qt hóa đối tượng TimDuongBo được
thiết kế trên modul Model Builder (ArcGIS) ............................................................ 99
Hình 4-2. Minh họa Bộ ký hiệu trình bày bản đồ phục vụ in giấy ......................... 102
Hình 4-3. Minh họa Bộ ký hiệu trình bày bản đồ phục vụ tra cứu thơng tin từ màn hình .. 102
Hình 4-4. Minh họa các lớp thơng tin trong CSDL trình bày tự động.................... 103
Hình 4-5. Minh họa tập hợp các quy tắc trình bày tự động .................................... 103
Hình 4-6. Minh họa cấu trúc thơng tin mẫu trình bày............................................. 104
Hình 4-7. Trực ảnh VNREDSAT-1 khu vực thử nghiệm ....................................... 107
Hình 4-8. Minh họa kết quả chiết tách đối tượng theo ảnh tổ hợp Đỏ-Lục-Lam ... 108
Hình 4-9. Minh họa ảnh khác biệt của chỉ số thực vật bằng hàm tăng tỷ lệ giữa kênh
Đỏ và Lục ................................................................................................................ 108
Hình 4-10. Minh họa kết quả phân loại theo ảnh tổ hợp Đỏ-Lục-Lam .................. 109
Hình 4-11. Minh họa kết quả chiết tách đối tượng theo ảnh tổ hợp Cận hồng ngoạiĐỏ-Lam ................................................................................................................... 109
Hình 4-12. Minh họa kết quả chiết tách dữ liệu từ ảnh khác biệt chỉ số thực vật bằng
hàm tăng tỷ lệ giữa kênh Cận hồng ngoại và Đỏ .................................................... 110
Hình 4-13. Minh họa kết quả chiết tách nhóm đối tượng từ ảnh tổ hợp Cận hồng
ngoại-Đỏ-Lam ......................................................................................................... 110
Hình 4-14. Minh họa phân đoạn đối tượng và gộp đối tượng theo kênh Lục ........ 110
viii
Hình 4-15. Minh họa kết quả chiết tách dữ liệu theo kênh Lục .............................. 111
Hình 4-16. Minh họa phân đọan đối tượng và gộp đối tượng theo kênh Cận hồng ngoại .. 111
Hình 4-17. Minh họa kết quả chiết tách dữ liệu theo kênh Cận hồng ngoại .......... 111
Hình 4-18. So sánh dữ liệu chiết tách từ ảnh với bản đồ tỷ lệ 1:10.000 ................. 112
Hình 4-19. Minh họa hình ảnh trước và sau TQH dữ liệu trong khu vực thử nghiệm .. 114
Hình 4-20. Minh họa trực ảnh tổ hợp mầu .............................................................. 115
Hình 4-21. Minh họa cập nhật khu quân sự theo ảnh vệ tinh SPOT5 .................... 115
Hình 4-22. Minh hoạ sản phẩm bản đồ phục vụ in ra giấy từ cơ sở dữ liệu nền địa lý.. 116
Hình 4-23. Minh bản đồ cũ theo công nghệ đồ họa với sản phẩm thử nghiệm ...... 116
Hình 4-24. Minh họa các mức quan sát khác nhau của dữ liệu mạng giao thơng .. 118
Hình 4-25. Minh họa tích hợp cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự tỷ lệ 1:10.000 .... 118
Hình 4-26. Minh họa tích hợp bình đồ ảnh vệ tinh Landsat độ phân giải 30m ...... 119
ix
DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Phân tích quan hệ không gian giữa các đối tượng trước và sau TQH ... 129
Phụ lục 2: Phân loại cấp độ quan trọng của đối tượng trong làm giàu dữ liệu ....... 131
Phụ lục 3: Các kết quả nghiên cứu liên quan đến xây dựng công cụ TQH tự động .... 132
Phụ lục 4: Mẫu biểu thị các dạng địa hình đặc trưng theo Bộ quy tắc trình bày tự
động các tỷ lệ .......................................................................................................... 141
Phụ lục 5: Thống kê số đối tượng trước và sau TQH từ tỷ lệ 1:10.000 sang 1:25.000 .. 146
Phụ lục 6: Bảng thống kê số đối tượng bản đồ trình bày tự động cho bản đồ tỷ lệ
1:25.000 khu vực thử nghiệm ................................................................................. 147
Phụ lục 7: Bảng thống kê các lỗi dữ liệu cần được chuẩn hóa trước và sau TQH ...... 148
Phụ lục 8: Giới thiệu một số tính năng chính của phần mềm quản lý, chia sẻ dữ liệu... 149
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bản đồ học là một lĩnh vực khoa học xuất hiện rất sớm trong nền văn minh
nhân loại. Trải qua một quá trình lịch sử phát triển lâu dài, ngày nay bản đồ học đã
vươn lên trở thành một ngành khoa học độc lập, liên quan đến nhiều ngành khoa học
khác nhau sử dụng mơ hình bản đồ. Những dấu mốc phát triển của ngành khoa học
bản đồ thường được gắn liền với sự phát triển vượt bậc của Khoa học - Công nghệ,
yếu tố làm thay đổi về chất trong phương thức sản xuất cũng như sử dụng bản đồ.
Trước đây, các bản đồ giấy từng có vai trị vừa là cơ sở dữ liệu (CSDL)
thông tin, vừa là phương tiện truyền đạt thông tin. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển
các ứng dụng của công nghệ bản đồ số và Hệ thông tin địa lý (Geographic
Information System - GIS), việc quản lý dữ liệu và trình bày bản đồ đã có sự phân
chia rõ ràng về mặt vật lý. Theo đó, một trong những chức năng chính của CSDL
bản đồ là quản lý dữ liệu cho mục đích sản xuất bản đồ. Khi đặt trong một hệ quản
trị CSDL không gian, CSDL và bản đồ liên kết với nhau thành một thể thống nhất.
Tại Việt Nam hiện nay, bản đồ địa hình nói chung, bản đồ địa hình phục vụ
mục đích quân sự (gọi tắt là bản đồ địa hình quân sự) nói riêng, cơ bản vẫn được
thành lập từ các phần mềm đồ họa thuần túy. Một số ít các sản phẩm trong đó đã có
những bước tiếp cận với cơng nghệ GIS nhưng vẫn cịn tồn tại nhiều hạn chế từ
hình thức thể hiện đến việc quản lý và ứng dụng. Đặc biệt phải kể đến những bất
cập khi cần cài đặt dữ liệu trên các thiết bị quân sự hiện đại, đòi hỏi phải thiết lập hệ
thống định vị, dẫn đường, dẫn hướng, các bài toán về chuyển đổi định dạng, đồng
bộ hóa dữ liệu mang tính chun dụng cao. Theo đó, việc nghiên cứu xác lập cơ sở
khoa học về xây dựng CSDL bản đồ địa hình quân sự hiện đại cho Việt Nam là cần
thiết nhằm đáp ứng các yêu cầu trên.
Trên thực tế, giải pháp sử dụng CSDL nền địa lý quốc gia phủ trùm đa mục
đích, để dẫn xuất ra các CSDL cho các mục đích khác nhau, trong đó có mục đích
Quốc phịng – An ninh, đã được các quốc gia tiên tiến trên thế giới lựa chọn và thành
2
cơng. Do vậy, CSDL bản đồ địa hình qn sự Việt Nam cũng cần lựa chọn giải pháp
xây dựng từ CSDL nền địa lý quốc gia phủ trùm. Tuy nhiên, điểm khác biệt cơ bản
giữa các CSDL phục vụ mục đích quân sự với CSDL nền địa lý quốc gia là hệ thống
mã hóa đối tượng và có thêm các dữ liệu địa lý là mục tiêu quân sự. Các mục tiêu quân
sự thường ít được thu thập trong CSDL nền địa lý quốc gia bởi các lý do về mục đích
sử dụng và bảo mật thơng tin. Thực tế, trong CSDL nền địa lý quân sự được xây dựng
từ bản đồ địa hình quân sự (giai đoạn những năm từ 2008 đến 2013), các đối tượng địa
lý quân sự là mục tiêu quân sự cũng chưa được xây dựng đầy đủ. Nguyên nhân là tư
liệu ảnh hàng không dùng để thành lập bản đồ địa hình quân sự trước đây thường bị
xóa các mục tiêu quân sự trước khi đưa vào sản xuất. Vì vậy, khi xây dựng CSDL bản
đồ quân sự từ CSDL nền địa lý quốc gia phải bổ sung kịp thời các dữ liệu địa lý là mục
tiêu quân sự, song song với việc cập nhật các đối tượng địa lý biến động theo thời gian.
Trong đó, với đặc thù phạm vi bao quát rộng, tần xuất cung cấp thông tin nhanh, tư liệu
viễn thám được coi là một trong những kênh thu thập thông tin địa lý hiệu quả nhất. Do
đó, cần thiết phải nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học giải đoán đối tượng địa lý quân sự
từ ảnh viễn thám cho mục đích cập nhật CSDL bản đồ địa hình qn sự.
Từ các vấn đề cấp thiết nêu trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học thành lập dữ liệu bản đồ địa hình phục vụ
mục đích quân sự từ CSDL nền địa lý và ảnh viễn thám”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu về lý thuyết nhằm làm sáng tỏ cơ sở khoa học về xây
dựng CSDL bản đồ địa hình quân sự Việt Nam trên cơ sở ứng dụng công nghệ GIS,
bản đồ số và viễn thám. Các thử nghiệm được thực hiện theo giải pháp kỹ thuật –
công nghệ đề xuất, nhằm kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là CSDL bản đồ địa hình quân sự Việt Nam tỷ lệ từ
1:10.000 đến 1:50.000 trên các khía cạnh xây dựng, hiển thị và cập nhật.
4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi khoa học: nghiên cứu xác lập mơ hình cấu trúc, quy trình xây dựng
3
và cập nhật CSDL bản đồ địa hình quân sự trên cơ sở lấy mẫu đối với các tỷ lệ
1:10.000, 1:25.000 và 1:50.000.
Phạm vi địa lý: nghiên cứu tập trung cho các dạng địa hình đặc trưng trong
phạm vi lãnh thổ Việt Nam có ảnh hưởng đến mục đích qn sự bao gồm: địa hình
núi, đồng bằng và đồng bằng ven biển, vùng biển đảo, khu dân cư kiểu đô thị, khu
dân cư kiểu nông thôn.
5. Nội dung nghiên cứu
* Lý thuyết
- Nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học hoàn thiện cấu trúc CSDL nền địa lý
nhằm đảm bảo chức năng của CSDL đồ địa hình quân sự.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng và trình bày bản đồ địa hình quân sự từ
CSDL nền địa lý.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học chiết tách dữ liệu địa lý quân sự từ ảnh viễn thám
cho mục đích cập nhật CSDL.
* Thử nghiệm
- Thử nghiệm xây dựng các mơ hình TQH, Bộ quy tắc trình bày bản đồ và kiểm
chứng bằng các mẫu địa hình đặc trưng (địa hình vùng dân cư kiểu nơng thơn, dân cư
kiểu đơ thị, núi cao, ven biển và biển đảo) và 01 mảnh bản đồ theo quy trình đề xuất.
- Thử nghiệm giải đoán và chiết tách đối tượng địa lý bằng tư liệu ảnh viễn
thám (VNREDSat-1, SPOT5) cho mục đích cập nhật CSDL.
- Thử nghiệm quản lý, chia sẻ CSDL bằng việc xây dựng phần mềm chuyên dụng.
6. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp kế thừa, nghiên cứu tài liệu: trên thực tế, các nghiên cứu về
cơ sở khoa học xây dựng CSDL nền địa lý và thành lập bản đồ địa hình từ CSDL
nói chung đã có, nhưng các nghiên cứu có liên quan cho lĩnh vực quân sự của Việt
Nam còn rất hạn chế. Phương pháp kế thừa, nghiên cứu tài liệu giúp nghiên cứu
sinh tìm hiểu, củng cố, phát triển về cơ sở khoa học, phương pháp và công nghệ
thuộc các vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu. Đồng thời, phương pháp này
cũng hỗ trợ khả năng phân tích, đánh giá các khía cạnh khoa học, cơng nghệ để đi
4
đến đề xuất những luận điểm, giải pháp và kết luận phù hợp với đề tài nghiên cứu.
Phương pháp Bản đồ: trong nội dung trình bày của luận án, phương pháp
bản đồ được vận dụng cho xây dựng mơ hình CSDL bản đồ địa hình quân sự. Điều
này cũng được thể hiện trong nghiên cứu xây dựng các mơ hình tổng qt hố và
trình bày bản đồ địa hình qn sự. Trong đó, các nguyên tắc chung về biên tập bản
đồ đã được sử dụng làm cơ sở để xây dựng các nguyên tắc trình bày tự động bản đồ
địa hình quân sự từ CSDL nền địa lý.
Phương pháp GIS: một phương pháp có ưu thế vượt trội so với các phương
pháp khác về khả năng tìm kiếm và phân tích dữ liệu khơng gian. Vì vậy, Phương pháp
GIS đã được sử dụng để xác lập nguyên tắc xây dựng mơ hình TQH phù hợp với đặc
điểm dữ liệu, chiết tách thơng tin phục vụ trình bày bản đồ địa hình từ CSDL và phát
hiện biến động cho mục đích cập nhật CSDL nền địa lý trong nội dung luận án.
Phương pháp viễn thám: cho phép nghiên cứu, thu thập thông tin về một đối
tượng, sự vật từ xa. Phương pháp này được ứng dụng trong q trình giải đốn hoặc
phân loại đối tượng địa lý quân sự từ tư liệu ảnh viễn thám cho mục đích cập nhật
CSDL bản đồ địa hình quân sự.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
* Ý nghĩa khoa học của luận án
Các nghiên cứu trình bày trong luận án đã góp phần thống nhất cơ sở khoa học
trong xây dựng CSDL bản đồ địa hình qn sự theo cơng nghệ GIS, bản đồ số và viễn
thám, phù hợp với điều kiện thực tế của ngành Địa hình quân sự Việt Nam. Các nghiên
cứu cũng đã khẳng định việc cập nhật đối tượng địa lý quân sự từ ảnh viễn thám kết hợp
với các nguồn tư liệu khác cho CSDL bản đồ địa hình qn sự là khơng thể thiếu. Những
đóng góp của luận án về lý thuyết và thực nghiệm có thể được sử dụng làm cơ sở để phát
triển cho các dạng sản phẩm CSDL bản đồ địa hình theo mục đích khác nhau.
* Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để chuyển đổi mơ hình thành lập bản đồ địa
hình qn sự Việt Nam từ công nghệ ứng dụng phần mềm đồ họa sang công nghệ GIS.
Các nguyên tắc lựa chọn, sử dụng tư liệu ảnh viễn thám, ứng dụng phương pháp giải
5
đoán kết hợp với phân loại đối tượng từ ảnh viễn thám đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy
và phù hợp mục đích cập nhật dữ liệu địa lý quân sự cho CSDL bản đồ địa hình quân sự.
8. Những luận điểm bảo vệ của luận án
1. CSDL bản đồ địa hình qn sự có thể tổ chức ở dạng mơ hình trong CSDL
nền địa lý qn sự trên cơ sở bổ sung cấu trúc dữ liệu, xây dựng mơ hình TQH và
trình bày bản đồ đảm bảo chất lượng dữ liệu gốc.
2. Các đối tượng địa lý quân sự có thể được cập nhật trực tiếp vào CSDL bản
đồ địa hình quân sự khi kết hợp giữa kiến thức giải đoán mục tiêu quân sự và kỹ
thuật xử lý ảnh số.
9. Những điểm mới của luận án
1. Xác lập được cơ sở khoa học về mơ hình cấu trúc CSDL bản đồ địa hình
quân sự Việt Nam trên cơ sở bổ sung cấu trúc cho CSDL nền địa lý quân sự.
2. Xây dựng được hệ thống giải pháp xây dựng CSDL bản đồ địa hình quân
sự các tỷ lệ bằng các công cụ TQH theo chuỗi thao tác tự động khi xây dựng CSDL
dẫn xuất, Bộ quy tắc trình bày tự động trong biên tập bản đồ địa hình quân sự và
quy trình chiết tách đối tượng địa lý quân sự cho mục đích cập nhật.
3. Xây dựng được phần mềm quản lý, chia sẻ dữ liệu bản đồ địa hình qn sự,
góp phần hỗ trợ khai thác thơng tin địa hình hiệu quả, mở rộng tới nhiều đối tượng có
trình độ tin học và cơng nghệ khác nhau trong quân đội.
10. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, nội
dụng luận án được trình bày trong 04 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa
hình trong nước và trên thế giới.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa hình qn sự
Chương 3. Giải pháp Kỹ thuật – Cơng nghệ xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa
hình quân sự
Chương 4. Thử nghiệm giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ trong xây dựng và cập nhật cơ
sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự.
6
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ CẬP NHẬT
CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Mục tiêu chiến lược của nhiều tổ chức bản đồ trên thế giới là xây dựng một
CSDL dùng chung duy nhất, được cập nhật thường xuyên, từ đó tự động dẫn xuất ra
các sản phẩm bản đồ số. Tuy nhiên, việc trình bày tự động các loại bản đồ theo các tỷ
lệ khác nhau từ một CSDL dùng chung duy nhất, hay việc xử lý ảnh số cho mục đích
cập nhật CSDL địa lý địi hỏi phải vượt qua những thách thức về sự phát triển của
cơng nghệ ứng dụng hiện có.
1.1. Tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ
1.1.1. Thực trạng xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ
* Trên thế giới
Do những hạn chế về cơng nghệ trình bày bản đồ từ CSDL, giải pháp được đa
số các quốc gia lựa chọn hiện nay là xây dựng một CSDL chuyên biệt cho mục đích
sản xuất bản đồ. CSDL này có bản chất là mơ hình bản đồ số (Digital Catorghaphic
Model), mơ tả các lớp dữ liệu địa lý thuộc nội dung trình bày bản đồ. Nó có thể được
dẫn xuất từ CSDL nền địa lý tỷ lệ tương ứng hoặc bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập,
theo phương pháp TQH bản đồ hoặc được xây dựng từ các bản đồ số có trước.
Cần phân biệt CSDL sử dụng để sản xuất bản đồ (gọi tắt là CSDL bản đồ)
với CSDL nền địa lý. CSDL nền địa lý có bản chất là mơ hình cảnh quan số (Digital
Lanscape Model), mơ tả về đặc điểm địa hình lãnh thổ (đối tượng địa lý, mơ hình số
độ cao, ảnh viễn thám) với các mức chi tiết và độ chính xác khác nhau, được gắn
với một hệ thống chuyên gia để thực hiện các bài tốn phân tích khơng gian. Ở các
tỷ lệ khác nhau, CSDL này thường được dẫn xuất từ CSDL nền địa lý có độ chính
xác và mức độ chi tiết cao nhất bằng phương pháp TQH dữ liệu.
Tuy nhiên, với cách tổ chức như trên hiện vẫn đang tồn tại một số vấn đề khó
khăn trong đồng bộ dữ liệu tồn hệ thống. Đó là khối lượng cơng việc cập nhật quá lớn
và phải thực hiện đồng thời cho các CSDL theo một trong hai phương pháp TQH dữ liệu
7
hoặc TQH bản đồ. Mặt khác, do nhu cầu sử dụng thực tế, CSDL bản đồ được cập nhật
thường xuyên nên dữ liệu thường mới hơn so với CSDL nền địa lý [41], [48], [58], [59].
Hiện nay, Mỹ là một trong những quốc gia dẫn đầu về ứng dụng công nghệ
ARCGIS trong xây dựng CSDL và thành lập bản đồ. CSDL nền địa lý được tổ chức
theo ba cấp: CSDL nền địa lý có mức độ chi tiết và độ chính xác cao (DLM mức chi
tiết), trung bình (DML mức trung bình) và thấp (DLM mức khái quát). CSDL bản
đồ số được xây dựng có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ bản đồ cần thành lập. CSDL này
bao gồm các thành phần: dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính được tổ chức theo
cấu trúc một gói Geodatabase riêng biệt và được gắn kèm với tệp trình bày thơng tin
bản đồ tương ứng [50], [58].
TQH mơ hình
CSDL
nền địa lý
DLM
mức khái qt
Lựa chọn,
trừu tượng
TQH bản đồ
Chiết tách, khái qt hóa
thơng tin
Trình bày bản đồ
Chiết tách, khái qt hóa
thơng tin
Sản phẩm
bản đồ
1:250.000
DCM_1 : 250.000
Trình bày bản đồ
Chiết tách, khái qt hóa
thơng tin
DLM
mức trung bình
CSDL
bản đồ
Atlas
DCM_1 : 100.000
1:100.000
DCM_1 : 50.000
1:50.000
Trình bày bản đồ
Lựa chọn,
trừu tượng
DLM
mức chi tiết
Chiết tách thông tin
không gian
1:10.000
DCM_1 : 10.000
Trình bày bản đồ
Atlas
Mơ hình thế
giới thực
Hình 1-1. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Mỹ [50], [58]
Pháp là một trong những quốc gia sớm đi đầu trong lĩnh vực phát triển các
công cụ TQH và trình bày bản đồ từ CSDL với phần mềm phát triển tự lập
DataDraw. Hiện nay, Cục Bản đồ quốc gia Pháp duy trì hai bộ CSDL là BDTopo và
BDCarto. Trong đó, BDTopo là bộ CSDL có độ chính xác 1m, được xây dựng từ
8
kết quả đo vẽ ảnh hàng không, sử dụng để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000
và 1:25.000. BDCarto là CSDL với độ chính xác 10m, được xây dựng từ bản đồ địa
hình tỷ lệ 1:50.000, sử dụng để sản xuất bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000, 1:120.000
và 1:250.000. CSDL bản đồ (DCM) được dẫn xuất từ hai bộ dữ liệu trên bằng
phương pháp TQH bản đồ và tổ chức theo phạm vi từng mảnh tương ứng với từng
tỷ lệ. Giữa các CSDL độc lập chưa được xây dựng các mối liên kết. Do đó, Pháp
hiện đang xây dựng giải pháp cập nhật tự động dữ liệu trong hệ thống [42], [50].
CSDL nền địa lý
CSDL bản đồ
Sản phẩm bản đồ
BDTopo
DCM11
Bản đồ (11)
Ảnh hàng
không
DCM1n
Bản đồ (1n)
DCM21
Bản đồ (21)
BDCarto
1:10.000
1:25.000
1:100.000
1:120.000
Bản đồ tỷ lệ
1:50.000
DCM2n
TQH bản đồ
Bản đồ (2n)
1:250.000
Trình bày bản đồ
Hình 1-2. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Pháp [50]
Đức là một quốc gia đang có dự án hướng đến đổi mới tồn diện mơ hình sản
xuất bản đồ theo cơng nghệ GIS, trên cơ sở xây dựng mơ hình luồng cơng việc (dự án
Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen - AdV). Trong mơ hình của Đức,
cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ sở (Basic-DLM) phủ trùm lãnh thổ được sử dụng để dẫn
xuất ra CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:50.000 bằng phương pháp TQH dữ liệu. Còn CSDL
nền địa lý tỷ lệ 1:250.000 và 1:1.000.000 được nâng cấp từ CSDL có tên là JOG250
và IWK1000. Trong đó, JOG250 và IWK1000 có phiên bản đầu tiên được số hóa từ
bản đồ địa hình có tỷ lệ tương ứng. Các CSDL bản đồ (tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000,
1:50.000, 1:100.000, 1:250.000 và 1:1.000.000) được dẫn xuất từ CSDL nền địa lý
bằng phương pháp TQH bản đồ. Mục tiêu hướng tới của Đức là tiếp tục duy trì bộ
CSDL trong môi trường đa tỷ lệ như trên, nhưng việc cập nhật được tự động hóa
9
trong tồn hệ thống và vận hành theo mơ hình luồng công việc (TQH dữ liệu và TQH
bản đồ) thiết kế trước [50].
CSDL nền địa lý
DLM cơ sở
CSDL bản đồ
TQH bản đồ
TQH bản đồ
TQH dữ liệu
DLM 1:50.000
TQH bản đồ
TQH bản đồ
DLM 1:250.000
TQH bản đồ
TQH bản đồ
Geodb 1:10.000
Trình bày,
biên tập
1:10.000
Geodb 1:25.000
Trình bày,
biên tập
1:25.000
Geodb 1:50.000
Trình bày,
biên tập
1:50.000
Geodb 1:100.000
Trình bày,
biên tập
1:100.000
Geodb 1:250.000
Trình bày,
biên tập
1:250.000
Geodb 1:500.000
Trình bày,
biên tập
1:500.000
Geodb 1:1.000.000
Trình bày,
biên tập
1:1.000.000
TQH bản đồ
DLM 1:1.000.000
Bản đồ
Hình 1-3. Mơ hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Đức [50]
Xét về vị thế, với vai trị là một mơ hình truyền thơng, CSDL bản đồ hiện
nay được tích hợp vào CSDL hạ tầng khơng gian của Châu Âu, bang Tây Australia,
Thụy Điển, Singapore... nhằm cung cấp tới người sử dụng các dịch vụ thông tin
không gian trên nền bản đồ số [65], [73], [74], [75]. Còn trong lĩnh vực quân sự, đa
số các nước có nền quốc phịng tiên tiến trên thế giới đã xây dựng được một hệ
thống C4I (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence), để thực
hiện các nhiệm vụ quyết định, kiểm soát, truyền thơng, xử lý thơng tin, tình báo.
Riêng Mỹ đã xây dựng hệ thống C4ISR (Command, Control, Communications,
Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), một trong những mơ
hình hiện đại nhất thế giới hiện nay, có thêm chức năng giám sát và trinh sát của Bộ
Quốc phịng Mỹ. Nền tảng thơng tin không gian của hệ thống một CSDL dùng
chung bao gồm các loại dữ liệu đa dạng, trong đó có CSDL bản đồ [70].
Từ các phân tích trên cho thấy, tuy mơ hình xây dựng CSDL tại mỗi quốc
gia đều có điểm chung là được phân chia thành CSDL bản đồ và CSDL nền địa lý
10
theo bản chất của phương pháp TQH, nhưng cách thức tổ chức CSDL tại mỗi quốc
gia có những điểm khác biệt nhất định. Thực tế này phản ánh sự ảnh hưởng của
công nghệ ứng dụng trong sản xuất bản đồ. Đáng lưu ý là mơ hình xây dựng CSDL
của Mỹ bằng phần mềm ArcGIS, đã tỏ ra có những ưu thế vượt trội so với các mơ
hình khác. Tuy nhiên, tồn tại của mơ hình này vẫn là vấn đề chưa tối ưu cho việc
cập nhật dữ liệu đồng bộ trên toàn hệ thống.
* Trong nước
Tại Việt Nam, trên cơ sở ứng dụng những thành tựu của thế giới về GIS và
bản đồ số, trong những năm gần đây đã có những bước tiến xa về xây dựng, khai
thác, phát triển các ứng dụng CSDL và thành lập bản đồ.
CSDL nền địa lý quốc gia (sản xuất tại Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam Bộ Tài nguyên và Môi trường) được xây dựng ở tỷ lệ 1:10.000 phủ trùm cả nước, tỷ
lệ 1:2.000, 1:5.000 các khu vực đô thị, khu công nghiệp và khu vực kinh tế trọng
điểm bằng đo vẽ ảnh hàng không, điều tra thực địa và tham khảo các nguồn tài liệu
khác như bản đồ địa hình đã có, tài liệu địa giới 364 CT... Nội dung của CSDL gồm 7
chủ đề là Cơ sở đo đạc, Địa hình, Thủy hệ, Giao thơng, Dân cư và cơ sở hạ tầng, Biên
giới và địa giới, Phủ bề mặt. Tuy nhiên, việc thành lập bản đồ địa hình số phục vụ in
ra giấy từ CSDL vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Hệ thống bản đồ địa hình
quốc gia các tỷ lệ được thành lập theo cơng nghệ đồ họa (phần mềm MicroStation),
với mơ hình CSDL tệp và quản lý độc lập với CSDL nền địa lý quốc gia.
Trong lĩnh vực quân sự, để đáp ứng yêu cầu cấp bách cho chiến tranh công
nghệ cao, Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu đã xây dựng CSDL nền địa lý quân sự từ
bản đồ gốc số cho các tỷ lệ từ 1:50.000 đến 1:1.000.000. Vì vậy, dữ liệu không gian
mang bản chất của dữ liệu bản đồ, có mức độ khái qt, độ chính xác tương đương với
dữ liệu bản đồ tỷ lệ tương ứng. Nội dung của CSDL nền địa quân sự gồm 8 chủ đề, trong
đó có 7 chủ đề có nội dung tương tự như CSDL nền địa lý quốc gia, tuy nhiên có thêm
chủ đề thứ 8 là Quân sự, để quản lý các thông tin địa lý quân sự chuyên biệt. Hệ thống
bản đồ địa quân sự bao gồm các tỷ lệ từ 1:10.000 đến 1:1.000.000, sản xuất bằng phần
mềm đồ họa MicroStation. Đáng lưu ý, từ năm 2008 đến 2010, trước những yêu cầu cấp
11
thiết về thành lập bản đồ số từ CSDL để thuận lợi cho việc cài đặt đồng bộ trên các thiết
bị quân sự hiện đại, tại đây đã có những nghiên cứu trình bày bản đồ từ CSDL với sự
hợp tác của một số đối tác như Công ty FPT, Công ty trách nhiệm hữu hạn EK, Đại diện
của hãng ESRI tại Thái Lan và tại Việt Nam… tuy nhiên kết quả nghiên cứu chưa đáp
ứng được yêu cầu thực tế.
Một số nội dung được tổng hợp từ các tài liệu quy định, quy phạm, Thông tư
nhằm làm rõ sự khác biệt giữa CSDL nền địa lý quốc gia và CSDL nền địa lý quân sự
qua các bảng 1-1, bảng 1-2 [4], [5], [12], [13], [14], [15].
Bảng 1-1. So sánh trúc thông tin chủ đề của CSDL nền địa lý quốc gia và CSDL
nền địa lý quân sự
CSDL
CSDL
Chủ đề
Phạm vi áp dụng
nền ĐL nền ĐL
quốc gia quân sự
Cơ sở đo đạc
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tượng địa lý thuộc chủ đề khống chế trắc địa
Địa hình
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tượng địa lý thuộc chủ đề địa hình
Thủy hệ
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tượng địa lý thuộc chủ đề thuỷ hệ
Giao thông
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tượng địa lý thuộc chủ đề giao thông
Dân cư và cơ sở hạ Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tầng
tượng địa lý thuộc chủ đề hạ tầng dân cư và
hạ tầng kỹ thuật
Biên giới và địa Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
giới
tượng địa lý thuộc chủ đề biên giới quốc gia
và địa giới hành chính
Phủ bề mặt
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
x
tượng địa lý thuộc chủ đề phủ bề mặt
Quân sự
Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối
x
tượng địa lý thuộc chủ đề quân sự
Tuy nhiên, số lượng đối tượng trong các chủ đề tương ứng giữa các tỷ lệ khác
nhau do ảnh hưởng của yêu cầu khái quát hóa dữ liệu ở mức lớp thơng tin. Ví dụ
CSDL nền địa lý quốc gia tỷ lệ 1:10.000, chủ đề Cơ sở đo đạc gồm: các đối tượng có
mã GA01-GA05, GB01-GB04, GC01-GC02; nhưng tỷ lệ 1:50.000 đã bớt đối tượng có
mã GC01 (Điểm toạ độ cơ sở chuyên dụng), GC02 (Điểm độ cao cơ sở chuyên dụng).
12
Bảng 1-2. Thống kê số lượng đối tượng địa lý thuộc các chủ đề trong CSDL nền địa
lý quốc gia và CSDL nền địa lý quân sự
Số lượng đối tượng địa lý
Chủ đề
CSDL nền địa lý quốc gia
1:10.000 1:25.000 1:50.000
Cơ sở đo đạc
Địa hình
Thủy hệ
Giao thơng
Dân cư và cơ sở hạ tầng
Biên giới và địa giới
Phủ bề mặt
Quân sự
11
24
28
39
89
18
11
CSDL địa lý quốc gia
9
Chưa
công bố
24
24
31
80
14
11
TQH
1:10.000
11
24
25
38
32
14
11
21
11
24
25
38
32
14
11
21
Sản phẩm bản đồ quân sự
(ArcGIS)
1:10.000
1:10.000
1:25.000
1:25.000
1:50.000
Thử nghiệm
Hiện tại
11
24
28
39
32
14
11
21
CSDL nền địa lý quân sự
(ArcGis)
TQH
1:2000, 1:5000
CSDL nền địa lý qn sự
1:10.000 1:25.000 1:50.000
1:50.000
(MicroStation)
Giản hố mật độ
1:50.000
1:100.000
1:100.000
1:250.000
1:250.000
1:500.000
1:500.000
1:1.000.000
1:1.000.000
Hình 1-4. Mơ hình thành lập bản đồ địa hình quân sự và cơ sở dữ liệu của Việt Nam
Từ năm 2011 đến nay, nghiên cứu sinh đã đóng góp một số kết quả nghiên cứu,
thực hiện các chuyên đề khoa học và trực tiếp tham gia thử nghiệm sản xuất với vai trò
chuyên gia kỹ thuật về xây dựng CSDL nền địa lý quân sự từ CSDL nền địa lý quốc
gia, cập nhật bổ sung đối tượng địa lý quân sự từ ảnh viễn thám và thành lập bản đồ từ
CSDL nền địa lý quân sự. Các nghiên cứu đã được ứng dụng vào thực tế sản xuất tư
13
liệu địa hình qn sự.
Ngồi ra, tại một số cơ quan, đơn vị khác trong cả nước cũng từng bước tiếp
cận phương pháp thành lập bản đồ theo công nghệ GIS. Các sản phẩm bản đồ chủ
yếu là các bản đồ chuyên đề, trong đó có sử dụng nền bản đồ địa hình. Yếu tố địa
hình được chọn lọc để biểu thị phù hợp với mục đích thành lập của từng kiểu bản đồ
chuyên đề nhất định.
1.1.2. Ứng dụng công nghệ trong xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ
1.1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ số
Các công nghệ thành lập bản đồ số hiện nay được chia thành hai nhóm cơ
bản là cơng nghệ đồ họa máy tính và cơng nghệ GIS [1], [32]. Trong đó, nhóm các
cơng nghệ đồ họa máy tính với 02 loại phần mềm như: CAD (Computer Aided
Design) với các phần mềm Autocad, MicroStation…, cho phép thiết kế, trình bày bản
đồ, quản lý tọa độ và các chức năng nhập, xuất dữ liệu; GDS (Graphic Design
System) với các phần mềm CorelDraw, Illustrator, Freehand… chỉ có chức năng trình
bày thiết kế đồ họa các nội dung bản đồ, nhập/xuất dữ liệu, tách mầu phục vụ chế in,
nhưng không quản lý được hệ tọa độ, cơ sở tốn học của bản đồ. Nhóm cơng nghệ
GIS, tiêu biểu với các phần mềm như MapInfo, ArcGIS…, thành lập bản đồ theo
một trong hai phương pháp: 1) Sử dụng GIS như một công cụ đồ họa để biên tập và
ký hiệu hóa thơng tin phục vụ hiển thị thành các sản phẩm bản đồ; 2) Tạo ra các sản
phẩm bản đồ mới đa dạng dựa trên cơ sở khai thác các thế mạnh về phân tích và
mơ hình hóa của GIS. Đặc biệt, bộ phần mềm ArcGIS với tính năng vượt trội là khả
năng đa hiển thị tự động bản đồ theo các quy tắc thiết kế khác nhau từ cùng một
CSDL dùng chung.
Bản đồ điện tử (Electronic Map) có bản chất là bản đồ số ở dạng hoàn chỉnh với
đầy đủ các thành phần của một bản đồ để có thể khai thác sử dụng trên màn hình. Bản
đồ điện tử có thể bao gồm các dạng sau: bản đồ mạng, bản đồ đa phương tiện, bản đồ
di động, bản đồ đa chiều (3D, 4D…). Để thành lập các bản đồ điện tử ngồi cơng nghệ
CAD và GIS, còn cần thiết phải hỗ trợ thêm bằng các công nghệ khác như công nghệ
14
thiết kế Web, công nghệ đa phương tiện (Multimedia), công nghệ bản đồ mạng
(WebMap) và công nghệ mô phỏng (trong thành lập các bản đồ đa chiều).
1.1.2.2. Công nghệ GIS
Công nghệ GIS cho phép thực hiện hồn chỉnh quy trình cơng việc từ xây
dựng CSDL địa lý cho đến trình bày bản đồ trên các máy tính và xuất bản ra các
phương tiện khác nhau [17], [19], [36]. Các công nghệ có thể kể đến bao gồm:
* Cơng nghệ xây dựng mơ hình cấu trúc cơ sở dữ liệu
Trong CSDL, hệ thống dữ liệu không gian cơ bản bao gồm các kiểu mơ hình
dạng tệp, phân cấp, mạng, quan hệ, hướng đối tượng và quan hệ đối tượng. Đáng lưu
ý là mơ hình quan hệ đối tượng cho phép tạo lập các quan hệ giữa các đối tượng liên
tục và phụ thuộc lẫn nhau, đi kèm với các công cụ lập trình giải quyết được các yêu
cầu phức tạp [40], [44], [66].
Phương pháp thành lập CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng có thể được
phát triển trên nền phần mềm ArcGIS, với modul ArcSDE hỗ trợ lưu trữ dữ liệu
không gian trên các hệ quản trị CSDL lớn như Oracle, SQL Server, Imformix hay
DB2. Phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu theo mơ hình quan hệ đối tượng cũng có
thể dựa trên phần mềm mã nguồn mở PostGIS/PostgreSQL [20], [57]. PostgreSQL là
hệ quản trị mã nguồn mở, có nguồn gốc từ trường Đại học California ở Berkeley vào
năm 1994, sử dụng ngôn ngữ hỏi đáp SQL99. PostGIS là phần mở rộng dữ liệu
không gian thêm vào PostgreSQL nhằm thực hiện xử lý phân tích CSDL khơng gian
cho GIS. Ưu điểm của phương pháp này là quyền tự do truy cập mã nguồn, cải tiến
nâng cấp, sao chép và phân phối tuỳ ý mà khơng mất chi phí.
* Cơng nghệ xây dựng dữ liệu
Công nghệ GIS trong xây dựng dữ liệu nói chung có thể bao gồm hai phương
pháp: 1) Sử dụng GIS như một công cụ đồ họa để biên tập, nạp dữ liệu vào hệ thống;
2) Khai thác các thế mạnh về phân tích và mơ hình hóa của GIS để xử lý dữ liệu. Việc
xây dựng CSDL các tỷ lệ nhỏ hơn được thực hiện bằng cách TQH dữ liệu từ CSDL có tỷ
lệ lớn hơn thực chất là áp dụng phương pháp thứ hai. Các phần mềm thương mại hỗ trợ
TQH dữ liệu tiêu biểu hiện nay trên thế giới có thể kể đến bao gồm:
