Thành lập bản đồ mô hình cảnh quan bằng phần mềm để phục vụ cho việc xây dựng phòng mô phỏng địa hình

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học Mỏ - Địa chất

Nguyễn thanh bình

Thành lập bản đồ mô hình cảnh quan
bằng phần mềm để phục vụ cho việc xây
dựng phòng mô phỏng địa hình
Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
MÃ số

: 60.44.76

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS.TS Trần Trung Hồng

Hà néi - 2007


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học Mỏ - Địa chất

Nguyễn thanh bình

Thành lập bản đồ mô hình cảnh quan
bằng phần mềm để phục vụ cho việc xây
dựng phòng mô phỏng địa hình
Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
MÃ số

: 60.44.76

Luận văn Thạc sÜ Kü thuËt

Hµ néi - 2007


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Bình


1

mở đầu
1. Tính cấp thiết của luận văn
Trên đại lộ Cutuzov ở Moxcova có nhà tranh tròn miêu tả trận đánh ở
làng Bôrôđinô vào năm 1812, đại quân Nga chiến thắng quân đội của
Napolêon giải phóng Moxcova. Đây chính là bức bản đồ cảnh quan tròn miêu
tả một sự kiện lịch sử trọng đại. Phơng pháp vẽ phối cảnh một vùng lAnh thổ
ở dạng bức tranh phẳng hay bức tranh tròn làm ngời đọc dễ nhận biết cảnh
quan chính của khu vực vào một thời điểm nhất định gọi là phơng pháp trình
bày cảnh quan bản đồ. Bản đồ cảnh quan tròn đợc vẽ trong lòng hình ống có
đờng kính lớn. Đó là hình ảnh phối cảnh tự nhiên và hình ảnh sự kiện cần thể

hiện. Để có thể chuyển tiếp từ chỗ đứng tới chân bức tranh ngời ta đắp sa bàn
thực ở tỷ lệ phù hợp ngời xem đứng ở trục tâm hình ống sẽ có cảm giác nh
đứng ngoài thực địa nhìn hình thể xung quanh của khu vực. Nếu gỡ bức tranh
hình ống đứng ra thì đó là bản vẽ bản đồ cảnh quan trình bày hình ảnh phối
cảnh có dạng hình chữ nhật.
Việc chuyển vẽ mô hình địa hình để thành lập bản đồ cảnh quan khi
cha có sự can thiệp bằng các phần mềm của máy tính là một công việc có
khối lợng lớn. Đó là việc chuyển các giá trị tọa độ không gian bề mặt địa
hình (x, y, z) trên bản đồ địa hình thành các giá trị toạ độ phối cảnh không
gian (x, y, z) trên bản đồ thành lập với các điểm tự chọn trớc. Các điểm
chuyển vẽ là nhiều vô hạn và tính toán cả thì không thể làm đợc. Trong quá
trình phát triển của xA hội, ngành công nghệ thông tin cũng phát triển mạnh
mẽ với những ứng dụng hầu hết vào các ngành khoa học kỹ thuật. Sự ra đời
của máy tính điện tử đA tạo ra những bớc nhảy vọt trong công tác thành lập
bản đồ. Từ đó ngày càng khẳng định vai trò quan trọng của bản đồ học trong
công tác nghiên cứu không gian địa lý và hỗ trợ các hoạt động có liên quan
đến thông tin không gian. Bản đồ đợc thành lập với sự hỗ trợ của máy tính
điện tử cho hình ảnh sắc nét hơn, tiết kiệm đợc sức ngời sức cđa, rÊt tht
tiƯn cho viƯc chØnh sưa vµ bỉ sung các yếu tố nội dung. Ngày nay có rất nhiều


2

phần mềm đồ họa có thể dựng đợc 3D cho phép tạo các mô hình, địa vật 3
chiều (3D) cho các ứng dụng thời gian thực. ở các phần mềm này có bộ công
cụ mạnh cho phép xây dựng các mô hình, địa vật bởi một cơ sở dữ liệu trực
quan phân cấp. Các cơ sở dữ liệu này là điều kiện để thực hiện các mục đích
mô hình hoá khác nhau, đặc biệt là trong mô phỏng. Chúng cho phép tạo các
mô hình với hai phần chính là tạo, vẽ, soạn thảo đồ họa và tạo cơ sở dữ liệu.
Mỗi cơ sở dữ liệu là một cấu trúc phân cấp và đợc xây dựng dựa trên các

phần tử cơ sở (element) để tạo ra các đối tợng. Chính từ các yếu tố cơ sở này
có thể giúp quá trình tạo và thay đổi, chỉnh sửa các mô hình 3D một cách dễ
dàng. Ngoài ra chúng cho phép tạo ra các màu sắc, ánh sáng, và nguồn sáng
khi quan sát các đối tợng từ các vị trí khác nhau theo không gian, thời gian
và phơng hớng.
2. Mục đích của luận văn
Bản đồ cảnh quan tròn đợc xây dựng ở Học viện Hậu cần nhằm mục
đích huấn luyện cho học viên về cách xác định phơng hớng, khoảng cách,
vị trí nơi hành động và các yếu tố liên quan trong hoạt động quân sự, giúp
ngời chỉ huy vạch đợc phơng án tác chiến, huấn luyện tấn công và phòng
thủ một cách nhanh chóng chính xác.
Huấn luyện cho học viên thấy đợc ý nghĩa quan trọng và phơng thức
thực hiện của việc nghiên cứu và đánh giá địa hình để hạ quyết tâm chiến đấu
và trong quá trình chiến đấu. Sau khi đánh giá nghiên cứu và đánh giá địa hình
trên bản đồ cảnh quan tròn, các học viên có thể xác định đợc những vị trí có
tầm quan sát tốt nhất, mức độ quan sát khu vực hoạt động và các mục tiêu
khác (đờng dẫn đến ranh giới phòng thủ, các ®iĨm tùa, khu vùc bè trÝ ho¶
lùc, ®−êng vËn chun), những vật thể nguỵ trang tự nhiên.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tợng ở đây là các sinh viên học trong các trờng đại học của quân
đội. Việc kết hợp bản đồ giấy và mô hình sa bàn của khu vực tập bài sẽ làm
cho học viên cảm thấy đi sát với thực tế hơn trong khi việc lập sa bàn không


3

thể hiện hết các thông tin giống với ngoài thực địa. Phạm vi nghiên cứu là khu
vực tập bài là Huyện Lơng Sơn, Tỉnh Hòa Bình.
4. Nội dung nghiên cứu
Luận văn chủ yếu đi vào nghiên cứu xây dựng mô hình địa hình kết hợp

sử dụng các ký hiệu quân sự để thể hiện tình hình, khu vực đóng quân của ta,
địch để từ đó ngời chỉ huy có thể vạch ra phơng án tác chiến.
5. Phơng pháp nghiên cứu
Qua nghiên cứu các phần mềm mà Cục Bản đồ - BTTM cung cấp cho
thấy khả năng xây dựng đợc bản đồ cảnh quan tròn bằng kết hợp các phần
mềm, Tôi đA mạnh dạn sử dụng phần mềm ArcScene kết hợp phần mềm ghép
ảnh Arcsoft Panorama Maker để đa ra phơng án Thành lập bản đồ mô
hình cảnh quan bằng phần mềm để phục vụ cho việc xây dựng Phòng mô
phỏng địa hình kết hợp dựng mô hình không gian 3 chiều bằng phần mềm
máy tính để trình chiếu.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Sẽ giảm đợc thời gian, công sức của các giáo viên quân đội khi muốn
xây dựng đầu bài mà không phải mất thời gian, công sức đi khảo sát địa hình
ngoài thực đia.
7. Kết quả đạt đợc
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện, luận văn bớc đầu đA
đạt đợc kết quả đúng ý tởng nhng với thời gian ngắn, trình độ kiến thức và
kinh nghiệm còn hạn chế dẫn đến việc sản phẩm còn sơ sài.
8. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo Luận văn của tôi đợc
chia làm 4 chơng:
ã Chơng 1: Cơ sở lý thuyết chung về bản đồ
ã Chơng 2 : Những vấn đề chung về bản đồ số


4

ã Chơng 3: Cơ sở lý thuyết Phơng pháp dùng mô hình số địa hình để
thành lập bản đồ cảnh quan tròn
ã Chơng 4 : Thử nghiệm thành lập bản đồ mô hình cảnh quan tròn bằng

phần mềm để phục vụ cho việc xây dựng Phòng mô phỏng địa hình


5

Chơng 1: Cơ sở lý thuyết chung về bản đồ
1.1. Khái niệm, phân loại, vai trò của bản đồ:
1.1.1. Khái niệm:
Bản đồ địa hình là mô hình đồ họa về mặt đất, cho ta khả năng nhận
thức bề mặt địa lý bằng cách nhìn tổng quát, dễ lấy thông tin, đọc chi tiết hoặc
đo đếm chính xác. Dựa vào bản đồ địa hình có thể nhanh chóng xác định
đợc: toạ độ, độ cao của bất kỳ điểm nào trên mặt đất; khoảng cách và phơng
hớng giữa hai điểm; tính đợc chu vi, diện tích hay khối lợng một vùng; và
hàng loạt các thông số khácNgoài ra trên bản đồ địa hình còn phản ánh
đợc các mặt định tính, định lợng, định hình, trạng thái của các yến tố địa lý
và ghi chú địa danh của chúng

Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng (Nguồn : Keith Clarke, 1995)
1.1.1.1. Bản đồ nh mô hình toán học
Chúng ta biết trái đất có dạng Geoid, nhng trong thực tế đợc coi là
hình Elipxoid có kích thớc và hình dạng gần đúng nh hình Geoid. Khi biểu
thị lên mặt phẳng một phần nhỏ bề mặt trái đất (trong phạm vi 4x4 km) thì độ
cong trái đất có thể bỏ qua. Trong trờng hợp này các đờng thẳng đA đo trên
thực địa đợc thu nhỏ theo tỷ lệ qui định và biểu thị trên giấy không cần hiệu
chỉnh độ cong của trái đất. Những bản vẽ nh thế gọi là bình đồ.
Trên bình đồ, tỷ lệ ở mọi nơi và mọi hớng đều nh nhau. Trên bản đồ
biểu thị toàn bộ trái đất hoặc một diện tích lớn thì độ cong của trái ®Êt lµ


6

không thể bỏ qua. Việc chuyển từ mặt Elipxoid lên mặt phẳng đợc thực hiện
nhờ phép chiếu bản đồ. Các phép chiếu biểu hiện quan hệ giữa toạ độ các
điểm trên mặt đất và toạ độ các điểm đó trên mặt phẳng bằng các phơng
pháp toán học. Trong trờng hợp này, các phần tử nội dung bản đồ giữ đúng vị
trí địa lý, nhng sẽ có sai số về hình dạng hoặc diện tích. Bề mặt trái đất đợc
biểu thị trên bản đồ với mức độ thu nhỏ khác nhau tại những phần khác nhau
của nó, có nghĩa là tỷ lệ ở những điểm khác nhau trên bản đồ cũng khác nhau.
Có thể biểu thị mặt cầu trái đất trên mặt phẳng theo nhiều cách khác nhau.
Nếu dùng các phép chiếu khác nhau và tuân theo các điều kiện toán học nhất
định đặt ra cho sự biểu thị đó.
Bề mặt tự nhiên của trái đất rất phức tạp về mặt hình học không thể biểu
thị nó bởi một qui luật nhất định nào. Trong trắc địa bề mặt tự nhiên trái đất
đợc thay thế bằng mặt Geoid. Mặt Geoid là mặt nớc biển trung bình yên
tĩnh trải rộng xuyên qua lục địa và luôn vuông góc với các hớng dây dọi. Tuy
đợc định nghĩa đơn giản nh vậy song do sự phân bố không đồng đều của
các khối vật chất trong vỏ quả đất làm biến đổi hớng trọng lực, nên bề mặt
Geoid có dạng phức tạp về mặt hình học.
Trong thực tiễn trắc địa bản đồ, ngời ta lấy mặt Elipxoid quay có hình
dạng kích thớc gần giống Geoid làm bề mặt toán học thay cho Geoid.
Elipxoid có khối lợng bằng khối lợng Geoid, tâm trùng với trọng tâm của
trái đất, mặt phẳng xích đạo trùng với mặt phẳng xích đạo trái đất.
Kích thớc của Elipxoid quay đợc xác định bằng:
a. Bán trục lớn
b. Bán trục nhỏ
Độ dẹt: =
c. §é lƯch t©m

a-b
a

d. §é lƯch t©m thø 2: e =

(a2 b2)1/2

a2
Kích thớc của Elipxoid trái đất đợc tính theo tài liệu đo đạc trắc địa,
thiên văn và trọng lực.


7

Ngoài việc xác định kích thớc của Elipxoid thay cho Geoid, cần phải
đặt đúng Elipxoid ở thể trái đất gọi là định hớng Elipxoid. Định hớng
Elipxoid khác nhau dẫn đến sự khác nhau về toạ độ của một điểm khi tính toạ
độ từ những góc khác nhau. Kích thớc và định hớng elipxoid đợc xác định
khác nhau trên thế giới gây nên sự phức tạp trong sử dụng tài liệu trắc địa bản đồ.
1.1.2. Vai trò của bản đồ địa hình:
Vì tính chi tiết và chính xác của các thông tin trên bản đồ nên bản đồ
địa hình có tầm quan trọng lớn đối với mỗi quốc gia. Quốc gia nào cũng phải
cố gắng để xây dựng riêng cho mình một hệ thống bản đồ địa hình các tỷ lệ
khác nhau đảm bảo độ chính xác, đầy đủ và khoa học phục vụ cho các ngành
kinh tế và quốc phòng.
Trên bản đồ địa hình các yếu tố nội dung đợc thể hiện bao gồm: các
điểm khống chế trắc địa, dân c, đối tợng kinh tế- văn hóa- xA hội, mạng lới
giao thông và các đối tợng liên quan, thuỷ hệ và các đối tợng liên quan,
dáng đất và chất đất, thùc vËt, ranh giíi t−êng rµo vµ ghi chó. TÊt cả các bản
đồ địa hình đợc thành lập theo quy phạm hiện hành và hệ thống ký hiệu đợc
thống nhất trong toàn quốc- đó là các bản đồ địa hình cơ bản nhà nớc có
nhiều mảnh và đợc thành lập ở nhiều tỷ lệ khác nhau.

Ngày nay với sự phát triĨn tiÕn bé cđa khoa häc kü tht, viƯc øng dụng
bản đồ vào các lĩnh vực để phục vụ đời sống của con ngời không còn là mới
mẻ. Các bản đồ địa hình đợc sử dụng nhiều trong bảo vệ An ninh Quốc
phòng, công tác quy hoạch, thiết kế, lập các dự án phục vụ công tác quản lý
lAnh thổ, khảo sát địa chất, điều tra và quy hoạch rừng, là tài liệu để lập các
phơng án xây dựng thành phố hay thiết kế các công trình xây dựng hạ tầng...
1.1.3. Phân loại bản đồ địa hình:
1.1.3.1. Phân mảnh bản đồ
Phụ thuộc vào tỷ lệ và lAnh thổ mà bản đồ có thể nằm trên 1 hoặc nhiều
mảnh. Bản đồ địa hình chính là loại bản đồ nhiều mảnh có cách phân mảnh và


8

đánh số đợc qui định chặt chẽ, có thể phân mảnh bản đồ theo lới kinh vĩ
tuyến hoặc theo km, hoặc theo khung bản đồ có kích thớc đặt sẵn, ...
Hệ thống đánh số bản đồ nhiều mảnh giúp ta dễ dàng và nhanh chóng
tìm thấy các mảnh cần thiết.
Sự phân mảnh và đánh số các bản đồ địa hình Việt Nam
ã Bản đồ 1:1.000.000 có khung hình thang 40 theo vĩ độ 60 theo kinh độ đợc
đánh số bằng tên đai và tên múi theo cách đánh số của bản đồ quốc tế
1:1000T, các đai 40 theo vĩ tuyến đợc đánh số từ xích đạo lần lợt từ A đến
V. Các múi 60 theo vĩ tuyến đợc đánh số từ kinh tuyến 1800 ngợc chiều kim
đồng hồ từ 1 ®Õn 60. VÝ dơ: F- 48, F- 49...B¶n ®å 1: 1.000.000 là cơ sở để
phân mảnh và đánh số các bản đồ tỷ lệ lớn hơn.
ã Bản đồ tỷ lệ 1: 500.000 đợc bản đồ 1: 1.000.000 chia làm 4, đánh số
A,B,C,D. Ví dụ: F- 48-B.
ã Bản đồ 1: 200.000 đợc bản đồ 1: 1.000.000 chia ra làm 36 mảnh và đánh
số hiệu bằng chữ số La MA. Ví dụ: F-48-XI.
ã Bản đồ 1: 100.000 đợc bản đồ 1: 1.000.000 chia ra làm 144 mảnh đánh số

bằng chữ ả Rập F - 48- 143. Bản đồ 1: 100.000 hạn chế bởi hình thang 20x30
là cơ sở để phân mảnh và đánh số các tỷ lệ lớn hơn.
ã Mảnh bản đồ 1: 100.000 chia ra làm 4 mảnh 1:50.000 đánh số A, B, C, D; F48-143-A
ã Mảnh 50.000 chia ra làm 4 mảnh 1: 25.000; đánh số a,b,c,d; F-48-143-A-b
ã Mảnh 25.000 chia ra 4 mảnh 1: 10.000 đánh số 1 đến 4. Ví dụ: F-48-143-Ab-1
ã Mảnh 1:100.000 chia ra làm 384 mảnh 1: 5.000 đánh số từ 1 đến 324. Ví dụ:
F-48-143-(322)
ã Mảnh 1:5000 chia ra làm 6 mảnh 1: 2000 đánh số từ a đến f
1.1.3.2. Phân loại bản đồ
Để tiện lợi chi việc nghiên cứu, bảo quản và sử dụng các loại bản đồ địa
lý, các loại bản đồ địa lý đợc phân loại theo nhiều dấu hiệu:


9

1.1.3.2.1. Theo nội dung
Phân làm 2 nhóm lớn: bản đồ địa lý chung và bản đồ chuyên đề:
Bản đồ địa lý chung: là bản đồ địa lý biểu thị toàn bộ các yếu tố cơ bản
của lAnh thổ, mức độ chi tiết phụ thuộc vào tỷ lệ và mục đích sử dụng bản đồ
địa hình chính là những bản đồ địa lý chung tỷ lệ lớn. Các bản đồ phản ánh
địa thế chi tiết hơn và ở tỉ lệ lớn là chủ yếu.
Bản đồ chuyên đề: là bản đồ chỉ nói về một chuyên ngành, một bộ môn.
Các bản đồ chuyên đề là những bản đồ chỉ thể hiện chi tiết và thật đầy đủ một
yếu tố (hoặc một số yếu tố) trong nội dung của bản đồ địa lý tổng quát, ví dụ:
thực vật, đờng sá hay dân c,.. Các bản đồ chuyên đề phản ánh các hiện
tợng tự nhiên hoặc xA hội rất đa dạng nh: khí hậu, mật độ dân, kết cấu địa
chất của lớp vỏ trái đất, phân vùng kinh tế,..
1.1.3.2.2. Theo tỷ lệ
Phân ra làm tỷ lệ lớn, trung bình và tỷ lệ nhỏ. Sự phân loại này có tính
chất tơng đối, không cố định, phụ thuộc vào nhóm nội dung. Đối với bản đồ

địa lý chung phân ra:
- Bản đồ địa lý chung tỷ lệ trung bình có tỷ lệ: 1:200.000- 1: 1.000.000
- Bản ®å ®Þa lý chung tû lƯ nhá cã tû lƯ < 1: 1.000.000
- Bản đồ địa lý chung tỷ lệ lớn có tỷ lệ > 1: 200.000
+ Các bản đồ địa hình lại phân ra:
ã Bản đồ địa hình tỷ lƯ nhá cã tû lƯ 1: 50.000 – 1: 100.000
• Bản đồ địa hình tỷ lệ trung bình có tỷ lệ 1:10.000 1:25.000
ã Bản đồ địa hình tỷ lệ lín cã tû lƯ 1:5000 – 1: 2000
1.1.3.2.3. Mơc ®Ých sử dụng
- Bản đồ nhiều mục đích sử dụng
- Bản đồ chuyên môn. Dùng để giải quyết những nhiệm vụ nhất định hoặc đáp
ứng các đối tợng sử dụng nhất định.
Thuộc vào loại này có các bản đồ:
ã Các bản ®å tra cøu


10

ã Bản đồ giáo khoa
ã Bản đồ quân sự
ã Bản đồ du lịch
ã Bản đồ giao thông
ã Bản đồ đánh giá thiết kế
ã Bản đồ dự báo
1.1.3.2.4. Theo mức độ bao quát l(nh thổ
Phân ra bản đồ bao quát thế giíi, ch©u lơc, khu vùc, qc gia, tØnh...
1.1.3.2.5. Theo tÝnh chất sử dụng
ã Bản đồ treo tờng
ã Bản đồ Atlat
1.1.3.2.6. Phân loại theo đề tài

Theo đề tài các bản đồ chuyên đề đợc phân làm 2 nhóm lớn: bản đồ
các hiện tợng tự nhiên và bản đồ kinh tế xA hội.
* Các bản đồ tự nhiên
ã Địa chất: địa chất chung, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, địa
tầng, kiến tạo, thạch học, khoáng sản, địa hoá
ã Địa hình mặt đất : địa mạo, đẳng cao, độ sâu
ã Khí hậu; lợng ma, khí tợng
ã Địa vật lý
ã Hải dơng
ã Thuỷ văn
ã Thổ nhờng
ã Thực vật
ã Động vật
* Bản đồ các hiện tợng xà hội
ã Bản đồ dân c: phân bố dân c, thành phần dân c, di chuyển dân c,
nhân chủng học, phân bố và thành phần lao động
ã Bản đồ kinh tế: Bản đồ kinh tế chung, tài nguyªn thiªn nhiªn ...


11

ã Bản đồ giáo dục, văn hoá, y tế
ã Bản đồ hành chính- chính trị
ã Bản đồ lịch sử
ã Bản đồ môi trờng và bảo vệ môi trờng.
* Bản đồ kỹ thuật
Thiết kế, hàng hải, hàng không, địa chính.
1.2. Các cơ sở bản đồ
1.2.1 Phép chiếu bản đồ, toạ độ địa lý, toạ độ vuông góc
1.2.1.1. Phép chiếu bản đồ

Bề mặt hình cầu của trái đất chỉ có thể đợc biểu thị đồng dạng trên quả
địa cầu, để nghiên cứu bề mặt trái đất một cách chi tiết chúng ta bắt buộc phải
sử dụng bản đồ khi xây dựng bản đồ, vấn đề cần thiết là phải biểu thị bề mặt
hình cầu của trái đất lên mặt phẳng. Khoảng cách giữa các điểm, diện tích,
hình dạng các khu vực trên trái đất khi biểu thị lên mặt phẳng không tránh
khỏi sự biến dạng, hay nói cách khác có sai số. Sự phân bố độ lớn của các sai
số này rất là khác nhau, phụ thuộc vào độ lớn của lAnh thổ đợc biểu thị và vị
trí của chúng trong hệ toạ độ đợc sử dụng chia nhỏ bề mặt nghiên cứu sẽ
giảm phần nào các sai số trên, song mất sự liên tục cần thiết cho nghiên cứu
khái quát, cũng thực hiện công tác đo đạc ở các vùng giáp ranh. Để biểu thị bề
mặt Elipxoid lên mặt phẳng ngời ta sử dụng phép chiếu bản đồ. Phép chiếu
bản đồ xác định sự tơng ứng giữa bề mặt Elipxoid và mặt phẳng có nghĩa là
mỗi điểm trên bề mặt Elipxoid quay có toạ độ , tơng ứng với một điểm
duy nhất trên mặt phẳng với toạ độ vuông góc X,Y.
Lới kinh vĩ độ (hoặc các đờng toạ độ khác xây dựng trong những
phép chiếu nhất định gọi là lới chiếu bản đồ), lới chiếu bản đồ đó là cơ sở
toán học để phân bố chính xác các yếu tố nội dung bản đồ. Quan hệ phụ thuộc
giữa toạ độ một điểm trên mặt đất và toạ độ vuông góc của điểm đó trên bản
đồ đợc biểu thị bằng công thøc

x= f1(ϕ, λ)
y= f2(ϕ, λ)


12

Phép chiếu bản đồ
1.2.1.1.1. Các phép chiếu hình và lới chiếu hình
Các phép chiếu bản đồ đợc phân loại nh sau:
Phân loại theo tính chất biểu diễn (theo đặc điểm sai số) và hình dạng

lới kinh vĩ tuyến :
ã Phép chiếu giữ góc là phép chiếu trong đó góc đợc biểu diễn không có
sai số
ã Phép chiếu giữ diện tích
ã Phép chiếu giữ độ dài theo một hớng nhất định
ã Phép chiếu tự do
Phân loại theo mặt phẳng phụ trợ đợc sử dụng :
- Hình nón
- Hình trụ
- Hình trụ giả
- Hình nón giả
- Nhiều hình nón
- Phơng vị
Lới chiếu bản đồ là cơ sở toán học để phân bố chính xác các yếu tố nội
dung bản đồ. Việc trải mặt cầu lên mặt phẳng bằng các phơng pháp chiếu
hình bản đồ cơ bản là


13

Các lới chiếu hình ống, nón, phơng vị
(Cylindrical, Conical, Plannar)

Các phơng pháp chiếu hình ở khu vực xích đạo, vùng cực và vùng vĩ
độ (Nguồn : Dylan Prentiss, 2002 )
Trong các phép chiếu này mặt hình ống, mặt hình nón và mặt phẳng là
những bề mặt hỗ trợ. Nếu nguồn sáng ở tâm trái đất chiếu hắt mạng lới kinh
vĩ tuyến lên các bề mặt phụ này, thì ta nhận ra các dấu hiệu riêng của mỗi loại
chiếu hình nh sau:
Phép chiếu hình trụ (Cylindrical family)

Kinh tuyến là những đờng song song thẳng đứng, vĩ tuyến là những
đờng song song nằm ngang và vuông góc với kinh tuyến. Dọc theo đờng
xích đạo tiếp xúc với mặt phẳng hình ống không có biến dạng trên bản đồ,
càng xa đờng tiếp xúc vỊ phÝa hai cùc, sai sè cµng lín.


14

Phép chiếu hình ống đợc hiển thị dới dạng mặt phẳng
(Nguồn : Lâm Quang Dốc, 1996)
Phép chiếu hình nón (Conic family)
Kinh tuyến là chùm đờng thẳng giao nhau tại đỉnh hình quạt, vĩ tuyến
là những cung tròn đồng tâm tại đỉnh hình quạt. Dọc theo vĩ tuyến tiếp xúc với
mặt nón không có biến dạng trên bản đồ. Càng ra xa vÜ tun tiÕp xóc theo
chiỊu kinh tun, sai sè càng lớn.

Phép chiếu hình nón đợc hiển thị dới dạng mặt phẳng
(Nguồn : Lâm Quang Dốc, 1996)
Phép chiếu hình phơng vị (Planar family)
Nếu mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu tại cực, thì kinh tuyến là chùm
đờng thẳng giao nhau tại điểm cực, vĩ tuyến là những đờng tròn lấy điểm
cực làm tâm. Tại điểm cực không có sai số chiếu hình, càng xa cực sai số càng
lớn.


15

Phép chiếu hình phơng vị đợc hiển thị dới dạng mặt phẳng
(Nguồn : Lâm Quang Dốc, 1996)
Trên đây là 3 loại lới chiếu hình cơ bản, phân theo phơng pháp chiếu

hình và nêu đặc điểm của chúng ở dạng tiêu chuẩn. Muốn xây dựng bản đồ
một khu vực hoặc thế giới, ni ta căn cứ vào vị trí địa lý, đặc điểm hình học và
kích thớc to nhỏ của khu vực thiết kế bản đồ, căn cứ vào bố cục bản đồ,
khuôn khổ xuất bản và tiện lợi cho sản xuất, mà chọn một trong những
phơng pháp chiếu đồ giữ góc, giữ diện tích, giữ chiều dài.. Các bản đồ xuất
bản thông thờng chúng ta dùng lới chiếu giữ hình dạng, đối với các mục
đích nghiên cứu thờng dùng lới chiếu giữ diện tích.
Việc phân loại chỉ là tơng đối, nhất là hiện nay ngời ta áp dụng rộng
rAi các phơng pháp giải tích toán học để tính toán các phép chiếu mới có
dạng lới chuẩn không thể liệt vào những loại phép chiếu kể trên. Tuỳ thuộc
vào độ lớn, hình dạng, vị trí của lAnh thổ, tỷ lệ bản đồ và mục đích sử dụng,
ngời ta cho phép những phép chiếu khác nhau. Khi sử dụng tài liệu bản đồ
phải biết rõ về phép chiếu đợc dùng để thành lập bản đồ. Khi dùng bản đồ để
thiết kế, đo đạc, ta phải biết rõ về tính chất các sai số đặc trng của phép chiếu
và đặc điểm phân bố để có thể tính toán hiệu chỉnh kết quả đo đạc, xác định vị
trí các đối tợng trong thực tế. Muốn vậy ngời ta nghiên cứu dạng lới bản
đồ, sự định hớng, sự biểu thị cực xích đạo và lới kinh vĩ tuyến, xác định
bằng phơng pháp gần đúng sai số biểu thị góc, diện tích và khoảng cách.
Khi dùng bản đồ để làm tài liệu thành lập bản đồ khác cần phải biết
đích xác về phép chiếu bản đồ ®Ĩ cã thĨ thùc hiƯn c¸c phÐp chun ®ỉi c¸c


16

đối tợng sang hệ toạ độ của bản đồ thành lập. Ngoài ra có các phép chiếu nh
sau:
Phép chiếu Gauss - Kriugera và hệ toạ độ Gauss- Kriugera.
Phép chiếu Gauss- Kriugera là phép chiếu hình trụ ngang giữa góc dùng
để tính toạ độ của mạng lới trắc địa cũng nh tính toán lới toạ độ bản đồ
dùng cho bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Bề mặt trái đất đợc biĨu diƠn theo tõng

mói kinh tun, theo vÜ ®é, mói lấy từ cực này tới cực kia, còn theo kinh ®é
th−êng lÊy kÐo dµi tõ 30 ®Õn 60. Kinh vÜ tuyến đợc biểu thị bằng những đờng
cong, trừ xích đạo và kinh tuyến trục. Mỗi múi có gốc toạ độ riªng, cho phÐp
ta thu nhá sai sè trªn l−íi chiÕu.
ë Việt Nam, lới chiếu Gauss- Kriugera đợc sử dụng rộng rAi áp dụng
phép chiếu với múi 6 cho các bản ®å tõ 1: 10.000 ®Õn 1: 500.000. ¸p dơng
víi mói chiếu 30 cho các bản đồ 1: 5.000 và lớn hơn. LAnh thổ Việt Nam nằm
trong các múi 60 thứ 18, 19 tính từ kinh tuyến Greenwich, gốc toạ độ của mỗi
múi là điểm giao nhau của xích đạo và kinh tuyến trục, kinh tuyến trục là trục
X, xích đạo là trục Y. Để tránh tung độ (Y), âm (-), ngời ta cộng thêm vào
tung độ giá trị 500.000m.
Hệ toạ độ Gauss- Kriugera là hệ toạ độ vuông góc phẳng, sử dụng phép
chiếu Gauss- Kriugera để tính toán mạng lới cơ sở trắc địa theo toạ độ địa lý
tính trong Elipxoid Krassobski
Phép chiếu UTM và hệ toạ độ UTM ở Việt Nam
Lới chiếu UTM là cùng một dạng công thức lới chiếu giữ góc Gauxơ
Krugơ. Ưu điểm của lới chiếu là chỉ cần một bài toán cho một múi lới chiếu
là có thể giải quyết việc biên chế bản đồ địa hình cho phạm vi toàn cầu.
Nhợc điểm là không thể chia múi nhỏ theo hệ phân đối múi lới chiếu
Gauxơ.
Nói tóm lại khi dùng phơng pháp chiếu đồ chuyển các đối tợng địa lý
từ bề mặt cầu của quả đất lên mặt phẳng sẽ có những điểm, đờng, diện tích,
góc không có sai số hoặc rất nhỏ, không đáng kể, nhng cũng có chỗ bị co lại


17

hoặc giAn ra, hình dáng chúng bị méo mó đi mà ngời ta thờng gọi là biến
dạng bản đồ. Đó là sự phá vỡ các tính chất hình học - chiều dài đờng thẳng,
góc, hình dạng và diện tích các đối tợng trên bề mặt đất - trong biến dạng

của chúng trên mặt phẳng.
Phép chiếu UTM là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc thoả mAn điều
kiện: kinh tuyến giữa là đờng thẳng và trục đối xứng
- Tỷ lệ độ dài m0 trên kinh tuyến trục là m0 = const = 09996.
Trong phép chiếu UTM, có 2 đờng chuẩn, giá trị m0 = 1. Hai đờng
chuẩn này đối xứng với nhau qua kinh tuyến trục và cắt xích đạo tại những
điểm cách kinh tuyến giữa một khoảng 1o30. Do đó các trị số biến dạng
trong phép chiếu UTM nhá h¬n trong phÐp chiÕu Gauss.
NÕu dïng Elipxoid cã kÝch thớc và định tâm giống nhau thì sự chuyển
đổi giữa hai phép chiếu Gauss- Kriugera và UTM sẽ rất đơn giản. Lới chiếu
UTM ở Việt Nam múi 60 đợc áp dụng thành lập bản đồ địa hình thời kỳ trớc
năm 1975 bằng phơng pháp chụp ảnh hàng không. Do sử dụng Elipxoid
Everest 1830 việc chuyển đổi giữa hai phép chiếu trở nên phức tạp và làm hạn
chế khái niệm sử dụng tài liệu bản đồ với toạ độ UTM.
1.2.1.2 Lới toạ độ địa lý
Trên bản đồ địa hình hệ toạ độ địa lý đợc biểu thị bởi lới kinh vĩ
tuyến, dùng để xác định toạ độ địa lý (, ) của các điểm trên bản đồ. Trong
hệ toạ độ địa lý, vị trí của một điểm đợc xác định tơng ứng với xích đạo trái
đất và với một kinh tuyến nào đó đợc coi là kinh tuyến gốc. Mặt phẳng
vuông góc với trục quay của trái đất và đi qua tâm của nó gọi là mặt phẳng
xích đạo. Đờng giao tuyến giữa mặt phẳng xích đạo với bề mặt trái đất gọi là
đờng xích đạo. Mặt phẳng chứa (đi qua) trục quay của trái đất gọi là mặt
phẳng kinh tuyến. Giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến của trái đất với bề
mặt trái đất gọi là kinh tuyến. Giao tuyến giữa mặt phẳng vuông góc với trục
quay trái đất với bề mặt trái đất gọi là vĩ tuyến.


18

Vĩ độ là góc tạo bởi đờng dây dọi (mỗi điểm trên bề mặt trái đất chỉ

ứng với một đờng dây dọi nhất định) của điểm đó với mặt phẳng xích đạo.
Nếu coi trái đất là hình cầu thì vĩ ®é ®iÓm ®ã cã thÓ coi b»ng cung kinh tuyÕn
tÝnh từ xích đạo đến điểm đó, vĩ độ đợc kí hiệu bằng chữ và tính về hai
phía của xích đạo (lên phía Bắc hay xuống phía Nam), nó có giá trị từ 0 đến
900. ở Bắc bán cầu, vĩ độ đợc gọi là vĩ độ bắc, còn ở Nam bán cầu gọi là vĩ
độ Nam.
Kinh độ của một điểm là góc nhị diện tạo bởi giữa mặt phẳng kinh
tuyến đi qua điểm đó với mặt phẳng kinh tuyến gốc. Kinh ®é cđa mét ®iĨm cã
thĨ coi b»ng cung vÜ tun tÝnh tõ kinh tun ®i qua ®iĨm ®ã ®Õn kinh tuyến
gốc. Kinh độ kí hiệu bằng chữ và tính từ kinh tuyến gốc về phía Đông hay
phía Tây. Nó có giá trị từ 00 đến 1800.
1.2.1.3. Lới toạ độ vuông góc
Toạ độ vuông góc: Đối tợng mặt đất biểu thị trên bản đồ địa hình,
thông qua phép chiếu hình đA đợc chuyển lên mặt phẳng, bởi vậy phải dùng
toạ độ vuông góc để xác định vị trí của chúng. Chúng ta hiện đang sử dụng
bản đồ địa hình đợc thành lập theo các phép chiếu hình Gauss và UTM cho
nên phải nắm vững hai hệ toạ độ vuông góc Gauss và UTM.
- Toạ độ vuông góc Gauss :
Theo phép chiếu hình Gauss, mỗi múi chiếu 6o kinh hình thành một hệ
toạ độ vuông góc độc lập với hai trục : trục Bắc, ký hiệu X, là hình chiếu của
kinh tuyến trục : trục Đông, ký hiệu Y, là hình chiếu của xích đạo. Giao điểm
của hai trục này là điểm gốc của hệ toạ độ vuông góc. Để tránh âm ta chọn
điểm gốc của toạ độ X = 0 km, Y = 500 km.
PhÐp chiÕu h×nh Gauss hiƯn chØ sư dơng ë c¸c n−íc xA héi chđ nghÜa
vïng Bắc bán cầu nên không phải gặp trờng hợp trị số X là số âm. Tuy vậy sẽ
có trờng hợp hai mục tiêu ở hai múi chiếu khác nhau có toạ độ X, Y trùng
nhau. Do vậy phải thêm số hiệu múi vào trớc toạ độ Y để phân biệt.


19

Để xác định toạ độ vuông góc của mục tiêu đợc nhanh chóng và chính
xác, ngời ta lập lới toạ độ vuông góc trên bản đồ địa hình. Đó là những
đoạn thẳng song song với hai trục X, Y mà giAn cách giữa hai đờng cạnh
nhau quy định theo tỷ lệ bản đồ.
Ngoài ra, trên mỗi mảnh bản đồ tiếp giáp giữa hai múi chiếu đều có
trình bày lới toạ độ vuông góc của múi chiếu cạnh bên in bằng mầu mực nhạt
hơn để tiện cho việc tra cứu, sử dụng.
- Toạ độ vuông góc UTM :
Cũng nh toạ độ vuông góc Gauss, trong mỗi múi chiếu hình 60 kinh
hình thành một hệ toạ độ vuông góc UTM với trục Bắc là hình chiếu của kinh
tuyến trục và Đông là hình chiếu của xích đạo. Giao điểm của hai trục này là
điểm gốc của hệ toạ độ vuông góc với trị số X = 0 km đối với Bắc bán cầu, X
= 10 000 km đối với Nam bán cầu và trị số Y = 500 km.
Vì bản đồ UTM đợc thành lập và sử dụng trên một khu vực réng lín
bao trïm nhiỊu qc gia, trïm lªn nhiỊu mói chiếu hình cho nên việc đánh số,
đặt tên phải đợc thực hiện một cách cẩn thận nhằm tránh gây nhầm lẫn. Phần
dới đây trình bày cách chia khu, đánh số khu toạ độ vuông góc.
Trong mỗi múi chiếu chỉ dùng tọa độ vuông góc giới hạn từ vĩ độ Nam
800 đến vĩ độ Bắc 840, đợc chia thành 20 khu, mỗi khu có chiều ngang 60
kinh và chiều dọc 80 vĩ, riêng khu cuối cùng sát cực Bắc có chiều dọc 120 vĩ.
Hai mơi khu toạ độ vuông góc này đợc ký hiệu từ Nam lên Bắc bằng 20 chữ
cái in hoa C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, S, T, U, V, W và X. Còn
bốn chữ cái A, B, Y, Z dành cho hai cực trái đất, hai chữ I và O không dùng vì
sợ nhầm với hai chữ số 1 và 0. Tên của một khu toạ độ vuông góc gồm số hiệu
múi toạ độ kết hợp với ký hiệu của khu. Múi toạ độ UTM đợc đánh số từ 1
đến 60 bắt đầu từ kinh tuyến 180 về phía Đông, nên chênh với số hiệu múi toạ
độ Gauss 30 đơn vị và trùng với số hiệu múi chiếu bản đồ. Mỗi khu toạ độ
vuông góc còn chia thành nhiều phân khu, hình vuông mỗi chiều dài 100 km.
Dùng hai chữ in hoa để đánh số, một chữ theo trục Y, mét sè theo trôc X.

20

Theo trục Y mỗi múi toạ độ đợc chia thành 8 phân khu. Cả ba múi liên tiếp
nhau gồm 24 phân khu đợc đánh số từ A đến Z, không dùng hai chữ số I và
O để tránh nhầm với hai chữ số 1 và 0. Theo trục X các phân khu cũng đợc
đánh số bằng 24 chữ cái in hoa nh trên. Nhng ở mỗi múi toạ độ có số hiệu lẻ,
chữ A đợc đặt tên cho phân khu đầu tiên kể từ đờng xích đạo, những múi số
hiệu chẵn thì lùi về phía Nam 5 phân khu để tránh nhầm lẫn.
Trên mỗi tờ bản đồ địa hình UTM, dới biên khung phía Nam có ghi
chú rõ tờ đó nằm trong những phân khu toạ độ vuông góc nào. Khi chỉ thị mục
tiêu bằng toạ độ UTM phải báo cáo cả số hiệu khu và phân khu toạ độ vuông
góc.
1.2.2. Nội dung bản đồ địa hình:
Bản đồ địa hình là tài liệu chính để nghiên cứu tình hình mặt đất, sử
dụng cho nhiều ngành, trong nhiều lĩnh vực xây dựng và phát triển kinh tế,
quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Trên bản đồ địa hình thể hiện yếu tố địa
hình và đối tợng mặt đất, minh hoạ một cách chân thật đặc điểm tình hình tự
nhiên, kinh tế, văn hoá và xA hội của một khu vực. Những yếu tố địa hình và
đối tợng mặt đất rất phong phú và đa dạng. Dù làm cách nào đi nữa cũng
không thể đa chúng hết lên mặt giấy thu nhỏ đợc. Vì thế mà phải căn cứ
vào mục đích sử dụng bản đồ, chọn tỷ lệ thích hợp để biểu thị yếu tố địa hình
và đối tợng mặt đất với mức độ chi tiết cần thiết. Trên bản đồ ngời ta thể
hiện các đối tợng và hiện tợng có trên mặt đất trong thiên nhiên, xA hội và
các lĩnh vực hoạt động của con ngời.
Các yếu tố nội dung của bản đồ là:
- Thuỷ hệ
- Địa hình bề mặt
- Dân c

- Đờng giao thông
- Ranh giới hành chánh - chính trÞ
- Líp phđ thỉ nh−êng - thùc vËt


21

- Các đối tợng kinh tế xA hội
Các yếu tố nội dung của bản đồ đợc thể hiện bằng những ký hiệu qui
ớc. Các ký hiệu thể hiện vị trí, hình dáng kích thớc của đối tợng trong thực
tế, ngoài ra còn thể hiện một số đặc trng về số lợng và chất lợng.
Phân ra 3 loại ký hiệu:
ã Ký hiƯu theo tû lƯ - vïng
• Ký hiƯu theo tû lệ - đờng
ã Ký hiệu phi tỷ lệ - điểm
1.2.2.1. Các tính chất của bản đồ địa hình
1.2.2.1.1. Bản đồ đợc thành lập trên cơ sở toán học.
Muốn biểu hiện bề mặt tự nhiên phức tạp và cong của trái đất lên mặt
phẳng, thờng phải tiến hành qua hai bớc. Bớc thứ nhất, theo phơng dây
dọi, chiếu bề mặt tự nhiên trái đất lên bề mặt toán học của trái đất (bề mặt
elipxôit). Thu nhỏ elipxôit Trái đất theo một tỷ lệ nhất định. Bớc thứ hai,
biểu hiện bề mặt elipxôit của Trái đất lên mặt phẳng thông qua phép chiếu bản
đồ. Phép chiếu bản đồ thiết lập sự phụ thuộc hàm số nhất định giữa toạ độ địa
lý của các điểm trên bề mặt elipxôit và toạ độ vuông góc của các điểm tơng
ứng trên mặt phẳng bản đồ. Mối quan hệ đó đợc biểu thị qua hàm số:
x = f1 (ϕ, λ)
y = f2 (ϕ, λ)
Nhê phÐp chiÕu bản đồ, có thể xác định đợc vị trí, kích thớc và hình
dạng của các đối tợng trên bản đồ. Tỷ lệ ở mọi nơi trên bản đồ không nh
nhau bởi trên bản đồ có biến dạng. Cơ sở toán học biểu hiện trên bản đồ ở

dạng các điểm khống chế đo đạc, tỷ lệ, hệ thống các đờng kinh vĩ tuyến.
1.2.2.1.2. Bản đồ sử dụng hệ thống kí hiệu.
Trên mặt đất có rất nhiều yếu tố mà không thể biểu thị nguyên vẹn trên
bản đồ, đồng thời có nhiều yếu tố quan trọng, nếu không có hình thức gì đặc
biệt thì cũng không thể biểu thị lên bản đồ. Ngoài ra còn có nhiều yếu tố hình
dạng giống nhau nhng bản chất khác nhau. Ngợc lại có nhiều yếu tè b¶n


22

chất giống nhau nhng hình dạng khác nhau... vì vậy phải dùng hệ thống kí
hiệu để biểu hiện. Ngời ta thờng gọi chúng là ngôn ngữ bản đồ.
Kí hiệu trên bản đồ, không những chỉ rõ hình dạng bề ngoài của đối
tợng mà còn chỉ ra đợc những tính chất cơ bản bên trong của đối tợng. Kí
hiệu bản đồ chỉ ra đợc sự phân bố của các đối tợng, loại bỏ những mặt
không quan trọng, các bộ phận, các chi tiết, các thuộc tính của các đối tợng
riêng lẻ, làm nổi bật những dấu hiệu bản chất, quy luật tự nhiên của chúng.
1.2.2.1.3. Trên bản đồ có sự lựa chọn và khái quát hoá các đối tợng đợc
biểu thị:
Mặt đất có rất nhiều yếu tố tự nhiên và xA hội mà bản đồ không thể biểu
thị hết đợc, nên phải chọn các yếu tố chủ yếu và khái quát các đặc trng về
hình dạng, số lợng, chất lợng của yếu tố nội dung cho phù hợp với mục đích
và nội dung của bản đồ.
Kết quả của quá trình tổng quát hoá bản đồ đợc thể hiện rõ khi so sánh
các bản đồ có tỷ lệ khác nhau trên cùng một khu vực. Tỷ lệ bản đồ càng nhỏ,
không gian biểu hiện càng hẹp thì càng cần phải loại bỏ những đối tợng thứ
yếu, ít quan trọng để làm nổi bật những nét điển hình, quan trọng của khu vực.
Các yếu tố ảnh hởng tới tổng quát hoá nh mục đích, chủ đề, tỷ lệ và đặc
điểm địa lý của lAnh thổ thành lập bản đồ.
Ngoài ba tính chất chung nói trên, bản đồ địa hình còn có một số tính

chất riêng sau:
- Bản đồ địa hình có hệ thống tỉ lệ, cách chia mảnh và đánh số mảnh thống
nhất, có qui trình, qui phạm và kí hiệu chung do Nhà Nớc ban hành, nên
thuận tiện trong việc sử dụng.
- Bản đồ địa hình có tính hiện đại và tính chính xác cao vì nó đợc thành lập
từ các tài liệu đo đạc trực tiếp trên mặt đất hoặc trên ảnh chụp từ máy bay hay
trên ảnh chụp từ mặt đất, nên nó đáp ứng đợc yêu cầu sử dụng cho tất cả các
ngành kinh tế, văn hoá và quốc phßng.