NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ QUÂN SỰ HỖ TRỢ KHU VỰC PHÒNG THỦ TỈNH TÂY NINH SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TẠ THỊ QUỲNH MAI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ QUÂN
SỰ HỖ TRỢ KHU VỰC PHÒNG THỦ TỈNH TÂY NINH
SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2018

11


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TẠ THỊ QUỲNH MAI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ QUÂN
SỰ HỖ TRỢ KHU VỰC PHÒNG THỦ TỈNH TÂY NINH
SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM ĐỘ PHÂN GIẢI CAO
Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số:60440214
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Chu Hải Tùng
TS. Bùi Quang Thành
XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ khoa học

PGS.TS. Đinh Thị Bảo Hoa
Hà Nội - 2018

22


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu và
kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.
Hà Nội, ngày 30 tháng 1 năm 2018
Học viên

Tạ Thị Quỳnh Mai

33


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTTM
CSDL
DEM
DTM

ĐHQS

:
:
:
:
:

ESRI

:

GIS

:

GPS

:

GNSS

:

GTVTQS
HQTCSDL
KVPT
LLVT
QP – AN

:
:
:
:
:

UTM

:

RS

:

VN – 2000

:

WGS – 84

:

Bộ Tổng Tham mưu
Cơ sở dữ liệu
Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao
Digital Terrain Model - Mô hình số địa hình
Địa hình quân sự
Environmental Systems Research Institute - Viện
nghiên cứu các hệ thống về môi trường
Geographic Information System - Hệ thống thông tin

địa lý
Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn
cầu của Quân đội Mỹ
Global Navigation Satellite System - Hệ thống vệ
tinh định vị toàn cầu
Giao thông vận tải quân sự
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Khu vực phòng thủ
Lực lượng vũ trang
Quốc phòng - An ninh
Universal Trasverse Mercator - Phép chiếu hình trụ
ngang đồng góc
Remote Sensing - Viễn thám
Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia ban hành theo
Quyết định số 83/2000.QĐ - TTg ngày 12 tháng 07
năm 2000 của Thủ tướng Chính phủ
World Geodetic System 1984 – Hệ thống trắc địa thế
giới năm 1984

44


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

55


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Lịch sử dân tộc ta là lịch sử dựng nước đi đôi với giữ nước. Vì vậy, Đảng ta
đã xác định: Xây dựng chủ nghĩa xã hội và bảo vệ vững chắc Tổ quốc xã hội chủ
nghĩa là hai nhiệm vụ chiến lược của cách mạng Việt Nam.

66


Xây dựng đất nước phải kết hợp chặt chẽ việc phát triển kinh tế với củng cố
quốc phòng. Từng bước xây dựng thế trận quốc phòng toàn dân, thế trận chiến tranh
nhân dân và xây dựng lực lượng vũ trang nhân dân với chất lượng ngày càng cao.
Một trong những nhiệm vụ và giải pháp cơ bản để thực hiện chiến lược bảo
vệ Tổ quốc là xây dựng khu vực phòng thủ (KVPT) tỉnh thành vững chắc nhằm bảo
đảm cho địa phương luôn ổn định về chính trị, ngăn chặn và làm thất bại mọi âm
mưu diễn biến hòa bình, bạo loạn lật đổ và sẵn sàng đánh bại chiến tranh xâm lược
của kẻ thù trong mọi tình huống.
Về mặt quân sự, các tỉnh biên giới phía Bắc và phía Tây Nam là địa bàn rất
quan trọng nhạy cảm trong quốc phòng, dễ bị các đối tượng lợi dụng gây ra xung đột,
lấn chiếm biên giới, chiến tranh biên giới. Đây cũng là các khu vực quân sự dễ bị tác
động, ảnh hưởng lẫn nhau khi có xung đột ở một khu vực hoặc khi tình hình ở biển
Đông nóng lên do tranh chấp chủ quyền. Thực tế là các cuộc chiến tranh biên giới
trước đây đều xảy ra ở khu vực này.Tây Ninh là một tỉnh biên giới phía Tây Nam
Việt Nam, có vị trí địa lý chiến lược đặc biệt quan trọng về kinh tế - xã hội, Quốc
phòng - an ninh; có tiềm năng, lợi thế về kinh tế cửa khẩu, công nghiệp, du lịch,
thương mại, nông - lâm nghiệp, khoáng sản...Đồng thời là cửa ngõ đối ngoại của hai
vùng kinh tế quan trọng là vùng kinh tế trọng điểm phía nam, vùng kinh tế Đông
Nam Bộ. Việc chủ động thu thập, đánh giá các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội hỗ trợ
xây dựng khu phòng thủ tỉnh sẽ đảm bảo sự toàn vẹn lãnh thổ, chủ quyền quốc gia, góp
phần giữ vững ổn định chính trị, phát triển kinh tế - xã hội, tăng cường quốc phòng và
an ninh của đất nước; địa hình ở đây tuy cũng thuận lợi cho ta bố trí lực lượng, phương

tiện, trang thiết bị quân sự và huy động lực lượng trên quy mô lớn nhưng đây lại là địa
hình khó sử dụng các phương tiện cơ động hiện đại. Do vậy việc trước mắt vẫn phải
phát triển kinh tế xã hội củng cố thế trận quốc phòng - an ninh các khu vực phòng thủ
tỉnh thuộc hai địa bàn trên, trong đó có công tác điều tra cơ bản, nghiên cứu, đánh giá
các điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý quân sự hỗ
trợ xây dựng khu vực phòng thủ tỉnh Tây Ninh sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám độ

77


phân giải cao” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong giai đoạn hiện nay, kịp
thời đưa ra các đề xuất, giải pháp trong các hoạt động quân sự, quốc phòng và kinh
tế khu vực biên giới phía Tây Nam nói chung cũng như tỉnh Tây Ninh nói riêng.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu địa hình và thông tin địa lý quân sự,
cơ sở dữ liệu chuyên đề hỗ trợ công tác xây dựng KVPT tỉnh.
- Làm cơ sở khoa học nhân rộng mô hình đánh giá, dự báo, đề xuất kiến nghị,
giải pháp quy hoạch và tổ chức lãnh thổ các địa bàn chiến lược của đất nước.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài được triển khai thực hiện trên địa bàn tỉnh Tây Ninh.
- Trên cơ sở các công nghệ địa hình tiến tiến, thu thập, điều tra, xây dựng
CSDL nền địa hình và thông tin địa lý quân sự để nghiên cứu khả năng huy động và
phối hợp giữa các thành phần và đề xuất một số giải pháp trong việc xây dựng khu
vực phòng thủ các tỉnh.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về dữ liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao.
- Thu thập, phân tích, tổng hợp và đánh giá các tài liệu.
- Xây dựng và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu địa hình và thông tin địa lý quân sự sử
dụng ảnh viễn thám độ phân giải cao.

- Xây dựng cơ sở dữ liệu KVPT bao gồm các chuyên đề: thông tin về thời tiết,
khí tượng, thủy văn ảnh hưởng đến khả năng huy động; tiềm năng về quân sự, lực
lượng, giao thông vận tải quân sự, y tế, thông tin liên lạc, lương thực, thực phẩm.
- Đưa ra sản phẩm thực nghiệm theo quy trình công nghệ đã xây dựng.

-

5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa: Thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin, các tài liệu liên quan

-

đến nội dung nghiên cứu.
Phương pháp phân tích: Tổng hợp, xử lý logic các tài liệu, giải quyết các vấn đề đặt
ra.

88


-

Phương pháp chuyên gia: Thường xuyên xin ý kiến các chuyên gia trong lĩnh vực
bản đồ và hệ thống thông tin địa lý tư vấn, góp ý nhằm hoàn thiện cho từng nội

-

dung nghiên cứu cụ thể.
Phương pháp bản đồ và viễn thám: Xây dựng, cập nhật, giải đoán các thông tin cho
nội dung nghiên cứu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Tăng cường năng lực nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ mới trong
lĩnh vực đo đạc và bản đồ. Nghiên cứu khai thác các phần mềm tiên tiến trên thế
giới trong lĩnh vực thành lập bản đồ phục vụ các yêu cầu kinh tế - xã hội, an ninh
-quốc phòng.
- Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu của luận văn cung cấp nguồn tài liệu
đầy đủ và tổng hợp, góp phần hỗ trợ xây dựng khu vực phòng thủ tại tỉnh Tây Ninh,
sẽ trợ giúp cho lãnh đạo, chỉ huy nghiên cứu, đánh giá khả năng huy động tổng hợp
các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội trong khu vực phục vụ các hoạt động quân sự,
quốc phòng và kinh tế, giữ vững an ninh chính trị.
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được trình bày trong 98 trang với 51 hình, 4 bảng và được cấu trúc
thành các mục mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và 3 chương gồm:
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Nội dung và quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình và thông
tin địa lý quân sự hỗ trợ xây dựng khu vực phòng thủ tỉnh Tây Ninh
Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu hỗ trợ xây dựng khu vực phòng thủ tại
tỉnh Tây Ninh
8. Lời cảm ơn
Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
- Trường Đại học Khoa học tự nhiên trong khoảng thời gian từ tháng 3 năm 2017
đến tháng 12 năm 2017.

99


Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực
của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên từ thầy cô, gia đình và
bạn bè. Tôi muốn bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc của mình tới tất cả mọi người.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tớiTS.Chu Hải Tùng–Cục Viễn Thám; TS.
Bùi Quang Thành - Bộ môn Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý - Trường Đại

học Khoa học tự nhiên, người đã định hướng cho tôi trong quá trình chọn và nghiên
cứu đề tài này, đã trực tiếp hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báuvà giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới toàn thể các thầy,
cô giáo trong khoa Địa lý - Trường Đại học Khoa học tự nhiên đã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi trân trọng cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của phòng Đại học
và sau Đại học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên trong suốt quá trình tôi học tập
và hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình của mình, nguồn động
viên và là động lực giúp tôi hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.
Học viên

Tạ Thị Quỳnh Mai

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu chung về các công nghệ địa hình tiên tiến
Trong những năm qua, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ, công
nghệ thông tin và các công nghệ kỹ thuật khác. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

1010


(Global Navigation Satellite System - GNSS), công nghệ viễn thám (Remote
Sensing - RS), công nghệ hệ thông tin địa lý (Geographycal Information System GIS), ... đã và đang được nghiên cứu ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực khoa học
kỹ thuật, các ngành kinh tế quốc dân và các hoạt động xã hội. Đặc biệt các công
nghệ này được kết hợp ứng dụng rất có hiệu quả trong lĩnh vực điều tra, khảo sát,
quy hoạch, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường, ...
Với ngành địa hình quân sự, công nghệ địa hình tiên tiến là hệ thống các quy
trình, phương pháp và kinh nghiệm ứng dụng các công nghệ như công nghệ định vị,

công nghệ viễn thám, GIS và công nghệ mô phỏng phục vụ các nhiệm vụ quân sự,
quốc phòng và kinh tế.
1.1.1. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)
Trên cơ sở ứng dụng công nghệ Định vị vệ tinh phục vụ công tác xác định vị
trí (toạ độ) và khảo sát, điều tra, thu thập thông tin về đối tượng nghiên cứu (mạng
giao thông, công trình, bến bãi...); với khả năng bảo đảm độ chính xác định vị từ
hàng chục mét đến vài ba mét, thậm chí đến cỡ centimét và milimét trên phạm vi
toàn cầu, trong mọi điều kiện thời tiết và vào bất cứ lúc nào, hệ thống vệ tinh định
vị toàn cầu đã và đang được sử dụng ngày càng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực
hoạt động của con người cả trên đất liền, trên biển và bầu trời.
- Các phương pháp định vị GPS được sử dụng phổ biến:
+ Định vị GPS tuyệt đối: Định vị GPS tuyệt đối là trường hợp chỉ cần sử
dụng một máy thu GPS có thể xác định ngay ra tọa độ của điểm quan sát trong hệ
thống tọa độ WGS -84. Đó có thể là các thành phần tọa độ vuông góc không gian
(X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ mặt cầu (B, L, H).Hệ thống tọa độ WGS - 84
là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GPS. Việc định vị GPS tuyệt đối được thực
hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo
nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm có tọa độ đã biết là các vệ tinh. Đo
khoảng cách giả đồng thời từ ít nhất là 4 vệ tinh đến máy thu ta có thể xác định
được tọa độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn xác định thêm được số hiệu chỉnh
cho đồng hồ của máy thu nữa. Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ

1111


như hiện nay, số lượng vệ tinh có thể quan sát đồng thời thường là 6 - 8, có khi
nhiều hơn 10. Khi đó lời giải đơn trị sẽ được rút ra nhờ phương pháp xử lý số liệu
đo theo nguyên tắc bình phương nhỏ nhất.
+ Định vị GPS tương đối: Định vị GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai
máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông

góc không gian (dx, dy, dz) hay hiệu tọa độ mặt cầu (db, dl, dh) giữa chúng trong hệ
tọa độ WGS - 84. Nguyên tắc định vị GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử
dụng đại lượng đo pha của sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết
quả xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra
và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng của
các nguồn sai số khác nhau như: sai số của đồng hồ trên vệ tinh cũng như trong máy
thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị... Định vị GPS tương đối có thể đo
theo phương pháp tĩnh, phương pháp động hoặc giả động.
+ Định vị GPS vi phân: Phương pháp định vị GPS vi phân (DGPS Differential GPS) sử dụng 2 (hoặc nhiều hơn) máy thu GPS, trong đó một máy thu
đặt tại điểm đã biết tọa độ gọi là trạm tham chiếu, còn máy thu khác di chuyển và sẽ
được xác định tọa độ với điều kiện tại cả hai trạm số vệ tinh chung quan sát không ít
hơn 4. Vị trí đã biết của điểm đặt máy thu cố định sẽ được sử dụng để tính các số
hiệu chỉnh GPS dưới dạng hiệu chỉnh vị trí điểm hoặc hiệu chỉnh các khoảng cách
Code đã được quan trắc. Các số liệu hiệu chỉnh này sẽ được chuyển đi bằng sóng vô
tuyến đến máy động và lập tức tính vị trí điểm để đạt được độ chính xác cao hơn so
với trường hợp định vị tuyệt đối.
1.1.2. Công nghệ Viễn thám
Viễn thám (Remote Sensing) là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu
đời, nghiên cứu thông tin về một vật hoặc một hiện tượng, thông qua các dữ liệu
được thu nhận từ xa như ảnh hàng không, ảnh vệ tinh. Sự phát triển của khoa học
viễn thám được bắt đầu từ mục đích quân sự, qua việc nghiên cứu ảnh chụp sử dụng
phim và giấy ảnh, được thực hiện lúc đầu từ khinh khí cầu và sau đó là trên máy
bay ở các độ cao khác nhau. Ngày nay, viễn thám ngoài việc tách lọc thông tin từ

1212


không ảnh, còn áp dụng các kỹ nghệ hiện đại trong thu nhận và xử lý thông tin ảnh
số, thu được từ các bộ cảm có độ phân giải khác nhau, được đặt trên vệ tinh thuộc
quĩ đạo Trái Đất. Viễn thám được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau

như quân sự, địa chất, địa lý, môi trường, khí tượng, thủy văn, thủy lợi, lâm nghiệp
…. Các dữ liệu viễn thám, trong đó có ảnh vệ tinh đa phổ, siêu phổ và ảnh nhiệt
được dùng trong các nghiên cứu khác nhau như: sử dụng lớp phủ mặt đất, rừng,
thực vật, khí hậu khí tượng, nhiệt độ trên mặt đất và mặt biển, đặc điểm quyển khí
và tầng ozon, tai biến môi trường… Dữ liệu ảnh radar được sử dụng nhiều trong
lĩnh vực nghiên cứu khác nhau như các mục tiêu quân sự, đo vận tốc gió, đo độ cao
bay và độ cao của sóng biển, nghiên cứu cấu trúc địa chất, sụt lún đất, theo dõi lũ
lụt… ngoài ra còn ứng dụng trong nghiên cứu của các hành tinh khác.
Ảnh vệ tinh đã trở thành một công cụ không thể thiếu được trong công tác
theo dõi giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường nói chung và việc chiết tách
các thông tin lớp phủ nói riêng, nhất là ở những vùng khó tiếp cận như các vùng núi
cao, biên giới, hải đảo.

Hình 1.1.Ảnh vệ tinh Geoeye 1. Trường Đại học Kutztown Mỹ

1.1.3. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Hệ thống thông tin địa lý - Geographycal Information System (GIS) là hệ
thống quản lý thông tin không gian địa lý được phát triển trên cơ sở công nghệ máy

1313


tính và tin học với mục đích lưu trữ, hợp nhất, mô hình hóa, phân tích, dự báo và
trình bày nhiều dạng dữ liệu.
Hiện nay, có nhiều định nghĩa về GIS được sử dụng. Nhưng định nghĩa của
Viện nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI của Mỹ được chấp nhận một cách rộng
rãi: “Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm
máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu
trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”.
 Mục tiêu chung: GIS hỗ trợ ra quyết định trong công tác quy hoạch, quản lý đất đai,

tài nguyên và môi trường, giao thông, quân sự, thương mại hay bất kỳ thực thể phân







bố không gian nào.
- Công nghệ GIS bao gồm 5 thành phần cơ bản:
Phần cứng (Hardware)
Phần mềm (Software)
Cơ sở dữ liệu (Geographic data)
Chuyên viên (Exprertise)
Chính sách và cách thức quản lý (Policy and Management)

Hình 1.2. Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
- Các chức năng cơ bản của GIS:Một Hệ thống thông tin địa lý có các chức
năng cơ bản như sau: nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ
liệu theo cơ sở địa lý và đưa ra những quyết định (Decision making) (Calkins và
Tomlinson 1997).
1.1.4. Công nghệ mô phỏng địa hình
Công nghệ Mô phỏng địa hình dựa vào mô hình DEM và CSDL bản đồ, ảnh
vệ tinh tiến hành chồng ghép dựng được khu vực nghiên cứu.

1414


Hình 1.3. Mô phỏng Sở chỉ huy kho K854

Trên nền mô hình địa hình ta có thể dựng các địa vật và đưa ra các tình
huống giả định để đánh giá địa hình đầy đủ, nhanh chóng, chính xác gần với thực tế
mà không phải ra ngoài thực địa, trình diễn, hiển thị sản phẩm trực quan, sinh động.
1.2. Cơ sở dữ liệu thông tin địa lý
Cơ sở dữ liệu (CSDL) là bộ các thông tin được lưu dưới dạng số theo một
khuôn dạng nào đó mà máy tính có thể hiểu và đọc được. CSDL thông tin địa lý bao
gồm các dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu chữ - số, dữ liệu đa
phương tiện,…) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này.
Dữ liệu trong hệ thông tin địa lý cần được cập nhật theo thời gian. Như vậy,
dữ liệu trong GIS sẽ là dữ liệu đa thời gian.
1.2.1. Khái niệm về CSDL và mô hình CSDL
1.2.1.1. Khái niệm chung về CSDL
Các tập dữ liệu chứa các thông tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ
chức, một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính
theo một qui định nào đó cho mục đích sử dụng được gọi là cơ sở dữ liệu.
Phần chương trình để có thể xử lý, chỉnh sửa, thay đổi dữ liệu này là hệ quản
trị CSDL (HQTCSDL, tiếng Anh là Database management system).Mục đích chính
của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung cấp một cách lưu trữ và truy lục thông tin

1515


trong cơ sở dữ liệu sao cho vừa thuận tiệnvừa hiệu quả. Một số hệ quản trị cơ sở dữ
liệu thông dụng hiện nay đang được sử dụng như DataBase, SyBase, Informix, SQL
Serve, Oracle, Microsoft Access… Sự khác nhau giữa các hệ quản trị là định dạng
dữ liệu (format) và ngôn ngữ hỏi đáp để tìm dữ liệu và cập nhật dữ liệu.
1.2.1.2. Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu
Một CSDL là một tập hợp các tập tin có liên quan với nhau cùng với một tập
các chương trình cho phép người sử dụng truy xuất và sửa đổi những tập tin này.

Hình 1.4.Sơ đồ tổng quát hệ cơ sở dữ liệu.
Mức trìu tượng hóa thấp nhất của kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu là cơ sở dữ
liệu vật lý (mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên các
thiết bị nhớ thứ cấp (như đĩa, băng từ...). Mức này mô tả sự việc dữ liệu thật sự
được lưu như thế nào. Ở mức vật lý, một mẫu tin có thể được mô tả như một khối
các vị trí lưu trữ nằm kế cận nhau (ví dụ như các từ nhớ hoặc byte). Trình biên dịch
của ngôn ngữ che khuất không cho chúng ta thấy mức chi tiết này. Tương tự, hệ
thống che khuất nhiều chi tiết lưu trữ ở mức thấp nhất. Tuy nhiên, người quản trị cơ
sở dữ liệu có thể biết được một số chi tiết tổ chức vật lý của dữ liệu.

1616


Hình 1.5. Cấu trúc của cơ sở dữ liệu
1.2.1.3. Thể hiện và lược đồ
CSDL thay đổi theo thời gian khi các thông tin được chèn thêm và được xóa
bớt đi. Tập hợp các thông tin được lưu trong CSDL tại một thời điểm cụ thể được
gọi là một thể hiện của CSDL.Bản thiết kế tổng thể của CSDL được gọi là lược đồ
CSDL.Các lược đồ ít khi thay đổi nếu không nói là không thay đổi. Các hệ CSDL
có nhiều lược đồ, được phân chia dựa theo các mức trìu tượng hóa. Lược đồ vật lý
mô tả bản thiết kế CSDL ở mức vật lý, lược đồ logic mô tả bản thiết kế CSDL ở
mức logic. Một CSDL cũng có thể có nhiều lược đồ ở mức khung nhìn hay còn gọi
là lược đồ con, chúng mô tả những khung nhìn khác nhau của CSDL.
1.2.1.4. Mô hình cơ sở dữ liệu
Mô hình CSDL là nền tảng cho cấu trúc của một CSDL, nghĩa là liên quan
đến phương pháp tổ chức dữ liệu hoặc liên cấu trúc logic của dữ liệu trong
CSDL.Trong GIS người ta thường dùng các mô hình dữ liệu cơ bản:








Mô hình cơ sở dữ liệu tệp
Mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp:
Mô hình cơ sở dữ liệu mạng
Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ
Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng
Mô hình quan hệ thực thể

1.2.2.Môi trường CSDL

1717


Môi trường CSDL là môi trường phục vụ cho việc giao dịch tương tác với dữ
liệu. Trong môi trường này, người sử dụng truy cập vào dữ liệu và có thể làm việc
trong môi trường CSDL hay môi trường ngoài để thực hiện tất cả các tác nghiệp
khác nhau, cập nhật, khai thác dữ liệu, … Trong môi trường này, người sử dụng có
thể thao tác CSDL vật lý hay logic. Môi trường CSDL có các loại hình sau:
+ Môi trường tập trung.
+ Môi trường Chủ/khách (server/client).
+ Môi trường mạng Internet.
1.2.3. Chuẩn dữ liệu
Chuẩn hóa dữ liệu là hệ thống các tiêu chuẩn về cách thức mô tả và lưu trữ
thông tin trong hệ thống CSDL, khuôn dạng lưu trữ và trao đổi dữ liệu, nội dung và
mối quan hệ của các đối tượng địa lý được mô tả trong hệ thống … Chuẩn dữ liệu
còn quy định các tiêu chuẩn, nội dung các thông tin về siêu dữ liệu (Metadata).
Chuẩn dữ liệu có thể do các tổ chức quốc tế hoặc quốc gia xây dựng, ban

hành áp dụng và thống nhất. Mục đích là để nhiều quốc gia hay khu vực trên thế
giới có tiếng nói chung khi nghiên cứu các vấn đề về trái đất có liên quan đến thông
tin địa lý.
Việc áp dụng chuẩn ISO trong xây dựng chuẩn thông tin địa lý ở Việt Nam
nhằm đưa ra cấu trúc chung về sản phẩm dữ liệu địa lý. Việc hình thành các lớp
thông tin hầu hết dựa vào nội dung bản đồ hiện hành, áp dụng các nguyên tắc khái
quát hóa, phương pháp phân loại đối tượng địa lý, phương pháp lập danh mục đối
tượng để xây dựng danh mục đối tượng địa lý cơ sở quốc gia. Bên cạnh việc vận
dụng các quy chuẩn quốc tế ISO/TC211, chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia còn
được xây dựng trên quan điểm kế thừa các văn bản kỹ thuật đo đạc bản đồ hiện
hành.
1.2.4. Cấu trúc CSDL thông tin địa lý

1818


CSDL thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có liên quan với nhau được lưu dưới
dạng số.Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên quan với các điểm đặc trưng trên
bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là CSDL không gian và CSDL thuộc tính.
1.2.4.1. Cơ sở dữ liệu không gian
CSDL không gian là CSDL có chứa trong nó những thông tin về định vị của
đối tượng. Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tượng có kích thước
vật lý nhất định.Nếu là những CSDL không gian địa lý thì đó là những dữ liệu phản
ánh những đối tượng có trên bề mặt hoặc ở trong vỏ quả đất.
1.2.4.2. Cơ sở dữ liệu thuộc tính (CSDL phi không gian)
Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệu phi không gian) 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 đất, thể loại đất, … là những dữ liệu thuộc tính.
Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính
định lượng và thường được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột. Mỗi hàng

bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như tên, diện tích, … Mỗi
loại thông tin khác nhau này gọi là một trường (field), mỗi trường được sắp xếp
tương ứng với một cột. Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng gồm các
hàng cột như trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp dữ liệu phi
không gian.
1.2.4.3. Mối liên kết dữ liệu
Cùng với dữ liệu không gian, các dữ liệu thuộc tính của cùng yếu tố cũng
được lưu trữ và đều được liên kết với dữ liệu không gian của chính đối tượng
đó.Mối liên kết dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính có thể được thực hiện bằng
cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu không gian. Cách thứ hai để
thực hiện mối liên kết này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính
theo cùng một trình tự, sau đó gán mã duy nhất cho cả hai loại dữ liệu này. Mối liên
kết dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin. Mối liên kết đảm
bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản
ánh đúng hiện trạng và các đặc điểm riêng biệt của đối tượng. Đồng thời qua đó

1919


người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu
thông qua bộ xác định hay chỉ số Index.
1.2.5. Phương pháp xây dựng CSDL
1.2.5.1. Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình tệp
Với những đặc tính kỹ thuật đơn giản và tính phổ dụng của cấu trúc CSDL
tệp, phương pháp này tỏ ra chiếm ưu thế cho mọi cơ quan, tổ chức áp dụng ở những
giai đoạn đầu của kế hoạch xây dựng hệ thống CSDL. Việc tổ chức CSDL theo mô
hình tệp dựa trên nguyên tắc phân loại theo tính chất và khuôn dạng của dữ liệu.
Trong phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình tệp, thiết kế phần mềm giao
diện với hệ thống tệp là khâu rất quan trọng đòi hỏi nhiều công sức. Phần mềm ứng
dụng nền để có thể hiển thị và tra cứu toàn bộ dữ liệu phải đa năng cho phép tích hợp

rất nhiều các ứng dụng con mới có thể dung nạp được nhiều định dạng tệp khác nhau.
Phương pháp này có ưu điểm là dễ dàng thiết kế, áp dụng khá phổ thông cho
mỗi cá nhân hay một bộ phận nhỏ trong mỗi tổ chức, phương thức quản lý khá gần
gũi với lối tư duy truyền thống. Tuy nhiên, hệ thống CSDL tệp rất hạn chế về khả
năng có được thông tin chi tiết đặc tả các thuộc tính đối tượng. Hơn nữa phương
pháp này không sử dụng hệ quản trị CSDL nên khó khăn trong việc truy vấn, chia sẻ,
phân quyền khai thác dữ liệu cũng như an toàn, bảo mật dữ liệu.
1.2.5.2. Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình quan hệ đối tượng trên nền
công nghệ ArcGIS
Sử dụng sản phẩm ArcGIS của hãng ESRI cung cấp giải pháp tổng thể từ cập
nhật và xử lý dữ liệu không gian với phần mềm ArcMap, thiết kế và quản lý dữ liệu
với ArcCatalog, phân tích và chuyển đổi dữ liệu với ArcToolBox, lưu trữ với
ArcSDE và phân phối thông tin trên Internet với ArcGIS Server, phân phối thông tin
trên CD với ArcReader.
Tất cả các sản phẩm của ArcGIS đều có thể truy xuất tới dữ liệu không gian
dưới các dạng tệp (file based), dạng cơ sở dữ liệu (DBMS) và dạng mã hóa trao đổi
XML.

2020


Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình quan hệ đối tượng trên nền công
nghệ ArcGIS có nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ GIS khác. Bởi với
module ArcSDE của ArcGIS cho phép lưu trữ và quản lý thông tin theo mô hình
CSDL không gian (geodatabase) đa người sử dụng trong một hệ CSDL quan hệ.
1.2.5.3. Phương pháp xây dựng CSDL theo mô hình quan hệ đối tượng nguồn mở
PostGIS/PostgreSQL
Ngày nay với xu thế sử dụng mã nguồn mở, trên thị trường cũng đã xuất hiện
những hệ quản trị CSDL đi theo xu hướng này, điển hình là hệ quản trị CSDL
PostgreSQL. Giải pháp xây dựng CSDL theo mã nguồn mở là rất mới đối với các

nhà thiết kế CSDL ở Việt Nam.
Ưu điểm của phương pháp là không cần bận tâm đến bản quyền, và quan
trọng hơn có quyền tự do truy cập mã nguồn, cải tiến nâng cấp, sao chép và phân
phối tuỳ ý mà không mất chi phí. Do vậy giải pháp này đã phát huy nguồn nhân lực
lập trình tại chỗ, chủ động phát triển hệ thống.
Tuy nhiên, việc phát triển phần mềm ứng dụng mã nguồn mở cũng đang gặp
phải những khó khăn nhất định, đó là trong nhiều doanh nghiệp ứng dụng công
nghệ thông tin ở Việt Nam đang thiếu nguồn nhân lực có trình độ cao để phát triển,
sản phẩm chưa đa dạng để lựa chọn, sự tương thích với các phần mềm khác chưa
cao.
1.3. Giới thiệu chung về viễn thám và tư liệu ảnh viễn thám
1.3.1. Khái niệm:
Viễn thám (Remote sensing – tiếng Anh) được hiểu là một ngành khoa học
sử dụng các phương tiện để thu nhận thông tin về các đối tượng, khu vực hoặc hiện
tượng mà không cần có sự tiếp xúc trực tiếp với chúng. Mặc dù có rất nhiều định
nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh"
viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng
trên Trái Đất".

2121


Trên thực tế có thể định nghĩa viễn thám là phương pháp khoa học thu thập,
phân tích thông tin về đối tượng thông qua nghiên cứu hình ảnh của đối tượng.Mô
hình thông dụng nhất là hình ảnh của đối tượng được chụp từ vệ tinh.
1.3.2. Nguyên lý cơ bản của viễn thám:
Viễn thám sử dụng sóng điện từ có bước sóng trong dải từ cực tím (0,3 µm)
đến radar (1m) để chụp ảnh. Các đối tượng khác nhau trên mặt đất có sự nhạy cảm
và phản ứng khác nhau đối với bước sóng (kênh phổ) của sóng điện từ dẫn đến sự
khác biệt về sự thể hiện của chúng trên ảnh viễn thám. Do đó, thông qua nghiên

cứu, phân tích ảnh viễn thám có thể xác định được các đặc điểm, tính chất của các
đối tượng trên trái đất. Một trong những ưu điểm của phương pháp viễn thám là sử
dụng nhiều kênh phổ để chụp ảnh, bao gồm cả những kênh nằm ngoài vùng nhìn
thấy của mắt người như hồng ngoại, radar, nhiệt do đó cung cấp các thông tin đa
dạng, phong phú hơn so với các phương pháp thông thường.
Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ điện từ vật thể
được coi là bộ cảm biến. Bộ cảm biến có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét.
Phương tiện mang các bộ cảm biến được gọi là vật mang (máy bay, khinh khí cầu,
tàu con thoi hoặc vệ tinh...).
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ mặt trời,
năng lượng của sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được bộ cảm biến
đặt trên vật mang thu nhận.
Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu
nhận và xử lý tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh
nghiệm của chuyên gia. Cuối cùng các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật
thể và hiện tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh
vực khác nhau như : nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường....

2222


Hình 1.6. Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
1.3.3. Một số hệ thống vệ tinh viễn thám tiêu biểu
Hệ thống Landsat
Landsat là hệ thống vệ tinh quan sát trái đất có lịch sử lâu đời nhất từ trước
đến nay, và hiện vẫn đang phát huy hiệu quả to lớn trong các hoạt động theo dõi,
điều tra, giám sát tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường, phòng chống thiên tai
và phát triển kinh tế xã hội. Tư liệu ảnh Landsat là một trong những dữ liệu ảnh cơ
bản trong viễn thám. Kể từ vệ tinh Landsat đầu tiên là Landsat 1 được Cơ quan
hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) phóng thành công ngày 23 tháng 7 năm 1972

đến nay đã có 8 vệ tinh Landsat được phóng lên quỹ đạo lần lượt là Landsat1, 2, 3
(sử dụng bộ cảm biến MSS), Landsat 4,5 (bộ cảm biến TM), landsat 7 (bộ cảm biến
ETM+) cho đến Landsat 8 (bộ cảm biến OLI và TIR).
Bảng 1.1: Đặc tính kỹ thuật của các bộ cảm biến trên các vệ tinh Landsat 1-5

2323


-Vệ tinh Landsat 5-7 với các bộ cảm biến Landsat TM, ETM +
Từ năm 1982 vệtinh Landsat 4 được phóng và mang thêm bộ cảm chuyên
dùng để thành lập bản đồchuyên đề gọi là bộcảm TM (Thematic Mapper).Vệ tinh
Landsat 7 được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với bộ cảm TM cải tiến gọi là
ETM (Enhanced Thematic Mapper). Hệ thống này là một bộ cảm quang học ghi lại
năng lượng phản xạ trong vùng nhìn thấy: cận hồng ngoại, trung hồng ngoại và
hồng ngoại nhiệt của quang phổ. Hệ thống này thu thập những ảnh đa phổ mà có độ
phân giải không gian, phân giải phổ, chu kỳ và sự phản xạ cao hơn Landsat MSS.
Landsat TM, ETM có độ phân giải không gian là 30x30 m cho 6 kênh (1, 2, 3, 4, 5,
7) và kênh 6 hồng ngoại nhiệt có độ phân giải không gian là 120x120 m.
Vệ tinh viễn thám Landsat 8
Phương thức chụp ảnh của vệ tinh Landsat 8 khác với các vệ tinh Landsat 1
đến Landsat 7 chỉ chụp thẳng góc với bề mặt trái đất bên dưới (không nghiêng ống
kính) vệ tinh Landsat 8: Có thể nghiêng ống kính khi chụp ảnh.

2424


Vệ tinh Landsat 8 sử dụng hai bộ cảm biến OLI và TIR (hồng ngoại nhiệt) để
chụp ảnh các đối tượng trên bề mặt trái đất. So với ảnh Landsat 7 ETM+, hệ thống
Landsat 8 bổ sung thêm một số kênh bao gồm: Coastal/Aerosol (band 1: 0.435 –
0.451 µm), Citrus (band 9: 1.363 -1.384 µm) và 2 kênh ảnh hồng ngoại nhiệt (thay

vì 1 kênh của ảnh Landsat 7 ETM+).
Hệ thống các vệ tinh viễn thám SPOT của Cộng hòa Pháp
Bên cạnh hệ thống các vệ tinh quan sát trái đất Landsat của Hoa kỳ, hệ thống
vệ tinh quan sát trái đất SPOT của Cộng hòa Pháp cũng đóng vai trò quan trọng
trong lịch sử và các hoạt động viễn thám hiện nay.
Các vệ tinh SPOT 1, 2, 3, 4 và SPOT 5

Hình 1.7: Lịch sử phóng các vệ tinh SPOT 1 -5

2525