ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ẢNH SỐ XÂY DỰNG MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO PHỤC VỤ THÀNH LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ KHU VỰC THỊ TRẤN GÒ DẦU, HUYỆN GÒ DẦU, TỈNH TÂY NINH TỶ LỆ 1:10.000
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.44 MB, 74 trang )
Ngành: Cơng Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ẢNH SỐ XÂY DỰNG
MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO PHỤC VỤ THÀNH LẬP CƠ SỞ
DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ KHU VỰC THỊ TRẤN GỊ DẦU,
HUYỆN GỊ DẦU, TỈNH TÂY NINH TỶ LỆ 1:10.000
SVTH
MSSV
LỚP
KHÓA
NGÀNH
:
:
:
:
:
NGUYỄN HỮU DUY QUANG
05151023
DH05DC
2005 – 2009
Công Nghệ Đòa Chính
-TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2009-
- Trang 1-
Ngành: Cơng Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH
NGUYỄN HỮU DUY QUANG
ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ẢNH SỐ XÂY DỰNG
MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO PHỤC VỤ THÀNH LẬP CƠ SỞ
DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ KHU VỰC THỊ TRẤN GỊ DẦU,
HUYỆN GỊ DẦU, TỈNH TÂY NINH TỶ LỆ 1:10.000
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngọc Thy
(Đòa chỉ cơ quan: Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh)
(Ký tên: ………………………………)
-TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2009-
- Trang 2-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
LỜI CÁM ƠN
------o0o----Qua 4 năm học tập, với tấm lòng chân thành của mình, em xin
bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám Hiệu nhà Trường, các Thầy - Cô
khoa Quản Lý Đất Đai & Thị Trường Bất Động Sản đã tận tình dạy
dỗ và truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu, làm hành
trang cho công tác sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Ngọc Thy Người đã trực tiếp giảng dạy, chỉ bảo và hướng dẫn tận tình, giúp em
hoàn thành luân văn tốt nghiệp này.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Đốc và các Anh,
Chị ở Xí Nghiệp Đo Vẽ Ảnh Số và Địa Tin Học - Công ty Đo Đạc
Địa Chính Công Trình, đặc biệt là anh Lê Quang Tình đã tạo điều
kiện thực tập và chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành luận văn
này.
Chân thành cám ơn những người bạn trong lớp DH05DC,
những người đã cùng tôi trải qua 4 năm học đầy khó khăn, đã động
viên, giúp đỡ tôi khi gặp khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn
tốt nghiệp này.
Một lần nữa, không biết nói gì hơn, tôi rất trân trọng và cám ơn
tất cả mọi người./
TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2009
Nguyễn Hữu Duy
- Trang 3-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Duy Quang, Khoa Quản lý Đất đai & Bất động
sản, Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.
Đề tài: “Ứng dụng công nghệ ảnh số xây dựng mô hình số độ cao phục vụ
thành lập Cơ sở dữ liệu nền địa lý khu vực Thị trấn Gò Dầu, Huyện Gò Dầu,
Tỉnh Tây Ninh tỷ lệ 1:10.000”
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngọc Thy, Bộ môn Công nghệ Địa chính,
Khoa Quản lý Đất đai & Bất động sản, Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.
Trong thời đại ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin,
việc ứng dụng công nghệ này vào sản xuất hầu như đang được tiến hành ở mọi ngành
nghề, mọi lĩnh vực, và ngành trắc địa cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Đặc biệt
trong ngành trắc địa ảnh hàng không, sự phát triển của khoa học công nghệ thông tin
thực sự mang lại nhiều lợi ích và mở ra nhiều hướng phát triển mới trong tương lai.
Bản đồ địa hình là một tài liệu rất quan trọng và hiện nay chủ yếu được thành lập
bằng phương pháp kết hợp (đo vẽ độ cao trên các trạm ảnh số, đo vẽ địa vật ngoài thực
địa), đây vẫn được xem là phương pháp tối ưu nhất khi thành lập các bản đồ địa hình
tỷ lệ vừa và nhỏ. Nhưng để phục vụ tốt nhất cho công tác quản lý, quy hoạch kinh tế văn hoá – xã hội, thì vấn đề đặt ra là không chỉ thành lập những tờ bản đồ riêng lẻ, mà
cần phải có một hệ thống cơ sở dữ liệu nền địa lý được thành lập hoàn chỉnh ở từng
địa phương với tỷ lệ thích hợp. Gắn với cơ sở dữ liệu nền địa lý phải có một mô hình
mô tả tổng thể yếu tố địa hình của khu vực thể hiện, đó là mô hình số độ cao. Mô hình
số độ cao có thể được xây dựng từ nhiều nguồn dữ liệu theo nhiều phương pháp khác
nhau. Nhưng xây dựng mô hình số độ cao từ phương pháp đo vẽ ảnh số trên mô hình
lập thể vẫn là phương pháp thích hợp nhất vì những lợi ích mà phương pháp này mang
lại so với những phương pháp khác: giảm khối lượng công việc ngoại nghiệp, thời
gian nhanh và chi phí thấp…
Nội dung nghiên cứu chính:
- Đánh giá hiện trạng nguồn dữ liệu ở khu vực.
- Xây dựng mô hình số độ cao khu vực Thị trấn Gò Dầu, Huyện Gò Dầu, Tỉnh
Tây Ninh bằng công nghệ ảnh số.
- Thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 Thị trấn Gò Dầu, Huyện Gò
Dầu, Tỉnh Tây Ninh.
Kết quả nghiên cứu chính:
- Xây dựng được quy trình công nghệ thành lập Cơ sở dữ liệu nền địa lý gắn
với mô hình số độ cao.
- Mô hình số độ cao khu vực Thị trấn Gò Dầu, Huyện Gò Dầu, Tỉnh Tây Ninh.
- Cơ sở dữ liệu nền địa lý khu vực Thị trấn Gò Dầu, Huyện Gò Dầu, Tỉnh Tây
Ninh tỷ lệ 1:10.000.
- Trang 4-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
MỤC LỤC
Trang
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................1
Đặt vấn đề ...................................................................................................................1
Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................................1
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ..................................................................................1
PHẦN I. TỔNG QUAN.................................................................................................3
I.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu ........................................................................3
I.1.1. Cơ sở khoa học............................................................................................3
I.1.2. Cơ sở pháp lý.............................................................................................14
I.1.3. Cơ sở thực tiễn ..........................................................................................15
I.2. Khái quát địa bàn nghiên cứu..................................................................................16
I.2.1. Điều kiện tự nhiên .....................................................................................16
I.2.2. Hiện trạng kinh tế xã hội...........................................................................17
I.3. Nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và quy trình thực hiện.................18
I.3.1. Nội dung nghiên cứu .................................................................................18
I.3.2. Phương pháp, thiết bị nghiên cứu .............................................................18
I.3.3. Quy trình thực hiện ...................................................................................21
PHẦN II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................22
II.1 Đánh giá nguồn dữ liệu...........................................................................................22
II.1.1. Ảnh hàng không.......................................................................................22
II.1.2. Dữ liệu nền địa hình.................................................................................23
II.2. Xây dựng mô hình số độ cao bằng công nghệ ảnh số ...........................................23
II.2.1. Quy trình công nghệ và yêu cầu độ chính xác.........................................23
II.2.2. Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp ........................................................23
II.2.3. Xây dựng Project .....................................................................................24
II.2.4. Tăng dày khống chế ảnh ..........................................................................30
II.2.5. Đo vẽ các yếu tố đặc trưng địa hình ........................................................33
II.2.6. Tạo mô hình số độ cao (DEM) ................................................................38
II.3. Thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý.........................................................................40
II.3.1. Xây dựng bảng phân lớp đối tượng .........................................................40
II.3.2. Xây dựng cấu trúc dữ liệu cho dữ liệu thuộc tính....................................42
- Trang 5-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
II.3.3. Chuẩn hóa dữ liệu không gian .................................................................46
II.3.4. Xây dựng cơ sở toán học trong ArcGIS ..................................................49
II.3.5. Chuyển đối tượng đồ họa vào Database trong môi trường ArcGIS ........52
II.3.6. Tạo Topology, kiểm tra lỗi, làm sạch dữ liệu không gian .......................55
II.3.7. Kiểm tra và nhập thông tin thuộc tính vào Cơ sở dữ liệu........................57
II.3.8. Xây dựng dữ liệu mô tả dữ liệu (METADATA) .....................................57
II.3.9. Biên tập, hiển thị hoàn thiện Cơ sở dữ liệu .............................................58
II.4. Kết quả đạt được của đề tài....................................................................................60
KẾT LUẬN ..................................................................................................................61
- Trang 6-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
GIS
: Geography Information System.
DEM
: Digital Elevation Model.
DTM
: Digital Terrain Model.
TIN
: Triangulated Irregular Network.
LiDAR
: Light Detecting And Ranging.
ALR
: Airbone Laser Ranging.
GPS
: Global Positioning System.
INS
: Internal Navigation System.
WGS
: World Geodetic System.
PGDB
: Personal Geodatabase.
FGDC
: Federal Geographic Data Committee.
HCM
: Hồ Chí Minh.
QĐ
: Quyết Định.
TT
: Thông Tư.
TN-MT
: Tài Nguyên – Môi Trường.
ĐĐ-BĐ
: Đo Đạc – Bản Đồ.
TCĐC
: Tổng Cục Địa Chính.
CSDL
: Cơ sở dữ liệu.
DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ
Trang
Sơ đồ 01: Các phương pháp xây dựng mô hình số độ cao ..............................................8
Sơ đồ 02: Quy trình xây dựng mô hình số độ cao và thành lập CSDL nền địa lý ........21
Sơ đồ 03: Sơ đồ chuyển đổi dữ liệu từ Microstation sang ArcGIS...............................52
- Trang 7-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình I.1: Mô hình số độ cao thể hiện bằng cấu trúc TIN ................................................. 6
Hình I.2: Cấu trúc GRID thể hiện bằng tập hợp các Cell-Size bằng nhau........................6
Hình I.3: Mô hình số độ cao thể hiện bằng cấu trúc GRID...............................................7
Hình I.4: Các thành phần thiết bị công nghệ LiDAR ........................................................9
Hình I.5: Các thành phần cơ bản của GIS .......................................................................10
Hình I.6: Các kiểu dữ liệu được lưu trữ trong CSDL địa lý (Geodatabase)....................13
Hình I.7: Bản đồ vi đơn vị hành chính Huyện Gò Dầu, Tỉnh Tây Ninh .........................16
Hình I.8: Cơ cấu kinh tế Thị trấn Gò Dầu năm 2008 ......................................................17
Hình I.9: Trạm đo vẽ ảnh số của hãng Intergraph ...........................................................19
Hình II.1: Ảnh hàng không khu vực Thị trấn Gò Dầu (Số hiệu:VK18-04-4-28)............22
Hình II.2: Sơ đồ bố trí điểm khống chế ảnh độ cao trên ảnh khu vực TT.Gò Dầu .........24
Hình II.3: Thực hiện tạo mới 1 Project............................................................................25
Hình II.4: Hộp thoại xác định dữ liệu đầu vào và đơn vị đo của Project ........................26
Hình II.5: Hộp thoại xác định các thông số của Project ..................................................26
Hình II.6: Hộp thoại thiết lập của người dùng.................................................................27
Hình II.7: Hộp thoại thiết lập thông số Camera chụp ảnh...............................................28
Hình II.8: Hộp thoại thiết lập các thông số tuyến bay.....................................................28
Hình II.9: Hộp thoại thiết lập thông tin Camera..............................................................29
Hình II.10: Hộp thoại xác đinh đường dẫn cho ảnh ........................................................29
Hình II.11: Hộp thoại báo cáo kết quả tạo tuyến bay ......................................................30
Hình II.12: Giao diện chương trình ISDM khi định hướng trong ...................................31
Hình II.13: Các mô hình sử dụng 10 điểm định hướng...................................................32
Hình II.14: Hai tờ ảnh của 1 cặp ảnh được định hướng tương đối..................................32
Hình II.15: Hộp thoại cho phép chọn mô hình lập thể ....................................................33
Hình II.16: Giao diện chương trình ISSD........................................................................34
Hình II.17: Mô tả các đối tượng đặc trưng địa hình ........................................................34
Hình II.18: Giao diện chương trình ISDC .......................................................................35
Hình II.19: Hộp thoại Define DTM Point Symbology....................................................36
- Trang 8-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
Hình II.20: Hộp thoại Pathway Parameters .....................................................................36
Hình II.21: Hộp thoại Dynamic Coordinate Readout......................................................37
Hình II.22: Hình ảnh các đối tượng sau khi đo vẽ trên trạm ảnh số................................38
Hình II.23: Hộp thoại Feature Class To Shapefile (multiple) .........................................39
Hình II.24: Hộp thoại Create TIN From Features ...........................................................39
Hình II.25: Dữ liệu nền địa hình khu vực TT.Gò Dầu ....................................................46
Hình II.26: Dân cư và các yếu tố kinh tế - xã hội............................................................47
Hình II.27: Nhóm lớp địa hình (sử dụng từ kết quả đo trên trạm ảnh số).......................47
Hình II.28: Hộp thoại Create Complex Shape.................................................................48
Hình II.29: Đối tượng đường trước và sau khi tạo vùng .................................................48
Hình II.30: Nhóm lớp thuỷ hệ sau khi tách lớp ...............................................................49
Hình II.31: Hai nhóm lớp thực vật sau khi tách lớp ........................................................49
Hình II.32: Hộp thoại Spatial Reference Properties và New Projected Coordinate
System........................................................................................................50
Hình II.33: Hộp thoại New Geographic Coordinate System...........................................51
Hình II.34: Tạo mới một Personal Geodatabase .............................................................52
Hình II.35: Tạo mới một Feature Dataset........................................................................53
Hình II.36: Chọn hệ toạ độ và đặt giá trị sai số cho Feature Dataset ..............................53
Hình II.37: Hộp thoại Table Restructure .........................................................................54
Hình II.38: Hộp thoại thay đổi các trường dữ liệu ..........................................................55
Hình II.39: Tạo mới Topology ........................................................................................55
Hình II.40: Tạo mới một quan hệ Topology....................................................................56
Hình II.41: Hộp thoại thống kê thông tin và báo cáo kết quả tạo Topology ...................56
Hình II.42: Nhập thông tin thuộc tính cho các đối tượng................................................57
Hình II.43: Hộp thoại thay đổi thông tin của Metadata...................................................58
Hình II.44: Hộp thoai Symbol Selector ...........................................................................59
Hình II.45: Cơ sở dữ liệu địa lý khu vực Thị trấn Gò Dầu – Tỉnh Tây Ninh..................59
- Trang 9-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tính cấp thiết của đề tài:
Trong thời đại ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông
tin, việc ứng dụng công nghệ này vào sản xuất hầu như đang được tiến hành ở mọi
ngành nghề, mọi lĩnh vực, và ngành trắc địa cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Đặc
biệt trong ngành trắc địa ảnh hàng không, sự phát triển của khoa học công nghệ thông
tin thực sự mang lại nhiều lợi ích và mở ra nhiều hướng phát triển mới trong tương lai.
Bản đồ địa hình là một tài liệu rất quan trọng và hiện nay chủ yếu được thành
lập bằng phương pháp kết hợp (đo vẽ độ cao trên các trạm ảnh số, đo vẽ địa vật ngoài
thực địa), đây vẫn được xem là phương pháp tối ưu nhất khi thành lập các bản đồ địa
hình tỷ lệ vừa và nhỏ. Nhưng để phục vụ tốt nhất cho công tác quản lý, quy hoạch kinh
tế - văn hoá – xã hội, thì vấn đề đặt ra là không chỉ thành lập những tờ bản đồ riêng lẻ,
mà cần phải có một hệ thống cơ sở dữ liệu nền địa lý được thành lập hoàn chỉnh ở
từng địa phương với tỷ lệ thích hợp. Gắn với cơ sở dữ liệu nền địa lý phải có một mô
hình mô tả tổng thể yếu tố địa hình của khu vực thể hiện, đó là mô hình số độ cao. Mô
hình số độ cao có thể được xây dựng từ nhiều nguồn dữ liệu theo nhiều phương pháp
khác nhau. Nhưng xây dựng mô hình số độ cao từ phương pháp đo vẽ ảnh số trên mô
hình lập thể vẫn là phương pháp thích hợp nhất vì những lợi ích mà phương pháp này
mang lại so với những phương pháp khác: giảm khối lượng công việc ngoại nghiệp,
thời gian nhanh và chi phí thấp…
Việc thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý gắn với mô hình số độ cao trên toàn bộ
lãnh thổ được Chính Phủ giao cho Bộ Tài Nguyên – Môi Trường thực hiện càng cho
thấy nhu cầu về một cơ sở dữ liệu nền địa lý là rất lớn, mục tiêu là thành lập một cơ sở
dữ liệu nền được tổ chức như mộ hệ thống GIS hoàn chỉnh, hỗ trợ quyết định cho công
tác quản lý, quy hoạch cũng như cho phân tích, cập nhật dữ liệu.
Xuất phát từ tình hình thực tế như vậy, và được sự phân công của Khoa Quản lý
đất đai và Bất Động Sản, cùng với sự đồng ý của Xí nghiệp Đo Vẽ Ảnh Số và Địa Tin
Học, Công ty Đo Đạc Địa Chính và Công Trình, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực
hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ ảnh số xây dựng mô hình số độ cao phục vụ
thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý khu vực thị trấn Gò Dầu, huyện Gò Dầu, tỉnh
Tây Ninh tỷ lệ 1/10.000”.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Ứng dụng công nghệ ảnh số thành lập mô hình số độ cao khu vực: thị trấn
Gò Dầu, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh.
- Tìm hiểu quy trình thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1/10.000 gắn với
mô hình số độ cao.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
¾ Đối tượng nghiên cứu:
- Ảnh hàng không: tỷ lệ ảnh: 1/20.000, kích thước phim: 23 × 23 (cm).
- Dữ liệu nền địa hình được thành lập bằng phương pháp kết hợp đo vẽ nội
nghiệp trên trạm ảnh số và đo đạc ngoại nghiệp.
- Trang 10-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
¾ Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: đề tài thực hiện nghiên cứu tại khu vực thị trấn Gò
Dầu, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh.
- Phạm vi thời gian: dữ liệu nền địa hình của khu vực nghiên cứu phục vụ
xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý được thành lập năm 2008.
¾ Ý nghĩa thực tiễn:
- Mô hình số độ cao (DEM: Digital Elevation Model) là một trong những
nguồn dữ liệu quan trọng của bất kỳ một hệ thống GIS nào, từ DEM của một khu vực
có thể biết được đặc điểm cơ bản của địa hình ở khu vực đó (độ cao, độ dốc,…). Ngoài
ra, DEM đang được ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau: thiết kế xây
dựng, quản lý tài nguyên môi trường, trắc địa bản đồ, khoa học trái đất,...
- Bản đồ địa hình là một tài liệu rất quan trọng nhưng sản phẩm bản đồ địa
hình hiện nay được lưu trữ và quản lý dưới dạng đồ hoạ (bao gồm cả đối tượng thuộc
tính) nên khả năng quản lý và khai thác sử dụng còn khó khăn. Một yêu cầu thực tế
được đặt ra là thành lập các Cơ sở dữ liệu (CSDL) nền nói chung và CSDL nền địa lý
nói riêng để dần dần thực hiện chuyển đổi dữ liệu nền địa hình vào các CSDL này.
Mục đích làm cho công tác quản lý được dễ dàng, khoa học hơn và có thể khai thác sử
dụng một cách triệt để nhất.
- Trang 11-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
PHẦN I: TỔNG QUAN
I.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu:
I.1.1. Cơ sở khoa học:
1. Trắc địa ảnh:
Trắc địa ảnh là môn khoa học kỹ thuật quan tâm đến việc khôi phục: hình dạng,
kích thước, vị trí, đặc điểm phân bố, mối quan hệ tương hỗ…các đối tượng trên ảnh.
Nghĩa là, xác định độ lớn (định lượng) và độ chính xác (định tính) về mặt hình học của
các đối tượng trên mặt đất dựa trên cơ sở hình ảnh của chúng. Trắc địa ảnh thực chất là
áp dụng công nghệ đo vẽ ảnh để thành lập bản đồ. Theo vị trí của thiết bị thu nhận
hình ảnh, có ba phương pháp cơ bản trong trắc địa ảnh:
- Trắc địa ảnh mặt đất: sử dụng tư liệu ảnh chụp đối tượng đo từ máy ảnh đặt
trên mặt đất với khoảng cách chụp ngắn và nhỏ hơn 1000m. Thường dùng trong thành
lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở những khu vực núi đá, mỏ lộ thiên hoặc đo vẽ các đối
tượng phi địa hình phục vụ các lĩnh vực khác như: kiến trúc, khảo cổ, nông lâm
nghiệp…
- Trắc địa ảnh hàng không: sử dụng tư liệu ảnh chụp đối tượng từ máy ảnh đặt
trên máy bay, đây là phương pháp chủ yếu (chiếm tỷ trọng hơn 90%) để thành lập các
loại bản đồ địa hình các tỷ lệ khác nhau, nhất là các tỷ lệ vừa và nhỏ 1:5000 –
1:50.000.
- Trắc địa ảnh vệ tinh: sử dụng tư liệu ảnh chụp đối tượng đo từ các bộ cảm đặt
trên các vệ tinh nhân tạo bay trên quỹ đạo trái đất với chiều cao khoảng từ 300km –
20000km. Là phương pháp thường dùng để hiện chỉnh bản đồ địa hình, thành lập bản
đồ hiện trạng sử dụng đất và các ứng dụng khác như: quan trắc môi trường, dự báo
thiên tại…
a. Ảnh đo và các tính chất cơ bản của ảnh đo:
Các ảnh được dùng cho mục đích đo đạc được gọi là ảnh đo. Ảnh đo là hình ảnh
thu được của đối tượng đo theo nguyên lý phép chiếu xuyên tâm. Ảnh đo là kết quả
tổng hợp của quá trình tạo hình quang học (qua 1 hệ thống thấu kính máy chụp) hoặc
quá trình quét ảnh điện - từ và được ghi nhận lại trên vật liệu ảnh theo những nguyên
lý cơ bản của phép chiếu xuyên tâm đối với phương thức chụp ảnh quang học hoặc
trên các thiết bị lưu trữ trên máy tính đối với phương thức quét ảnh.
¾ Tính chất cơ bản của ảnh đo:
Nội dung ảnh đo phản ánh trung thực các chi tiết bề mặt của đối tượng (địa vật,
địa hình mặt đất…) nhưng thể hiện chưa đúng và đầy đủ theo yêu cầu của nội dung
bản đồ. Là nguồn thông tin cơ bản của đối tượng đo thu nhận được tại thời điểm chụp
ảnh và chúng sẽ được khai thác tuỳ theo mục đích sử dụng khác nhau trong quá trình
xử lý sau này.
Mức độ chi tiết và khả năng đo đạc của ảnh đo phụ thuộc vào chất lượng ảnh,
liên quan chặt chẽ đến thiết bị chụp, dạng vật liệu ảnh, kỹ thuật và điều kiện bay
chụp…
Ảnh đo chỉ là nguồn thông tin ban đầu về đối tượng đo, nên không thể trực tiếp
sử dụng như các loại bản đồ thông thường, vì:
- Trang 12-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
¾ Quan hệ toạ độ giữa các điểm trên ảnh và các điểm tương ứng trên mặt đất
là quan hệ phối cảnh của phép chiếu xuyên tâm, chứ không phải là quan
hệ phép chiếu thẳng như đối với bản đồ.
¾ Do đặc điểm của quá trình chụp ảnh (ảnh nghiêng) và địa hình lồi lõm nên
tỷ lệ của các hình ảnh trên ảnh biến đổi phức tạp, không thống nhất như
trên bản đồ.
¾ Các hình ảnh trên ảnh không chính xác về vị trí và biến dạng do nhiều
nguyên nhân khác nhau, như: quy luật chiếu hình, sai số quang học, vị trí
ảnh chụp, biến dạng vật liệu ảnh...
b. Phương pháp đo vẽ ảnh:
Căn cứ vào số lượng tờ ảnh tham gia quá trình khôi phục vị trí hình học của đối
tượng trên bề mặt đất, có hai phương pháp đo vẽ ảnh sau:
- Phương pháp đo vẽ ảnh đơn: dựa vào các quy luật tạo hình trên một tờ ảnh để
xác định hình dạng, kích thước, vị trí và một số thông tin định tính của đối
tượng trên ảnh. Phương pháp này gồm có hai công đoạn: đo vẽ địa vật nội
nghiệp và đo vẽ địa hình ngoài thực địa. Chủ yếu dùng để thành lập bản đồ ở
vùng bằng phẳng có chênh cao địa hình nhỏ.
- Phương pháp đo vẽ ảnh lập thể: là phương pháp xác định các yếu tố định tính
và đinh lượng của đối tượng đo khi quan sát trên mô hình lập thể được tạo nên
từ hai tấm ảnh của cùng một đối tượng nhưng được thu nhận từ hai vị trí khác
nhau. Phương pháp này có khả năng khái quát địa hình tốt nhất nhờ vào các
thiết bị đo vẽ hiện đại, và tùy vào tỷ lệ ảnh chụp có thể phục vụ thành lập bản
đồ tỷ lệ 1:2000 và nhỏ hơn. Có nhiều ưu thế trong điều kiện địa hình phức tạp
và khí hậu thời tiết khắc nghiệt.
c. Cặp ảnh lập thể và mô hình lập thể:
¾ Cặp ảnh lập thể:
Cặp ảnh lập thể là cặp ảnh của cùng một vật thu được từ hai điểm nhìn hay hai
tâm chụp khác nhau. Hai tấm ảnh được gọi là cặp ảnh lập thể nếu chúng thoả mãn
được các yêu cầu sau:
- Hai ảnh phải được chụp từ hai vị trí khác nhau tức là có tâm chụp khác
nhau.
- Trên hai tấm ảnh phải có những vùng thu nhận hình ảnh của cùng một đối
tượng chụp. Phần diện tích giao nhau trên hai tấm ảnh chứa cùng một đối
tượng chụp phải có một độ phủ nhất định để có thể quan sát lập thể, ít nhất
là 60%.
- Vị trí tương đối của hai tấm ảnh trong cặp ảnh lập thể phải thích hợp sao
cho các tia chiếu cùng tên (xuất phát từ điểm vật đến các điểm ảnh cùng
tên trên hai ảnh) phải giao cắt nhau trong không gian, nhưng với những
góc không quá lớn.
- Trang 13-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
¾ Mô hình lập thể:
Khi quan sát một cặp ảnh lập thể, trên phần độ phủ của cặp ảnh này hiệu ứng
lập thể xảy ra làm xuất hiện mô hình không gian ảo tương ứng với đối tượng chụp gọi
là mô hình lập thể. Mô hình lập thể của một đối tượng được xây dựng từ cặp ảnh chụp
đối tượng đó từ hai vị trí khác nhau. Theo nguyên lý xây dựng, quan sát và sử dụng có
thể chia mô hình lập thể thành hai loại: mô hình lập thể quang học và mô hình lập thể
hình học.
- Mô hình lập thể quang học: là mô hình cảm nhận được qua hình ảnh của vật thể
trên cặp ảnh lập thể, tác động lên võng mạc hai mắt thông qua hệ thống thần
kinh. Hình dáng và kích thước mô hình phụ thuộc vào vị trí quan sát của mắt,
tồn tại theo chủ quan của người quan sát, là phương thức nhận biết mô hình lập
thể hình học.
- Mô hình lập thể hình học: Là mô hình được tạo bởi mặt quỹ tích các giao điểm
của các cặp tia chiếu cùng tên trên cặp ảnh lập thể. Mô hình này tồn tại khách
quan, không phụ thuộc vào vị trí, tình trạng người quan sát và đồng dạng với
không gian vật. Kích thước mô hình phụ thuộc vào tỷ lệ ảnh. Mô hình lập thể
hình học dùng để đo vẽ, do đó trong mục đích đo đạc, khi nói đến mô hình lập
thể của đối tượng đo tức là đang đề cập đến mô hình lập thể hình học.
Trong quá trình chụp ảnh, các tia chiếu cùng tên xuất phát từ đối tượng (ngoài
thực địa) đi qua tâm chụp và tạo hình lên hai tấm ảnh đã được đặt ở vị trí cố định (lúc
này sẽ có hai ảnh chụp cùng một đối tượng ở hai vị trí khác nhau). Trong phép chiếu
ngược lại, nếu đặt hai ảnh này ở một vị trí nhất định, thì các tia chiếu cùng tên sẽ cắt
nhau, hiệu ứng lập thể xảy ra và mô hình lập thể xuất hiện. Quá trình khôi phục vị trí
của cặp ảnh như lúc chụp ảnh gọi là định hướng tương đối.
2. Mô hình số độ cao:
Mô hình số độ cao (DEM: Digital Elevation Model) là mô hình khái quát bề mặt
của một đối tượng bất kỳ dưới dạng số trong không gian ba chiều (XYZ) thoả mãn một
hàm đơn trị Z=f (X,Y), theo đó với bất cứ điểm nào có toạ độ (X,Y) thì chỉ có một giá
trị độ cao Z được xác định trong DEM. Những điểm này thể hiện đặc trưng dáng của
địa hình, thông thường được thể hiện dưới hai dạng: mạng lưới tam giác TIN
(Trialgulated Irregular Network) và mạng lưới ô vuông GRID (Gridded). Mô hình số
độ cao DEM biểu diễn độ cao của bề mặt vật lý trên cùng của đối tượng đo bao gồm:
địa vật nhân tạo, nhà cửa, thực vật…
Khi DEM chỉ thể hiện mô hình số độ cao bề mặt địa hình của mặt đất và không
tính đến các đối tượng vật lý trên cùng thì được gọi là mô hình số địa hình (DTM:
Digital Triangulated Model). Một DTM không chỉ bao gồm các điểm DEM mà còn có
cả các đặc trưng địa hình và các đặc trưng địa hình này có thể mô tả bề mặt địa hình
một cách chi tiết hơn.
¾ Phương pháp biểu diễn mô hình số độ cao:
Cấu trúc TIN (Triangulated Irregular Network): mạng lưới tam giác không
đều. TIN là một tập hợp của các tam giác không quá nhọn, được tạo nên từ các đường
và các điểm phân bố không đồng đều với toạ độ (X,Y) và giá trị độ cao Z tương ứng.
Mô hình TIN có cấu trúc dữ liệu kiểu vector lưu trữ các quan hệ topology giữa các tam
giác, cho phép xác định các điểm tạo nên từng tam giác, và tam giác nào liền kề tam
giác nào. Khi xây dựng DEM theo cấu trúc TIN, vấn đề cơ bản là chọn các đỉnh cho
- Trang 14-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
từng tam giác (3 điểm tạo nên một tam giác). Để làm được điều này, TIN áp dụng
thuật toán của tam giác Delaunay (Boris Delaunay, 1934), ý nghĩa của thuật toán này
là đường tròn ngoại tiếp đi qua ba đỉnh của một tam giác và không chứa điểm thứ tư.
Hình I.1: Mô hình số độ cao thể hiện bằng cấu trúc TIN
Cấu trúc GRID: được biểu diễn dưới dạng lưới ô vuông quy chuẩn hay ma
trận độ cao, các điểm độ cao trong DTM dạng này được bố trí theo khoảng cách đều
đặn trên hướng toạ độ (X,Y) để biểu diễn mô hình bề mặt địa hình. Trong mô hình số
độ cao dạng này, toạ độ mặt phẳng của một điểm mắt lưới bất kỳ có độ cao Z (Zij)
được xác định theo số thứ tự (ij) của ô lưới trên hai hướng, tức là:
Xi = X0 + i∆X (i = 0,1,….,n)
Yj = Y0 + j∆Y (j = 0,1,….,n)
Với: O(X0,Y0): là toạ độ điểm gốc lưới ô vuông.
∆X,∆Y: khoảng cách các mắt lưới theo hướng x,y.
m × n: kích thước của lưới.
Hình I.2: Cấu trúc GRID thể hiện bằng tập hợp các Cell-Size bằng nhau
Trong công thức trên, hướng toạ độ (X,Y) có thể là các toạ độ vuông góc theo
lưới chiếu bản đồ (tức là khoảng cách giữa các mắt lưới được tính theo đơn vị mét),
hoặc cũng có thể là hệ toạ độ địa lý (thì lúc này khoảng cách giữa các mắt lưới được
tính theo đơn vị giây cung của kinh tuyến và vĩ tuyến, giá trị (∆X,∆Y) sẽ được thay
bằng (∆φ,∆λ)). Khi thể hiện DTM bằng phương pháp này, phải chú ý đến kích thước
- Trang 15-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
của pixel (cell-size), cell-size càng nhỏ, thì độ chính xác khi thể hiện mô hình càng cao
nhưng chiếm nhiều dung lượng lưu trữ, ngược lại cell-size càng lớn thì không chiếm
nhiều dung lượng lưu trữ nhưng độ chính xác thể hiện mô hình không cao.
Hình I.3: Mô hình số độ cao thể hiện bằng cấu trúc GRID
Sự khác nhau giữa cấu trúc TIN và Grid:
Cấu trúc Grid
Cấu trúc TIN
DEM dạng lưới đều là một mô hình bề Miêu tả bề mặt bằng cấu trúc của những
mặt có cấu trúc đơn giản, dữ liệu về bề tam giác không đều, thể hiện được đặc
mặt khá phổ biến ở dạng này.
trưng của những nơi địa hình biến thiên
phức tạp.
Toạ độ mặt phẳng của các điểm mắt lưới
được tính dễ dàng. Chỉ cần đếm theo số
hàng, số cột của các điểm mắt lưới. Khối
lượng lưu trữ nhỏ hơn dạng TIN.
Toạ độ mỗi điểm đặc trưng, tức là đỉnh
của một tam giác phải được lưu trữ rõ
ràng và đầy đủ cả ba yếu tố (X, Y, Z). Đòi
hỏi khối lượng lưu trữ lớn hơn dạng Grid.
Độ chính xác của DTM được xác định bởi
kích thước của điểm mắt lưới (cell-size).
Cell-size càng nhỏ, độ chính xác càng cao
và ngược lại.
Tuỳ theo bề mặt địa hình mà mật độ các
điểm đo để tạo DTM thay đổi khác nhau.
Để tăng độ chính xác, ngoài đo các điểm
độ cao, cần đo thêm các đường đặc trưng
địa hình: break-lines, drainage (đường tụ
thuỷ), ridge (đường phân thuỷ)…
Không thể miêu tả một cách chính xác các
đối tượng đặc trưng, ví dụ như đỉnh núi,
các đường phân thuỷ…vì độ rộng của các
điểm mắt lưới.
Căn cứ phương pháp lấy mẫu, có thể thể
hiện rõ nét các đặc trưng bề mặt địa hình
nhờ các đường phân thuỷ, tụ thuỷ hay các
đỉnh. Các đặc trưng này được lưu trữ với
toạ độ chính xác.
- Trang 16-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
¾ Các phương pháp xây dựng mô hình số độ cao:
Có 4 phương pháp xây dựng mô hình số độ cao chủ yếu, đó là: phương pháp đo
đạc trực tiếp ngoài thực địa, phương pháp số hoá đường bình độ từ bản đồ giấy,
phương pháp đo vẽ ảnh số và phương pháp sử dụng các hệ thống viễn thám hiện đại:
LiDAR (Light Detecting And Ranging). Các phương pháp này đều khác nhau ở nguồn
dữ liệu đầu vào, trang thiết bị máy móc sử dụng, độ chính xác, giá thành và phạm vi áp
dụng. Tuy nhiên, dù thành lập bằng cách nào, thì cũng bao gồm hai phần, đó là: thu
thập các trị đo (lấy mẫu) và nội suy các trị đo này để tạo mô hình.
Sơ đồ 01: Các phương pháp xây dựng mô hình số độ cao
Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa:
Phương pháp này dùng các loại thiết bị đo đạc: máy kinh vĩ, máy toàn đạc
điện tử, máy GPS…để xác định toạ độ và độ cao của các điểm địa hình. Các điểm đặc
trưng địa hình là: các đỉnh, đường đứt gãy của địa hình, đường phân thuỷ, tụ thuỷ,
đường bờ,… Độ chính xác của DEM rất cao, tuy nhiên phương pháp này rất mất thời
gian và chi phí cao. Thường dùng trong các vùng nhỏ, có địa hình phức tạp mà yêu cầu
độ chính xác cao (như phục vụ quy hoạch xây dựng tại khu vực đó, tính khối lượng
đào đắp), hoặc để đo bổ sung cho phương pháp đo vẽ ảnh số. Độ chính xác phụ thuộc:
trị đo các điểm độ cao, mật độ, sự phân bố và khả năng lấy điểm chi tiết ở thực địa.
Phương pháp số hoá đường bình độ từ bản đồ giấy:
Dữ liệu từ các bản đồ địa hình, cụ thể là đường bình độ cũng có thể được sử
dụng để xây dựng DEM, vì sự phân bố độ cao trên bản đồ địa hình thường được mô tả
bởi các đường bình độ. Đối với phương pháp này, các đường bình độ được số hoá từ
các bản đồ địa hình ở dạng tương tự. Các đường bình độ cùng với các đặc trưng địa
hình khác như: các điểm ghi chú độ cao, đường tụ thuỷ, sông, núi,…phải được sửa lỗi
cẩn thận và gán độ cao trước khi đưa vào nội suy DEM. Phương pháp này bị giới hạn
bởi chất lượng của bản đồ, và độ chính xác của các đường bình độ được số hoá. Bản
thân các đường bình độ trên bản đồ địa hình cũng được lập theo phương pháp nội suy,
- Trang 17-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
nên đây là phương pháp có độ chính xác thấp. Tuy nhiên, có ưu điểm là chỉ làm nội
nghiệp, chi phí thấp hơn các phương pháp khác.
Phương pháp sử dụng công nghệ LiDAR:
Công nghệ LiDAR (Light Detecting And Ranging) hay còn gọi là công nghệ
đo dài bằng laser từ máy bay ALR (Airbone Laser Ranging), gồm nhiều hệ thống thiết
bị liên kết với nhau: thiết bị đo dài laser đặt trên máy bay cho phép đo khoảng cách
(D) từ máy bay đến bề mặt địa hình, hệ thống thu GPS (Global Positioning System)
trên máy bay kết hợp với hệ thống GPS trên mặt đất (bằng kỹ thuật đo dGPS) xác định
toạ độ XYZ của thiết bị quét tại thời điểm quét, hệ thống điều khiển hàng hướng INS
(Inertial Navigation System) thực hiện nhiệm vụ đo gia tốc theo 3 hướng X, Y, Z và
góc nghiêng máy bay nhằm xác định góc phương vị (ψ) của tia quét laser tại thời điểm
quét. Toạ độ không gian X, Y, Z của các điểm địa vật hay địa hình trên mặt đất sẽ
được xác định dựa vào khoảng cách (D) và góc phương vị tương ứng (ψ).
Hình I.4: Các thành phần thiết bị công nghệ LiDAR
DEM được thành lập bằng phương pháp này có độ chính xác rất cao, tuy
nhiên hệ thống này rất phức tạp, thao tác sử dụng và xử lý số liệu rất khó khăn, giá rất
cao nhưng hiện nay đã dần dần được đưa vào sử dụng.
Phương pháp đo vẽ ảnh số:
Bản chất của đo ảnh là một phương pháp đo vật lý gián tiếp trên nền ảnh của
đối tượng đo mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Công tác đo đạc các trị đo rồi
tính chuyển ra toạ độ không gian XYZ của đối tượng đo đều được thực hiện trên mô
hình lập thể. Công việc lấy mẫu (đo điểm đặc trưng địa hình) có thể được thực hiện
thủ công hay tự động trên các trạm đo vẽ ảnh số.
Đối với địa hình biến thiên phức tạp, thực vật phân bố không đồng đều và
yêu cầu độ chính xác DEM thành lập cao thì DEM phải được thành lập bằng phương
pháp thủ công. Tiến hành số hoá thủ công trên nền mô hình lập thể các yếu tố địa hình:
đường break-lines, đường phân thuỷ, đường tụ thuỷ, đường bao, các điểm độ cao..sô
lượng các đường này phụ thuộc vào mức độ phức tạp của địa hình. Phương pháp này
- Trang 18-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
cho kết quả có độ tin cậy và độ chính xác cao, nhưng mất nhiều thời gian và hiệu quả
kinh tế không cao nhất là đối với khu vực đo vẽ có diện tích lớn.
Hiện nay, có nhiều hệ thống đo vẽ ảnh số cho phép tự động hoá quá trình lấy
mẫu, tức là các điểm đặc trưng địa hình được đo nhờ kỹ thuật tìm các điểm cùng tên tự
động trên cặp ảnh lập thể được gọi là kỹ thuật khớp ảnh. Cách đo này thường nhanh
nhưng kết quả đo có độ chính xác thấp hoặc sai tại các vùng có địa hình phức tạp như
đồi núi, thực vật phân bố không đều…Phương pháp này chỉ áp dụng việc thành lập
DEM ở tỷ lệ nhỏ và thuộc vùng quang đãng. Đối với phương pháp đo vẽ ảnh số, căn
cứ vào điều kiện thành lập mô hình và nguồn dữ liệu đầu vào mà có các quy trình khác
nhau.
3. Hệ thống thông tin địa lý:
¾ Định nghĩa GIS:
Trên thế giới có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng nhìn chung, định nghĩa sau
thường được sử dụng: “Hệ thống thông tin địa lý là một thu thập có tổ chức của phần
cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm nắm bắt, lưu trữ, cập
nhật, sử dụng, phân tích và hiển thị các thông tin liên quan đến địa lý”
¾ Các thành phần cơ bản của GIS:
Một hệ thống thông tin địa lý gồm 5 thành phần cơ bản với những chức năng rõ
ràng. Đó là:
Hình I.5: Các thành phần cơ bản của GIS
- Phần cứng (Hadware): máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in
(printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện
lưu trữ số liệu (USB, CD, v.v...).
- Phần mềm (Software): Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần
cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông
tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính: MapInfo,
ArcView, ArcGIS, Mapping Office….
- Cơ sở dữ liệu (Database, Geographic data): Dữ liệu được sử dụng trong GIS
không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced data) riêng lẽ mà còn phải được thiết
kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Có 2 loại dữ liệu: dữ liệu không gian và
dữ liệu thuộc tính.
- Trang 19-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
- Con người, chuyên viên (Expertise): Đây là một trong những hợp phần quan
trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ
thống để thực hiện các chức năng phân tích và xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải
thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS để sử dụng, có kiến thức về các số
liệu đang được sử dụng và thông hiểu các tiến trình đang và sẽ thực hiện.
- Quy trình (Progress): Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt
động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công
nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận
này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu
quả để phục vụ người sử dụng thông tin.
¾ Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS:
- Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý gồm
có hai loại: dữ liệu không gian và dữ liệu phi không
gian (dữ liệu thuộc tính). Mỗi loại có những đặc điểm
riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ số liệu,
hiệu quả, xử lý và hiển thị.
- Dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản
đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu
dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng
bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu
không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ
trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại
vi,…
- Dữ liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các
hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các số liệu phi không gian được gọi
là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không
gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua
một cơ chế thống nhất chung.
¾ Mô hình thông tin không gian:
Mô hình Vector:
Thực thể không gian được biểu diễn thông qua các phần tử cơ bản là điểm
(point), đường (polyline), vùng (polygon). Vị trí không gian của thực thể được xác
định bởi tọa độ trong một hệ thống tọa độ thống nhất toàn cầu (hệ tọa độ địa lý).
Mô hình vector có các đặc điểm:
- Không đòi hỏi bộ nhớ cao khi lưu trữ dữ liệu.
- Thể hiện chính xác dạng hình học của đối tượng.
- Khả năng sửa chửa, bổ sung dữ liệu nhanh chóng. Tuy nhiên, khó thực
hiện các bài toán phân tích không gian đối với dữ liệu dạng này.
Mô hình Raster:
Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một
lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixel). Trong mô hình này, điểm được xác định bởi
các cell, đường được xác định bởi một số các cell liền kề nhau theo hướng, vùng được
xác định bởi các cell mà trên đó thực thể phủ lên.
- Trang 20-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
Mô hình raster có các đặc điểm:
- Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.
- Mỗi một điểm ảnh (pixel) chứa một giá trị.
- Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp
(layer).
- Trong một cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp.
Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là
ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại;
chồng xếp.
¾ Mô hình thông tin thuộc tính:
Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính,
đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức
năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng
thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông thường hệ thống thông tin địa lý
có 4 loại số liệu thuộc tính:
- Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có
thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích
- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt
động thuộc vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, …liên quan đến
các đối tượng địa lý.
- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức
tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối
tượng).
4. Cơ sở dữ liệu nền địa lý:
CSDL không gian (Geography Database hay GeoDatabase) là một sự thu thập các
loại dữ liệu địa lý khác nhau và được tổ chức trong cùng một vị trí, một thư mục của
hệ thống, định dạng lưu trữ của một cơ sở dữ liệu không gian là định dạng CSDL của
Microsoft Access Database (dung lượng thấp, thường dùng cho những CSDL có dung
lượng nhỏ) hoặc là CSDL đa người dùng như: Oracle, Microsoft SQL Server, IBM
DB2 (dung lượng lớn, dùng cho những CSDL có dung lượng lớn).
CSDL nền địa lý là một sản phẩm được xây dựng từ các đối tượng địa lý theo các
quy chuẩn, là CSDL không gian (GeoDatabase) mô tả thông tin thế giới thực ở mức cơ
sở, có độ chi tiết và độ chính xác đảm bảo để làm nền cho các mục đích xây dựng các
hệ thống thông tin địa lý chuyên đề khác nhau. Mỗi khu vực địa lý sẽ có mức cơ sở dữ
liệu nền khác nhau tương đương với mức độ thu thập và xử lý các đối tượng địa lý ở
khu vực đó (Ví dụ: CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 bao trùm toàn bộ lãnh thổ, CSDL
nền địa lý 1:2.000, 1:5.000 sẽ có mức độ chi tiết và độ chính xác cao hơn và chỉ được
thành lập ở các khu vực đô thị, khu công nghiệp, các khu kinh tế trọng điểm). Một
CSDL nền địa lý thường có các lớp dữ liệu cơ bản sau: ranh giới, hệ thống khống chế
trắc địa, địa hình, giao thông, thuỷ hệ, thực vật, dân cư và các đối tượng kinh tế - xã
hội.
- Trang 21-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
¾ Đặc điểm, giải pháp xây dựng CSDL nền địa lý:
Đặc điểm:
Với một CSDL, yêu cầu đặt ra là làm sao xây dựng được một mô hình quản lý,
sử dụng, cập nhật dữ liệu hiệu quả, nhất là đối với cơ sở dữ liệu nền địa lý gồm nhiều
thông tin (thuộc tính và không gian), nhiều lớp dữ liệu. Đặc điểm CSDL nền địa lý:
- Lưu trữ toàn bộ thông tin dưới một CSDL tập trung và cho phép chia sẽ dữ liệu.
- Được thiết kế và lưu trữ theo mô hình CSDL không gian (GeoDatabase).
- CSDL được xây dựng trong hệ quy chiếu toạ độ, độ cao VN-2000. Hệ quy
chiếu toạ độ phẳng là phép chiếu UTM quy định trong Hệ quy chiếu toạ độ
quốc gia VN-2000, kinh tuyến trục phù hợp với khu vực thành lập CSDL.
- Các lớp thông tin trong CSDL được chia thành các nhóm lớp đối tượng (Feature
Dataset), trong mỗi nhóm lớp gồm nhiều lớp thông tin (Feature Class).
- CSDL được xây dựng tuân theo các tiêu chuẩn của một CSDL GIS hiện đại
(xây dựng cấu trúc topology, network,…) cho phép sẵn sàng thực hiện các phép
toán phân tích không gian của công nghệ GIS.
Giải pháp:
CSDL được xây dựng là một Personal Geodatabase (định dạng file là: *.mdb)
trong phần mềm ArcGIS (từ phiên bản 9.2 trở về sau), đây là một định dạng CSDL
cho phép lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu địa lý được lưu trữ bởi những cấu trúc dữ
liệu khác nhau: dữ liệu dạng vector, raster, có khả năng lưu trữ và quản lý quan hệ
không gian như: topology, network, ràng buộc dữ liệu như: domain, subtypes.
Hình I.6: Các kiểu dữ liệu được lưu trữ trong CSDL địa lý (Geodatabase)
Ưu điểm của Personal Geodatabase so với các CSDL khác:
- Trang 22-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
- Lưu trữ tập trung nhiều loại dữ liệu khác nhau, tích hợp CSDL không gian
với các CSDL khác.
- Cài đặt được nhiều luật và quan hệ phức tạp cho dữ liệu.
- Duy trì tính năng ràng buộc của dữ liệu không gian.
- Được tổ chức để có thể làm việc trong môi trường đa người dùng. Dề dàng
nâng cấp, cập nhật dữ liệu sau này.
Mô hình và cấu trúc dữ liệu:
Mô hình dữ liệu vector topology mô hình hoá dữ liệu không gian dựa trên 3
kiểu dữ liệu: điểm nút (Node - được mô hình hoá bởi một toạ độ, là điểm giao nhau
của 2 hoặc nhiều Arc, điểm kết thúc của 1 Arc), cung (Arc - chuỗi các điểm bắt đầu và
kết thúc tại node), vùng (Polygon - là chuỗi khép kín của các arc thể hiện ranh giới của
1 vùng).
Theo đó, một đối tượng dạng tuyến (đường) sẽ được coi như một Arc và được
định nghĩa là tập hợp các Node. Một đối tượng dạng vùng (thửa đất) sẽ được tạo từ
một tập các Arc khép kín. Ngoài dữ liệu không gian, một Arc khi tham gia vào thiết
lập một vùng sẽ có thêm những tính chất sau: một hướng được xác định thông qua
Node đầu và Node cuối, vùng trái, vùng phải. Mô hình này có ưu điểm là tối ưu hoá
việc lưu trữ do sử dụng một số tối thiểu toạ độ để mô tả đối tượng, khả năng sử dụng
để phân tích cao, là tiền đề để phát triển các lớp thông tin phức tạp, độ chính xác dữ
liệu cao đặc biệt là mô tả một cách chính xác các quan hệ không gian của các đối
tượng. Nhược điểm là mô hình dữ liệu phức tạp và đòi hỏi nhiều công biên tập.
Với các lớp thông tin trong CSDL nền địa lý khi sử dụng mô hình vector
topology để biểu diễn thì phải tuân theo các quy tắc sau:
- Đối tượng không được tự cắt, tức là phải được cắt bởi một đối tượng khác.
- Đối tượng không bị trùng đè lên nhau (Duplicate).
- Đối tượng chỉ giao nhau tại node.
- Các lớp thông tin khi tham gia tạo vùng (giao thông, thuỷ hệ) phải đảm bảo
không còn các lỗi sau: bắt chưa tới (Undershoot), bắt quá (Overshoot).
I.1.2 Cơ sơ pháp lý:
- Quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000 – 1/25.000 (phần ngoài trời) do
Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) ban hành năm
1977, gọi tắt là “Quy phạm 77”.
- Quy phạm xây dựng lưới độ cao Nhà nước hàng 1, 2, 3 và 4 – năm 1988 của
Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường).
- Quy phạm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500 ÷ 1/25.000 (phần trong nhà)
của Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) xuất bản
năm 1990.
- Quyết định kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000, 1/25.000,
1/50.000 bằng công nghệ ảnh số (ban hành theo Quyết định số 15/2005/QĐ-BTNMT
ngày 13 tháng 12 năm 2005).
- Quyết định về việc ban hành Danh mục địa danh các đơn vị hành chính Việt
Nam thể hiện trên bản đồ (ban hành kèm theo Quyết định số 19/2006/QĐ-BTNMT
ngày 01 tháng 12 năm 2006).
- Trang 23-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
- Quy định Áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia của Bộ Tài nguyên và
Môi trường (ban hành kèm theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02
năm 2007).
- Thông tư hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu về hệ tọa độ quốc gia VN-2000 số
973/2001/TT-TCĐC ngày 20/6/2001 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên
và Môi trường).
- Thiết kế kỹ thuật – dự toán “Thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý 1/10.000 gắn
với mô hình số độ cao phủ trùm khu vực các tỉnh Tây Ninh, Bình Phước, Đồng Nai”
đã được phê duyệt theo Quyết định số 33/QĐ-ĐĐBĐ ngày 16 tháng 01 năm 2008 của
Cục trưởng Cục Đo đạc và Bản đồ.
I.1.3 Cơ sở thực tiễn:
Ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều dự án về xây dựng Cơ sở dữ
liệu chuyên ngành tài nguyên môi trường, Cơ sở dữ liệu thông tin địa lý trên nền GIS
phục vụ công tác quản lý, quy hoạch...trong ngành tài nguyên môi trường.
Dự án: “Xây dựng Cơ sở dữ liệu tích hợp tài nguyên và môi trường Quốc gia”.
Xây dựng CSDL tích hợp từ các CSDL chuyên ngành thuộc lĩnh vực tài nguyên và
môi trường gồm: thông tin đất đai, tài nguyên nước, khoáng sản, môi trường, khí
tượng thủy văn, đo đạc bản đồ. Kết quả đã thành lập được: bản đồ nền địa lý các tỷ lệ
từ 1:1.000.000 đến 1:50.000; CSDL tích hợp từ các CSDL chuyên ngành khác nhau;
Hệ thống các phần mềm, các chuẩn để quản lý, khai thác, phân phối dữ liệu.
Dự án: “Xây dựng Cơ sở dữ liệu thông tin địa lý cơ bản Thành Phố Hồ Chí Minh”
xây dựng CSDL thông tin địa lý cơ bản của tất cả 307 phường, xã và 24 quận, huyện
và phục vụ công tác xây dựng hệ thống thông tin địa lý TPHCM (HCM-GIS).
- Trang 24-
Ngành: Công Nghệ Địa ChínhSVTH: Nguyễn Hữu Duy Quang
I.2 Khái quát địa bàn nghiên cứu:
I.2.1 Điều kiện tự nhiên:
1. Vị trí địa lý:
Gò Dầu là thị trấn của huyện Gò Dầu, đô thị phía Nam của tỉnh Tây Ninh, nằm cạnh
sông Vàm Cỏ Đông, là cửa ngõ quốc tế của Việt Nam và Campuchia, cách biên giới
Việt Nam – Campuchia 12km, cách Thành phố Hồ Chí Minh 63km về hướng Đông
theo đường Xuyên Á (Quốc lộ 22 cũ) và nằm trong vùng phát triển kinh tế trọng điểm
phía Nam.
Diện tích tự nhiên toàn thị trấn là: 610 ha với dân số: 29.947 người (theo số liệu
thống kê năm 2008). Mật độ dân số: 4.022 người/km2 (thuộc loại cao so với cả Tỉnh).
Thị trấn Gò Dầu có tứ cận:
- Phía Bắc giáp xã Phước Thạnh và xã Hiệp Thành.
- Phía Đông và phía Nam giáp xã Thạnh Phước.
- Phía Tây giáp xã An Thanh, huyện Bến Cầu.
Hình I.7: Bản đồ vi đơn vị hành chính Huyện Gò Dầu, Tỉnh Tây Ninh
- Trang 25-
