Đề xuất phương pháp cập nhật cơ sở dữ liệu gis quân sự tỷ lệ lớn dựa trên ảnh chụp bằng máy bay khôn người lái (uav) hỗ trợ tham mưu, chỉ huy tác chiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BÙI THỊ HỒNG HẠNH

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP CẬP NHẬT CƠ SỞ
DỮ LIỆU GIS QUÂN SỰ TỶ LỆ LỚN DỰA TRÊN
ẢNH CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI
(UAV) HỖ TRỢ THAM MƯU, CHỈ HUY TÁC CHIẾN

Ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số
: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Tóm tắt NGƯỜI
luận vănHƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Tóm tắt luận văn
TS Vũ Huấn
Những đột phá lớn trong công nghệ thơng tin, viễn thơng và thơng tin đang đóng vai

HÀ NỘI - 2015


2

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu được sử

dụng và kết quả phân tích, trình bày trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố
trong bất cứ cơng trình nào trước đây.

Tác giả luận án

Bùi Thị Hồng Hạnh


3
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 8
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................. 8
2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 9
4. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................................... 10
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 10
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn .............................................................. 11
7. Lời cảm ơn ..................................................................................................................... 11
Chương 1............................................................................................................................ 12
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ......................................................................................... 12
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ ................................. 12
1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TTĐL trên thế giới. ....................................... 12
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TTĐL tại Việt Nam. ...................................... 14
1.3. Sự cần thiết Nghiên cứu khả năng thu thập dữ liệu GIS từ ảnh chụp bằng máy
bay không người lái (UAV) và đề xuất phương pháp cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ
lệ lớn dựa trên ảnh UAV hỗ trợ tham mưu chỉ huy tác chiến. .................................... 15
Chương 2............................................................................................................................ 16
CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ NGHIÊN CỨU, ......................................................................... 16
CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS QUÂN SỰ TỶ LỆ LỚN ........................................... 16
2.1. Hệ thống thông tin ..................................................................................................... 16

2.1.1. Khái niệm. ................................................................................................................. 16
2.1.2. Các đặc trưng của hệ thống thông tin trong tổ chức hoạt động. ............................... 16
2.2. Hệ thống thông tin địa lý ........................................................................................... 18
2.2.1. Định nghĩa................................................................................................................ 18
2.2.2. Cấu trúc của HTTĐL ............................................................................................... 18
2.2.3. Người điều hành ....................................................................................................... 18
2.2.4. Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi)................................................................. 19
2.2.5. Phần mềm ................................................................................................................. 19
2.2.6. Dữ liệu. ..................................................................................................................... 19
2.2.6.1. Cơ sở dữ liệu nền ................................................................................................... 19
2.2.6.2. CSDL chuyên ngành .............................................................................................. 21
2.2.6.3. Cơ sở dữ liệu không gian ....................................................................................... 21
2.2.6.4. Cơ sở dữ liệu thuộc tính ......................................................................................... 22
2.2.7. Các mơ hình cấu trúc CSDL .................................................................................... 22
2.2.7.1. Khái quát chung .................................................................................................... 22
2.2.7.2. Cấu trúc dữ liệu Raster ......................................................................................... 23
2.2.7.3. Cấu trúc dữ liệu dạng Vector ................................................................................ 26
2.2.7.4. Mơ hình cấu trúc dữ liệu cung và điểm nút (area-node)....................................... 28
2.2.7.5. Mơ hình mạng (network model) ........................................................................... 32
2.2.7.6. Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu ............................................................................ 33
2.3. Hệ thống máy bay chụp ảnh không người lái TRIMBLE UX5............................. 34
2.3.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 34
2.3.2. Các thành phần chính của Hệ thống TRIMBLE UX5 bao gồm: .............................. 35
2.3.2.1. Máy bay TRIMBLE UX5 ...................................................................................... 35
2.3.2.2. Camera ................................................................................................................... 35


4
2.3.2.3. Trạm điều khiển mặt đất ........................................................................................ 35
2.3.2.4. Bệ phóng ................................................................................................................ 35

2.3.2.5. Tracker/Bộ phận phát và nhận tín hiệu dị tìm khi máy bay hạ cánh khơng đúng vị
trí thiết kế: ........................................................................................................................... 36
Chương 3............................................................................................................................ 37
CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS QUÂN SỰ TỶ LỆ LỚN ........................................... 37
DỰA TRÊN ẢNH CHỤP BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI (UAV) ................. 37
3.1 Giới thiệu một số loại hình cơng nghệ ....................................................................... 37
3.1.1 Công nghệ ảnh số ....................................................................................................... 37
3.1.1.1. Chuẩn bị cho nhiệm vụ bay và chuyến bay: .......................................................... 39
3.1.1.2. Thiết kế bay chụp ảnh ............................................................................................ 40
3.1.1.3. Thiết kế mốc khống chế ảnh: ................................................................................. 44
3.1.1.4. Thiết kế khống chế ảnh theo khối bay: .................................................................. 45
3.1.1.5. Thiết kế khu bay gồm nhiều hơn một khối bay: .................................................... 46
3.1.1.6. Thực hiện chuyến bay ở thực địa ........................................................................... 46
3.1.1.7. Phân tích và xuất dữ liệu bay chụp ảnh: ................................................................ 47
3.1.1.8. Xử lý số liệu nội nghiệp bằng phần mềm TBC ..................................................... 48
3.1.2 Công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý .................................................................. 52
3.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ ................................................................................... 54
3.2.1 Một số khái niệm ....................................................................................................... 54
3.2.1.1. Đối tượng nội dung bản đồ ................................................................................... 54
3.2.1.2. Đối tượng địa lý (Feature) ..................................................................................... 54
3.2.1.3. Cơ sở dữ liệu địa lý (CSDL ĐL) ........................................................................... 55
3.2.1.4. Cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa lý .......................................................................... 55
3.2.1.5. Mơ hình số độ cao (Digital Elevation Model, viết tắt là DEM). .......................... 55
3.2.1.6. Mơ hình số địa hình (Digital Terrain Model, viết tắt là DTM). ........................... 55
3.2.1.7. Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia .................................................................. 55
3.2.1.8. Siêu dữ liệu (Metadata)......................................................................................... 55
3.2.1.9. Thuộc tính của đối tượng địa lý (Feature attribute) ............................................... 56
3.2.1.10. Danh mục đối tượng địa lý (Feature catalogue) ................................................. 56
3.2.1.11. Quan hệ đối tượng địa lý (Feature association) ................................................... 56
3.2.1.12. Hệ quy chiếu tọa độ (Coordinate reference system) ............................................ 56

3.2.2 Các cơng nghệ chính được áp dụng ........................................................................... 56
3.2.3 Nguyên tắc chung xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý ................................ 56
3.2.3.1. Thành lập cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý: ....................................................... 57
3.2.3.2. Biên tập bản đồ địa hình: ....................................................................................... 58
Chương 4............................................................................................................................ 59
THỰC NGHIỆM THU THẬP DỮ LIỆU GIS ................................................................... 59
BẰNG MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI UAV VÀ CẬP NHẬT CSDL NỀN ĐỊA LÝ
QUÂN SỰ TỶ LỆ 1:2.000 TRÊN ĐỊA BÀN QUÂN KHU 2. .......................................... 59
4.1. Khái quát đặc điểm tình hình khu đo ...................................................................... 59
4.1.1. Vị trí địa lý, phạm vi khu vực thi công ..................................................................... 59
4.1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên ........................................................................................... 59
4.1.2.1. Đặc điểm địa hình .................................................................................................. 59
4.1.2.2. Đặc điểm địa vật .................................................................................................... 59
4.1.2.3. Khí hậu, thủy văn ................................................................................................... 59
4.1.2.4. Hệ thống đường bộ và đường thủy ........................................................................ 59


5
4.1.3 Đặc điểm dân cư, kinh tế, xã hội ............................................................................... 60
4.2. Hiện trạng thông tin tư liệu ...................................................................................... 60
4.2.1. Các điểm tọa độ, độ cao nhà nước: ........................................................................... 60
4.2.2. Tư liệu ảnh ................................................................................................................ 60
4.2.3. Hiện trạng tư liệu bản đồ, CSDL .............................................................................. 60
4.3. Kết quả cập nhật CSDL nền địa lý quân sự tỷ lệ 1/2000 từ ảnh hàng không UAV61
4.3.1. Công tác chuẩn bị: .................................................................................................... 61
4.3.1.1. Trang thiết bị:......................................................................................................... 61
4.3.1.2. Khảo sát, lựa chọn vị trí hạ cất cánh: ..................................................................... 61
4.3.1.3. Thiết kế, chọn điểm KCA. ..................................................................................... 61
4.3.1.4. Rải tiêu đo. ............................................................................................................. 62
4.3.1.5. Đo nối lưới khống chế ảnh bằng GPS .................................................................. 62

4.3.1. Bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái UX5 .................................................. 63
4.3.3. Tăng dày khống chế ảnh, tạo DSM, DEM, bình đồ ảnh bằng phần mềm chuyên
dụng Trimble Business Center. ........................................................................................... 64
4.3.5. Đo vẽ cập nhật đối tượng địa lý trên máy PC ........................................................... 66
4.3.6. Điều tra ngoại nghiệp thơng tin thuộc tính đối tượng địa lý .................................... 68
4.3.6.1. Mục đích, u cầu, nội dung cơng việc ................................................................. 68
4.3.6.2. Điều tra TTĐL ....................................................................................................... 68
4.3.7. Biên tập dữ liệu địa lý gốc ........................................................................................ 73
4.3.8. Xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1/2000 .................................................................. 73
4.3.8.1. Kiểm tra bản đồ gốc số .......................................................................................... 74
4.3.8.2. Tách lọc dữ liệu ..................................................................................................... 75
4.3.8.3. Chuẩn hóa dữ liệu khơng gian ............................................................................... 76
4.3.8.4. Kiểm tra, tiếp biên dữ liệu không gian .................................................................. 80
4.3.8.5. Nhập dữ liệu thuộc tính ......................................................................................... 80
4.3.8.6. Kiểm tra, tiếp biên dữ liệu thuộc tính .................................................................... 84
4.3.8.7. Tích hợp vào CSDL địa lý theo mảnh bản đồ ....................................................... 85
4.3.8.8. Tích hợp mơ hình số độ cao vào CSDL................................................................. 85
4.3.8.9. Tích hợp bình đồ ảnh vào CSDL ........................................................................... 85
4.3.8.10. Tạo siêu dữ liệu.................................................................................................... 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 89
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 90
Phụ lục 1: Bản thiết kế lược đồ ứng dụng UML dữ liệu địa lý đất quốc phòng................. 90


6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
Tiếng Việt
CSDL
CNTT

TTĐL
Tiếng Anh
DGN
GIS
GPS
PC
Topology
UML

Cơ sở dữ liệu.
Công nghệ thông tin
Thông tin địa lý
Định dạng tệp đồ họa của phần mềm MicroStation.
Geographic Information System: Hệ thống TTĐL
.
Global Positioning System: Hệ thống định vị tồn cầu.
Personal Computer: Máy tính cá nhân.
Thuật ngữ được sử dụng để chỉ mối quan hệ không gian giữa
các đối tượng địa lý.
Unified Modeling Language: Ngôn ngữ mơ hình hóa thống
nhất dùng để thiết kế.

Danh mục các bảng
Bảng 2.2. Bảng thống kê thuộc tính của cung AAT ........................................................... 30
Bảng 3.1. Bảng thiết lập độ phân giải mặt đất .................................................................... 41
Bảng 3.2. Bảng thiết lập kích thước tiêu mốc .................................................................... 45
Danh mục các hình vẽ
Hình 2.1. Mơ hình phân cấp hệ thống thơng tin ............................................................... 17
Hình 2.2. Mơ hình tổ chức của HTTĐL ........................................................................... 18
Hình 2.3. Mơ hình tổ chức của HTTĐL ........................................................................... 22

Hình 2.4. Một đường có thể tổ chức trong cấu trúc Vector (A) và Raster (B) ................... 24
Hình 2.5. Mơ phỏng cách thể hiện các khoanh vi theo cấu trúc Raster ............................ 26
Hình 2.6. Cấu trúc dữ liệu vecter ........................................................................................ 27
Hình 2.7. So sánh giữa cấu trúc Raster và Vector .............................................................. 28
Hình 2.8. Cấu trúc một polygon đơn giản trong mơ hình cung và điểm nối ...................... 29
Hình 2.9. chuyển đổi Raster và véctơ ............................................................................... 34
Hình 2.10: Hệ thống TRIMBLE UX5 ................................................................................ 35
Hình 3.1: Hình ảnh tiêu mốc được lựa chọn ....................................................................... 45
Hình 4.1: Sơ đồ thiết kế bay chụp ảnh ................................................................................ 63


7
Hình 4.2: Thao tác bay chụp ở thực địa .............................................................................. 64
Hình 4.3: Tăng dày khối TGAKG theo nguyên lý chùm tia .............................................. 64
Hình 4.4: Sản phẩm Point Cloud, DTM, Ortho photo ........................................................ 66
Danh mục các sơ đồ
Sơ đồ 4.1: Quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1/2000 .......................... 74
Sơ đồ 4.2: Quy trình cơng nghệ tách lọc dữ liệu địa lý tỷ lệ 1/2000 .................................. 75
Sơ đồ 4.3: Quy trình cơng nghệ Nhập siêu dữ liệu vào CSDL .......................................... 86


8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thơng tin giữ vai trị quan trọng trong cơng tác quản lý, nó là cơ sở cho việc đề xuất các
chính sách phù hợp và lập ra các kế hoạch hợp lý nhất cho các nhà quản lý phân bổ nguồn lực
cũng như trong việc ra các quyết định liên quan đến đầu tư và phát triển kinh tế, hỗ trợ lãnh
đạo, chỉ huy tham mưu, tác chiến trong quân sự.
Ngày nay, việc sản xuất và cung cấp TTĐL đang có vai trị rất lớn trong phát triển kinh
tế xã hội và bảo đảm an ninh quốc phịng, ln là mục tiêu nghiên cứu chiến lược của nhiều

quốc gia.
Sự phát triển mạnh mẽ của CNTT, cho phép ta ứng dụng để giải quyết các vấn đề phức
tạp của thực tiễn cuộc sống, đặc biệt cơng tác tự động hóa q trình sản xuất, trong đó có cơng
tác bay chụp ảnh, đo vẽ bản đồ cũng như thành lập CSDL địa lý.
Thuật ngữ Hệ thống bay không người lái (UAS - Unmanned Vehicle Systems) được thế
giới sử dụng khá phổ biến để thể hiện việc ứng dụng các thiết bị bay không người lái
(UAVUnmanned Aerial Vehicle) để giám sát bề mặt trái đất, thu nhận ảnh phục vụ công tác
thành lập bản đồ. Ưu thế của cơng nghệ này là chi phí thấp, hình ảnh thu được nhanh, thường
xuyên với độ chính xác cao và dễ dàng tạo dữ liệu 3D đáp ứng đúng thời điểm yêu cầu thu
nhận thông tin. Những kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy hệ thống viễn thám sử dụng
máy bay không người lái ở cao độ thấp từ 75m đến 750m là giải pháp tối ưu, thường được sử
dụng phục vụ công tác thành lập bản đồ.
Hiện nay, Công ty TNHH MTV Trắc địa Bản đồ và Cục Bản đồ/Bộ Tổng Tham mưu
đã đầu tư, tiếp nhận chuyển giao công nghệ 02 bộ UAV (Trimble UX5) từ nhà sản xuất và đã
vận hành thành công hệ thống bay chụp ảnh, xử lý dữ liệu cho ra kết quả bình đồ ảnh; mơ hình
số mặt đất, mơ hình số độ cao. Qua đo đạc, kiểm tra đánh giá cho thấy độ chính xác rất khả
quan, hiện đang được ứng dụng vào q trình sản xuất, ngồi ra đã sử dụng UAV để bay chụp
diễn tập thực binh cứu hộ, cứu nạn của các nước ASIAN tại Ba Vì, Hà Nội.
Máy bay chụp ảnh hàng khơng TRIMBLE UX5, loại máy bay không người lái UA
(UA=Unmanned Aircraft). Một máy bay không người lái về cơ bản là loại máy bay hoạt động
mà khơng có phi cơng. Kiểu máy bay này thường được gọi là máy bay điều khiển từ xa (RPARemotely Piloted Aircraft). Máy bay TRIMBLE UX5 sẽ được lập trình trước về chuyến bay,
cất cánh, quá trình bay, hạ cánh mà giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người. Nếu như có


9
can thiệp thì đội điều khiển mặt đất có thể thay đổi hướng bay hoặc hạ cánh. Trong một vài
trường hợp ví dụ như thơng tin liên lạc bị gián đoạn hoặc mất tín hiệu GPS thì chương trình
được lập trình tự động kết nối lại tín hiệu bị mất hoặc kết thúc chuyến bay sớm và hạ cánh an
toàn.
Máy bay TRIMBLE UX5 có lắp Camera để chụp ảnh hàng khơng khu vực xác định.

Camera này có nhiệm vụ chụp ảnh trong suốt chuyến bay. Với độ phân giải cao 16.1 megapixel
sử dụng cảm biến ASP-C cho độ nét cao và chi tiết. Dải màu chuẩn RGB bao gồm một bộ lọc
UV HAZE 1. Lựa chọn dải cận hồng ngoại được sử dụng cho mục đích đặc biệt.
Giá trị GSD (ground sample distance – tạm gọi là độ phân giải mặt đất) trong tab
Mission và độ cao bay chụp tương ứng có mối liên hệ với nhau. Độ cao bay chụp của máy bay
càng cao thì mỗi pixel trên ảnh sẽ thể hiện khoảng cách thực dưới đất càng lớn. Độ cao bay
chụp tối thiểu, tối đa và độ phân giải tương ứng như sau:
Độ cao bay chụp tối thiểu 75 m tương đương đội phân giải mặt đất 2,4 cm. Độ cao bay
chụp tối đa 750 m tương đương đội phân giải mặt đất 23,9 cm. Trong chuyến bay, tất cả các
tấm ảnh được chụp ở độ cao xác định, dọc theo tuyến với độ chồng phủ giữa các tấm ảnh.
Trong cùng thời điểm, thơng tin về vị trí của các tấm ảnh được ghi lại cho quá trình xử lý sau
này bởi các phần mềm ví dụ như Trimble Business Center
Từ những vấn đề trên, tôi thấy rằng cần thiết phải “Nghiên cứu khả năng thu thập dữ
liệu GIS từ ảnh chụp bằng máy bay không người lái (UAV) và đề xuất phương pháp cập nhật
CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn dựa trên ảnh chụp máy bay không người lái (UAV) hỗ trợ tham
mưu, chỉ huy tác chiến”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình bay chụp UAV, khả năng thu thập dữ liệu GIS và phương
pháp cập nhật CSDL nền địa lý tỷ lệ lớn bằng ảnh UAV các khu vực đô thị, công nghiệp
và khu kinh tế trọng điểm hỗ trợ lãnh đạo, chỉ huy tham mưu tác chiến trong quân sự.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính là: Các tổ chức và đơn vị sử dụng CSDL GIS quân sự
tỷ lệ lớn trong toàn quân
Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các vấn đề liên quan đến các lý thuyết về
CSDL, các nguyên lý của Hệ thống địa lý GIS, các mơ hình quản trị, phân tích, đánh giá


10
chất lượng và khai thác dữ liệu; các tiêu chuẩn dữ liệu địa lý TC211; xây dựng mơ hình
khn mẫu để qui nạp tất cả các dữ liệu bản đồ tỷ lệ lớn.

4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu thực trạng các phương pháp xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ lớn ở nước
ta hiện nay.
- Nghiên cứu qui trình bay chụp ảnh bằng máy bay khơng người lái (UAV), đề xuất
phương pháp cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn dựa trên ảnh chụp máy bay không người lái
(UAV) hỗ trợ tham mưu, chỉ huy tác chiến”.
- Thực nghiệm thu thập dữ liệu GIS bằng UAV và cập nhật CSDL nền địa lý quân
sự tỷ lệ 1:2.000 thuộc khu vực Quân khu 2.
 Bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái TRIMBLE UX5
 Đo khống chế ảnh bằng GPS
 Tăng dày khống chế ảnh bằng phần mềm chuyên dụng Trimble Business
Center.
 Tạo lập bình đồ ảnh, DSM, DEM bằng phần mềm chuyên dụng Trimble
Business Center
 Đo vẽ (thu thập) đối tượng địa lý trên bình đồ ảnh
 Điều tra TTĐL quân sự
 Cập nhật CSDL địa lý quân sự.
5. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp cả ba phương pháp để nghiên cứu đề tài đó là: Phương pháp định tính,
phương pháp báo cáo thống kê kết quả thực nghiệm và phương pháp xử lý số liệu và biểu
diễn kết quả.
Trong đó phương pháp định tính cho các nội dung điều tra thu thập, phỏng vấn và
phân tích những tài liệu, văn bản pháp lý, phần mềm, các cơng trình khoa học có liên quan
đến vấn đề xây dựng CSDL để tìm thơng tin trả lời cho vấn đề đã đặt ra của đề tài.
Phương pháp báo cáo thống kê kết quả thực nghiệm: thử nghiệm lấy các số liệu
thực tế làm sáng tỏ cơ sở lý thuyết đưa ra.


11
Phương pháp xử lý số liệu và biểu diễn kết quả: Sử dụng phương pháp đánh giá,

biểu đồ, thống kê theo bảng, sử dụng phần mềm Excel, SPSS … và các phần mềm đồ họa
để tổng hợp, phân tích và biểu diễn kết quả nghiên cứu.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã phân tích và khẳng định tính đúng đắn trong việc
đưa ra phương pháp thu thập dữ liệu GIS từ ảnh chụp bằng máy bay không người lái
(UAV) và đề xuất phương pháp cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn dựa trên ảnh UAV
hỗ trợ tham mưu chỉ huy tác chiến phù hợp với mục tiêu đề tài.
Ý nghĩa thực tiễn:

Bằng việc khai thác, ứng dụng công nghệ tin học tiên tiến ứng

dụng cho ngành Trắc địa Bản đồ để cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn hiệu quả, tránh
sai sót và đẩy nhanh tiến độ cập nhât dữ liệu.
Hệ thống bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) cho phép cung cấp
thông tin tư liệu nhanh chóng, cho ra những sản phẩm đa dạng, chính xác.
Với mơ hình bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) này sẽ đặt nền
tảng để phát triển mở rộng thành mơ hình cập nhật hệ thống CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn
trên diện rộng.
7. Lời cảm ơn
Trước hết, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành của tôi đến Tiến sĩ Vũ Huấn – Cục
Bản đồ BTTM, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và cung cấp cho tôi những thông tin
cần thiết để hồn thành luận án tốt nghiệp này.
Tơi cũng bày tỏ lòng biết ơn đến các giảng viên và cán bộ Khoa Trắc địa, Đại học
Mỏ địa chất Hà Nội đã cung cấp cho tôi những kiến thức nâng cao về nghiệp vụ chuyên
môn rất cần thiết và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập tại trường.
Đặc biệt, tôi rất biết ơn lãnh đạo, chỉ huy và bạn bè đồng nghiệp tại Công ty
TNHH MTV Trắc địa Bản đồ, Cục Bản đồ BTTM đã tạo điều kiện, hỗ trợ, cung cấp cho
tôi số liệu quan trọng để thực nghiệm đề tài tốt nghiệp theo kế hoạch.
Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lời cảm ơn đến gia đình tơi, đã ln sát cánh, bên cạnh
tơi, chăm sóc, giúp đỡ và mang lại cho tôi những điều kiện tốt nhất về thời gian, vật chất,

tinh thần để hoàn thành luận án này và kết thúc khóa học Thạc sĩ Bản đồ viễn thám và hệ
TTĐL đúng niên hạn.


12
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TTĐL trên thế giới.
Năm 1964 Canada đã xây dựng Hệ thống TTĐL đầu tiên trên thế giới có tên gọi là
Canadian Geographical Information System. Song song với Canada, tại Mỹ hàng loạt các
trường đại học cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng các Hệ thống TTĐL. Tuy nhiên rất
nhiều hệ thống trong số đó đã khơng tồn tại được bao lâu do khâu thiết kế cồng kềnh và
giá thành quá cao; Các nhà nghiên cứu ở giai đoạn này đã đưa ra những lý luận nhận định
quan trọng về vai trò, chức năng của Hệ thống TTĐL: Hàng loạt loại bản đồ có thể được
số hố và liên kết với nhau tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của
một khu vực, một quốc gia hay một châu lục. Sau đó máy tính được xử dụng để phân tích
các đặc trưng của nguồn tài ngun đó và cung cấp các thơng tin bổ ích, kịp thời cho việc
quy hoạch.
Trong những năm 70 – 80, đứng trước sự gia tăng nhu cầu quản lý nguồn tài nguyên
thiên nhiên và bảo vệ môi trường, nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế đã quan tâm
nhiều hơn đến sự nghiên cứu và phát triển của hệ thống TTĐL Cũng trong khung cảnh đó,
có hàng loạt các yếu tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thống
TTĐL . Các hệ ứng dụng GIS trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường
phát triển mạnh trong thời gian này, điển hình như các hệ LIS (Land Information System),
LRIS (Land Resource Information System), ILWIS (Integrated Land and Water
Information System), … và hàng loạt các sản phẩm thương mại của các hãng, các tổ chức
nghiên cứu phát triển ứng dụng GIS như ESRI, Computerversion, Intergraph, …
Trên thế giới cũng như trong khu vực hiện nay, đã xuất hiện nhiều nhu cầu bức xúc
tổ chức các CSDL toàn cầu hoặc khu vực để giải quyết các vấn đề chung như: môi trường,

lương thực, tài nguyên thiên nhiên, dân số, … Định hướng xây dựng các cơ sở dư liệu
toàn cầu về địa lý, tài nguyên và môi trường đang được các nhà quản lý quan tâm. Việc
xây dựng dữ liệu địa lý và đất đai toàn cầu được xác định trong chương trình Bản đồ Thế
giới (Global Mapping) được bắt đầu từ năm 1996 với nội dung là thành lập hệ thống bản
đồ nền theo tiêu chuẩn thống nhất ở tỷ lệ 1/1.000.000 bao gồm các lớp thông tin liên quan
đến tài nguyên đất. Các nhà khoa học trên thế giới đã dự định tới việc xây dựng một


13
CSDL không gian thống nhất mang tên GSDI (Spatial Data Infrastructure), những nghiên
cứu khả thi về hệ thống CSDL này đã được tiến hành từ năm 1996.
Ở các nước trong khu vực Đơng Nam Á, Liên Hợp Quốc chủ trì chương trình Cơ sở
hạ tầng về TTĐL

Châu Á – Thái bình dương (GIS Infastructure for Asia and the

Pacific) bắt đầu từ năm 1995 tại Malaysia. Với sự hình thành các nhóm nghiên cứu về: hệ
quy chiếu và địa giới hành chính, hệ thống pháp lý, bản đồ nền, chuẩn hố thơng tin, kể từ
năm 1997 chương trình này tập trung nghiên cứu xây dựng hệ quy chiếu - hệ toạ độ khu
vực và CSDL không gian và khu vực.
Năm 2006 Viện địa lý quốc gia Pháp đã nghiên cứu thành cơng tích hợp cơng
nghệ GIS GeoConcept với hệ quản trị CSDL nguồn mở PostGIS/PostgreSQL để quản lý
toàn bộ dữ liệu không gian của nước Pháp với khoảng 30 triệu đối tượng địa lý.
Ở Mỹ sản phẩm nghiên cứu Google Earth của hãng Google là trang thông tin
CSDL địa lý nhằm đáp ứng nhu cầu chủ yếu để phục vụ du lịch và tìm kiếm bất động sản.
Nó đã và đang được hàng tỷ người trên thế giới thường xuyên truy cập. Tuy nhiên thơng
tin có được chỉ ở mức độ khái quát cấp độ các quốc gia, chưa phải là hệ thống GIS hồn
chỉnh và cũng khơng cho phép phân tích khơng gian, chiết suất dữ liệu khi cần. Ưu điểm
của hệ thống là tốc độ tra cứu thông tin vị trí trên Web rất nhanh, giao diện thân thiện, dễ
sử dụng.

Ngày nay, việc sản xuất và cung cấp TTĐL đang đóng góp giá trị rất lớn trong phát
triển kinh tế xã hội và bảo đảm an ninh quốc phòng, và luôn là mục tiêu nghiên cứu chiến
lược của nhiều quốc gia. Người ta quản lý và sử dụng TTĐL dựa trên công nghệ GIS và
hệ thống CSDL địa lý. Sự ra đời và tính đa dạng của các phần mềm GIS xuất phát từ nhu
cầu ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của công nghệ GIS và nhu cầu xử lý
dữ liệu địa lý khác nhau của mỗi quốc gia, mỗi khu vực. Tuy nhiên việc phát triển GIS
không dựa trên các chuẩn về CSDL đã dẫn đến việc chia sẻ TTĐL giữa các GIS rất khó
khăn và việc sử dụng thơng tin bị hạn chế một cách đáng kể.
Trên thế giới đã hình thành Tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO/TC 211 (Technical
Committee 211) với 33 quốc gia tham gia và Hiệp hội GIS mở (OGC - Open GIS
Consosium) nhằm mục đích đưa ra các bộ chuẩn cho TTĐL số. Một số nước như Mỹ,
Canada, Nhật, Nga, Trung Quốc … cũng đã thành lập các Uỷ Ban dữ liệu địa lý quốc gia
để xây dựng cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia phù hợp với chuẩn TTĐL quốc tế.


14
Các Cục Bản đồ của Anh, Pháp, Đức đều đã xây dựng xong CSDL nền địa lý quốc
gia và đang tiếp tục nghiên cứu hồn thiện chuyển đổi CSDL khơng gian từ các hệ thống
GIS hiện có theo chuẩn mới ISO/TC211 của quốc tế và chuẩn riêng của mỗi quốc gia.
Xu thế chung hiện nay của thế giới là nghiên cứu xây dựng các hệ thống GIS theo
hướng môi trường mở, phù hợp với bộ tiêu chuẩn TTĐL số là ISO/TC211 dựa trên mơ
hình cấu trúc dữ liệu quan hệ đối tượng[11].
Nói tóm lại vấn đề xây dựng các CSDL địa lý toàn cầu và khu vực đang là một nhu
cầu lớn đựơc nhiều nước quan tâm nhằm giải quyết các vấn đề mang tính chiến lược phát
triển đối với mỗi quốc gia cũng như trên tồn cầu.
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TTĐL tại Việt Nam.
Việt Nam, cơng nghệ GIS mới chỉ được chú ý trong vịng 10 năm trở lại đây, tuy
nhiên phần lớn mới chỉ dừng lại ở mức xây dựng CSDL cho các dự án nghiên cứu. Một số
phần mềm lớn của GIS như ARCINFO, MAPINFO, MAPPING OFFICE, …đã được sử
dụng ở nhiều nơi để xây dựng lại bản đồ địa hình, địa chính, hiện trạng trên phạm vi toàn

quốc. Sự kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS đã bắt đầu được ứng dụng trong một
số nghiên cứu về nông lâm nghiệp như trong công tác điều tra quy hoạch rừng (Viện Điều
tra Quy hoạch Rừng), công tác điều tra đánh giá và quy hoạch đất nông nghiệp của viện
quy hoạch, thiết kế nơng nghiệp, …
Năm 1998 Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã xây dựng dự
án khả thi xây dựng CSDL quốc gia về tài nguyên đất (bao gồm CSDL địa lý và CSDL đất
đai), mục tiêu của dự án: Nghiên cứu phân tích thiết kế tổng thể hệ thống CSDL quốc gia về
tài nguyên đất và kế hoạch triển khai dài hạn. Theo dự án, trong giai đoạn 2000 – 2010 sẽ tập
trung xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin cho CSDL tài nguyên đất ở trung ương và các tỉnh bao
gồm: Đầu tư từng bước phần cứng phần mềm, đường truyền cho CSDL thành phần; đào tạo
cán bộ tin học; xây dựng chuẩn thông tin thống nhất; xây dựng CSDL thông tin bao gồm hệ
quy chiếu, hệ toạ độ - độ cao Nhà nước, hệ thống địa danh, địa giới hành chính, xây dựng
thơng tin bản đồ nền địa hình các tỷ lệ 1/50.000, 1/100.000 phủ trùm cả nước và tỷ lệ
1/25.000, 1/10.000 các vùng kinh tế trọng điểm; Xây dựng thông tin bản đồ nền địa hình đáy
biển các tỷ lệ từ 1/10.000 đến 1/1.000.000; bản đồ nền địa lý các tỷ lệ nhỏ hơn 1/1.000.000 cả
nước; xây dựng thông tin khơng gian có liên quan khác như bản đồ ảnh hàng không, vũ trụ,
các loại bản đồ địa lý khác; xây dựng CSDL thông tin đất đai đến từng thửa đất ở cấp tỉnh,


15
xây dựng CSDL thông tin hiện trạng sử dụng đất, chất lượng đất, giá đất, quy hoạch sử dụng
đất; xây dựng các phần mềm ứng dụng để khai thác thông tin.
Nhìn chung các hệ thống CSDL địa lý đã từng bước đáp ứng có hiệu quả trong giải
quyết các nhu cầu sử dụng trước mắt của mỗi bộ, ngành, địa phương. Tuy nhiên việc trao
đổi, giao lưu dữ liệu giữa các bộ ngành, giữa các địa phương trong các hệ thống trên đã
gặp khơng ít khó khăn do chưa có chuẩn chung về dữ liệu nền không gian [4]. Việc phát
triển hệ thống GIS một cách tự phát, manh mún trong các bộ ngành, tổ chức đã dẫn đến
một tình trạng đó là việc kế thừa các sản phẩm nói trên cho các hệ thống tổng thể hoặc
cho các ứng dụng đa ngành sẽ khó thực hiện và do đó gây ra sự lãng phí.
Trước thực tế đó, Bộ Tài ngun và Mơi trường hiện đã có nhiều nghiên cứu để

tiến hành xây dựng các chuẩn Quốc gia về dữ liệu nền khơng gian. Đáng chú ý là cơng
trình nghiên cứu về CSDL tích hợp tài ngun mơi trường quốc gia của tác giả Lê Tiến
Vương (2006) và nghiên cứu về chuẩn hóa dữ liệu địa lý của Nguyễn Văn Thắng, Lê
Thanh Hải (2007). Hai tác giả này đã đề xuất xây dựng 9 qui chuẩn về dữ liệu địa lý để áp
dụng thống nhất cho phát triển GIS ở Việt Nam. Kết quả các nghiên cứu này đã giúp cho
Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành “Qui định áp dụng chuẩn TTĐL cơ sở quốc gia”
(2007). Đây là bộ tiêu chuẩn cơ sở ban đầu để các bộ ngành và mọi tổ chức xây dựng phát
triển hệ thống CSDL chuyên đề riêng của mình theo chuẩn TTĐL cơ sở quốc gia [11].
1.3. Sự cần thiết Nghiên cứu khả năng thu thập dữ liệu GIS từ ảnh chụp bằng máy
bay không người lái (UAV) và đề xuất phương pháp cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ
lệ lớn dựa trên ảnh UAV hỗ trợ tham mưu chỉ huy tác chiến.
Trước đây việc cập nhật, chỉnh lý bản đồ cũng như CSDL địa lý gặp nhiều khó
khăn, do tư liệu đầu vào phải mua từ nước ngoài hoặc phải bay chụp ảnh hàng không rất
phức tạp và tốn kém. Từ khi công nghệ bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái
UAV ra đời đã tạo ra bước tiến quan trong trong ngành Trắc địa bản đồ; xây dựng, cập
nhật CSDL nền địa lý nói chung và CSDL địa lý quân sự tỷ lệ lớn nói riêng. Việc cung
cập tư liệu ảnh ở khu vực hẹp cần chỉnh lý được thực hiện nhanh chóng, đơn giản và tiết
kiệm hơn rất nhiều, ít phụ thuộc vào các điều kiện ngoại cảnh khác.
Từ những vấn đề trên, tôi thấy rằng cần thiết phải “Nghiên cứu khả năng thu thập
dữ liệu GIS từ ảnh chụp bằng máy bay không người lái (UAV) và đề xuất phương pháp
cập nhật CSDL GIS quân sự tỷ lệ lớn dựa trên ảnh chụp bằng máy bay không người lái
(UAV) hỗ trợ tham mưu, chỉ huy tác chiến”. là hết sức cần thiết và cấp bách đối với Bộ
Quốc phòng trong giai đoạn trước mắt và lâu dài.


16
Chương 2
CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ NGHIÊN CỨU,
CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS QUÂN SỰ TỶ LỆ LỚN
2.1. Hệ thống thông tin

2.1.1. Khái niệm.
Quan niệm về hệ thống thông tin cịn tuỳ thuộc vào cách nhìn nhận của mỗi người.
Trong mức độ nghiên cứu ở đây, chúng ta có thể nhìn nhận một hệ thống thơng tin là một
mạng các hệ thống thông tin con được tổ chức và phân cấp theo chức năng của các nhu
cầu và các khả năng của tổ chức dựa trên một hệ thống tiên tiến về xử lý dữ liệu để
chuyển giao thông tin trong thời gian thích hợp đáp ứng nhu cầu sử dụng thông tin của các
thành viên trong tổ chức hoạt động. Như các hệ thống khác, để tồn tại trong một tổ chức
hoạt động, mục đích của hệ thống thông tin là xử lý thông tin vào, lưu giữ các tập tin gồm
các dữ kiện liên quan đến các hoạt động của tổ chức, xử lý các dữ kiện và cung cấp các
thông tin, các báo cáo và các dạng thông tin khác nhằm đáp ứng các nhu cầu dùng tin.
Các thành phần của hệ thống thông tin bao gồm các máy móc thiết bị có khả năng
xử lý và truyền dẫn thông tin, các phương tiện dùng để lưu trữ thông tin và các phương
thức thu nhận, xử lý và kết xuất thông tin. Hệ thống thông tin trong một tổ chức có thể bao
gồm nhiều hệ thống con. Một tập hợp cụ thể gồm các thiết bị, các chương trình máy tính,
các tập tin và các thủ tục hợp thành nên một hệ thống thông tin ứng dụng. Vì vậy, trong hệ
thống thơng tin của tổ chức hoạt động có thể có nhiều hệ thống thơng tin ứng dụng. Hệ
thống thông tin trong tổ chức hoạt động sản xuất kinh doanh có thể có các hệ thống thông
tin ứng dụng vào các lĩnh vực khác nhau: tài chính kế tốn, kế hoạch, vật tư, sản xuất, tiêu
thụ, lao động tiền lương v.v... Mơ hình phân cấp hệ thống thơng tin như hình 1.
2.1.2. Các đặc trưng của hệ thống thông tin trong tổ chức hoạt động.
Ứng dụng lý thuyết hệ thống trong việc thiết kế hệ thống thông tin; một hệ thống
được cấu thành bởi nhiều hệ thống con, mỗi khi các hệ con này được nối kết và tương tác
với nhau nó sẽ phục vụ cho mạng liên lạc giữa các lĩnh vực hoạt động khác nhau của tổ
chức. Quan niệm này có thể phù hợp cho mọi tổ chức có qui mơ hoạt động dù nhỏ hay
lớn.


17
Hệ thống thông tin được xây dựng trên nền tảng hệ thống xử lý thơng tin hiện đại
đó là hệ thống máy tính điện tử. Bởi vì trong điều kiện phát triển nhanh chóng của xã hội

hiện nay chỉ có hệ thống máy tính mởi xử lý nổi khối lượng lớn thông tin phong phú và đa
dạng trong thời gian ngắn, tự động tuyển lựa và chuyển giao thông tin cần thiết để đáp
ứng nhanh chóng các nhu cầu dùng tin của các thành viên và trước hết là cho việc lãnh
đạo và quản lý của tổ chức hoạt động.

HỆ THƠNG TIN

Hệ thơng tin phi hình học
(Kế tốn, Quản trị nhân sự, .
.)

Hệ thông tin không gian

Hệ thông tin địa lý (GIS)

Các hệ thống GIS khác
(Kinh tế Xã hội, Dân số . . )

Các hệ thông tin không gian
khác (CAD/CAM . . )

Hệ thơng tin Qn sự

Hình 2.1. Mơ hình phân cấp hệ thống thông tin
Hệ thống thông tin hướng về việc ra quyết định; sự thành công của mọi tổ chức đều
dựa trên các quyết định đúng đắn và đúng thời điểm. Để có được điều này, phải cung cấp
các thơng tin cần thiết, đủ chính xác và kịp thời cho những người có trách nhiệm. Vai trị
cơ bản của hệ thống thông tin là chuyển giao cho từng thành viên những thông tin cần
thiết để xác định và chọn lựa các hành động có thể có để định hướng cho các hoạt động
của mình phù hợp với mục tiêu của tổ chức và để kiểm soát các lãnh vực mà mình chịu

trách nhiệm.
Một đặc trưng rất quan trọng của hệ thống thơng tin đó là một kết cấu hệ thống mềm
dẻo và có khả năng tiến hóa. Đặc thù của xã hội là luôn vận động và phát triển, mọi hoạt
động của bất kỳ tổ chức nào cũng luôn vận động và phát triển. Một hệ thống thông tin rất


18
có thể trở nên lỗi thời nhanh chóng nếu khơng có khả năng thay đổi mềm dẻo và mở rộng
được để phù hợp với sự biến đổi và phát triển của tổ chức hoạt động [7].
2.2. Hệ thống thông tin địa lý
2.2.1. Định nghĩa
Hệ thống TTĐL - Geographical information system ( GIS) là một tổ chức tổng thể
của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được
thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và
hiển thị tồn bộ các dạng dữ liệu địa lý. HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ
liệu trong môi trường không gian địa lý. (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - 1994).
Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: HTTĐL là một hệ thống máy
tính có chức năng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ
họa, từ đó cho mơt khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra
các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các mơ hình (antenucci 1991)
Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho
GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự
đốn tác động và hoạch định chiến lược).
2.2.2. Cấu trúc của HTTĐL
HTTĐL bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: tài liệu khơng gian, người điều
hành, phần cứng, phần mềm (hình 2).

Hình 2.2. Mơ hình tổ chức của HTTĐL
2.2.3. Người điều hành

19
Vì HTTĐL là một hệ thống tổng hợp của nhiều cơng việc kỹ thuật, do đó địi hỏi
người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Người điều
hành là một phần không thể thiếu được của HTTĐL. Hơn nữa sự phát triển không ngừng
của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo
2.2.4. Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi)
Phần cứng của một HTTĐL bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tâm (CPU),
thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu.
2.2.5. Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý HTTĐL yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự động
hoá bản đồ và quản lý CSDL. Sự phát triển kỹ thuật HTTĐL hiện đại liên quan đến sự
phát triển của hai hợp phần này.
2.2.6. Dữ liệu.
Bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian, được thu thập, lưu trữ theo
một cấu trúc chuẩn, có thể liên thơng trên mạng và được bảo quản theo một chế độ nhất
định. Tại đây, có những bài tốn đặt ra như mơ hình CSDL phục vụ các yêu cầu lưu trữ,
truy xuất, hiển thị, công nghệ nhập dữ liệu, phân quyền sử dụng dữ liệu, an ninh dữ liệu
trên mạng, tổ chức CSDL phân tán hay tập trung, v.v... CSDL là một thành phần quan
trọng trong các hệ thống TTĐL phục vụ quản lý hành chánh nhà nước. Trong hệ thống
này, dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệïu phi không gian với dung lượng rất
lớn, cần được cập nhật thường xuyên, phải được tổ chức lưu trữ theo một mơ hình CSDL
được thiết kế phục vụ cho công tác lưu trữ, quản lý, truy vấn và hiển thị dữ liệu. Ở đây,
giá trị của dữ liệu cũng cần được xác lập dữ liệu trong hệ thống TTĐL phục vụ quản lý
hành chánh nhà nước là một loại tài nguyên quốc gia, trong đó có những loại dữ liệu phổ
biến, những loại dữ liệu chia sẻ có điều kiện và những loại dữ liệu không thể chia sẻ theo
qui định bảo mật của nhà nước. Dữ liệu trong một hệ thống TTĐL bao gồm dữ liệu không
gian, dữ liệu phi không gian liên kết nhau có thể được quản lý trên mạng theo mơ hình tập
trung hay phi tập trung. CSDL của hệ thống TTĐL bao gồm hai phần chính là CSDL nền
và CSDL chuyên ngành.

2.2.6.1. Cơ sở dữ liệu nền
CSDL nền bao gồm những lớp dữ liệu mà hệ thống TTĐL chuyên ngành nào cũng


20
sử dụng như dữ liệu về lưới tọa độ (tọa độ địa lý, tọa độ quốc gia), dữ liệu về giao thông,
dữ liệu về thủy văn, dữ liệu về độ cao, dữ liệu về hành chánh, dữ liệu về giải thửa, v.v...
Các hệ thống TTĐL phục vụ quản lý đã phát triển lần lượt từ những nhóm chuyên
ngành tài nguyên thiên nhiên, môi trường, cơ sở kỹ thuật hạ tầng, sử dụng đất đai, kinh tế
xã hội. Tiến trình phát triển này đã cho thấy qui luật phát triển của hệ thống từ những dữ
liệu liên quan nhiều với đất đai, ít liên quan với con người tiến dần đến những loại dữ liệu
liên quan nhiều với con người, ít liên quan với đất đai.
Ngày nay với sự phát triển nhanh của ngành CNTT, tiến trình phát triển các hệ
thống TTĐL phục vụ quản lý không thể diễn ra tuần tự mà các hệ thống cần phải được
tiến hành song song. Để làm được việc này, hệ CSDL GIS có thể được thiết kế thành 2
phần: hệ CSDL nền GIS và các hệ CSDL GIS chuyên ngành.
CSDL nền GIS bao gồm những dữ liệu mà các hệ thống TTĐL trong cùng một địa
bàn (vùng quản lý) đều cần đến và có thể sử dụng chung. Như vậy, tập dữ liệu nền GIS
của hệ thống TTĐL là phần giao của các tập dữ liệu chuyên ngành trong cùng hệ thống.
Trong hệ thống TTĐL phục vụ quản lý địa phương, CSDL nền GIS cịn là mơi
trường trao đổi dữ liệu, tạo điều kiện chia xẻ tài nguyên dữ liệu giữa các chuyên ngành.
Mặc khác, việc thành lập CSDL nền GIS cịn góp phần tiết kiệm ngân sách một cách đáng
kể vì các ngành, các cấp có thể sử dụng chung một nguồn tài nguyên dữ liệu của CSDL
nền.
Sau khi CSDL nền GIS được xây dựng một cách chuẩn mực, các hệ CSDL GIS
chun ngành có thể phát triển độc lập mà khơng cần theo trình tự truyền thống của các
nhóm chun ngành tài nguyên thiên nhiên, môi trường, hạ tầng kỹ thuật, địa chánh, kinh
tế xã hội như trong trình tự phát triển các hệ thống TTĐL trước đây.
CSDL nền trong hệ thống TTĐL phục vụ quản lý hành chính cấp tỉnh gồm các dữ
liệu cơ bản như:

- Hệ tọa độ địa lý theo hệ tọa độ chuẩn quốc gia là hệ VN-2000
- Hệ cao độ gồm bình độ và điểm độ cao được biểu diễn theo dạng đường, vùng,
điểm.


21
- Hệ giao thông gồm các loại đường giao thông biểu diễn dạng đường, vùng, điểm.
- Hệ thủy văn gồm các loại sông, suối, hồ, biểu diễn dạng đường, vùng.
- Hệ nhà gồm nhà, đất biểu diễn dạng vùng và topology.
- Hệ hành chánh gồm tỉnh, huyện/ quận, xã/phường được biểu diễn dạng đường,
vùng và topology.
2.2.6.2. CSDL chuyên ngành
Bao gồm dữ liệu của các yếu tố chuyên ngành được biểu diễn theo mơ hình dữ liệu
khơng gian và phi khơng gian liên kết. Có thể có CSDL của các chuyên ngành như tài
nguyên thiên nhiên, môi trường, sử dụng đất, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, các chuyên ngành
kinh tế xã hội. Khi thiết kế CSDL chuyên ngành cần chú ý đến những quan hệ giữa các
yếu tố đơn tính trong một chuyên ngành đồng thời những quan hệ của các yếu tố giữa các
ngành với nhau. Đối với mỗi chuyên ngành, tùy theo mục tiêu của hệ thống TTĐL, những
qui trình xây dựng CSDL được thiết kế khác nhau.
2.2.6.3. Cơ sở dữ liệu không gian
CSDL không gian là CSDL có chứa trong nó những thơng tin về định vị của đối
tượng có kích thước vật lý nhất định hay có một khơng gian nhất định.
Nếu là những cơ sở dữ liệu khơng gian địa lý thì đó là những dữ liệu phản ánh
những đối tượng có mặt ở trên hoắc ở bên trong bề mặt vỏ quả đất
Từ góc độ cơng nghệ TTĐL, đó là những yếu tố địa lý, địa chất được phản ánh trên
bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất định. Tuy nhiên cơ sở dữ liệu không gian
đơn thuần là sự mô tả giống như địa chỉ của một khu dân cư mà chúng ta nên hiểu rằng
địa chỉ đó chỉ mơ tả một khu dân cư còn bản thân khu dân cư đó mới chính là một cơ sở
dữ liệu khơng gian.
Dữ liệu khơng gian có 3 dạng cơ bản: điểm, đường và vùng (polygon).

Các đối tượng như các kiểu đất, cảnh quan là cơ sở dữ liệu không gian polygon
Sông, đường giao thông là những dữ liệu dạng đường. Các điểm mốc trắc địa, điểm của
các giêng khoan là những cơ sở dạng điểm


22
- Vị trí của đối tượng
Trong khi đo vẽ, chúng ta luôn luôn phải trả lời câu hỏi cái này ở đâu, vị trí của nó ở chỗ
nào trên bản đồ? Thật vậy, việc xây dựng vị trí các đối tượng là hết sức cần thiết. Chẳng
hạn như đo vẽ bản đồ chuyên ngành ở nước ta từ trước đến nay luôn phải triển khai dựa
trên một bản đồ topo nào đó. Song thực tế cho thấy độ chính xác của bản đồ đó khơng đáp
ứng đủ cho cơng việc vẽ bản đồ chuyên ngành nhất là tỷ lệ trung bình và lớn.
- Đặc trưng của đới tượng
Đây chính là mơ tả thuộc tính của đối tượng và máy tính có thể hiểu được nhờ việc mã
hóa chúng theo các mức dữ liệu và bằng các giá trị số khác nhau.
- Mối quan hệ giữa các đối tượng.
Các đối tượng trong nghiên cứu chuyên ngành luôn luôn được so sánh với nhau để tìm ra
mối liên quan, ảnh hưởng giữa chúng. Đó là mối tương quan hình học topology. Đây là
một yếu tố rất quan trọng và có thể nói là một yếu tố then chốt trong công nghệ TTĐL.
Đây là sự khác biệt cơ bản giữa hệ thông tin địa lý hiện đại và các hệ xử lý đồ thị khác.
2.2.6.4. Cơ sở dữ liệu thuộc tính
Cơ sở dữ liệu thuộc tính là cơ sở
dữ liệu phản ánh tính chất của các đối
tượng khác nhau và không nhất thiết
phải mang nặng tính địa lý. Ví dụ, các
thơng tin về chủ đất, chất lượng, thể
loại đất . . . là những dữ liệu thuộc tính

Các dữ liệu địa lý
Dữ liệu khơng gian

Tọa
độ
x,y

Vị trí
tương quan
(topology)

Dữ liệu thuộc tính
b
i
c
n

l
ơ
p

Gi
á
trị

tên

(hình 4) [3].
Hình 2.3. Mơ hình tổ chức của HTTĐL
2.2.7. Các mơ hình cấu trúc CSDL
2.2.7.1. Khái quát chung
Tư liệu (data) được hiểu như những sự hiện diện đã được kiểm tra về thế giới thực
(Graeme F Borinam Carter). Thông tin là tư liệu được tổ chức theo những mẫu thể hiện

nhằm dễ dàng tìm kiếm và khai thác.


23
Tư liệu khơng gian phải được trình bày và lưu trữ một cách riêng biệt trong những
không gian của HTTĐL. Ví dụ: đường, điểm, vùng, bề mặt … phải được lưu trữ độc lập
cùng các thuộc tính của chúng tạo thành những file dữ liệu không gian hoặc phi không
gian.
CSDL là tồn bộ những thơng tin cần thiết về đối tượng được lưu giữ dưới dạng số.
CSDL có thể là không gian hoặc phi không gian. Hệ thống quản lý CSDL (Database
management System - DBMS) là tập hợp một số chức năng của phần mềm để lưu giữ, bổ
sung và thể hiện dữ liệu . Các hệ thống quản lý CSDL phi không gian hoặc không gian
thường tách biệt nhau. Cũng có một số phần mềm tổ chức kết hợp để quản lý cả hai dạng
dữ liệu hoặc cung cấp khả năng liên kết với các phần mềm CSDL khác.
Cấu trúc dữ liệu không gian là sự tổ chức tư liệu không gian dưới một khuôn dạng
phù hợp với máy tính. Cấu trúc của dữ liệu phải được tổ chức để có sự liên hệ giữa các mơ
hình dữ liệu và các khuôn dạng (format) dữ liệu. Thực tế, giữa khái niệm mơ hình và cấu
trúc dữ liệu ít có sự phân biệt. Tuy nhiên khái niệm mơ hình được sử dụng ở phạm vi
nguyên lý từ khái quát đến cụ thể, cịn cấu trúc là khái niệm mang tính chất kỹ thuật và
minh hoạ một cách hệ thống về bản chất và sự liên hệ giữa các thành phần của CSDL.
Cấu trúc của dữ liệu Raster được sử dụng rộng rãi trong hệ xử lý ảnh và xử lý
TTDL - raster, còn cấu trúc của dữ liệu vertor được sử dụng nhiều trong các hệ CAD
(Computer Aided Decizion - Máy tính thiết kế trợ giúp), hoặc trong HTTĐL vertor với
những khả năng mạnh về bản đồ. Trong thực tế áp dụng nhiều HTTD có cả hai hệ thống
cấu trúc dạng Raster và Vertor để có thể sử dụng một cách linh hoạt và giao diện với nhau
để đáp ứng cho những nhiệm vụ cần giải quyết. Những sự giao diện đó được thể hiện cụ
thể với việc xử lý một hệ thống dữ liệu mẫu điểm là: có bảng thuộc tính về tính chất và
toạ độ các điểm, có khả năng nội suy thuộc tính mẫu thành các file Raster; có khả năng
tạo file vertor và contour của các trường thuộc tính đã được nội suy; có khả năng tạo các
mặt phẳng hình học và các mơ hình khơng gian với dữ liệu Raster hoặc Vertor. Tuy nhiên

do không phải là những HTTĐL chuyên đề mà các HTTĐL tổng hợp thường có một số ưu
thế và những hạn chế nhất định.
2.2.7.2. Cấu trúc dữ liệu Raster
Raster được hiểu là ơ hình vng có kích thước nhất định gọi là cell hoặc pixell
(picture element), cấu trúc Raster là cấu trúc hình ảnh. Mỗi ơ vng có chứa thơng tin về


24
một đối tượng hay một sự hợp phần của đối tượng. Vị trí của đối tượng được xác định bởi
vị trí của các ơ vuong theo trật tự hàng và cột. Cấu trúc dữ liệu Raster đơn giản nhất là cấu
trúc dạng bảng, ở đó có chứa các thơng tin về toạ độ và thuộc tính phi khơng gian. Thơng
tin về vị trí được thể hiện ở toạ độ theo hàng và cột, tính theo trật tự sắp xếp của dữ liệu.
Trường hợp có nhiều tính chất thì có thể gọi là thơng tin nhiều chiều. Bảng thuộc tính hai
chiều của đối tượng được gọi là bảng một chiều hay cịn gọi là bảng thuộc tính Raster mở
rộng (expanded Raster table). Cấu trúc Raster đầy đủ là cấu trúc có đầy đủ số lượng các
pixell sắp xếp theo những vị trí xác định. Cấu trúc Raster rất tiện lợicho việc áp dụng các
chức nằng xử lý không gian dựa trên nguyên tắc chồng xếp thông tin nhiều lớp. Các đặc
điểm khơng gian là có thơng tin về địa lý, nghĩa là chúng có thể được trình bày trên bất cứ
một bản đồ nào của một hệ toạ độ đã biết. Cấu trúc Raster yêu cầu mỗi một đặc điểm phải
được trình bày thành dạng đơn vị hình ảnh (picture elemarts pixel). Trong trường hợp này
một bản đồ được phân chia thành nhiều pixels, mỗi pixel có vị trí theo hàng và cột. Một
điểm nhỏ nhất được trình bày bởi một pixel đơn lẻ và nó chiếm một diện tích bằng kích
thước của một pixel.

Hình 2.4. Một đường có thể tổ chức trong cấu trúc Vector (A) và Raster (B)
Một đường trong cấu trúc Raster là một loạt các pixel nối với nhau và một polygon
là một đám (cluster) của các pixel có cùng một giá trị. Sau đây là những ưu điểm cơ bản
của cấu trúc Raster:
• Đơn giản và dễ tham khảo
• Việc chồng xếp các lớp bản đồ được thực hiện một cách thuận tiện đưa đến kết

quả.


25
• Đối với mơ hình khơng gian, các đơn vị địa lý được xác định trong cấu trúc
Raster, bao gồm hình dạng và kích thước. Như vậy trong kết quả mối quan hệ giữa các
pixel là ổn định và dễ dàng vẽ ra được.
• Dễ thiết lập một bề mặt liên tục bằng phương pháp nội suy.
• Đa số các tư liệu không gian thường được ghi ở dạng Raster như ảnh vệ tinh, ảnh
máy bay chụp quét. Thông thường các tư liệu Raster đó dẽ dàng nhập trực tiếp mà không
cần một sự thay đổi nào.
Những nhược điểm của cấu trúc dữ liệu Raster:
• Tài liệu thường bị tình trạng quá tải, làm tốn nhiều phần của bộ nhớ trong máy
tính. Trong rất nhiều trường hợp, các yếu tố bản đồ khơng nhất thiết phải được gắn thuộc
tính (code hố) thành các ơ lưới đặc trưng. Trong cấu trúc dữ liệu Raster, những vùng rất
rộng lớn có đặc điểm giống nhau được tồn tại một cách ngẫu nhiên với một giá trị nào đó
và là tập hợp của rất nhiều ơ lưới. Trong khi đó khi thể hiện về độ dốc thì ở vùng có độ
dốc tương đối giống nhau, cấu trúc raster vẫn thể hiện sự khác nhau do kích thước của các
pixel tạo nên đường gồ ghề.
• Mối quan hệ về hình học giữa các yếu tố khơng gian thì khó vẽ và khó thiết lập
được, ví dụ với hai bản đồ được xác định bằng hàng, cột thì mối liên hệ hình học giữa các
đặc điểm của hai bản đồ đó là rất khó xác định.
• Các bản đồ Raster thường thô và kém vẻ đẹp hơn so với bản đồ vẽ bằng đường
nét thanh của cấu trúc Vector. Trong bản đồ Raster, các yếu tố đường, sông, … ranh giới
thường được biểu hiện bằng các pixel nên có dạng răng cưa.
• Việc chuyển đổi các thuộc tính khơng gian của cấu trúc Raster thì dễ bị nhiễu. Ví
dụ một con đường khi quay đi một góc nào đó rồi quay lại đúng
góc đó nhưng nó có thể bị biến đổi so với hình dạng ban đầu.
• Đối với phân tích khơng gian, hạn chế nhất của cấu trúc Raster là độ chính xác
thường thấp so với mong muốn (ví dụ khi tính độ day của một đoạn thẳng sai số thường

lớn hơn so với đo trực tiếp). Đây là điều khó tránh khỏi vì kích thước tính được liên quan
đến kích thước của các pixel và vị trí của một đoạn thẳng hay của một điểm cũng được
xác định tuỳ thuộc kích thước của pixel.Đây cũng là một điểm cần lưu ý trong khi thể hiện
bản đồ dạng Raster (
hình ...... )