Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ dẫn đường trong quân sự với sự hỗ trợ của một số loại máy gps cầm tay
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.3 MB, 106 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
MAI PHÚ NHÂN
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH
PHỤC VỤ DẪN ĐƯỜNG TRONG QUÂN SỰ VỚI SỰ
HỖ TRỢ CỦA MỘT SỐ LOẠI MÁY GPS CẦM TAY
Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa
Mã số
: 60.52.85
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Đặng Nam Chinh
TS Nguyễn Đình Thành
HÀ NỘI - 2010
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 văn là trung thực,
chưa từng được công bố trong bất cứ cơng trình nào trước đây.
Tác giả luận văn
Mai Phú Nhân
3
Mục lục
Lời cam đoan...................................................................................................... 2
Mục lục .............................................................................................................. 3
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt...................................................................... 5
Danh mục các bảng............................................................................................. 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .............................................................................. 8
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 9
Chương 1 VAI TRỊ CỦA CSDL ĐỊA HÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
CẦM TAY TRONG CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA LỰC LƯỢNG VŨ TRANG .. 12
1.1. Tổng quan về cơ sở dữ liệu địa hình ....................................................... 12
1.1.1. Cơ sở dữ liệu....................................................................................... 12
1.1.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu và hệ thống cơ sở dữ liệu .............................. 12
1.1.3. Cơ sở dữ liệu địa hình.......................................................................... 13
1.1.4. Các phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu địa hình ............................... 15
1.2. Giới thiệu về tính năng kỹ thuật của một số máy GPS cầm tay................ 24
1.2.1. Máy GPS cầm tay do hãng Garmin sản xuất........................................ 24
1.2.2. Máy GPS cầm tay do hãng Magellan sản xuất ..................................... 25
1.2.3. Máy GPS cầm tay do hãng Trimble sản xuất ....................................... 25
1.3. Dữ liệu địa hình và thu thập dữ liệu địa hình phục vụ quân đội ............... 26
1.3.1. Hiện trạng về tư liệu địa hình trong quân đội........................................ 26
1.3.2. Cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1/50.000.................................................... 28
1.3.3. Cơ sở dữ liệu mạng giao thông vận tải quân sự .................................... 33
1.3.4. Công tác thu thập dữ liệu địa hình trong quân đội ................................ 34
1.4. Công tác định vị dẫn đường trong quân đội............................................. 35
1.4.1. Những phương pháp dẫn đường phổ biến ............................................ 36
1.4.2. Yêu cầu của cơng tác dẫn đường trong ngành địa hình quân sự ............ 37
1.4.3. Thực trạng công tác dẫn đường trong ngành địa hình quân sự .............. 38
Chương 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH CHO MỘT SỐ MÁY
GPS CẦM TAY ............................................................................................... 40
2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ dẫn đường............................... 40
2.1.1. Yêu cầu khi xây dựng CSDL địa hình phục vụ dẫn đường ................... 40
4
2.1.2. Phương pháp xây dựng CSDL địa hình phục vụ dẫn đường ................. 40
2.2. Cài đặt CSDL địa hình cho một số loại máy GPS cầm tay ...................... 42
2.2.1. Giải pháp tạo bản đồ cho máy GPS của hãng Magellan........................ 42
2.2.2. Giải pháp tạo bản đồ cho máy GPS của hãng Garmin .......................... 48
2.2.3. Giải pháp tạo bản đồ cho máy GPS của hãng Trimble.......................... 51
2.3. Phương pháp thu thập và xử lí số liệu từ máy GPS cầm tay..................... 65
2.3.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ................................................................... 65
2.3.2. Chuẩn bị nội nghiệp ............................................................................ 66
2.3.3. Thu thập thông tin ngoại nghiệp .......................................................... 66
2.3.4. Xử lí số liệu nội nghiệp ....................................................................... 68
Chương 3 ỨNG DỤNG MÁY GPS CẦM TAY VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA
HÌNH VÀO CƠNG TÁC DẪN ĐƯỜNG VÀ THU THẬP THÔNG TIN
NGOẠI NGHIỆP ............................................................................................ 70
3.1. Ứng dụng máy GPS cầm tay và CSDL địa hình vào cơng tác dẫn đường 70
3.1.1. Kết quả nghiên cứu tính năng dẫn đường của các máy GPS cầm tay .... 70
3.1.2. Kết quả nghiên cứu các phần mềm ...................................................... 71
3.1.3. Kết quả nghiên cứu chuẩn dữ liệu thời gian thực.................................. 73
3.1.4. Công tác thực nghiệm ngoại nghiệp..................................................... 76
3.2. Ứng dụng máy GPS cầm tay thu thập thông tin ngoại nghiệp phục vụ xây
dựng CSDL Mạng giao thông vận tải quân sự trên địa bàn quân khu 4 ........ 78
3.2.1. Nội dung thực hiện.............................................................................. 78
3.2.2. Yêu cầu kỹ thuật ................................................................................. 79
3.2.3. Lộ trình khảo sát trên địa bàn quân khu 4............................................. 80
3.2.4. Kết quả thực hiện ................................................................................ 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 89
Phụ lục 1: Cấu trúc thư viện dữ liệu GIS_GTVTQS ...................................... 91
Phụ lục 2: Trích dẫn kết quả mạng giao thông vận tải quân sự trên địa bàn
quân khu 4 ................................................................................................. 100
5
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
CSDL
Cơ sở dữ liệu.
CSDL bản đồ
Là cơ sở dữ liệu lưu giữ, tổ chức các dữ liệu bản đồ địa
địa hình
hình dạng số.
CSDL địa hình
Là viết tắt của cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình.
CSDL địa lý
Là cơ sở dữ liệu được xây dựng từ đối tượng địa lý theo
các qui chuẩn.
ArcSDE GDB
ArcSDE Geodatabase là CSDL không gian địa lý dạng quan
hệ đa người dùng có khả năng lưu trữ dữ liệu địa lý lớn, có sử
dụng các hệ quản trị quản trị CSDL như Oracle 10g hay SQL
Server.
BIL
Band Interleaved by line: Định dạng chuẩn tệp mơ hình số của
Mỹ dạng ASCII
CAD
Computer Aided Design: Máy tính trợ giúp thiết kế
DGN
Định dạng tệp đồ họa của phần mềm MicroStation.
ECW
Định dạng tệp nén ảnh: giải pháp giảm dung lượng các tệp ảnh
lớn mà vẫn bảo tồn thơng tin và độ nét hình ảnh.
GIS
Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý.
GPS
Global Positioning System: Hệ thống định vị tồn cầu.
HTML
HyperText Markup Language: Ngơn ngữ đánh dấu siêu
văn bản được dùng để thiết kế các trang Web.
ISO
International Standard Organization – Tổ chức tiêu chuẩn
hóa quốc tế.
Metadata
Siêu dữ liệu hay là thông tin về dữ liệu.
OGC
Open GIS Consortium – Hiệp hội GIS mở, một tổ chức bao
gồm các công ty, các trường đại học, các viện nghiên cứu
6
lập ra để cùng thiết lập các chuẩn phục vụ trao đổi dữ liệu
địa lý.
PC
Personal Computer: Máy tính cá nhân.
Samcom_Ver2.0 Phần mềm số hố và chuẩn hóa dữ liệu phiên bản 2.0 của
Công ty Trắc địa Bản đồ - Bộ Quốc phịng.
SHP
Chuẩn khn dạng tệp đồ họa trong phần mềm ArcGIS.
SQL
Structured Query Language: Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc
được dùng để truy cập CSDL.
Topology
Thuật ngữ được sử dụng để chỉ mối quan hệ không gian
giữa các đối tượng địa lý.
XML
Extensible Markup Language: Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng
để xây dựng các trang HTML.
7
Danh mục các bảng
Bảng 3.1: Một số loại bản tin NMEA phổ biến.................................................. 75
8
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình theo mơ hình tệp ................ 16
Hình 1.2. Mơ hình kiến trúc CSDL với hệ quản trị PostGIS/PostgreSQL........... 18
Hình 1.3. Các module phần mềm trong ArcGIS ................................................ 19
Hình 1.4. Kiến trúc hạ tầng của ArcGIS ............................................................ 20
Hình 1.5. Cấu trúc của ArcObjects
Hình 1.6. Kết nối ArcGIS với dịch vụ Web ......................................................... 21
Hình 1.7. Mơ hình truy xuất dữ liệu qua Internet ............................................... 22
Hình 1.8. Mơ phỏng địa hình 3D trên nền bản đồ địa hình và trực ảnh ............... 29
Hình 1.9. Mơ phỏng vùng phủ sóng trên nền bản đồ địa hình ............................ 30
Hình 1.10. Tính tốn độ dốc theo mặt cắt địa hình............................................. 30
Hình 1.11. Mơ hình xây dựng hệ thống CSDL trong ArcGIS ............................ 32
Hình 2.1. Quy trình tạo bản đồ trong máy eXplorist500..................................... 43
Hình 2.2. Tạo nhóm, lớp và phân dữ liệu vào các lớp ........................................ 45
Hình 2.3. Chọn nhóm, lớp và hiển thị dữ liệu bản đồ ......................................... 45
Hình 2.4. Chọn vùng xuất bản đồ và chuyển vào máy GPS ............................... 46
Hình 2.5. Hiển thị dữ liệu DEM trong MobileMapper Office............................. 47
Hình 2.6. Bản đồ hiển thị trong máy eXplorist500............................................. 48
Hình 2.7. Quy trình tạo bản đồ trong máy eTrex Legend HCx ........................... 49
Hình 2.8. Bản đồ hiển thị trong máy eTrex Legend HCx ................................... 50
Hình 2.9. Các dữ liệu bản đồ, ảnh vệ tinh, GIS được hiển thị trong TerraSync ... 53
Hình 2.10. Xem các thơng tin về đối tượng (điểm, đường)................................. 54
Hình 2.11. Màn hình dẫn đường........................................................................ 55
Hình 2.12. Quy trình tạo bản đồ trong máy GPS của hãng Trimble sử dụng phần
mềm OziExplorerCE ........................................................................................ 60
Hình 2.13. Chuyển bản đồ vào trong máy GPS Juno ......................................... 61
Hình 2.14. Dữ liệu bản đồ, ảnh vệ tinh, GIS được hiển thị trong ArcPad............ 64
Hình 2.15. Cơ sở dữ liệu hiển thị trong máy GeoexploreXT .............................. 64
Hình 3.1. Kết quả định vị dẫn đường bằng máy GPS cầm tay............................ 77
Hình 3.2. Một số hình ảnh dẫn đường trong máy GPS cầm tay.......................... 78
Hình 3.3. Trường thuộc tính tỉnh lộ và cầu tỉnh lộ trong thư viện dữ liệu............ 83
Hình 3.4. Kết quả chỉnh lý giao thông trên địa bàn quân khu 4........................... 84
Hình 3.5. Hiển thị thơng tin đối tượng trong CSDL ........................................... 85
9
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thực tế của công tác huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu (HL&SSCĐ)
trong lực lượng vũ trang (LLVT), trong hoạt động của nền kinh tế, cũng như
trong đời sống hàng ngày cho thấy, dẫn đường ln là một nhiệm vụ có ý
nghĩa quan trọng. Mục đích của cơng tác dẫn đường là đưa đối tượng được
dẫn đường tới vị trí đã định trong khoảng thời gian ngắn nhất, tránh những
chướng ngại trên đường di chuyển, chủ động lựa chọn tuyến di chuyển cho
phù hợp. Từ đó, ta có thể xây dựng các ứng dụng, dẫn xuất trực tiếp từ các kết
quả dẫn đường nói trên. Ngày nay, người ta sử dụng cơng nghệ định vị vệ tinh
GPS, kết hợp với bản đồ số để xây dựng một công cụ định vị và dẫn đường
mạnh và hiệu quả. Điều này được thể hiện ở độ chính xác, tính ổn định, sự
nhanh chóng, tiện lợi, hiệu quả, tính liên tục và độc lập đối với các yếu tố
ngoại cảnh (thời tiết, con người, vị trí địa lý và thời gian, thời điểm tác
nghiệp). Để hỗ trợ cho công tác này Cục Bản đồ/BTTM đã và đang đầu tư
trang bị cho toàn quân các loại máy GPS cầm tay với các tính năng kỹ thuật
hiện đại, dễ sử dụng. Các loại máy này đã chứng tỏ tính ưu việt và hiệu quả
trong cơng tác định vị, đo đạc và thu thập thông tin địa lý, bên cạnh đó tính
năng dẫn đường mới chỉ được khai thác một phần. Nguyên nhân chủ yếu hạn
chế khai thác sử dụng tính năng dẫn đường là chưa xây dựng được hệ thống
cơ sở dữ liệu địa hình trong các máy GPS cầm tay.
Do vậy , Đề tài “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ
dẫn đường trong quân sự với sự hỗ trợ của một số loại máy GPS cầm tay” là
hết sức cần thiết và cấp bách đối với ngành địa hình quân sự trong giai đoạn
hiện nay.
10
2. Mục tiêu nghiên cứu
Khai thác tính năng kỹ thuật; xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình cho một
số loại máy GPS cầm tay đang được trang bị cho các đơn vị trong tồn qn
phục vụ cơng tác định vị dẫn đường và thu thập thông tin địa lý trong lực
lượng vũ trang.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là tổ chức và xây dựng CSDL địa hình cho một
số loại máy GPS cầm tay, gồm có các dữ liệu bản đồ số và các dữ liệu số kèm
theo như ảnh hàng không, ảnh vệ tinh số, mơ hình số địa hình DTM do qn
đội quản lý; các phương pháp cài đặt CSDL vào máy GPS cầm tay; thu thập,
cập nhật thông tin địa lý.
Phạm vi nghiên cứu bao gồm các vấn đề liên quan đến lý thuyết về
CSDL, khai thác dữ liệu; xây dựng mơ hình khn mẫu để qui nạp các dữ liệu
địa hình vào máy GPS cầm tay.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu, khai thác tính năng kỹ thuật của một số loại máy GPS
cầm tay được trang bị trong quân đội;
- Lựa chọn giải pháp cài đặt CSDL địa hình cho một số loại máy GPS
cầm tay.
- Khai thác ứng dụng CSDL địa hình và máy GPS cầm tay phục vụ công
tác định vị dẫn đường và thu thập thông tin địa lý trong lực lượng vũ trang.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin, tư
liệu, tài liệu liên quan.
- Phương pháp phân tích logic: Nghiên cứu, khác thác và ứng dụng tính
năng kỹ thuật của máy GPS phục vụ công tác định vị dẫn đường.
- Phương pháp chuẩn hóa dữ liệu.
11
- Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện nhiệm vụ quốc phòng thường
xuyên tại thực địa.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Góp phần cập nhật, bổ sung, chuẩn hóa cơ sở dữ
liệu địa hình phục vụ công tác tham mưu và bảo đảm tư liệu địa hình trong
quân đội trong giai đoạn hiện nay.
- Ý nghĩa thực tiễn: Tận dụng những trang thiết bị, phần mềm, số liệu
hiện có của ngành để giải quyết tốt bài toán nghiên cứu, khai thác và ứng
dụng chức năng dẫn đường của các máy GPS phục vụ cho nhu cầu định vị
dẫn đường và thu thập thông tin địa lý trong trong lực lượng vũ trang.
7. Các kết quả đạt được của đề tài
- Tổng quan về cơ sở khoa học xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ
định vị dẫn đường trong quân đội.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ định vị dẫn đường trên cơ sở
hệ thống tư liệu số do quân đội quản lý.
- Đưa ra các phương pháp cài đặt CSDL vào máy GPS cầm tay hiện
đang được trang bị trong quân đội.
- Đề xuất quy trình thu thập, bổ sung, cập nhật thông tin ngoại nghiệp
phục vụ chỉnh lý bản đồ và các mục đích quân sự.
8. Cấu trúc và khối lượng của luận văn
Mở đầu
Chương 1: Vai trị của CSDL địa hình và thiết bị vệ tinh cầm tay trong các
hoạt động của lực lượng vũ trang
Chương 2 : Xây dựng CSDL địa hình cho một số máy GPS cầm tay
Chương 3 : Ứng dụng máy GPS cầm tay và CSDL địa hình vào cơng tác dẫn
đường và thu thập thông tin ngoại nghiệp
Kết luận và kiến nghị
12
Chương 1
VAI TRỊ CỦA CSDL ĐỊA HÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
CẦM TAY TRONG CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA LỰC LƯỢNG VŨ TRANG
1.1. Tổng quan về cơ sở dữ liệu địa hình
1.1.1. Cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một trong những lĩnh vực được tập trung
nghiên cứu và phát triển của công nghệ thông tin, nhằm giải quyết các bài
tốn quản lý, tìm kiếm thơng tin trong những hệ thống lớn, đa dạng, phức tạp
cho nhiều người sử dụng trên máy tính điện tử. Cùng với sự ứng dụng mạnh
mẽ công nghệ thông tin vào đời sống xã hội, kinh tế, quốc phòng... việc
nghiên cứu CSDL đã và đang phát triển ngày càng phong phú và hồn thiện.
Có thể định nghĩa CSDL như sau: Cơ sở dữ liệu là tập hợp dữ liệu, liên
quan logic đến một chủ đề hay một cơng việc nào đó, được lưu trữ trong một
tổ chức có cấu trúc, sao cho mối quan hệ vốn có giữa các khoản mục hoặc
các bộ dữ liệu khác nhau, có thể sử dụng được nhờ phần mềm quản trị CSDL
(hệ quản trị CSDL).
Trong GIS khái niệm CSDL có thể hiểu là một tập hợp các dữ liệu ở
dạng vector, raster, bảng số liệu, văn bản, hình ảnh, âm thanh, đoạn phim
được lưu giữ theo khn dạng nhất định, có cấu trúc chuẩn sao cho các phần
mềm máy tính có thể đọc, xử lý phân tích các bài tốn chun đề có mức độ
phức tạp khác nhau.
Ưu điểm mà CSDL mang lại là tối thiểu hóa dư thừa dữ liệu, đảm bảo
tính nhất qn và toàn vẹn dữ liệu, truy xuất dữ liệu theo nhiều cách khác
nhau, nâng cao chia sẻ dữ liệu, có tính bảo mật và an toàn dữ liệu cao.
1.1.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu và hệ thống cơ sở dữ liệu
Trên thị trường phần mềm hiện nay ở Việt Nam đã xuất hiện khá nhiều
hệ quản trị CSDL như: M.Access, DB2, Informix, SQL Server, Sysbase,
13
Oracle, PostgreSQL… Chúng ta có thể định nghĩa một hệ quản trị CSDL là
một hệ thống phần mềm cho phép quản lý tạo lập CSDL và điều khiển mọi
truy cập đối với CSDL đó. Ngơn ngữ chuẩn của hệ quản trị CSDL là ngôn
ngữ truy vấn theo cấu trúc SQL. Các hệ quản trị CSDL phổ biến được nhiều
người biết đến là Access, Visual Foxpro, MySQL, Oracle, PostgreSQL, SQL
Server, DB2, Infomix, v.v.
Hệ thống CSDL là một hệ thống gồm 4 thành phần:
- Cơ sở dữ liệu hợp nhất: Là tập hợp các dữ liệu được lưu trữ có cấu
trúc và liên quan logic với nhau.
- Những người sử dụng: Là những người truy cập vào CSDL bao gồm
tất cả những người sử dụng cuối; viết các chương trình ứng dụng và những
người điều khiển tồn bộ hệ thống hay cịn gọi là người quản trị CSDL.
- Phần mềm hệ quản trị CSDL.
- Phần cứng: Gồm các thiết bị nhớ thứ cấp được sử dụng để lưu trữ CSDL.
1.1.3. Cơ sở dữ liệu địa hình
Khi nghiên cứu một đối tượng nào đó mà khơng thể nghiên cứu trực
tiếp được chúng, người ta xây dựng một hệ thống thay thế đó là Hệ thông tin
địa lý. CSDL GIS phản ánh sự phân bố khơng gian, những đặc trưng định tính
và định lượng, những mối quan hệ tương hỗ và động thái của các đối tượng và
hiện tượng. CSDL địa hình là dạng đặc thù, nằm trong CSDL địa lý.
CSDL địa hình có thể hiểu là một tập hợp hệ thống hóa (kho dữ liệu)
các dữ liệu số bao gồm: bản đồ địa hình; khơng ảnh (ảnh hàng khơng, ảnh vệ
tinh); mơ hình số địa hình DTM; số liệu thống kê toạ độ, độ cao; các siêu dữ
liệu metadata có quan hệ logic với nhau và được lưu trữ có cấu trúc bằng hệ
quản trị CSDL.
Mục tiêu của việc xây dựng CSDL địa hình là để dễ dàng lưu trữ, thao
tác, tìm kiếm khai thác sử dụng có hiệu quả các bản đồ chuyên ngành nhằm
14
phục vụ nhiều mục đích khác nhau như tìm kiếm khai thác tài nguyên thiên
nhiên, quản lý bảo vệ lãnh thổ, dự báo thiên tai, bảo vệ môi trường, phát triển
kinh tế xã hội và đảm bảo thực hiện các nhiệm vụ an ninh quốc phòng.
Các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu địa hình:
- Điểm toạ độ khống chế;
- Ảnh hàng khơng, vệ tinh;
- Mơ hình số địa hình DTM;
- Bản đồ địa hình dạng số;
- Các siêu dữ liệu.
Cơ sở dữ liệu địa hình bao gồm cơ sở dữ liệu khơng gian và cơ sở dữ
liệu thuộc tính (hay cịn gọi là phi khơng gian). Cơ sở dữ liệu không gian là
tập hợp các dữ liệu tham chiếu khơng gian, để biểu diễn thế giới thực bằng
mơ hình hình học và các quan hệ. Nó thể hiện một tập hợp có chọn lọc hoặc
gần đúng về các hiện tượng.
Nội dung của CSDL nền không gian bao gồm các thơng tin về vị trí đối
tượng và các thơng tin thuộc tính cơ bản nhất về chính đối tượng đó để hệ
thống có thể nhận dạng chính xác được đối tượng trong các GIS khác nhau
trên cùng một khu vực lãnh thổ. Như vậy để quản lý một CSDL không gian
thì các dữ liệu địa hình phải được tổ chức và lưu trữ dưới dạng mơ hình cấu
trúc khơng gian bởi một hệ quản trị CSDL (tuỳ theo mơ hình tổ chức CSDL
dạng file hay dạng quan hệ).
Các dữ liệu trong CSDL khơng gian khơng những có mối quan hệ
khơng gian topology với nhau mà cịn có các quan hệ ràng buộc thuộc tính
với nhau. Cơ sở dữ liệu nền cịn là mơi trường trao đổi dữ liệu, tạo điều kiện
chia sẻ tài nguyên dữ liệu giữa các chuyên ngành.
Cách thức tổ chức lưu trữ dữ liệu trong CSDL quyết định sự dễ dàng
tìm kiếm thơng tin trên nhiều dạng chuẩn. Dữ liệu có thể thêm vào CSDL, sửa
15
đổi hay xóa đi. Do vậy thiết kế tối ưu mơ hình cấu trúc dữ liệu là vơ cùng
quan trọng khi xây dựng CSDL.
1.1.4. Các phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu địa hình
Đối với mỗi tổ chức như các bộ ngành hay doanh nghiệp, việc lựa chọn
được mô hình cấu trúc CSDL tối ưu là điều kiện tiên quyết cho mọi thành
cơng trong hoạt động quản lý. Có 6 cấu trúc dữ liệu để cung cấp hệ thống
thông tin không gian: Tệp, phân cấp, mạng, quan hệ, hướng đối tượng và
quan hệ đối tượng. Mơ hình tệp được dùng khá phổ biến trong nhiều tổ chức,
các lĩnh vực hiện nay bởi tính dễ sử dụng, tự do xây dựng phát triển, chi phí
thấp. Mơ hình CSDL phân cấp cho phép phân chia CSDL lớn thành nhiều
phần nhỏ để dễ dàng quản trị, nhưng lại không linh hoạt khi xây dựng các
chức năng tìm kiếm mới và cịn chứa đựng sự dư thừa dữ liệu. Cấu trúc
CSDL mạng có ít sự dư thừa dữ liệu, truy xuất thông tin nhanh, trực tiếp
nhưng hạn chế về liên kết quan hệ giữa các đối tượng. Hệ thống hướng đối
tượng cho phép thực hiện các quan hệ, các chức năng, liên tục và phụ thuộc
lẫn nhau, với các cơng cụ lập trình giải quyết được các yêu cầu phức tạp. Hệ
thống CSDL quan hệ là hệ thống mở, linh hoạt, truy xuất trên các dữ liệu
thuộc tính rất mềm dẻo nhưng có khó khăn với lượng dữ liệu lớn, sự dư thừa
và thời gian tìm kiếm lâu. Mơ hình CSDL quan hệ đối tượng là một mơ hình
hiện đại phù hợp với xu thế phát triển cơng nghệ GIS, đồng thời nó cũng kế
thừa và tích hợp đầy đủ các mơ hình CSDL trước đây.
Về mặt thực tiễn, xây dựng CSDL địa hình ngồi việc phải đảm bảo đủ
các yếu tố kỹ thuật cấu trúc dữ liệu, cần tính đến các yếu tố như: Qui mô về
dữ liệu và hạ tầng cơ sở, trình độ kỹ thật, chi phí giá cả và chất lượng dịch vụ
của hệ thống. Trên cơ sở như vậy, có 3 giải pháp căn bản tương đối phù hợp
với môi trường quân đội để đổi mới, nâng cao hiệu quả công tác quản lý tư
liệu bản đồ.
16
1.1.4.1. Phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu theo mơ hình tệp
Với những đặc tính kỹ thuật đơn giản và tính phổ dụng của cấu trúc
CSDL tệp, phương pháp này tỏ ra chiếm ưu thế cho mọi cơ quan, tổ chức áp
dụng ở những giai đoạn đầu của kế hoạch xây dựng hệ thống CSDL. Việc tổ
chức CSDL theo mơ hình tệp dựa trên ngun tắc phân loại theo tính chất và
khn dạng format của dữ liệu. Chi tiết các bước thành lập CSDL theo mơ
hình tệp theo sơ đồ qui trình:
Thu thËp d÷ liƯu
Chn hãa d÷ liƯu
ThiÕt kÕ phân nhóm dữ liệu
Viết phần mềm giao diện
Quản trị khai thác dữ liệu
Hỡnh 1.1. Qui trỡnh xõy dng c s dữ liệu địa hình theo mơ hình tệp
Đối với dữ liệu địa hình thơng thường có 3 nhóm chính: Dữ liệu vector,
dữ liệu raster và dữ liệu thuộc tính. Hiện tại thông tin bản đồ đang được lưu trữ
dạng vector với định dạng dữ liệu DGN của phần mềm CAD MicroStation, do
vậy việc chuẩn hóa dữ liệu này được thực hiện bằng module phần mềm
Samcom_Ver 2.0. Dữ liệu raster gồm 2 loại: Dạng ảnh được qui chuẩn về dạng
chuẩn ECW; dạng mơ hình số DTM được chuyển đổi về dạng BIL.
Sau khi hoàn tất đánh giá chất lượng dữ liệu và phân loại dữ liệu theo
chủ đề, có thể thực hiện thiết kế mơ hình dữ liệu theo cấu trúc thư mục dạng
cây (kiểu mơ hình phân cấp). Để kết nối được các tệp dữ liệu với nhau và
17
giữa các nội dung trong các tệp dữ liệu, cần tạo ra các liên kết, siêu liên kết
(hyperlink) cho dữ liệu bằng các file chỉ số (file index).
1.1.4.2. Phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu theo mơ hình quan hệ đối
tượng nguồn mở PostGIS/PostgreSQL
Ngày nay với xu thế sử dụng mã nguồn mở, trên thị trường cũng đã
xuất hiện những hệ quản trị CSDL đi theo xu hướng này, điển hình là hệ quản
trị CSDL PostgreSQL. Giải pháp xây dựng CSDL theo mã nguồn mở là rất
mới đối với các nhà thiết kế CSDL ở Việt Nam. Ưu điểm của phương pháp là
không cần bận tâm đến bản quyền, và quan trọng hơn có quyền tự do truy cập
mã nguồn, cải tiến nâng cấp, sao chép và phân phối tuỳ ý mà khơng mất chi
phí. Do vậy giải pháp này đã phát huy nguồn nhân lực lập trình tại chỗ, chủ
động phát triển hệ thống. Tuy nhiên, việc phát triển phần mềm ứng dụng mã
nguồn mở cũng đang gặp phải những khó khăn nhất định, đó là trong nhiều
doanh nghiệp ứng dụng công nghệ thông tin ở Việt Nam đang thiếu nguồn
nhân lực có trình độ cao để phát triển, sản phẩm chưa đa dạng để lựa chọn, sự
tương thích với các phần mềm khác chưa cao.
PostgreSQL là hệ quản trị mã nguồn mở, có nguồn gốc từ trường Đại
học California ở Berkeley vào năm 1994, với ngôn ngữ hỏi đáp SQL99.
PostGIS là phần mở rộng dữ liệu không gian thêm vào PostgreSQL nhằm
thực hiện xử lý phân tích CSDL khơng gian cho GIS. Nó tương tự như
ArcSDE trong quản trị dữ liệu không gian của ArcGIS. Trong PostGIS, các
đối tượng địa lý và quan hệ của nó được định nghĩa bởi:
- Kiểu dữ liệu hình học;
- Phép tốn quan hệ không gian giữa 2 đối tượng địa lý A và B;
- Các hàm thể hiện các quan hệ khơng gian và phân tích khơng gian:
Relate(), Touches(), Contains(), Crosses(), Disjoint(), Buffer(), Intersection(),
Union(), Difference(), SymDifference().
18
Quản trị dữ liệu không gian trong PostGIS:
- Các đối tượng trong PostGIS được định nghĩa theo tiêu chuẩn kỹ
thuật của hiệp hội OGC với ngôn ngữ truy vấn SQL để thực hiện các giao
dịch chèn, hỏi đáp, thao tác và xố;
- Tọa độ của các đối tượng khơng gian được lưu trong bảng danh mục
đối tượng Feature Tables;
- Một bảng chỉ chứa một kiểu đối tượng hình học: Điểm, đường, vùng, tổ hợp;
- Tọa độ của mỗi đối tượng được lưu trong một trường có kiểu đặc biệt
WKT (Well Known Text).
Mơ hình kiến trúc CSDL trong PostGIS/PostgreSQL được tổ chức theo
cấu trúc 3 tầng: Tầng dữ liệu, tầng vật lý (phần mềm quản trị CSDL
PostGIS/PostgreSQL) và tầng khai thác ứng dụng thông qua dịch vụ trên Web
hoặc các giao diện tự lập.
Hình 1.2. Mơ hình kiến trúc CSDL với hệ quản trị PostGIS/PostgreSQL
Hiện tại, với phiên bản PostgreSQL 8.2 chỉ cho phép nhập dữ liệu
vector ở khuôn dạng shp file.
19
1.1.4.3. Phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu theo mơ hình quan hệ đối
tượng trên nền cơng nghệ ArcGIS
Sản phẩm ArcGIS của hãng ESRI, hỗ trợ việc sử dụng các hệ quản trị
CSDL lớn trong việc lưu trữ và xử lý dữ liệu không gian. ESRI đưa ra sản
phẩm ArcSDE hỗ trợ lưu trữ dữ liệu không gian trên các hệ quản trị CSDL
lớn phổ biến nhất trên thế giới như Oracle, SQL Server, Imformix hay DB2.
ESRI cung cấp giải pháp tổng thể từ cập nhật và xử lý dữ liệu không
gian với phần mềm ArcMap, thiết kế và quản lý dữ liệu với ArcCatalog, phân
tích và chuyển đổi dữ liệu với ArcToolBox, lưu trữ với ArcSDE và phân phối
thông tin trên Internet với ArcGIS Server, phân phối thông tin trên CD với
ArcReader.
Hình 1.3. Các module phần mềm trong ArcGIS
- Với số lượng người sử dụng lớn nhất trên thế giới, sản phẩm ln
được hồn thiện và hỗ trợ kỹ thuật tốt nhất so với các sản phẩm cùng loại.
- Trên thế giới, đã có rất nhiều hệ thống thông tin địa lý qui mô lớn và
rất lớn đã ứng dụng giải pháp ESRI, mang lại kết quả cao.
20
- Khả năng xử lý và phân tích dữ liệu không gian cực mạnh, hỗ trợ đa
người sử dụng tốt và bảo mật dữ liệu.
- Tính ổn định hệ thống cao và việc chuyển đổi dữ liệu từ hệ quản trị cơ
sở dữ liệu này sang hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác rất dễ dàng và an toàn.
- Có thể cài đặt các máy chủ trên nhiều hệ điều hành khác nhau như
Windows, Linux, Sun Solaris, AIX.
Phiên bản ArcGIS 9.x có kiến trúc như sau:
Hình 1.4. Kiến trúc hạ tầng của ArcGIS
Các sản phẩm của ArcGIS có thể phân loại theo các chức năng như sau:
- ArcGIS Desktop: Một nhóm các phần mềm quản lý, biên tập và xử lý
dữ liệu GIS.
- ArcGIS Engine: Bộ công cụ lập trình các ứng dụng GIS độc lập với
ArcGIS Desktop.
- Server GIS: Cung cấp các sản phẩm ArcSDE (cơ sở dữ liệu không
gian trên nền các hệ quản trị cơ sở dữ liệu lớn như Oracle, SQL Server,
21
Informix); ArcIMS (phân phối dữ liệu GIS qua Web); ArcGIS Server quản trị
các dịch vụ bản đồ (Web Map Servies).
- Mobile GIS: Phát triển và ứng dụng GIS trên các thiết bị cầm tay như
PDA hay Smart phone.
Tất cả các sản phẩm của ArcGIS đều có thể truy xuất tới dữ liệu không
gian dưới các dạng tệp (file based), dạng cơ sở dữ liệu (DBMS) và dạng mã
hóa trao đổi XML.
Các ứng dụng GIS được phát triển trên cùng một nền tảng phát triển
được gọi là ArcObjects. ArcObjects là bộ thư viện các chức năng cơ bản được
lập trình sẵn cho những nhà phát triển ứng dụng GIS. Có thể sử dụng các
ngơn ngữ lập trình như VB, VC, VB. NET... để phát triển các ứng dụng này.
Công nghệ ArcGIS cho phép sử dụng Web như phương tiện truyền
thông cho tất cả các dữ liệu GIS.
Hình 1.5. Cấu trúc của ArcObjects
Hình 1.6. Kết nối ArcGIS với dịch vụ Web
ESRI cung cấp một giải pháp cho việc quản lý và phân phối thơng tin
metadata gọi là GIS Portal Toolkit. Đây chính là giải pháp cho cơ sở hạ tầng
thông tin địa lý (SDI) cấp vùng, quốc gia và toàn cầu. GIS Portal tổ chức
thông tin địa lý dưới dạng các thư mục (directories), cung cấp các cơng cụ tìm
kiếm (search tools). Cơng cụ này cũng cho phép tìm kiếm các thơng tin
22
metadata theo các câu truy vấn do người dùng tự định nghĩa. Kết quả trả về có
thể dưới dạng bản đồ hoặc các báo cáo.
GIS Portal toolkit tích hợp với các sản phẩm phía server của ESRI như
ArcSDE và ArcIMS, bao gồm các thành phần:
- Portal Web Site Template: Là một số các website, mã script và nội dung
mẫu cho việc xây dựng một website Portal GIS. Dựa trên các mẫu có sẵn này,
người sử dụng có thể nhanh chóng xây dựng ứng dụng Portal cho mình.
- Map Viewer: Cung cấp giao diện bản đồ trực tuyến trên nền web, cho
sẵn một số công cụ như: Thao tác bản đồ, in ấn, tạo các truy vấn, tìm kiếm dữ
liệu tham chiếu tới nhiều máy chủ dữ liệu
- Metadata catalog: Cho phép lưu trữ, cập nhật và tìm kiếm thơng tin
metadata.
Hình 1.7. Mơ hình truy xuất dữ liệu qua Internet
GIS Portal Toolkit sử dụng giao thức TCP/IP và HTTP cho việc truy
xuất thông tin metadata phù hợp chuẩn ISO 19115.
Hệ thống phần mềm của ESRI nói trên mới chỉ là phần mềm công nghệ
cơ bản (phần mềm gốc) làm nền cho hệ thống khai thác sử dụng. Để hỗ trợ
khai thác thơng tin từ CSDL một cách hiệu quả, nhanh chóng, đáp ứng đúng
nhu cầu của người sử dụng, hệ thống cần có những cơng cụ phần mềm.
23
Những công cụ này được gọi là những phần mềm ứng dụng được xây dựng
trên nền của giải pháp ArcGIS của ESRI phiên bản 9.x.
Phương pháp xây dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng trên nền
cơng nghệ ArcGIS có nhiều ưu điểm vượt trội so với các cơng nghệ GIS khác.
Bởi vì với module ArcSDE của ArcGIS cho phép lưu trữ và quản lý thơng tin
theo mơ hình CSDL không gian (geodatabase) đa người sử dụng trong một hệ
CSDL quan hệ. Phương pháp này có ưu điểm sau:
- Mơ hình hóa các thơng tin cần quản lý theo mơ hình hướng đối tượng.
Thơng tin quản lý theo mơ hình này đảm bảo khả năng mơ hình hóa tốt hơn,
đơn giản hơn với người sử dụng, đảm bảo tốt hơn khả năng cập nhật, tính
đồng nhất của dữ liệu, toàn vẹn dữ liệu và quan hệ giữa các đối tượng.
- Lưu trữ và quản lý tích hợp các dạng dữ liệu khác nhau trong cùng
một CSDL duy nhất.
- Mô hình hóa topology trong CSDL khơng gian và cung cấp chức năng
nhằm bảo toàn quan hệ topology.
- Hệ thống tập trung với cơ chế truy nhập CSDL rộng rãi, nhiều người
sử dụng đồng thời.
- Hoạt động theo kiến trúc khách chủ 3 lớp và trên Intranet.
- Tối ưu hóa cho lưu trữ và tra cứu thông tin không gian, địa hình.
- Chuẩn hóa về quản trị dữ liệu như sao lưu, phục hồi, sao chép dữ liệu.
- Mềm dẻo linh hoạt với dung lượng dữ liệu gần như khơng có hạn chế
về kích thước.
- Có cơ chế đảm bảo an tồn và bảo mật dữ liệu.
- Duy trì chế độ bảo trì, nâng cấp theo thời gian.
24
1.2. Giới thiệu về tính năng kỹ thuật của một số máy GPS cầm tay
Cục Bản đồ đã đầu tư trang bị cho toàn quân các loại máy GPS cầm tay
của ba hãng chính: Garmin (eTrex Legend HCx), Magellan {SportTrack,
MeridialColor,
EXplorist500(LE),
600};
Trimble
(GeoExplore3,
GeoExploreXM, GeoExploreXT, JunoST Handheld).
Các loại máy của hãng Garmin và Magellan có cấu tạo đơn giản, gọn
nhẹ, tính năng chủ yếu là định vị tuyệt đối, dẫn đường, có thể tích hợp với các
phần mềm hỗ trợ GPS và có thể cài bản đồ số. Tuy nhiên, do sử dụng phần
mềm cài sẵn từ khi sản xuất nên khó tích hợp dữ liệu vào máy
Các loại máy của hãng Trimble với tính năng mạnh về đo đạc phục vụ
xây dựng GIS, có khả năng định vị tuyệt đối, dẫn đường, tích hợp với các
phần mềm hỗ trợ GPS. Với các máy thế hệ mới, dùng hệ điều hành Window
nên thuận lợi cho việc cài đặt các phần mềm bản đồ số và các ứng dụng khác.
1.2.1. Máy GPS cầm tay do hãng Garmin sản xuất
Máy GPS ETREX LEGEND HCX
- Kích thước: 10.7x5.6x3.0 cm; trọng lượng: 159 gam cả pin.
- Màn hình hiển thị: 3.3x4.3 cm. Độ phân giải cao 256 màu.
- Vỏ máy: Làm bằng kim loại và cao su chịu được nước.
- Nguồn điện: 2 pin AA 1.5v Alkaline sử dụng được 14 giờ.
- Hiệu suất máy: Chính xác, thu nhận 14 kênh song song, dị tìm 14 vệ
tinh để tính tốn và cập nhật các thơng tin với anten Path.
- Độ chính xác vị trí < 10m, 95% 2D RMS; với WASS/EGNOT: 3m,
95% 2D RMS.
- Track log (lộ trình): Ghi trên 20 lộ trình có thể đảo chiều và 124 điểm
nhớ trên mỗi lộ trình. Lưu lại được trong máy 10 khu vự đo.
- Cổng USB: Chuyển dữ liệu vào máy tính tốc độ cao.
- Thẻ nhớ: Máy dùng thẻ nhớ microSD Card dung lượng 2 GB.
25
1.2.2. Máy GPS cầm tay do hãng Magellan sản xuất
Máy GPS EXPLORIST 500
- Kích thước: 11.7x5.3x3.3 cm;
- Trọng lượng: 110g cả pin;
- Màn hình hiển thị: 4.6x3.6 cm;
- Vỏ máy: Làm bằng kim loại bọc cao su;
- Nguồn điện: Pin AAA có thể thay thế bằng pin sạc.
- Track log: Ghi trên 5 track log file, 2000 điểm với mỗi track log file
và có ghi nhiều hơn với thẻ nhớ mở rộng SD.
- Hệ toạ độ: 13 hệ toạ độ có sẵn và người sử dụng có thể tạo lập thêm.
- Màn hình: Có 4 màn hình định hướng mơ tả tất cả các thông tin GPS.
- Hiệu suất máy: Chính xác, thu 14 kênh song song, hỗ trợ WAAS và
EGNOS tín hiệu mất là nhỏ nhất, cho độ chính xác trong vòng 3 m.
- Cổng USB: Chuyển dữ liệu vào máy tính tốc độ cao.
- Bộ nhớ của máy: 16 Mb, có thể mở rộng với lựa chọn thẻ SD.
1.2.3. Máy GPS cầm tay do hãng Trimble sản xuất
Máy GPS GEOEXPLORE3
- Kích thước: 17.3x8.0x4.0 cm;
- Trọng lượng: 350g cả pin;
- Màn hình hiển thị: 160x160 pixel;
- Vỏ máy: Làm bằng kim loại bọc cao su;
- Nguồn điện: Pin trong sử dụng liên tục 10 giờ, có thể thay thế bằng
pin ngồi.
- Bộ nhớ trong 1Mb có thể ghi được 32000 điểm.
- Hệ toạ độ: 13 hệ toạ độ có sẵn và người sử dụng có thể tạo lập thêm.
- Hiệu suất máy: Chính xác, thu 12 kênh song song, hỗ trợ WAAS và
EGNOS tín hiệu mất là nhỏ nhất.
