Đề xuất phương pháp tiếp cận xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ đa tỷ lệ

Nghiên cứu - Ứng dụng TÌM HIỂU QUY TRÌNH ĐO VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU TRỌNG LỰC TUYỆT ĐỐI BẰNG MÁY FG5x - 245 NGUYỄN PHI SƠN, NGUYỄN TUẤN ANH Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ Tóm tắt: Trọng lực chuyên ngành khoa học trái đất, nghiên cứu xác định lực hút trái đất biến thiên theo thời gian Trọng lực có ý nghĩa khoa học thực tiễn to lớn, áp dụng cho ngành khoa học như: trắc địa - đồ, địa chất - khoáng sản, tài nguyên nước, hải dương học, thiên văn học, hàng khơng, vật lý trái đất, quốc phịng , số chun ngành có nhiệm vụ địi hỏi phép đo trọng lực với độ xác cao cỡ vài microGal, như: xây dựng đo lặp mạng lưới trọng lực sở, trọng lực hạng I quốc gia, thăm dò trọng lực tỷ lệ lớn 1/500 đến 1/5000, xác định biến thiên mực nước ngầm… Cho đến năm 2012, Việt Nam chưa có máy đo trọng lực tuyệt đối mà phải hợp tác với Liên bang Nga xây dựng hoàn thiện hệ thống trọng lực quốc gia Trước yêu cầu lĩnh vực đo đạc đồ xây dựng mơ hình Quasigeoid, hồn thiện hệ độ cao đại… yêu cầu ứng dụng chuyên ngành khác, Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ Bộ Tài nguyên Môi trường tăng cường lực nghiên cứu trắc địa cao cấp với máy đo trọng lực hệ nhất, có hệ thống máy đo trọng lực tuyệt đối FG5x Đây hệ thống thiết bị đại xác hàng đầu giới Mỹ sản xuất Trong năm qua cán Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ nghiên cứu khai thác sử dụng, ứng dụng công tác trắc địa đồ, làm chủ hệ thống, đưa quy trình đo đạc, xử lý số liệu, đặc biệt nghiên cứu ứng dụng thăm dò trọng lực khoáng sản rắn, ứng dụng nghiên cứu động thái nước đất Trong báo xin giới thiệu máy FG5x bao gồm tính năng, quy trình đo xử lý liệu đo trọng lực tuyệt đối Giới thiệu máy đo trọng lực tuyệt đối FG5x khả ứng dụng Năm 2012, Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ Bộ Tài nguyên Môi trường tăng cường lực nghiên cứu với máy đo trọng lực mà Việt Nam chưa có, nhằm phát triển ứng dụng thực dự án điều tra trọng lực lãnh thổ Việt Nam, hợp tác thực lãnh thổ Lào, Campuchia Dự án đầu tư với thiết bị quan trọng hệ thống đo trọng lực tuyệt đối FG5x số hiệu 245 hệ thống đo trọng lực hàng không AIR TAGS6 Bộ máy TAGS6 phục vụ đo trọng lực chi tiết cho vùng núi cao, biên giới chưa có liệu trọng lực (chiếm gần 1/3 diện tích lãnh thổ Việt Nam) Còn FG5x phục vụ đo thu nhận liệu trọng lực tuyệt độ xác cao, mốc trọng lực sở, hạng I ứng dụng khác FG5x hoạt động dựa nguyên lý giám sát vật rơi tự buồng chân khơng để xác định vị trí rơi hàm số thời gian Các quỹ đạo rơi tự tham chiếu đến hệ thống hoạt Ngày nhận bài: 21/3/2017, ngày chuyển phản biện: 22/3/2017, ngày chấp nhận phản biện: 28/3/2017, ngày chấp nhận ng: 31/3/2017 26 tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiờn cu - ng dng ng ổn định gọi Superspring Superspring cách ly tác động địa chấn Quá trình rơi giám sát xác hệ thống giao thoa LaserHeNe đồng hồ nguyên tử rubidium Các thành phần hệ thống FG5x: gồm hệ thống con, hệ thống buồng rơi; hệ thống Laser (WEO100); hệ thống điều khiển (Controler); hệ thống máy tính kiểm sốt phần mềm thu nhận xử lý liệu Thông số kỹ thuật hệ thống FG5x: tổng trọng lượng 320kg hộp; tổng khối lượng 1,5m3; phạm vi không gian yêu cầu 3m2; điện áp đầu vào 110-240 VAC (switchable), 50 - 60Hz; công xuất: 500W Hiệu xuất kỹ thuật FG5x: độ xác - 2μGal; phạm vi hoạt động: WorldWide; nhiệt độ hoạt động 100C đến 300C; độ ẩm nhỏ 60% Về ứng dụng FG5x: với độ xác cao FG5x phân biệt biến thiên trường trọng lực trái đất mức độ ± 2μGal khoảng thời gian đo 6,25 Phần mềm xử lý liệu đo “g9” tích hợp mơ hình cải chính, đảm bảo loại trừ hiệu ứng cho nhu cầu ứng dụng khác 0,1μGal - Xây dựng mạng lưới tựa trọng lực phục vụ thăm dò vi trọng lực tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000; Nghiên cứu khảo cổ [3] - Điều tra nước ngầm đánh giá thay đổi mực nước ngầm Sự biến thiên theo mùa mực nước ngầm phép đo trọng lực theo thời gian Xác định độ ẩm đất [5] - Giám sát mực nước biển tồn cầu giám sát nóng lên tồn cầu từ phép đo chu kỳ triều nhật đầy đủ [5] - Nghiên cứu đánh giá áp lực khí lên bề mặt trái đất độ cao sóng thủy triều (ảnh hưởng áp lực khí lên bề mặt trái đất mức 0,36 µGal/1 millibar Sự biến thiên trọng trường vùng ven biển sóng thủy triều đạt tới mức 0,2 µGal sóng thủy triều thay đổi cm) [2] Quy trình đo trọng lực tuyệt đối FG5x 2.1 Công tác chuẩn bị Sau xin giới thiệu số ứng dụng đo trọng lực tuyệt đối độ xác cao mà hệ thống FG5x có khả đáp ứng: - Xây dựng mạng lưới trọng lực quốc gia cấp hạng với yêu cầu độ xác gia tốc lực trọng trường từ ± 5μGal đến ± 20μGal; - Xác định biến thiên cục trường trọng lực theo thời gian với độ xác cao ± 5Gal, thm n tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 27 Nghiờn cu - Ứng dụng Chuẩn bị thiết bị đồng hệ thống FG5x (kèm theo buồng bảo ôn đảm bảo cho hệ thống FG5x trạng thái nhiệt độ thấp 300C, độ ẩm thấp 85%), danh mục thiết bị kèm theo đầy đủ trạng thái hoạt động tốt Máy phát điện dự phòng Chuẩn bị máy đo trọng lực tương đối để đo gradient đứng điểm cần đo (loại ZLS) Chuẩn bị máy đo tọa độ (GPS), độ cao thủy chuẩn Vận chuyển thiết bị đến điểm đo tơ chun dùng, có hệ thống giảm xóc; u cầu khơng gian quanh điểm đo phải đặt buồng bảo ôn khoảng 6m2 2.2 Lắp đặt máy trọng lực FG5x - Lắp đặt giá đỡ FG5x: theo trình tự catalog nhà sản xuất Đo chiều cao giá đỡ so với mặt mốc dụng cụ theo máy ghi lại giá trị đo - Lắp đặt thiết bị điện: kiểm tra lại thiết lập điện áp đầu vào phù hợp với dòng điện áp AC, từ 100-240V AC, 50-60HZ - Bơm ion trì cho buồng rơi chân không nguồn điện từ pin, gắn thêm nguồn điện AC để cung cấp cho máy bơn ion - Các thao tác ngắt, bật nguồn điện AC hệ thống con: WEO100, FG5x, Controler Hight Voltge theo catalog nhà sản xuất - Toàn hệ thống phải bật trước đo 1h đồng hồ phát laser đạt đến trạng thái cân nhiệt - Kiểm tra chỉnh: Kiểm tra chùm tia laser thẳng đứng; Chỉnh vân giao thoa (Fring Optimization); Điều chỉnh Twiddler 28 and Lower tia kiểm tra (test beam) tia tham chiếu (reference beam) chồng lên nhau; Kết nối ANALOG FRINGE SIM đến Oscilloscope, với thông số (Tỷ lệ dọc = 50 mV /div; Tỷ lệ ngang = μsec /div; Nguồn đầu vào; Tự động kích hoạt (automatic trigger) 0V; Chỉnh tín hiệu vân Osillocope cách điều chỉnh gương # - Các lưu ý: Không vận hành hệ thống máy FG5 vân giao thoa cực đại 300 mV cao 400mV Điều ảnh hưởng xấu đến giá trị đo trọng lực; Ngừng chế độ OSC cách nhấn nút DROP SIM Điều mang lại an toàn cho vật rơi vào cuối chu kỳ OSC Nhấn TRIG đặt chu trình rơi chế độ nghỉ (REST) vào cuối chu kỳ OSC Nhấn RESET lại ngừng tất lực có để thả vật rơi từ vị trí nào; Khi lượng laser lên nằm phạm vi, kiểm tra điện áp DC (nguồn điện phát laser) điều khiển WEO (thường 5- 10 V đủ); Kiểm tra lại độ thẳng đứng tia laser lọ chất lỏng lần thứ 2.3 Quá trình đo Thông qua phần mềm “g9” để khai báo thông số: - Về điểm đo: tên điểm, mã điểm, tọa độ, độ cao, gradient đứng điểm, độ cao máy (tổng độ cao đo ta lắp đặt máy FG5x), độ lệch trục quay trái đất (lấy trang Web hãng www.microglacoste.com cập nhật tuần lần), độ cao chuyển đổi (Transfer Height) đặt = 0; - Về hệ thống máy: lựa chọn loại tần số laser dạng D, E, F,G ng h o tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiờn cu - ng dng dũng điện Kết nối đồng hồ đo dòng với OUTPUT, đo dịng vị trí D, E, F, G cập nhật vào “WEO 100 laser Setup” phần (V); - Về tần suất lần đo: Số lượng SETđo (thường đặt 12 sets cho điểm) Số lần rơi lầnđo Drops/Set (thường thường ta đặt 100 lần) Khoảng thời gian lần đo (thường đặt 60 phút) Thời gian lần rơi rơi (thường đặt giây) - Thông tin điều khiển, thông tin người đo Xử lý số liệu phần mềm “g9” Phần mềm “g9” đồng hệ thống FG5x hoạt động môi trường Windows™ g9 sử dụng với tất máy đo trọng lực tuyệt đối MGL hãng Micro g Lacoste, bao gồm FG-5, A10, FG-L Phần mềm “g9” xây dựng dựa thuật toán “Time Interval Analyzer (TIA)” để ghi lại thông tin liên quan đến việc kiểm sốt thời gian xác rơi (khoảng cách rơi hàm thời gian) Cơng thức xác là: - Tiến hành đo, liệu điểm đo lưu thành project.txt 2.4 Kết thúc đo tháo máy - Khi kết thúc đo cần lưu liệu nhớ khác - Tắt nguồn điện SIMx (Đưa POWER chế độ OFF SIMx), tắt nguồn điện cao áp (vặn chìa khóa), tắt nguồn điện phát laser, tắt nguồn AC (khơng tắt nguồn bơm ion ngoại trừ việc vận chuyển xa) Khóa buồng lị xo cách kéo núm khóa xoay khóa theo chiều kim đồng hồ 1800 để khóa lại Tháo tất dây cáp kết nối lắp đặt máy cất vào túi đựng dây cáp Tháo buồng rơi; tháo chân buồng rơi Tháo buồng giao thoa khỏi buồng lò xo cho vào hộp - Buồng lò xo phải thực khóa, đóng nắp chống bụi đỉnh, tháo buồng lị xo khỏi giá đỡ đưa tồn vào thùng Việc xử lý cải số liệu trọng lực tồn phần “g9” tính trực tiếp gồm: - Cải triều đại dương (Ocean Load) - Cải áp (Barometric Pressure) xuất khí - Cải triều trái đất (Earth Tide ETGTAB) - Cải chuyển động cực trái đất (Polar Motion) - Cải chuyển đổi độ cao (Transfer Height) - Cải tham chiếu (Reference Xo) Ngồi tính tốn điều chỉnh trên, phần mềm cung cấp khả xử lý thời gian thực thống kê cho người sử dụng biết chi tiết tham số khác như: - Thông tin trạm đo: tọa độ, độ cao, nhệt độ, áp xuất, gradient đứng… - Thông tin hệ thống v FG5x: thụng s tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 29 Nghiờn cu - ng dụng thiết bị đồng tần số, lazer… - Thông tin tiêu chuẩn thu nhận liệu đo: yêu cầu SET đo, thời gian, độ xác, u cầu số cải chính, thơng tin điều khiển, thông tin người đo… Mỗi ca đo thường phải kéo dài nhiều SET đo, SET đo chuỗi thông số đảm bảo cho tính tốn trị trọng lực tồn phần xác định kèm theo hiệu ứng thời điểm đo Các thông số setup cho SET đo đặt tùy thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ Kết tính tốn, xử lý phần mềm “g9” xuất dạng file txt, bao gồm cột liệu SET đo như: thời gian đo, giá trị trọng lực tồn phần, giá trị cải (triều đại dương, triều cứng trái đất, mặt trăng, mặt trời, vĩ độ, độ cao….) Tùy thuộc vào mục đích sử dụng giá trị trọng lực tuyệt đối, người sử dụng tính cải vào giá trị trọng lực toàn phần (Gravity) (xem bảng) Kết luận So với hệ thống đo tuyệt đối giới nay, FG5x thiết bị đại, đảm 30 bảo độ xác cao độ ổn định Các nước tiên tiến giới, đặc biệt nhiều nước Châu Âu sử dụng FG5x đo trọng lực tuyệt đối nhiều vùng lãnh thổ Tuy nhiên FG5x cịn hạn chế việc chưa thích nghi với khí hậu nóng ẩm Việt Nam, vấn đề khắc phục việc chế tạo thêm buồng bảo ôn, nhằm giữ điều kiện tốt nhiệt độ độ ẩm suốt thời gian đo thực địa Trong thời gian qua, cán kỹ thuật Viện tiến hành đo FG5x nhiều vùng Việt Nam, đúc kết thành quy trình đo, sử dụng bảo quản máy, làm chủ công nghệ Với khả ứng dụng nhiều lĩnh vực, cho thấy tiềm FG5x lớn Bên cạnh nhiệm vụ đo lặp hệ thống trọng lực sở quốc gia, hạng I quốc gia Việt Nam, thời gian tới FG5x tham gia đo trọng lực cở sở trọng lực hạng I cho Vương quốc Campuchia Đây lần đầu tiên, Việt Nam có thiết bị đo trọng lực tuyệt đối đại, việc nghiên cứu tìm hiểu, vận hành đặc biệt phát triển ứng dụng lĩnh vực đo đạc đồ mà lnh vc khỏc, nh tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiờn cu - ng dng ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐA TỶ LỆ VŨ XUÂN CƯỜNG Đại học Tài ngun Mơi trường TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Cơ sở liệu đa tỷ lệ coi hệ tất yếu nghiên cứu tởng qt hóa đồ đa thể môi trường sở liệu Trong đó, vấn đề quan trọng nhất cần có phương pháp khách quan để kiểm sốt nội dung thể đồ tỷ lệ khác Bài báo giới thiệu tiếp cận xây dựng sở liệu đồ đa tỷ lệ dựa nền tảng tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ 1.2 Những nghiên cứu CSDL đa tỷ Đặt vấn đề lệ (Multi-Scale Database) 1.1 Vấn đề đa thể (Multiple CSDL đa tỷ lệ có gắn kết chặt chẽ có Representation) thể coi hệ tất yếu Vấn đề đa thể hiện được bắt đầu khởi nghiên cứu TQH đồ đa thể động chương trình nghiên cứu mơi trường CSDL Dưới giới Trung tâm Quốc gia Thông tin địa lý NCGIA thiệu số kết nghiên cứu điển hình (National Center for Geographic Information CSDL đa tỷ lệ (MSDB, Multi-Scale and Analysis) từ năm 1980[1] Mục Database) tiêu đa thể đặt Cơ sở liệu Hoa Kỳ: Tại NCGIA, sau chương trình (CSDL) GIS phải đảm bảo khả thể đối tượng mức độ chi tiết nghiên cứu đa thể hiện, đầu năm khác hỗ trợ cập nhật liệu có độ 1990 ghi nhận nhiều nghiên cứu vấn đề liên quan đến đa thể hiện, TQH CSDL phân giải khác cách đồng đa tỷ lệ thực Jones đưa số lý phải lưu trữ Năm 1995, Buttenfield đề xuất giải đa thể đối tượng CSDL, có sự hạn chế về khả pháp hướng đối tượng để mơ hình hố tởng qt hố (TQH) tự đợng [5] Nếu có liệu đa tỷ lệ sử dụng mơ hình DLG (Digital giải pháp tự động TQH hồn thiện việc Line Graph) Mơ hình đề xuất mở rộng DLGlưu trữ phiên liệu tỷ lệ nhỏ E để thực liên kết từ CSDL không gian thừa Như vậy, cấu trúc liệu đa gốc đến mức thể theo tỷ lệ đồ phân giải (Multiresolution) có thể đảm bảo (Xem hình 2) truy xuất cách nhanh chóng, tránh trùng Năm 2007, Brewer Buttenfield đề lắp liệu, đến phiên liệu xuất mơ hình ScaleMaster (Hình 2), được tởng qt hố sẵn (Hình 1) thử nghiệm mơi trường ArcMap với liệu đường giao thông Các bước chuyển tỷ lệ theo khoảng (ví dụ, với K tương ứng ngàn M - triệu: 1:30K, 1;30K-1:38K, 1:38K-1:50K, 1:50K-100K, 100K-1:275K, 1:275K-1:1.5M, 1:1.5M-1:2.5M, 1:2.5MHình 1: Các phiên liệu đồ 1:5M) thực tác nghiệp viên tổng quát hoá sẵn [8] Ngày nhận bài: 15/5/2017, ngày chuyển phản biện: 08/6/2017, ngày chấp nhận phản biện: 12/6/2017, ngày chấp nhận đăng: 16/6/2017 32 t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiờn cu - Ứng dụng với lựa chọn ký hiệu tương ứng khoảng tỷ lệ [2] Mơ hình ScaleMaster sử dụng sau để xây dựng MSDB nhiều nghiên cứu tham khảo cơng cụ TQH Ngồi ra, Paul Hardy (LaserScan) đề xuất giải pháp TQH MSDB cho đồ địa hình (BĐĐH) sử dụng AOT (Active Object Techniques) [4] Ngoài ra, ĐH Colorado ĐH Minnesota có nhà nghiên cứu (Shea, McMaster, ) thực cơng trình đáng kể TQH, đa thể MSDB - CHLB Đức: G Hake cộng sự từ Viện Bản đồ (IfK-ĐH Hannover) phát triển hệ thớng CHANGE, sử dụng để hồn chỉnh hệ thớng đồ ATKIS đa tỷ lệ 1:1K, 1:5K 1:25K (DLM25) [3] Năm 1994, Cơ quan q́c phịng Đức ĐH Bonn đề xuất TOPIS (Topographic Information System) với liệu gồm: DLM25 độ phân giải tương ứng BĐĐH tỷ lệ 1:25K, DLM250 ~ 1:250K DLM1000 ~ 1:1M Như vậy, trình TQH được thực theo sơ đồ DLM25 → DLM250, và DLM25 → DLM1000 hoặc DLM250 → DLM1000 CH Pháp: Viện Địa lý quốc gia Pháp (IGN) có nghiên cứu từ rất sớm về rất nhiều khía cạnh TQH tự động hố q trình tích hợp liệu từ nhiều ng̀n khác với sản phẩm tiêu biểu hai công cụ nền tảng hướng đối tượng ”Stratege” ”PlaGe” Năm 2012, Touya G Girres J.F đề xuất thử nghiệm mơ hình liệu đa tỷ lệ phát triển từ ScaleMaster gọi ScaleMaster 2.0 MSDB xây dựng thử nghiệm theo mơ hình ScaleMaster 2.0 với lớp liệu đường giao thông, thuỷ hệ, dân cư, đường bình độ với mức chi tiết: VMAP0 cho khoảng tỷ lệ nhỏ (~1:1000k), VMAP1 cho khoảng tỷ lệ trung bình (~1:250k) VMAP2 cho khoảng tỷ lệ lớn (~1:50k) [9] Các nước châu Âu khác - Vương quốc Anh: Jones Abraham (ĐH Glamorgan) được coi người đầu tiên vận dụng cấu trúc liệu chuẩn tốn TQH [5] Tiêu biểu hệ thớng MAGE với cấu trúc liệu SDS (Simplicial Data Structure) kết hợp với - Thụy Điển: năm 1995, T-Kartor đề xuất mơ hình MDB-PDB (Master/Product databases) có khả tạo đồ thông tin đường đa tỷ lệ Năm 2012, Metria AB thực dự án CadasterENV với mục tiêu hình thành hệ thống CSDL đa tỷ lệ, đa mục tiêu hỗ trợ giám sát độ che phủ đất Đến 2015, CadasterENV 3.0 triển khai số nước châu Âu khác - Hà Lan: Cơ quan Bản đồ quốc gia Hà Lan nghiên cứu mơ hình MSDB gồm 1:10K, 1:50K, 1:100K, 1:250K 1:500K kết hợp với quy luật TQH Các nhóm nghiên cứu từ Kadaster trường TU Delft, ITC đề xuất mơ hình Vario-Scale Mơ hình đa tỷ lệ cho liệu BĐĐH IMTOP đề xuất Hình 2: Ví dụ minh hoạ ScaleMaster cho lp bn a hỡnh tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 33 Nghiờn cu - Ứng dụng - Một số địa khác tại châu Âu: ĐH Tổng hợp Zurich (Thụy Sỹ), Viện Trắc địa Phần Lan (FGI), Viện Bản đồ Catalunya (ICC, Tây Ban Nha), ĐH Tổng hợp Warsaw (Ba Lan), Cơ quan Dữ liệu Địa lý Đan Mạch (GTS, trước KMS – Cơ quan Trắc địa Địa chính), ĐH Tổng hợp Trắc địa Bản đồ Moscow (MIIGAiK) SibirGeoInform (Nga), Phương pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khoa học, khuôn khở báo giới thiệu tiếp cận số phương pháp nghiên cứu nhất Tuy nhiên, mơ hình TQH gần với thực tế cơng nghệ TQH đồ bao hàm hai mơ hình quan hệ chặt với (Hình 3) Trong đó, TQH nội dung đồ (map generalization) với mục đích phân bố cách hợp lý, xác ký hiệu đồ trình TQH mơ hình – thực nhằm tạo mơ hình đối tượng đồ xác hình học ngữ nghĩa Về quy trình tổng qt hố 2.1 Phương pháp tiếp cận Phương pháp tiếp cận xuyên suốt nghiên cứu tiếp cận hệ thống CSDL đồ đa tỷ lệ coi hệ thống với thành phần liên quan chặt chẽ với Các thành phần, tùy theo mức độ phức tạp, lại coi hệ thống bao hàm thành phần liên quan Một tiếp cận khác sử dụng tiếp cận hướng đối tượng Các thành phần nội dung đồ đối tượng lưu trữ hệ quản trị CSDL hướng đối tượng giải pháp giải thuật TQH tự động triển khai CSDL hành vi (behavior) thay nằm ngồi ứng dụng tiếp cận thông thường 2.2 Phương pháp kế thừa Một số mơ hình, phương pháp, giải thuật TQH được kế thừa từ nghiên cứu quốc tế kết tác giả cộng Cụ thể: Về mơ hình tổng qt hố (Xem hình 3) Một số nghiên cứu TQH tự động thường phân biệt hai mơ hình TQH đồ (cartographic generalisation) TQH mơ hình (model generalisation) Trong đó, TQH đồ nhằm mục tiêu thành lập đồ, quan tâm việc thể đối tượng 34 sở nguyên lý ngành đồ học, cịn TQH mơ hình nhằm mục tiêu tạo tập liệu tương ứng khác từ CSDL gốc Quy trình chung TQH, đề xuất Brassel K Weibel R từ năm 1988, nhiều nhà nghiên cứu công nhận sử dụng thực tế Quy trình bao hàm trình như: nhận diện cấu trúc đồ CSDL, nhận diện q trình tác vụ TQH, mơ hình hố q trình TQH, thực thi q trình TQH thể liệu kết Về tác vụ tổng quát hoá Các tác vụ (operators) TQH lần McMaster R.B Shea K.S đề xuất cách có hệ thống năm 1992 Các tác vụ đề cập với mục đích yêu cầu TQH khung ý niệm chung TQH [7] Trên sở phát triển khung ý niệm McMaster Shea, đề xuất Dan Lee [6], tác vụ TQH bao gồm [10]: - Tổng hợp đặc trưng định tính: thể việc giảm số lượng lớp đối tượng đồ, hiểu trình tổng hợp bảng phân loại đối tượng đồ; - Tổng hợp đặc trưng định lượng: thể việc mở rộng khoảng phân chia liệu, thang chia liệu (như khoảng cao đường đồng mức), tăng trọng số đối tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiên cứu - Ứng dụng tượng (như số dân cư); - Chuyển đổi đối tượng, tượng khái niệm từ đơn giản sang phức tạp cách thay đổi ký hiệu đơn giản ký hiệu mang tính tổng quát cao (Collapse); - Quá trình lấy bỏ (Selection&Elimination) thể việc giới hạn nội dung đồ phù hợp với mục đích sử dụng, tỷ lệ chủ đề Thơng thường q trình lấy bỏ thực số định lượng: trị kiểm soát (sens) hiểu giá trị số đo (về kích thước, diện tích, chiều dài, khoảng cách,…) tối thiểu đối tượng phép thể đồ trị tiêu chuẩn (norm) giá trị tải trọng đồ tối ưu tính theo số lượng đối tượng loại; - Tổng hợp hình dạng (Simplification) việc đơn giản hố khía cạnh hình học hình dạng đối tượng dạng đường vùng đồ Trong trình thực cần đặc biệt ý tuân thủ yêu cầu bảo toàn hình dạng đặc trưng đối tượng quan hệ tương quan chúng; - Tiếp hợp đường bao (Aggregation) việc hợp số đối tượng nhỏ gần thành đối tượng lớn; kết trình tổng hợp đặc trưng định tính định lượng; - Dịch chuyển đối tượng (Displacement) việc giải mâu thuẫn (Conflict Resolution) hình ảnh đối tượng Thường thực sau tổng hợp hình dạng tiếp hợp đường bao - Phóng đại hình ảnh (Exaggeration) nhằm mục đích tăng ý nghĩa so với kích thước đối tượng Về mơ hình CSDL đa tỷ lệ Những mơ hình MSDB thường có cấu trúc đơn giản CSDL đơn tỷ lệ tổ chức thành lớp riêng biệt với tỷ lệ khác cao cấp có ghi nhận quan hệ chuyển đổi thể theo tỷ lệ lớp liệu Các MSDB gần hầu hết chuyển sang mơ hình hướng đối tượng Trong đó, thực thể giới thực trừu tượng hoá lưu giữ đối tượng khơng gian CSDL Mơ hình CSDL hướng đối tượng dựa số nguyên lý, khái niệm sau: - Feature classes (schema) tập hợp, loại đối tượng có thuộc tính riêng; - Các đối tượng liệu (data-features) có hành vi/phương thức (behavior/methods) riêng lưu trữ CSDL khơng phải chương trình/ứng dụng; - Có kế thừa (inheritance) lớp đối tượng liệu (Hình 4) liệu (thuộc tính) hành vi (phương thức) Hình 3: Quan hệ TQH đồ v TQH mụ hỡnh [8] tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 35 Nghiờn cu - Ứng dụng Hình 4: Đa thừa kế mơ hình đối tượng [4] Điểm đáng ý mô hình việc đối tượng liệu có hành vi riêng với hành vi có sẵn nhờ thừa kế từ lớp cao Đây tiền đề sở khả như: đa thể hiện, tự kiểm tra,… đặc biệt khả TQH tự động Về tổ chức liệu đa tỷ lệ ScaleMaster (Hình 2) cách tổ chức liệu đa tỷ lệ thể theo phân khoảng tỷ lệ đáng ý tham khảo, áp dụng với điều chỉnh phù hợp với đặc trưng khu vực Vấn đề kiểm soát nội dung đồ Sẽ sử dụng, kế thừa có điều chỉnh, bổ sung thơng số đặc thù khu vực kết nghiên cứu tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ trình TQH [11] Các tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ xây dựng dựa nguyên tắc sau: tính chất định đồ tính trực quan, đặc tính đo tính mang thơng tin Như vậy, tiến hành TQH đồ số đặc tính đo đồ (độ dài, diện tích đối tượng, khoảng cách đối tượng,…) giữ khơng thay đổi xê dịch khoảng cho phép, hai tính chất cịn lại cần phải đảm bảo mát thơng tin với mức độ trực quan tốt Như biết, tính mang thơng tin tính 36 trực quan tính chất mang đặc trưng định tính điều làm xuất khó khăn đáng kể tiến hành tự động hố q trình TQH nội dung đồ Bởi vậy, việc thu nhận số định lượng riêng rẽ để đánh giá hai tính chất nêu cho phép cơng thức hố số q trình riêng lẻ việc TQH theo lớp đối tượng nội dung cho trước theo tiến tới tự động hố phần q trình TQH Hơn nữa, với diện đánh giá định lượng khách quan nội dung đồ việc loại bỏ yếu tố nội dung q trình TQH tiến hành theo hệ số ưu tiên tính trước cho đối tượng kết hợp với tuân thủ mức tải trọng đồ định sẵn Phương pháp tiếp cận TQH nêu mức độ đáng kể tương đương với phương pháp truyền thống, q trình tính tốn hệ số ưu tiên tương ứng với việc đặt điều kiện tuyển chọn (sens-trị kiểm soát) loại bỏ, cịn q trình kiểm sốt mức tải trọng đồ tương ứng với trị tiêu chuẩn (norm) loại bỏ Để đánh giá khách quan nội dung đồ số định lượng sau đề xuất: - Tiêu chí đánh giá thành phần đối tượng đồ (Ko); - Tiêu chí đánh giá tải trọng có nghĩa đồ (Ks); - Tiêu chí đánh giá tải trọng đồ hoạ đồ (Kg); Theo tiêu chí, tính tốn số định lượng cho toàn tờ đồ (chỉ số tổng quan) phần diện tích1dm2 1cm2 đồ (chỉ số cục bộ) Các giải thuật tổng quát hoá Các thuật toán TQH đồ vấn đề quan tâm nghiên cứu từ lâu tồn nhiều thuật tốn đề xuất t¹p chÝ khoa häc đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiờn cu - Ứng dụng nhiều tác giả cho tác vụ TQH riêng rẽ Trong nghiên cứu, ngồi thuật tốn lấy bỏ tổng hợp được xây dựng sở tiêu chí đánh giá nội dung đờ nêu, thực số thuật tốn tởng qt hố bổ sung cho tác vụ: line smoothing, merge, displacement, conflict resolving, 2.3 Phương pháp phân tích - tổng hợp Như trình bày trên, CSDL khơng gian đa tỉ lệ hình ảnh thơng tin khơng phải phóng to hay thu nhỏ cách học mà nội dung thể thông tin thay đổi tương ứng từ tổng quát đến chi tiết Hơn nữa, việc thay đổi cần thực cách tự động, hạn chế việc lưu trữ lặp, tối ưu hóa việc lưu trữ hiển thị liệu tỉ lệ, này, vấn đề TQH đồ cần đặt Mặc dù nghiên cứu nước cho thấy thành tựu khác mức độ tự động hoá thao tác TQH, chưa có CSDL đa tỷ lệ thực đảm bảo tự động hố hồn tồn q trình chuyển đổi liệu mức, đặc biệt từ tỷ lệ lớn sang tỷ lệ nhỏ Về chất, trình TQH mang nhiều yếu tố định tính, thực q trình theo hướng tự động hố hồn tồn việc làm khó khăn Một số nguyên nhân cụ thể lý giải cho việc chưa có giải pháp tồn diện cho tốn TQH tự động là: thiếu phương pháp “tồn năng” cho tất loại đối tượng, chưa đủ tri thức cần thiết trình TQH, thiếu cấu trúc liệu “thông minh”, thiếu phương pháp đánh giá khách quan liệu đồ, thiếu khía cạnh nhận thức đầy đủ phương pháp TQH, Có thể thấy rằng, để có mơ hình CSDL khơng gian đa tỷ lệ thực sự, cần có nghiên cứu bổ sung nhiều TQH kiến trúc mơ hình vận hành CSDL đa tỷ lệ Như giới thiệu (mục 2.2), móng để xây dựng CSDL đa tỷ lệ hữu, việc kiểm sốt khách quan nội dung đồ có ý nghĩa quan trọng Vấn đề cần thiết phải bổ sung để hoàn chỉnh quy trình xây dựng CSDL đa tỷ lệ chính điều chỉnh, bổ sung thông số đặc thù khu vực cho tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ, xây dựng bảng hệ số ưu tiên thể xây dựng giải thuật lấy bỏ tổng hợp phục vụ cho trình TQH Kết thảo luận 3.1 Xây dựng bảng phân lớp hệ số ưu tiên thể theo tỷ lệ Bảng phân lớp ưu tiên xây dựng sở quy định (bao gồm Quy phạm, Quy định kỹ thuật, Ký hiệu BĐĐH) kết hợp với tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ Giá trị ưu tiên thể đối tượng cụ thể lượng hóa vào thuộc tính định tính thân đối tượng số khác thu trình đánh giá định lượng nội dung đồ (căn vào số Ko, Ks, Kg tồn cục cục bộ) Có thể nhận thấy tương đồng mức độ định với trình chọn lựa loại bỏ theo phương pháp truyền thống: đối tượng có mức độ quan trọng thấp có khả bị loại bỏ cao khu vực có mật độ phân bố lớn ngược lại, có hội giữ lại nằm khu vực có mật độ thấp 3.2 Xây dựng giải thuật lấy bỏ tổng hợp Giải thuật lấy bỏ tổng hợp yếu tố nội dung đồ xây dựng dựa tiêu chí đánh giá khách quan nội dung đồ gồm: Tiêu chí đánh giá thành phần đối tượng đồ (Ko), tiêu chí đánh giá tải trọng có nghĩa đồ (Ks) tiêu chí đánh giá tải trọng đồ hoạ đồ (Kg) Giải thuật c thc hin theo tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 37 Nghiờn cu - Ứng dụng hướng: - Lựa chọn đối tượng theo giá trị hệ số ưu tiên giảm dần từ cao đến thấp Quá trình lựa chọn tiếp tục chưa thỏa mãn điều kiện (ràng buộc giá trị ngưỡng Kpo, Kps, Kpg ứng với tiêu chí Ko, Ks, Kg); - Loại bỏ đối tượng theo chiều tăng hệ số ưu tiên (từ thấp đến cao) đạt yêu cầu điều kiện ràng buộc Kpo, Kps, Kpg Theo ý nghĩa tiêu chí Ko, Ks, Kg, q trình Lựa chọn hay Loại bỏ thực theo chu trình lặp điều kiện Theo sơ đồ khối (Hình 5) giá trị ngưỡng Kpo, Kps, Kpg sử dụng để kiểm sốt chu trình lặp q trình loại bỏ Sau tác vụ loại bỏ, Ko, Ks, Kg tính lại so sánh với giá trị ngưỡng Kpo, Kps, Kpg Quá trình loại bỏ tiếp tục tiêu chí chưa đạt dừng lại tiêu chí đề thỏa mãn điều kiện (Xem hình 5) 3.3 Đề xuất quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỷ lệ Quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỷ lệ bao gồm trình chính sau (Hình 6): - Nghiên cứu, đánh giá trạng công nghệ TQH đồ MSDB giới: tổng hợp tài liệu (các báo, nghiên cứu tổ chức quốc tế, ) để hình thành sở lý luận về TQH mơ hình CSDL đồ đa tỷ lệ; - Đánh giá khả sử dụng số công cụ tởng qt hố có sẵn phần mềm GIS: FME, QGIS, ArcGIS, Oracle Spatial Catridge; - Xây dựng triển khai thuật tốn TQH bở sung: lựa chọn triển khai thuật toán line smoothing, đánh giá triển khai thuật toán merge, displacement, conflict resolving; Xây dựng thuật toán đánh giá kết TQH; 38 - Nghiên cứu, thử nghiệm lượng hoá tiêu chí đánh giá nội dung đờ cho số khu vực đặc trưng: thử nghiệm tiêu chí số lượng, tính trực quan, tải trọng đồ Tổng hợp kết thử nghiệm; - Xây dựng thuật toán lấy bỏ tởng hợp: phân tích, thiết kế giải thuật lấy bỏ tổng hợp lớp đối tượng nội dung theo dạng đặc trưng khác nhau; tổng hợp thành lưu đồ giải thuật chung; - Nghiên cứu vấn đề tổng qt hố đờ theo chuỗi tỷ lệ: + Chuẩn bị liệu thử nghiệm: chuẩn hóa, chuyển đổi định dạng liệu đồ, tạo topology, bổ sung thuộc tính vào bảng thuộc tính tương ứng (data enrichment); + Nghiên cứu đặc điểm nội dung đồ theo chuỗi tỷ lệ, xác định khoảng tỷ lệ thể hiện; phân loại đối tượng nội dung; + Nghiên cứu quy luật thể hiện, xây dựng bảng phân lớp ưu tiên thể theo tỷ lệ; (Xem hình 6) - Xây dựng, vận hành thử modul TQH đồ: modul lấy bỏ tổng hợp yếu tố nội dung, modul thực tác vụ TQH riêng lẻ, modul đánh giá kết TQH; - Tích hợp modul TQH đồ CSDL: nghiên cứu giải pháp kỹ thuật tích hợp hành vi CSDL triển khai thực tích hợp modul TQH đồ vào CSDL; - Thiết kế CSDL đồ đa tỷ lệ: + Phân tích liệu; Phân khoảng tỷ lệ thể hiện; + Đề xuất mơ hình kiến trúc tổng thể CSDL đa tỉ lệ; + Xác định nội dung thông tin CSDL, xác định lớp thông tin theo phân khoảng tỷ lệ thể (theo ScaleMaster), thiết kế chi tiết lớp đối tượng, xác định tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiên cứu - Ứng dụng quy luật, quan hệ khơng gian, ràng buộc tồn vẹn liệu, thiết kế thành phần liên kết lớp thể hiện; - Phân tích thiết kế mơ hình vận hành CSDL đồ đa tỷ lệ cho lớp thuỷ hệ: + Đề xuất giải pháp cập nhật liệu; + Thiết kế mơ hình vận hành CSDL đa tỷ lệ; + Vận hành thử hồn chỉnh mơ hình lớp liệu cục bộ; - Chuẩn bị liệu, nhập liệu vào CSDL vận hành thử: Thu thập liệu, số hóa, tiền xử lý chuẩn hóa liệu; Nhập liệu vào CSDL; Vận hành thử, đánh giá, hoàn thiện CSDL đa tỉ lệ; Kết luận Một CSDL đờ đa tỉ lệ hồn chỉnh có ý nghĩa lớn, đặc biệt cho ngành tài nguyên mơi trường, tiếp cận đa tỷ lệ thường đồng hành với đánh giá đa tỷ lệ (multiscale assessment) bao hàm đánh giá thực mức độ cụ thể, chi tiết mức tổng quan, có quy mơ tổng qt nhiều Mặc dù việc xây dựng CSDL đồ đa tỉ lệ số nước nghiên cứu có kết tích cực Tuy nhiên, vấn đề hồn thiện mơ hình MSDB vẫn vấn đề mở cần có nghiên cứu bở sung hướng đến mục tiêu cao nhất đảm bảo việc chuyển đổi hiệu linh hoạt tỉ lệ sở tự động hoá Tại Việt Nam, MSDB nghiên cứu thời điểm này, chưa có CSDL đờ đa tỉ lệ hoàn chỉnh Phương pháp tiếp cận sở áp dụng tiêu chí định lượng đánh giá khách quan nội dung đồ đề xuất báo có thể hướng khả thi nhằm hồn thiện mơ hình quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỉ lệ./.m Tài liệu tham khảo [1] Buttenfield B (1989) ScaleDependence and Self-Similarity in Cartographic Lines Cartographica, 26(1), pp.79-100 [2] Brewer CA, Buttenfield B (2007) Framing guidelines for Multi-Scale map Design Using databases at multiple resolutions Cartography and Geographic Information Science 34(1) pp.3-15 [3] Grunreich D et al (1992) Research and Development in Computer-Assisted Generalization of Topographic Information at the Institute of Cartography, Hannover University Proceedings of European Conference on Geographical [4] Hardy P.G (2000) Multi-Scale Database Generalisation For Topographic Mapping, Hydrography And WebMapping,Using Active Object Techniques IAPRS, Vol XXXIII, ISPRS Amsterdam, Hình 5: Sơ đồ khối giải thuật loại bỏ đối tượng t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 39 Nghiờn cứu - Ứng dụng Hình 6: Quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỷ lệ Netherlands, July2000 [5] Jones C.B (1991) Database architecture for multi-scale GIS Proceedings, Auto-Carto 10; Baltimore, ACSM-ASPRS, pp.15-31 [6] Lee D (1996) Automation of Map Generalization – the Cutting Edge Technology An ESRI White Paper GIS by ESRI White Paper Series, May 1996, USA [7] McMaster, R.B & Shea K.S (1992) Generalization in Digital Cartography Association of American Geographers, Washington, 134p [8] Meng L Generalization of (English) Tech Stockholm, 76 p (1997) Automatic Geographic Data Report, SWECO, [9] Touya G & Girres J.F (2013) ScaleMaster 2.0: a ScaleMaster extension to monitor automatic multi-scales generalizations Cartography and Geographic Information Science, Vol 40, N0 3, pp.192—200 [10] Vũ Xn Cường (2003a) Cơng nghệ GIS TQH hình ảnh đối tượng thủy hệ giao thông đồ địa hình tỷ lệ lớn Luận án tiến sỹ ĐH TH Trắc địa Bản đồ Moscow, Moscow, 2003 [11] Vũ Xuân Cường nnk (2003b) Phương pháp tiếp cận lượng hố để đánh giá q trình TQH thuỷ hệ mạng lưới giao thông đồ địa hình tỷ lệ 1:5000 1:25000 (tiếng Nga) Tạp chí Trắc địa Bản đồ 5/2003, Moscow.m Summary Proposed approach to build a multi-scale map database Vu Xuan Cuong Hochiminh City University of Natural Resources and Environment Multi-scale databases can be considered as an indispensable consequence of Cartographic generalizations and multiple representation studies in a database environment One of the most important issues is the need for objective methods to control the content of the map at different scales This paper introduces an approach to the development of a multi-scale map database based on criteria for objectively evaluating map content.m 40 tạp chí khoa học đo đạc đồ sè 32-6/2017 ... dụng lĩnh vực đo đạc đồ mà lĩnh vực khác, tạp chí khoa học đo đạc đồ số 32-6/2017 Nghiên cứu - Ứng dụng ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐA TỶ LỆ VŨ XUÂN CƯỜNG Đại học... Quá trình loại bỏ tiếp tục tiêu chí chưa đạt dừng lại tiêu chí đề thỏa mãn điều kiện (Xem hình 5) 3.3 Đề xuất quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỷ lệ Quy trình xây dựng CSDL đồ đa tỷ lệ bao gồm trình... tạo mơ hình đối tượng đồ xác hình học ngữ nghĩa Về quy trình tổng qt hố 2.1 Phương pháp tiếp cận Phương pháp tiếp cận xuyên suốt nghiên cứu tiếp cận hệ thống CSDL đồ đa tỷ lệ coi hệ thống với thành