Đồ án nghiên cứu phương pháp xây dựng bản đồ 3d trên bộ phần mềm skyline, áp dụng thành lập bản đồ 3d

MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS 8 1.1. Khái niệm về GIS 8 1.1.1. Khái niệm về GIS 8 1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS 9 1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10 1.2.1. Thiết bị (hard ware) 10 1.2.2. Phần mềm (Software) 14 1.2.3. Chuyên viên (Expertise) 15 1.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data) 16 1.2.5. Chính sách và phương pháp (Policy and methodology) 17 1.3. Cơ sở dữ liệu trong GIS 18 1.3.1. Mô hình thông tin không gian 18 1.3.2. Mô hình thuộc tính không gian 24 1.3.3. Các định dạng dữ liệu GIS 27 1.4. Ứng dụng GIS-3D trong thành lập bản đồ 28 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH 30 ĐỊA HÌNH 3D 30 2.1. Một số khái niệm cơ bản 30 2.2. Nội dung của mô hình địa hình 3D 30 2.2.1. Mô hình số độ cao DEM 31 2.2.2. Các đối tượng địa hình 3D 33 2.2.3. Cấp độ chi tiết (LoD) của mô hình địa hình 3D 34 1 2.2.4. Một số kỹ thuật hiển thị đồ họa 37 2.2.5. Các cách khảo sát mô hình địa hình 3D 38 2.3. Một số ứng dụng của mô hình địa hình 3D 39 2.3.1. Các ứng dụng dựa trên DEM 40 2.3.2. Ứng dụng trong thiết kế xây dựng hạ tầng cơ sở 41 2.3.3. Ứng dụng trong giám sát thiên tai (phòng ngừa, giảm nhẹ và đánh giá tác hại) 41 2.3.4. Ứng dụng trong viễn thông 42 2.3.5. Ứng dụng trong hàng không 42 2.3.6. Ứng dụng trong quân sự 43 2.3.7. Ứng dụng trong du lịch 43 2.3.8. Ứng dụng trong giáo dục 43 CHƯƠNG III: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP MÔ HÌNH 44 ĐỊA HÌNH 3D 44 3.1. Một số phần mềm ứng dụng trong thành lập mô hình địa hình 3D 44 3.1.1. Microstation 44 3.1.2. AutoCad Nova Point Virtual Mapper 1.8 45 3.1.3. ArcScene 9.3 46 3.1.4. Imagine Virtual GIS 8.7 46 3.1.5. 3D Studio Max 47 3.1.6. TerraVista 48 3.1.7. Phần mềm GEOCONCEPT 48 3.1.8. Phần mềm GEOMEDIA PROFESSIONAL 4.0 48 3.1.9. Bộ phần mềm Skyline 49 3.2. Các phương pháp thành lập mô hình địa hình 3D 51 3.2.1. Thành lập mô hình địa hình 3D từ ảnh máy bay 51 3.2.2. Thành lập mô hình địa hình 3D từ mô hình địa hình có sẵn 52 2 3.2.3. Thnh lp mụ hỡnh a hỡnh 3D t cỏc ngun nh vin thỏm khỏc 54 CHNG IV: S DNG PHN MM SKYLINE THNH LP Mễ HèNH A HèNH 3D KHU VC C NễNG - VIT NAM 57 4.1. T liu thnh lp bn 57 4.2. S cụng ngh 58 4.2.1. Qui trình công nghệ xây dựng mô hình địa hình 3D trên bộ phần mềm Skyline 58 4.2.2. Thu thập dữ liệu bản đồ, xác định nội dung và cách thể hiện các yếu tố 61 4.2.3. Bổ sung nội dung điều vẽ 61 4.2.4. Chuyển file *dh.dgn từ 2D sang 3D, làm sạch dữ liệu file địa hình 61 4.2.5. Thành lập DEM 62 4.2.7. Hiển thị các đối tợng của bản đồ địa hình 3D trong phần mềm TerraExplorer Pro 66 73 74 KT LUN V HNG PHT TRIN 74 Kt qu t c 74 Kt lun, kin ngh v hng phỏt trin ca ti 75 TI LIU THAM KHO 76 1 LI NểI U 6 CHNG I: TNG QUAN V CễNG NGH GIS 8 1.1. Khỏi nim v GIS 8 3 1.1.1. Khái niệm về GIS 8 1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS 9 1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10 1.2.1. Thiết bị (hard ware) 10 1.2.2. Phần mềm (Software) 14 1.2.3. Chuyên viên (Expertise) 15 1.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data) 16 1.2.5. Chính sách và phương pháp (Policy and methodology) 17 1.3. Cơ sở dữ liệu trong GIS 18 1.3.1. Mô hình thông tin không gian 18 1.3.2. Mô hình thuộc tính không gian 24 1.3.3. Các định dạng dữ liệu GIS 27 1.4. Ứng dụng GIS-3D trong thành lập bản đồ 28 CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH 30 ĐỊA HÌNH 3D 30 2.1. Một số khái niệm cơ bản 30 2.2. Nội dung của mô hình địa hình 3D 30 2.2.1. Mô hình số độ cao DEM 31 2.2.2. Các đối tượng địa hình 3D 33 2.2.3. Cấp độ chi tiết (LoD) của mô hình địa hình 3D 34 2.2.4. Một số kỹ thuật hiển thị đồ họa 37 2.2.5. Các cách khảo sát mô hình địa hình 3D 38 2.3. Một số ứng dụng của mô hình địa hình 3D 39 2.3.1. Các ứng dụng dựa trên DEM 40 2.3.2. Ứng dụng trong thiết kế xây dựng hạ tầng cơ sở 41 2.3.3. Ứng dụng trong giám sát thiên tai (phòng ngừa, giảm nhẹ và đánh giá tác hại) 41 4 2.3.4. Ứng dụng trong viễn thông 42 2.3.5. Ứng dụng trong hàng không 42 2.3.6. Ứng dụng trong quân sự 43 2.3.7. Ứng dụng trong du lịch 43 2.3.8. Ứng dụng trong giáo dục 43 CHƯƠNG III: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP MÔ HÌNH 44 ĐỊA HÌNH 3D 44 3.1. Một số phần mềm ứng dụng trong thành lập mô hình địa hình 3D 44 3.1.1. Microstation 44 3.1.2. AutoCad Nova Point Virtual Mapper 1.8 45 3.1.3. ArcScene 9.3 46 3.1.4. Imagine Virtual GIS 8.7 46 3.1.5. 3D Studio Max 47 3.1.6. TerraVista 48 3.1.7. Phần mềm GEOCONCEPT 48 3.1.8. Phần mềm GEOMEDIA PROFESSIONAL 4.0 48 3.1.9. Bộ phần mềm Skyline 49 3.2. Các phương pháp thành lập mô hình địa hình 3D 51 3.2.1. Thành lập mô hình địa hình 3D từ ảnh máy bay 51 3.2.2. Thành lập mô hình địa hình 3D từ mô hình địa hình có sẵn 52 3.2.3. Thành lập mô hình địa hình 3D từ các nguồn ảnh viễn thám khác 54 CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM SKYLINE THÀNH LẬP MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D KHU VỰC ĐẮC NÔNG - VIỆT NAM 57 4.1. Tư liệu thành lập bản đồ 57 4.2. Sơ đồ công nghệ 58 5 4.2.1. Qui trình công nghệ xây dựng mô hình địa hình 3D trên bộ phần mềm Skyline 58 4.2.2. Thu thập dữ liệu bản đồ, xác định nội dung và cách thể hiện các yếu tố 61 4.2.3. Bổ sung nội dung điều vẽ 61 4.2.4. Chuyển file *dh.dgn từ 2D sang 3D, làm sạch dữ liệu file địa hình 61 4.2.5. Thành lập DEM 62 4.2.7. Hiển thị các đối tợng của bản đồ địa hình 3D trong phần mềm TerraExplorer Pro 66 73 74 KT LUN V HNG PHT TRIN 74 Kt qu t c 74 Kt lun, kin ngh v hng phỏt trin ca ti 75 TI LIU THAM KHO 76 1 LI NểI U Trong nhng nm gn õy, cỏc cụng ngh mi phỏt trin nhanh chúng, mnh m nh cụng ngh bn s, cụng ngh vin thỏm v cụng ngh GIS , cỏc d liu khụng gian cú th c hin th lp th theo khụng gian 3 chiu (3D), ỏp ng nhu cu ngy cng a dng ca ngi s dng. Ngnh Bn t khi hỡnh thnh v phỏt trin, n nhng nm 90 ca th k 20 ch mi xõy dng cỏc phng phỏp hin th cỏc d liu khụng gian trong mụi trng hai chiu. Mt cõu hi c t ra l: Ngnh Bn cú th khai thỏc li th ca cỏc cụng ngh mi GIS, RS v bn s khụng v khai thỏc nh th no? Ngy nay, cụng ngh thụng tin phỏt trin mnh, thõm nhp vo hu ht cỏc ngnh khoa hc v thc tin, trc xu th ton cu húa, vic sn 6 xuất những dạng bản đồ mới cung cấp kịp thời những thông tin cần thiết theo lãnh thổ địa lý, mô phỏng được cảnh quan chung như các dạng bản đồ 3D, giúp cho các nhà hoạch định chính sách của mỗi Quốc gia có cơ sở để xây dựng những chiến lược phát triển bền vững và những quyết sách độc lập trong xu thế chung của toàn Thế giới. Việc ứng dụng rộng rãi các công nghệ mới, đặc biệt là công nghệ thông tin trong thành lập bản đồ đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. Ngành Bản đồ các nước đang hướng đến hai loại bản đồ tiên tiến là bản đồ 3D và bản đồ động. Bản đồ 3D tỷ lệ lớn với các nhóm nội dung, độ chi tiết khác nhau phục vụ cho các mục đích du lịch, quy hoạch và dự báo phát triển trong tương lai cũng đã trở thành thương phẩm thường gặp tại nhiều nước phát triển. Mô hình dữ liệu, phương pháp thành lập, khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào các công nghệ sẵn có trong từng trường hợp. Xuất phát từ tình hình thực tế đó, cần nghiên cứu một cách tổng quát và toàn diện về việc thành lập bản đồ 3D tỷ lệ lớn trên cơ sở kết hợp công nghệ Bản đồ số, và Hệ thông tin Địa lý, nhằm mục đích thiết lập quy trình công nghệ liên hoàn từ khi dữ liệu được đưa vào đến khi xuất dữ liệu thành lập bản đồ và chuẩn dữ liệu cho hệ thống Thông tin địa lý. Tuy nhiên, đây là một công việc lớn, đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và cơ sở vật chất, nên trong khoảng thời gian ngắn không thể nghiên cứu, giải quyết được tất cả các vấn đề liên quan đến các thể loại bản đồ 3D và bản đồ động. Đề tài: “Nghiên cứu phương pháp xây dựng bản đồ 3D trên bộ phần mềm Skyline, áp dụng thành lập bản đồ 3D cho khu vực Đắc Nông – VN” được chọn, thực hiện, nhằm xây dựng một mảnh bản đồ thử nghiệm trên địa hình khu vực Đắc Nông - Việt Nam – mảnh 96-(246-h). Những kết quả 7 nghiên cứu này cũng có thể ứng dựng cho các lĩnh vực khoa học, kinh tế hoặc cho mục đích giáo dục, du lịch và quân sự Để giải quyết những vấn đề này, trong đồ án đề cập đến những nội dung lớn như sau: CHƯƠNG I: Tổng quan về công nghệ GIS. CHƯƠNG II: Cơ sở khoa học của mô hình địa hình 3D. CHƯƠNG III. Một số phương pháp thành lập mô hình địa hình 3D. CHƯƠNG IV: Sử dụng bộ phần mềm Skyline Thành lập mô hình địa hình 3D khu vực Đắc Nông - Việt Nam – mảnh 96 Mặc dù đã rất cố gắng trong nghiên cứu nhưng kết quả thành lập bản đồ 3D còn nhiều hạn chế. Kính mong thầy giáo và bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS 1.1. Khái niệm về GIS 1.1.1. Khái niệm về GIS GIS, viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Geographic Information Systems, ngày nay được biết đến nhiều trên thế giới như là một hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị các dữ liệu địa lý. GIS đang ngày càng "lấn lướt" nhiều công nghệ khác trong việc hỗ trợ ra quyết định liên quan đến đất đai, môi trường, tài nguyên thiên nhiên, cơ sở hạ tầng, và kinh tế xã hội. GIS là công nghệ tích hợp các thao tác trên cơ sở dữ liệu không gian với khả năng tra cứu và phân tích (thống kê và không gian), cùng khả năng hiển thị trực quan dưới dạng bản đồ. 8 1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không được cụ thể lắm bởi lẽ những khái niệm tương tự GIS đã tồn tại ngay từ khi xuất hiện con người, từ khi con người có nhu cầu đi lại, sinh hoạt, buôn bán, Mặc dù vậy, sự đóng góp rất lớn và rất tích cực của Giáo sư Roger Tomlinson vào năm 1963 đã khiến thế giới phải công nhận ông chính là cha đẻ của GIS. Như chúng ta cũng biết, năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer Graphics) bắt đầu hình thành và phát triển. Sự khó khăn trong việc sử dụng các thiết bị kinh điển để khảo sát những bài toán phức tạp hơn đã dẫn đến hình thành ngành Bản đồ máy tính (Computer Cartographic) vào những năm 1960. Cũng thời gian này, nhiều bản đồ đơn giản được xây dựng với các thiết bị vẽ và in. Tuy nhiên, chỉ khoảng 10 năm sau, năm 1971 khi chip bộ nhớ máy tính được phổ biến, các ngành liên quan đến đồ họa trên máy tính thật sự chuyển biến và phát triển mạnh. Nói đến GIS, chúng ta cũng có thể nghĩ đến việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian đồ sộ. Những lý thuyết và thực tế về cơ sở dữ liệu và hệ thống thông tin ra đời vào cuối những năm 60, đầu những năm 70 là một đóng góp khác cho sự ra đời của GIS. Tất cả những ý tưởng trên dường như được hội tụ vào cùng một thời điểm. Roger Tomlinson là một trong những người nhạy bén đón nhận những tinh hoa đó và chuyển thành một GIS. GIS ngày nay không chỉ dừng lại ở mức công nghệ mà nó đã tiến lên nhiều nấc đến khoa học (Geographic Information Science - GISci) và dịch vụ (Geographic Information Services) 9 1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là: - Thiết bị (hardware) - Phần mềm (software) - Số liệu (Geographic data) - Chuyên viên (Expertise) - Chính sách và phương pháp quản lý (Policy and methodology) Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần như sau: 1.2.1. Thiết bị (hard ware) Thiết bị bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in (printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, C.D ROM v.v ). 10 Hình 1.1. Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS [...]... tập các ứng dụng và các công cụ để thao tác và quản lý dữ liệu GIS 1.4 Ứng dụng GIS -3D trong thành lập bản đồ Việc ứng dụng rộng rãi công nghệ thông tin trong thành lập bản đồ 28 đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới Trong điều kiện thuận lợi này, các sản phẩm bản đồ cũng được đa dạng hoá rất nhiều Ngành bản đồ các nước đang hướng đến hai loại bản đồ tiên tiến là bản đồ 3D và bản đồ động Mô hình... GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách- phương pháp là cơ sở của thành công Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần: 17 Thiết bị, Phần mềm, Chuyên viên và số liệu với nhau để đưa vào vận hành Tuy nhiên, yếu tố chính sách và phương pháp sẽ có tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của hoạt động GIS 1.3 Cơ sở dữ... tượng vật thể trên đó Mô hình bản đồ 3D (3D cartographic model - 3DCM) là mô hình mô tả trừu tượng (có khái quát hoá) một hay nhiều khía cạnh của thế giới thực Mô hình địa hình 3D (3D topo-cartographic model -3DTCM) là mô hình bề mặt mặt đất bao gồm các đối tượng vật thể trên đó được khái quát hoá và ký hiệu hoá ở một mức độ nhất định theo nguyên tắc bản đồ Mô hình địa hình 3D là bản đồ số trong đó... được sử dụng để điều khiển cách hiển thị của đối tượng theo các nguyên tắc bản đồ Tóm lại, cấu trúc của mô hình địa hình 3D bao gồm: nền DEM, dữ liệu đồ họa 2D hoặc 3D của các đối tượng địa hình, dữ liệu thuộc tính gán với dữ liệu đồ họa này và tất cả được hiển thị trong môi trường 3D theo nguyên tắc bản đồ 2.2.3 Cấp độ chi tiết (LoD) của mô hình địa hình 3D Quá trình xây dựng mô hình địa hình 3D có... Đĩa cứng thông thường được sử dụng cho lưu trữ dữ liệu Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (INPUT DEVICES)  Digitizer Bàn số hoá bản đồ bao gồm 1 bàn hoặc bàn viết, mà bản đồ được trải rộng ra và 1 cursor có ý nghĩa của các đường thẳng và các điểm trên bản đồ được định vị Trong toàn bộ bàn số hoá (digitizer) việc tổ chức được ghi bởi phương pháp của một cột lưới tốt đã gán vào trong bàn Dây tóc của cursor... tượng vật thể trên đó được khái quát hoá, ký hiệu hoá ở một mức độ nhất định theo nguyên tắc bản đồ, được gán thuộc tính và hiển thị trong môi trường lập thể 2.2 Nội dung của mô hình địa hình 3D Cấu trúc cơ bản của mô hình địa hình 3D được thể hiện ở hình 2.1 bao gồm hai thành phần chính là mô hình số độ cao DEM và các đối tượng địa hình trên đó Hình 2.1 Các nội dung chính của mô hình địa hình 3D 30 2.2.1... họa nói chung và các loại bản đồ nói riêng Các sản phẩm mô hình địa hình và địa chính được thành lập ở các tỷ lệ khác nhau trên diện rộng cho lãnh thổ Việt Nam tạo thành một nguồn dữ liệu bản đồ lớn và đa dạng, các ngành khoa học tuỳ theo những yêu cầu riêng và điều kiện vật chất kỹ thuật của mình cũng đã có một số sản phẩm đồ họa có các yếu tố địa hình 3D trong đó như: sơ đồ tuyến, mặt cắt trong các... tả về bản thân các hình ảnh bản đồ Thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống Tuy nhiên, các bản ghi... kích thước của khổ A1 hoặc A0 13 Hình 1.6 Máy vẽ (plotter) 1.2.2 Phần mềm (Software) Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau: - Nhập và kiểm tra dữ liệu (Importing and checking data):... hình địa hình 3D với các nhóm nội dung, độ chi tiết khác nhau phục vụ cho các mục đích khác nhau cũng đã trở thành thương phẩm thường gặp tại nhiều nước phát triển Mô hình dữ liệu, phương pháp thành lập, khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào của công nghệ sẵn có trong từng trường hợp Ở Việt Nam, từ những năm 90, máy tính đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi cho việc thành lập dữ liệu đồ họa nói