nghiên cứu cơ sở khoa học tổng quát hoá bản đồ tự động và xây dựng phần mềm tổng quát hoá bản đồ từ dữ liệu bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn

BTNMT VKHB B TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRNG VIN KHOA HC O C&BN  ng Hoàng Quc Vit, Cu Giy, Hà Ni *** BÁO CÁO TNG KT KHOA HC VÀ K THUT  TÀI : NGHIÊN CU C S KHOA HC TNG QUÁT HÓA BN  T NG VÀ XÂY DNG PHN MM TNG QUÁT HÓA BN  T D LIU BN  A HÌNH T L LN HN TS. NG TH BÍCH PHNG Hà Ni, 6-2009 BTNMT VKHB B TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRNG VIN KHOA HC O C&BN  ng Hoàng Quc Vit, Cu Giy, Hà Ni *** BÁO CÁO TNG KT KHOA HC VÀ K THUT  TÀI : NGHIÊN CU C S KHOA HC TNG QUÁT HÓA BN  T NG VÀ XÂY DNG PHN MM TNG QUÁT HÓA BN  T D LIU BN  A HÌNH T L LN HN Hà Ni, ngày tháng nm 2009 CH NHIM  TÀI TS. ng Th Bích Phn g Hà Ni, ngày tháng nm 2009 C QUAN CH TRÌ  TÀI VIN TRNG VIN KHOA HC O C&BN  PGS. TSKH. Hà Minh Hòa Hà Ni, ngày tháng nm 2008 HI NG ÁNH GIÁ CHÍNH THC CH TCH HI NG Hà Ni, ngày tháng nm 2009 TL. B TRNG B TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRNG V TRNG V KHOA HC CÔNG NGH TS. Nguyn c ng Hà Ni, 6-2009 DANH SÁCH CÁN B THAM GIA THC HIN CHÍNH STT H và tên Hc v, chuyên ngành C quan công tác 1 ng Th Bích Phng TS. Bn đ Vin Khoa hc o đc - Bn đ 2 Nguyn Th Chi ThS. Bn đ Vin Khoa hc o đc và Bn đ 3 ào Khánh Hoài TS. a tin hc Hc vin K thut quân s 4 Nguyn Th Tho KS. a chính Vin Khoa hc o đc và Bn đ 5 Bùi Cm Ngc ThS. a chính Vin Khoa hc o đc và Bn đ 6 Hoàng Th Tâm KS. a chính Vin Khoa hc o đc và Bn đ VIT TT, THUT NG GIS, HTTTL H thng thông tin đa lý CSDL, Database C s d liu TQH, TQHT Tng quát hóa, Tng quát hóa t đng GISc Khoa hc v thông tin đa lý Data set Tp d liu đa lý v mt khu vc c th, vi ni dung/ ch đ c th, t l hoc đ phân gii không gian c th , đáp ng mc đ ích s dng c th BH Bn đ đa hình LoD Level of detail, mc đ chi tit MC LC Trang M U 1 CHNG I: C S KHOA HC TNG QUÁT HOÁ BN  T NG 5 I.1. Khái nim chung v tng quát hoá bn đ 5 I.2. Các yu t nh hng đn tng quát hoá bn đ 6 I.3. Các hình thc tng quát hóa bn đ 8 I.4. Các hot đng tng quát hoá t đng 9 I.4.1. Tng quát hóa đi vi d liu vector 9 I.4.2. Tng quát hóa đi vi d liu raster 11 I.5. Phân loi các phng pháp tng quát hóa bn đ 11 I.5.1. Phân loi theo mc đích tng quát hóa 11 I.5.2. Phân loi theo quan đim tng quát hóa 12 I.5.3. Phân loi theo toán t và thut toán tng quát hóa 12 I.6. Tình hình nghiên cu trong và ngoài nc 15 I.6.1. Tình hình nghiên cu ng dng tng quát hóa t đng bn đ  các nc trên th gii 15 I.6.2. Tình hình nghiên cu ng dng tng quát hóa t đng bn đ ti Vit Nam 16 CHNG II: C IM TH HIN CÁC I TNG VÀ CÁC YÊU CU V TNG QUÁT HÓA T NG BN   VIT NAM 18 II.1. Các đc trng hình thái đa hình Vit Nam 18 II.1.1. Các kiu đa hình 18 II.1.2. Các kiu m ng li thu h 19 II.2. Mt s vn đ chung v bn đ đa hình 20 II.2.1. nh ngha 20 II.2.2. Các tính cht ca bn đ đa hình 21 II.2.3. Phân loi bn đ đa hình 21 II.2.4. Các phng pháp thành lp bn đ đa hình 23 II.2.5. Ni dung bn đ đa hình 23 II.3. c đim th hin và tng quát hoá các đi tng nôi dung bn đ đa hình 24 II.3.1. Th hin và tng quát hoá đa hình 24 II.3.2. Th hin và tng quát hoá thu h 25 II.3.3. Th hin và tng quát hoá lp ph thc vt 28 II.3.4. Th hin và tng quát hoá dân c 29 II.3.5. Th hin và tng quát hoá đng giao thông 29 II.3.6. Th hin và tng quát hoá các yu t kinh t xã hi 30 II.3.7. Th hin và tng quát hoá ranh gii - đa gii 30 II.3.8. Th hin và tng quát hoá các yu t c s toán hc 30 CH NG III: ÁNH GIÁ CHT LNG TNG QUÁT HÓA BN  31 III.1. ánh giá các thut toán TQHT bn đ 31 III.1.1. Thut toán Douglas- Peucker 31 III.1.2. Thut toán s dng đim đc lp 31 III.1.3. Thut toán s dng k/c gia các đim hoc đng vuông góc 33 III.1.4. Thut toán Reumann- Wikam 33 III.1.5. Thut toán Zhao - Saalfeld 34 III.1.6. Thut toán Opheim 35 III.1.7. Thut toán Lang 36 III.1.8. Thut toán Visvalingam – Whyatt 37 III.1.9. ánh giá các thut toán đn gin hoá các yu t dng đng 37 III.2. ánh giá các công c TQHT bn đ trong các phn mm thng mi 38 III.2.1. ARCGIS 38 III.2.2. Map Generalization và Dynagen 41 III.2.3. CHANGE 42 III.2.4. Các sn phm ca Laser Scan 43 III.2.5. Generalizasya 46 III.3. Vn đ đánh giá cht lng tng quát hoá bn đ 47 III.3.1. Cht lng bn đ và cht lng tng quát hoá 47 III.3.2. Các phng pháp đánh giá cht lng tng quát hóa bn đ 48 III.3.3. ánh giá cht lng tng quát hóa bn đ t đng 49 III.3.4. ánh giá ch t lng tng quát hóa bng các công c và các phn mm thng mi 51 CHNG IV: TNG QUÁT HÓA CÁC YU T HÌNH TUYN 54 IV.1. c đim tng quát hoá mng li các yu t hình tuyn 54 IV.2. ng dng lý thuyêt đ th trong tng quát hóa t đng bn đ 55 IV.2.1. Các khái nim và ng dng c bn 56 IV.2.2. ng dng lý thuyt đ th trong tng quát hóa 58 IV.3. Tng quát hóa mng li các yu t hình tuyn 61 IV.3.1. Các cách tip cn đi vi tng quát hoá mng li 61 IV.3.2. Lý thuyt đ th trong tng quát hoá m ng li 62 IV.3.3. Tng quát hoá mng li giao thông 63 IV.3.4. Các ng dng ca nguyên tc nhóm nhn thc 63 IV.5. Gii pháp tng quát hóa mng li đi tng 65 CHNG V: TH NGHIM XÂY DNG PHN MM H TR TNG QUÁT HÓA BN  T NG 66 V.1. Phân tích và thit k h thng 66 V.1.1. Các yêu cu phn mm 66 V.1.2. Mô hình chc nng 69 V.2. Gii pháp công ngh 70 V.3. Phn mm th nghim 73 V.4. K t qu tng quát hóa th nghim và đánh giá 76 KT LUN VÀ KIN NGH 79 TÀI LIU THAM KHO PH LC M U  Vit Nam và trên th gii hin nay, các c quan đo đc bn đ quc gia và các nhà cung cp d liu đa lý khác thng qun lý mt hoc nhiu c s d liu có ngun gc là các bn đ đa hình, đa lý t l khác nhau. Qun lý các c s d liu đa t l nh vây có các u đim nh đáp ng nhanh chóng các yêu cu đi vi d liu bn đ  các t l khác nhau, đc bit là đ phc v vic thành lp và cung cp bn đ s hoc giy, tit kim thi gian và kinh phí cho thành lp và bo trì CSDL ph trùm t l ln Các CSDL đa t l cng có nhng nhc đim nh cng knh, không đm bo tính đng nht, ngoài ra còn đ i lin vi nhng khó khn v k thut và kinh t khi hiu chnh, cp nht. Trong tng lai CSDL đa lý quc gia cn phi có kh nng đáp ng các yêu cu, mc đích s dng khác nhau. Ví d bn đ đa hình  các t l khác vi dãy t l c bn, bn đ đa lý vi các mc đ khái quát khác nhau, bn đ nn vi m c đ chi tit khác nhau phc v công tác điu tra c bn và thành lp bn đ chuyên đ, các datasets (tp, gói d liu) phc v gii quyt các bài toán kinh t xã hi. Bn đ vn là sn phm ch yu ca công tác đo đc - bn đ, song không còn là đu ra duy nht. Mt trong các xu hng hin nay  các nc tiên tin là xây dng CSDL ph trùm duy nht. Do nhng lý do kinh t và k thu t, t l (hay mc đ chi tit) cng nh cht lng d liu ca CSDL ph trùm không nht thit và cng không th đng nht trên toàn b lãnh th, song CSDL phi là duy nht, là d liu c bn đ thành lp tt c các bn đ t l nh hn và các datasets có mc đ chi tit thp hn.  CSDL ph trùm hot đng hiu qu c n phi có các gii pháp tng quát hóa t đng. Trong khong 30 nm tr li đây đã có nhiu n lc ca các chuyên gia toán hc, đa lý, bn đ và công ngh thông tin đ phát trin các phng pháp, gii thut, công c tng quát hóa t đng. Các công c tng quát hóa t đng trong thi k đu đc xây dng ch yu nhm mc đích gim nh lao đng trong thành lp b n đ bng cách mô phng các thao tác tng quát hóa trong thành lp bn đ truyn thng. Các kt qu nghiên cu trong lnh vc tng quát hóa t đng đã đc các c quan đo đc bn đ quc gia mt s nc phát trin áp dng trong thc t sn xut. Ti Vit Nam các công c tng quát hóa có sn trong các phn mm thng mi thông dng cng đc các c s sn xut và nghiên cu quan tâm ng dng đ gim bt chi phí và nâng cao cht lng thành lp bn đ s. Các công c này tng đi nghèo nàn, ch yu dành cho TQH các đi tng đc lp, đòi hi s can thip ca k thut viên  nhiu công đon. Nhng yêu cu v tng quát hoá t đng càng cp thit trong bi cnh Vit Nam chun b xây d ng c s h tng d liu không gian quc gia. Bên cnh các yêu cu v đ tin cy, tính đng nht và tính cp nht ca d liu, NSDI cn phi cung cp các công c tng quát hoá có mc đ t đng cao, có th đáp ng nhanh chóng các yêu cu đa dng ca ngi s dng v t l, phm vi, chuyên đ, mc đ chi tit. 1 Trc nhng thách thc nói trên đi vi ngành đo đc bn đ, các vn đ đánh giá ni dung, phng pháp th hin, cht lng h thng bn đ quc gia đ đ ra nhng tiêu chí, qui đnh phù hp; đánh giá các công c, gii pháp t đng tng quát hóa và kinh nghim trin khai  các nc trên th gii và nghiên cu xây dng các công c, gii pháp tng quát hóa da trên chun thông tin đa lý và t p quán s dng thông tin đa lý  Vit Nam chính là nhng hng nghiên cu cn đc bit quan tâm. Vic thc hin đ tài "Nghiên cu c s khoa hc tng quát hoá bn đ t đng và xây dng phn mm tng quát hoá bn đ t d liu bn đ đa hình t l ln hn" là mt trong nhng c gng nhm gii quy t các vn đ cp thit đó. Mc tiêu nghiên cu ca đ tài: - Xác đnh c s khoa hc ca tng quát hoá t đng - Nghiên cu và xây dng thut toán tng quát hoá t đng mng li các đi tng dng tuyn trên bn đ đa hình phù hp vi thc t Vit Nam. - Xây dng phn mm th nghim tng quát hoá thành lp bn đ t d liu bn đ đa hình t l ln hn Phm vi nghiên cu: Các nghiên cu th nghim ca đ tài tp trung vào vn đ nâng cao mc đ t đng hóa công đon tng quát hóa bn đ trong qui trình thành lp bn đ t l 1: 25 000 t bn đ đa hình dng s t l 1: 10 000. Ni dung nghiên cu: - Nghiên cu c s khoa hc ca tng quát hoá các đi tng dng tuyn và các  ng dng ca lý thuyt đ th trong phân tích mng li - Nghiên cu đc đim th hin ni dung trên bn đ đa hình theo các quy phm, ký hiu thành lp bn đ đa hình và đc đim công tác tng quát hoá ng dng trong thc t Vit Nam - Nghiên cu, đánh giá các thut toán tng quát hoá đã công b và các công c tng quát hoá trong các phn mm da trên các ch tiêu đnh tính và đnh lng c a sn phm. - Xây dng thut toán tng quát hoá mng li các yu t dng tuyn phù hp vi thc t Vit Nam - Xây dng phn mm tng quát hoá t đng bn đ t bn đ t l ln hn, phù hp vi thc t Vit Nam. - Th nghim cho bn đ đa hình t l 1: 10 000 ti 2 khu vc khác nhau Phng pháp nghiên c u và cách tip cn:  thc hin các ni dung nghiên cu, đ tài la chn phng pháp tip cn nh sau : - Nghiên cu các thut toán, các phn mm tng quát hoá đã có trên th gii, so sánh các u đim và nhc đim trong trng hp s dng  Vit Nam t đó đ xut thut toán tng quát hoá phù hp. 2 - Nghiên cu hin trng công tác xây dng và s dng thông tin đa lý  Vit Nam, đc đim đa hình Vit Nam, đc đim th hin ni dung, ký hiu trên các bn đ đa hình, đc bit các đi tng dng tuyn, đ có gii pháp phù hp. nh hng áp dng cho bn đ đa hình t l 1: 10 000. - Xây dng các modul tng quát hoá t đng các đi tng dng tuy n trên bn đ đa hình s và xây dng phn mm phc v thành lp bn đ t d liu đa hình t l ln. Th nghim cho bn đ đa hình t l 1: 10 000 ti các khu vc khác nhau.  tài s dng các phng pháp nghiên cu sau: - Phng pháp so sánh - Phng pháp phân tích h thng - Phng pháp toán hc - Các ngôn ng lp trình B cc ca báo cáo Báo cáo gm 5 chng và 2 ph lc cùng vi nhiu hình v và biu bng minh ho - Chng I vi tiêu đ C s khoa hc tng quát hóa bn đ t đng trình bày các quan đim và khái nim chung v vai trò và ý ngha ca tng quát hoá bn đ nói chung và tng quát hoá t đng nói riêng, các loi hình và các phng pháp tng quát hoá t đng bn đ cng nh tng quan v tình hình nghiên cu trong và ngoài nc - Chng II - c đ im th hin các đi tng và các yêu cu v TQHT bn đ  Vit Nam tóm lc các đc trng hình thái đa hình Vit Nam có nh hng đn quá trình và kt qu tông quát hóa, xem xét đc đim th hin các đi tng trên bn đ đa hình và các yêu cu đc thù v tng quát hoá bn đ t đng  Vit Nam - Chng III vi tiêu đ Phng pháp đánh giá cht l ng TQHT bn đ trình bày các kt qu nghiên cu v phng pháp đánh giá, ch tiêu đánh giá, đánh giá các thut toán, các công c TQHT bn đ trong các phn mm thng mi và kt qu đánh giá hiu qu các gii pháp TQHT bn đ đã s dng  Vit Nam và trên th gii - Chng IV. Tng quát hoá các mng li các yu t hình tuyn đ cp đn mt s vn đ có ý ngha quan trng trong bài toán tng quát hóa t đng bn đ nh đc đim tng quát hoá các mng li các yu t hình tuyn; ng dng lý thuyt đ th trong TQHT bn đ và thut toán tng quát hoá mng li các yu t hình tuyn - Chng V – Th nghim xây dng phn mm tng quát hoá t đng bn đ trình bày các v n đ công ngh liên quan đn phân tích và thit k h thng, la chn gii pháp công ngh nh chun d liu, môi trng đ ho và kt qu th nghim cho hai khu vc có đc đim đa mo khác nhau. - Kt lun và kin ngh 3 [...]... k t 12 nhóm ho t ng t ng quát hoá c b n mang ý ngh a miêu t tính ch t c a t ng quát hoá t ng Nghiên c u này ã có nh h ng l n n s phát tri n c a các ph n m m t ng quát hoá trong su t nh ng n m 90 Các thu t ng dùng ch các thao tác t ng quát hoá c s d ng trong các ph n c li t vào m t trong m m th ng m i có th khác nhau, nh ng chúng u có th các hình th c t ng quát hoá do Shea và McMaster a ra, bao g m... ti t phù h p v i t l và/ ho c m c ích c ab n c Nh v y, T ng quát hoá b n là s l a ch n và khái quát các i t ng th hi n trên b n phù h p v i m c ích s d ng, n i dung, t l b n và c i m lãnh th c th hi n trên b n B n ch t c a t ng quát hoá là th hi n trên b n các c i m c b n, các tính ch t c tr ng c a các i t ng, hi n t ng và quan h 4 T ng quát hoá c th c hi n thông qua khái quát hoá các c tr ng ch t... t ng quát hóa tham gia vào quá trình xây d ng mô hình th phát, liên quan n v n gi n l c mô hình DLM ph thu c vào m c ích cúa b n Cu i cùng, t ng quát hóa ch u trách nhi m v xây d ng hình nh theo các qui t c b n h c t mô hình trên c s t l và m c ích c a b n - quá trình t o DCM (digital cartographic model) – mô hình b n s Hi n nay công ngh s ã c ng d ng r ng rãi trong nhi u công o n thành l p và hi...CH C S NG I KHOA H C T NG QUÁT HÓA B N I.1 Khái ni m chung v t ng quát hóa b n T NG và t ng quát hóa b n t ng T ng quát hoá b n là ph ng pháp c bi t l a ch n và khái quát các y u t n i dung b n , làm sáng t và bi u th lên b n các c i m c tr ng, nh ng nét c b n, i n hình c a i t ng, hi n t ng và m i t ng tác gi a chúng v i nhau, làm n i b t các qui lu t t nhiên và kinh t xã h i B n ph i... hoàn toàn d a vào kinh nghi m chuyên môn và quan i m th m m c a ng i biên t p Trong s công trình nghiên c u t ng i sâu v t ng quát hóa b n có th k n Báo cáo t ng k t chi ti t k t qu tài Nghiên c u c s lý lu n và công ngh thành l p b n a hình c b n Vi t nam ng d ng công ngh mô hình s a hình (V Bích Vân và nnk,1991) Báo cáo c p n c i m và các yêu c u v t ng quát hóa trong thành l p b n a hình b ng ph... c i m th hi n và t ng quát hóa các it ng n i dung b n a hình II.3.1 Th hi n và t ng quát hóa a hình Trên B H dáng t ch y u c bi u di n b ng ng bình và các i m cao T p h p c a các ng bình s cho ta th y hình nh c a nh ng ki u a hình khác nhau và cho phép phân bi t chúng Ngoài ng bình và i m cao ra còn s d ng r t nhi u các ký hi u khác, b tr mô t rõ h n c i m c a các ph n t và d ng vi a hình nh : èo,... ng quát hóa Trong quá trình xây d ng d li u d n xu t t c s d li u a lý chi ti t, m i giai o n t ng quát hóa có m c ích và i t ng ch u tác ng khác nhau V i mô hình ban u DLM (digital landscape model), t ng quát hóa là quá trình l a ch n và tr u t ng hóa các i t ng c a th gi i th c H n th , t ng quát hóa tham gia vào quá trình xây d ng mô hình th phát phù h p v i m c ích cúa b n Cu i cùng, t ng quát. .. ph ng pháp biên v tài Nghiên c u m t s v n v t ng quát hóa b n và ng d ng trong các h thông tin a lý ( ng V n c và nnk, 2003) t p trung vào các thu t toán t ng quát hóa d li u raster Báo cáo k t quá tài nghiên c u ng d ng công ngh t ng quát hóa b n a hình theo công ngh s cho d i t l 1: 25 000-1:50000 (Nguy n Th Ph ng và nnk, 2006) c p n m t s v n lý lu n v t ng quát hóa b n a hình theo h ng công ngh... t ng quát hóa mô hình l i liên quan t i quá trình xây d ng b n t c s d li u T ng quát hóa mô hình không c s d ng cho vi c hi n th , mà ch liên quan n quá trình l c b (data reduction) i t ng nghiên c u c a t ng quát hóa mô hình là các thu t toán gi n l c hóa v i m c ích gi m các yêu c u v b nh và nâng cao hi u qu các ho t ng phân tích T ng quát hóa mô hình c nhìn nh n nh b c ti n x lý cho t ng quát. .. quát hóa b n T ng quát hóa b n - Cartographic generalisation: Liên quan tr c ti p n v n t ng quát hóa d li u không gian hi n th trên b n S khác bi t i v i i t ng a lý thông qua các ký hi u t ng quát hóa mô hình n m ch hi n th T ng quát hóa th c hi n trên c s ánh giá ng ngh a (semantic evaluation) và các h n ch h a T ng quát hóa th hi n t ng quát hóa khái ni m, phân lo i và t ng quát hóa hình h c I.5.2 . bn đ đa hình 23 II.3. c đim th hin và tng quát hoá các đi tng nôi dung bn đ đa hình 24 II.3.1. Th hin và tng quát hoá đa hình 24 II.3.2. Th hin và tng quát hoá thu h. II.3.3. Th hin và tng quát hoá lp ph thc vt 28 II.3.4. Th hin và tng quát hoá dân c 29 II.3.5. Th hin và tng quát hoá đng giao thông 29 II.3.6. Th hin và tng quát hoá các yu. ca tng quát hoá bn đ nói chung và tng quát hoá t đng nói riêng, các loi hình và các phng pháp tng quát hoá t đng bn đ cng nh tng quan v tình hình nghiên cu trong và ngoài