nghiên cứu sử dụng cấu trúc DCEL làm cơ sở để khai thác ứng dụng dữ liệu bản đồ số địa chính việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT ____________________________________ ĐOÀN ANH TÚ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CẤU TRÚC DCEL LÀM CƠ SỞ ĐỂ KHAI THÁC ỨNG DỤNG DỮ LIỆU BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 02.72.25.13 HỒ CHÍ MINH - 2015 ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 6 1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 6 1.1.1. Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới 9 1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 10 1.2. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 14 1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam 15 1.2.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 17 1.2.3. Đánh giá công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính hiện nay ở Việt Nam 19 1.2.4. Vấn đề tồn tại cần nghiên cứu 26 CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 28 2.1. Xác định giải pháp 28 2.2. Chuyển đổi bản đồ địa chính khi thay đổi hệ thống tọa độ 28 2.2.1. Giải pháp chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số 29 2.2.2. Giải pháp chuyển đổi bản đồ giữa hai hệ thống tọa độ 29 2.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu thuộc tính 30 2.3. Giải pháp chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32 2.3.1. Giải pháp đề xuất: 33 2.3.2. Hiệu quả của giải pháp 36 2.4. Giải pháp lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp quản lý và biên tập 37 2.4.1. Mô hình dữ liệu Spaghetti 37 2.4.2. Mô hình dữ liệu Topo 39 CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU DCEL 46 TRONG THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH 46 3.1. Một số thuật toán cơ sở 47 3.1.1. Sắp xếp và tìm kiếm 47 iii 3.1.2. Xác định điểm nằm ở phía nào của đoạn thẳng 49 3.1.3. Kiểm tra giao của hai đoạn thẳng 50 3.1.4. Kiểm tra điểm nằm trong đa giác 50 3.1.5. Phân hoạch không gian đối tượng 52 3.1.6. Tính diện tích đại số một đa giác 54 3.1.7. Xác định góc hợp bởi phương thẳng đứng với đoạn thẳng 54 3.2. Thuật toán tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL 55 3.2.1. Nhập điểm, sắp xếp và lọc điểm trùng. 55 3.2.2. Xác định các đoạn hở, các đoạn giao nhau 56 3.2.3. Nhập cạnh, sắp xếp, lọc cạnh trùng 58 3.2.4. Xác định thông tin lưu trữ DCEL 59 3.2.5. Khoanh vùng 60 3.3. Biên tập thửa đất sử dụng cấu trúc DCEL 62 3.3.1. Tách thửa đất 62 3.3.2. Gộp thửa 65 3.3.3. Thêm bớt đỉnh 66 3.3.4. Tạo đường song song với cạnh chọn 67 3.4. Chồng phủ các vùng sử dụng cấu trúc DCEL 67 3.4.1. Chia cạnh 68 3.4.2. Lát kín một vùng 69 3.4.3. Thuật toán chồng phủ 72 3.4.4. Đánh giá thuật toán chồng phủ 74 3.5. Sử dụng cấu trúc DCEL tạo các ứng dụng bản đồ số địa chính 74 3.5.1. Lập hồ sơ địa chính 75 3.5.2. Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 75 3.5.3. Lập bản đồ giải phóng mặt bằng 77 3.5.4. Xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích 77 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 79 4.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 79 4.2. Khái quát về ngôn ngữ lập trình Visual Basic 79 4.3. Xây dựng chương trình thử nghiệm 84 4.3.1. Giao diện chương trình 84 4.3.2. Các trình đơn 84 4.3.3. Giải pháp tạo thư viện liên kết động phục vụ xây dựng chương trình 85 iv 4.3.4. Giải pháp tăng tốc độ tính toán của chương trình 88 4.3.5. Thử nghiệm chương trình 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 11 1 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích BĐĐC Bản đồ địa chính CSDL Cơ sở dữ liệu DCEL Doubly Connected Edge List GCNQSDĐ Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất GIS Hệ thống thông tin địa lý LIS Hệ thống thông tin đất đai NMCA National Mapping and Cadastral Agencies QP Quy phạm SDI Spatial Data Infrastructure Topology Mô hình Topo vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Danh sách các nước sử dụng công nghệ ESRI 13 Bảng 2.1. Bảng mô tả đặc trưng của cấu trúc Spaghetti 38 Bảng 2.2. Bảng dữ liệu thửa đất cấu trúc Winged-edge Topology 40 Bảng 2.3. Bảng danh sách đỉnh 42 Bảng 2.4. Bảng danh sách nửa cạnh 42 Bảng 2.5. Bảng danh sách vùng 43 Bảng 2.6. Bảng lưu trữ Nodes 44 Bảng 2.7. Bảng lưu trữ Links 44 Bảng 2.8. Bảng lưu trữ vùng 44 Bảng 3.1. Danh sách đoạn thẳng được sắp xếp theo chỉ số đầu mút 58 Bảng 4.1. So sánh tốc độ thực hiện phép toán của các kiểu dữ liệu 91 Bảng 4.2. So sánh tốc độ thực hiện các phép toán khác nhau 92 Bảng 4.3. So sánh tốc độ thực hiện khi sử dụng tuỳ chọn biên dịch an toàn 93 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Đánh số thửa theo từng khu vực ở Argentina 11 Hình 1.2. Đánh số thửa trên toàn khu vực ở Malaysia 12 Hình 2.1. Mô tả kiểu lưu trữ Topology 24 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32 Hình 2.3. Minh họa mô hình dữ liệu Spaghetti [32] 38 Hình 2.4. Mô hình cấu trúc Winged-edge Topology 40 Hình 2.5. Hai thửa đất kề nhau 40 Hình 2.6. Mô hình cấu trúc danh sách cạnh liên kết kép 41 Hình 2.7. Mô hình cấu trúc dữ liệu Link-Node 43 Hình 3.1 . Sắp xếp đánh số hiệu điểm 56 Hình 3.2. Các trường hợp cần phát hiện và loại bỏ khi khoanh vùng [13] 57 Hình 3.3. Xác định thuộc tính DCEL 60 Hình 3.4. Các cạnh thửa đất trước khi chia [14] 63 Hình 3.5. Hai đầu mút đường chia nằm trên cạnh [14] 64 Hình 3.6. Hai đầu mút đường chia là đỉnh thửa [14] 64 Hình 3.7. Một đầu mút là đỉnh thửa, một đầu mút nằm trên cạnh [14] 65 Hình 3.8. Gộp thửa [14] 66 Hình 3.9a. Bớt đỉnh thửa v 2 [14] 66 Hình 3.9b. Thêm đỉnh thửa v 4 [14] 66 Hình 3.10. Tạo đường song song [14] 67 Hình 3.11. Giao nhau của hai cạnh [14] 68 Hình 3.12. Nguyên tắc chia cạnh [14] 69 Hình 3.13. Xác định vùng giao khi gặp điểm chia [14] 70 Hình 3.14. Lát kín một vùng khi có giao điểm trên đường biên [14] 71 Hình 3.15. Lát kín một vùng khi không có giao điểm trên đường biên [14] 71 Hình 3.16. Sơ đồ thuật toán chồng phủ [14] 72 viii Hình 4.1. Các tuỳ chọn biên dịch an toàn 82 Hình 4.2. Giao diện chương trình 84 Hình 4.3. Trình đơn Tệp 85 Hình 4.4. Trình đơn vẽ 85 Hình 4.5. Trình đơn Hiển thị 85 Hình 4.5. Trình đơn Tiện ích 85 Hình 4.6. Chuyển đổi tệp DXF sang KML 96 Hình 4.7. Các lớp thông tin chuyển sang KML 96 Hình 4.8. Hình ảnh bản đồ chuyển sang Google Earth 97 Hình 4.9. Mở bản vẽ 98 Hình 4.10. Sau khi tạo mô hình Topo 98 Hình 4.11. Nhập thông tin thửa đất từ cơ sở dữ liệu 99 Hình 4.12. Trước khi gộp thửa 99 Hình 4.13. Sau khi gộp thửa 100 Hình 4.14. Trước khi chia tách thửa 100 Hình 4.15. Đặt thông số chia tách thửa 101 Hình 4.16. Sau khi chia tách thửa 101 Hình 4.17. Tra cứu thông tin thửa đất 102 Hình 4.18. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 102 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, việc thành lập bản đồ số nói chung và bản đồ số địa chính nói riêng đang được triển khai rộng rãi trên cả nước. Tuy nhiên, do chưa có hệ thống phần mềm xử lý, biên tập một cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống văn bản kỹ thuật cho công tác thành lập bản đồ địa chính thay đổi thường xuyên nên việc thành lập bản đồ số địa chính còn gặp nhiều khó khăn. Để thành lập được một bản đồ địa chính số phải thực hiện qua nhiều công đoạn bằng nhiều phần mềm khác nhau, mỗi đơn vị sản xuất thực hiện theo một quy trình riêng. Các sản phẩm bản đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước ngoài và các mô đun phần mềm Việt Nam chạy trên các nền đồ họa đó. Trong giai đoạn hiện nay, khi luật bản quyền được thắt chặt thì việc sử dụng các phần mềm nước ngoài sẽ đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho không phải đơn vị sản xuất nào cũng có thể thực hiện được. Bên cạnh đó, với dữ liệu không được chuẩn hóa đồng đều thì khai thác ứng dụng bản đồ số địa chính còn hạn chế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam là một yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa lý luận và thực tiễn cao. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án - Lý thuyết: Đưa ra cơ sở khoa học của các giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính. - Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định tính đúng đắn của những giải pháp đề xuất trong luận án trong công tác thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính. 3. Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống văn bản kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ địa chính; - Công nghệ thành lập bản đồ địa chính qua các thời kỳ; - Sản phẩm ứng dụng của bản đồ địa chính số. 4. Phạm vi nghiên cứu [...]... tin b khoa hc k thut Vit Nam hin nay; - S dng cu trỳc d liu DCEL l c s qun lý v khai thỏc d liu bn s a chớnh 9 Cỏc im mi ca lun ỏn (1) Cỏch tip cn mi trong vic s dng thụng tin trc quan khi o c thnh lp bn a chớnh nhm chuyờn mụn húa cụng tỏc ni ngoi nghip (2) xut s dng cu trỳc d liu DCEL v xõy dng thut toỏn s dng trong biờn tp cng nh to ng dng bn s a chớnh trong iu kin Vit Nam; (3) Xỏc nh gii phỏp... Do ú, lun ỏn gii hn nghiờn cu cụng ngh thnh lp bn s a chớnh bng phng phỏp o c trc tip ngoi thc a Vit Nam, t ú 15 a ra mt s gii phỏp hon thin quy trỡnh cụng ngh thnh lp cng nh ng dng bn s trong iu kin Vit Nam 1.2.1 Cụng ngh thnh lp bn a chớnh Vit Nam u nhng nm 70 ca th k hai mi, cỏc k s Trc a Vit Nam bt u nghiờn cu ng dng mỏy tớnh in t vo x lý s liu Nhng nm 80, thụng qua mt s d ỏn vi nc ngoi, cú... Language)" (iu 9 Trao i, phõn phi d liu v siờu d liu a chớnh - mc 2) [3] Mụ hỡnh d liu Topo cho Chỉ Chỉ số đờng số liên kết Cặp Danh sách đờng XY 116 21 116,145 145 25 i tng tha t da trờn c s mụ hỡnh cu trỳc d liu danh sỏch cnh liờn kt kộp (DCEL) [33] Tuy nhiờn, cỏc quy nh k thut thnh lp bn a chớnh Vit Nam li thay i liờn tc lm cho vic xõy dng v chun húa d liu a chớnh gp nhiu khú khn 1.2.3.4 Vn thay i... tha t u c chn theo nhón ny Hỡnh di õy mụ t kiu lu tr mụ hỡnh Topo trong cỏc mụ un biờn tp bn a chớnh hin nay Vit Nam [32] Điểm nhãn thửa ( Cell lu trong file DGN) Chỉ số liên kêt Đờng ranh giới thửa (Line, Line string lu trong file DGN) X,Y 21 Thửa đất (M ô tả trong file POL) y-axis Chỉ số thửa Điểm nhãn 21 Đờng 5 x-axis 10 Hỡnh 2.1 Mụ t kiu lu tr Topology b Chun d liu a chớnh Trong cỏc quy nh k thut... bn a chớnh s theo c thự ca bn a chớnh Vit Nam Cỏc phn mm Vit Nam tuy ó gii quyt c khỏ nhiu vn nhng cỏc phn mm c lp thỡ ch gii quyt nhng vn n l, cũn li thỡ l cỏc mụ un phn mm ph thuc vo nn ha ca cỏc phn mm nc ngoi nờn vic cp nht phn mm gp nhiu khú khn Mt s nghiờn cu trong nc liờn quan n ti nh gii phỏp chuyn i bn a chớnh t h ta HN72 sang h VN2000 [25]; Khai thỏc thụng tin khụng gian v thuc tớnh... c s sn xut kinh doanh khỏc Song song vi cụng ngh o c, cỏc phn mm ho phc v thnh lp v qun lý thụng tin bn nh: AUTOCAD, SDR, ITR, ILWIS, ARC/INFO, MAPINFO, INTERGRAPH, ARCGIS, c nhp vo Vit Nam v c nghiờn cu, trin khai ng dng vo sn xut Trc nm 1992, bn a chớnh c lm theo cụng ngh truyn thng, o n õu v n ú trc tip ngoi thc a Cụng ngh ny t ra cú quỏ nhiu nhc im: tn nhõn cụng k thut, nh hng ln ca iu kin thi... do ú tn dng c thụng tin trc quan ca tt c thnh viờn trong t o, thm chớ ch cn mt ngi trong t o bit s dng phn mm cng cú th thnh lp c bn s mt cỏch d dng 1.2.2 ng dng bn s a chớnh Vit Nam Hin nay, nhiu c quan qun lý Vit Nam nh B Ti nguyờn mụi trng, Vin iu tra quy hoch rng, Vin thụng tin t liu v bo tng a cht, Vin a lý thuc trung tõm khoa hc t nhiờn v cụng ngh quc gia ó ng dng GIS qun lý d liu khụng... cũn cú cỏc tiờu chun khỏc ca OGC (Open Geospatial Consortium) [36], [40] Mt s ng dng bn s a chớnh c trỡnh by trong [37], [38], [41] 1.2 Cụng ngh thnh lp v ng dng bn s a chớnh Vit Nam Cụng ngh thnh lp bn a chớnh Vit Nam tri qua nhiu thi k khỏc nhau, cng tng t nh hu ht cỏc nc trờn th gii, s dng cỏc thit b o c xỏc nh ta cỏc ranh gii tha t v cỏc ni dung khỏc ca bn a chớnh Cỏc cụng ngh ó v ang ỏp... hin i húa ngang tm th gii, cỏc nh khoa hc Vit Nam c v lnh vc chuyờn mụn v cụng ngh thụng tin cng nh lc lng cỏn b k thut v nhõn cụng u khụng thiu 19 Vi thun li nh vy, ti sao sn phm bn a chớnh s nc ta cha c y , cha c chun húa, kh nng cp nht kộm, cỏc ng dng ca bn a chớnh s cũn quỏ ớt? 1.2.3 ỏnh giỏ cụng ngh thnh lp v ng dng bn s a chớnh hin nay Vit Nam 1.2.3.1 o v chi tit Vi quy trỡnh hin nay, do... mụi trng; Cụng ty T vn trin khai cụng ngh v xõy dng M a cht (Codeco); Trung tõm h tr phỏt trin khoa hc k thut M - a cht; Trung tõm nghiờn cu ng dng cụng ngh mi Trc a - Bn ; Cụng ty c phn cụng ngh ti nguyờn v mụi trng (Remtechco); Cụng ty C phn Hng Quc (HQ); Cụng ty c phn kho sỏt thit k v xõy dng min Bc (MBCDS) - Cỏc vn bn k thut c ly t trang Web ca B ti nguyờn v Mụi trng Vit Nam 12 Li cm n Lun ỏn c hon . dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 14 1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam 15 1.2.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 17 1.2.3. Đánh giá công nghệ thành lập và ứng dụng. lập bản đồ địa chính đề xuất trong luận án phù hợp với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam hiện nay; - Sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL là cơ sở để quản lý và khai thác dữ liệu bản đồ số địa chính. 9 TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT ____________________________________ ĐOÀN ANH TÚ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CẤU TRÚC DCEL LÀM CƠ SỞ ĐỂ KHAI THÁC ỨNG DỤNG DỮ LIỆU BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN