TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT PHẠM THẾ HUYNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 62.52.05.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 Cơng trình hồn thành tại: Bộ mơn Địa chính, khoa Trắc địa, trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Trọng San,Trường Đại học Mỏ - Địa chất TS Trần Thùy Dương, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Phản biện 1:TS Lê Anh Dũng Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ Phản biện 2:TS Nguyễn Quốc Khánh Trung tâm Thông tin Tư liệu Môi trường - Tổng cục Môi trường Phản biện 3:TS Nguyễn Đình Thành Cục Bản đồ Quân đội - Bộ Tổng tham mưu Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường, họp trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi giờ, ngày tháng năm 2015 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Hà Nội - Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, việc thành lập đồ số nói chung đồ số địa nói riêng triển khai rộng rãi nước Tuy nhiên, chưa có hệ thống phần mềm xử lý, biên tập cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống văn kỹ thuật cho công tác thành lập đồ địa thay đổi thường xuyên nên việc thành lập đồ số địa cịn gặp nhiều khó khăn Để thành lập đồ địa số phải thực qua nhiều công đoạn nhiều phần mềm khác nhau, đơn vị sản xuất thực theo quy trình riêng Các sản phẩm đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước ngồi mơ đun phần mềm Việt Nam chạy đồ họa Trong giai đoạn nay, luật quyền thắt chặt việc sử dụng phần mềm nước đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho đơn vị sản xuất thực Bên cạnh đó, với liệu khơng chuẩn hóa đồng khai thác ứng dụng đồ số địa cịn hạn chế Chính vậy, việc nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa điều kiện Việt Nam yêu cầu cấp thiết, có ý nghĩa lý luận thực tiễn cao Mục đích nghiên cứu luận án - Lý thuyết: Đưa sở khoa học giải pháp hồn thiện quy trình cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa - Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định tính đắn giải pháp đề xuất luận án công tác thành lập ứng dụng đồ số địa Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống văn kỹ thuật cơng tác thành lập đồ địa chính; - Cơng nghệ thành lập đồ địa qua thời kỳ; - Sản phẩm ứng dụng đồ địa số Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu luận án giới hạn Việt Nam công nghệ thành lập ứng dụng đồ địa số theo phương pháp đo đạc trực tiếp thực địa Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu quy trình thành lập đồ địa số từ trước đến nay; - Đánh giá ưu nhược điểm quy trình thành lập đồ địa chính; - Nghiên cứu sử dụng tiến khoa học kỹ thuật để đề xuất giải pháp hồn thiện quy trình thành lập đồ địa ứng dụng đồ số địa chính; - Nghiên cứu mơ hình liệu để lựa chọn mơ hình liệu phù hợp vừa linh hoạt việc thành lập vừa dễ dàng việc cập nhật biến động đất đai; - Nghiên cứu xây dựng thuật tốn giải pháp tăng tốc độ tính tốn chương trình Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp phân tích để khảo sát, lập luận cho đề xuất luận án; phương pháp so sánh để đối chiếu với kết nghiên cứu khác nhằm so sánh, đánh giá, đưa giải pháp phù hợp; phương pháp mơ hình hóa tin học để tập hợp quy luật, chứng minh số cơng thức, xây dựng thuật tốn phục vụ cho việc tính tốn lập trình máy tính; phương pháp thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đắn, hiệu giải pháp đề xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Ý nghĩa khoa học: Xây dựng sở lý thuyết sử dụng mơ hình liệu phù hợp vừa linh hoạt việc thành lập khai thác liệu đồ số địa vừa dễ dàng việc cập nhật biến động đất đai - Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp hồn thiện quy trình thành lập đồ địa đề xuất luận án nhằm tăng suất lao động, chun mơn hóa cơng tác nội - ngoại nghiệp, áp dụng tất đơn vị thành lập đồ số địa Các luận điểm bảo vệ - Giải pháp hoàn thiện quy trình cơng nghệ thành lập đồ địa đề xuất luận án phù hợp với tiến khoa học kỹ thuật Việt Nam nay; - Sử dụng cấu trúc liệu DCEL sở để quản lý khai thác liệu đồ số địa Các điểm luận án (1) Cách tiếp cận việc sử dụng thông tin trực quan đo đạc thành lập đồ địa nhằm chun mơn hóa cơng tác nội ngoại nghiệp (2) Đề xuất sử dụng cấu trúc liệu DCEL xây dựng thuật toán sử dụng biên tập tạo ứng dụng đồ số địa điều kiện Việt Nam; (3) Xác định giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính tốn cho thuật tốn xây dựng chương trình 10 Kết cấu luận án Luận án chia thành phần: (1) Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, đối tượng, phạm vi nghiên cứu luận án; (2) Chương Tổng quan: Giới thiệu tình hình nghiên cứu ngồi nước vấn đề liên quan đến nội dung luận án, vấn đề tồn tại, cần nghiên cứu; (3) Nội dung nghiên cứu trình bày chương 2, 3, 4: Chương Giải pháp hồn thiện cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa điều kiện Việt Nam Chương Sử dụng cấu trúc liệu Dcel thành lập ứng dụng đồ số địa Chương Xây dựng chương trình thử nghiệm (4) Phần Kết luận kiến nghị: trình bày kết luận luận án kiến nghị nhằm thực hóa giải pháp đề xuất (5) Danh mục cơng trình tác giả (6) Tài liệu tham khảo (7) Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa giới Lịch sử đời phát triển đồ số hệ thống thông tin địa lý gắn liền với phát triển máy tính điện tử Từ năm 1950 Trung tâm địa hình Mỹ bắt đầu nghiên cứu vấn đề thành lập đồ có trợ giúp máy tính từ cơng nghệ đồ số hệ thống thông tin địa lý không ngừng phát triển 1.1.1 Công nghệ thành lập đồ số địa giới Cơng nghệ thành lập đồ địa quốc gia có khác biệt riêng phụ thuộc vào khả kinh tế, trang thiết bị kỹ thuật phát triển khoa học cơng nghệ Quy trình chung nước xây dựng xong hệ thống đồ số địa từ sớm Canada, Australia thực đăng ký xét duyệt trước, tiếp đến đánh dấu mốc tiến hành xác định ranh giới thửa, lưu, cập nhật thông tin đất phục vụ quản lý đất đai khai thác thông tin 1.1.2 Ứng dụng đồ số địa giới Ứng dụng quan trọng đồ địa quản lý đất đai Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ, đồ số địa nhiều nước giới thêm nhiều ứng dụng khác nhau, nhiều nước xây dựng hệ thống địa đa mục đích với hệ thống phần mềm ứng dụng đặc thù riêng 1.2 Công nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa Việt Nam 1.2.1 Cơng nghệ thành lập đồ địa Việt Nam Trước năm 1992, đồ địa làm theo cơng nghệ truyền thống, đo đến đâu vẽ đến trực tiếp ngồi thực địa Cơng nghệ có q nhiều nhược điểm như: tốn nhân công kỹ thuật, ảnh hưởng lớn điều kiện thời tiết, độ xác thấp, sản phẩm đồ giấy khó lưu trữ, nhân Ưu điểm công nghệ thông tin tức thời thực địa chuyển vẽ ghi lên vẽ đồng thời kiểm chứng xác hình thửa, mối quan hệ hình học đối tượng thẳng hàng, vng góc Các thơng tin gọi thơng tin trực quan Năm 1992, theo yêu cầu TP Hà Nội công tác quản lý đất đai cần có đồ địa tỷ lệ 1/200 khu vực nội thành Việc sử dụng phương pháp triển điểm truyền thống khơng đảm bảo độ xác thể đối tượng đồ Khi đó, Sở Nhà đất Hà Nội yêu cầu phải tính tọa độ xác điểm chi tiết dùng hệ thống mắt lưới chữ thập triển điểm theo tọa độ lên đồ Tuy nhiên, hiệu phương pháp thấp việc tính tốn tọa độ triển điểm nhiều thời gian (cơng nghệ thơng tin lúc chưa phát triển, phần mềm đồ họa hạn chế, máy vi tính cịn q xa xỉ đơn vị thành lập đồ) Lúc này, số nhà khoa học nghiên cứu xây dựng chương trình tính tọa độ điểm chi tiết triển điểm lên vẽ Việc tính tốn triển điểm trở nên dễ dàng Mặc dầu vậy, với đội ngũ nhà khoa học có giảng viên khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa chất cán đo vẽ chuyên nghiệp tốc độ thành lập đồ chậm nhiều khu vực vẽ theo thực địa Nguyên nhân sau phát cơng nghệ đo vẽ đồ số vơ tình vi phạm số ngun tắc đo vẽ truyền thống số nguyên tắc theo phương pháp truyền thống bị phá vỡ đo vẽ đồ số: - Người vẽ phải tham gia tổ đo: lúc máy vi tình giá thành cao, người có trình độ vẽ đồ số nên phải vẽ cho nhiều tổ đo; - Quá trình vẽ phải thực sau đo: vẽ bị tồn đọng nhiều ngày việc đo nhanh việc vẽ; - Điểm mia triển từ trạm sang trạm khác theo trình tự đo: điểm mia chuyển vẽ toàn lên vẽ làm cho việc xác định sai lệch không xác định có trạm sai Đúc kết lại, thông tin trực quan không lưu trữ sổ đo dẫn đến người vẽ bị mù thông tin Đặc điểm thông tin lưu trữ thời gian ngắn người trực tiếp thực địa nắm đồng thời phát có sai sót chẳng hạn sai điểm trạm máy, điểm định hướng; sai dạng hình thửa, địa vật Chính lẽ đó, người vẽ máy tính nối điểm chi tiết khơng xác, điểm điểm sai chồng chéo không phát làm cho trình thành lập đồ gặp nhiều khó khăn Với phát này, việc sử dụng thông tin trực quan tảng để xây dựng chương trình thành lập đồ số địa PickMap (nhóm Pick), GeoSoft (Đinh Cơng Hịa), Famis (Tổng cục địa chính) Các chương trình cho phép in vẽ theo trạm đo, khu đo tận dụng thơng tin trực quan tất thành viên tổ đo, chí cần người tổ đo biết sử dụng phần mềm thành lập đồ số cách dễ dàng 1.2.2 Ứng dụng đồ số địa Việt Nam Hiện nay, nhiều quan quản lý Việt Nam Bộ Tài nguyên môi trường, Viện điều tra quy hoạch rừng, Viện thông tin tư liệu bảo tàng địa chất, Viện địa lý thuộc trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia ứng dụng GIS để quản lý liệu khơng gian thuộc tính đồ số Đồng thời với việc quản lý thơng tin xây dựng nên ứng dụng phục vụ cho nhu cầu Các phần mềm dùng chủ yếu ArcGIS, ArcInfor, ArcView, GIS office, MGE, MapInfor Đối với đồ số địa chính, việc ứng dụng tập trung việc tra cứu thông tin, thống kê đất đai, quy hoạch đất đai, đền bù giải phóng mặt Tuy nhiên, chưa có hệ thống phần mềm hồn chỉnh giải tốn ứng dụng đồ số cách hoàn chỉnh Mỗi cần sử dụng đồ số ứng dụng cần phải qua nhiều khâu, nhiều phần mềm khác dẫn đến sản phẩm ứng dụng khơng đồng nhất, khó áp dụng 1.2.3 Đánh giá công nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa Việt Nam 1.2.3.1 Đo vẽ chi tiết Với quy trình nay, quy định phân mảnh đồ địa nên việc đo chi tiết thực đo đạc phủ trùm toàn khu đo với nhiều tổ đo khác Tất số liệu đo chuyển vẽ máy vi tính phần mềm chuyên dụng sử dụng vẽ sơ họa ghi để thành lập đồ tổng thể Quy trình đo vẽ khơng chun mơn hóa cơng việc nội nghiệp ngoại nghiệp 1.2.3.2 Biên tập đồ Q trình biên tập đồ địa gồm bước: - Tạo đồ tổng thể khu đo - Tạo sơ đồ phân mảnh tạo tờ đồ địa - Biên tập tờ đồ địa Với cách chia mảnh nay, nhiều yêu cầu hệ thống tham chiếu đất khác không thỏa mãn mối quan hệ liền kề đất bị phá vỡ Bên cạnh đó, việc quản lý đất theo tờ đồ đòi hỏi trình đo đạc phải hồn thiện tiến hành phân chia mảnh đồ để biên tập riêng sau xác định số hiệu đất để lập hồ sơ đất Đây bất cập lớn trình thành lập hồ sơ làm giảm hiệu công việc cách rõ rệt, không tận dụng khả làm việc song song xây dựng đồ hồ sơ địa 1.2.3.3 Quản lý liệu phục vụ ứng dụng đồ số địa Việc xây dựng sở liệu địa đo đạc thành lập đồ địa sử dụng hai hệ thống riêng biệt nên khó quản lý cập nhật Mỗi hệ thống có khn dạng liệu khác nhau, vậy, phải chuyển đổi liệu đồ từ khuôn dạng sang khuôn dạng khác Việc chuyển đổi liệu dẫn đến liệu khơng đầy đủ Khi có thay đổi nhỏ thông tin đất phải tốn nhiều thời gian để cập nhật liệu đồng thời hai hệ thống địi hỏi người có kỹ thuật cao làm điều này, việc biến động đất đai cập nhật thông tin đất đai việc diễn thường xuyên a Quản lý liệu Cơ sở liệu đồ địa lưu dạng file: - File đồ hoạ *.DGN Microstation; - File *.POL lưu trữ mối quan hệ Topo đối tượng vùng đồng thời lưu trữ liệu thuộc tính chúng Đối tượng dạng vùng quan trọng đồ địa hồ sơ địa đất Mỗi đất có nhãn dạng cell Nhãn dùng để liên kết đất với liệu thuộc tính phép tra cứu theo đất chọn theo nhãn b Chuẩn liệu địa Chuẩn liệu địa theo thơng tư 17/2010/TT-BTNMT u cầu "Chuẩn định dạng liệu sử dụng trao đổi, phân phối liệu địa áp dụng theo ngơn ngữ định dạng địa lý (GML- Geography Markup Language); chuẩn định dạng siêu liệu sử dụng trao đổi, phân phối siêu liệu địa áp dụng theo ngôn ngữ định dạng mở rộng (XML-eXtensible Markup Language)" Mơ hình liệu Topo cho đối tượng đất dựa sở mơ hình cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép (DCEL) Tuy nhiên, quy định kỹ thuật thành lập đồ địa Việt Nam lại thay đổi liên tục làm cho việc xây dựng chuẩn hóa liệu địa gặp nhiều khó khăn 1.2.3.4 Vấn đề thay đổi quy định kỹ thuật Từ thành lập đồ số đến nay, văn quy định kỹ thuật cơng tác thành lập đồ số địa thay đổi nhiều Trong thay đổi đó, có thay đổi làm phá vỡ hệ thống đồ thành lập cũ làm cho tọa độ đối tượng đồ thay đổi hồn tồn Chính vậy, phân mảnh đồ theo quy định kỹ thuật hành đất khơng bảo tồn thông tin, đồ thành lập qua thời kỳ thay đổi khơng thể ghép nối với hệ thống 1.2.4 Vấn đề tồn cần nghiên cứu - Công nghệ thành lập đồ số địa cần có giải pháp hoàn thiện để vừa thuận lợi q trình thành lập vừa dễ dàng cơng tác cập nhật biến động đất đai phù hợp với tiến khoa học công nghệ ngày nay; - Quản lý liệu theo cấu trúc để xây dựng hệ thống phần mềm đồ họa độc lập phù hợp với điều kiện Việt Nam công tác thành lập ứng dụng đồ số địa CHƯƠNG GIẢI PHÁP HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 2.1 Xác định giải pháp Qua đánh giá quy trình cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa phần tổng quan cho thấy ba vấn đề cần quan tâm giải là: chuyển đổi hệ thống đồ địa số có theo hệ thống tọa độ mà lưu trữ thông tin thuộc tính đất; chun mơn hóa cơng tác nội - ngoại nghiệp; quản lý sở liệu đồ địa cho vừa thuận lợi việc thành lập vừa dễ dàng công tác cập nhật biến động đất đai ứng dụng đồ số địa 2.2 Chuyển đổi đồ địa thay đổi hệ thống tọa độ Hiện nay, hệ thống đồ số tỷ lệ trung bình lớn thành lập hệ tọa độ VN2000, múi chiếu độ kinh tuyến trục địa phương Tuy nhiên, nhiều địa phương chưa có kinh phí nên cịn sử dụng hệ thống đồ số hệ tọa độ HN72, chí có địa phương sử dụng đồ giải giấy 299 (bản đồ đo vẽ theo thị 299/TTg năm 1980 Phủ Thủ tướng) Đến nay, theo thông tư 25/2014/TTBTNMT Bộ tài nguyên Môi trường thay đổi thông số đơn vị đo, tọa độ điểm trung tâm làm việc Như vậy, thấy đồ địa thành lập qua nhiều giai đoạn khác nhau, với hệ tọa độ khác sử dụng để quản lý nhiều cấp đến đất Với phát triển khoa học cơng nghệ, hội nhập quốc tế việc thay đổi hệ tọa độ quy định kỹ thuật điều khơng thể tránh khỏi, đó, người sử dụng đất, vấn đề thay đổi hệ tọa độ hay quy định kỹ thuật thành lập không làm thay đổi phần lớn thông tin thuộc tính riêng họ Vấn đề đặt làm chuyển đổi hệ thống đồ cũ sang hệ thống tọa độ mà thông tin thuộc tính đất phải cập nhật 2.2.1 Giải pháp chuyển đổi từ đồ giấy sang đồ số Để chuyển đổi từ đồ giấy sang đồ số dạng Vector trước hết chuyển đồ giấy sang dạng Raster thiết bị quét với độ phân giải cao, sử dụng điểm khống chế tọa độ điểm đặc biệt có độ xác cao phần mềm chuyên dụng nắn ảnh hệ tọa độ Sau nắn ảnh, số hóa để tạo đồ số dạng Vector Mỗi đất gắn số quản lý Các thơng tin thuộc tính lưu trữ dạng bảng liệu tham chiếu đến số Từ đó, gắn kết thơng tin thuộc tính với thơng tin không gian 2.2.2 Giải pháp chuyển đổi đồ hai hệ thống tọa độ Trước hết cần phân tích, xác định kiểu liệu đồ địa có, cần làm rõ: hệ tọa độ, kinh tuyến trục, đồ biên tập phần mềm đồ hoạ nào, dạng file đồ họa đồ, đồ có kèm sở liệu thuộc tính hay khơng, có hay khơng điểm khống chế tọa độ biết tọa độ hai hệ cũ mới, v.v Giải pháp chuyển đổi thực qua bước sau: - Từ File liệu đồ địa chính, tạo file tọa độ điểm đặc trưng đối tượng đồ địa chính; - Chọn điểm nắn theo phương án khác nhau; - Xác định phương trình nắn; - Tính chuyển tọa độ: chuyển liệu khơng gian sang hệ tọa độ - Biên tập đồ mới; - Chuyển đổi CSDL thuộc tính; - Xây dựng CSDL thuộc tính đồ cũ khơng có CSDL thuộc tính; - Cập nhật CSDL thuộc tính cho tờ đồ có đất biến động Như vậy, song song với trình chuyển đổi tọa độ đối tượng khơng gian đồ địa chính, ta cần chuyển đổi sở liệu thuộc tính tương ứng để đảm bảo đồ địa sau chuyển đổi lưu trữ sở liệu thuộc tính Điểm nắn điểm có tọa độ hai hệ thống tọa độ Tuỳ theo phương trình nắn sử dụng phương pháp xác định toạ độ điểm nắn, ta có phương pháp nắn khác 2.2.3 Chuyển đổi sở liệu thuộc tính Bản đồ địa loại đồ thể đối tượng qua liệu khơng gian có kèm theo sở liệu thuộc tính Việc chuyển đổi đồ địa từ hệ tọa độ sang tọa độ khác cần thực cách đồng thời đối tượng không gian sở liệu thuộc tính tương ứng để đảm bảo đồ địa sau chuyển đổi có sở liệu thuộc tính tương thích Cập nhật liệu từ tệp liệu thuộc tính đồ địa hệ nguồn vào tờ đồ địa hệ đích cách tham chiếu qua số đất Chỉ số cần lưu trữ với sở liệu thuộc tính đồng thời thể dạng đối tượng đồ họa dạng Text nằm ranh giới đất Đối tượng chuyển sang hệ đồng thời với trình chuyển đổi tọa độ đối tượng không gian Bản đồ tổng thể theo đơn vị hành sau chuyển đổi hệ tọa độ, tiến hành biên tập lại, tạo mơ hình Topo, đất lưu trữ số đất Khi cần cập nhật thông tin tham chiếu đến số để lấy thơng tin thuộc tính 2.3 Giải pháp chun mơn hóa cơng tác nội - ngoại nghiệp 2.3.1 Giải pháp đề xuất - Phân lô đất Phân chia khu vực đo vẽ thành lô đất liền kề Các lô đất phân chia theo nguyên tắc phân tách đối tượng hình tuyến giao thơng, thủy lợi phù hợp với đặc điểm khu đo Tiến hành đánh số lô thống từ đầu đến cuối trình đo đạc biên tập đồ Chỉ số tham chiếu đến đất là: MX.SL.ST, MX mã xã, SL số hiệu lô, ST số hiệu đất lô Việc đánh số đất thực tuần tự, không trùng lặp lô cho đất liền kề có số hiệu kề để dễ tìm kiếm Việc đánh số hiệu thực vẽ sơ họa lô đất Từ đó, đất định danh nhất, dễ dàng thu thập thơng tin thuộc tính, không xảy nhầm lẫn số thông tin trùng - Tạo liệu không gian liệu thuộc tính - In lơ đất - Đo đạc ngoại nghiệp - Xử lý số liệu nội nghiệp sơ - Kiểm tra đối soát - Biên tập lô đất 2.3.2 Hiệu giải pháp - Tận dụng nhân lực tổ đo, chuyên môn hóa cơng việc nội nghiệp ngoại nghiệp Cơng việc ngoại nghiệp không yêu cầu cán kỹ thuật cao, cơng việc nội nghiệp tận dụng lượng cán kỹ thuật nữ có kỹ thuật cao, vẽ biên tập theo quy chuẩn cụ thể; - Người quản lý kiểm sốt khối lượng công việc thực lúc nơi mà không cần khu vực đo vẽ (kiểm tra Google Earth); - Việc phân chia khu vực đo vẽ thành lô đất quan điểm nhằm mục đích quản lý khu đo cách hợp lý Với cách phân chia dễ kiểm soát, dễ đối soát, chỉnh sửa, tổ đo sau phân cơng hoạt động độc lập Tiến hành biên tập riêng rẽ, xuất hồ sơ đất theo lô mà không cần phải thành lập đồ tổng quy trình thành lập đồ Quy trình tận dụng khả làm việc song song đo vẽ đồ xây dựng hồ sơ địa đồng thời giúp cho q trình quản lý đất đai sau thuận lợi hơn; - Các lơ đất quản lý riêng bảo tồn mối quan hệ liền kề đất thỏa mãn yêu cầu hệ thống tham chiếu đất dù thay đổi sang hệ tọa độ khác 2.4 Giải pháp lựa chọn mơ hình liệu phù hợp quản lý biên tập Hiện nay, mơ hình liệu để quản lý biên tập đối tượng đồ họa thường sử dụng hai mô hình chính: Mơ hình liệu Spaghetti mơ hình liệu Vector Topo Để có giải pháp lựa chọn mơ hình liệu phù hợp với việc quản lý biên tập đồ số địa chính, tiến hành phân tích mơ hình từ đưa lựa chọn hợp lý 2.4.1 Mơ hình liệu Spaghetti Là mơ hình liệu đơn giản, đối tượng lưu trữ cặp toạ độ Trong cấu trúc liệu Spaghetti, đơn vị sở cặp tọa độ không gian địa lý xác định Do đó, đối tượng điểm xác định cặp tọa độ (x, y); đối tượng đường biểu diễn chuỗi cặp tọa độ (xi, yi); đối tượng vùng biểu diễn chuỗi cặp toạ độ (xj, yj) với điểm đầu điểm cuối trùng Đặc điểm: Cấu trúc Spaghetti không ghi nhận đặc trưng kề hai vùng kề nhau, nghĩa hai vùng kề có hai cạnh chung kề nhau, cạnh chung hai vùng kề hai cạnh độc lập Cấu trúc đơn giản, dễ trình bày, biên tập sử dụng rộng rãi để thành lập đồ, nhiên khối lượng lưu trữ lớn, trùng lặp liệu, không ghi nhận đặc trưng kề vùng nên khó áp dụng quản lý liệu đồ số địa 2.4.2 Mơ hình liệu Topo Là mơ hình phức tạp, đối tượng quản lý không toạ độ mà mối quan hệ không gian đối tượng 2.4.2.1 Cấu trúc Winged-Edge Topology Cấu trúc Winged-Edge Topology (còn gọi cấu trúc cạnh có cánh) quản lý cạnh đất với mối liên kết cạnh trái trước, trái sau, phải trước, phải sau, mặt trái, mặt phải Các cạnh phải xác định hướng Đặc điểm cấu trúc lưu trữ cạnh theo hướng việc xác định hướng cạnh cần đặc biệt quan tâm, từ xác định cạnh trái trước, trái sau, phải trước, phải sau Ưu điểm: Khối lượng lưu trữ liệu nhỏ không dư thừa liệu, cạnh liên kết với bốn cạnh khác Nhược điểm: Cách lưu trữ tương đối phức tạp, phải tạo mơ hình Topo trước xây dựng cấu trúc liệu 2.4.2.2 Cấu trúc liệu Doubly Connected Edge List (DCEL) DCEL cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép quản lý vẽ mối quan hệ Topo đất (Hình 2.6) Mỗi cạnh đất quản lý hai nửa cạnh có hướng ngược nửa cạnh nửa cạnh đảo nửa cạnh DCEL quản lý liệu bảng: Bảng danh sách đỉnh; bảng danh sách nửa cạnh bảng danh sách vùng 11 S n  x i yi1  yi1  với yn+1 = y1; y0 = yn i1 Diện tích đại số cho giá trị có dấu, tính theo chiều kim đồng hồ có dấu dương, tính ngược chiều kim đồng hồ có dấu âm 3.1.7 Xác định góc hợp phương thẳng đứng với đoạn thẳng Một đoạn thẳng AB nối hai điểm A (xA, yA) B (xB, yB) Góc α hợp phương thẳng đứng từ A tới đoạn thẳng AB theo chiều kim đồng hồ tính sau: Đặt x = xB - xA; y = yB - yA; atn(x) giá trị arctan x π = 3.14159265358979 số Nếu y = x > α = π * 0.5; Nếu y = x < α = 1.5* π Nếu y >   atn x x Nếu y <   atn +π y y Nếu α < α = α + 2* π (Để đảm bảo α ln khơng âm) 3.2 Thuật tốn tạo mơ hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL 3.2.1 Nhập điểm, xếp lọc điểm trùng Sau nhập điểm tọa độ đầu mút đoạn, việc xếp thực theo thứ tự: theo X, sau theo Y điểm có X giống Việc xếp theo hồnh độ X sử dụng thuật tốn sở QuickSort (theo thuật tốn 3.1.1.1), cịn xếp theo Y số điểm đoạn cần nhỏ nhiều, nên xếp theo phương pháp khác hiệu xếp chọn, xếp chèn Việc phát lọc điểm trùng tiến hành song song với trình xếp theo Y, điểm trùng bị loại bỏ điểm lại dồn lên Độ phức tạp bước phụ thuộc vào việc xếp, sử dụng QuickSort nên mặt trung bình độ phức tạp O(nlogn) Kết thu danh sách điểm xếp với số lượng điểm Nđ 3.2.2 Xác định đoạn hở, đoạn giao Một trường hợp thường xảy thực tế đo đạc ngoại nghiệp, điểm đo hai lần, sai số đo tính tốn, dẫn đến tọa độ thu điểm lần đo có giá trị khác Đối với trường hợp cần loại bớt giá trị tọa độ, phải có tiêu điểm trùng Cách giải trường hợp nối tắt cần xác định vị trí giao hai cạnh (theo thuật toán 3.1.3), bổ sung điểm dùng điểm để chia cạnh nối tắt thành hai cạnh 3.2.3 Nhập cạnh, xếp, lọc cạnh trùng Sau thực việc xếp lọc điểm trùng, đầu mút đoạn có số khác phải trỏ tới điểm khác Sau sử dụng hàm tìm kiếm nhị phân với khóa tọa độ danh sách điểm lọc xếp bước để xác định số điểm đầu mút cạnh (đoạn thẳng) nhập Tiếp theo, đến bước lọc cạnh trùng, lúc cần thao tác số đầu mút mà không cần quan tâm đến tọa độ Trước hết, tiến hành việc xếp đoạn thẳng với khóa số đầu mút thứ đoạn, sau thực việc xếp với khóa đầu mút thứ phần mà đầu mút thứ trùng theo góc hợp phương thẳng đứng tới đoạn thẳng từ bé đến lớn Kết thu danh sách đoạn thẳng xếp theo số đầu mút 12 Kiểm tra đỉnh có hướng đỉnh gốc đầu tự đánh dấu lỗi để kiểm tra sửa chữa hết lỗi, lúc đỉnh có hai đoạn thẳng nối với đỉnh này; Các đoạn thẳng nửa cạnh DCEL Vấn đề đặt tạo danh sách DCEL từ danh sách 3.2.4 Xác định thông tin lưu trữ DCEL Bảng danh sách đỉnh xác định dễ dàng, bảng danh sách nửa cạnh thông tin đỉnh gốc, nửa cạnh đảo khơng khó khăn xác định Đỉnh gốc điểm đầu đoạn thẳng, nửa cạnh đảo số đoạn thẳng có điểm cuối trùng với điểm đầu đoạn thẳng xét Như vậy, cần xác định thơng tin cịn lại nửa cạnh sau, nửa cạnh trước vùng phải nửa cạnh Do đoạn thẳng xếp tăng dần theo điểm đầu tăng dần theo góc so với phương thẳng đứng đoạn thẳng nên việc xác định thông tin lưu trữ DCEL trở nên đơn giản vùng chứa hai đoạn thẳng kề nhau, Từ đó, việc xác định thuộc tính nửa cạnh trước nửa cạnh sau theo phương pháp sau: Lần lượt xét đoạn thẳng ei xếp theo điểm đầu đoạn thẳng, ký hiệu ei.Next nửa cạnh sau, ei.Prev nửa cạnh trước, ei.Twin nửa cạnh đảo nửa cạnh xét ei; ei-1 nửa cạnh bên trái; ei+1 nửa cạnh bên phải có đỉnh gốc với ei xếp theo góc so với phương thẳng đứng (nếu đỉnh có hai hướng nửa cạnh trái nửa cạnh phải trùng nhau; có ba hướng trở lên nửa cạnh trái nửa cạnh đầu nửa cạnh cuối nửa cạnh phải nửa cạnh cuối nửa cạnh đầu danh sách xếp theo đỉnh gốc) Gắn thông tin nửa cạnh trước nửa cạnh sau cạnh ei theo công thức: ei.Prev = ei+1.Twin; (ei.Twin).Next = ei-1 (3.1) ei ei ei+1 ei+1 ei-1 ek ei-1 a Đỉnh hướng b Đỉnh nhiều hướng Hình 3.3 Xác định thuộc tính DCEL Trên hình 3.3a nửa cạnh xét ei 23: 21.Twin = 12; 23.Twin = 32; ei-1 = ei+1 = 21 Áp dụng công thức (3.1) được: 23.Prev = 21.Twin; (23.Twin).Next = 21 Trên hình 3.3b nửa cạnh xét ei = 35: 34.Twin = 43; 35.Twin = 53; ei+1 = 34; ei-1 = 32 Áp dụng công thức (3.1) được: 35.Prev = ei+1.Twin hay 35.Prev = 34.Twin = 43 (35.Twin).Next = ei-1 hay 53.Next = 32 13 Tương tự vậy, gắn hết thông tin nửa cạnh theo đỉnh có đầy đủ thơng tin Đỉnh gốc, Nửa cạnh đảo, Nửa cạnh sau, Nửa cạnh trước tất nửa cạnh 3.2.5 Khoanh vùng Sau có danh sách nửa cạnh gắn thơng tin theo cấu trúc DCEL, với đặc tính nửa cạnh danh sách sử dụng lần khoanh vùng, thuật toán khoanh vùng sau: Bước 1: Gắn thông tin "đã sử dụng" cho tất nửa cạnh False; Bước 2: Lần lượt xét nửa cạnh ei, kiểm tra thông tin "đã sử dụng" có giá trị True xét nửa cạnh tiếp theo, có giá trị False gắn thơng tin "đã sử dụng" True, lưu thông tin đỉnh gốc vào danh sách điểm vùng DV(); Bước 3: Kiểm tra nửa cạnh sau cạnh xét: - Đỉnh gốc ei.twin (nửa cạnh đảo ei) trùng với DV(1) khép kín vùng, đặt số vùng (đây thông tin vùng phải tất nửa cạnh xét) quay lại bước 2; - không, lưu đỉnh gốc ei.twin vào DV() quay lại bước Trong trình khoanh vùng xảy số trường hợp cần tiến hành loại bỏ điểm không phù hợp DV() khỏi đường biên vùng tạo Khi điểm khởi đầu để quét nằm đỉnh đa giác cụt, điểm cần loại nằm đối xứng hai đầu Khi điểm xuất phát nằm đường biên vùng trình khoanh vùng gặp phải đường đa giác cụt, điểm cần loại lại nằm Kết trình khoanh vùng xác định danh sách vùng lưu trữ danh sách đỉnh vùng DV() Xác định diện tích đại số vùng theo danh sách DV(), diện tích đại số vùng nhỏ ("vùng âm") vùng bao ngồi nhiều vùng có diện tích đại số lớn ("vùng dương") liên thông vùng nằm "vùng dương" khác ("vùng đảo") Như vậy, "vùng âm", cần phải thực phép kiểm tra xem vùng có nằm vùng số "vùng dương" hay không, không vùng ngồi biên, cịn có "vùng đảo" vùng gắn thơng tin "vùng đảo" cho DCEL Kết trình khoanh vùng cấu trúc DCEL đầy đủ cho vùng Sử dụng thuật tốn sở tìm điểm vùng để lấy số đất, từ gắn kết với bảng thơng tin thuộc tính cập nhật thơng tin thuộc tính 3.3 Biên tập đất sử dụng cấu trúc DCEL Sau xây dựng cấu trúc DCEL đất, mối quan hệ Topo đất xác lập, nhiên trình biên tập đất tránh thao tác tách, gộp nhất, thêm, bớt đỉnh trình cập nhật biến động đất đai Vấn đề đặt làm biên tập đất mà không làm phá vỡ cấu trúc DCEL xác lập, bảo toàn cấu trúc liệu Topo 3.3.1 Tách đất Ký hiệu đỉnh v kèm số, ví dụ vi; nửa cạnh có kí hiệu e, ví dụ ej, vùng kí hiệu a, ví dụ ak Một đất (sau gọi tắt thửa) bao gồm danh sách nửa cạnh có thuộc tính vùng (thửa) Các nửa cạnh đảo nửa cạnh có thuộc tính vùng vùng giáp với Khi tách liên quan đến nửa cạnh ei, ej vùng với điểm phân tách m, n thuộc ei, ej Nối điểm m, n đường nối (có thể đoạn thẳng, đường cong kết hợp nhiều đoạn thẳng, đường cong) phát sinh điểm mới, 14 nửa cạnh đánh số hiệu tăng thêm từ tổng số có Khi chỉnh sửa đất phép dựng hình phát sinh đỉnh nửa cạnh bên Thửa đất chia nhỏ thành đất Các đất lát kín đất Trước tiên ta xét việc chia đất làm hai đường chia Đường chia có đầu mút nằm cạnh đỉnh đất chia a Hai đầu mút đường chia nằm cạnh Giả sử a2 bị chia thành hai đường chia có hai đầu mút nằm nửa cạnh ei ej Hình 3.4 mơ tả các cạnh (ei, e’i), (ej, e'j) vùng a1, a2, a3 trước vùng a2 bị chia Khi ei ej có thuộc tính vùng a2 cịn nửa cạnh đảo e'i e'j có thuộc tính vùng tương ứng a1 a3 ei a1 ei a1 ei v1 e' i2 e'i1 a5 a4 ek e'k e'i a2 ej ej ej v2 e'j2 e'j a3 e'j1 a3 Hình 3.4 Các cạnh đất trước chia Hình 3.5 Hai đầu mút chia cạnh Tại điểm chia nửa cạnh ei, ej, nửa cạnh ei, ej vùng a2 lưu thành lịch sử, đồng thời phát sinh thêm nửa cạnh ei1, ej1, ei2, ej2 Các nửa cạnh đảo e'i, e'j xử lý tương tự, phát sinh nửa cạnh ek, e’k vùng a4, a5.(Hình 3.5) Các thuộc tính ei1, ei2 lấy theo thuộc nửa cạnh ei; thuộc tính e’i1, e’i2 lấy theo thuộc tính nửa cạnh đảo e’i; tương tự, thuộc tính ej1, ej2 lấy theo nửa cạnh ej; cịn thuộc tính e’j1, e’j2 lấy theo nửa cạnh e’j Cần cập nhật thêm thông tin nửa cạnh sau, nửa cạnh trước cho nửa cạnh phát sinh Lúc sở liệu lưu trữ với đỉnh, nửa cạnh mới, đồng thời phát sinh thêm vùng liên quan Việc xét đường chia cạnh (ek e'k đảo nhau) làm đơn giản hóa việc phân tích mà khơng tính tổng qt Khi xuất điểm chia, sở liệu điểm bổ sung Trong trường hợp hai điểm chia v1, v2 thêm vào sở liệu điểm Tạo vùng a4: - xuất phát từ nửa cạnh chia ek có điểm đầu v1, điểm cuối v2, xác định ej2 có gốc điểm cuối v2 tìm nửa cạnh ej2 - tìm nửa cạnh nửa cạnh ei1 có điểm cuối v1 - cập nhật thuộc tính cho tất nửa cạnh vùng thành a4 Tạo vùng a5: -Làm tương tự cho nửa cạnh đảo e'k b Hai đầu mút đường chia đỉnh Nếu đầu mút đường chia đỉnh, nửa cạnh đỉnh tạo nằm đường chia ek Giả sử đường chia xuất phát đỉnh v1 điểm gốc nửa cạnh ei+1 điểm cuối nửa cạnh ei ; đường chia ek có điểm cuối đỉnh v2 điểm gốc nửa cạnh ej+1 điểm cuối nửa cạnh ej 15 Quá trình tạo vùng a4, a5 tiến hành tương tự mô tả mục a, với vai trò ei ei1, ej ej2 ; ei+1 ei2, ej+1 ej1 c Một đầu mút nằm cạnh, đầu mút đỉnh Đối với trường hợp đầu mút đường chia nằm cạnh sử dụng cách chia mơ tả mục a, cịn đầu mút đường chia đỉnh ta sử dụng cách chia mô tả mục b 3.3.2 Gộp Thao tác gộp Vùng chỉnh sửa cần phải ei+1 ei xác định đường bao đất gộp Duyệt theo e'i+1 e'i nửa cạnh đất chọn, vùng thuộc tính nửa cạnh đảo không nằm danh sách số a1 a5 a hiệu đất bị gộp nửa cạnh thuộc đường bao a2 đất mới, thuộc tính nửa cạnh cập nhật; cịn ngược lại loại hai nửa cạnh a4 đưa chúng vào lịch sử lưu trữ ej ej+ Trong hình 3.8, ví dụ gộp đất a2, a3, a4 e'j+1 e'j thành đất a5 Các nửa cạnh nét đứt bị loại bỏ v2 vùng thuộc tính nửa cạnh đảo nằm danh sách Hình 3.8 Gộp số hiệu đất bị gộp, ngược lại nửa cạnh nét liền hình thành đường bao đất a5 Thơng tin DCEL nửa cạnh nét liền hình vẽ cần cập nhật lại 3.3.3 Thêm bớt đỉnh Trường hợp tổng quát cạnh (gồm hai nửa cạnh ek, e’k đảo nhau) thay đường đa tuyến có chung điểm đầu điểm cuối ngược lại Ta nhận thấy cạnh đường đa tuyến có thuộc tính giống với (ek, e’k), cần chép thuộc tính cạnh (ek, e’k) cho cạnh đa tuyến ngược lại bổ sung loại bỏ điểm, nửa cạnh cần thiết, cập nhật thêm thông tin nửa cạnh sau nửa cạnh trước cần thiết Việc thêm bớt đỉnh không làm tăng giảm số vùng 3.3.4 Tạo đường song song với cạnh chọn Sau chọn cạnh, nhập khoảng cách chọn phía tạo đường song song, xác định đất chứa nửa cạnh chọn Tiến hành tìm giao điểm đường song song với nửa cạnh đất, từ xác định điểm v7, v8 tạo hai vùng a4 a5; vùng a3 nửa cạnh bị chia đưa vào lịch sử để lưu trữ Cập nhật DCEL cách gán thuộc tính cho nửa cạnh tạo 3.4 Chồng phủ vùng sử dụng cấu trúc DCEL Khi giải toán chồng phủ đồ, việc khoanh vùng chồng phủ xác định thuộc tính tổ hợp hai đồ vùng chuyên đề thường tiến hành đồng thời xác định giao điểm cạnh đồ Với việc tạo mơ hình Topo lại cho hai đồ sau biến cạnh giao cắt hai đồ thành đoạn nhỏ tạo vùng giao liệu thuộc tính tổ hợp hai đồ cần xử lý phức tạp Bài toán chồng phủ vùng hai hay nhiều tờ đồ tốn có nhiều ứng dụng hệ thống GIS/LIS Vấn đề chồng phủ đồ trình bày nhiều tài liệu, sử dụng thuật toán quét (Plane sweep) giải đồng thời toán xác định giao điểm cạnh Phương pháp giải trộn hết tất cạnh hai tờ đồ, kiểm tra có giao hai đoạn chia hai đoạn thẳng giao 16 thành bốn đoạn thẳng Kết danh sách cạnh hai vẽ, từ tiến hành khoanh vùng với danh sách cạnh Cách giải có ưu điểm nhanh (có độ phức tạp O(nlogn)) giải đồng loạt cho tất vùng hai tờ đồ Tuy nhiên, q trình chồng phủ vùng ngồi việc xác định vùng sau chồng phủ cần phải xác định thuộc tính chúng Để giải vấn đề này, có cách giải tốn theo cách tiếp cận khác sở phân tích vùng giao điểm dùng vùng đồ thứ hai lát kín vùng tờ đồ thứ Việc lát vùng đồng thời cập nhật thuộc tính nửa cạnh danh sách DCEL Bài toán chồng phủ vùng liên quan đến vấn đề phân tích vùng giao điểm vùng giao nhau, cần xem xét đến vấn đề chia cạnh xác định thuộc tính vùng bị phân chia chồng phủ (lát kín vùng), từ xây dựng nên thuật toán chồng phủ hai tờ đồ sử dụng cấu trúc liệu DCEL 3.4.1 Chia cạnh Giả sử ta có hai nửa cạnh ei ej hai vùng giao nhau, ei thuộc vùng a1 (theo quy ước nằm bên phải ei), ej thuộc vùng b1 (Hình 3.11) v2 a 2b v2 v3 a2 v3 a2 a1 ei2 a1 ej1 ei e'i e'j e'i a 1b v5 a 2b ei1 v5 ej2 ej e'j b2 e'i e'j b2 b1 v4 v1 a 1b b1 v4 v1 Hình 3.11 Giao hai cạnh Hình 3.12 Nguyên tắc chia cạnh Nửa cạnh đảo với ei ký hiệu ei', vùng giáp bên phải ei' a2 Nửa cạnh đảo với ej ký hiệu ej', vùng giáp bên phải ej' b2 Xét nửa cạnh ei, e'i, ej, e'j giao nhau, có a1 vùng phải ei; a2 vùng phải e'i; b1 vùng phải ej; b2 vùng phải e'j Nửa cạnh ei chia thành hai nửa cạnh ei1 ei2 có hướng, thuộc tính vùng phải a1, gốc nửa cạnh thứ ei1 trùng với gốc ei v1, gốc nửa cạnh thứ hai ei2 điểm chia v5 Theo nguyên tắc chia ta có nửa cạnh ej chia thành hai nửa cạnh ej1 ej2 có hướng, thuộc tính vùng phải b1, gốc ej1 trùng với gốc ej v3, gốc ej2 điểm chia v5 Kết thể Hình 3.12 - nửa cạnh ban đầu ei, ei', ej, ej' thay nửa cạnh ei1, ei2, ei1', ei2', ej1, ej2, ej1', ej2' - từ vùng a1, a2 b1, b2 ta có vùng chồng phủ a1b1, a1b2, a2b1, a2b2 3.4.2 Lát kín vùng 3.4.2.1 Lát kín vùng có giao điểm đường biên Giả sử xuất phát từ nửa cạnh ei1 có điểm đích điểm chia v5 vùng đồ thứ (có thuộc tính a1), cần tìm nửa cạnh vùng đồ thứ (có thuộc tính b1) để tạo 17 vùng chồng phủ (có thuộc tính tổ hợp a1b1) Đây trường hợp đặc biệt toán khoanh vùng Để giải trường hợp này, v3 a2 v2 chọn nửa cạnh có gốc điểm a1 ei2 chia v5 đồng thời có hướng quay bên ej1 phải Hai nửa cạnh với gốc v5 ej2 e'i e'j e'j1 có góc nghiêng ngược 180o Để tìm nửa cạnh ngoặt bên phải ei1 v5 ej2 cần tính góc kẹp phải v5 hai nửa cạnh ei1 ej2, góc kẹp có giá e'j b2 e'i o o trị từ đến 180 nửa cạnh ej2 nửa b1 v4 v1 a 1b cạnh cần tìm, trường hợp góc kẹp o lớn 180 nửa cạnh cần tìm Hình 3.13 Xác định vùng giao gặp điểm chia nửa cạnh e'j1 Phần cịn lại (nếu có) sau Như vậy, theo hình 3.13 chọn xét hết nửa cạnh hai nửa cạnh ei1 ej2 với thuộc tính vùng tương ứng a1 b1 Các nửa cạnh nửa cạnh ej2 có bj thuộc tính vùng b1 dễ dàng tìm thấy theo cấu trúc DCEL giao điểm hai cạnh có thuộc tính vùng a1 b1 Tương tự vậy, từ điểm giao thứ hai dễ dàng xác định tất nửa cạnh có thuộc Các vùng đồ A: nét liền tính vùng a1 giao điểm tiếp Các vùng đồ B: nét đứt theo Quá trình kết thúc quay trở giao điểm Kết Hình 3.14 Lát kín vùng vùng chồng phủ tạo có giao điểm đường biên với thuộc tính a1b1 thuộc tính vùng nửa cạnh nói phải lưu thêm thuộc tính a1b1 Bằng cách tạo vùng tất giao điểm vùng a1 ta tạo vùng chồng phủ có thuộc tính a1bi Khi lát kín vùng a1 cạnh của vùng bi bên a1 sử dụng hai lần, có cạnh sử dụng lần tập hợp cạnh tạo thành biên vùng nằm a1 (Hình 3.14) Tiếp tục theo trình tự cho vùng nằm a1 lát kín hết vùng a1 Sau lát kín tồn vùng a1 trình tiếp tục lát xong tất vùng 3.4.2.2 Lát kín vùng khơng có giao điểm đường biên Khi tất nửa cạnh vùng khơng có giao điểm với cạnh vùng b (Hình 3.15), vấn đề cần phải giải xác định vùng vùng bj chứa vùng bj Ta cần lấy đỉnh đầu mút cạnh vùng sử dụng thuật toán định vị điểm theo phương pháp đồ hình thang với độ phức tạp O(logn) để xác định điểm thuộc vùng bj 18 Biết vùng bj tồn vùng bj lát kín vùng bj khơng chứa vùng bên (vùng đảo) Trường hợp vùng bj có vùng đảo bên ta lại xác định tốn ngược lại, tìm tất vùng đảo bj nằm vùng Khi vùng chồng phủ bổ sung thêm vùng đảo thuộc tính tổ hợp tương ứng Đối với phần bên vùng đảo cách xử lý hồn tồn tương tự Hình 3.15 Lát kín vùng 3.4.3 Thuật tốn chồng phủ khơng có giao điểm đường biên Trên sở phân tích trên, ta xây dựng quy trình thuật toán theo bước sau: Đầu vào: Danh sách cạnh liên kết kép đồ A có n vùng đồ B có m vùng; Đầu ra: Danh sách liên kết kép cho đồ AB mô tả kết chồng phủ a Xác định giao điểm cạnh, bổ sung điểm giao, giao điểm chia cập nhật thuộc tính vùng nửa cạnh đồng thời xác định góc ngoặt phải phù hợp gắn thuộc tính cạnh trước, cạnh sau cho nửa cạnh Tất nửa cạnh bị chia lưu thành nửa cạnh lịch sử b Lát vùng (i=1-n) theo sơ đồ thuật toán hình 3.16 3.4.4 Đánh giá thuật tốn chồng phủ Để thực chồng phủ hai tờ đồ cần xác định giao điểm mà độ phức tạp Hình 3.16 Sơ đồ thuật toán chồng phủ toán xác định giao điểm theo tài liệu O(nlogn) nên độ phức tạp trình chồng phủ O(nlogn) Việc xử lý lát vùng theo thuật toán với cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép cho độ phức tạp thuật tốn trung bình O(n) xử lý phần tử danh sách, trường hợp cần sử dụng thuật tốn tìm điểm vùng có độ phức tạp O(logn) Như vậy, độ phức tạp thuật tốn chồng phủ O(nlogn) Điều cho thấy, với thuật toán xây dựng, độ phức tạp thuật tốn q trình chồng phủ khơng tăng lại đem lại linh hoạt cho thao tác biên tập vùng chồng phủ 3.5 Sử dụng cấu trúc DCEL tạo ứng dụng đồ số địa 3.5.1 Lập hồ sơ địa Hồ sơ địa bao gồm: Bản đồ địa chính; Sổ mục kê đất đai (thể thông tin đất theo tờ đồ); Sổ địa (thể thơng tin chủ sử dụng); Sổ theo dõi biến động đất đai (lưu trữ lịch sử biến động đất đai); Bảng tổng hợp số thửa, diện tích, số chủ sử dụng quản lý đất theo trạng đo đạc lập bàn đồ địa chính; Bản mơ tả ranh 19 giới, mốc giới đất; Phiếu xác nhận kết đo đạc trạng đất; Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất Với đồ địa phân chia thành lô đất, đất gắn số quản lý MX.SL.ST quản lý sở liệu theo cấu trúc DCEL lưu trữ lịch sử đất nên việc lập hồ sơ địa trở nên đơn giản quản lý đầy đủ thông tin đất mối quan hệ liền kề đất, hệ thống tham chiếu đất rõ ràng Các đất quản lý theo lô (phân khu) nên việc quản lý đất đai thuận tiện Tuy nhiên, để ứng dụng lập hồ sơ địa cần có quy định cụ thể hồ sơ địa phù hợp với cách phân lô đất 3.5.2 Lập đồ trạng sử dụng đất Bản đồ trạng sử dụng đất đồ chuyên đề đất đai, thể phân bố loại đất theo quy định tiêu kiểm kê theo mục đích sử dụng đất thời điểm kiểm kê đất đai lập theo đơn vị hành cấp, vùng địa lý tự nhiên - kinh tế nước Bản đồ trạng sử dụng đất tài liệu quan trọng cần thiết cho công tác quản lý lãnh thổ, quản lý đất đai ngành kinh tế, kỹ thuật khác sử dụng đất Với nguồn liệu đồ địa số, việc thành lập đồ trạng sử dụng đất thực cách: - Ghép tờ đồ địa số; - Loại bỏ đối tượng khơng thuộc nội dung đồ trạng đồ địa chính; - Liên kết đất liền kề có mục đích sử dụng tạo thành vùng trạng tô màu cho vùng trạng theo quy định; - Biên tập đồ trạng sử dụng đất; - Thống kê diện tích đất đai, tạo bảng biểu báo cáo Trong vấn đề trên, vấn đề liên kết đất liền kề có mục đích sử dụng tốn nhiều thời gian dễ xảy nhầm lẫn Với cấu trúc DCEL thuật toán xử lý vấn đề sau: - Bước Ghép DCEL lô đất đồ thành DCEL tổng; Đối với vùng nằm lô đất thường đối tượng giao thơng thủy hệ hình tuyến thêm đoạn liên kết lơ để khép kín đối tượng công cụ biên tập đất; - Bước Xác định thuộc tính loại đất trạng cho nửa cạnh DCEL tổng; - Bước Duyệt qua nửa cạnh DCEL tổng, nửa cạnh nửa cạnh đảo có thuộc tính loại đất bị loại bỏ đồng thời gắn thuộc tính nửa cạnh trước nửa cạnh sau cho nửa cạnh thay đổi, sau trình DCEL vùng trạng; - Bước Khoanh vùng vùng trạng theo thuật toán khoanh vùng sử dụng cấu trúc DCEL trình bày Với DCEL vấn đề tổng hợp diện tích, tơ màu vùng trạng theo loại đất trở nên tương đối đơn giản 3.5.3 Lập đồ giải phóng mặt Trong cơng tác giải phóng mặt bằng, đồ địa tài liệu vơ quan trọng Nếu có liệu đồ địa số cập nhật biến động đất đai thường xuyên xác q trình lập hồ sơ giải phóng mặt giản đơn nhiều Lúc này, 20 cần đưa ranh giới giải phóng mặt lên đồ địa chính, từ xác định đất liên quan đến cơng tác giải phóng mặt bằng cách xác định đất có giao với đường ranh giới giải phóng mặt Trên đồ địa chứa đầy đủ thơng tin thơng tin chủ sử dụng đất, tổng diện tích đất, mục đích sử dụng, địa thơng tin quan trọng q trình giải phóng mặt Với cấu trúc DCEL thuật toán tạo vùng cho đồ giải phóng mặt sau: Bước Tiến hành tạo DCEL đồ ranh giới giải phóng mặt với vùng khép kín đường ranh giới giải phóng mặt DCEL gắn thêm thơng tin vị trí (trong ngồi) nửa cạnh đường ranh giới nhằm xác định khu vực giải phóng mặt Bước Chồng phủ đồ ranh giới giải phóng mặt lên tờ đồ địa theo thuật tốn chồng phủ xác định vùng giải phóng mặt 3.5.4 Xây dựng hệ thống địa đa mục đích Trên sở quản lý đồ số địa tới đất, đất gắn số định danh Kết hợp với bảng sở liệu quan hệ chứa loại thông tin khác nhau, chồng phủ với loại đồ đơn tính khác, từ cho phép tra cứu thơng tin đồng thời kết xuất dạng liệu tổng hợp, phân tích với nhiều mục đích khác CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 4.1 Lựa chọn ngơn ngữ lập trình Sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual Basic chương trình thử nghiệm 4.2 Khái quát ngơn ngữ lập trình Visual Basic a Phần giao diện b Phần chương trình c Kiểu liệu - biến d Tùy biến chế độ biên dịch chương trình Visual Basic 6.0 Phần biên dịnh chương trình thành mã máy, ngơn ngữ lập trình Visual Basic cung cấp có tùy chọn nâng cao đề cập đây: - Assume No Aliasing: không sử dụng bí danh (Alias); - Remove Array Bounds Checks : Kiểm tra giới hạn mảng; - Remove Integer Overflow Checks : kiểm tra tràn số nguyên; - Remove Floating Point Error Checks: kiểm tra lỗi dấu phẩy động; - Allow Unrounded Floating Point Operations: so sánh biểu thức chứa dấu phẩy động mà khơng cần làm trịn với độ xác đúng; - Remove Safe Pentium FDIV Checks : kiểm tra an tồn với phép tốn chia (không) Pentium (Pentium Floating-point Division) tắt mã đặc biệt vi xử lý Pentium với lỗi FDIV 4.3 Xây dựng chương trình thử nghiệm Chương trình tác giả xây dựng ngơn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 4.3.1 Giao diện chương trình Chương trình thiết kế với giao diện cửa sổ đồ họa, hệ thống trình đơn tiếng Việt hệ thống cơng cụ 4.3.2 Các trình đơn * Trình đơn Tệp: Tạo mới, mở vẽ DXF, Shape file, DCEL, ghi lại * Trình đơn Vẽ: Vẽ đối tượng đồ họa Điểm, Đoạn thẳng, Đa tuyến 21 * Trình đơn Hiển thị: Các chức hiển thị thu, phóng, trượt * Trình đơn Tiện ích: Có chức Sửa lỗi, tạo vùng, gán số thửa, xác hóa tọa độ, nhập thơng tin thuộc tính, tra cứu thơng tin, gộp thửa, chia thửa, tạo đồ trạng, chuyển sang Google Earth, chồng xếp đồ 4.3.3 Giải pháp tạo thư viện liên kết động phục vụ xây dựng chương trình - Tạo file Link.exe đặt thư mục C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VB98, file Link.exe thật đổi tên thành file khác (ví dụ LinkThat.exe) Khi IDE gọi file Link.exe giả (do ta xây dựng lại) file Link.exe làm nhiệm vụ đọc tham số IDE truyền sang, thêm tham số "/DEF" vào gọi file LinkThat.exe với tham số (đã có /DEF) Tất nhiên phải kiểm tra, có tồn file *.DEF Project (dự án) cần tạo Project kiểu DLL thêm tham số - Tạo Project VB6, kiểu Project ActiveX DLL Để nguyên Class1 mà VB6 tạo sẵn, khơng cần viết mã lệnh vào cả, phải giữ lại VB6 cần phải có Class Project kiểu ActiveX DLL chạy Sau đó, thêm vào module để chứa hàm cần xây dựng bình thường Sub hay Function với khai báo Public (dùng chung) - Tạo tệp Module Definition File (*.DEF): Sử dụng trình soạn thảo NotePad soạn file tên với tên thư viện cần tạo có DEF - Dịch Project tạo bước tạo thành file DLL dạng Standard, có thư viện liên kết động dạng *.DLL (ví dụ: MyLibrary.Dll) Kết quả, thư viện liên kết động *.DLL dạng chuẩn, sử dụng ngơn ngữ lập trình khác 4.3.4 Giải pháp tăng tốc độ tính tốn chương trình - Chọn kiểu liệu phù hợp khai báo biến thơng thường kiểu liệu Single Double tốn thời gian thực phép toán; - Dùng phép nhân để thay phép chia phép chia tốn thời gian phép nhân (ví dụ: sử dụng A * 0.5 thay cho A/2); - Tránh sử dụng biểu thức lũy thừa, lập trình lưu ý thay phép nhân đơn giản Ví dụ sử dụng A*A thay cho A^2; - Kiểm tra trường hợp đặc biệt bên ngồi vịng lặp phép thử hay kiểm tra điều kiện logic không nhiều thời gian thực hiện, nên lựa chọn để tránh phải thực nhiều phép toán vịng lặp; - Đặt cơng việc tính tốn lớn vòng lặp bên bắt buộc sử dụng vịng lặp lồng hiệu tính tốn cao hơn; - Cần tùy biến chế độ biên dịch an tồn tùy thuộc ngơn ngữ lập trình để tăng tốc độ tính tốn chương trình thực thi 4.3.5 Thử nghiệm chương trình a Thử nghiệm xác hóa tọa độ điểm vẽ sơ đồ lô Bước 1: Sử dụng chức mở tệp lơ DXF cần xác hóa tọa độ; Bước 2: Mở tệp tọa độ xác, tên điểm trùng với tên điểm thể lô thửa; Bước 3: Sử dụng chức xác hóa tọa độ trình đơn Tiện ích vẽ xác hóa tọa độ với mối liên kết điểm giống tệp lô vẽ sơ họa 22 Kết vẽ lô hệ tọa độ xác thể ranh giới đất bản vẽ lô vẽ sơ họa b Thử nghiệm chuyển đổi đồ số địa sang Google Earth  Số liệu: Bản đồ xã An Khánh - Hoài Đức - Hà Nội tờ số 24 Tỷ lệ 1/500 Kinh tuyến trục 1050, múi chiếu 30  Cách sử dụng chương trình: Bước 1: Sử dụng chức mở tệp DXF cần chuyển; Bước 2: Chọn chức chuyển sang Google Earth với kinh tuyến trục 1050, múi chiếu 30; Bản đồ sau chuyển sang Google Earth giúp cho việc quản lý đối soát thuận lợi c Thử nghiệm sử dụng cấu trúc DCEL biên tập xây dựng ứng dụng đồ số địa * Tạo mơ hình Topo * Nhập thơng tin đất từ sở liệu Dữ liệu thuộc tính đất lưu trữ bảng tính Excel liên kết với liệu không gian thông qua số đất * Gộp 23 Các đất cần gộp chọn trực tiếp vẽ, sau chọn xong nhấn chuột phải bảng gộp đất Nhấn nút "Gộp thửa" gộp đất chọn thành mà không cần tạo lại mơ hình Topo * Tách * Tra cứu thông tin đất * Tạo đồ trạng sử dụng đất Qua trình thực nghiệm thực hóa phân tích lý thuyết, kiểm nghiệm lại thuật tốn sử dụng mơ hình liệu DCEL, áp dụng giải pháp tăng tốc độ tính tốn cho thấy hiệu rõ rệt, từ thấy tính đắn thuật tốn xây dựng giải pháp hồn thiện quy trình cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa mang tính khả thi phù hợp với điều kiện Việt Nam; giải pháp tăng tốc độ tính tốn thực hiệu quả, áp dụng ngơn ngữ lập trình chương trình khác 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án nghiên cứu quy trình cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa Việt Nam nay, đánh giá ưu nhược điểm, từ đưa giải pháp hồn thiện quy trình cơng nghệ thành lập đồ địa phù hợp với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ thông tin Với giải pháp hoàn thiện bước đột phá quy trình, có nhiều điểm mới, kiểm chứng Công ty cổ phần khảo sát thiết kế xây dựng Miền Bắc xí nghiệp cổ phần công nghệ GIS thuộc Công ty tư vấn triển khai công nghệ xây dựng Mỏ - Địa chất Qua nghiên cứu, đánh giá cách tỉ mỉ, khách quan với phân tích, thuật toán, thực nghiệm cụ thể cho thấy: - Cách tiếp cận thông tin trực quan làm chuyên môn hóa cơng tác nộingoại nghiệp đẩy nhanh tốc độ thành lập đồ địa chính; - Quan điểm quy trình cơng nghệ thành lập đồ địa phù hợp với tiến khoa học kỹ thuật Việt Nam nay; - Sử dụng cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép giải pháp phù hợp để quản lý khai khác liệu đồ số địa vừa linh hoạt công tác thành lập vừa dễ dàng việc cập nhật biến động đất đai; - Thuật toán chồng phủ vùng sử dụng cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép thuật toán làm tăng tính linh hoạt tạo vùng, vừa lưu trữ thơng tin thuộc tính vừa đảm bảo tốc độ xử lý vùng chồng phủ; - Phương pháp tối ưu hóa sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên mơi trường lập trình biện pháp hiệu để tăng tốc độ chương trình * Kết luận: Luận án giải vấn đề cịn tồn phân tích phần tổng quan: - Đề xuất số giải pháp hoàn thiện quy trình cơng nghệ thành lập ứng dụng đồ số địa điều kiện Việt Nam để vừa thuận lợi trình thành lập vừa dễ dàng công tác cập nhật biến động đất đai phù hợp với tiến khoa học công nghệ ngày - Đề xuất sử dụng cấu trúc liệu DCEL xây dựng thuật toán với cấu trúc liệu làm sở xây dựng hệ thống phần mềm đồ họa độc lập phù hợp với điều kiện Việt Nam công tác thành lập ứng dụng đồ số địa - Chương trình thử nghiệm thực hóa phân tích lý thuyết, kiểm nghiệm lại thuật tốn giải pháp từ thấy tính đắn thuật toán xây dựng giải pháp đề xuất * Kiến nghị Những giải pháp đưa làm thay đổi hệ thống quy trình cơng nghệ thành lập đồ số địa chính, tác giả kiến nghị: - Cần có nghiên cứu cụ thể, hội thảo rộng rãi nhà khoa học đơn vị sản xuất để xây dựng hệ thống quy định kỹ thuật thống công tác thành lập đồ số địa chính; - Cần có sách ưu tiên có đầu tư nhiều trang thiết bị kỹ thuật kinh phí để xây dựng hệ thống phần mềm đồ họa độc lập Việt Nam giải tất bước từ thu thập số liệu đến biên tập đồ số địa ứng dụng đồ số địa cách hiệu 25 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Trọng San, Phạm Thế Huynh (2007), "Giải pháp chuyển đổi đồ địa từ hệ HN-72 sang hệ VN-2000", Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (18), tr 84-86 Phạm Thế Huynh (2007), "Nghiên cứu sử dụng thư viện mã nguồn mở MapObject vào khai thác thông tin không gian thuộc tính đồ", Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (20), tr 29-33 Phạm Thế Huynh, Đinh Hải Nam (2011), "Cập nhật thông tin địa từ Excel sang Famis tự động hóa tổng hợp diện tích loại đất đồ địa chính", Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (34), tr 37-40 Trần Thùy Dương, Phạm Thế Huynh, Nguyễn Cơng Sơn, Nguyễn Duy Hồng (2011), "Một cách tiếp cận vấn đề tăng tốc độ tính tốn lập trình ứng dụng", Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (34), tr 17 - 22 Trần Thùy Dương, Phạm Thế Huynh (2014), "Một cách tiếp cận việc giải toán chồng phủ vùng sử dụng cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép", Tạp chí khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (46), tr 73-76 Phạm Thế Huynh (2014), "Một cách tiếp cận việc giải toán biên tập đất sử dụng cấu trúc liệu danh sách cạnh liên kết kép", Tạp chí khoa học Đo đạc Bản đồ, (20), tr 14-18 Đinh Hải Nam, Phạm Thế Huynh, Trần Thùy Dương (2014), "Xử lý đối tượng đất có cạnh đường cong", Tạp chí khoa học Đo đạc Bản đồ, (21), tr 13-20 Nguyễn Trọng San, Phạm Thế Huynh, Nguyễn Thế Công (2003), "Nghiên cứu quy trình cơng nghệ chuẩn hóa hệ tọa độ, xác hóa chỉnh đồ địa chính", Đề tài cấp Bộ mã số B2003-36-58 Phạm Thế Huynh, Trần Thùy Dương (2008), "Nghiên cứu xây dựng đối tượng đồ họa phục vụ q trình tự động hóa thành lập đồ địa điều kiện Việt Nam", Đề tài cấp Bộ mã số B2008-02-51