Nghiên cứu một số thuật toán xếp chồng bản đồ và ứng dụng

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG - - ĐỖ XUÂN THIỆM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN XẾP CHỒNG BẢN ĐỒ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn “Một số thuật toán xếp chồng đồ ứng dụng” tự sưu tầm, tra cứu tìm hiểu theo tài liệu tham khảo làm theo hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức không chép từ công trình nghiên cứu Các nguồn lấy từ tài liệu tham khảo thích rõ ràng, quy định Xin trân trọng cảm ơn! Thái nguyên, tháng năm 2015 Học viên Đỗ Xuân Thiệm Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Đặng Văn Đức, người thầy cho em định hướng ý kiến quý báu suốt trình hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Viện Công nghệ Thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu thời gian qua Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp người kịp thời động viên, khích lệ giúp đỡ vượt qua khó khăn để hoàn thành nhiệm vụ Do hạn chế nhiều mặt nên luận văn tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Rất mong nhận dẫn, góp ý Thầy, cô bạn./ Xin trân trọng cảm ơn! Thái nguyên, tháng năm 2015 Học viên Đỗ Xuân Thiệm Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii BẢNG CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ .… .viii DANH MỤC BẢNG ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ… 1.1 Tổng quan Hệ thống thông tin địa lý 1.1.1 Một số định nghĩa hệ thống thông tin địa lý 1.1.2 Các thành phần hệ thống thông tin địa lý .………… … 1.2 Biểu diễn liệu địa lý……………… .7 1.21 Các thành phần liệu địa lý…… .7 1.2.2.1 Thành phần không gian 1.2.2.2 Thành phần phi không gian 10 1.2.2 Mô hình biểu diễn liệu không gian 10 1.2.2.1 Mô hình quan niệm 11 1.2.2.2 Mô hình logic 12 1.2.2.3 Mô hình vật lý 12 1.3 Ứng dụng hệ thông tin địa lý 15 1.3.1.Các lĩnh vực liên quan với hệ thống thông tin địa lý .15 1.3.2 Những toán GIS .15 II CHƢƠNG 2: CÁC THUẬT TOÁN HỖ TRỢ CHỨC NĂNG XẾP CHỒNG BẢN ĐỒ…………….…………………….………………… 17 2.1 Xếp chồng đồ phân tích xử lý liệu không gian 17 2.1.1 Tìm kiếm theo vùng 17 2.1.2 Tìm kiếm lân cận 17 2.1.3 Phân tích đường dẫn đường 18 2.1.4 Tìm kiếm tượng toán xếp chồng 18 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.1.5 Nắn chỉnh liệu không gian 21 2.1.6 Tổng quát hóa liệu không gian 21 2.2 Khái quát xếp chồng đồ……………… 22 2.3 Các phƣơng pháp xếp chồng đồ………… 23 2.3.1 Phương pháp Raster Overlay ……………… 23 2.3.2 Phương pháp Vector Overlay …………… 24 2.4 Một số phép toán Overlay ……… 25 2.4.1 Phép hợp (Union)…………… ………… 25 2.4.2 Phép giao (Intersect) ………… 25 2.4.3 Phép đồng (Indentity) ………… 26 2.5 Một số thuật toán xếp chồng đồ 26 2.5.1 Thuật toán giao hai đoạn thẳng (Bently – Ottmann)… ……… .26 2.5.1.1 Ý tưởng thuật toán…………………………… 27 2.5.1.2 Cấu trúc liệu… ………………… ……… 27 2.5.1.3 Chi tiết thuật toán ……………………………………… … 28 2.5.1.4 Phân tích thuật toán………………… ……… 29 2.5.1.5.Kết luận ……………………………………………… … 30 2.5.2 Thuật toán giao hai đa giác…………… 30 2.5.2.1.Chi tiết thuật toán ……………………… 30 2.5.2.2 Phân tích cài đặt thuật toán ….……… 34 2.5.2.3 Kết luận ….…………….…… 36 III CHƢƠNG 3: XẾ P C H Ồ N G B Ả N Đ Ồ V Ớ I D Ữ L I Ệ U Đ Ấ T ĐAI TỈNH HÀ NAM………… ………….………………………… … 37 3.1 Khái quát khu vực thử nghiệm….….…… 37 3.1.1 Điều kiện tự nhiên…………………… … 37 3.1.1.1 Vị trí địa lý………………………… … 37 3.1.1.2 Địa hình - địa mạo ………………… … 38 3.1.1.3 Khí hậu… ………………………… … 38 3.1.1.4 Thủy văn…………………………… … 40 3.1.2 Các nguồn tài nguyên ……………… … 41 3.1.2.1.Tài nguyên đất…… ……………… … 41 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 3.1.2.2.Tài nguyên nước.… ……………… … 42 3.1.2.3.Tài nguyên rừng … ……………… … 43 3.1.2.4.Tài nguyên khoáng sản……………… … 43 3.1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội……………… 44 3.1.3.1.Kinh tế………….… ……………… … 44 3.1.3.2 Xã hội………… … ……………… … 46 3.2 Dữ liệu đồ lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng Hà Nam .51 3.2.1 Phép chiếu hệ tọa độ trắc địa xây dựng đồ Hà Nam…….51 3.2.2 Hệ thống đồ lĩnh vực tài nguyên môi trường tỉnh Hà Nam 52 3.2.3 Hiện trạng xu hướng sử dụng đồ ngành tài nguyên Môi trường tỉnh Hà Nam…………………………………………….………54 3.2.3.1 Hiện trạng đồ 54 3.2.3.2 Quản lý sử dụng đồ thời gian tới .55 3.3 Thử nghiệm xếp chồng đồ lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng tỉnh Hà Nam 57 3.3.1 Một số ứng dụng xếp chồng đồ áp dụng công tác quản lý địa phương……………………………………………………… ….57 3.3.2 Thử nghiệm xếp chồng đồ toán quy hoạch, thu hồi đất… 57 3.3.2.1 Phân tích toán… …………………………………………… 57 3.3.2.2 Nguồn liệu đầu vào phạm vi toán…………………… …58 3.3.2.3 Phương pháp kỹ thuật giải toán………………………….58 3.3.2.4 Cài đặt chương trình ………………………………… …59 3.3.2.5 Thử nghiệm chương trình ứng dụng xếp chồng đồ ……… ….61 KẾT LUẬN………….…… …… .64 TÀI LIỆU KHAM KHẢO………… ……… ………………………… 66 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii MỘT SỐ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3D Tree Dimensions AM/FM Automated Mapping/Facilities management ANSI Amecican National Standards Institute ASP Active Server Pages B-tree Balanced Dynamic Tree BĐHT Bản đồ trạng CAD Computer-Added Design CGI Common Gateway Interface CGM Computer Graphics Metafile CORBA Common Object Request Broker Architecture CSDL Cơ sở liệu DBMS Database Management System DCOM Distributed Component Object DCW Digital Chart of the World DEM Digital Elevation Model DGN MicroStation Design Files DGPS Differential Global Positioning System DIME Dual Independent Map Encoding DLG Digital Line Graph DNS Domain Name Service DWG AutuoCAD Drawing Files DXF Drawing Exchange Format E-R Entity – Relationship ESRI Environmental Systems Research Institute FTP File Transfer Protocol GIF Graphics Interchange Format GIS Geographic Information Systems Geographical Information Systems Geographic Information Science GLONASS Global Navigation Satellite System GPS Global Positioning System GCN QSDĐ Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất HTML HyperText markup Language Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii HTTP Hypertext Transfer Protocol ICA International Cartographic Association IE Internet Explorer IIE Internet Information Server ISAPI Internet Server Application programming Inferface ISP Internet Service Provider JPEG Joint Photographic Experts Group LANDSAT Land Remote Sensing Satellite LIS Land Information System LZW Lempel-Ziv-Welch NAD North American Datum NASA the National Aeronautics and Space Administration NFA Network File System NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration NSAPI Netscape Server Application Programming Interface ODBC Open Database Connectivity OGC Open Gis Consortium ONC Operational Navigation Charts Perl Practical Extraction and Report Language RDBMS Relational Database Management System RGB Red, Green, Blue RLE Run-length encoding SDTS Spatial Data Transfer Standard SPOT Systeme Pour d’Observation de la Terre SQL Structured Query Language TCP/IP Transport Control protocol/Internet Protocol TIGER Referencing Topologically Integrated Geographic Encoding and TIN Triangulated Irregular Network model TM Thematic Mapper URL Uniform Resource Locator USGS United States Geological Survey UTM Universal Transverse Mecator Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thành tố GIS .5 Hình 1.2: Mối quan hệ thành phần GIS Hình 1.3: Ví dụ biểu diễn vị trí nước bị ô nhiễm Hình 1.4: Ví dụ biểu diễn đường Hình 1.5: Ví dụ biểu diễn khu vực hành Hình 1.6: Biểu diễn giới mô hình raster vector 14 Hình 2.1: Xếp chồng đa giác 19 Hình 2.2: Tiến trình xếp chồng đa giác……… 20 Hình 2.3: Nguyên lý xếp chồng đồ………………………… 22 Hình 2.4: Xếp chồng đồ theo phương pháp cộng… …… ….….22 Hình 2.5: Một thí dụ việc xếp chồng đồ…………………… 22 Hình 2.6 Xếp chồng lớp đồ……………………………………… … 23 Hình 2.7 Minh họa Raster Overlay…………………………………… …….24 Hình 2.8 Xếp chồng điểm đa giác………………………………… … 24 Hình 2.9 Xếp chồng đoạn đa giác…………………………………….… 25 Hình 2.10 Xếp chồng đa giác đa giác…………………………………… 25 Hình 2.11 Phép hợp Overlay……………………………………………25 Hình 2.12 Phép giao Overlay………………………………….……….25 Hình 2.13 Phép đồng Overlay……………………………….… 26 Hình 2.14 Minh họa thuật toán quét dòng……………………………….… 27 Hình 2.15 Cấu trúc nhị phân……………………………………….…….28 Hình 3.1 Bản đồ Hành tỉnh Hà Nam…………… …………….………37 Hình 3.2: Quy trình thực chương trình………………….……………… 60 Hình 3.3: Giao diện chương trình…………………………….……………… 60 Hình 3.4: Xếp chồng đồ với phép giao……………………………………61 Hình 3.5: Xếp chồng đồ chương tr ình hỗ trợ quy hoạch, thu hồi đất 61 Hình 3.6: Bản đồ địa chính, đồ Quy hoạch chuyển đổi Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x vào Geodatabase……… ……………………………………………….… 62 Hình 3.7: Kết xếp chồng đồ kết xuất bảng liệu thuộc tính… … 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Tăng trưởng kinh tế tỉnh Hà Nam giai đoạn 2001-2006…………….45 Bảng 3.2 Cơ cấu kinh tế tỉnh Hà Nam giai đoạn 2006, 2010………………….46 Bảng 3.3 Phân bố dân số tỉnh Hà Nam đến năm 2010……………………… 47 Bảng 3.4.Thống kê tọa độ trắc địa lập địa bàn tỉnh Hà Nam……… 52 Bảng 3.5.Thống kế đồ địa lý thuộc lĩnh vực tài nguyên môi trường tỉnh Hà Nam………………………………………………………………… 54 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 Điểm tọa độ địa cấp I 511 VN2000 Kinh tuyến trục105045’ Điểm tọa độ địa cấp II 1.750 VN2000 Kinh tuyến trục 105045’ Bảng 3.4.Thống kê tọa độ trắc địa lập địa bàn tỉnh Hà Nam 3.2.2 Hệ thống đồ lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng tình Hà Nam Gồm loại sau: - Bản đồ địa hình: có tỉ lệ từ 1:10.000 đến 1:50.000 thành lập từ khoảng năm 2000-2010 Bản đồ phủ kín lãnh thổ tỉnh Hà Nam - Bản đồ trạng sử dụng đất đồ quy hoạch sử dụng đất: Được thành lập 5-10 năm/ lần phạm đơn vị hành thuộc tỉnh Bản đồ phản ánh tình trạng sử dụng đất cấp nhu cầu sử dụng đất khoảng thời gian 5-10 năm - Bản đồ địa chính: Đây hệ thống đồ quan trọng ngành, phản ánh chi tiết thông tin đất từ đối tượng sử dụng, mục đích, loại đất, diện tích thời hạn sử dụng đất kích thước đất…Việc thành lập loại đồ đòi hỏi đầu tư kinh phí lớn, thời gian thực dài với nhiều áp lực chất lượng, tiến độ quan tâm lớn xã hội Tại Hà Nam, sau nhiều năm đầu tư nguồn lực, đến hệ thống đồ địa hoàn thành 5/6 huyện, thành phố Số liệu cụ thể theo bảng đây: TT I Loại đồ Tỉ lệ Hệ tọa độ Khuôn dạng liệu Số lƣợng Ghi (tờ) Bản đồ địa hình Bản đồ địa hình 1:2.000 VN 2000 *.dgn 67 Bản đồ địa hình 1:10.000 VN 2000 *.dgn 33 Bản đồ địa hình 1:50.000 VN 2000 *.dgn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN Ít http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 1:50.000 II HN72 Giấy 30 dùng Bản đồ trạng sử dụng đất (HTSDĐ) - Dạng giấy; Bản đồ HTSDĐ cấp tỉnh 1:50.000 VN 2000 - Dạng số (dgn) 1:25.000 VN 2000 - Dạng giấy; Bản đồ HTSDĐ cấp huyện Bản đồ HTSDĐ cấp xã III Bản đồ Quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ) - Dạng số (dgn) 1:2000 1:5000 1:10000 - Dạng giấy; VN 2000 - Dạng số (dgn) 10 100 - Dạng giấy; Bản đồ QHSDĐ cấp tỉnh 1:50.000 VN 2000 - Dạng số (dgn) - Dạng giấy; Bản đồ QHSDĐ cấp huyện 1:25.000 VN 2000 1:2000 Bản đồ QHSDĐ cấp xã 1:5000 VN 2000 1:10000 Bản đồ quy hoạch khoáng sản V Bản đồ địa Bản đồ khu vực đất nông nghiệp Bản đồ khu dân cư - Dạng số (dgn) - Dạng giấy; 10 - Dạng số (dgn) 100 - Dạng giấy; 1:25.000 1:1000 1:2000 1:500 1:1000 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN VN 2000 - Dạng số (dgn) - Dạng giấy; VN 2000 VN 2000 1.134 - Dạng số (dgn) 686 - Dạng giấy; 170 - Dạng số 2125 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 (dgn) Bảng 3.5.Thống kế đồ địa lý thuộc lĩnh vực tài nguyên môi trường tỉnh Hà Nam Như vậy, hệ thống đồ chuyên dùng ngành tài nguyên môi trường hầu hết có khuôn dạng *.DGN , khuôn dạng liệu sử dụng cho phần mền Microstation hãng Bentley chuyển đổi sang khuôn dạng khác có yêu cầu *.DGW, DXF… Để sử dụng file *.DGN môi trường GIS phải chuyển đổi sang khuôn dạng phù hợp (thường sử dụng số công cụ phát triển riêng) 3.2.3 Hiện trạng xu hƣớng sử dụng đồ ngành tài nguyên môi trƣởng tỉnh Hà Nam 3.2.3.1.Hiện trạng sử dụng đồ Do đặc điểm nguồn liệu có (dạng giấy file DGN) nên việc sử dụng đồ chuyên dùng lĩnh vực tài nguyên môi trường sử dụng vào công việc chủ yếu sau: - Làm sở cho việc cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất cho tổ chức cá nhân; - Làm sở tính toán cho việc giải phóng, đền bù đất đai cho dự án phát triển kinh tế xã hội địa phương; - Làm sở xây dựng quy hoạch sử dụng đất (SDĐ), quy hoạch phát triển ngành kinh tế - xã hội tỉnh; - Là liệu địa lý đầu vào cho ngành kinh tế - xã hội xây dựng GIS chuyên dùng cho ngành - Là sở cho nhà hoạch định sách xây dựng chiến lược phát triển chuyên gia ứng dụng liệu, thông tin gắn liến với yếu tố địa lý để quản lý, phát triển hệ thống riêng (thí dụ quản lý xe, quản lý, kiểm soát ô nhiễm…) Mặc dù trình tác nghiệp ứng dụng tin học hóa ( lưu trữ liệu, tác nghiệp máy tính cá nhân) mức độ rời rạc, gắn kết Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 với theo hệ thống (bán thủ công) Việc tính toán số liệu từ đồ thường kết hợp thủ công với máy tính để lập hệ thống bảng biểu theo mô hình quản lý Các nhà quản lý vào hệ thống bảng biểu để định 3.2.3.2.Quản lý sử dụng đồ thời gian tới Trong giai đoạn thực công nghiệp hóa, đại hóa nước ta, việc thiết lập, quản lý hệ thống Hồ sơ đất đai số theo mô hình sở liệu (CSDL) yêu cầu tất yếu Hệ thống CSDL đất đai thiết lập phải hệ thống đại áp dụng công nghệ tin học tiên tiến, yêu cầu đòi hỏi thiết, thật khó khăn lúc phải đầu tư cách đồng từ trình độ nghiệp vụ người tác nghiệp, quản lý đến hệ thống thiết bị phần cứng, phần mềm, hệ thống liệu… CSDL đất đai thành lập cung cấp dạng thông tin chiết xuất phục vụ công tác quản lý đất đai như: trạng sử dụng đất, bảng thống kê, kiểm kê theo tiêu trí định theo định kỳ hàng năm, hay đột xuất; loại thông tin đồ giá đất hệ thống đồ địa phục vụ tính thuế đất chi tiết, phục vụ xây dựng, thực dự án Các dạng thông tin đòi hỏi phải xây dựng tiêu trí phương pháp chiết xuất lưu trữ… Cơ sở liệu đất đai sau tổ chức xong đảm bảo số liệu, tư liệu phục vụ cho thống kê, kiểm kê đất đai hàng năm, theo định kỳ nhiệm vụ khác công tác quản lý nhà nước đất đai Tuy nhiên, cần có quy trình xây dựng chặt chẽ với công cụ hữu hiệu để đảm bảo loại liệu tồn độc lập có mối liên hệ logic với hệ thống quản lý Ta thấy khác giải pháp quản lý sử dụng liệu đồ theo giải pháp truyền thống chỗ: việc xây dựng hồ sơ địa (HSĐC) giải pháp từ nhiều nguồn tài liệu khác đáp ứng mục tiêu chủ yếu đáp ứng nhu cầu quy hoạch sử dụng đất, đồ trạng phục vụ thống kê, kiểm kê thời điểm định, theo tỷ lệ định, mà khả cập nhật chỉnh lý cho phù hợp giai đoạn Nhiều trường hợp liệu không gian (bản đồ) với liệu thuộc tính thiếu thống phải nhiều công đoạn để đồng Cơ sở liệu đất đai việc chiết xuất thành đồ chuyên đề Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 theo loại tỷ lệ khác tuỳ thuộc vào mục đích, yêu cầu công việc, sở liệu đất đai cập nhật liệu biến động đất đai thông qua công tác chỉnh lý biến động địa phương cập nhật vào sở liệu địa thời điểm khác Chính vậy, thời điểm khác sử dụng chức chồng xếp đồ GIS ta phân tích biến động đất đai qua thời kỳ Như thấy, sở liệu đất đai đời đáp ứng nhu cầu công tác thống kê, kiểm kê đất đai hàng năm theo định kỳ, phân tích xác tình hình biến động đất đai thời điểm khác cách nhanh chóng, từ giúp cho quan quản lý nhà nước đất đai có sách phù hợp sử dụng đất, đáp ứng yêu cầu trình phát triển kinh tế - xã hội Để đạt yêu cầu nêu đòi hỏi công cụ phần mềm chuyên biệt để giải toán công tác quản lý GIS mội công cụ hữu hiệu sử dụng thành công nhiều nước giới Việt Nam Tuy nhiên, tiếp cận vận dụng GIS cho địa phương Hà Nam hạn chế yếu tố kinh tế người Với mục tiêu nghiên cứu ứng dụng GIS vào quản lý đất đai tỉnh Hà Nam đề tài tập trung nghiên cứu để vận dụng công cụ xếp chồng đồ sẵn có GIS kết hợp với phát triển thêm công cụ việt hóa để giải toán quản lý (hỗ trợ định) lĩnh vực tài nguyên môi trường địa phương công tác 3.3 Thử nghiệm xếp chồng đồ lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng tỉnh Hà Nam 3.3.1 Một số ứng dụng xếp chồng đồ áp dụng công tác quản lý địa phƣơng Thực tế việc xếp chồng đồ ngành để giải toàn sau: - Thành lập đồ sở đồ có, chỉnh đồ liệu bổ sung; - Tính toán kết đền bù, giải phóng mặt sở đồ địa xếp chồng với đồ quy hoạch công trình Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 - Xây dựng, tính toán số liệu quy hoạch sử dụng đất sở đồ địa nhu cầu ngành kinh tế - xã hội - Xác định vùng ảnh hưởng cố môi trường, biến đổi khí hậu 3.3.2 Thử nghiệm xếp chồng đồ toán quy hoạch, thu hồi đất 3.3.2.1 Phân tích toán Trong chương học viên nghiên cứu số thuật toán xếp chồng đồ gồm phép hợp, phép giao phép đồng Trong phạm vi nghiên cứu, luận văn tập trung vào giải yêu cầu toán sau: Tìm đất nằm phạm vi quy hoạch cho trước, tìm kiếm chủ sử dụng đất tính toán phần diện tích bị thu hồi phạm vi quy hoạch Đây lĩnh vực quan trọng trình quản lý đất đai địa phương, có ảnh hưởng trực tiếp tới nhiều người nhiều thời gian Với kết thu tự động từ toán nêu hỗ trợ việc định lựa chọn phương án thu hồi đất tối ưu địa phương Trong phần này, sở phép toán Intersect (Intersect two theme) học viên làm rõ toán xây dựng công cụ hỗ trợ công tác chuyên môn đơn vị công tác tính khả thi cửa thông qua việc xem xét yếu tố định kết toán, yếu tố bao gồm: - Dữ liệu đầu vào; - Phạm vi toán; - Phương pháp kỹ thuật giải toán 3.3.2.2 Nguồn liệu đầu vào phạm vi toán Dữ liệu đầu vào đồ địa chính, đồ quy hoạch sử dụng đất Nhìn chung, Việt Nam nói chung Hà Nam nói riêng hạn chế số lượng, chất lượng thường không đồng tỉ lệ, nội dung hiển thị tính thống lớp liệu Đặc điểm toán quy hoạch, thu hồi đất yêu cầu chất lượng nguồn tài liệu đầu vào có độ xác cao, có đủ thông tin đất Trong số nguồn liệu đồ mà học viên tiếp cận đơn vị công tác đồ địa đồ quy hoạch sử dụng đất Số lượng, nội dung, chất Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 lượng loại đồ đánh giá mục IV.1.4, lớp thông tin có ý nghĩa chủ yếu đồ có lớp sau: - Vị trí không gian đất, vị trí không gian vùng quy hoạch đất; - Tên tờ đồ; - Số đât; - Diện tích đất; - Chủ sử dụng đất; - Loại đất Như vậy, liệu đầu vào sử dụng cho toán chủ yếu lớp thông tin có sẵn đồ với lớp không gian thuộc tính thuộc đất (là ) 3.3.2.3 Phương pháp kỹ thuật giải toán Để giải toán, cần thực xếp chồng đồ dựa phép Intersect với thuật toán giao đa giác Giao đối tượng theme khác tạo thành đối tượng (nhỏ hơn) có tất thuộc tính theme Theme dùng để Overlay phải Polygon, polygon dùng để cắt (split) đối tượng Input Theme Chỉ diện tích có Overlay theme Input theme (giao nhau) tạo Output theme Những đối tượng Input Theme polygon Line Những đối tượng Theme kiểu đối tượng đối tượng thêm đầu vào ( thông tin không gian thông tin thuộc tính) bị cắt nhỏ theo Overlay Theme Thuật toán tìm giao hai đa giác tảng việc xây dựng chức xếp chồng hệ thống GIS véc tơ Thuật toán cài đặt số hệ thống GIS chuyên dụng sử dụng Do đó, sở Arc Gis 9.3 học viên tiến hành xây dựng công cụ hỗ trợ giải toán quy hoạch, thu hồi đất nêu 3.3.2.4 Cài đặt chương trình Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Phân tích thiết kế hệ thống Hệ thống phải đảm bảo chức tối thiểu hệ thống thông tin địa lý như: - Duyệt đồ; - Phóng to; - Thu nhỏ; - Xem thông tin đồ Ngoài ra, để giải yêu cầu toán đề ra, hệ thống có chức sau: - Chuyển đổi liệu khuôn dạng *DNG vào Geodatabase; - Xếp chồng đồ; - Lưu xuất kết xếp chồng đồ Cài đặt chƣơng trình Chương trình thử nghiệm học viên xây dựng, cài đặt ngôn ngữ C#, dùng Microsoft Visual Studio Trong có sử dụng giải pháp: đọc file dgn để convert (dùng thư viện dgnlib); Giải pháp xử lý phép toán đồ (dùng ArcGIS Engine 9.3 ESRI) Đọc cấu trúc đồ địa chính, đồ quy hoạch Chuyển đổi đồ địa chính, đồ quy hoạch sang sở liệu Geodatabase Thực phép chồng xếp đồ địa với đồ quy hoạch Kết chồng xếp Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 Hình 3.2: Quy trình thực chương trình Học viên tiến hành thử nghiệm xếp chồng đồ với phép để tham khảo, gồm: Intersect, Clip, Indentity Union Trong đó, sử dụng Intersect để giải toán đề Một số hình ảnh chương trình Hình 3.3: Giao diện vào chương trình Hình 3.4: Xếp chồng đồ với phép giao Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 Hình 3.5: Xếp chồng đồ chương trình hỗ trợ quy hoạch, thu hồi đất 3.3.2.5 Thử nghiệm chương trình ứng dụng xếp chồng đồ Học viên chọn số tờ đồ địa số phương Liêm Chính, thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam để thử nghiệm chức chuyển đổi đồ vào Geodatabase Sau tiến hành chuẩn hóa tờ đồ theo tiêu chuẩn thống (phân lớp đối tượng) chuẩn hóa thuộc tính (kiểu nét, fonr chữ thống nhất) Sau có File đồ thống theo dạng lớp thống tiến hành chuyển đổi vào Geodatabase thông qua chương trình Kết lớp đối tượng từ đồ DGN vào hệ thống thông tin mà chương trình thử nghiệm tạo Hình 3.6: Bản đồ địa chính, đồ Quy hoạch chuyển đổi vào Geodatabase Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 Khi hệ thống đồ chuyển đổi vào Geodatabase, học viên tiến hành thử nghiệm xếp chồng đồ địa với đồ quy hoạch với phép Union, Intersect, Clip Indentity Kết chương trình thực tốt toán xếp chồng đồ Tại vùng quy hoạch vùng đồ địa chồng nhau, chương trình tính toán thống kê tất đất với yếu tố: Thửa đất, chủ sử dụng, diện tích để chiết xuất bảng liệu để hỗ trợ định Ngoài chiết xuất hình, chương trình chiết xuất bảng liệu exel để người dùng biên tập lại phục vụ cho công tác quy hoạch thu hồi đất Hình 3.7: Kết xếp chồng đồ kết xuất bảng liệu thuộc tính Qua thử nghiệm trực tiếp liệu đầu vào Học viên nhận thấy ứng dụng xếp chồng đồ để giải toán quy hoạch, thu hồi đất đai cho kết tốt, đặc biệt mặt thời gian để có phương án hỗ trợ nhà quản lý đưa phương án tối ưu Thông thường, trước để giải toán nhà quản lý vào phương án dự kiến để giao cho quan chuyên môn đo đạc, tính toán số liệu tổng số đất, diện tích… dự kiến bị thu hồi để quy hoạch hay triển khai dự án công trình phát triển kinh tế xã hội Để có phương án tối ưu, cần tính toán xác định vài phương án để xét chọn, việc thường nhiều thời gian chi phí phát sinh Các nhà quản lý nhà đầu tư cần khoảng thời gian trễ định cho kỹ thuật viên tính toán để có câu trả lời thỏa đáng Tuy nhiên, với phương án xếp chồng đồ GIS Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 ứng dụng thực nghiệm câu trả lời cho nhà quản lý, nhà đầu tư ngắn (thậm chí trả lời họp) Trong thời gian tới với việc hệ thống đồ hoàn thiện, đủ số lượng đảm bảo biên tập chuẩn với công cụ hỗ trợ xếp chồng đồ nêu thiện thêm giao diện, tính học viên hy vọng công tác quy hoạch, thu hồi đất địa phương dễ dàng, nhanh chóng đảm bảo độ xác đáp ứng tính khách quan, minh bạch quản lý đất đai địa phương KẾT LUẬN Luận văn thực công việc sau: - Nghiên cứu tổng quan Hệ thống thông tin địa lý - Nghiên cứu số thuật toán xếp chồng đồ ứng dụng - Nghiên cứu tổng quan khu vực thủ nghiệm Khảo sát số nguồn liệu đầu vào có địa phương công tác - Xây dựng công cụ xếp chồng đồ AcrGis để thử nghiệm toán quy hoạch, thu hồi đất - Thử nghiệm xếp chồng đồ liệu tiếp cận Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 Tuy nhiên, liệu sử dụng để đưa vào ứng dụng chưa nhiều điều kiện đặc thù đại phương chủ yếu liệu dạng DGN chưa chuẩn hóa nên cần có nhiều thời gian để chuẩn hóa chuyển đổi Những đóng góp luận văn, gồm: - Phân tích, đánh giá tình hình liệu đồ địa phương đề xuất giải pháp ứng dụng GIS vào việc sử dụng hiệu nguồn liệu đồ có - Xây dựng, cài đặt thử nghiệm toán quy hoạch, thu hồi đất sở xếp chồng hai lớp đồ địa quy hoạch sử dụng đất - Đề xuất phương pháp xử lý, sử dụng đồ để giải toán hỗ trợ định Hướng phát triển luận văn: - Hướng luận văn mở rộng sang áp dụng xếp chồng đồ với phép toán khác để giải toán xây dựng đồ trạng sử dụng đất từ đồ địa - Có thể mở rộng ứng dụng để tiếp nhận liệu liệu đồ đầu vào ảnh viễn thám, ảnh hàng không để chỉnh đồ địa Tóm lại: Trong phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung xem xét khía cạnh kỹ thuật khả ứng dụng GIS để quản lý, khai thác hiệu đồ địa qua rút kinh nghiệm để từ góp thêm ý kiến làm rõ lợi ích ứng dụng GIS vào quản lý sử dụng đồ địa nói riêng đồ địa lý nói chung Đồng thời xây dựng công cụ hỗ trợ việc chuyển đổi đồ vào GIS, công cụ xếp chồng đồ ArcGis phục vụ công tác quy hoạch, thu hồi, giải phóng mặt đất đai… Qua kết thu được, đề tài giải số công việc chuyên môn, giúp nhà quản lý địa phương định đầu tư, thu hồi, giải phóng đất đai nhanh chóng, hiệu quả, giảm nhiều thời gian chờ đợi (từ vài tuần xuống vài hay hội nghị).Trong thời gian tới với công cụ hoàn thiện việc xếp chồng đồ GIS hi vọng nhà quản lý quan tâm đầu tư kinh phí để phát triển ứng dụng thành Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 công không lĩnh vực tài nguyên môi trường mà hoạt động mặt kinh tế - xã hội TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cục Thống kê tỉnh Hà Nam, Niên giám thống kê tỉnh Hà Nam 2011, Nhà xuất thống kê, 2012 [2] Đặng Văn Đức, Hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2001 Tiếng Anh Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 [3] Rigaux P, M Scholl and A Voisard, Spatial Databases with Application to GIS, Academic Press, 2002 [4] Smid, Michiel (2003), Computing intersections in a set of line segments: the Bentley–Ottmann algorithm [5] Satish Puri, Dinesh Agarwal, Map Reduce algorithms for GIS Polygonal Overlay Processing, Georgia State University, USA, 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... GIS; các thành phần và chức năng của GIS; dữ liệu và các mô hình biểu diễn dữ liệu trong GIS… Chương 2: Các thuật toán hỗ trợ xây dựng chức năng xếp chồng bản đồ trong GIS Trình bày khái quát về thao thác xếp chồng bản đồ, vai trò và ứng dụng xếp chồng bản đồ trong GIS; các phép toán cơ bản ứng dụng trong xếp chồng bản đồ; thuật toán xếp chồng bản đồ Chương 3 Thử nghiệm xếp chồng bản đồ với dữ liệu địa... toán sao cho dung hòa được 2 yếu tố: dung lượng và sai số của bản đồ Có nhiều thuật toán sử dụng cho việc đơn giản hóa đường cong như thuật toán Lang, thuật toán Reumann và Witkam, giải thuật Douglas-Peucker, thuật toán đơn giản hóa đường cong phân cấp Cromley Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 22 2.2 Khái quát về xếp chồng bản đồ[ 5] Việc xếp chồng các bản đồ trong kỹ thuật. .. liệu địa lý của Tỉnh Hà Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 Phân tích dữ liệu bản đồ hiện có tại tỉnh Hà Nam; trình bày các phương pháp khai thác và sử dụng dữ liệu bản đồ; ứng dụng xếp chồng bản đồ trong thực tế; thử nghiệm xếp chồng bản đồ với dữ liệu bản đồ địa chính và bản đồ chuyên đề tỉnh Hà Nam Kết luận: Đánh giá kết quả thử nghiệm và tóm tắt các kết quả đạt... GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ trước đây Dạng Vector Dạng Raster Xếp chồng A B C D U=f(A,B,C,D ) Hình 2.3: Nguyên lý khi xếp chồng các bản đồ Hình 2.4: Việc xếp chồng các bản đồ theo phương pháp cộng Hình 2.5: Một thí dụ trong việc xếp chồng các bản đồ Số hóa... Xếp chồng bản đồ có thể được định nghĩa là một hoạt động không gian, kết hợp các lớp địa lý khác nhau để tạo ra lớp thông tin mới Xếp chồng bản đồ được thực hiện bằng cách sử dụng số học, logic, các toán tử quan hệ và được thực hiện trong cả hai loại dữ liệu Vector và Raster Hình 2.6 Xếp chồng 2 lớp bản đồ Quá trình thực hiện Overlay bản đồ qua 2 bước: 1 Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng. .. khít 2 lớp bản đồ tại giao điểm này 2 Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ 2.3 Các phƣơng pháp trong xếp chồng bản đồ 2.3.1 Phƣơng pháp Raster Overlay Phương pháp Raster Overlay sử dụng số học và các toán tử Boolean để kết hợp các điểm ảnh hoặc giá trị tế bào trong mỗi bản đồ tạo ra một giá trị mới trong bản đồ kết hợp Các bản đồ có thể được coi là các biến số học và thực hiện... của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít Hình 2.13 Phép đồng nhất trong Overlay 2.5 Một số thuật toán cơ bản xếp chồng bản đồ 2.5.1 Thuật toán giao hai đoạn thẳng (Bentley – Ottmann) [4] Trong hình học tính toán thuật toán Bentley – Ottmann (BO) là một thuật toán quét dòng để liệt kê tất cả các đoạn thẳng giao nhau trong mặt phẳng Tương tự như các thuật toán khác để kiểm... TOÁN HỖ TRỢ XÂY DỰNG CHỨC NĂNG XẾP CHỒNG BẢN ĐỒ 2.1 Xếp chồng bản đồ trong phân tích và xử lý dữ liệu không gian Xếp chồng bản đồ là công cụ hữu hiệu trong các phép phân tích và xử lý dữ liệu không gian Phân tích và xử lý dữ liệu không gian là một trong 5 yếu tố cấu thành nên một hệ thông tin địa lý Mục này đề cập đến một số phép phân tích xử lý dữ liệu cơ bản nhất của một hệ GIS Các thao tác trên dữ... thao tác phức tạp như xếp chồng bản đồ Nội dung luận văn này tập trung chủ yếu vào nghiên cứu các thuật toán hỗ trợ xây dựng chức năng xây dựng bản đồ, sau đó nghiên cứu khả năng ứng dụng của GIS thực hiện xếp chồng bản đồ véctơ và thử nghiệm với dữ liệu của tỉnh Hà Nam Luận văn gồm ba chương, bố cục như sau: Chương 1: Khái quát về Hệ thông tin địa lý Trình bày về các khái niện cơ bản về Hệ thống thông... đại số phức tạp Có nhiều phương pháp xếp chồng khác nhau thực hiện trên những vector địa lý Phương pháp raster overlay dựa trên ý tưởng bản đồ đại số Sử dụng bản đồ đại số dữ liệu đầu vào có thể được cộng, trừ, nhân, chia để tạo dữ liệu ra Hoạt động của thuật toán là thực hiện trên giá trị của các ô tương ứng của hai hoặc nhiều tầng dữ liệu vào để cho ra một giá trị mới Bản đồ đại số chức năng sử dụng