MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 7 CHƯƠNG 1 8 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 8 1.1.Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý 8 1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của GIS 8 1.1.2. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý 9 1.2. Các thành phần cơ bản của GIS 9 1.2.1. Phần cứng (Hardware) 9 1.2.2. Phần mềm (Software) 11 1.2.3. Số liệu địa lý (Geographic data) 12 1.2.4. Chuyên viên ( Expertise) 13 1.2.5. Chính sách và quản lý(Policy and management) 13 1.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS 14 1.3.1. Mô hình thông tin không gian 14 1.3.2. Mô hình thông tin thuộc tính 18 1.4. Các đặc điểm của GIS 20 1.4.1. Khả năng chồng lắp các bản đồ (Map overlaying) 20 1.4.2. Khả năng phân loại các thuộc tính (Reclassification) 20 1.4.3. Khả năng phân tích (Spatial analysis) 21 1.5. Xử lý thông tin bản đồ trong GIS 22 1.5.1. Cấu trúc thông tin bản đồ 22 1.5.2. Chuẩn thông tin bản đồ 28 CHƯƠNG 2 30 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LIDAR, ẢNH SỐ VÀ 30 CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ 30 2.1. Công nghệ Lidar và chụp ảnh số 30 2.1.1. Công nghệ Lidar 30 2.1.2. Công nghệ chụp ảnh số hàng không 34 2.1.3. Tính năng của hệ thống tích hợp chụp ảnh số và quét Lidar 37 2.2. CSDL nền địa lý 38 2.2.1. Một số khái niệm 38 2.2.2. Cơ sở toán học 39 2.2.3. Mô hình cấu trúc và nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý 39 2.2.4. Độ chính xác, xác đinh đối tượng địa lý 42 2.2.5. Tổng quan các phương pháp xây dựng CSDL nền địa lý 43 CHƯƠNG 3 45 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CSDL NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ TỶ LỆ 45 1:2000 TỪ DỮ LIỆU BAY CHỤP ẢNH SỐ VÀ QUÉT LIDAR 45 3.1 . Giải pháp công nghệ xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:2000 từ sản phẩm công nghệ Lidar kết hợp với chụp ảnh số 45 3.1.1. Xác định đối tượng địa lý 45 3.1.2. Tổ chức dữ liệu địa lý gốc 45 3.1.3. Chuyển khuôn dạng, đóng gói sản phẩm CSDL nền địa lý 46 3.2. Quy trình công nghệ xây dựng CSDL nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:2000 từ sản phẩm Lidar và chụp ảnh số 46 3.2.1. Thiết kế bay chụp ản số và quét Lidar 48 3.2.2. Đo nối trám Base, đo GPS 48 3.2.3. Đo bãi hiệu chỉnh mặt phẳng và độ cao 49 3.2.4. Bay quét và chụp ảnh số 49 3.2.5. Xử lý dữ liệu bay chụp và quét Lidar 50 3.2.6 . Xây dựng DEM, DTM, DSM, ảnh cường độ sám (Intensity) 53 3.2.7. Nắn ảnh trực giao chính xác TrueOrthophoto, lập bình đồ trực ảnh 55 3.2.8. Điều tra ngoại nghiệp thông tin thuộc tính đối tượng địa lý 55 3.2.9. Quy định vector hóa kết quả nội dung đối tượng địa lý sau khi điều tra ngoại nghiệp 61 3.2.10. Chuẩn hóa dữ liệu địa lý gốc 62 3.2.11. Thành lập CSDL nền địa lý 1:2000 66 CHƯƠNG 4 67 THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CSDL NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ TỶ LỆ 67 1:2000 KHU VỰC THÀNH PHỐ VINH CỬA LÒ 67 4.1. Khái quát nhiệm vụ, tình hình, đặc điểm khu vực nghiên cứu 67 4.1.1. Nhiệm vụ khu vực nghiên cứu 67 4.1.2. Sản phẩm chính của kết quả nghiên cứu thực nghiệm 67 4.1.3. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên cứu thực nghiệm 67 4.2. Thông tin ảnh chụp và quét Lidar, tư liệu bản đồ thành phố Vinh Cửa Lò 69 4.2.1. Tư liệu chụp ảnh và quét Lidar 69 4.2.2. Tình hình tư liệu 69 4.3. Giới thiệu các tiện ích phục vụ xây dựng CSDL nền địa lý 70 4.3.1. Chương trình Etmagis 70 4.3.2. Phần mềm ứng dụng ArcGIS 70 4.3.3. Phần mềm ConvertDGNtoGeoDB 73 4.4. Xây dựng mô hình cấu trúc CSDL nền địa lý tỷ lệ 1: 2000 74 4.5. Xây dựng đối tượng địa lý từ kết quả xử lý ảnh số và dữ liệu quét Lidar ( dữ liệu gồm bình đồ trực ảnh và DTM ) 76 4.5.1. Chuẩn hóa hình học 76 4.5.2. Tổ chức các (file) tệp dữ liệu 77 4.6. Gán thông tin địa lý cho đối tượng địa lý 78 4.6.1. Nguyên tắc chung 78 4.6.2. Phương pháp gán thuộc tính cho đối tượng địa lý 79 4.7. Chuyển đổi dữ liệu địa lý gốc từ khuôn dạng DGN sang khuôn dạng Geodatabase 80 4.8. Xây dựng Metadata 80 4.9. Kết quả thực nghiệm 81 Kết luận 83 Kiến nghị 83
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ MỤC LỤC ỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các đặc tính cảm biến Laser 33 Bảng 2.2 42 Bảng mô tả các thành phần của mô hình cấu trúc nội dung DLĐL Sv: Nguyễn Quang Minh -1- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tọa độ điểm, đường, da giác 15 Hình 1.2: Điểm, đường, đa giác 17 Hình 1.3: 19 Hình 1.4: Mối quan hệ thông tin đồ thông tin thuộc tính Nguyên Lý chồng lấp đồ Hình 1.5: Một ví dụ việc phân loại đồ 21 Hình1.6: Dữ liệu không gian lớp thông tin 24 Hình 2.1 : Sơ đồ tổng quan hệ thống Lidar 32 Hình 2.2: Hình 2.2 Mô hình thu ảnh - bên trái (hình A): máy ảnh công nghệ chụp khung cung cấp khung hình riêng biệt vùng địa hình chụp; bên phải (hình B): máy ảnh công nghệ quét dòng cung cấp dải ảnh liên tục vùng địa hình chụp Hình 2.3 Máy chụp ảnh số hàng không (DMC) hãng Intergraph Hình 2.4 Máy ảnh UltraCam hãng Vexcel Imaging (Áo) Hình 2.5 Mô hình cấu trúc nội dung DLĐL Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hình 3.1: 20 35 36 36 41 47 Hình 3.2: Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ xây dựng CSDL địa lý từ sản phẩm bay quét Lidar chụp ảnh số Hình 3.2: Số liệu thô Lidar Hình 4.1: Hình 4.1 Các Menu của phần mềm ETmagis 70 Hình 4.2: Hình 4.2 Hệ thống của phần mềm ArcGIS 71 Hình 4.3: Hình 4.3 Mô hình cấu trúc một CSDL(Geodatabase) 73 Hình 4.4: Quy định phân loại đối tượng địa lý 2N5N 76 Hình 4.5: Chức Tạo tim đường của phần mềm Etmagis 78 Sv: Nguyễn Quang Minh -2- Lớp:ĐH1TĐ2 54 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.6: Nội suy bình độ điểm độ cao từ DTM 78 Hình 4.7: Chức Gán thông tin thuộc tính của phần mềm Etmagis 79 Hình 4.8: Chức Gán thông tin từ tệp của phần mềm Etmagis 79 Hình 4.9: Chuyển dữ liệu từ môi trường đồ họa(.dgn) sang môi trường GIS(.mdb) 80 Hình 4.10: Sản phẩm Metadata 81 Hình 4.11: Dữ liệu nền thông tin địa lý (khuôn dạng *.dgn) 81 Hình 4.12: Dữ liệu nền thông tin địa lý (khuôn dạng *.mdb) môi trường GIS 82 Sv: Nguyễn Quang Minh -3- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, công nghệ tin học không ngừng phát triển hội nhập vào xu thời đại Cũng từ công nghệ tin học xâm nhập phát huy mạnh vào lĩnh vực đời sống Hệ thông tin địa lý (GIS) hệ thống thu nhận, lưu trữ, phân tích, quản lý, hiển thị cập nhật liệu gắn liền với vị trí không gian đối tượng Trái Đất Chính vậy, GIS có phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng, phục vụ nghiên cứu khoa học, quản lý quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường Cơ sở liệu (CSDL) hợp phần trọng tâm hệ thống thông tin địa lý CSDL GIS hệ liệu địa lý bao gồm hai loại chủ yếu: liệu thuộc tính liệu không gian, gắn bó chặt chẽ với cách có quy luật CSDL GIS xây dựng nhằm đáp ứng vai trò cấp thiết từ thực tiễn hợp phần thiết yếu nhất, hệ thống “xương sống” (khung) hệ thông tin địa lý Để đáp ứng tốc độ phát triển nhanh chóng áp dụng rộng rãi công nghệ thông tin công nghệ GIS, đáp ứng nhu cầu cấp thiết thực tiễn Việc khảo sát nghiên cứu xây dựng CSDL GIS chuẩn, thống từ kết quả xử lý dữ liệu quét LiDAR kết hợp bay chụp ảnh số cần thiết Vì em lựa chọn đề tài“ Ứng dụng sản phẩm Lidar liệu ảnh số xây dựng sở liệu địa lý tỷ lệ lớn khu vực thành phố ” Bố cục đồán sau : Mở đầu Chương : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀHỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Chương 2: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LIDAR, ẢNH SỐ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ Chương 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CSDL NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ TỶ LỆ 1/2000 TỪ DỮ LIỆU BAY CHỤP ẢNH SỐ VÀQUÉT LIDAR Chương 4: THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ TỶ LỆ 1/2000 KHU VỰC THÀNH PHỐ VINH – CỬA LÒ Kết luận kiến nghị Sv: Nguyễn Quang Minh -4- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Tổng quan hệ thống thông tin địa lý 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển GIS Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không cụ thể lẽ khái niệm tương tự GIS tồn từ xuất người, từ người có nhu cầu lại, sinh hoạt, buôn bán, Mặc dù vậy, đóng góp lớn tích cực Giáo sư Roger Tomlinson vào năm 1963 khiến giới phải công nhận ông cha đẻ GIS (Father of GIS) Roger Tomlinson người xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) giới Đó Hệ thống thông tin địa lý quốc gia Canada (Canada Geographic Information System) Ngoài ra, ông biết đến người đưa thuật ngữ GIS Chúng ta ngược lại lịch sử để thấy đời kỳ diệu GIS Như biết, năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer Graphics) bắt đầu hình thành phát triển Sự khó khăn việc sử dụng thiết bị kinh điển để khảo sát toán phức tạp dẫn đến hình thành ngành Bản đồ máy tính (Computer Cartographic) vào năm 1960 Cũng thời gian này, nhiều đồ đơn giản xây dựng với thiết bị vẽ in Tuy nhiên, khoảng 10 năm sau, năm 1971 chip nhớ máy tính phổ biến, ngành liên quan đến đồ họa máy tính thật chuyển biến phát triển mạnh Tuy nhiên, nói đến GIS, nghĩ đến việc lưu trữ truy vấn liệu, đặc biệt liệu không gian đồ sộ Những lý thuyết thực tế sở liệu hệ thống thông tin đời vào cuối năm 60, đầu năm 70 đóng góp khác cho đời GIS Vào năm 1950, lực lượng quân bắt đầu sử dụng viễn thám môi trường (Environmental Remote Sensing) công tác đặc biệt Sự "chuyển nhượng" công nghệ viễn thám từ quân sang dân vào năm 1960 động lực khác thúc đẩy GIS GIS không GIS không thực toán phân tích không gian (Spatial Analysis) Một lớp toán phân tích không gian kinh điển chồng lớp (Overlay) Những lý luận ứng dụng đại số đồ (map algebra) vào năm 60 ứng dụng quy hoạch giúp bổ sung thêm "bệ phóng" cho "tên lửa" GIS Tất ý tưởng dường hội tụ vào thời điểm Sv: Nguyễn Quang Minh -5- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Roger Tomlinson người nhạy bén đón nhận tinh hoa chuyển thành GIS GIS ngày không dừng lại mức công nghệ mà tiến lên nhiều nấc đến khoa học (Geographic Information Science - GISci) dịch vụ (Geographic Information Services) 1.1.2 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographical Information Systems) hệ thống thông tin có khả hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) thiết bị ngoại vi dùng để nhập lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích, hiển thị xuất liệu Trong CSDL hệ thống chứa liệu đối tượng, hoạt động kinh tế, xã hội, nhân văn, phân bố theo không gian kiện xảy theo tiến trình lịch sử Có thể nói cách khác rằng, hệ thống thông tin địa lý hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) thiết bị ngoại vi có khả trả lời câu hỏi bản: Ai? Cái gì? Ở đâu? Khi nào? Như nào? Tại sao? Khi xác định trước một vài nội dung câu hỏi Trong câu trả lời Ai?, Cái gì? Xác định đối tượng, hoạt động, kiện cần khảo sát; Câu trả lời “Ở đâu?” xác định vị trí đối tượng, hoạt động kiện; câu trả lời “Như nào?” “Tại sao?” Là kết phân tích hệ thông tin địa lý 1.2 Các thành phần GIS Công nghệ GIS hệ thống gồm hợp phần với chức rõ ràng, đó là: Phần cứng, phần mềm, số liệu, chuyên viên, sách cách thức quản lý 1.2.1.Phần cứng (Hardware) Phần cứng bao gồm thiết bị : máy vi tính, máy vẽ, máy in, bàn số hoá, thiết bị quét ảnh, phương tiện lưu trữ số liệu Bàn số hoá (Digitizer) Ổ đĩa Disk Drive Bộ xử lý Trung tâm C.P.U Sv: Nguyễn Quang Minh -6- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Máy vẽ Plotter ổ băng Tape drive Màn hình V.D.U Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) Bộ xử lý trung tâm hay gọi CPU, phần cứng quan trọng máy vi tính CPU thực hành tính toán liệu, mà điều khiển lắp đặt phần cứng khác, cần thiết cho việc quản lý thông tin theo sau thông qua hệ thống Bộ nhớ ( RAM ) Tất máy vi tính có nhớ mà chức “không gian làm việc” cho chương trình liệu Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) có khả giữ giới hạn liệu số hạng thời gian Điều có nghĩa có khả thực điều hành phức tạp liệu lớn hệ điều hành Bộ xếp lưu trữ (diskette, harddisk, CD-ROM, DVDROM) Băng có từ tính giữ cuộn băng lớn mà cuộn băng nhỏ Thuận lợi dây băng có từ tính lưu trữ Sv: Nguyễn Quang Minh -7- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ số lượng lớn liệu Sự gia tăng khả lưu trữ thực đĩa có từ tính Các đĩa cứng có khả lưu trữ lớn đĩa mềm với khả giới hạn, mà gần không khả sử dụng Công nghệ phát triển tạo thêm nhiều loại thiết bị lưu trữ truyền số liệu đọc qua cổng USB máy vi tính Các đĩa DVD ngày lưu trữ liệu tới 50 Gb thuận tiện để lưu số liệu Các phận dùng để nhập liệu (INPUT DEVICES) * Digitizer Bàn số hoá đồ bao gồm hàng giống bàn viết, mà đồ trải rộng ra, chuột cursor, dùng để đưa đường thẳng điểm đồ định vị vào thành dạng số Trong toàn bàn số hoá, việc tổ chức ghi phương pháp cột lưới gắn vào bảng Dây tóc cursor phát đẩy từ tính điện mà tìm thấy cột lưới sắt chuyển giao đến máy vi tính cặp tương xứng Hầu cursor vừa vặn với nhiều nút cho việc chuyển tín hiệu đặc biệt cho việc điều khiển chương trình Các bàn số hoá có kích thước thay đổi từ bảng nhỏ 27cmx27cm đến bảng lớn 1mx1.5m * Máy quét (Scanner) Máy quét chuyển thông tin đồ tương xứng cách tự động thành dạng file Raster Một cách luân phiên nhau, đồ trải rộng bàn mà đầu scanning di chuyển loạt đường thẳng song song * Thiết bị đầu (output devices) - Máy in (printer): Là phận dùng để in ấn thông tin, đồ, nhiều kích thước khác tuỳ theo yêu cầu người sử dụng, thông thường máy in có khổ lớn từ A4 đến A2 Máy in máy in phun màu, máy laser, máy in kim (hiện không sử dụng nữa) - Máy vẽ (plotter): Đối với yêu cầu cần thiết phải in đồ có kích thước lớn, thường máy in không đáp ứng mà ta phải dùng đến máy vẽ Máy vẽ thường có kích thước khổ A1 A0 Sv: Nguyễn Quang Minh -8- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ 1.2.2 Phần mềm (Software) Là tập hợp câu lệnh, thị nhằm điều khiển phần cứng máy tính thực nhiệm vụ xác định, phần mềm GIS tổ hợp phần mềm máy tính Phần mềm sử dụng kỹ thuật GIS phải bao gồm tính sau: - Nhập kiểm tra liệu (Data input): Bao gồm tất khía cạnh biến đổi liệu dạng đồ, lĩnh vực quan sát vào dạng số tương thích - Lưu trữ quản lý CSDL (Geographic database): Lưu trữ quản lý CSDL đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí thông tin thuộc tính đối tượng địa lý - Xuất liệu (Display and reporting): Dữ liệu đưa báo cáo kết trình phân tích tới người sử dụng, bao gồm dạng: đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ thể máy tính, máy in, máy vẽ - Biến đổi liệu (Data transformation): Biến đổi liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ liệu cập nhật chúng Biến đổi liệu thực liệu không gian thông tin thuộc tính cách tách biệt tổng hợp hai - Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng yếu tố quan trọng hệ thống thông tin Các giao diện người dùng hệ thống thông tin thiết kế phụ thuộc vào mục đích ứng dụng Các phần mềm tiêu chuẩn sử dụng phổ biến bao gồm phần mềm sau: Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý quản lý thông tin địa lý: ERMAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO, 1.2.3 Sốliệu địa lý (Geographic data) Có thể coi thành phần quan trọng hệ GIS liệu Các liệu địa lý liệu thuộc tính liên quan người sử dụng tự tập hợp mua từ nhà cung cấp liệu thương mại Hệ GIS kết hợp liệu không gian với nguồn liệu khác, chí sử dụng DBMS (Database Management System ) để tổ chức lưu giữ quản lý liệu.Có hai dạng số liệu sử dụng kỹ thuật GIS là: Cơ sở liệu - liệu không gian Sv: Nguyễn Quang Minh -9- Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Là mô tả hình ảnh đồ số hoá theo khuôn dạng định mà máy tính hiểu HTTTĐL dùng sở liệu để xuất đồ hình thiết bị ngoại vi khác máy in, máy vẽ - Số liệu Vector: Được trình bày dạng điểm, đường, diện tích, dạng có liên quan đến số liệu thuộc tính lưu trữ sở liệu - Số liệu Raster: Được trình bày dạng lưới ô vuông hay lưới chữ nhật nhau, giá trị ấn định cho ô định giá trị thuộc tính Số liệu ảnh vệ tinh loại số liệu đồ quét loại số liệu Raster Số liệu thuộc tính Được trình bày dạng ký tự số, ký hiệu để mô tả thuộc tính thông tin thuộc địa lý Trong dạng số liệu trên, số liệu Vector dạng thường sử dụng Tuy nhiên, số liệu Raster hữu ích để mô tả dãy số liệu có tính liên tục như: Nhiệt độ, cao độ, thực phân tích không gian số liệu Còn số liệu thuộc tính dùng để mô tả sở liệu Có nhiều cách để nhập số liệu, cách thông thường số hoá bàn số hoá, thông qua việc sử dụng máy quét ảnh 1.2.4 Chuyên viên ( Expertise) Công nghệ GIS bị hạn chế người tham gia quản lý hệ thống phát triển ứng dụng GIS thực tế Người sử dụng GIS chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế trì hệ thống, người dùng GIS để giải vấn đề công việc Người dùng GIS người sử dụng phần mềm GIS để giải toán không gian theo mục đích họ Họ thường người đào tạo tốt lĩnh vực GIS chuyên gia Người xây dựng đồ: sử dụng lớp đồ lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa liệu để tạo đồ theo yêu cầu Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất đồ nhiều định dạng xuất khác Người phân tích: giải vấn đề tìm kiếm, xác định vị trí… Người xây dựng liệu: người chuyên nhập liệu đồ cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL… Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS đảm bảo hệ thống vận hành tốt Sv: Nguyễn Quang Minh - 10 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ + Xác định hệ thống toạ độ cho sở liệu + ArcMap: dùng để hiển thị, chỉnh sửa liệu không gian đữ liệu thuộc tính thực thể ArcMap hỗ trợ hầu hết định dạng đồ hoạ thông dụng *.dgn, shapefile, … sức mạnh thể rõ sử dụng định dạng ESRI cung cấp GeoDatabase… ArcMap cho phép thực công việc như: + Tạo đồ từ nhiều loại liệu khác + Xây dựng, hiển thị, xử lý phân tích đồ + Truy vấn liệu không gian để tìm kiếm + Tạo biểu đồ + Hiển thị trang in ấn phục vụ cho công tác in chế + Nguồn liệu khuôn dạng liệu a Nguồn liệu ArcGis Desktop phần mềm tương đối mềm dẻo tương thích với phần mềm đồ hoạ khác trình nhập xuất liệu: - Nhập liệu từ phần mềm khác như: Microstation, Map info, Autocad, Excel,… - Số liệu nhập trực tiếp dựa ảnh - File text chứa toạ độ X, Y đối tượng dạng điểm b Khuôn dạng liệu: Dữ liệu lưu trữ ArcGis lưu trữ dạng: shapefile, coverages, geodatabase + Shape files: Tuỳ thuộc vào loại đối tượng không gian mà lưu trữ, Shape files hiển thị ArcCatolog biểu tượng sau: điểm, đường vùng Shapefile lưu trữ liệu không gian lẫn liệu thuộc tính với file chính: *.shp – chứa đối tượng không gian (Geometry) *.dbf – bảng thuộc tính *.shx – số để liên kết đối tượng với bảng thuộc tính *.prj – xác định hệ quy chiếu shape file Sv: Nguyễn Quang Minh - 71 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ + Coverages: lưu trữ liệu không gian, thuộc tính topology Các liệu không gian hiển thị dạng điểm, đường, vùng ghi + Geodatabase: CSDL chứa file có đuôi *.mdb Geodatabase cho phép lưu giữ topology đối tượng Hình 4.3 Mô hình cấu trúc một CSDL(Geodatabase) Trong Geodatabase có hay nhiều Feature Dataset Feature Dataset nhóm loại đối tượng có chung hệ quy chiếu hệ toạ độ Một Feature Dataset chứa hay nhiều Feature class Feature class đơn vị chứa đối tượng không gian đồ tương đương với layer Arcmap Một Feature class gắn với bảng thuộc tính (Attribute Table) Khi tạo Feature class bảng thuộc tính tự động tạo theo Một số thuận lợi Geodatabase - Geodatabase cài đặt sẵn chức lưu trữ toàn vẹn CSDL - Geodatabase lưu liệu feature class có kích thước lớn - Dựa đối tượng hình học như: điểm, đường, vùng, người dùng tự định nghĩa đối tượng tuỳ chọn như, ống dẫn, đất… - Các đối tượng tuỳ chọn có hành vi đặc biệt mô tả đối tượng giới thực Người dùng sử dụng hành vi để hỗ trợ cho mô hình phức tạp networks, ngăn ngừa lỗi liệu, tuỳ chọn cách hiển thị đối tượng, tuỳ chọn mẫu để khảo sát thuộc tính đối tượng - Mỗi đối tượng lưu hàng bảng Dữ liệu hình học đối tượng lưu trường bảng Mỗi bảng lưu feature class 4.3.3 Phần mềm ConvertDGNtoGeoDB Sv: Nguyễn Quang Minh - 72 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Việc chuyển đổi dữ liệu từ định dạng DGN sang Geotadabase hiện Cục Bản đồ sử dụng hai chương trình chuyển đổi dữ liệu DGN sang Geodatabase: + FME: Chương trình thương mại của Mỹ + ConvertDGNtoGeoDB: Chương trình Cục Bản đồ phối hợp với công ty TNHH tin học eK phát triển Trong nhiều trường hợp chương trình FME không đọc được các TagSet tệp DGN Vì vậy quá trình chuyển dữ liệu từ DGN sang Geodatabase thông tin thuộc tính không sang được Do đó cần phải phát triển thêm chương trình ConvertDGNtoGeoDB Chương trình này hoạt động nguyên tắc FME, điểm phù hợp của nó là hỗ trợ kiểm tra dữ liệu có phù hợp với mô hình TopSys hay không trước chuyển vào CSDL Ngoài thông tin thuộc tính sẽ được chuyển đồng thời sang Unicode trước đưa vào CSDL 4.4 Xây dựng mô hình cấu trúc CSDL địa lý tỷ lệ 1: 2000 Việc xây dựng một CSDL nền địa lý phải tuân thủ theo mô hình cấu trúc nội dung DLĐL Sau là cấu trúc nội dung CSDL nền địa lý khu vực thử nghiệm: Cấu trúc một CSDL nền địa lý bao gồm các gói dữ liệu: • Cấu trúc gói dữ liệu Cơ sở đo đạc: • Cấu trúc gói dữ liệu Biên giới địa giới: Sv: Nguyễn Quang Minh - 73 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ • Cấu trúc gói dữ liệu Dân cư sở hạ tầng: • Cấu trúc gói dữ liệu Địa hình: • Cấu trúc gói dữ liệu Giao thông: Sv: Nguyễn Quang Minh - 74 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ • Cấu trúc gói dữ liệu Phủ bề mặt: • Cấu trúc gói dữ liệu Thủy hệ: 4.5 Xây dựng đối tượng địa lý từ kết xử lý ảnh số liệu quét Lidar ( liệu gồm bình đồ trực ảnh DTM ) 4.5.1 Chuẩn hóa hình học Sau hoàn thiện khâu điều tra thông tin ĐTĐL cần tiến hành vector hóa 3D và cập nhật đầy đủ thông tin từ kết quả điều tra ngoại nghiệp Sv: Nguyễn Quang Minh - 75 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.4 Quy định phân loại đối tượng địa lý 2N5N Toàn thông tin điều tra thực địa véc tơ hoá theo qui định thống danh mục đối tượng địa lý và tổ chức file liệu Cụ thể: + Gán Cell tương ứng vào trung tâm đồ hình đối tượng để phân loại Ví dụ đặt cell vào đồ hình nhà khối nhà… Nếu đối tượng địa lý nhà khối nhà khuôn viên đối tượng cell đặt lọt bên diện tích đối tượng Các thông tin thuộc tính khác dạng Text TextNode cần bắt (Snap) vào tâm Cell để đảm bảo độ xác thông tin Nếu thông tin gồm nhiều thành phần (theo qui định thể nội dung đồ thường có dạng phân số, ví dụ thông tin dài, rộng, trọng tải cầu ) thông tin thuộc tính cần biểu thị dạng textnode với trình tự loại thông tin định tính, định lượng phải thống + Những đối tượng dạng đường nét như: Giao thông, thuỷ văn, số hoá phân loại theo danh mục đối tượng kí hiệu dạng đường Listyle, lớp, màu, lực nét theo qui định thống + Những đối tượng dạng ghi chú: địa danh, sơn văn, thuỷ văn (không thuộc nhóm thông tin thuộc tính đối tượng địa lý) thường tên gọi cho khu vực dân cư, núi, đảo cần biểu thị vào trung tâm khu vực theo quy định cụ thể cho loại ghi Cách ghi chú: Xoay tương đối theo hướng đối tượng vị trí Text phải bắt xác đỉnh khác đầu cuối đoạn dòng chảy + Điểm khống chế trắc địa đưa lên file số theo quy định: Ghi cho tên điểm, ghi dạng phân số (Độ cao mặt mốc, độ cao mặt đất) điểm khống chế trắc địa theo dạng text 4.5.2 Tổ chức (file) tệp liệu Sv: Nguyễn Quang Minh - 76 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Từ file dữ liệu tổng đã được cập nhật theo đúng quy định, tổ chức các file dữ liệu và tiến hành tách file nhờ mềm Etmagis chạy nền Microstation Bao gồm các file dữ liệu: Cơ sở Địa giới tỉnh Địa giới huyện Địa giới xã Dân cư Địa hình Giao thông Phủ bề mặt Thủy Hệ 10 Tim đường Riêng đối với file Tim đường sẽ được tạo từ các đường giao thông nét nhờ chức Tạo tim đường Menu Tiện ích của phần mềm Etmagis Hình 4.5 Chức Tạo tim đường của phần mềm ETmagis File Địa hình, đường bình độ được nội suy từ file độ cao với mật độ điểm dầy đặc (sản phẩm của LiDAR) Đây rõ ràng là một điểm khác biệt rất lớn và là một những ưu điểm mạnh của công nghệ LiDAR so với công nghệ ảnh số Sv: Nguyễn Quang Minh - 77 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.6 Nội suy bình độ điểm độ cao từ DTM 4.6 Gán thông tin địa lý cho đối tượng địa lý 4.6.1 Nguyên tắc chung Để thực hiên công đoạn gán thông tin cho ĐTĐL trước hết độ chính xác phải đảm bảo giữ nguyên gốc không được khái quát, xê dịch, lấy bỏ, chỉnh sửa,…Về mặt hình học của các đối tượng địa lý phải được làm sạch(xoá bỏ đầu thừa, đầu thiếu), đảm bảo quan hệ hình học loại đối tượng quan hệ loại đối tượng theo qui định theo mô hình cấu trúc liệu theo chuẩn, về mặt thuộc tính đối tượng địa lý phải chuẩn hóa theo kết điều tra thực địa cho lớp, gói liệu địa lý dựa vào thuộc tính đồ hoạ như: lớp, màu, lực nét, kiểu kí hiệu, ghi cho loại đối tượng phục vụ đóng gói CSDL địa lý 4.6.2 Phương pháp gán thuộc tính cho đối tượng địa lý Trước tiên sử dụng chức Quản lý lược đồ của Menu Hệ thống để tạo các lớp thông tin theo chuẩn dữ liệu địa lý Sau đó sử dụng chức Quản lý lớp thông tin của Menu GIS để khởi tạo thuộc tính cho các lớp thông tin Sau đã khởi tạo thuộc tính cho các lớp thông tin tiến hành gán thông tin thuộc tính cho ĐTĐL Etmagis hỗ trợ chức gán thông tin thuộc tính cho ĐTĐL: • Gán thông tin thuộc tính: Chức này cho phép gán thông tin thuộc tính cho tất cả các đối tượng của lớp thông tin lựa chọn từ các nguồn dữ liệu Sv: Nguyễn Quang Minh - 78 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ khác nhau: Từ ghi đồ; Từ thể đồ; Cùng giá trị; Gán độ cao Hình 4.7 Chức Gán thông tin thuộc tính của phần mềm ETmagis • Gán thông tin từ tệp: Chức này cho phép gán thông tin thuộc tính cho tất cả các đối tượng của lớp thông tin lựa chọn từ các nguồn dữ liệu tồn tại dưới dạng txt Hình 4.8 Chức Gán thông tin từ tệp của phần mềm ETmagis 4.7 Chuyển đổi liệu địa lý gốc từ khuôn dạng DGN sang khuôn dạng Geodatabase Dữ liệu địa lý sau đã được chuẩn hóa và gán thuộc tính tiến hành chuyển toàn bộ dữ liệu từ môi trường đồ họa (định dạng DGN) sang môi trường GIS (định dạng MDB) cho bảo lưu 100% độ xác đối tượng địa lý biên tập môi trường đồ họa tận dụng triệt để thông tin thuộc tính kèm Nhập liệu vào gói thiết kế phần mềm EkconvertDGNtoGDB Chương trình sẽ chuyển đổi đồng thời cả dữ liệu không gian và thuộc tính từ môi trường đồ họa sang môi trường GIS Sv: Nguyễn Quang Minh - 79 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.9 Chuyển dữ liệu từ môi trường đồ họa(.dgn) sang môi trường GIS(.mdb) 4.8 Xây dựng Metadata Nhập vào các thông tin mô tả về phạm vi địa lý, cấu trúc, nội dung và chất lượng dữ liệu đồng thời chứa đựng các thông tin về khả tiếp cận bộ dữ liệu như: quan sản xuất CSDL nền địa lý, thời gian làm dữ liệu, CSDL địa lý xây dựng từ nguồn liệu nhằm mục đích tạo nguồn CSDL cung cấp thông tin liên quan đến trình thiết kế, xây dựng, kiểm tra, cập nhật phân phối liệu Việc xây dựng khai thác sử dụng CSDL phục vụ cho công tác lập quy hoạch công tác quản lý vĩ mô vấn đề có liên quan phạm vi các xã, phường của thành phố Vinh-Cửa Lò Sv: Nguyễn Quang Minh - 80 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.10 Sản phẩm Metadata 4.9 Kết thực nghiệm Với đầu vào là dữ liệu xử lý ảnh chụp và quét LiDAR khu vực thành phố Vinh-Cửa Lò gồm bình đồ trực ảnh và DTM cho sản phẩm: - Dữ liệu địa lý gốc tỷ lệ 1: 2000 khuôn dạng DGN - Dữ liệu thông tin địa lý 1: 2000 khuôn dạng Geodatabase Sv: Nguyễn Quang Minh - 81 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Hình 4.11.Dữ liệu nền thông tin địa lý (khuôn dạng *.dgn) Hình 4.12 Dữ liệu nền thông tin địa lý (khuôn dạng *.mdb) môi trường GIS Sv: Nguyễn Quang Minh - 82 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Kết luận Sau thời gian thực đề tài, kiến thức tìm hiểu thời gian em học trường, đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo kế hoạch yêu cầu môn đặt CSDL nền địa lý là tập hợp thông tin không gian và thông tin thuộc tính của các đối tượng địa lý bề mặt trái đất CSDL nền địa lý có tổ chức, cấu trúc nội dung hợp lý, có mối quan hệ tương quan và được lưu trữ một đơn vị thống nhất đảm bảo phục vụ cho việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý chuẩn thống nhất cả nước đáp ứng cho nhu cầu tra cứu, truy nhập thông tin của các ngành và các địa phương các hoạt động kinh tế - xã hội Vì vậy, việc xây dựng CSDL nền thông tin địa lý là việc làm hết sức cấp thiết, đặc biệt đối với các vùng đô thị và các khu kinh tế trọng điểm Qua kết quả nghiên cứu và thực nghiệm em xin đưa một số kết luận sau: - Phương pháp ứng dụng công nghệ Lidar tích hợp với máy ảnh số với sự tăng cường xử lý tự động xác định vị trí không gian của đối tượng cho kết quả có độ chính xác cao, đảm bảo độ tin cậy phục vụ xây dựng CSDL nền địa lý và cung cấp sản phẩm thời gian ngắn nhất - Kết quả nghiên cứu khảo sát của đồ án là xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1/2000 khu vực thành phố Vinh - Cửa Lò hoàn toàn đảm bảo độ chính xác và mức độ chi tiết làm sở cho việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý ở tỷ lệ 1/2000 - Kết quả nghiên cứu xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1/2000 có thể được đưa vào ứng dụng các chuyên đề như: biên tập bản đồ địa hình cùng tỷ lệ; Ứng dụng các lớp thông tin để xây dựng bản đồ giao thông đô thị gắn kết với hệ thống định vị toàn cầu phục vụ dẫn đường bằng GPS; Ứng dụng xây dựng bản đồ quy hoạch đô thị, bản đồ du lịch, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và nhiều dạng bản đồ chuyên đề khác… Kiến nghị Do điều kiện thời gian có hạn nên đồ án giới thiệu khái niệm bản,đưa bước khái quát phần thực nghiệm Xây dựng CSDL từ kết quả xử lý quét Lidar và chụp ảnh số là một lĩnh vực mới, nữa phạm vi thực nghiệm của luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và bất cập công tác xây dựng CSDL diện rộng Tiếp tục nghiên cứu khả của công nghệ để nâng cao độ chính xác đáp ứng cho việc xây dựng CSDL nền địa lý ở tỷ lệ lớn Yêu cầu công tác tổ chức thực chặt chẽ, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình công nghệ từ khâu bay quét khâu xử lý liệu Sv: Nguyễn Quang Minh - 83 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ Có đầu tưcho trang thiết bị máy móc, phần mềm xử lý cần có đội ngũ cán có kinh nghiệm trình độ công nghệ cao Mặc dù cố gắng suốt qúa trình thực tập làm đồ án, song trình độ điều kiện hạn chế Nên đồ án em nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy,cáccô môn, với đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn cô THS.Lưu Thị Thu Thủy thầy cô môn Sv: Nguyễn Quang Minh - 84 - Lớp:ĐH1TĐ2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Ảnh - Bản Đồ TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Vọng Thành (2000), Cơ sở hệ thống thông tin địa lý, Giáo trình cao học Bản đồ, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội Nguyễn Trường Xuân (2003), Giáo trình hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội Trần Vân Anh Nguyễn Thị Yên Giang (2009), Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Mỏ Địa Chất, Hà Nội Đào Thị Xuân Hương (2012), Hệ thống thông tin đại lý, Trường đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý sở Quốc gia (Ban hành theo định số: 06/2007/QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007 Bộ Tài nguyên Môi trường) Hoàng Ngọc Lâm, KS Nguyễn Tuấn Anh, “Ứng dụng công nghệ LiDAR Việt Nam”, Trung Tâm Viễn Thám Cáp Xuân Tú, Luận án tiến sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tích hợp Lidar máy ảnh số thành lập sở liệu mô hình số độ cao bình đồ trực ảnh Việt Nam” Lương Chính Kế (2005), Thành lập DEM/DTM công nghệ LiDAR, Viện đo đạc đồ, ĐH Bách Khoa Vacsava Thông tư số 39/2014/TT-BTNMT quy định kỹ thuật thành lập mô hình số độ cao công nghệ bay quét Lidar Sv: Nguyễn Quang Minh - 85 - Lớp:ĐH1TĐ2