BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG GIS và VIỄN THÁM TRONG dạy học địa lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC XÃ HỘI BÀI GIẢNG (Lưu hành nội bộ) ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ (Dành cho sinh viên Cao đẳng Sư phạm Địa lý, hệ quy) Biên soạn: Nguyễn Hữu Duy Viễn Năm 2015 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU v PHẦN 1: VIỄN THÁM - RS CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM 1.1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÁM 1.1.1 Khái niệm viễn thám 1.1.1.1 Phân loại theo nguồn lượng 1.1.1.2 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo 1.1.1.3 Phân loại theo dải phổ điện từ 1.1.2 Lịch sử phát triển viễn thám 1.1.2.1 Trên giới 1.1.2.2 Tại Việt Nam 1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA VIỄN THÁM 1.2.1 Nguồn lượng (A) 1.2.1.1 Vai trò nguồn lượng 1.2.1.2 Sóng điện từ 1.2.1.3 Nguyên tắc xạ 1.2.2 Sự phát xạ vào khí (B) 1.2.3 Sự tương tác với đối tượng (C) 1.2.3.1 Đặc trưng phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 1.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 1.2.4 Thu nhận lượng cảm (D) 1.2.4.1 Bộ cảm vật mang 1.2.4.2 Đánh giá hệ thống thu thập liệu viễn thám 1.2.5 Sự truyền tải, thu nhận xử lý (E) 1.2.6 Giải đoán phân tích ảnh (F) 1.2.7 Ứng dụng (G) 1.3 ẢNH VIỄN THÁM 1.3.1 Khái quát ảnh viễn thám 1.3.1.1 Khái niệm ảnh số đặc trưng 1.3.1.2 Đặc trưng phổ 10 1.3.1.3 Đặc trưng không gian 12 1.3.1.4 Đặc trưng thời gian 13 1.3.2 Ảnh máy bay 14 1.3.2.1 Khái quát ảnh máy bay 14 1.3.2.2 Phân loại ảnh máy bay 14 1.3.3 Ảnh vệ tinh quang học 15 1.3.3.1 Phân loại ảnh quang học 15 1.3.3.2 Một số ảnh quang học 15 1.3.4 Ảnh vệ tinh radar 15 1.3.4.1 Khái quát ảnh Radar 15 1.3.4.2 Một số ảnh Radar 16 CHƯƠNG GIẢI ĐOÁN ẢNH VIỄN THÁM 18 2.1 KHÁT QUÁT VỀ GIẢI ĐOÁN ẢNH 18 2.1.1 Khái niệm giải đoán – xử lý ảnh 18 2.1.2 Hình thức trích xuất thơng tin 18 2.1.3 Phương pháp giải đoán – xử lý ảnh 18 2.1.4 Nguyên tắc giải đoán – xử lý ảnh 18 2.2 GIẢI ĐOÁN ẢNH TƯƠNG TỰ 19 2.2.1 Khái niệm giải đoán ảnh tương tự 19 2.2.2 Quy trình giải đốn 19 2.2.2.1 Lập mẫu/ khóa giải đoán 19 2.2.2.2 Xác định hệ thống phân loại 21 2.2.2.4 Khoanh vẽ 21 2.2.2.5 Kiểm tra thực địa – điều chỉnh 22 PHẦN 2: HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GIS 23 CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ GIS 23 1.1 Ý NIỆM VÀ THÀNH PHẦN GIS 23 1.1.1 Ý niệm GIS 23 1.1.1.1 Các khái niệm 23 1.1.1.2 So sánh với hệ khác 25 1.1.2 Các thành phần GIS 26 1.1.2.1 Phần cứng 26 1.1.2.2 Phần mềm 26 1.1.2.3 Quy trình 27 1.1.2.4 Con người 28 1.1.2.5 Dữ liệu 30 1.2 MÔ HÌNH DỮ LIỆU GIS 31 1.2.1 Dữ liệu không gian 31 1.2.1.1 Mơ hình vector 31 1.2.1.2 Mơ hình raster 32 1.2.1.3 Mơ hình TIN 33 1.2.2 Dữ liệu thuộc tính 34 1.2.2.1 Mơ hình phân cấp 34 1.2.2.2 Mơ hình mạng 35 1.2.2.3 Mơ hình quan hệ 35 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU GIS 36 2.1 NHẬP DỮ LIỆU 36 2.1.1 Nhập liệu không gian 36 2.1.1.1 Nhập từ bàn phím 36 2.1.1.2 Sử dụng bàn số hóa 36 2.1.1.3 Nhập từ máy quét 37 2.1.1.4 Dữ liệu viễn thám 37 2.1.1.5 Nhập từ đo đạc 37 2.1.1.6 Hệ thống định vị toàn cầu 38 2.1.2 Nhập liệu thuộc tính 38 2.1.3 Kết nối khơng gian thuộc tính 39 2.1.3.1 Khả kết nối liệu 39 2.1.3.2 Nguyên tắc kết nối liệu 39 2.2 XỬ LÝ DỮ LIỆU 39 2.2.1 Chuyển đổi định dạng 40 2.2.2 Chuyển đổi mô hình 40 2.2.2.1 Nhận dạng vùng 40 2.2.2.2 Nhận dạng đường 40 2.2.3 Chuyển đổi hệ quy chiếu 41 2.2.4 Nắn chỉnh 41 2.2.5 Làm trùng khít 41 ii 2.2.6 Ghép biên 41 2.3 TỔ CHỨC VÀ CẬP NHẬT DỮ LIỆU 42 2.3.1 Tổ chức liệu 42 2.3.1.1 Tệp liệu 42 2.3.1.2 Kiến trúc CSDL GIS 44 2.3.2 Cập nhật liệu 44 2.4 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU 45 2.4.1 Truy vấn phân loại 45 2.4.1.1 Truy vấn thuộc tính 46 2.4.1.2 Truy vấn không gian 46 2.4.1.3 Phân loại đối tượng 46 2.4.2 Phân tích khơng gian 47 2.4.2.1 Phân lập 47 2.4.2.2 Tạo vùng đệm 47 2.4.2.3 Chồng ghép lớp 47 2.4.2.4 Nội suy 48 2.4.2.5 Quy trình phân tích khơng gian 49 CHƯƠNG HIỂN THỊ VÀ XUẤT DỮ LIỆU GIS 52 3.1 HIỂN THỊ DỮ LIỆU 52 3.1.1 Hiển thị máy đơn 52 3.1.2 Hiển thị môi trường web 52 3.2 XUẤT DỮ LIỆU DƯỚI DẠNG BẢN ĐỒ 53 3.2.1 Xác định mục đích yêu cầu đồ 53 3.2.2 Xác định sở toán đồ 53 3.2.2.1 Thiết kế tỷ lệ 54 3.2.2.2 Thiết kế hệ quy chiếu 54 3.2.2.3 Thiết kế bố cục đồ 54 3.2.3 Thiết kế nội dung đồ 55 3.2.3.1 Thành phần 55 3.2.3.2 Thành phần phụ bổ sung 55 3.2.4 Chuẩn bị liệu cho đồ 56 3.2.4.1 Dữ liệu 56 3.2.4.2 Dữ liệu chuyên đề 56 3.2.5 Biên tập đồ 56 3.2.5.1 Sử dụng ký hiệu thể đồ 56 3.2.5.2 Các phương pháp thể liệu 58 PHẦN GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ 60 CHƯƠNG MỘT SỐ SẢN PHẨM ỨNG DỤNG GIS - VIỄN THÁM 60 1.1 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ TRUYỀN THỐNG 60 1.1.1 Ý niệm đặc điểm 60 1.1.1.2 Ứng dụng GIS việc thành lập đồ giáo khoa truyền thống 61 1.2 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ ĐIỆN TỬ 61 1.2.1 Bản đồ - atlat giáo khoa điện tử máy tính đơn 61 1.2.2 Atlat - đồ điện tử trực tuyến 61 1.1.2.3 Xây dựng đồ - Atlat điện tử 62 1.3 MƠ HÌNH THẾ GIỚI ẢO 62 CHƯƠNG MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ 64 2.1 SOẠN BÀI GIẢNG, GIẢNG DẠY TRÊN LỚP VÀ HƯỚNG DẪN TỰ HỌC 64 2.1.1 Soạn giảng, giảng dạy lớp 64 2.1.2 Hướng dẫn học sinh tự học nhà 65 iii 2.2 KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ HỌC SINH 65 2.2.1 Khả ghi nhớ địa danh 65 2.2.2 Kỹ xác định mô tả đối tượng địa lý 65 2.2.3 Kỹ xác định phương hướng, tính tốn, đo đạc 65 2.2.4 Kỹ xác định mối liên hệ địa lý 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 67 iv LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng “Ứng dụng GIS viễn thám dạy học địa lý” biên soạn dựa sở giáo trình có liên quan trường bạn tài liệu tác giả thu thập từ nhiều nguồn khác Bài giảng viễn thám (khái quát chung lịch sử hình thành, sở vật lý viễn thám, loại ảnh viễn thám phổ biến, quy trình giải đốn ảnh); GIS (khái qt chung lịch sử hình thành, ý niệm, thành phần cấu thành chức GIS, mơ hình liệu GIS, quy trình xây dựng, phân tích xuất liệu GIS) việc tích hợp GIS viễn thám lĩnh vực giảng dạy địa lý trường THCS cho sinh viên ngành Sư phạm Địa lý đào tạo Khoa Khoa học Xã hội, Trường Đại học Quảng Bình Mặc dù cố gắng nhiều để nội dung giảng đáp ứng yêu cầu chương trình nâng cao chất lượng đào tạo, song chắn khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận bảo nhà khoa học, bạn đồng nghiệp, góp ý bạn sinh viên sử dụng giảng Trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Địa lý – Việt Nam học – Công tác xã hội, Trường Đại học Quảng Bình đọc góp nhiều ý kiến bổ ích NGƯỜI BIÊN SOẠN v PHẦN 1: VIỄN THÁM - RS CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ VIỄN THÁM 1.1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÁM 1.1.1 Khái niệm viễn thám Viễn thám (remote sensing) kỹ thuật phương pháp thu nhận thông tin đối tượng từ khoảng cách định mà khơng có tiếp xúc trực tiếp với đối tượng Điều thực nhờ vào việc quan sát thu nhận lượng phản xạ, xạ từ đối tượng sau phân tích, xử lý, ứng dụng thơng tin nói Có nhiều tiêu chí khác sử dụng để phân loại viễn thám Trong phổ biến cách phân loại theo nguồn lượng dải phổ điện từ 1.1.1.1 Phân loại theo nguồn lượng Mặt Trời nguồn lượng chủ yếu viễn thám Năng lượng Mặt Trời vừa phản chiếu đối tượng (trong khoảng nhìn thấy) vừa hấp thụ toả lượng (cho dải hồng ngoại nhiệt) - Viễn thám thụ động: viễn thám cho phép ghi lại giá trị lượng tự nhiên (ánh sáng Mặt Trời) Hệ thống làm việc mặt đất chiếu sáng, nghĩa việc quan sát mặt đất (chụp ảnh) thực vào ban ngày - Viễn thám chủ động: viễn thám mà nguồn lượng phản chiếu người tạo (thường gắn kèm với vật mang) Thuận lợi hệ thống làm việc điều kiện thời tiết mùa năm thời điểm ngày Viễn thám rada ví dụ loại 1.1.1.2 Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo - Vệ tinh địa tĩnh: vệ tinh có tốc độ góc quay tốc độ góc quay Trái Đất, nghĩa vị trí tương đối vệ tinh so với Trái Đất đứng yên - Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vng góc gần vng góc so với mặt phẳng xích đạo Trái Đất Tốc độ quay vệ tinh khác với tốc độ quay Trái Đất thiết kế riêng cho thời gian thu ảnh vùng lãnh thổ mặt đất địa phương thời gian thu lặp lại cố định vệ tinh (ví dụ Landsat 16 ngày, Spot 26 ngày, …) 1.1.1.3 Phân loại theo dải phổ điện từ - Viễn thám quang học: viễn thám mà thiết bị hoạt động vùng nhìn thấy (visible), vùng hồng ngoại gần (near infrared), vùng hồng ngoại (middle infrared) hồng ngoại ngắn (short wave infrared) Các thiết bị cảm biến hệ thống nhạy với bước sóng từ 300 - 3000nm - Viễn thám hồng ngoại: hệ thống mà cảm biến hoạt động vùng hồng ngoại; hay cảm biến ghi lại lượng toả từ mặt đất dải phổ từ 3000 5000nm 8000 - 14000nm Dải sóng ngắn đề cập sử dụng để quan sát đối tượng phát nhiệt cao (cháy rừng); dải sóng dài dùng quan sát mặt đất thông thường Vì thế, viễn thám hồng ngoại nhiệt dùng phổ biến quan trắc cháy, ô nhiễm nhiệt… - Viễn thám siêu cao tần: viễn thám ghi lại vi sóng tán xạ ngược bước sóng dải phổ điện từ từ 1mm đến 1m Hầu hết cảm biến siêu cao tần viễn thám chủ động, tức có mang theo thiết bị phát lượng Do không phụ thuộc vào lượng Mặt Trời nên độc lập với thời tiết xạ Mặt Trời 1.1.2 Lịch sử phát triển viễn thám 1.1.2.1 Trên giới Sự phát triển viễn thám gắn liền với phát triển kỹ thuật chụp ảnh Năm 1858 G.F.Toumachon người Pháp sử dụng khinh khí cầu bay độ cao 80 m để chụp ảnh từ không, từ việc mà năm 1858 coi năm khai sinh ngành kỹ thuật viễn thám Năm 1894 Aine Laussedat khởi xướng chương trình sử dụng ảnh cho mục đích thành lập đồ địa hình Trong chiến tranh giới thứ hai, thử nghiệm nghiên cứu tính chất phản xạ phổ bề mặt địa hình chế thử lớp cản quang cho chụp ảnh màu hồng ngoại tiến hành Trong vùng sóng dài sóng điện từ, hệ thống siêu cao tần tích cực (Radar) sử dụng từ đầu kỷ Vào năm 50 người ta tập trung nghiên cứu nhiều vào việc phát triển hệ thống Radar ảnh cửa mở thực Vào năm 1956, người ta thử nghiệm ảnh máy bay phân loại phát kiểu thực vật Vào năm 1960 nhiều thử nghiệm ứng dụng ảnh hồng ngoại màu ảnh đa phổ tiến hành bảo trợ quan hàng không vũ trụ quốc gia Hoa Kỳ Từ thành công nghiên cứu trên, ngày 23/7/1972 Mỹ phóng vệ tinh nhân tạo Landsat mang đến khả thu nhận thông tin có tính tồn cầu hành tinh (kể Trái Đất) mơi trường xung quanh Trong vòng hai thập kỷ gần kỹ thuật viễn thám hoàn thiện dần dần, nhiều nước dự kiến kế hoạch phóng vệ tinh điều tra tài nguyên Nhật Bản, Ấn Độ, nước châu Âu Tổ chức EOS phóng vệ tinh mang máy thu Modis (100 kênh) Hiris (200 kênh) lên quỹ đạo Nhiều phần mền xử lý ảnh số đời làm cho thành kỹ thuật quan trọng việc điều tra điều kiện đánh giá tài nguyên thiên nhiên quản lý bảo vệ môi trường 1.1.2.2 Tại Việt Nam Ở Việt Nam, kỹ thuật viễn thám đưa vào sử dụng từ năm 1976 (Viện Điều tra Quy hoạch Rừng) Mốc quan trọng để đánh dấu phát triển kỹ thuật viễn thám Việt Nam hợp tác nhiều bên khn khổ chương trình vũ trụ quốc tế (Inter Kosmos) nhân chuyến bay vũ trụ kết hợp Xô - Việt tháng - 1980 Kết nghiên cứu cơng trình khoa học việc sử dụng ảnh đa phổ MKF-6 vào mục đích thành lập loạt đồ chuyên đề như: địa chất, đất, sử dụng đất, tài nguyên nước, thuỷ văn, rừng, Ủy ban Nghiên cứu Vũ trụ Việt Nam tập trung vào vấn đề: thành lập đồ địa chất, địa mạo, địa chất thuỷ văn, trạng sử dụng đất rừng, biến động tài nguyên rừng, địa hình biến động số vùng cửa sông, ; vấn đề nghiên cứu đặc trưng phổ phản xạ; vấn đề nhận dạng viễn thám để xây dựng sở cho phần mềm xử lý ảnh số Từ năm 1990, nhiều ngành đưa công nghệ viễn thám vào ứng dụng thực tiễn lĩnh vực khí tượng, đo đạc đồ, địa chất khoáng sản, quản lý tài nguyên rừng Công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý ứng dụng để thực nhiều đề tài nghiên cứu khoa học nhiều dự án có liên quan đến điều tra khảo sát điều kiện tự nhiên tài nguyên thiên nhiên, giảm sát môi trường, giảm thiểu tới mức thấp thiên tai số vùng Cũng từ 1990 viễn thám nước ta chuyển dần bước từ công nghệ tương tự sang công nghệ số kết hợp hệ thơng tin địa lý xử lý nhiều loại ảnh đạt yêu cầu cao độ xác với quy mơ sản xuất công nghiệp Vào ngày 7/5/2013, VNREDSat-1 (Vietnam Natural Resources, Environment and Disaster-monitoring Satellite-1), vệ tinh quang học quan sát Trái Đất Việt Nam, Công ty EADS Astrium (Pháp) thiết kế, chế tạo phóng vào vũ trụ VNREDSat-1 hệ thống viễn thám bao gồm: (1) Vệ tinh quan sát Trái Đất VNREDSat-1, (2) Trung tâm điều khiển vệ tinh, (3) trạm thu phát tín hiệu vệ tinh băng tần S, (4) Trạm lưu trữ liệu dự phòng trạm thu ảnh vệ tinh VNREDSat-1 có nhiệm vụ chụp ảnh bề mặt Trái đất, cung cấp số lượng lớn ảnh quang học có phân giải cao cách chủ động kịp thời cho việc giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường, thiên tai, biến đổi khí hậu phục vụ phát triển kinh tế xã hội đảm bảo an ninh quốc phòng Các thơng số vệ tinh VNREDSat-1: - Vệ tinh có kích thước 600 mm x 570 mm x 500 mm, có trọng lượng khoảng 120kg Tuổi thọ vệ tinh theo thiết kế năm; Vệ tinh có quỹ đạo đồng Mặt Trời (SSO) - Độ cao quỹ đạo xích đạo: 680km; Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 98,13o - Độ tròn quỹ đạo: 0,001193; Chu kỳ quỹ đạo: 5909,6 giây - Hệ thống quang học đặt vệ tinh VNREDSat-1 NAOMI (New AstroSat Optical Modular Instrument) - Thời gian chụp lặp lại: ngày (vệ tinh nghiêng ±35o)/7 ngày (nghiêng ±15o) Ngày 4/12/2013, sau tháng nhận bàn giao vận hành khai thác VNREDSat-1 từ Pháp, tổng số ảnh chụp, xử lý lưu trữ thành công vệ tinh 18.427 cảnh ảnh với kích thước 17,5km x 17,5km bao gồm 9.817 cảnh ảnh đa phổ (Multi-spectral) 8.610 cảnh ảnh toàn sắc (Panchromatic) Riêng vùng lãnh thổ lãnh hải Việt Nam, vệ tinh chụp xử lý 4.003 cảnh, có 2.018 ảnh đa phổ 1.985 ảnh toàn sắc 1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA VIỄN THÁM Trong hầu hết hệ thống viễn thám, q trình thu nhận tín hiệu diễn tương tác xạ tới đối tượng quan sát Sơ đồ minh hoạ trình chụp ảnh viễn thám, đồng thời trình bày thành phần hệ thống viễn thám Có thể hình dung hệ thống viễn thám cách đơn giản theo hình Bức xạ mặt trời phần bị khuyếch tán khí quyển; xuống đến mặt đất, phần bị hấp thụ, phần truyền qua, phần phản xạ Bộ cảm vệ tinh thu sóng phản xạ - sóng điện từ mang thơng tin Tín hiệu thu từ vệ tinh truyền xuống trạm thu mặt đất Sau xử lý công nghệ xử lý ảnh số hay giải đốn mắt thường, thơng tin chuyển đến cho người dùng Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với Theo trình tự hoạt động hệ thống, có: 1.2.1 Nguồn lượng (A) 1.2.1.1 Vai trò nguồn lượng Thành phần hệ thống viễn thám nguồn lượng để chiếu sáng hay cung cấp lượng điện từ tới đối tượng quan tâm Có loại viễn thám sử dụng lượng mặt trời (viễn thám thụ động), có loại tự cung cấp lượng tới đối tượng (viễn thám chủ động) Thông tin viễn thám thu thập dựa vào lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, khơng có nguồn lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng khơng có lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận 1.2.1.2 Sóng điện từ Như nói trên, thành phần hệ thống viễn thám nguồn lượng để chiếu vào đối tượng Năng lượng dạng xạ điện từ/ sóng điện từ Tất sóng điện từ có thuộc tính phù hợp với lý thuyết sóng Sóng điện từ bao gồm điện trường (E) có hướng vng góc với hướng xạ điện từ di chuyển từ trường (B) hướng phía bên phải điện trường Cả hai di chuyển với tốc độ ánh sáng (c) Có hai đặc điểm sóng điện từ đặc biệt quan trọng mà cần hiểu bước sóng tần số - Bước sóng (λ): chiều dài chu kỳ sóng tính từ mơ sóng đến mơ sóng liền kề Bước sóng ký hiệu λ tính centimet, met, nanomet hay micromet - Tần số (f): thuộc tính thứ hai mà quan tâm Tần số số chu kỳ sóng qua điểm cố định đơn vị thời gian Thơng thường tần số tính herzt (Hz) tương đương với chu kỳ giây Tần số bước sóng quan hệ với công thức: c = f λ (1); Trong c tốc độ ánh sáng (c=3.108 m/s), λ bước sóng (m), f tần số (Hz) Rõ ràng, hai yếu tố có quan hệ tỉ lệ nghịch với nhau, bước sóng ngắn tần số cao, bước sóng dài tần số thấp 1.2.1.3 Nguyên tắc xạ Năng lượng sóng điện từ đề cập hai lý thuyết: lý thuyết sóng lý thuyết hạt Ánh sáng nhìn thấy nhiều dạng lượng điện từ Sóng rađio, nhiệt tia cực tím tia X dạng lượng lượng điện từ Tất lượng chất giống xạ theo quy luật hình sin với tốc độ ánh sáng tuân theo phương trình: c = f.λ (1) Đa số ứng dụng webGIS xây dựng cho đối tượng sử dụng với hiểu biết liệu, đồ phân tích khơng gian Chính việc đơn giản hóa hạn chế số lượng phép tốn, cơng cụ khơng gian cho phép sử dụng 3.2 XUẤT DỮ LIỆU DƯỚI DẠNG BẢN ĐỒ Bản đồ vừa đầu vào, vừa đầu GIS Bản thân GIS hệ thống lập đồ tự động, song với GIS, ta không nhập, lưu trữ phân tích đồ mà tạo đồ để trình bày phục vụ trình định Đối với đầu ra, hình thức xuất liệu dạng cứng dùng phổ biến để trình bày kết phân tích mơ hình hóa khơng gian GIS Trong cơng tác xây dựng đồ, GIS có số thuận tiện sau: - Tạo đồ đồ cũ nhanh rẻ - Xây dựng đồ chuyên đề với lớp liệu chứa đựng nhiều thơng tin GIS có khả phân tích khơng gian - Thuận tiện việc cập nhật liệu đồ - Thuận tiện phân tích liệu có u cầu tương tác phân tích thống kê với đồ - Việc tra cứu thơng tin liệu nhanh, xác - Tổng hợp thống kê liệu thuộc tính thuận lợi 3.2.1 Xác định mục đích yêu cầu đồ Thông thường, trước tạo đồ, bạn cần phải trả lời ba câu hỏi sau: “Tại phải xây dựng đồ?”, “Bản đồ dành cho ai?” “Bản đồ thể nào?” Mục đích xác định phạm vi đồ, thiết lập danh sách đối tượng từ phát triển phương án cụ thể để xây dựng đồ - Khả truyền đạt đồ: Bản đồ phương tiện để truyền đạt thơng tin Nó đơn giản chứa đựng đầy đủ thông tin tổng quát Các đồ thường thiết kế cho mục đích định Ví dụ đồ giao thông nhấn mạnh đến đối tượng giao thông, đồ dân số trọng đến vấn đề dân số, đồ đất đai mơ tả vị trí kiểu đất khác - Khả người đọc đồ: Khả nhận thức phụ thuộc nhiều vào kiến thức kinh nghiệm thân Mỗi người có kỹ đọc đồ khác Sự thành thạo việc đọc hiểu đồ thay đổi theo nhóm người khác Nội dung đồ thường phụ thuộc nhiều vào người sử dụng mục đích sử dụng Phải xem xét đến khả người đọc; số người đọc đồ khơng tốt lớp đồ phải rõ ràng nên bao gồm thông tin cần thiết mà thơi 3.2.2 Xác định sở tốn đồ Để đảm bảo đồ xác (về kích thước, hình dạng, vị trí) ta cần thiết kế có sở tốn đồ Thiết kế sở tốn học tạo khung sườn thích hợp để tải nội dung đồ cho xác Thiết kế sở toán học bao gồm: thiết kế tỷ lệ, hệ quy chiếu, bố cục đồ 53 3.2.2.1 Thiết kế tỷ lệ Tỉ lệ tỉ số khoảng cách đồ khoảng cách thực tế Bạn thể tất thông tin lên đồ theo ánh xạ 1:1 được, cần phải có tỉ lệ đủ để lưu trữ liệu chủ yếu thể đồ theo tỉ lệ định Chọn tỷ lệ đồ cần phải cân nhắc mặt sau: kích thước đồ; nội dung đồ; mục đích sử dụng; tư liệu đồ nền, độ phân giải liệu Một đồ chứa nhiều biển diễn địa lý tỉ lệ khác nhau, ví dụ đồ có thêm hay nhiều đồ để vị trí xác định Điều quan trọng phải tỉ lệ đồ tương ứng với vị trí chúng Cần ý phóng to đồ dựa kích thước sở gây kết làm thiếu hụt chi tiết độ phân giải đồ Ngược lại, giảm tỉ lệ đồ dẫn đến nhầm lẫn thơng tin đồ bị nhỏ lại khó phân biệt Một vài hạn chế việc lựa chọn tỉ lệ đồ cần ý: - Tỉ lệ lớn: yêu cầu nhiều thông tin chi tiết cho thành phần đồ dẫn đến tăng công việc vẽ đồ, tăng thời gian giá thành sản phẩm - Tỉ lệ nhỏ: đồ khó đọc có nhiều thơng tin cần trình bày, làm người sử dụng đồ đọc sai thông tin 3.2.2.2 Thiết kế hệ quy chiếu Hệ quy chiếu (map projection) định nghĩa đặt cách có hệ thống kinh tuyến vĩ tuyến, miêu tả bề mặt cong hình cầu theo mặt phẳng Các hệ quy chiếu khác hình dạng, sai số hướng lưới chiếu Sự lựa chọn hệ quy chiếu dựa yếu tố sau: mục tiêu đồ; yêu cầu người sử dụng đồ; vị trí vùng thể hiện; hình dạng kích thước khu vực thể Sự lựa chọn hệ quy chiếu cho quốc gia phụ thuộc vào điều kiện mà đặt cho đồ, hình dạng quốc gia đồ phải giống thực tế, diện tích bề mặt (theo tỉ lệ), góc phải nhau, khoảng cách Tuy nhiên, tất điều kiện đồng thời thỏa mãn 3.2.2.3 Thiết kế bố cục đồ Bố cục đồ xếp khoa học, hợp lý thành phần đồ Bố cục đồ phải cân đối đảm bảo tính dễ đọc thẩm mỹ Phải xếp thành phần đồ để tạo nên tính cân xứng Trong thiết kế đồ họa nên luôn nghĩ đến người đọc tập trung vào đâu Sử dụng màu sắc, mẫu, ký hiệu hợp lý gây ý làm cho người đọc dễ theo dõi thông tin Các nội dung liên quan với nhau: đồ chính, bảng tra cứu, bảng giải nên nằm phía để dễ sử dụng Đồng thời, phải phân biệt nội dung phụ, phải thể hài hòa, khơng đơn điệu, nhàm chán, khơng lãng phí trang giấy Cách chọn bố cục: - Xác định đồ chính, phụ, yếu tố có liên quan - Xác định yếu tố lại - Cân nhắc hình thức đồ: mặt hay mặt 54 - Làm sơ đồ bố cục (sơ đồ phân bố thành phần, yếu tố đồ tỷ lệ nhỏ đồ thật) 3.2.3 Thiết kế nội dung đồ Thiết kế nội dung xác định yếu tố nội dung chính, yếu tố hỗ trợ, yếu tố bổ sung Yếu tố nội dung gồm phần (phần sở địa lý) phần chuyên đề Yếu tố phụ bổ sung gồm bảng giải, thước tỷ lệ, dẫn, đồ phụ, biểu đồ, viết, tranh ảnh 3.2.3.1 Thành phần Phương pháp thể lớp thường phương pháp đồ địa lý truyền thống, không cần phải chọn phương pháp Đối với phần chuyên đề, tùy vào tính chất phân bố (điểm, đường, vùng), đặc điểm số liệu (loại, dạng) để chọn phương pháp biểu Tuy nhiên, để tránh đơn điệu, nội dung không nên dùng phương pháp thể Nếu phải dùng phương pháp khơng nên dùng cách thể Ví dụ: nội dung dùng nét kẻ gạch nội dung dùng chấm, màu Nội dung dùng biểu đồ tròn nội dung dùng biểu đồ cột 3.2.3.2 Thành phần phụ bổ sung * Bảng giải Bảng giải khơng giải thích kí hiệu mà sơ đồ phân loại, phân cấp, sở đo tính giúp người đọc hiểu nội dung với đặc trưng số lượng, chất lượng, cấu trúc, mối tương quan không gian biến đổi theo thời gian Yêu cầu bảng giải phải đầy đủ kí hiệu đồ; phản ánh toàn diện, rõ ràng, rành mạch, lời văn ngắn gọn để giải thích ý nghĩa; xếp phân nhóm kí hiệu cách logic theo chun ngành (theo mức độ quan trọng, theo dạng đối tượng điểm, đường, vùng) theo sở địa lý chung * Thước tỷ lệ mũi tên phương hướng Các hình thức thể tỷ lệ: tỷ lệ số: 1:250.000; tỷ lệ chữ: 1cm đồ tương ứng với 2.500m thực tế tỷ lệ thước Mũi tên hướng Bắc thường sử dụng từ thư viện ký hiệu văn bản, chủ yếu có ý nghĩa đồ có hướng tờ giấy lệch so với hướng Bắc * Các bảng dẫn Trên bảng dẫn có thơng tin: nhà xuất bản, năm xuất bản; nguồn tư liệu; bảng dẫn đọc đồ (bảng tra tên đường, tên điểm đặc biệt…) * Bản đồ phụ Bản đồ phụ dùng để thể nội dung mà đồ chưa truyền tải hay mở rộng nội dung để tham khảo thêm: - Các đồ nội dung tỉ lệ lớn nhằm chi tiết hóa nội dung khơng diễn đạt hết đồ - Các đồ phụ có tỷ lệ nhỏ cho thấy mối quan hệ vùng thể không gian tổng quát - Các đồ chuyên đề tỉ lệ nhỏ cho thấy tình hình chung khu vực vấn đề 55 - Các đồ chun đề khác có ảnh hưởng đến chun đề để mở rộng nội dung chuyên đề * Biểu đồ - Các biểu đồ so sánh qua thời kì - Các biểu đồ so sánh đối tượng không gian vùng thể - Các biểu đồ so sánh tổng đối tượng khơng gian tồn vùng - Các biểu đồ so sánh với vùng không gian khác * Bài viết, tranh ảnh Bài viết phải ngắn gọn, tranh ảnh phải đặc trưng, phù hợp với chủ đề thể đồ, có ghi cụ thể, nêu địa danh đồ 3.2.4 Chuẩn bị liệu cho đồ Trước xây dựng đồ, bạn cần phải chuẩn bị file liệu sử dụng đồ 3.2.4.1 Dữ liệu Dữ liệu đầy đủ đồ địa lý chung bao gồm yếu tố: địa hình, thủy hệ, thực vật, ranh giới hành chính, giao thông, dân cư Để tạo lớp cho đồ chuyên đề cần lọc bớt nội dung nêu trên, giữ lại yếu tố có liên quan ảnh hưởng nhiều đến nội dung chuyên đề, yếu tố khác với tính chất định hướng đồ Đối với đồ du lịch cần giữ lại giao thông, dân cư Các lớp chọn lọc cần nêu tiêu cụ thể cụ thể như: - Địa hình: đường đồng mức nào, mốc độ cao - Thủy hệ: nêu cụ thể tên sơng hay sơng có độ dài >… cm - Thực vật: nêu cụ thể thực vật có diện tích >….m2 - Dân cư: nêu tên cụ thể điểm dân cư hay điểm có số dân >….người hay mật - độ điểm dân cư km2 - Giao thông: loại đường hay tên cụ thể - Ranh giới: loại, cấp độ 3.2.4.2 Dữ liệu chuyên đề Trên sở phần nghiên cứu nội dung chuyên đề, liệt kê nội dung vấn đề, phân biệt nội dung chính, phụ 3.2.5 Biên tập đồ Sau tất công việc chuẩn bị hồn thành, bạn bắt đầu tạo đồ máy tính lệnh thích hợp 3.2.5.1 Sử dụng ký hiệu thể đồ * Chữ viết thành phần quan trọng đồ, khơng có chữ viết đồ trở thành đồ câm Chữ viết giải thích nội dung đồ giúp người đọc hiểu rõ nội dung Chữ viết giải thích đồ làm đồ dễ đọc, dễ hiểu Chữ viết khác ở: kiểu, kích thước, màu sắc, độ nghiêng, lực nét, in thường… để phản ánh thuộc tính đối tượng Nguyên tắc chọn chữ: - Dễ đọc, rõ ràng - Không dùng q nhiều kiểu chữ có kích thước gần gây rối đồ 56 - Các chữ có hình thức (kiểu dáng, kích cỡ, màu sắc) liên hệ với với cấp bậc nội dung Ví dụ: Kiểu chữ có chân, nghiêng, màu xanh dùng cho đối tượng thủy văn Kiểu chữ thẳng in (hoặc thường), có chân (hoặc không chân) dùng cho điểm dân cư * Cách ghi - Chú thích cho đối tượng điểm phải nằm gần điểm đó, tránh nhầm lẫn, khơng nằm đè lên đối tượng khác, thường nằm song song với vĩ tuyến - Đối với đối tượng theo tuyến chữ viết dọc theo đối tượng, hướng địa hình cao (nếu ghi sơng ngòi), định hướng đồ - Chú thích đối tượng theo vùng nên rải diện tích cần ghi Các đối tượng địa lý yếu tố đồ vẽ ký hiệu khác Các ký hiệu xác định thông qua loạt tham số Các tham số chung hầu hết ký hiệu bao gồm: màu sắc, mẫu kích thước * Màu sắc tham số có khả diễn đạt tiêu định tính hay định lượng Một hình đồ hoạ hiển thị 16 màu nhiều thời điểm; máy vẽ điện tử cho phép hiển thị đến hàng trăm màu đồ Màu sắc giúp phân biệt kí hiệu với Rất khó khăn cho người đọc đồ vẽ màu Nhờ màu sắc đồ có tượng nhiều “lớp”, có màu sắc đậm nhạt khác nhau, lớp có màu đậm bật lên (thường yếu tố có nội dung quan trọng) Màu sắc giúp ta liên tưởng đến dạng thật đối tượng: màu xanh lục -> rừng, màu đỏ -> nóng, màu xanh -> lạnh Màu sắc tạo đồ đẹp, thẩm mỹ cao Màu sắc yếu tố quan trọng trình xây dựng đồ Do vậy, phải lưu ý chọn màu sắc màu Nên chọn màu thích hợp cho đối tượng, ví dụ màu đỏ để thể vùng cấm, màu xanh để thể vùng phép sử dụng màu vàng vùng chờ xem xét,… Không nên chọn nhiều màu để tránh làm méo mó thơng tin làm cho đồ thêm rắc rối Nguyên tắc chọn màu: - Các màu “hòa hợp” với màu cách vòng màu - Màu đối xứng vòng màu màu tương phản (nổi bật đứng cạnh nhau) Tính tương phản rõ thêm vào tương phản độ đậm nhạt - Chọn màu tương ứng với thực tế làm tăng tính hình tượng đồ - Các màu nóng cho ta cảm giác gần, màu lạnh cảm giác xa dần * Mẫu để lặp lại phân tử ký hiệu Ví dụ đường chấm liên tục hợp thành điểm tách rời theo đoạn định chuỗi hai điểm tách rời Phải chọn mẫu cho tăng khả phân biệt vùng với đồ giải Một số mẫu khó phân biệt so với mẫu khác nên tránh sử dụng chúng Phải cẩn thận chọn mẫu đường mẫu chấm chấm,… mẫu khó nhận Ngồi ra, phải xem xét thiết bị xuất liệu thiết bị để lựa chọn cho phù hợp Ví dụ đồ vẽ máy vẽ bút đường liền nét dễ thể đường chấm chấm, vẽ đường liền nét, di chuyển bút vẽ nằm đường vẽ đường 57 khơng liền nét bút vẽ phải liên tục nhấc lên đặt xuống Sử dụng bút vẽ nhiều cho đường không liền nét làm giảm độ bền gây hư hỏng bút mực chảy xuống liên tục Ngoài ra, cần nên tránh sử dụng mẫu tô đường dày đặc Làm tốn nhiều thời gian vẽ làm hư hại đến bút vẽ thiết bị vẽ * Kích thước định độ rộng chiều cao ký hiệu văn hay dấu hiệu định độ rộng ký hiệu đường nhỏ Trên số tham số chung để xác định ký hiệu đồ Ngoài ra, có tham số khác để xác định số ký hiệu, chẳng hạn ký hiệu văn bản, tham số màu sắc, mẫu, kích thước, có thêm tham số như: khoảng trống: “a b c d e f” hay “abcdef”; phông chữ: abcdef abcdef abcdef … kiểu: gạch chân hay in nghiêng hay in đậm … Nói chung, ký tự văn thường sử dụng đầu đề, thích đồ nhãn địa danh, tên đối tượng Ngoài ra, sử dụng để ghi nguồn liệu, chương trình tạo ngày tạo đồ Kích cỡ ký tự kiểu ký tự văn làm cho thơng tin bật Đối với đầu đề đồ thường dùng ký tự văn có kích thước lớn, nguồn liệu phần khác thường sử dụng ký tự nhỏ Hãy ý ký tự to, đậm thời gian để vẽ so với ký tự nhỏ không đậm Trong phần mềm GIS thường có sẵn ký hiệu Người sử dụng lựa chọn ký hiệu để lập đồ tự tạo ký hiệu riêng việc số hóa ký hiệu vẽ hay in giấy hay dùng phần mềm để xây dựng ký hiệu riêng Có bốn kiểu ký hiệu: kiểu tơ màu, kiểu đường, kiểu đánh dấu, kiểu văn 3.2.5.2 Các phương pháp thể liệu * Phương pháp ký hiệu Dùng ký hiệu đặt vào vị trí đối tượng mà thể Thường dùng cho đối tượng dạng điểm Hình thức ký hiệu: chữ, hình học, tượng hình, Các ký hiệu có khả thể đặc điểm phân bố, số lượng, chất lượng, cấu trúc động lực (xu hướng phát triển, xu hướng thay đổi) đối tượng hay tượng Thể số lượng tượng: + Thể độ lớn ký hiệu + Thể màu sắc + Thể nét gạch ký hiệu + Thể độ dài ký hiệu (ít sử dụng) + Thể qua diện tích ký hiệu + Thể động lực tượng (sự phát triển dân số) + Ký hiệu tăng trưởng: ký hiệu đặt trùng lên * Phương pháp biểu đồ định vị Dùng thể hiện tượng phân bố liên tục tồn mặt đất có biến đổi theo chu kỳ việc nghiên cứu chúng tiến hành điểm định tượng khí Đặt biểu đồ thể mối tương quan đặc trưng 58 đo đạc hay tính chất tượng muốn thể vào vị trí tượng Thường dùng cho đối tượng dạng điểm * Phương pháp chấm điểm Thể phân tán tượng vùng (phân bố dân cư) Dùng cho đối tượng dạng vùng Mỗi điểm (hay ký hiệu) tương đương với số lượng tượng quy ước Khơng đòi hỏi xác mặt địa lý, thể phân bố mặt số lượng phân bố tượng Có thể dùng màu sắc hay loại ký hiệu điểm khác để thể chất lượng động lực tượng (chấm đỏ: nam, chấm xanh: nữ) * Phương pháp ký hiệu đường chuyển động Thể di chuyển đối tượng, tượng đồ (dòng sơng, tuyến đường, gió) Dùng cho đối tượng dạng tuyến, dạng vector (mũi tên) * Phương pháp đường đẳng trị Đường nối điểm có số số lượng tượng đồ (đồng cao độ, đẳng mưa, đẳng nhiệt, …) Kết hợp với màu sắc để tăng tính trực quan thể mặt số lượng (cường độ màu phản ánh hướng trình tự chuyển tiếp từ trị số thấp đến trị số cao nhất) * Phương pháp chất lượng Thể hiện tượng phân bố liên tục bề mặt đất (lớp phủ thực vật, loại đất, ) hay tượng phân bố theo khối (dân cư, phân vùng lãnh thổ), thể khác chất lượng tượng Dùng màu sắc, mẫu tô hay đánh số khu vực ranh giới tượng Vị trí, hình dạng phải bảo đảm tính xác mặt địa lý Dùng cho đối tượng dạng vùng * Phương pháp Cartogram Dùng cho đối tượng dạng vùng, đặt biểu đồ thể mối liên quan đặc trưng tượng vào biên tượng Câu hỏi ơn tập Các hình thức hiển thị liệu GIS? Phân tích quy trình xuất liệu thành đồ GIS? Cho ví dụ minh họa 59 PHẦN GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ CHƯƠNG MỘT SỐ SẢN PHẨM ỨNG DỤNG GIS - VIỄN THÁM 1.1 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ TRUYỀN THỐNG 1.1.1 Ý niệm đặc điểm Bản đồ giáo khoa đồ dùng thiếu q trình dạy học địa lý với mục đích chủ yếu giúp hỗ trợ việc hình thành cho học sinh biểu tượng khái niệm địa lý, quan điểm vật phát triển tự nhiên xã hội Thông qua đồ, học sinh dễ dàng nhận thức đặc điểm hình dạng, kích thước, mối quan hệ không gian vật, tượng địa lý Bản đồ giáo khoa có tính khoa học, tính trực quan tính sư phạm Atlat giáo khoa: bao gồm nhiều đồ thể khía cạnh khác địa bàn cụ thể như: đồ hành cấp, đồ địa lý tự nhiên (địa hình, địa chất, khống sản, khí hậu, thủy văn, sinh vật, …), đồ địa lý kinh tế - xã hội (dân cư, tơn giáo, văn hóa, dân tộc, kinh tế, giao thông, …) Atlat tổng số giản đơn đồ địa lý khác nhau, khơng phải hợp máy móc chúng lại Atlat chứa đựng hệ thống đồ có quan hệ hữu với bổ sung cho nhau, hệ thống quy định mục đích đặc điểm sử dụng (K.A.Xalissiep) Atlat có đặc điểm chung sau: - Tính đầy đủ: nội dung atlat phải bao trùm hết tất vấn đề chủ đề cần thiết, xuất phát từ chủ đề mục đích sử dụng - Tính quán: tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá atlas Tính quán thể nhiều khía cạnh atlat như: sở tốn học, nội dung, hình thức - Tính liên kết có hệ thống nội dung atlat: tính chất thể hòa hợp tính khác biệt nội dung thể đồ atlas mối quan hệ bổ sung qua lại chúng, nhằm tạo thành sản phẩm thống nhất, hồn chỉnh đảm bảo ý nghĩa mục đích sử dụng atlas - Tính phong phú, xác, khoa học, cập nhật - Tính sư phạm Bản đồ giáo khoa thể thông tin tương tự atlat giáo khoa Tuy nhiên, thay trình bày theo nhiều đồ khác đồ giáo khoa gộp thơng tin vào thể đồ Do đó, thông tin lược bớt không đủ chỗ để thể Các đồ giáo khoa thường đa dạng hình thức: để bàn/ treo tường, Bản đồ atlat giáo khoa có nhược điểm là: khơng có khả thu phóng, co giãn tỷ lệ in ấn theo tỷ lệ xác định từ trước, việc tìm kiếm thơng tin nhiều thời gian phải dò thủ cơng mắt, lượng thơng tin thể đồ bị giới hạn không đủ chủ để thể đầy đủ tất thông tin Tuy nhiên, bối cảnh lớp học truyền thống phương thức phổ biến nay, atslat đồ giáo khoa địa lý giữ vai trò quan trọng 60 1.1.1.2 Ứng dụng GIS việc thành lập đồ giáo khoa truyền thống Trước có GIS, việc thành lập đồ nói chung thường dựa phương thức chính: đo vẽ trực tiếp ngồi thực địa, đo vẽ từ ảnh hàng không (ảnh tương tự) biên vẽ lại từ đồ địa hình tỷ lệ lớn Hạn chế lớn phương thức q nặng tính thủ cơng, việc xây dựng đồ mà nhiều thời gian cơng sức, khó sản xuất số lượng lớn Sau này, công nghệ phát triển, phương thức thành lập đồ chuyển sang phương thức số hỗ trợ máy tính với phần mềm đồ - đồ họa song gặp khó khăn việc thể yếu tố sở toán nội dung đồ Một phần mềm đồ tiêu biểu sử dụng phổ biến đến MapInfo Trong phần mềm này, việc lựa chọn hệ quy chiếu, tỷ lệ đồ khó khăn, mang nặng tính thủ cơng: khó tạo lưới ta phải đánh thủ công tọa độ mắt lưới, nhiều thời gian để thực hiện, khó thay đổi tỷ lệ trang in Với đời GIS, việc thành lập đồ giáo khoa trở nên thuận lợi nhờ vào: - Khả thể liệu thuộc tính gắn với đối tượng khơng gian cách dễ dàng, mức độ tự động cao GIS - Sự đa dạng phương pháp thể liệu cung cấp phần mềm giúp cho đồ có thêm nhiều hình thức thể độc đáo, phục vụ tốt cho việc thể ý tưởng đồ - Việc cập nhật thay đổi liệu GIS dễ dàng, nhanh chóng, xuất kết thành đồ, atlat giáo khoa kịp thời để đưa đến với học sinh thay đổi đồ Người thể liệu xây dựng đồ tiết kiệm thời gian so với phần mềm đồ, đồ họa 1.2 SẢN PHẨM BẢN ĐỒ ĐIỆN TỬ 1.2.1 Bản đồ - atlat giáo khoa điện tử máy tính đơn Bản đồ điện tử: dạng đồ lưu trữ dạng số máy tính thiết bị lưu trữ khác Để sử dụng đồ điện tử cần phải dùng đến máy tính Atlat điện tử tập hợp đồ điện tử thể khía cạnh khác địa bàn cụ thể, tổ chức cách có hệ thống để tạo thành chỉnh thể thống Atlat điện tử có đặc điểm chung atlas truyền thống, ngồi ra, atlat điện tử có số nét khác biệt sau: - Atlat điện tử lập cho vùng rộng lớn, với mức độ tra cứu khác nhau, không bị giới hạn, từ tổng quát đến chi tiết Điều khắc phục hạn chế atlat truyền thống: nội dung thể atlas truyền thống giới hạn phạm vi định (nằm gọn trang giấy), hạn chế khả thể chi tiết nội dung muốn truyền đạt đồ, đặc biệt đồ tỷ lệ nhỏ - Atlat điện tử hỗ trợ công cụ cho phép người dùng tương tác trực tiếp với đối tượng đồ: phóng to, thu nhỏ, di chuyển, tìm kiếm thơng tin, … Tính chất động nhiều tạo cảm giác hứng thú cho người sử dụng tiếp cận, khai thác atlas điện tử so với tính tĩnh atlas truyền thống Đặc biệt, atlas điện tử hỗ trợ thêm hình ảnh, video…làm tăng tính trực quan, sinh động, cung cấp nhiều thông tin cho người sử dụng Vì hình thức phổ biến rộng rãi 1.2.2 Atlat - đồ điện tử trực tuyến Atlat – đồ điện tử trực tuyến gọi webGIS WebGIS theo định nghĩa tổ chức đồ giới đưa thì: “Web – GIS xem hệ thống thông 61 tin địa lý phân bố qua mơi trường mạng máy tính để tích hợp, phân phối truyền tải thông tin địa lý trực tuyến Internet” WebGIS có đặc điểm: - Có khả phân phối thơng tin địa lý rộng rãi tồn cầu - Người dùng Intenet truy cập đến ứng dụng GIS mà mua phần mềm - Đối với phần lớn người dùng khơng có kinh nghiệm GIS việc sử dụng Web - GIS đơn giản việc sử dụng ứng dụng GIS loại khác Như vậy, điểm khác biệt Atlat - đồ điện tử với WebGIS: atlat – đồ điện tử đề cập đến phương thức hiển thị thơng tin máy tính (đây yếu tố khác biệt so với Atlat truyền thống), đó, WebGIS đề cập đến phương thức phân phối thông tin mạng internet (khác biệt với việc phân phối cục máy tính cá nhân) 1.1.2.3 Xây dựng đồ - Atlat điện tử Atlat điện tử kết hợp với tính GIS làm tăng giá trị atlat mặt tương tác với người dùng khai thác hiệu nội dung atlas điện tử Để xây dựng atlat điện tử, khâu thiết kế (cơ sở tốn, nội dung, hình thức), thu thập liệu, thể liệu tương tự atlat truyền thống Tuy nhiên, thay xuất in atlat điện tử đóng gói thành chương trình sử dụng máy tính Với hỗ trợ phần mềm thiết kế web, Atlat điện tử phân phối lên mạng internet, gọi Atlat điện tử trực tuyến hay webAtlat Bên cạnh trang đồ trực tuyến phổ biến: OpenStreetMap, Google Maps, nay, có nhiều webGIS thành lập nhiều tỉnh thành phố nước như: Lào Cai, Bình Dương, Quảng Ninh, Hậu Giang, … Các webGIS với lượng thông tin phong phú, đa dạng chức truy vấn thông tin đại chúng trở thành công cụ hiệu việc truy cập thông tin từ đối tượng đại chúng có ngành giáo dục – đào tạo 1.3 MƠ HÌNH THẾ GIỚI ẢO Google Earth Pro phiên nâng cao phần mềm Google Earth Đây ứng dụng mô Trái Đất (thế giới ảo) với nguồn liệu gồm ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay hệ thông tin địa lý GIS, đời từ năm 2004 Tập đoàn Google mua lại ứng dụng EarthViewer 3D Công ty Keyhole Google Earth Pro thu mức phí 399 USD/năm Tuy nhiên, từ tháng 01/2015, Google Earth Pro miễn phí Google Earth Pro có nhiều chức khác nhau, hoàn thiện dần qua phiên Hiện nay, phiên Google Earth Pro 7.1.7.2600, đời vào ngày 25/8/2016 với chức phù hợp với việc dạy học địa lý địa phương kể đến: - Chức hiển thị liệu: cho phép xem ảnh vệ tinh khu vực cụ thể độ cao quan sát góc nhìn khác chế độ 2D số đối tượng 3D Chức hiển thị cho phép xem liệu ảnh viễn thám khứ khu vực (từ theo dõi xu hướng biến động) xem số lớp liệu vector như: đường giao thông, ranh giới hành chính, tên địa danh, hình ảnh chụp từ mặt đất khu vực - Chức truy vấn liệu: cho phép tìm kiếm vị trí địa danh bất kỳ, đo đạc chiều dài (đối tượng dạng đường) hiển thị lát cắt địa hình, đo đạc chu vi diện tích (đối tượng dạng vùng) 62 - Chức nhập - xuất liệu: cho phép nhập nhằm đánh dấu tọa độ điểm, đường vùng, kết nối liệu tọa độ từ GPS, chức xuất liệu thông qua máy in, email lưu thành tập tin máy tính Nguồn liệu Google Earth Pro tích hợp từ liệu vệ tinh/ máy bay phạm vi toàn cầu kết hợp liệu GIS với nhiều cấp độ từ bao quát đến chi tiết Nguồn liệu chứa đựng lượng lớn thơng tin vị trí (kinh độ, vĩ độ, cao độ), phân bố mối quan hệ đối tượng mặt đất: địa hình, thảm thực vật, mạng lưới sơng ngòi, đường bờ, hướng dòng chảy, phân bố dân cư, giao thơng, Đây thuận lợi cho việc khảo sát, đo đạc để trích xuất thơng tin chi tiết, cụ thể địa bàn hẹp xác lập mối quan hệ với địa bàn lân cận mà nguồn liệu thuộc tính thơng thường khơng đáp ứng Nguồn liệu Google Earth Pro gồm liệu xử lý tổ hợp màu nên khơng khả chiết suất sổ ảnh có khả hiển thị trạng phân bố đối tượng mặt đất thời điểm Ngồi ra, chúng diễn đạt biến động thông qua liệu ảnh chụp nhiều thời điểm khác Vì vậy, nguồn kiến thức địa lý lớn khai thác để dự báo xu hướng trình, tượng tự nhiên kinh tế - xã hội địa bàn cụ thể Tuy nhiên, liệu ảnh viễn thám nên phản ánh đối tượng quan sát thiết bị thu chụp Do đó, yếu tố khí hậu, lao động vấn đề xã hội, hoạt động kinh tế, … nguồn liệu khơng thể diễn đạt hồn tồn mà có ý nghĩa minh họa mức độ định Trong trường hợp này, cần phải có liệu bổ sung từ quan trắc thống kê mặt đất để tích hợp cho liệu từ vệ tinh 63 CHƯƠNG MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ 2.1 SOẠN BÀI GIẢNG, GIẢNG DẠY TRÊN LỚP VÀ HƯỚNG DẪN TỰ HỌC 2.1.1 Soạn giảng, giảng dạy lớp Để hoàn thành nội dung giảng, GV tự tìm kiếm thơng tin cần thiết GV khai thác thông tin trực tiếp từ nguồn liệu Google Earth Pro để xây dựng thành tài liệu hồn chỉnh - Các thơng tin vị trí khai thác qua chức hiển thị liệu GIS ranh giới địa danh (Borders and Labels) để xác định tỉnh, quốc gia, vùng biển tiếp giáp vị trí Quảng Bình so với nước; sử dụng đánh dấu điểm (Add Placemark) để đánh dấu xác định tọa độ (x, y) điểm cực Quảng Bình; thước đo đường (Ruler/ Part) để tính chiều dài bờ biển, biên giới, … thước đo vùng (Ruler/ Polygon) để tích diện tích tỉnh Ví dụ: Sử dụng chức Google Earth Pro, xác định điểm cực tiếp giáp tỉnh phía bắc: Hà Tĩnh, phía nam Quảng Trị, phía tây tỉnh Khammouane (Lào) phía đông Biển Đông với đường bờ biển đo được: 116,02 km Tỉnh Quảng Bình có diện tích đo Google Earth Pro khoảng 8.007,62 km2 - Các thông tin điều kiện tự nhiên: thơng qua thuộc tính độ cao để nhận biết phân hóa độ cao, hướng nghiêng địa hình, hướng dòng chảy sơng; dựa vào cấu trúc ảnh viễn thám để nhận biết phân bố dạng địa hình, kiểu thảm thực vật chính; kết hợp thước đo đường, vùng để xác định đặc điểm hình thái dạng địa hình, sơng hồ thảm thực vật; sử dụng liệu lịch sử (Show historical imagery) để rút đặc điểm biến động dòng chảy, mực nước hồ, hình dạng cửa sông biến động thảm thực vật Ví dụ: Dựa vào cấu trúc bề mặt chức tính tốn kết hợp việc hiển thị lát cắt định hình (Show Elevation Profile) để khảo sát đặc điểm địa hình miền núi phía tây Quảng Bình Vùng địa hình karst phân bố tây bắc, biểu ảnh viễn thám với cấu trúc sần sùi, mặt cắt sườn (đoạn từ Cha Lo/ biên giới Việt - Lào đến Phong Nha) có hình lược lởm chởm, biến trình độ cao đột ngột, hiểm trở Trong đó, vùng địa hình núi kiến tạo phân bố tây nam biểu ảnh viễn thám với cấu trúc góc cạnh, mặt cắt sườn (đoạn từ biên giới Việt – Lào đến núi Thần Đinh) có dạng khối, đỉnh nhô xen thung lũng, độ cao chuyển tiếp từ từ - Các thông tin phân bố dân cư kinh tế: khai thác thông qua việc hiển thị, thu phóng liệu ảnh viễn thám kết hợp với hiển thị liệu GIS giao thơng (Roads) để xác định trục giao thơng tỉnh; phân tích mối quan hệ với yếu tố tự nhiên để rút quy luật phân bố dân cư, khu vực nông nghiệp, khu công nghiệp, mạng lưới dịch vụ chủ yếu giao thông; sử dụng liệu lịch sử (Show historical imagery) để rút đặc điểm biến động cư trú (nhất đô thị), chuyển đổi sử dụng đất mục đích kinh tế, … Ví dụ: Sử dụng liệu ảnh lịch sử Google Earth Pro khu vực đô thị Đồng Hới thời kỳ 2005 đến cho thấy biến động sử dụng đất đô thị diễn mạnh kể từ sau năm 2011 Nhiều diện tích ni trồng thủy sản trồng lúa chuyển đổi thành đất xây dựng đất đô thị với đời khu quy hoạch dọc sông Cầu Rào thuộc phường Đồng Phú, thành phố Đồng Hới 64 Bên cạnh việc rút trích kiến thức trực tiếp từ Google Earth Pro, GV khai thác hình ảnh chụp từ mặt đất (Photos) lưu ảnh viễn thám (Save Image) để minh họa cho nội dung cần thiết 2.1.2 Hướng dẫn học sinh tự học nhà Tự tìm hiểu, thu thập liệu, xử lý viết báo cáo hình thức giúp phát triển lực tự nghiên cứu người học Tuy nhiên, để HS hồn thành tốt báo cáo địa lý địa phương GV cần có trang bị cần thiết cho HS Google Earth Pro nguồn liệu mà HS sử dụng để tra cứu thơng tin Vì vậy, GV cần giới thiệu chức phần mềm để HS nắm vững cách sử dụng Đồng thời cần nhấn mạnh khả đáp ứng (mặt mạnh hạn chế) nguồn liệu Google Earth Pro khai thác để viết báo cáo Điều giúp định hướng để HS có lựa chọn tài liệu khác nhằm hoàn thiện báo cáo Tuy nhiên, khơng dừng lại đó, GV cần có định hướng để HS giải thích mối quan hệ phân tích quy luật phân bố đối tượng địa lý Ví dụ: xác định yếu tố tác động đến phân bố dân cư Quảng Bình Ở khu vực phía tây, dân cư thưa thớt kể đô thị Quy Đạt, Đồng Lê, phụ thuộc chặt chẽ vào địa hình nguồn nước Các khu vực phẳng nằm lọt núi có khe, suối qua thường lựa chọn để cư trú Tuy nhiên, đặc điểm cư trú lại phụ thuộc vào tập quán Bên cạnh khu cư trú người Macoong rẫy sử dụng theo phương thức quay vòng Trong đó, người Kinh cư trú xen lẫn với ruộng lúa Trong đó, địa hình phía đơng chủ yếu đồng nên dân cư tập trung đông đúc, đô thị làng biển Ở đô thị, dân cư tập trung đông, nhà cửa dọc theo mạng lưới giao thông Các làng biển, dân cư phân bố dọc theo cửa sông lớn để tiện cho việc đánh bắt Mật độ nhà cửa dày, chen chúc khơng gian bó hẹp, đường sá nhỏ thiếu mảng xanh Trong đó, dân cư làng nông nghiệp phân bố dàn trải, xen kẽ ruộng, vườn tạo khơng gian thống đãng với nhiều mảng xanh 2.2 KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ HỌC SINH 2.2.1 Khả ghi nhớ địa danh Chức hiển thị nhãn liệu GIS sử dụng để rèn luyện việc ghi nhớ địa danh (tên hành chính, sơng, núi, thị, …) cho học sinh Ví dụ: rèn luyện kỹ ghi nhớ đơn vị hành tỉnh Quảng Bình 2.2.2 Kỹ xác định mô tả đối tượng địa lý Các ứng dụng khai thác liệu khơng gian sử dụng để rèn luyện kỹ phân loại, gọi tên trình bày đặc điểm đối tượng địa lý cụ thể Ví dụ: sử dụng ảnh vệ tinh từ bao quát đến chi tiết để rèn luyện kỹ xác định mô tả quy luật phi địa đới qua phân bố kiểu thảm thực vật Nam Mỹ Sự kết hợp liệu từ hai thời điểm trở lên sử dụng để phân tích biến động Ví dụ: Sử dụng ảnh vệ tinh để khảo sát trình tan băng Bắc cực giai đoạn 1930 – 2015 Google Earth (Hình 78a,b) sử dụng liệu GIS để xác định trình phát triển Liên minh châu Âu từ thành lập đến 2.2.3 Kỹ xác định phương hướng, tính tốn, đo đạc Xác định phương hướng, tính tọa độ điểm, đo đạc (góc, khoảng cách, diện tích) kỹ gắn liền với phép chiếu đồ Với phép chiếu Mercator (giữ góc) hình 65 dạng lãnh thổ xác diện tích sai số lớn Điều ngược lại phép chiếu Equad Area Cylindrical (giữ diện tích) QGIS cho phép chuyển đổi phép chiếu nguồn liệu GIS cách dễ dàng Vì vậy, sử dụng QGIS để tùy chỉnh phép chiếu tương ứng đo góc (hình dạng lãnh thổ), khoảng cách, diện tích Việc xác định phương hướng điểm cực lãnh thổ cần sử dụng lưới chiếu thơng qua hình dạng biểu Điều giúp loại trừ quán tính, mặc định sai lầm như: phương bắc ln nằm trên, nam nằm dưới, phương đông bên phải tây bên trái, đồng thời nơi xa theo bốn phương điểm cực Ví dụ: Trường hợp điểm cực nam xung quanh phương bắc, điểm cực đơng Bắc Mỹ (phía đơng đảo Greenland) dễ bị nhầm với cực đông Canada 2.2.4 Kỹ xác định mối liên hệ địa lý Ảnh vệ tinh vận dụng để rèn luyện kỹ xác định mối liên hệ địa lý, từ rút nhận định Ví dụ: nhận biết hồ nước mặn dựa vào hoạt động sản xuất muối cạnh hồ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] Trần Trọng Đức (2011), GIS bản, Nxb Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Ngọc Thạch (2005) Cơ sở viễn thám, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội [3] Trần Thị Băng Tâm (2006) Giáo trình Hệ thống thơng tin địa lý, Trường Đại học Nông nghiệp 1, Hà Nội [4] Lê Bảo Tuấn (2011) Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế [5] Nguyễn Khắc Thời nnk (2011) Giáo trình Viễn thám, Trường Đại học Nông nghiệp, Hà Nội [6] Trung tâm Viễn thám Quốc gia (2009), Viễn thám Địa tin học, Bộ Tài nguyên Môi trường [7] Các website liệu ảnh viễn thám – GIS: https://landsat.usgs.gov/, http://www.gadm.org/, https://www.openstreetmap.org/, … [8] Các ứng dụng GIS, viễn thám trực tuyến: GoogleMaps, OpenStreetMaps, Google Earth, Atlas điện tử tỉnh, thành phố 67 ... MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ 64 2.1 SOẠN BÀI GIẢNG, GIẢNG DẠY TRÊN LỚP VÀ HƯỚNG DẪN TỰ HỌC 64 2.1.1 Soạn giảng, giảng dạy lớp 64 2.1.2 Hướng dẫn học sinh tự học nhà ... 3.2.5.1 Sử dụng ký hiệu thể đồ 56 3.2.5.2 Các phương pháp thể liệu 58 PHẦN GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÝ 60 CHƯƠNG MỘT SỐ SẢN PHẨM ỨNG DỤNG GIS - VIỄN THÁM 60... 65 2.2.4 Kỹ xác định mối liên hệ địa lý 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 67 iv LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng Ứng dụng GIS viễn thám dạy học địa lý biên soạn dựa sở giáo trình có liên