Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh số để xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính xã thanh minh, huyện điện biên, tỉnh điện biên

Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh số để xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính xã thanh minh, huyện điện biên, tỉnh điện biên

1 mở đầu 1.1 Đặt vấn đề

Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng của con người và mọi

sự sống trên trái đất ở Việt Nam, đất nông lâm nghiệp còn là nguồn sống của hơn 70 % dân số cả nước, đặc biệt là đồng bào dân tộc sống ở vùng núi và trung du Thấu hiểu được tầm quan trọng của đất, ngay lời nói đầu của Luật

đất đai đã khẳng định rõ “Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá, xã hội, an ninh và quốc phòng”[12] Hiến pháp năm 1992 và Luật đất đai năm

1993 cũng nêu "Đất đai thuộc sở hữu toàn dân do Nhà nước thống nhất quản

lý từ Trung ương đến địa phương và đến từng thửa đất, từng chủ sử dụng đất nhằm sử dụng đất theo quy hoạch và kế hoạch để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất" [4]

Bất kỳ một Nhà nước nào, với chế độ chính trị nào, ở thời kỳ nào cũng cần có đất, vì đất đai là vấn đề sống còn của mỗi quốc gia Do vậy, Nhà nước muốn tồn tại và phát triển thì phải “nắm chắc” được nguồn tài nguyên đất phục vụ nhu cầu phát triển của nền kinh tế quốc dân cũng như bảo vệ an ninh quốc phòng của Nhà nước đó

ở nước ta, ngay sau khi cách mạng tháng Tám năm 1945 thành công, nước Việt Nam Dân chủ Cộng hoà ra đời, các luật lệ quy định về ruộng đất trước đây của chế độ phong kiến đã bị xoá bỏ Năm 1946 Chủ tịch Hồ Chí Minh ký sắc lệnh giảm tô và ra chỉ thị chia ruộng đất, đồn điền, trại ấp vắng chủ (của địa chủ Pháp và địa chủ Việt Nam) cho nông dân nghèo Sau ngày 30 tháng 4 năm 1975 đất nước ta hoàn toàn thống nhất, lúc này vấn đề quản lý, sử dụng nguồn tài nguyên đất trên phạm vi lãnh thổ cả nước càng được Đảng và Nhà nước đặc biệt chú trọng Để tạo cơ sở cho việc quản lý và sử dụng đất, Nhà nước đã ra chỉ thị 299/TTg ngày 10/11/1980 về đo đạc lập bản đồ giải

1

thửa, thông tư hướng dẫn cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất Đến ngày 8/01/1988 Nhà nước ban hành Luật đất đai đầu tiên Sau 5 năm thực hiện về cơ bản đã giải quyết được những vấn đề bức xúc trong quá trình quản lý và sử dụng đất Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng về kinh tế – xã hội đã làm bộc

lộ một số nhược điểm và những vấn đề nảy sinh, do đó cần bổ sung hoàn thiện pháp luật đất đai để đáp ứng nhu cầu quản lý đất đai trong thời kỳ đổi mới Vì vậy ngày 14/07/1993 Luật đất đai sửa đổi được ban hành Bên cạnh đó hàng loạt các văn bản dưới luật cũng được ban hành nhằm hướng dẫn và cụ thể hoá việc thi hành Luật này Tuy nhiên trong quá trình thực hiện công tác quản lý Nhà nước về đất vẫn còn nhiều điểm bất cập, nên Luật đất đai vẫn tiếp tục

được sửa đổi vào các năm 1998, 2001 và 2003

Ngày nay, nước ta đang ở giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nền kinh tế xã hội phát triển mạnh, việc đô thị hoá diễn ra với tốc độ lớn làm cho

đất đai biến động thường xuyên Thực tế đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống thông tin đất đai đủ mạnh để quản lý chặt chẽ nguồn tài nguyên đất đai là vô cùng cần thiết

Trong xây dựng hệ thống thông tin đất đai, phần việc quan trọng và tốn kém nhất là xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính Nguồn tư liệu để đưa vào sơ sở dữ liệu là các loại bản đồ địa chính hiện có, tư liệu ảnh viễn thám và số liệu đo trực tiếp ngoài thực địa [23] Trong những năm gần đây ảnh hàng không được

sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình và địa chính cho các loại tỷ lệ ảnh hàng không giúp ta thu thập thông tin

địa vật, địa hình một cách nhanh chóng và khách quan [11] Bên cạnh đó, các tiến bộ khoa học kỹ thuật và công nghệ mới, đặc biệt là công nghệ thông tin

đã và đang được đưa vào ứng dụng trong đo ảnh nên khả năng tự động hóa cho công tác xây dựng cơ sở dữ liệu là rất thuận lợi Mặt khác phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu từ ảnh hàng không giúp chúng ta lưu trữ và hệ thống hoá

được mọi thông tin cần thiết về đất đai trên máy tính, nó thường xuyên bổ sung, cập nhật, tra cứu một cách dễ dàng phục vụ cho công tác quản lý, đánh

2

giá, hoạch định các kế hoạch, quy hoạch sử dụng đất đai, mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao [23]

Xuất phát từ thực tiễn như trên, được sự nhất trí của Khoa Đất & Môi trường và Khoa Sau đại học - Trường Đại học Nông Nghiệp I Hà Nội, với tinh thần tham gia đóng góp trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính phục vụ công tác quản lý và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên đất đai, chúng tôi tiến

hành tìm hiểu và nghiên cứu đề tài: “ứng dụng công nghệ xử lý ảnh số để xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính xã Thanh Minh, huyện Điện Biên, tỉnh

Điện Biên”

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu và tìm hiểu cấu trúc cơ sở dữ liệu địa chính phục vụ cho công tác quản lý đất do Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) ban hành

- Nghiên cứu áp dụng công nghệ xử lý ảnh số để xây dựng cơ sở dữ liệu

địa chính tỷ lệ 1:10.000 khu vực xã Thanh Minh từ tư liệu ảnh hàng không

- Nghiên cứu ứng dụng của công nghệ tin học trong công tác quản lý

địa chính Trên cơ sở đó thử nghiệm trên địa bàn xã Thanh Minh, huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên

1.4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện nay, công tác quản lý đất đai của các địa phương trong cả nước

đang gặp phải rất nhiều khó khăn, đặc biệt là các địa phương vùng núi và trung du vì chúng ta chưa có đầy đủ hệ thống cơ sở dữ liệu địa chính và phần lớn ở các khu vực hành chính này đều quản lý theo phương pháp thủ công Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường đến năm 2002 mới có khoảng 25% diện tích cả nước được đo vẽ bản đồ địa chính chính quy, số còn lại vẫn

đang sử dụng những thành quả đo đạc trước đây với độ chính xác thấp hoặc không có tài liệu đo đạc bản đồ mà chỉ sử dụng những bản sơ họa phục vụ cho công tác cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất [22]

Vì vậy, đề tài sẽ góp phần làm sáng tỏ về công nghệ ảnh số là phương pháp duy nhất nhanh chóng cho chúng ta thu được cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính phục vụ cho công tác quản lý đất đai, đặc biệt là khu vực miền núi và trung du Công nghệ này sẽ từng bước đưa vào áp dụng cho công tác quản lý

đất đai tới cấp huyện và xã nếu được chú trọng đầu tư

Ngoài ra, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng làm tài liệu bổ sung hoặc tài liệu tham khảo trong công tác giảng dạy sinh viên ngành Địa chính của Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

4

2.tổng quan các vấn đề nghiên cứu

2.1 cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa chính

2.1.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu

2.1.1.1 Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu

Một hệ cơ sở dữ liệu là một tập hợp dữ liệu có liên quan với nhau và một tập chương trình để truy xuất những dữ liệu này

Các tập dữ liệu chứa các thông tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ chức, một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính theo một qui định nào đó theo mục đích sử dụng được gọi là cơ sở

dữ liệu (viết tắt CSDL, tiếng Anh là Database) [22]

Phần chương trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ

sở dữ liệu (HQTCSDL, tiếng Anh là Database management system) Theo nghĩa này HQTCSDL có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch (interpreter) với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được

hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu

diễn dữ liệu trong máy [23] Mục đích chính của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu

là cung cấp một cách lưu trữ và truy lục thông tin trong cơ sở dữ liệu sao cho

vừa thuận tiện vừa hiệu quả

Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu được thiết kế để quản lý một lượng lớn thông tin Việc quản lý dữ liệu bao gồm cả việc định nghĩa các cấu trúc để lưu giữ thông tin lẫn việc cung cấp các cơ chế để thao tác thông tin Ngoài ra, các

hệ cơ sở dữ liệu phải đảm bảo được sự an toàn cho thông tin được lưu dù có trục trặc hệ thống hoặc có những truy xuất trái phép Nếu dữ liệu phải chia sẻ cho nhiều người dùng chung thì hệ thống phải tránh được các kết quả sai có thể xảy ra

Các hệ CSDL được thiết kế để quản lý một lượng lớn thông tin Việc quản lý dữ liệu bao gồm cả việc định nghĩa các cấu trúc để lưu trữ thông tin lẫn việc cung cấp các cơ chế để thao tác thông tin Ngoài ra các hệ CSDL phải

5

đảm bảo được sự an toàn cho thông tin được lưu dù có trục trặc hệ thống hoặc

có những truy xuất trái phép Nếu dữ liệu phải được cho nhiều người dùng chung, hệ thống phải tránh được các kết quả sai có thể xảy ra

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu có hỗ trợ các tính năng sau:

* Định nghĩa dữ liệu (Database Definition)

* Xây dựng dữ liệu (Database Construction), đó là các chức năng định nghĩa và xây dựng dữ liệu hỗ trợ người dùng xây dựng các bộ dữ liệu riêng

* Thao tác dữ liệu (Database Manipulation), đó là các thao tác cập nhật, tìm kiếm, sửa, xoá dữ liệu

*Quản trị dữ liệu (Database Administrator), thực hiện phân quyền sử dụng, bảo mật thông tin

*Bảo vệ dữ liệu (Database Protection), thực hiện các thao tác sao chép, phục hồi, tránh mất mát dữ liệu

Ngôn ngữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu bao gồm:

*Ngôn ngữ con định nghĩa dữ liệu (Database Definition Language - DDL) cung cấp các câu lệnh cho phép mô tả, định nghĩa các đối tượng của cơ

sở dữ liệu

*Ngôn ngữ con thao tác dữ liệu (Database Manipulation Language - DML) dùng để thao tác, xử lý trên các đối tượng của cơ sở dữ liệu như thêm, xoá, sửa, tìm kiếm

*Ngôn ngữ con kiểm soát dữ liệu (Database Control Language - DCL)

điều khiển tính đồng thời đối với dữ liệu

Qua suốt bốn thập niên cuối cùng của thế kỷ 20, việc sử dụng cơ sở dữ liệu đã lớn dần ở nhiều cơ quan Trong những ngày đầu có rất ít người tương tác với các hệ cơ sở dữ liệu mặc dù họ không biết rằng họ đã tương tác gián tiếp với nó - qua những bản báo cáo in ra như phiếu thanh toán thẻ tín dụng hoặc trung gian qua nhân viên bán vé máy bay Sau đó các máy rút tiền tự

động xuất hiện và cho phép người dùng tương tác trực tiếp với cơ sở dữ liệu [13] Các giao diện điện thoại với máy tính (các hệ thống trả lời tiếng nói trực

6

tiếp) cũng cho phép người dùng tương tác trực tiếp với cơ sở dữ liệu - bên gọi

có thể quay số và nhấn vào các phím của điện thoại để nhập thông tin và chọn lựa, chẳng hạn như tìm thời gian đến/đi của chuyến bay hoặc đăng ký các lớp

ở một trường đại học

Cuộc cách mạng Internet vào cuối những năm 90 đã làm tăng mạnh

mẽ số lượng người dùng truy xuất trực tiếp vào các cơ sở dữ liệu Các công ty

đã chuyển nhiều giao diện điện thoại của họ với cơ sở dữ liệu thành các giao diện web tạo ra nhiều dịch vụ và thông tin luôn trực tuyến Thí dụ truy xuất một cửa hàng sách trực tuyến và duyệt xem sách hoặc băng đĩa nhạc, có nghĩa

là chúng ta đang truy xuất dữ liệu được lưu trong cơ sở dữ liệu Khi đặt một

đơn đặt hàng trực tuyến, đơn này được lưu vào cơ sở dữ liệu Khi truy xuất

điểm web của một ngân hàng và truy lục thông tin số dư và giao dịch của mình, thông tin này được lấy từ hệ cơ sở dữ liệu của ngân hàng Khi truy xuất một điểm web, thông tin của chúng có thể được truy lục từ một cơ sở dữ liệu

và chọn ra những quảng cáo thích hợp cho chúng ta Ngoài ra, dữ liệu về việc truy xuất của chúng ta cũng có thể được lưu cất trong cơ sở dữ liệu

Bởi vì các thông tin rất quan trọng nên các nhà khoa học máy tính đã phát triển rất nhiều khái niệm và kỹ thuật để quản lý dữ liệu

2.1.1.2 Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu

Một cơ sở dữ liệu được phân thành các mức khác nhau ở đây có thể xem như chỉ có một cơ sở dữ liệu đơn giản và có một hệ quản trị cơ sở dữ liệu

(Hình 2- 1) Mức thấp nhất của kiến trúc một hệ CSDL là cơ sở dữ liệu vật lý (mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên các thiết

bị nhớ thứ cấp (như đĩa từ, băng từ ) CSDL mức khái niệm là một sự biểu diễn trừu tượng của CSDL vật lý (hay tương đương CSDL mức vật lý là sự cài

đặt cụ thể của CSDL mức khái niệm

7

M«i tr−êng hÖ ®iÒu hµnh

HÖ qu¶n trÞ c¬ së d÷ liÖu

Yªu cÇu cña

CSDL møc vËt lý

Về tính độc lập của dữ liệu, chúng ta hãy xem xét hình 2- 2 từ khung

nhìn, tới CSDL khái niệm và CSDL vật lý cho thấy có hai mức “độc lập t ư liệu” Thứ nhất, lược đồ vật lý có thể thay đổi do người quản trị CSDL mà không cần thay đổi lược đồ con Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu trúc dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính toán của các chương trình ứng dụng nhưng không đòi hỏi phải viết lại

các chương trình đó Tính độc lập này gọi là độc lập dữ liệu mức vật lý [27]

Mối quan hệ giữa các khung nhìn và lược đồ khái niệm cho thêm một

loại độc lập nữa, gọi là độc lập dữ liệu logic Khi sử dụng một CSDL, có thể

cần thiết phải thay đổi lược đồ khái niệm như thêm thông tin về các loại khác nhau của các thực thể hoặc bớt, xoá các thông tin về các thực thể đang tồn tại trong CSDL Việc thay đổi lược đồ khái niệm không làm ảnh hưởng tới các lược dồ con đang tồn tại, do đó không cần thiết phải thay đổi các chương trình ứng dụng

Vì thế, tính độc lập dữ liệu là mục tiêu chủ yếu của các hệ CSDL Có

thể định nghĩa tính độc lập dữ liệu là “tính bất biến các hệ ứng dụng đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiến lược truy nhập” [27]

2.1.1.3.Mô hình cơ sở dữ liệu

Mỗi mô hình của cơ sở dữ liệu đều có liên quan đến phương pháp tổ chức dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu logic hoặc liên quan đến cấu trúc logic của dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu Trong đó, những mô hình cơ sở dữ liệu này thường thông qua mô hình dữ liệu phân cấp, mô hình mạng và cơ sở dữ liệu quan hệ

a Mô hình phân cấp (Hierarchical models)

Mô hình phân cấp là sự kết hợp của nhiều cấp độ cơ bản có liên quan Trong thực tế, nó là một cây theo thứ tự (hình 2-3) Mô hình phân cấp lưu trữ dữ liệu bằng các cấp độ giống như mỗi bộ phận phù hợp với cấu trúc của một cây như rễ, cành và lá Cấp độ thứ nhất R1 trong hình vẽ là rễ; S1, S3 ở cấp độ

9

thứ hai là cành, trong khi đó S2, S4, T1, T2, T3, T7 ở cấp độ hai và ba là lá

Tuy nhiên, để nhận ra một mô hình phân cấp không khó, nh−ng còn một số vấn đề trong việc tìm kiếm cấp độ này sau một cấp độ khác và còn nhiều dữ liệu d− thừa

T2

Lớp 2 S4

đ−ợc thời gian tìm kiếm, nh−ng mối quan hệ giữa các dữ liệu lại phức tạp, còn cấu trúc thì không thể nhìn thấy một cách rõ ràng

Trong mô hình mạng và phân cấp thiết kế, việc truy cập tuyến dữ liệu một cách cẩn thận là rất cần thiết Một khi nó đã đ−ợc xác định thì tuyến dữ liệu không thể thay đổi đ−ợc Vậy kết quả hiện hữu của các mối quan hệ phức

10

hợp trong thực tế giữa các dữ liệu thường là không thể mô tả chúng bằng một mô hình mạng hay một mô hình phân cấp cố định Vì vậy, khái niệm của một mô hình quan hệ đã được hình thành

Hình 2- 4 Mô hình mạng [15]

c Mô hình quan hệ (Relationship Model)

Mô hình quan hệ liên quan đến sự tập hợp nhiều mối quan hệ hiện hữu giữa các dữ liệu Cấu trúc dữ liệu được mô tả bằng các mối quan hệ cá nhân này Ví dụ, bảng 2-1 đưa ra một phần mô hình quan hệ của cơ sở dữ liệu trong việc quản lí giảng dạy

S102 Hạ Toán Lập

trình S101 A T112 Hùng Mạch điệnS103 Thu Lý Toán S102 C T113 Vinh L.Trình

Trong bảng này, "Mối quan hệ học sinh", "Mối quan hệ giáo viên" và

"Mối quan hệ học tập" không chỉ mô tả sự tồn tại, mà còn mô tả các mối quan

11

hệ giữa chúng Mỗi một mối quan hệ tương đương với một "bảng hai chiều" Vậy tính đơn giản trong cấu trúc là một đặc điểm chính của mô hình quan hệ,

nó có thể mô tả cấu trúc dữ liệu của mô hình mạng hay một số mô hình phân cấp bằng một loạt các mối quan hệ có cấu trúc đơn giản Khi sử dụng, chúng

ta phải thiết lập sự phân tích cấu trúc và đưa ra dữ liệu theo mô hình mạng và mô hình phân cấp, sau đó cố định mối quan hệ logic giữa các dữ liệu nếu cần thiết Tuy nhiên trong cơ sở dữ liệu quan hệ, việc thiết lập các mối quan hệ logic phức hợp thường không cần thiết Những gì chúng ta làm là lưu trữ dữ liệu trên máy tính theo một mẫu nhất định, sau đó chúng có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau

Thuận lợi của mô hình quan hệ là được hình thức hoá toán học chặt chẽ, do đó các xử lý, thao tác với dữ liệu dễ dàng, có tính độc lập dữ liệu cao Cấu trúc dữ liệu đơn giản mềm dẻo trong xử lý và dễ dàng cho người sử dụng

Đặc biệt các phép tính cập nhật dữ liệu cho mô hình quan hệ nói chung là ít phức tạp hơn nhiều so với các mô hình khác

d Mô hình quan hệ thực thể (ERM - Entity Relationship Model)

Mô hình quan hệ thực thể dựa trên quan niệm về thế giới thực bao gồm các đối tượng được gọi là các thực thể (entity) và mối quan hệ giữa chúng

"Thực thể" là một vật hoặc một đối tượng (gọi là object) trong thế giới thực

mà ta có thể phân biệt được chúng với nhau Các thực thể được mô tả trong CSDL bởi một tập các thuộc tính (attributess or features) Mô hình quan hệ thực thể luôn luôn khống chế nội dung trong cơ sở dữ liệu làm cho CSDL luôn luôn nhất quán Điểm mạnh nhất của nó là khả năng hỗ trợ thiết kế và tổ chức thông tin cũng như tính tương thích lớn của nó đối với mô hình dữ liệu quan

hệ

e Mô hình hướng đối tượng (OOM - Object Oriented Model)

Mô hình hướng đối tượng dựa trên cơ sở các gói dữ liệu (data packages) và mã liên quan tới đối tượng Mọi sự tương tác của người sử dụng với các đối tượng được quản lý này đều thông qua các thông điệp, hoặc sự

12

tương tác giữa đối tượng này với đối tượng khác đều phải thông qua các thông

điệp Đối tượng bao giờ cũng có mã thao tác, nhưng mã này được gọi là những phương pháp Những đối tượng có chung kiểu giá trị và cùng phương pháp thì

được gộp vào cùng một lớp

Mô hình hướng đối tượng là một mô hình hiện đại được nhiều quốc gia phát triển trong những năm gần đây và đã có nhiều ứng dụng trong các ngôn ngữ lập trình cũng như các giải pháp về phần mềm và hệ thống phần cứng

Thực thể là một vật thực hay một đối tượng tồn tại một cách khách quan, chúng ta có thể phân biệt chúng nhờ chỉ số index của chúng trong máy tính (ID) Nếu các thực thể không có chỉ số thứ tự tự nhiên thì chúng ta phải tạo ra các chỉ số cho chúng Thuộc tính hay còn gọi là tính chất của các thực thể được biểu thị trong các trường (cột) của bảng

Giữa các thực thể có các mối quan hệ với nhau Các quan hệ giữa các thực thể có thể là 1 - 1, 1 - n và n - n

Trên cơ sở các mô hình dữ liệu trên, trong quá trình sử dụng và phát triển, người ta đang nghiên cứu phát triển thêm một số loại mô hình dữ liệu

khác nhằm mô tả và thể hiện thế giới thực một cách chính xác và phù hợp hơn

2.1.2 cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin đất

2.1.2.1.Khái niệm chung về hệ thống thông tin đất

a Khái niệm

Hệ thống thông tin đất được định nghĩa như là sự kết hợp giữa con người và nguồn lực kỹ thuật để tạo thành một phương thức tổ chức Phương thức tổ chức đó tạo ra những thông tin để hỗ trợ cho những yêu cầu về quản

lý Dữ liệu là những thông tin thu thập từ thực tế có liên quan đến đất đai (một khu vực địa lý) Dữ liệu này có thể được lưu trữ dưới dạng chữ hoặc số hay cũng có thể bằng hình không gian (như bản đồ, ảnh vệ tinh) hoặc kỹ thuật số

Để trở thành cơ sở dữ liệu thì các thông tin về đất đai phải được xử lý và quản

lý theo một khuôn dạng nào đó Một hệ thống thông tin đất có thể hỗ trợ cho việc quản lý đất bằng cách cung cấp các thông tin về đất đai và các nguồn lực

13

trên đất cũng như những thành quả đã được tạo ra từ đất [15]

Vận hành hoạt động của hệ thống thông tin đất bao gồm các việc như thu thập và tập hợp dữ liệu, xử lý dữ liệu, lưu trữ và duy trì nó, truy cập, phân tích cung cấp thông tin Lợi ích của hệ thống thì phụ thuộc vào sự cập nhật, độ chính xác và khả năng tiếp cận của hệ thống Ngoài ra hệ thống sẽ rất hữu ích nếu như được thiết kế vì người sử dụng hơn là cho các nhà sản xuất thông tin

Hệ thống thông tin đất có thể cung cấp thông tin dưới hình thức như là một sản phẩm (như bản đồ hoặc là nhưng hồ sơ liên quan) hoặc dưới hình thức dạng dịch vụ (như những dịch vụ tư vấn chuyên ngành) Nó có thể cung cấp dữ liệu dưới dạng chữ hoặc số, dữ liệu không gian mà nó có thể được trình diễn trên bản đồ và những dữ liệu về thời gian mà nó có thể chỉ ra tính hiện hành của dữ liệu

Hệ thống thông tin đất có thể được xây dựng cho các chức năng cơ bản hoặc chúng có thể trở thành đa chức năng, một số thì được phát triển để hỗ trợ cho việc quy hoạch chiến lược, trong đó tập trung vào xác định những mục tiêu và nhu cầu về nhân lực để thực hiện mục tiêu Một số khác thì cung cấp cho việc điều hành quản lý, nó quan tâm đến việc sử dụng hiệu quả các nguồn lực để hoàn thành những mục tiêu về tổ chức Một số khác thì được thiết kế cho việc điều khiển vận hành do vậy nhiệm vụ đặc biệt có thể được thực hiện một cách hiệu quả Mỗi một yêu cầu cụ thể thì cần một tập hợp của các tiêu trí thông tin

Tuỳ theo mục đích nghiên cứu và phương pháp tiếp cận mà các nhà khoa học đưa ra các định nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin đất Với mục

đích là thông tin phục vụ cho quản lý đất đai, nếu tiếp cận theo khía cạnh quy trình tạo lập hệ thống thông tin thì có thể hiểu hệ thống thông tin như sau:

Hệ thống thông tin đất là tập hợp các phần tử có mối ràng buộc lẫn nhau để cùng hoạt động nhằm đạt được mục đích nhất định trong quá trình quản lý đất đai [15] [14]

Qua đó ta thấy mục đích chính của hệ thống thông tin đất là giúp

14

chúng ta xây dựng được những quyết định đúng đắn để quản lý và khai thác sử dụng nguồn tài nguyên đất đai có hiệu quả nhất Các kiến thức cơ bản về vị trí,

số lượng và sự có sẵn của các nguồn tài nguyên là thiết yếu cho việc xây dựng các kế hoạch có tính chất phù hợp cao và phát triển các nguồn tài nguyên thiên nhiên hợp lý

Thế giới chúng ta bao gồm nhiều vật thể địa lý, là một tập hợp các dữ liệu liên quan đến nhau như khí tượng thuỷ văn, địa hình, thổ nhưỡng, hệ thống giao thông, sử dụng đất [1] [13]

Như vậy, một hệ thống thông tin chỉ được gọi là hệ thống thông tin về

đất khi nó cho phép sự hoạt động không gian trong dữ liệu và tạo ra khả năng thu thập, xử lý và cung cấp thông tin

b Các thành phần cơ bản của Hệ thống Thông tin Đất

Hệ thông tin đất là một dạng đặc thù của hệ thống thông tin địa lý Vì vậy các yêu cầu để xây dựng hệ thống thông tin đất về cơ bản cũng tương tự như các bộ phận cấu thành của hệ thống thông tin địa lý Tuy nhiên điểm khác biệt là hệ thống thông tin về đất sử dụng cho một lĩnh vực cụ thể hơn vì nó phục vụ cho công tác quản lý đất đai

Hệ thống thông tin về đất được cấu thành bởi các thành phần sau:

Đội ngũ cán bộ kỹ thuật

Các phần mềm ứng dụng trong hệ thống thông tin về đất không đòi hỏi người sử dụng có kiến thức tin học cao, nhưng cần có một chuyên gia về hệ thống, các nhân viên có kinh nghiệm trong việc xử lý chuyên môn, đối với máy móc thiết bị cần có một người thực sự có kiến thức tin học cao để làm hạt nhân bảo dưỡng các hệ thống

Hệ thống phần cứng và phần mềm chuyên dụng

Bao gồm toàn bộ cơ sở, trang thiết bị về máy móc, các phần mềm để làm sao cho hệ thống có thể hoạt động Trong hệ thống thì tuỳ vào từng hệ thống mà chúng ta có sự đầu tư hợp lý Cùng với đầu tư ban đầu cần có một nguồn vốn để bảo dưỡng hệ thống

15

Cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Cụ thể dữ liệu không gian đó là các dữ liệu bản đồ số tồn tại ở các loại đối tượng, cấu trúc dữ liệu, mô hình dữ liệu khác nhau Dữ liệu thuộc tính là thông tin được thể hiện dưới dạng text mô tả các đặc tính của đối tượng không gian [17]

là việc tự động tìm kiếm và sửa lỗi, chồng ghép các lớp thông tin, các phép toán thống kê số liệu lưu trữ hay trong quản lý thông tin địa chính là việc quy chủ, quy trình đăng ký, cấp giấy chứng nhận, lập biểu thống kê [21]

16

Quảng bá và sử dụng

Đây là khâu cuối cùng của việc đưa ra thông tin và đưa các thông tin vào sử dụng Các thông tin được đưa ra ở đây dưới dạng văn bản, các bảng thuộc tính, bảng thuyết minh, các bảng báo cáo (mẫu hồ sơ địa chính, giấy chứng nhận, biểu thống kê, )

2.1.2.2.Cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa chính

Như chúng ta đã biết, cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 80% giá trị của hệ thống thông tin địa chính, hay nói cách khác cơ sở dữ liệu chính là “linh hồn” của hệ thống thông tin Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa chính là tập hợp các dữ liệu có liên quan với nhau được lưu trữ dưới dạng số Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên quan với các điểm đặc trưng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Hai loại dữ liệu này cần phải tuân theo một cấu trúc hợp lí để thuận tiện quản lí, lưu trữ, sửa đổi và khai thác theo mục đích sử dụng

a Cơ sở dữ liệu không gian

Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó những thông tin về định vị của đối tượng Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tượng có kích thước vật lí nhất định có trên bề mặt hoặc ở trong vỏ quả đất

Từ góc độ công nghệ thông tin địa chính, đó là những yếu tố không gian

lí địa lý được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất

định Tuy nhiên cơ sở dữ liệu không gian không đơn thuần là sự mô tả địa chỉ của một khu dân cư mà chúng ta nên hiểu rằng khu dân cư đó chính là một cơ

sở dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có ba dạng cơ bản là điểm, đường

và vùng Các đối tượng dạng kiểu đất cảnh quan như hồ nước, ranh giới thửa

đất, ranh giới sử đất là cơ sở dữ liệu không gian vùng; sông, đường giao thông là những cơ sở dữ liệu dạng đường; điểm mốc trắc địa, điểm giếng khoan là những cơ sở dữ liệu dạng điểm

Tất cả các đối tượng trên bề mặt quả đất đều có thể gộp vào ba dạng cơ bản trên bởi vì công nghệ hệ thống thông tin địa chính là công nghệ tin học và

17

máy tính không hiểu được các khái niệm giếng khoan, sông là gì, nhưng nó

có thể hiểu được định nghĩa về điểm, đường, vùng Các yếu tố cơ bản nêu trên thường được gắn với lời chú giải hoặc kí hiệu Ví dụ những bãi bùn cát, vùng cây ngập nước được thể hiện bằng vùng bao phủ tập hợp toạ độ cùng với những kí hiệu qui định Các chú giải này có thể là tên, có thể là kí hiệu thực

tế hoặc số qui ước hay kí hiệu đặc biệt

Để qui dữ liệu không gian về ba loại trên, cần thiết phải xác định:

* Mối quan hệ giữa các đối tượng

Các đối tượng nghiên cứu chuyên ngành luôn được so sánh với nhau để tìm ra mối liên quan hình học và ảnh hưởng giữa chúng Đây là một yếu tố rất quan trọng và cũng là sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống thông tin địa chính hiện đại và các hệ xử lí đồ thị khác

Tất cả các yếu tố đối tượng trong hệ thống thông tin địa chính đều có thể

được mô tả theo hai kiểu cấu trúc dữ liệu raster hoặc vector

* Cấu trúc dữ liệu Raster [17] [24]

Đây là cấu trúc dữ liệu mà trong đó dữ liệu được thể hiện thành một mảng gồm các pixel và mỗi pixel đều mang giá trị của thông số đặc trưng cho

đối tượng Một khu vực trên bản đồ được biểu thị ở dạng số bằng cách lưu giữ

vị trí (toạ độ tâm điểm của chúng), kích thước và tính tương ứng của mỗi pixel Mỗi Pixcel sẽ tương ứng với một diện tích vuông trên thực tế Giá trị độ lớn của Pixcel còn được gọi là độ phân giải của dữ liệu Hình vuông là dạng pixel phổ biến nhất sau đó là hình chữ nhật

18

Như vậy trong cấu trúc dữ liệu raster các yếu tố cơ bản được biểu diễn :

Đối tượng điểm: Điểm được xác định như là một pixel độc lập bao bởi

các pixel có thuộc tính khác với nó

Đối tượng đường:Đường được coi là tập hợp các pixel kế nhau theo một hướng nào đó cùng thuộc tính

Đối tượng vùng: Vùng được xác định bởi một tập hợp các pixel kế nhau

cùng thuộc tính

Thông thường khi lưu trữ cũng như biểu diễn thông tin theo dạng cấu trúc raster thì người ta hay sử dụng thuật toán mã nhị phân, tức là những thông tin biểu diễn (hiển thị lên màn hình) đều được gán mã là 1, còn phần trống (không chứa thông tin ) sẽ được gán mã là 0 hoặc ngược lại

* Cấu trúc dữ liệu vector [24] [27]

Cấu trúc vector là cấu trúc dữ liệu dựa trên các điểm có toạ độ để biểu diễn các đối tượng thông qua ba yếu tố cơ bản điểm, đường, vùng Cấu trúc dữ liệu vector cho phép mô tả chính xác vị trí và mối quan hệ không gian của các đối tượng và hiện tượng

19

H×nh 2- 5: CÊu tróc Vector d¹ng ®iÓm

20

Điểm trong cấu trúc dữ liệu vector được mô tả bởi cặp toạ độ X,Y trong một hệ thống toạ độ nhất định Đi kèm theo giá trị toạ độ X,Y của điểm còn

có chỉ số cụ thể để mô tả đặc tính của điểm (điểm đơn giản, điểm kí tự, điểm nút, độ sâu )

Để nhận biết rõ cấu trúc của một yếu tố điểm theo kiểu vector ta xét sơ

đồ biểu diễn cấu trúc vector của một điểm (hình 2- 5)

Hình 2- 6: Biểu diễn thông tin dạng đường theo cấu trúc Vector

Về mặt lý thuyết đường là tập hợp vô số các điểm (hình 2- 6) Trong cấu trúc dữ liệu vector thường mô tả đường là tập hợp các cung (ARC), mỗi cung

là tập hợp của các đoạn thẳng nhỏ nối giữa các điểm kề nhau đã được chọn Các đoạn thẳng này đủ nhỏ để đảm bảo không lệch khỏi đoạn thực một khoảng vượt quá sai số cho phép.Số liệu định vị của các yếu tố đường được lưu trong máy tính dưới dạng tập hợp các cặp toạ độ, trong đó các cặp toạ độ

21

đặc trưng cho điểm thuộc đường đó Với một đường thẳng ta có thể lưu giữ toạ

độ của hai điểm đầu và cuối, nhưng với một đường cong số lượng điểm lưu trữ rất lớn Muốn giảm bớt số lượng ô nhớ khi lưu trữ đường cong thì đoạn thẳng giữa các điểm lưu trữ có thể sắp đặt lại thành các dạng của cung cong Như vậy quá trình cấu tạo đường đẳng sâu các điểm được lưu trữ không phải là những điểm nối giữa các đoạn thẳng mà là các các điểm tạo cung tròn hoặc parabol Khi đó phải chỉ ra cách tạo dựng đường cùng các điểm được lưu trữ, phải chỉ rõ các kiểu đường (kiểu nội suy) đối với từng yếu tố đường Đối với từng kiểu đường có nhiều nét chung giống nhau cần đặt ra những qui tắc lưu giữ hợp lí

Các điểm của đường được chọn để lưu trữ thường là các điểm ngoặt (điểm đặc trưng) phản ánh đúng hình thái của đường một cách đơn giản nhất Tuy nhiên một đường cũng có thể được chia nhỏ ra thành nhiều đoạn, từng

đoạn có thể lưu trữ tách riêng với nhau Trong trường hợp này cần cung cấp

địa chỉ lưu trữ của mỗi đoạn kế tiếp sau kèm theo đoạn đó

Đối tượng vùng

Vùng (hay còn gọi là miền) có thể coi là tập hợp vô số điểm đư;ợc giới hạn bởi một đường khép kín Số liệu định vị của yếu tố vùng được xác định bởi đường bao của chúng

Nói chung không có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu

tố đường và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường Nhưng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu định vị kèm theo kiểu yếu tố được biểu thị (điểm, đường, vùng) Ngoài ra cũng có khả năng ngầm hiểu ví dụ như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt

là yếu tố đường Đường bao của một vùng khép kín (tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau) Ngược lại một đường khép kín không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ, đường bình độ không là yếu tố vùng) Trong thực tế các yếu tố vùng nằm kề nhau (có bờ ngăn cách chung) Để giảm việc lãng phí bộ nhớ do lưu giữ các cạnh chung hai lần, người ta chỉ tiến

22

hành lưu trữ mỗi cạnh một lần, đồng thời cung cấp cho từng vùng những thông tin về cạnh thuộc nó

Hình 2-7: Sơ đồ liên kết thông tin chung giữa hai vùng

Tương tự như vậy với trường hợp các điểm chung có thể lưu giữ toạ độ mỗi điểm một lần và cung cấp cho đường những thông tin về các điểm thuộc

đường ví dụ hình 2- 7, hai vùng I và II có chung cạnh c và hai điểm 3 và 4 Từ

đó ta có sơ đồ về việc liên kết thông tin chung giữa hai vùng

Sự tiết kiệm bộ nhớ này chỉ thực sự có giá trị khi số lượng cạnh chung khá lớn Tuy nhiên điều đáng kể ở đây là cách tổ chức dữ liệu như trên cho phép thao tác với số liệu thuận lợi hơn

* Ưu nhược điểm của cấu trúc dữ liệu kiểu Raster và Vector [24] [27]

Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm người ta đã so sánh và rút ra những ưu nhược điểm của hai loại cấu trúc dữ liệu trên như sau:

Cấu trúc dữ liệu Raster

- Máy vẽ Raster có tốc độ đầu ra nhanh

Nhược điểm:

- Dung lượng thông tin quá lớn

- Dung lượng thông tin giảm khi kích thước pixel lớn và khi đó các thông tin dễ bị sai lệch

- Các bản đồ có hình ảnh thô và đơn điệu

- Khó khăn khi chồng xếp và phân tích các dữ liệu bản đồ có kích thước pixel khác nhau; không thể xác định các đối tượng riêng lẻ một cách trực tiếp

- Khối lượng tính toán để biến đổi tọa độ rất lớn

Cấu trúc dữ liệu vector

- Có một số khó khăn nảy sinh khi chồng xếp một số bản đồ

Raster và vector là hai phương pháp mô tả các thông tin không gian khác nhau và thể hiện sự mở rộng không gian thực thể, chúng có thể chuyển đổi từ dữ liệu vector sang dữ liệu raster và ngược lại

b Cơ sở dữ liệu thuộc tính [26] [28]

Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệu phi không gian) là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau Ví dụ, các thông tin

về chủ đất, chất lượng đất, thể loại đất là những dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính định lượng và thường được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột Mỗi hàng bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như tên, diện

24

tích Mỗi loại thông tin khác nhau này gọi là một trường, mỗi trường được sắp xếp tương ứng với một cột Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng gồm các hàng các cột như trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp dữ liệu phi không gian Ngoài những đặc điểm như đã nêu trên, dữ liệu phi không gian có thể bao gồm các hình thức trình bày chuẩn của mỗi yếu tố (màu sắc, lực nét, kiểu đường ) nhằm giúp cho các quá trình sử dụng các kí hiệu và dụng cụ vẽ được thuận tiện Điều này đặc biệt có lợi để biểu thị dữ liệu đồ hoạ có hiệu quả và nhanh chóng

Cùng với dữ liệu không gian, các dữ liệu thuộc tính của cùng yếu tố cũng

được lưu trữ và đều được liên kết với dữ liệu không gian của chính đối tượng

đó Mối liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian có thể được thực hiện bằng cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu không gian Cách thứ hai để thực hiện mối liên kết này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính theo cùng một trình tự, sau đó gán mã duy nhất cho cả hai loại dữ liệu

Dữ liệu thuộc tính có thể được vào trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các tệp văn bản hoặc thu nhận từ các phần mềm khác nhau

2.1.2.3 Mối liên kết dữ liệu

Mối liên kết dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng Đồng thời qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index [26]

2.1.2.4 Thu thập dữ liệu và cập nhật dữ liệu

Như chúng ta đã biết, trong hệ thống thông tin địa lý, 80% giá trị của hệ thống là hệ thống cơ sở dữ liệu Giá trị dữ liệu cao như vậy vì tính chất phức tạp của việc thu thập và cập nhật các dữ liệu địa chính

25

a Thu thập các dữ liệu không gian

Các dữ liệu không gian thường ở dạng ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các loại dữ liệu bản đồ và từ số liệu đo đạc khảo sát ngoài thực địa Các loại

ảnh chỉ đóng vai trò các thông tin nguồn ở dạng reser để thành lập các loại bản đồ dạng vector hoặc raser- vector

- Thu thập dữ liệu bằng đo đạc mặt đất

Các phương pháp đo đạc bản đồ số bằng thiết bị mặt đất hiện nay là các máy toàn đạc điện tử tự động (electronic totalstion) hoặc các thiết bị định vị vệ tinh (GPS) [3]

Đo đạc bằng các máy toàn đạc điện tử dựa trên nguyên tắc truyền thống

là việc đo toạ độ các điểm chi tiết thông qua chiều dài cạnh và góc bằng để tính góc phương vị từ một cạnh đã biết phương vị [14] Như vậy, để đo đạc chi tiết người ta phải bố trí một mạng lưới các điểm đo vẽ khá dầy đặc [7] Phương pháp toàn đạc điện tử hiện nay chỉ được dùng để thành lập cơ sở dữ liệu bản đồ tỷ lệ lớn 1:1.000, 1:500 và 1:200 Phương pháp này sử dụng để thu thập dữ liệu không gian cho các thống thông tin quản lý đất đai hoặc các hệ thống thông tin quản lý công trình khu vực đô thị và đồng bằng

Đo đạc bằng các thiết bị định vị vệ tinh được phát triển mạnh trong các thập kỷ 90 này Các phương pháp GPS đo tĩnh đã giải quyết trọn vẹn vấn đề thành lập các lưới toạ độ-độ cao Các phương pháp GPS động cho phép giải quyết tiếp việc đo đạc thành lập bản đồ Phương pháp GPS động chia thành hai công nghệ là Công nghệ sử lý sau (Post- Procesing) và công nghệ thời gian thực (Real time kinematic) Cả hai dạng công nghệ này đều dựa trên nguyên tắc đo gia số toạ độ giữa một điểm khống chế đến các điểm chi tiết bằng việc thu tín hiệu vệ tinh đồng thời từ hai trạm [3] Do ưu việt của phương pháp GPS nên mật độ các điểm khống chế cần thiết thưa hơn nhiều so với phương pháp toàn điện tử Phương pháp đo động GPS xử lý sau dựa trên việc xử lý các tín hiệu vệ tinh thu đồng thời tại điểm khống chế và điểm chi tiết sau khi tiến hành đo đạc Phương pháp đo động GPS thời gian thực dựa tên việc xử lý tín

26

hiệu thu đồng thời tại điểm khống chế và đo chi tiết ngay khi tiến hành đo nhờ

bộ truyền dữ liệu qua vô tuyến giữa hai trạm (không cần chỉnh lý nội nghiệp) Sau khi xử lý dữ liệu đo, người ta sử dụng các phần mềm để thành lập bản đồ

số Các bản đồ này được phân lớp thông tin ngay trong quá trình thành lập bản

đồ tạo thành cơ sở dữ liệu của hệ thống

- Thu thập dữ liệu từ ảnh hàng không và ảnh vệ tinh

Ngày nay, chúng ta có thể sử dụng phương pháp đo ảnh số để thành lập cơ sở dữ liệu bản đồ số tỷ lệ 1:50.000, 1:25.000, 1:10.000,1:5.000 và 1:2.000 trên cơ sở tư liệu ảnh hàng không và ảnh vệ tinh độ phân giải cao [5] [8] Còn các dữ liệu khác ở tỷ lệ nhỏ hơn, ta có thể thu thập từ các loại ảnh vệ tinh có

độ phân giải thông thường Sau khi biên tập dữ liệu theo các chuẩn quy định, chúng ta sẽ thu nhận được các cơ sở dữ liệu quản lý trong hệ thống

Các ảnh vệ tinh thường được cung cấp ở dạng thông thường và ở dạng

số Còn ảnh hàng không hiện chỉ được chụp ở dạng thông thường, sau khi tráng rửa người ta tiến hành quét bằng các Photoscanner để có dạng ảnh số [16]

Xu hướng phát triển hiện nay của công nghệ đo ảnh là nghiên cứu chế tạo các máy chụp ảnh số có độ phân giải cao, kích thước lớn để thu ngay ảnh

số trong quá trình chụp ảnh Xu hướng này đã bắt đầu phát huy tác dụng trong

ảnh Radar [11]

- Số hoá các loại bản đồ đang có giá trị sử dụng

Hiện nay chúng ta có rất nhiều các loại bản đồ được thành lập bằng

công nghệ cổ truyền ( Công nghệ Analog), chỉ có các bản gốc trên phim hoặc

trên giấy Để tận dụng người ta tiến hành số hoá các bản đồ này để chuyển sang dữ liệu số [17]

Về nguyên lý, việc số hóa bản đồ được thực hiện bằng một trong hai giải pháp là số hoá bằng bàn số hoá (digitizer) và số hoá thông qua hệ thống máy quét (scanner) và phần mềm chuyên dụng [11]

27

b.Thu thập các dữ liệu thuộc tính [9]

Các dữ liệu thuộc tính được thu thập theo một đường hoàn toàn khác, gắn liền với việc thực hiện các công tác điều tra cơ bản Các dữ liệu này nhận

được theo các con đường sau:

• Tổ chức các đoàn điều tra thực địa để thu thập các số liệu địa chính của hệ thống

• Lấy số liệu từ hệ thống mạng lưới tổ chức quản lý ngành, phương pháp này mang lại hiệu quả lớn đối với những ngành có chân rết ở các địa phương, đặc biệt có hiệu quả khi bộ máy quản lý toàn ngành được nối với nhau bằng một mạng máy tính kiểu Internet

• Lấy số liệu từ cơ quan điều tra cơ bản của ngành Mỗi ngành đều có một cơ quan làm nhiệm vụ điều tra cơ bản Số liệu được tập hợp theo biểu mẫu qui định Các số liệu này là một nguồn thông tin thuộc tính rất quan trọng

c Cập nhật thông tin

Một cơ sở dữ liệu địa chính sẽ không sống được nếu không tổ chức tốt việc cập nhật thông tin Việc cập nhật thông tin thường được thực hiện theo chu kỳ hoặc có thể theo nhiệm vụ đột xuất cần giải quyết ngay [2] Việc cập nhật thông tin thường thực hiện đồng thời hoặc có thể riêng biệt giữa thông tin không gian và thông tin thuộc tính

Việc cập nhật các thông tin theo chu kỳ thường sử dụng các tư liệu ảnh hàng không và ảnh vệ tinh mới chụp Thông tin cần cập nhật là các yếu tố không gian và một số yếu tố thuộc tính Người ta chỉ cần ghép các ảnh mới chụp lên bản đồ số trong cơ sở dữ liệu địa chính là xác định được và điều chỉnh lại các lớp thông tin theo đúng hiện trạng [1]

Cập nhật các thông tin thuộc tính có trình tự và con đường tương tự như

thu thập thông tin

28

d.Bảo toàn dữ liệu trong quá trình cập nhật, sữa đổi dữ liệu

Mỗi một hoạt động trong quá trình này gọi là giao dịch Các giao dịch

có thể bao gồm:

- Sửa đổi các giá trị dữ liệu đơn

- Thêm hoặc xoá toàn bộ các bản ghi

- Thêm, xoá thuộc tính

- Thay đổi ngữ cảnh, thêm bảng mới, định nghĩa lại khoá

Các qui định bắt buộc đối với một giao dịch:

- Tất cả các phép chỉnh sửa là tạm thời cho đến thời điểm chấp nhận

- Hệ thống sẽ tự động kiểm tra tính bảo toàn khi thay đổi cơ sở dữ liệu

- Các thao tác thay đổi dữ liệu có thể ngắt bất cứ lúc nào trước lần khẳng định cuối cùng

Trong nhiều trường hợp, nhiều người dùng sẽ truy nhập vào cơ sở dữ liệu cùng một thời điểm, đây chính là ưu điểm chính trong môi trường đa người dùng

Tuy nhiên, nếu cơ sở dữ liệu bị thay đổi bởi nhiều người dùng cùng một lúc, các nguyên tắc bảo toàn dữ liệu dễ bị vi phạm Vì vậy, để có thể tránh các thay đổi có thể ảnh hưởng và làm mất tính bảo toàn dữ liệu thì:

- Hệ thống phải có các thao tác điều khiển tự động và là cơ sở để bảo toàn dữ liệu

- Các người dùng đồng thời không bao giờ thấy hiệu ứng của một giao dịch không trọn vẹn

- Các xung đột giữa các người dùng được xử lý ở mức giao dịch

Ba kiểu xử lý khi có truy nhập đồng thời là:

- Bảo vệ thông báo khi phát hiện xung đột

- Bảo vệ không cho các ứng dụng khác sửa đổi (khóa)

Các mức khoá dữ liệu:

- Toàn bộ lớp dữ liệu

29

- Khoá bản ghi

- Khóa trường dữ liệu

Ngoài ra, dữ liệu dữ liệu có thể bị mất do các trường hợp sau:

• Sự ngừng hoạt động của hệ quản trị cơ sở dữ liệu vì các lỗi thao tác,

hệ điều hành hoặc phần cứng mất điện Các sự cố này xảy ra thường xuyên dẫn đến dữ liệu trong bộ nhớ bị mất Tuy nhiên đối với sự cố này nội dung cơ

sở dữ liệu trong đĩa nói chung là không bị ảnh hưởng

• Hỏng các thiết bị lưu trữ hoặc bị ngắt khi đang giao dịch Các sự cố này ít xảy ra, khôi phục dữ liệu lâu hơn Để khắc phục sự cố này, cách giải quyết là tạo các bản sao chép lại của dữ liệu

Thông thường, cơ sở dữ liệu bắt buộc phải sao chép lại thường xuyên với các thiết bị lưu trữ như băng từ, đĩa mềm, đĩa CD, ổ cứng

2.1.3.phân lớp thông tin trong hệ thống thông tin địa chính

Các thông tin không gian trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính khá phong phú Các đối tượng bản đồ thể hiện qua các kiểu đặc trưng như điểm,

đường và vùng

Các đối tượng được tổ chức thành nhiều lớp thông tin, mỗi lớp thông tin

sử dụng một kiểu điểm, một kiểu đường, một kiểu chữ và một màu nhất định

để hiển thị

Các lớp thông tin được định vị trong cùng một hệ quy chiếu nên khi chồng xếp các lớp thông tin lên nhau, chúng ta được cơ sở dữ liệu không gian

có hình ảnh giống như một tờ bản đồ hoàn chỉnh

Các đối tượng trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính được phân loại trong cùng một lớp là các đối tượng có chung một số tính chất nào đó Mã của các

đối tượng trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính phải thống nhất với mã của các

đối tượng cùng tên trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình

2.1.3.1 Nguyên tắc phân lớp trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính [20]

30

- Việc phân lớp các đối tượng nội dung trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa

chính phải dựa trên cơ sở phân loại nội dung và ký hiệu của bản đồ địa chính

tỷ lệ tương ứng

- Các đối tượng trong một lớp thông tin thuộc một loại đối tượng hình

học duy nhất là điểm (point), đường (polyline) hoặc vùng (polygon)

- Nguyên tắc phân lớp thông tin: Yếu tố cơ sở của thông tin là loại đối

tượng (object) Các đối tượng có cùng chung một số đặc điểm, tính chất nhất

định được gộp thành lớp đối tượng (object Class) Các lớp đối tượng được gộp thành các nhóm đối tượng (Category) Mỗi một đối tượng được gán một mã số

thống nhất Mã của một loại đối tượng gồm:

< Mã nhóm> < Mã lớp> < Mã loại đối tượng>

- Quy tắc đặt mã thông tin

• Mỗi loại đối tượng có một mã duy nhất

• Mỗi một lớp đối tượng có một mã duy nhất

• Trong một nhóm đối tượng, mã của các lớp đối tượng

được đánh số liên tục

- Quy tắc đặt tên của loại đối tượng, lớp đối tượng, nhóm đối tượng:

tên được đặt theo kiểu viết tắt sao cho dễ nhận biết đó là loại thông tin nào

2.1.3.2.Quy định về các tệp chuẩn cơ sở [20]

Quy định về thư mục chuẩn

Toàn bộ các tệp chuẩn cơ sở được lưu trong thư mục có tên C:\BDDC\DC10000\

Các tệp chuẩn cơ sở

- Seedfile là DC_2DM3.dgn

- Tuỳ thuộc vào quy định của Quy phạm và phương án kinh tê-kỹ thuật

mà cập nhật kinh tuyến trục vào Seedfile cho phù hợp

Phông chữ tiếng Việt VNFONTDC.RSC

Thư viện các ký hiệu độc lập DC_10000.CEL

31

Các ký hiệu được thiết kế thành các CELL và chứa trong thư viện có tên DC_10000CEL Kích thức CELL được thiết kế theo đơn vị đo chính và bằng kích thước quy định trong bảng mô tả ký hiệu địa chính

Thư viện các ký hiệu hình tuyến DC_10000.RSC

Bảng chuẩn mã hoá DC10000.tbl

Bảng chuẩn màu MAU_DC.tbl

Chuẩn lực nét Theo quy định lực nét trong MicroStation

2.1.3.3 Phân lớp nội dung bản đồ số địa chính [20]

Trong cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính có 9 lớp đối tượng cơ bản sau:

a Nhóm lớp cơ sở toán học

Mẫu trình bày khung tạm thời tuân thủ theo mẫu của Ký hiệu bản đồ

địa chính tỷ lệ 1:500 – 1:5000, nhưng quy định phân lớp theo văn bản này

Đưa toàn bộ các điểm khống chế (theo quy định của phương án) vào file dữ liệu bằng toạ độ (điểm tâm cell) Phần ghi chú lấy theo mẫu thiết kế sẵn như các Cell GCTHVA, GCDTDN Trường hợp khi đối tượng quá dày chỉ cho phép xê dịch các đối tượng khác (không phải là các điểm khống chế) để tránh chồng đè Trong trường hợp có sự mất tương quan giữa điểm khống chế

và đối tượng địa vật, phải xem lại xem có nhập sai toạ độ x, y của điểm khống chế hoặc các đối tượng được đo vẽ chưa chính xác

Toạ độ khung mảnh, các điểm lưới km, cũng phải dựa vào bằng toạ độ thật Có thể dùng các phần mềm hỗ trợ nhưng phải tuân thủ theo các quy định thuộc tính dữ liệu của bảng phân lớp này

Để khống chế giữa tâm ký hiệu và ghi chú điểm khống chế được thống nhất, bộ ký hiệu số có cung cấp code 109-1 và 109-2 Với 2 code này cho phép có thể gán các cell GCTHVA hoặc GCĐTN mà tâm cell chính là tâm ký hiệu điểm Trong trường hợp không đặt được chuẩn (do chồng đè lên ký hiệu) thì có thể dùng text để biểu thị nhưng hình thức trình bày ghi chú dạng phân

số phải tuân theo 2 cell nói trên

b Nhóm thửa đất

32

Bao gồm các nội dung thửa đất và một số nội dung khác có liên quan (tường nhà, tường chung, chung thửa )

Có thể dùng phần mềm FAMIS để tính diện tích thửa và cập nhật tự

động một số thông tin về thửa đất nhưng mọi ghi chú về thửa đất phải tuân thủ theo các quy định trong bảng phân lớp này Hiện tại FAMIS gán ghi chú

thông tin thửa đất theo mã số (code 215 – tham khảo phụ lục 2) Người sử

dụng chỉ cần gán đúng mã đã gán Đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000 không phải gán toàn bộ các thông tin chi tiết về các loại đất mà ở đây chỉ phân loại ở mức chung và được quy định cụ thể trong phương án kinh tế-kỹ thuật Trường hợp thông thường biểu thị cỡ chữ 2.5 mm [19] Khi không đủ chỗ chỉ

có thể dùng cỡ 2.0 hoặc 1.5mm [19] Không được thu nhỏ tuỳ tiện, trường hợp dùng cỡ nhỏ nhất mà vẫn không thể ghi chú được chọn vẹn số thứ tự, diện tích, loại đất bên trong ô thửa thì mới tìm chỗ bên ngoài và kèm theo một nét trỏ thửa Mũi tên trỏ thửa được tạo bằng công cụ:

* TEXT\PLACE NODE của Microstation khi gõ các code 212-2, 212-3 Nguyên tắc đánh số thửa đất phải tuân theo mục 7.50 (Quy phạm bản

đồ địa chính – 1999)

Trường hợp một thửa nằm ở cả hai bên sông suối hoặc đường (vẽ phi tỷ lệ) thì phải đặt ghi chú và số hiệu thửa ở cả hai bên để chỉ ra rằng cả hai khu vực đều thuộc về một thửa Khi đó phần thửa chiếm diện tích lớn nhất được ghi đầy đủ (loại đất, số thửa, diện tích ) Những phần thửa nhỏ hơn chỉ ghi

chú số thửa nhưng phải đặt trong ngoặc đơn (xem phụ lục 3-Ký hiệu bản đồ

địa chính)

c Các đối tượng điểm quan trọng [18]

Biểu thị các đối tượng điểm theo các thông tin từ điều vẽ bằng các code

đã thiết kế sẵn các CELL trong bảng phân lớp này Chỉ cần biểu thị ký hiệu

độc lập, hoặc các tên riêng hay thuyết minh thêm (nếu có) không cần ghi chú các danh từ chung bên cạnh ký hiệu (trường học, bệnh viện )

d Giao thông và các đối tượng có liên quan [19]

33

Trong quy phạm bản đồ địa chính 1999, (mục 3 - trang 20) có quy định khi nào các đường giao thông vẽ phi tỷ lệ và khi nào vẽ theo tỷ lệ

Đường sắt chỉ biểu thị theo code 420 (không phân loại) Những đoạn có

độ rộng lớn phải bao theo tỷ lệ như ranh giới thửa

Đường giao thông phi tỷ lệ số hoá theo tim đường (như quy định trong mục 2.1.3) vì vậy các yếu tố khác khi bắt vào nó là phải bắt vào một điểm chi tiết tại tim đường bằng chế độ SNAP END Khi có độ rộng thay đổi phải ghi chú (sử dụng code 424 hoặc 428-2) [20]

Đường giao thông khi vẽ theo tỷ lệ được số hoá chính xác theo mép

đường phần lòng đường được coi là đất chuyên dùng, hai mép đường được coi

là ranh giới thửa (lưu ý đến các mốc lộ giới nếu có để xác định giới hạn độ rộng đường) Ghi chú tên đường, độ rộng lòng đường và chất liệu rải mặt bằng code 428-2 [20]

Do đường bình độ được phép đi liên tục qua lòng đường, để che đi phần bình độ trên mặt đường, yêu cầu fill nền đường bằng màu 11 Chọn một lớp còn để trống để quản lý màu nền màu trắng, tuy nhiên phải thống nhất trong toàn khu đo

Thể hiện các cầu lớn và quan trọng bằng cách chọn CELL hoặc LINESTY để biểu thị sao cho đảm bảo sự hài hoà và hợp lý về quan hệ giữa

độ rộng cầu và đường

e Thuỷ văn và các đối tượng có liên quan [20]

Căn cứ vào các tiêu chuẩn quy phạm và luận chứng kinh tế-kỹ thuật để biểu thị sông, suối cho chính xác Có thể kết hợp việc vẽ sông, suối một nét

với việc ghi chú độ rộng nhờ sử dụng một code (xem chi tiết trong phụ lục 1)

Các sông suối nét đôi được khép kín như ranh giới thửa Mỗi nhánh sông được tạo thành một polygon riêng biệt và được tính diện tích như một thửa độc lập Lòng sông FILL nền màu 11 để che đi lớp bình độ chạy qua lòng sông Chọn một lớp còn để trống để quản lý màu nền màu trắng

34

Code 533 dùng để biểu thị các đối tượng ao, hồ nằm trong thửa đất mà

“diện tích thửa đất” đã có chứa diện tích của nó Đối tượng này không tham gia vào tính diện tích Các đối tượng thuỷ văn có tham gia vào tính diện tích thửa không số hoá vào lớp này

Ký hiệu đê vẽ phi tỷ lệ được số hoá theo tim đường kèm ghi chú độ rộng bằng code 537-2

Ký hiệu đê vẽ theo tỷ lệ phải số hoá chính xác hai mép đê theo hình ảnh thực tế của vị trí giới hạn chân đê, lòng đường số hoá theo tim đường bằng ký hiệu đê phi tỷ lệ (code 537-1)

Ghi chú tên sông suối phải chọn phù hợp với độ rộng, hướng chữ phải theo nguyên tắc ghi chú của bản đồ

h Địa giới, ranh giới

Yếu tố địa giới chạy dọc theo các đối tượng hình tuyến (sông, đường một nét ) thì đối tượng địa giới trùng tuyệt đối với các đối tượng đường nét

đó Để đảm bảo yêu cầu này, phải số hoá các đối tượng đường nét trước, khi tạo lớp địa giới không số hoá lại, mà lớp địa giới được tạo ra bằng cách copy các đối tượng đã được số hoá ở các lớp và đổi về thuộc tính của lớp địa giới

35

Tuỳ theo yêu cầu của phương án thi công, khi phục vụ cho khâu in kiểm tra nghiệm thu, nhóm đối tượng này phải được chỉnh sửa theo quy định sau khi đã lưu lại một bộ dữ liệu gốc Việc chỉnh sửa khi có lỗi phải lưu ý chỉnh sủa cả cho bộ dữ liệu gốc

∆x, ∆y là bước nhảy số hoá

Khi lấy ∆x = ∆y và N = M chỉ ra các giá trị rời rạc được gán vào các giá trị độ xám g(m, n) tương ứng của các pixel, lúc đó chúng ta nói rằng ảnh

được lấy mẫu và các giá trị độ xám của nó được lượng tử hoá Như vậy, ảnh số

là tập hợp các điểm ảnh rời rạc với vị trí n, n (hoặc x,y) và giá trị độ xám tương ứng với từng điểm ảnh

Các phần tử của ma trận độ xám g(m, n) có dạng:

36

1 , 1 0

, 1

1 , 1 0

, 1

1 , 0

1 , 0 0

, 0

M g M

g M

g

g g

g

g g

được định trước hoặc độ dài của bước nhảy) phản xạ hoặc bức xạ giá trị độ

đen của từng vùng với đối tượng tương ứng Việc định mẫu ảnh cho từng vị trí cửa mở của hệ thống quang học là giá trị thích hợp của toàn giá trị độ đen trong khoảng cửa mở (kích thước) Theo luật định mẫu, bước nhảy định mẫu

lý tưởng T thoả mãn điều kiện:

T

f c

≤ 12

(3.2)

Trong đó:

fC - Là tần số cao nhất của phép biết đến FURIER của việc định mẫu

ảnh, tức là tần số cắt

Quá trình lượng tử hoá được sử dụng để tạo ra sự rời rạc không gian độ

đen liên tục của ảnh Lượng tử hoá có thể thực hiện bằng hai phương pháp là tuyến tính hoặc không tuyến tính như chỉ ra ở hình 3-1 và hình 3-2

37

Hình 3-1 Lượng tử tuyến tính

Hình 3-2 Lượng tử không tuyến tính

IA

0 i min i 1 i 2 i max

i

I N-1

N - Là thang cường độ (bậc độ đen) lượng tử hoá và thường từ 0 - 255

Imax, Imin- Là giá trị cường độ cực đại và cực tiểu trong định mẫu ảnh Lượng tử hoá cho ta các giá trị độ xám tại vị trí được số hoá (lấy mẫu) thành các mức độ xám với các khoảng nhảy bằng nhau

I = 2M (3- 4) Với M = 1, 2, , 8, là đơn vị thông tin (bit - Binary Digital) được sử dụng trong quá trình mã hoá

)(2)(x à p x dx x dx ( 3 - 6 )

Ngoài ra, ảnh số có thể thu nhận trực tiếp nhờ hệ thống Sensor đặt trên các thiết bị bay Phương thức thu trực tiếp này được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám như là hệ thống MSS, TM đặt trên vệ tinh Landsat của Mỹ hoặc hệ thống CDD đặt trên vệ tinh Spot của Pháp

Cho tới nay có rất nhiều phương pháp nén đã và đang được nghiên cứu

sử dụng và phân chia thành các nhóm lớn như nén không mất thông tin (tức là các phương pháp nén mà sau khi giải nén ta thu được chính xác dữ liệu gốc)

và nén có mất mát thông tin (tức là các phương pháp nén mà sau khi giải nén

ta không thu được dữ liệu như bản gốc)

ảnh số có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm

+ Dễ sao, dễ nhân bản, dễ bảo quản

+ Có thể được sử dụng để giải đoán tự động và bán tự động

+ Dễ dàng thay đổi, tăng cường chất lượng hình ảnh (Histogram)

+ Có thể cho giá trị toạ độ và độ xám trực tiếp

+ Có thể trực tiếp tích hợp các dữ liệu khác (dạng Raster và Vector) + Có thể hiển thị ở rất nhiều tỷ lệ bằng Zoom in và Zoom out mà không làm giảm chất lượng ảnh

Nhược điểm

+ ảnh phân giải cao đòi hỏi bộ nhớ lớn

+ Cần có máy tính màn hình đồ hoạ chất lượng tốt, và phần mềm chuyên dùng

+ Khó mang đi dùng ở ngoại nghiệp

+ Bị giới hạn bởi kích thước màn hình

39

+ Chuyển sang dạng tương tự cần có máy in đắt tiền

2.2.2 Khái niệm về phương pháp đo ảnh số (Xử lý ảnh số)

Công nghệ đo ảnh số dựa trên nguyên lý cơ bản là biến đổi độ xám trên

ảnh thành tín hiệu điện đồng thời sử dụng máy tính điện tử và các phần mềm chuyên dùng để xử lý các tín hiệu này và thực hiện quá trình tự động hoá trong đo vẽ ảnh Đây cũng là phương pháp đo ảnh số hoàn toàn tự động Từ đó người ta đưa ra ba phương pháp đo ảnh số, đó là phương pháp đo ảnh số hỗn hợp, phương pháp đo ảnh toàn số và phương pháp đo ảnh số tức thời

2.2.2.1 Phương pháp đo ảnh số hỗn hợp [5]

Trong phương pháp này người ta lắp đặt một bộ số hoá CCD trên máy

đo ảnh giải tích để tiến hành số hoá cục bộ từng phần của ảnh và nhờ bộ tổ hợp

mà thu nhận được toạ độ không gian của điểm ảnh Hiện nay đã có nhiều hệ thống đo vẽ ảnh số loại này, như:

• Hệ thống InduSur (Industrial Surface Measurement) được cấu thành

từ máy đo ảnh giải tích C100 của hãng Zeiss có lắp bộ số hoá CCD

• Hệ thống DCCS (Digital Comparator Correlation System) của hãng Helara

• Hệ thống đo vẽ giải tích của hãng Will và Kern

2.2.2.2 Phương pháp đo ảnh toàn số [5]

Trong phương pháp này, số liệu đưa vào xử lý là ảnh số, tức là các tín hiệu ảnh quét được ghi nhận thông qua các hệ thống điện tử Nếu tư liệu đầu vào là ảnh chụp truyền thống, thì trước hết phải tiến hành số hoá ảnh bằng thiết bị số hoá Quá trình đo vẽ ảnh số trong hệ thống này bao gồm các nội dung chủ yếu sau: xác định các yếu tố định hướng ảnh, nhận dạng và tổ hợp

ảnh, tính toạ độ không gian điểm ảnh, nội suy bề mặt mô hình, tự động vẽ địa hình trên bản đồ ảnh trựcgiao được thành lập theo phương pháp nắn ảnh số

Hệ thống đo vẽ ảnh số đầu tiên theo nguyên lý này được chế tạo tại Mỹ trong thập niên 60 của thế kỷ này có tên là DAMCS (Digital Automatic Map

40