Xây dựng công cụ tổng quát hóa lớp dữ liệu đường giao thông trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

bài báo này đề cập đến vấn đề nghiên cứu xây dựng công cụ cho việc tổng quát hóa tự động đối với lớp dữ liệu đường giao thông trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, cụ thể từ bản đồ 1/2000 xuống bản đồ 1/10000 trong phần mềm ArcGIS.

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 Xây dựng cơng cụ tổng qt hóa lớp liệu đường giao thơng đồ địa hình tỷ lệ lớn  Nguyễn Thị Lan Thương  Vũ Xuân Cường Trường Đại học Nông Lâm Tp HCM Trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường Tp HCM (Bản thảo nhận ngày 28 tháng 06 năm 2016, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 08 năm 2016) TÓM TẮT Tổng qt hóa đồ đóng vai trò quan cơng cụ cho việc tổng qt hóa tự động trọng việc thành lập đồ nói chung lớp liệu đường giao thông đồ địa đồ địa hình nói riêng Tiến trình tổng quát hình tỷ lệ lớn, cụ thể từ đồ 1/2000 xuống hóa đồ sử dụng giảm tỷ lệ đồ đồ 1/10000 phần mềm ArcGIS Kết đối tượng đồ trở nên đạt khả quan áp dụng cho bốn nhỏ khó quan sát tập trung vào đặc tờ đồ địa hình 1/2000 huyện Hóc Mơn, trưng quan trọng Kết quả, ta có tờ đồ Thành phố Hồ Chí Minh Công cụ giúp rõ mức độ biểu diễn đồ họa, dễ hiểu cho trình tổng qt hóa tiến hành Nếu q trình làm thủ cơng tốt nhanh hơn, tiết kiệm thời gian công sức nhiều thời gian cơng sức Do đó, báo cho người làm đồ đề cập đến vấn đề nghiên cứu xây dựng Từ khóa: tổng quát hóa đồ, đồ địa hình, đường giao thơng, ArcGIS GIỚI THIỆU Trên giới, từ thập niên cuối kỉ XX, nhiều quan đồ quốc gia theo đuổi ý tưởng xây dựng hệ sở liệu đa tỷ lệ Để làm điều này, tổng quát hóa đồ dựa GIS cần thiết Nhiều thuật tốn tổng qt hóa đồ nghiên cứu, nhiều dự án triển khai Các cơng cụ tổng qt hóa thời kì đầu xây dựng chủ yếu nhằm mục đích giảm nhẹ lao động thành lập đồ truyền thống Các kết nghiên cứu lĩnh vực tổng quát hóa tự động quan đo đạc đồ quốc gia số nước phát triển áp dụng vào thực tế sản xuất Tại Việt Nam, cơng cụ tổng qt hóa có sẵn phần mềm sở sản xuất nghiên cứu quan tâm ứng dụng để giảm bớt chi phí nâng cao chất lượng thành lập đồ số Các công cụ tương đối nghèo nàn, chủ yếu dành cho tổng quát hóa đối tượng độc lập, đòi hỏi can thiệp người làm đồ nhiều công đoạn Trang 59 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 Những yêu cầu tổng quát hóa tự động cấp thiết bối cảnh Việt Nam chuẩn bị xây dựng sở hạ tầng liệu không gian quốc gia Trong công tác thành lập đồ địa đồ chuyên đề, luôn phải thực trình tổng qt hóa Nếu thực cách thủ công tốn nhiều thời gian công sức Hiểu vấn đề nhà phần mềm xây dựng số cơng cụ tổng qt hóa để hỗ trợ cho người biên tập viên Ví dụ phần mềm Mapinfo, Microstation, ArcGIS,… Trong đó, Mapinfo Microstation tập trung vào cơng cụ tổng qt hóa đơn giản làm trơn đường hay gộp nhóm đối tượng, với phần mềm ArcGis cung cấp công cụ đa dạng Tuy nhiên, tất người mở phần mềm sử dụng cơng cụ tổng qt hóa có sẵn cách dễ dàng Tổng quát hóa đồ nói chung, tổng qt hóa đồ địa hình nói riêng q trình khơng đơn giản, đòi hỏi kiến thức người sử dụng đồ, tiêu tổng quát hóa cho phù hợp với quy định thành lập đồ địa hình quốc gia Đặc biệt người không chuyên đồ nhiều phần mềm thao tác thực tổng qt hóa khó khăn Nhận thấy cơng cụ phần mềm chưa hồn tồn tiện ích cho người sử dụng, cơng cụ tổng qt hóa cho liệu đường giao thông xây dựng phần mềm ArcGIS với ngơn ngữ lập trình VBA cho dễ sử dụng người sử dụng đồ địa hình Việt Nam Bên cạnh đó, liệu dân cư thủy hệ tổng quát hóa mức độ đơn giản để giải số mâu thuẫn phát sinh sau tổng qt hóa Hình Quy trình tổng qt hóa Trang 60 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 DỮ LIỆU VÀ QUY TRÌNH XỬ LÝ 2.1 Nguồn liệu Dữ liệu gồm tờ đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 thuộc khu vực huyện Hóc Mơn, có phiên hiệu mảnh sau: C-48-34 –(51-a), C-48-34(51-b), C-48-34-(51-d), C-48-34-(51-e) Dữ liệu đồ có sở tốn học phân lớp nội dung đảm bảo theo quy định Bộ Tài nguyên Môi trường Dữ liệu bị số lỗi đường giao thông bị đứt đoạn hay nối chưa tới Cần phải sửa lỗi trước thực cơng việc tổng qt hóa 2.2 Chuyển đổi định dạng liệu Bản đồ sau hoàn thiện phần mềm Microstation chuyển sang định dạng Geodatabase phần mềm ArcGIS, tiến hành kiểm tra lại lỗi đồ, tạo kết nối đường với để đảm bảo tính nối kết yếu tố đường giao thơng 2.3 Giải pháp tổng qt hóa liệu đường giao thơng đồ địa hình Tổng qt hóa đồ địa hình tn theo quy trình minh họa Hình Dựa 12 tốn tử tổng quát hóa đồ (theo nghiên cứu Shea MC Master) [3] quy định thể đồ địa hình [7][8][9], tổng qt hóa đồ địa hình 1/2000 xuống 1/10.000, lớp đường giao thông thực theo giải pháp sau:  Giữ nguyên với đối tượng: đường sắt ga; ghi đường; đỉnh đèo; cầu bê tông, gạch đá; cầu quay; cầu gỗ; cầu treo; cầu phao; cầu tầng; ghi cầu; đường ngầm nước; bến lội; bến đò dọc hướng đi; bến phà ghi chú; âu thuyền; đèn biển; khu vực nguy hiểm  Loại bỏ đối tượng: cầu phao qua đường sắt; chỗ đường sắt đường ô tô gặp nhau; đèn hiệu; cột số; biển đường, vỉa hè, lề đường; đường nhỏ lát gạch, nhựa, bê tông làng, công viên; bến tàu thuyền; chỗ đóng, dỡ bè  Thay đổi bề dày lực nét kí hiệu loại đường sắt  Tính độ rộng đối tượng chuyển hai nét nét với đối tượng: đường rải gạch đá; đường cấp phối; đường lát bê tơng nhựa có khơng có trục phân tuyến; đường xẻ sâu;…  Chọn bỏ theo chiều dài, mật độ, sau chuyển hai nét thành nét đường đất lớn  Chọn bỏ theo chiều dài, mật độ, sau đơn giản hóa thay đổi lực nét kí hiệu đường đất; đường mòn; đường bờ ruộng Đối với liệu lớp dân cư:  Gộp khối nhà có khoảng cách gần 0,3mm theo tỷ lệ đồ thành khối nhà loại nhà chịu lửa; nhà chịu lửa; khối nhà chịu lửa; khối nhà chịu lửa  Chọn bỏ bớt nhà đột xuất cho tờ đồ khơng có nhà  Loại bỏ nhà không tường diện tích nhỏ 1mm2 theo tỷ lệ đồ  Loại bỏ nhà bị hỏng diện tích mm2 theo tỷ lệ đồ  Loại bỏ đối tượng: mái hiên nhà; bậc thềm; cầu thang trời; bể chứa  Đối với liệu thủy hệ:  Loại bỏ hồ ao có diện tích mm2 theo tỷ lệ đồ  Đường bờ có chiều rộng 0,5mm theo tỷ lệ đồ chuyển thành nét  Đơn giản hóa đường mép nước  Loại bỏ đối tượng sau có diện tích đồ 15 mm2: bãi san hô; bãi rong; bãi ven sông, hồ, biển Trang 61 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016  Loại bỏ đê chiều dài 0,5mm theo tỷ lệ đồ tuyến có độ rộng 0,8mm theo tỷ lệ đồ; Đường nhựa khơng có trục phân tuyến có độ rộng 0,6mm; đường rải đá, đường cấp phối có độ rộng 0,6mm thể nét  Chuyển hai nét thành nét kênh mương dẫn nước 2.4 Thiết kế chức Với giải pháp tổng quát hóa cho liệu đường giao thông, dân cư thủy hệ đưa ra, chức sau xây dựng để phục vụ cho công việc: a) Chức xử lý liệu  Công cụ chuyển đổi hai loại định dạng liệu DGN sang định dạng Geodatabase ArcGIS: Giúp người dùng chuyển đổi liệu phục vụ cho q trình tổng qt hóa  Cơng cụ ghép đồ: Dùng để ghép tờ đồ với  Công cụ chọn hệ quy chiếu không gian: Giúp người dùng chọn hệ tọa độ phù hợp với liệu đồ  Công cụ thể đồ: Thể đồ theo tỷ lệ để người sử dụng dễ dàng có nhìn tổng thể đồ mức tỷ lệ khác  Công cụ tạo Personal Geodatabase: Tạo file MDB để chứa lớp liệu đồ hay feature class sau chuyển đổi b) Chức tổng qt hóa  Chọn bỏ đường giao thơng theo chiều dài tối thiểu: Với mục đích loại bỏ số đường mòn, đường bờ ruộng, đường đất nhỏ…, công cụ giúp người dùng nhập vào tham số chiều dài nhỏ nhất, sau chạy công cụ, số đường có chiều dài nhỏ chiều dài nhập vào bị loại bỏ  Chuyển nét thành nét cho đối tượng giao thông hai nét: Đối với số đối tượng đường nhựa có trục phân Trang 62  Đơn giản hóa đối tượng dạng đường: Dùng công cụ để loại bỏ đường gấp khúc nhỏ trì hình dáng đối tượng Cơng cụ dùng để đơn giản hóa lớp đối tượng đường bờ ruộng, đường mòn,…  Gộp nhà: Các nhà hay khối nhà gần 0,3mm theo tỷ lệ đồ gộp lại với  Đơn giản hóa nhà: Đốivới nhà, khối nhà có đồ hình gấp khúc, tổng quát hóa ta tiến hành loại bỏ đường gấp khúc nhỏ  Chuyển nhà theo tỷ lệ thành dạng điểm: Đối với nhà độc lập chuyển xuống tỷ lệ nhỏ khơng khả thể theo tỷ lệ đồ chuyển dạng điểm  Chọn bỏ sông suối theo chiều dài tối thiểu: Khi đưa đồ tỷ lệ nhỏ hơn, yếu tố đồ trở nên khó đọc nội dung đồ nhiều diện tích tờ đồ có hạn Do đó, ta loại bỏ bớt sơng, suối có chiều dài ngắn chiều dài giới hạn  Chọn bỏ hồ ao theo diện tích tối thiểu: Bỏ bớt hồ ao có diện tích nhỏ 15 mm2 theo tỷ lệ đồ  Chọn bỏ sông suối theo mật độ: Tính mật độ sơng ngòi dựa vào tổng chiều dài sơng tổng diện tích sơng, tính mật độ sơng ngòi thưa hay dày đặc, dựa vào bỏ bớt sơng ngòi khơng quan trọng mật độ sơng dày đặc [6] TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 c) Chức sau tổng qt hóa  Chức tìm lỗi: Tìm lỗi chồng đè lớp đối tượng giao thông, dân cư, thủy hệ  Chức dịch chuyển đối tượng: Sau tổng quát hóa, đối tượng chồng đè lên nhau, ta dùng công cụ để dịch chuyển đối tượng có thứ tự ưu tiên thấp để khơng bị mâu thuẫn đối tượng  Chức cập nhật trường thuộc tính: Sau tổng qt hóa cần cập nhật lại số trường thuộc tính quan trọng  Chức Đánh giá kết sau tổng quát hóa: Dựa cơng thức TOPFER tính tải trọng đồ đánh giá kết đạt sau tổng quát hóa đồ [6] 2.5 Thiết kế menu Giao diện menu trình bày Hình KẾT QUẢ Tiến hành thử nghiệm toán tổng quát hóa bốn mảnh đồ, sau thử nghiệm cơng cụ tổng qt hóa, kết đạt trình bày Hình Hình Sau thực tổng quát hóa cho tất lớp liệu chuẩn bị, nhận thấy thể tỷ lệ 1:10.000, đồ có thơng thống rõ rệt, đảm bảo tính trực quan, dễ nhìn, dễ đọc đồ Khi tổng qt hóa xong, số lỗi xuất hiện, ví dụ sau chuyển đường giao thông hai nét thành nét xuất lỗi hai đầu đường giao thơng Đối với lỗi ta phải dùng phương pháp thủ công để chỉnh sửa Ngồi ra, sau tổng qt hóa, có số lớp chồng lên minh họa hình 5, theo quy phạm phải dịch chuyển đối tượng có ưu tiên thấp 0,2 mm theo tỷ lệ đồ Ví dụ, cách sử dụng cơng cụ Tìm lỗi, ta phát đường bờ ruộng nét kênh đào sau tổng quát hóa bị chồng lên Ta phải dịch chuyển yếu tố đường bờ ruộng 0,2 mm theo tỷ lệ đồ cơng cụ Dịch chuyển đối tượng Hình Menu cơng cụ tổng qt hóa Trang 63 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 a) b) Hình Bản đồ a) trước b) sau tổng quát hóa a) b) c) d) Hình Một số yếu tố trước sau tổng quát hóa a) kênh đào, b) đường đắp cao, c) tim đường giao thông, d) nhà a) b) Hình Phát lỗi a) cuối đường, b) chồng đè đường sau tổng qt hóa Trang 64 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K4-2016 Hình So sánh kết tổng qt hóa đường mòn với cơng thức Topfer Yếu tố dân cư (nhà, khối nhà) tổng quát hóa chưa chi tiết, cần gộp thêm nhà khối nhà gần cách tăng thêm độ lớn tham số tổng qt hóa Vì tổng qt hóa theo quy định có mức độ gộp nhà, khối nhà ít, chưa thể đáp ứng thể tỷ lệ nhỏ Tổng quát hóa vấn đề phức tạp, phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố, có yếu tố chủ quan người thực Do đó, tùy trường hợp mà chọn tham số, tiêu tổng qt hóa cho phù hợpSau hồn thành q trình tổng qt hóa, giải mâu thuẫn phát sinh, chỉnh sửa biên tập lớp đồ Ta đánh giá kết tổng qt hóa dựa vào cơng cụ “Đánh giá kết tổng qt hóa” Hình ví dụ minh họa cho lớp liệu đường mòn Sau tổng quát hóa, tổng số đối tượng tương đương với số đối tượng tính theo cơng thức Topfer KẾT LUẬN Bài báo thể việc xây dựng công cụ tổng quát hóa phần mềm ArcGIS cho lớp liệu đường giao thơng đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 xuống tỷ lệ 1/10.000 Bên cạnh đó, xây dựng cơng cụ tổng qt hóa lớp liệu thủy hệ dân cư mức đơn giản Nghiên cứu giải mâu thuẫn phát sinh trình tổng qt hóa chồng đè lớp đối tượng đường giao thông lớp dân cư, thủy hệ Trong thời gian tới, cần tiếp tục nghiên cứu thêm tốn tử tổng qt hóa đồ để đa dạng hóa cơng cụ tổng qt hóa cho lớp liệu đường giao thông dân cư thủy hệ Chẳng hạn tìm hiểu cách chọn bỏ đối tượng theo mật độ có tính đến tầm quan trọng đối tượng Muốn làm điều ta phải nghiên cứu thêm để gán mức độ quan trọng cho đối tượng Ngoài ra, cần hướng tới cách giải khác cho tốn tổng qt hóa đồ cách xây dựng sở liệu thông minh hay liệu Geodatabase dạng hành vi để thực nhiều trường hợp phức tạp Trang 65 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 19, No K4-2016 Building a generalizated tool for the road layers of big scale topographic maps  Nguyen Thi Lan Thuong  Vu Xuan Cuong Nong Lam University of Ho Chi Minh city, Vietnam Ho Chi Minh city University for Natural Resouces and Environment, Vietnam ABSTRACT Generalization has important role in for traffic data on topographic map, particularly making map, especially topographic map from 1/2000 to 1/10000 in ArcGIS software Generalization is used when we want to reduce Achieved result is satisfactory when applying scale of map or focus on important features As for four topographic maps at Hoc Mon district, a result, we have better map about graphical Ho Chi Minh city Thanks to these tools, the representation, easier to understand If this generalization process is more faster Moreover, process is done manually, it will cost a lot of these tools also save time and money for map time and effort Therefore, this study refer to makers build some tools for automatic generalization Keywords: Generalization, topographic map, road, ArcGIS TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Droppová, V., The tools of automated generalization and building generalization in an ArcGIS environment, Slovak Journal of Civil Engineering (2011) 1-7 [6] Nhữ Thị Xuân, Bản đồ địa hình, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội (2003) [2] Guo, Q S., Brandenberger, C., Hurni, L., A progressive line simplification algorithm, Geo-Spatial Information Science (2002) 41-45 [7] Tổng Cục Địa chính, Quy định kỹ thuật Số hóa đồ địa hình tỷ lệ 1:10000, 1:25000, 1:50000 1:100000, Quyết định số 70/2000/QĐ-ĐC ngày 25/02/2000 [3] McMaster, R B., Shea, K S., Generalization in digital cartography Washington, DC: Association of American Geographers (1992) [8] Tổng Cục Địa Chính, Kí hiệu đồ địa hình tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000 1:5000, Quyết định số 1125/ĐĐBĐ ngày 19/11/1994 [4] Lee, D., Automation of map generalization: The cutting-edge technology, Esri White Paper Series (1996) [9] Tổng Cục Địa Chính, Kí hiệu đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 1:25.000, Quyết định số 1126/ĐĐBĐ ngày 19 / 11 / 1994 [5] Lee, D., Hardy, P., Automating Generalization – Tools and Models, Trang 66 In 22nd ICA Conference Proceedings, A Coruña, Spain (2005)  ... tính nối kết yếu tố đường giao thơng 2.3 Giải pháp tổng qt hóa liệu đường giao thơng đồ địa hình Tổng qt hóa đồ địa hình tn theo quy trình minh họa Hình Dựa 12 tốn tử tổng qt hóa đồ (theo nghiên... dàng Tổng quát hóa đồ nói chung, tổng qt hóa đồ địa hình nói riêng q trình khơng đơn giản, đòi hỏi kiến thức người sử dụng đồ, tiêu tổng quát hóa cho phù hợp với quy định thành lập đồ địa hình. .. Giao diện menu trình bày Hình KẾT QUẢ Tiến hành thử nghiệm toán tổng quát hóa bốn mảnh đồ, sau thử nghiệm cơng cụ tổng qt hóa, kết đạt trình bày Hình Hình Sau thực tổng quát hóa cho tất lớp liệu