Ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL GIS3D căn cứ hải quân (xây dựng thử nghiệm cho căn cứ phú lâm hoàng sa)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Đăng Cường ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CSDL GIS3D CĂN CỨ HẢI QUÂN (XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM CHO CĂN CỨ PHÚ LÂM- HOÀNG SA) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Đăng Cường ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CSDL GIS3D CĂN CỨ HẢI QUÂN (XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM CHO CĂN CỨ PHÚ LÂM- HOÀNG SA) Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Vũ Huấn Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết .8 Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan xây dựng CSDL 3D 11 thành phần Hải Quân 11 1.1 Tổng quan xây dựng CSDL 3D 11 1.1.1 Nước 11 1.1.2 Trong nước 13 1.2 Các thành phần Hải Quân 17 1.2.1 Lực lượng Hải Quân 17 1.2.2 Các thành phần Hải Quân 20 Chương 2: Hệ thông tin địa lý sở liệu GIS3D 23 2.1 Hệ Thông tin địa lý 23 2.1.1 Khái niệm 23 2.1.2 Thành phần 23 2.1.3 Chức 29 2.1.4 Các phương pháp thu thập liệu cho GIS 31 2.2 Cơ sở liệu GIS 3D 34 2.2.1 Khái niệm CSDL 34 2.2.2 Ưu điểm CSDL 34 2.2.3 Mơ hình cấu trúc liệu 34 2.2.3.1 Mơ hình liệu 34 2.2.3.2 Cấu trúc hệ thống liệu 35 2.2.4 Chuẩn thông tin địa lý sở quốc gia 36 2.2.4.1 Yêu cầu chuẩn mơ hình 36 2.2.4.2 Yêu cầu chuẩn không gian 38 2.2.4.3.Yêu cầu chuẩn thuộc tính 38 2.2.5 Yêu cầu chung CSDL 38 2.2.6 GIS 3D 40 2.3 Phần mềm sử dụng đề tài để xây dựng sở liệu GIS 3D .40 2.3.1 Phần mềm Skyline 40 2.3.1.1 Giới thiệu chung Skyline 40 2.3.1.2 Terra builder 40 2.3.1.3 TerraExplorer 42 2.3.1.4 Các lĩnh vực áp dụng 44 2.3.2 Phần mềm Google SketchUp 46 2.3.3 Phần mềm ARCGIS 48 Chương 3: Thực nghiệm xây dựng CSDL GIS3D sử dụng mơ 52 Căn Phú Lâm Hồng Sa 52 3.1 Căn Hải Quân Phú Lâm 52 3.1.1 Điều kiện tự nhiên 52 3.1.2 Đặc điểm cấu tạo địa hình 53 3.1.3 Khí hậu 53 3.1.4 Vị trí chiến lược 54 3.1.5 Các thành phần Phú Lâm 54 3.2 Thiết kế sở liệu GIS2D Phú Lâm 55 3.3 Xây dựng CSDL GIS3D Căn Phú Lâm 57 3.4 Mô Phú Lâm 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CSDL: Cơ sở liệu GIS: Geographic Information System, Hệ thông tin địa lý ISO: International Standard Organization, Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế GIS 3D: Geographic Information System 3D, Hệ thông tin địa lý chiều GPS: Global Positioning System, Hệ thống định vị toàn cầu DEM: Digital Elevation Model, Mơ hình số độ cao DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 GIS3D Đường tuần tra biên giới 16 Hình 2.1 Mơ hình tổ chức GIS 23 Hình 2.2 Tích hợp liệu 24 Hình 2.3 Các thành phần gis 27 Hình 2.4 Vệ tinh GeoEye 31 Hình 2.5 Cấu trúc hoạt động Bộ phần mềm Skyline 40 Hình 2.6 Cấu trúc hoạt động TerraBuilder 41 Hình 2.7 Giao diện phần mềm TerraBuilder 41 Hình 2.8 Giao diện phần mềm TerraExplorer Viewer 42 Hình 2.9 Giao diện phần mềm TerraExplorer Plus 42 Hình 2.10 Giao diện phần mềm TerraExplorer Pro 43 Hình 2.11 Skyline ứng dụng bảo vệ an ninh tòa nhà Bộ Quốc Phịng 44 Hình 2.12 Skyline ứng dụng xây dựng 44 Hình 2.13 Skyline ứng dụng khảo sát tài nguyên 45 Hình 2.14 Skyline ứng dụng bất động sản 46 Hình 2.15 Giao diện phần mềm Google SketchUp 48 Hình 2.16 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) 49 Hình 3.1 Đảo phú lâm (Woody Island) quần đảo Hồng Sa 53 Hình 3.2 Ảnh Phú Lâm chụp ngày 06.01.2012 55 Hình 3.3 Cấu trúc sở liệu 2D Hải quân phú lâm 55 Hình 3.4 Quy trình cơng nghệ tổng thể xây dựng CSDL GIS3D hải quân 57 Hình 3.5 Quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL GIS3D hải quân 58 Hình 3.6 sơ đồ quy trình tạo sở liệu địa hình TerraBuilder 59 Hình 3.7 Giao diện GoogleMap 60 Hình 3.8 Giao diện lưu file html 61 Hình 3.9 Hộp thoại thêm công cụ Screen grab 62 Hình 3.10 ảnh GeoEye phú lâm đao 64 Hình 3.11 Hộp thoại tạo Project 65 Hình 3.12 Hộp thoại chon tên project 65 Hình 3.13 Hộp thoại chèn ảnh 66 Hình 3.14 Menu tạo ảnh Pyramaid 67 Hình 3.15 Hộp thoại tạo ảnh Pyramaid 67 Hình 3.16 Menu MPT 68 Hình 3.17 Hộp thoại tạo MPT 68 Hình 3.18 Hộp thoại xuất liệu sang định dạng FLY 69 Hình 3.19 Cơng vụ vẽ khối nhà 70 Hình 3.20 Cơng cụ tạo nhãn dạng text 71 Hình 3.21 Hộp thoại thay đổi vị trí độ cao nhãn 72 Hình 3.22 Hộp thoại mở mơ hình 3D 73 Hình 3.23 Đặt vị trí mơ hình vào vị trí đồ 73 Hình 3.24 Hộp thoại thiết lập tham số đối tượng chuyển động 74 Hình 3.25 Hộp thoại chọn mơ hình 3D đối tượng chuyển động 75 Hình 3.26 Hộp thoại chọn công cụ Presentation 75 Hình 3.27 Hộp thoại chọn tên file video 76 Hình 3.28 Hộp thoại chọn tham số tiến trình tạo video 76 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Việc ứng dụng rộng rãi hệ thơng tin địa lý (Geographic Information System GIS) thành lập đồ thực nhiều nước giới, sản phẩm đồ đa dạng hoá Ngành đồ nước hướng đến hai loại đồ tiên tiến đồ chiều (3D) đồ động Mơ hình địa hình 3D với nhóm nội dung, độ chi tiết khác phục vụ cho mục đích khác trở thành thương phẩm thường gặp nhiều nước phát triển Mơ hình liệu, phương pháp thành lập, khn dạng số liệu đa dạng phụ thuộc vào cơng nghệ sẵn có trường hợp Ở Việt Nam, ngành khoa học tuỳ theo yêu cầu riêng biệt điều kiện vật chất kỹ thuật có số sản phẩm đồ họa có yếu tố địa hình 3D như: sơ đồ tuyến, mặt cắt ngành giao thông, thuỷ lợi; DEM (Digital Elevation Model – Mơ hình số độ cao) tạo trình xử lý ảnh máy bay; đồ tác chiến quân sự; mô hình cảnh quan giáo dục hay du lịch Các số liệu thành lập cho số khu vực cịn thiếu tính hệ thống mang đặc trưng riêng ngành Một mơ hình địa hình 3D tương tác có nhiều ưu điểm Nó cung cấp cho người dùng khả chủ động chọn vị trí quan sát ảo đồ, cho phép nhận biết tìm hiểu liệu khơng gian thơng tin thuộc tính liên quan đến đối tượng địa hình xác Chắc chắn việc áp dụng công nghệ phục vụ cho ngành đồ hoàn thiện chất lượng sản phẩm đồ mở lĩnh vực ứng dụng GIS quân công nghệ thu thập quản lý tin tức địa lý quân quân đội nhiều nước đặc biệt quan tâm nghiên cứu phát triển Xây dựng CSDL địa lý quân nhằm tăng cường khả hỗ trợ định cấp huy tác chiến dựa GIS3D nhu cấp bách q trình đại hóa qn đội, tăng cường sức mạnh quốc phòng nghiệp xây dựng bảo vệ tổ quốc Với mục tiêu quân khác có thành phần mục tiêu khác Trong Hải quân có nhiều thành phần như: hệ thống cầu cảng, loại tàu, cơng trình cầu cảng,… Nếu trình bày liệu địa lý hai chiều có hạn chế định việc quan sát, phân tích, đánh giá, định Việc hiển thị thành phần Hải quân đồ số 3D đem lại hiệu cáo, lợi chúng điểm, tuyến quan sát nhiều góc độ mở khác mà thực địa khơng thể có ―cái nhìn‖ tổng qt mơ hình 3D Vì lý trên, việc chọn đề tài ―Ứng dụng GIS xây dựng CSDL GIS 3D hải quân (Thử nghiệm cho Phú Lâm - Hoàng Sa)‖ cần thiết phù hợp với xu hướng nghiên cứu, phát triển KHCNKT quân nhu cầu công tác hỗ trợ huy, tham mưu tác chiến quân đội ta Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thành phần Hải Quân Nghiên cứu Xây dựng CSDL3D Hải quân (Xây dựng thử nghiệm cho Phú Lâm- Hoàng Sa) Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu Địa lý quân thành phần Hải Quân Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm CSDL GIS3D Hải quân Phú Lâm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm Phương pháp chuyên gia Phương pháp hội thảo đánh giá Phương pháp viễn thám GIS Cấu trúc luận văn Phần Mở đầu Chương I: Tổng quan xây dựng CSDL 3D thành phần Hải Quân Chương 2: Hệ thông tin địa lý sở liệu GIS3D Để mở trực tiếp dem ảnh TerraExploer cần phải tạo liệu MPT Đề tài sử dụng phân mềm TerraBuilder để tạo liệu phulam3d.mpt Quá trình tiến hành sau - Vào menu Create MPT hình bên Hình 3.16 Menu MPT Xuất hộp thoại Hình 3.17 Hộp thoại tạo MPT Chọn Start MPT Bước 7: xuất sang định dạng phulam_Nen.FLY Hình 3.18 Hộp thoại xuất liệu sang định dạng FLY Kết quả: Tạo sở liệu địa hình 3D mơ hình số độ cao (DEM) chồng phủ ảnh vệ tinh GeoEye xuất sang định dạng FLY để tiếp tục biên tập TerraEplorer 3.3.3.2 Biên tập đối tượng đồ TerraExplorer */ Trải đối tượng cầy 3D cho lớp phủ bề mặt Sử dụng ArcMap Skyline để tách lớp Phủ bề mặt thành file riêng biệt theo Loại Phủ bề mặt (Cây dừa, bụi, chuối…) - Load file riêng biệt vào Skyline, click chuột phải vào lớp - Lựa chọn Tool Menu, chọn Duplicate Objects, thiết lập thông số bảng đây, sau chọn Selected Group Tên trường Scale File name 69 Spacing Max Random offset Các thơng sổ kỹ thuật biên tập trình bày đổi tượng */ Khối nhà Bước 1: Trên cửa sổ Objects (3D) kích vào 3D Objects chọn Building - Bước 2: Vẽ khối nhà - Bước 3: Thay đổi thuộc tính đối tượng cơng cụ Building Hình 3.19 Cơng vụ vẽ khối nhà */ Tạo nhãn dạng text - - Bước 1: Mở file.FLY - Bước 2: Trên cửa sổ Objects kích vào Labels lựa chọn Text label Bước 3: Trên cửa sổ Label Text nhập ghi chọn OK, sau đặt nhãn vào vị trí u cầu Hình 3.20 Cơng cụ tạo nhãn dạng text Bước 4: Thay đổi thuộc tính nhãn cơng cụ Text Label Properties Bước 5: Thay đổi vị trí, độ cao nhãn công cụ Property Sheet cách chỏ chuột vào đối tượng giữ nút bên trái, xê dịch chuột để thay đổi XY — Thay đổi vị trí z - Thay đổi độ cao 71 Hình 3.21 Hộp thoại thay đổi vị trí độ cao nhãn */ Thêm khối nhà thiết kế từ GoogleSketchUp - Bước 1: Vào menu 3D Model xuất hộp thoại Chọn model Hình 3.22 Hộp thoại mở mơ hình 3D - Bước 2: Mở sở liệu theo chủ đề Hình 3.23 Đặt vị trí mơ hình vào vị trí đồ - Bước 3: Dùng chuột di mô hình vào vị trí nhà */ Đóng gói sản phẩm 73 Skyline cung cấp chức đóng gói sản phẩm, tồn liệu, ký kiệu gộp lại thư mục (Bộ Kit) 3.4 Mô Phú Lâm Skyline cho phép tạo đối tượng chuyển động không mặt đất Để chọn đối tượng chuyển động không vào menu Aerial Object Hình 3.24 Hộp thoại thiết lập tham số đối tượng chuyển động Sau vẽ đường chuyển động máy bay, Chọn kiểu đối tượng 3D Mole, chọn file mơ hình đối tượng cách đưa đường dẫn đối tượng đến đối tượng cần chọn Hình 3.25 Hộp thoại chọn mơ hình 3D đối tượng chuyển động Chọn công cụ Presentation Hình 3.26 Hộp thoại chọn cơng cụ Presentation Nhấn chuột vào nút lệnh ghi lại trình chuyển động máy bay Để xem lại trình ghi click chuột vào nút lệnh , Ngồi người dùng xuất q trình mơ sang video nút lệnh Xuất hộp thoại chọn tên file video 75 Hình 3.27 Hộp thoại chọn tên file video Xuất hộp thoại thiết lập tham số Hình 3.28 Hộp thoại chọn tham số tiến trình tạo video Như phần mềm slyline cung cấp đối tượng chuyển động linh hoạt không mặt đất cho phép người dùng tạo kịch mô linh hoạt công cụ hỗ trợ cho việc mô Phú Lâm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu vấn đề lý thuyết về: - Địa lý quân thành phần hải quân; Nghiên cứu công nghệ GIS3D nước từ nhằm đề xuất quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL GIS3D, áp dụng cho hải quân - Nghiên cứu cấu tổ chức Hải quân Trung Quốc Nghiên cứu sở lý thuyết GIS, GIS3D, phần mềm phục vụ xây dựng CSDL GIS 3D - Nghiên cứu tình hình tư liệu địa hình, điều kiện xã hội, tự nhiên hải quân Phú Lâm - Xây dựng CSDL GIS2D Hải quân Đề tài thực giải pháp công nghệ thành lập đồ 3D đề xuất quy trình cơng nghệ tổng thể xây dựng CSDL GIS3D Đề tài tiến hành thực nghiệm xây dựng CSDL3D đạt kết cụ thể: - Xử lý ảnh vệ tinh GeoEye phục vụ giải đoán mục tiêu quân hải quân Phú Lâm - Xây dựng địa hình 3D phần mềm TerraBuilder, - Xây dựng mơ hình địa vật 3D, - Xây dựng CSDL 2D Căn Hải quân phần mềm ArcGIS, - Xây dựng CSDL 3D đối tượng phần mềm Terra Explorer - Xây dựng phim mô Phú Lâm Kết nghiên cứu thực nghiệm đạt đề tài cho phép tới kết luận: - Quy trình Xây dựng CSDL GIS3D hải quân đề xuất hoàn toàn khả thi, phù hợp với điều kiện cơng nghệ, tình hình tư liệu địa hình có CSDL 3D hải quân đảm bảo tính trọn vẹn thống từ tống thể đến chi tiết, hiển thị nhanh, sinh động hỗ trợ có hiệu cơng tác tham mưu huy tác chiến - Phần mềm Skyline (với chi phí đầu tư đào tạo vừa phải) lựa chọn để 77 xây dựng CSDL GIS3D phù hợp với tình hình cơng tác tham mưu địa hình quân sự, đáp ứng yêu cầu hỗ trợ tham mưu, huy tác chiến, Để hồn thiện cơng nghệ xây dựng CSDL GIS 3D hải quân cần tiếp tục: - Bổ sung hoàn thiện ký hiệu đồ 3D, Xây dựng quy trình cập nhật bổ sung hoàn thiện CSDL GIS 3D hải quân TÀI LIỆU THAM KHẢO Trương Anh Kiệt (2001), Trắc địa ảnh (Phần sở đo ảnh), Nxb Giao thông vận tải Phan Văn Lộc (2000), Tự động hoá đo ảnh (Dành cho cao học nghiên cứu sinh) Phạm Vọng Thành, Nguyễn Trường Xuân (2001), Bài giảng Công nghệ viễn thám, Trường Đại học Mỏ địa chất Phạm Vọng Thành (2003), Trắc địa ảnh (Phần đốn đọc điều vẽ ảnh), Nxb Giao thơng vận tải Phạm Vọng Thành (2007), Máy chụp ảnh kỹ thuật số ứng dụng chúng công tác trắc địa đồ, Nxb Giao thông vận tải Vũ Huấn (2005) Viễn thám quân Học viện kỹ thuật quân (Tập giảng) Tổng cục địa (2000), Kí hiệu đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 1:100.000 Bộ Tài Nguyên Môi Trường (2007), Quy định áp dụng chuẩn thong tin địa lý sở quốc gia, Hà Nội Bùi Doãn Trọng, Phạm Trung Lương (1990), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật viễn thám điều tra nghiên cứu biển Việt Nam, Đề tài thuộc chương trình 48B.HN 10 Phạm Thanh An (2002), Nghiên cứu thành lập số đồ phục vụ cảnh báo ngập lụt với hỗ trợ Công nghệ Viễn thám Hệ thông tin địa lý, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Trường Đại học khoa học tự nhiên 11 Cục Bản đồ- BTTM, Trung tâm thông tin địa lý (2008), Địa lý quân NXB Quân Đội Nhân Dân, Hà Nội 12 Cục Bản đồ- BTTM, Trung tâm thông tin địa lý (2008), Ứng dụng viễn thám quân NXB Quân Đội Nhân Dân, Hà Nội 13 Nguyễn Ngọc Thạch (2006), Cơ sở viễn thám, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội 14 Nguyễn Văn Đài(1999), Giáo trình hệ thơng tin địa lý, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội 79 PHỤ LỤC Kết tạo địa hình CSDL GIS3D hải quân Phú lâm Hình chụp q trình mơ CSDL Phú Lâm 81 ... nghiên cứu Nghiên cứu thành phần Hải Quân Nghiên cứu Xây dựng CSDL3 D Hải quân (Xây dựng thử nghiệm cho Phú Lâm- Hoàng Sa) Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu Địa lý quân thành phần Hải Quân Nghiên cứu xây. .. KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Đăng Cường ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CSDL GIS3 D CĂN CỨ HẢI QUÂN (XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM CHO CĂN CỨ PHÚ LÂM- HOÀNG SA) Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin... đầu Chương I: Tổng quan xây dựng CSDL 3D thành phần Hải Quân Chương 2: Hệ thông tin địa lý sở liệu GIS3 D Chương 3: Thực nghiệm xây dựng CSDL GIS3 D sử dụng mô Căn Phú Lâm Hoàng Sa Kết luận kiến