Nghiên cứu xây dựng công nghệ thành lập bản đồ số độ cao trong điều kiện việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT o0o TRẦN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỘ CAO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT o0o TRẦN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỘ CAO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Thiên văn trắc địa Mã số: 2.16.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH PHẠM HOÀNG LÂN HÀ NỘI-2007 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác TÁC GIẢ LUẬN ÁN TRẦN THÙY DƯƠNG MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 10 1.1 Bản đồ số độ cao 10 1.2 Nguyên tắc lưu giữ thông tin trực giác quy trình thành lập đồ 10 1.3 Nội dung yêu cầu hệ thống đồ họa phục vụ cho việc thành lập đồ số 11 1.4 Các phần mềm đồ họa thông dụng phục vụ cho thành lập đồ số độ cao 13 1.4.1 Thành lập mơ hình số địa hình 13 1.4.2 Tạo topology 13 1.4.3 Các môi trường đồ họa 14 1.5 Môi trường lập trình đồ họa 17 1.5.1 Các tiêu chuẩn đồ họa 17 1.5.2 Hệ điều hành 18 1.5.3 Ngôn ngữ lập trình 19 Chương TẠO TOPOLOGY 21 2.1 Sắp xếp tìm kiếm 22 2.1.1 QuickSort 22 2.1.2 Tìm kiếm nhị phân 23 2.2 Các tốn hình học 24 2.2.1 Xác định điểm nằm phía đoạn thẳng 24 2.2.2 Kiểm tra giao hai đoạn thẳng 25 2.2.3 Điểm nằm đa giác 2.3 Phát chỉnh sửa lỗi 26 27 2.3.1 Các đoạn trùng 27 2.3.2 Các đoạn hở, đoạn giao 29 2.4 Khoanh vùng 30 2.5 Tìm xác lập mối quan hệ hàng xóm 32 Chương LÝ THUYẾT ĐƯỜNG CONG 33 3.1 Đường cong tham số bậc ba 33 3.2 Đường cong spline bậc ba 37 3.3 B-Spline 38 3.4 B-spline bậc ba không tuần hoàn 40 3.5 Các giá trị đạo hàm B-spline bậc ba khơng tuần hồn 41 3.6 Xác định điểm điều khiển B-spline bậc ba khơng tuần hồn 43 3.7 Sử dụng kỹ thuật ma trận thưa 46 3.8 Thay đổi bậc B-spline 47 Chương HỆ THỐNG BIÊN TẬP ĐỒ HỌA 49 4.1 Thiết kế hệ thống xây dựng đối tượng đồ họa sở 49 4.1.1 Hệ thống thực đơn 49 4.1.2 Các đối tượng đồ họa sở 50 4.1.3 Các đối tượng định danh 52 4.2 Phân hoạch không gian 54 4.2.1 Phân hoạch tứ phân 55 4.2.2 Ứng dụng phân hoạch toán khác 56 4.3 Hiển thị in ấn 57 4.3.1 Phép ánh xạ từ hệ tọa độ thực lên hệ tọa độ hình 57 4.3.2 Phép ánh xạ từ hệ tọa độ thực lên hệ tọa độ mặt chiếu ảo 58 4.3.3 Phép ánh xạ từ hệ tọa độ mặt chiếu ảo lên hệ tọa độ hình 62 4.3.4 Các thao tác thu phóng trượt vẽ 64 4.3.5 Hàm vẽ đối tượng 66 Chương MƠ HÌNH SỐ ĐỘ CAO 67 5.1 Mơ hình mạng lưới tam giác không quy chuẩn Delaunay 68 5.2 Sơ đồ Voronoi 70 5.3 Chỉnh biên 72 5.4 Tam giác hóa Delaunay 75 5.4.1 Các phương pháp tam giác hóa 75 5.4.2 Biên tập mơ hình tam giác 77 5.5 Nội suy vẽ đường đồng mức 82 5.4.3 Nội suy tam giác 84 5.4.4 Biến đổi thành đa giác 86 5.4.5 Làm trơn 86 5.6 Một số ứng dụng thực tế 87 5.6.1 Hệ thống thông tin trắc địa 87 5.6.2 Thành lập đồ dị thường trọng lực, đồ dị thường độ cao 89 5.6.3 Thành lập đồ cơng trình ngầm hệ quản trị CSDL cơng trình ngầm 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 106 DANH MỤC CC HèNH V Hình 2-1 Các trờng hợp cần phát loại bỏ khoanh vùng 29 Hình 2-2 Các trờng hợp cần loại điểm khoanh vïng 30 H×nh 2-3 Vïng cã đảo vùng biên 31 Hình 3-1 Một điểm đờng cong tham sè bËc ba 33 H×nh 3-2 PhÐp néi suy tham sè bËc ba tõng khúc 34 Hình 3-3 Các véc tơ tiếp tuyến điểm đầu mút phân đoạn 34 Hình 3-4 Thay đổi độ lớn véc tơ tiếp tuyến dẫn đến thay đổi hình dạng đờng cong tham số bậc ba 35 H×nh 4-1 Sơ đồ thứ tự quad 55 H×nh 4-2 Hệ tọa độ mặt chiếu ảo 60 Hình 5-1 Đờng tròn nhá nhÊt cđa A vµ B 74 Hình 5-2 Trờng hợp PQ cạnh biên 74 Hình 5-3 Hoán đổi tam giác tứ giác 79 Hình 5-4 Chiều quay quét tạo đờng đồng mức trực tiếp 83 Hình 5-5 Các trờng hợp biên mặt phẳng H so với mặt tam giác 85 Hình 5-6 Quan hệ tọa độ điểm gây nhiễu điểm xét 90 Hình 5-7 Hiển thị đờng đẳng dị dị thờng träng lùc 92 H×nh 5-8 HiĨn thị đờng đẳng dị dị thờng độ cao 92 Hình 5-9 Hiển thị thông tin thuộc tính đối tợng công trình ngầm 100 DANH MC CC BNG Bảng 3-1 Các phân đoạn B-spline bậc ba không tuần hoàn 40 Bảng 4-1 Các đối tợng đồ họa së 50 Bảng 4-2 Các đối tợng định danh 53 Bảng 5-1 Các tham số mô hình 36 nguồn nhiễu 90 Bảng 5-2 Bảng m vật liệu công trình ngầm 95 Bảng 5-3 Bảng m loại công trình ngầm 95 B¶ng 5-4 Th− viƯn ký hiệu dạng điểm CTN 97 Bảng 5-5 Th viện ký hiệu dạng tuyến 99 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong công tác thành lập đồ số độ cao nay, phần mềm có vai trò quan trọng Thông thờng đơn vị sản xuất phải đồng thời sử dụng kết hợp nhiều hệ thống phần mềm với nhau, ví dụ biên tập đồ họa thờng đợc sử dụng AutoCad MicroStation, thành lập mô hình số độ cao thờng sử dụng phần mềm nh SoftDesk, SDR, phần mềm công ty Mỹ sản xuất, vấn đề liên quan đến toán tạo topology lại thờng sử dụng AcadMap, ArcInfo Các phần mềm phần mềm thơng mại nên có độ ổn định tốc độ cao, đ đợc nhiều đơn vị thành lập ®å sư dơng hiƯn Tuy nhiªn, sù phơ thc vào công nghệ nớc công tác thành lập đồ số nói chung đồ số độ cao nói riêng đ gây khó khăn định, đặc biệt phải tuân thủ quy định luật quyền Hiện nay, ngành trắc địa cha có phần mềm cho phép thành lập đồ số độ cao cách hoàn toàn chủ động độc lập, đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật xử lý biên tập, quản lý liệu đo đạc, nh yêu cầu mỹ thuật mặt trình bày đồ Do đề tài nghiên cứu xây dựng công nghệ thành lập đồ số độ cao mang tính thời cÊp thiÕt Mục đích, đối tượng, nội dung phm vi nghiờn cu Mục đích đề tài nghiên cứu, khảo sát, hệ thống hóa thuật toán, khẳng định lý thuyết nh thực tiễn khả xây dựng hệ thống phần mềm thành lập đồ số độc lập với đầy đủ chức biên tập, có độ tin cậy tốc độ cao Đối tợng phạm vi nghiên cứu luận án bao gồm vấn đề liên quan đến công nghệ thành lập đồ số độ cao tỷ lệ lớn phơng pháp đo đạc trực tiếp thực địa Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm: Khảo sát, phân tích, đánh giá phần mềm phổ biến sản xuất, đặc thù công nghệ thành lập đồ số theo phơng pháp đo đạc trực tiếp thực địa Nghiên cứu thuật toán liên quan đến vấn đề biên tập đồ họa Các giải pháp thành lập mô hình số độ cao Nghiên cứu toán tạo topology Thiết kế, xây dựng phần mềm Đánh giá kết đạt đợc ứng dụng chuyên ngµnh Các luận điểm bảo vệ Phần mềm kết hợp ba chức năng: biên tập đồ họa, thành lập, xử lý mơ hình số độ cao tạo topology giải hầu hết vấn đề liên quan đến đồ số Sử dụng lý thuyết ánh xạ phân hoạch không gian đối tượng phù hợp sở để xây dựng hệ thống biên tập đồ họa có tốc độ độ tin cậy cao Các điểm lun ỏn Kế thừa nguyên tắc lu giữ thông tin trực giác quy trình thành lập đồ truyền thống biện pháp tăng tốc độ thành lập đồ số độ cao Bằng cách lựa chọn thuật toán phù hợp đồng thời với biện pháp loại bỏ trờng hợp biên, luận án đ giải toán tạo topology hiệu Các biện pháp đề xuất xử lý đờng cong tham số bậc ba spline Bspline cho phép chủ động tăng tốc độ thể đối tợng đồ số độ cao Luận án đ xây dựng lý thuyết ánh xạ đối tợng đồ họa với giá trị tọa độ nguyên chế kiểm soát phép ánh xạ này, kết hợp với việc phân ... khả xây dựng hệ thống công nghệ thành lập đồ số độ cao độc lập Ý nghĩa thực tiễn Các kết nghiên cứu sở để xây dựng phần mềm thành lập đồ địa chính, địa hình, đồ dị thường trọng lực, dị thường độ. .. xây dựng hệ thống phần mềm thành lập đồ số độc lập với đầy đủ chức biên tập, có độ tin cậy tốc độ cao Đối tợng phạm vi nghiên cứu luận án bao gồm vấn đề liên quan đến công nghệ thành lập đồ số. .. o0o TRẦN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỘ CAO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Thiên văn trắc địa Mã số: 2.16.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT