Dưới đây là tập hợp những khái niệm cơ sở cần thiết khi xây dựng CSDL bản đồđịa hình quân sự từ CSDL nền địa lý và cập nhật đối tượng địa lý từảnh viễn thám.
2.2.1. Bản đồ số
Với vai trị là mục đích xây dựng CSDL bản đồ địa hình quân sự, bản đồ số được hiểulà tập hợp cĩ tổ chức các dữ liệu bản đồ trên các thiết bị cĩ khả năng đọc bằng máy tính điện tử và được thể hiện dưới dạng hình ảnh bản đồ [11], [17], [30].
Cấu trúc thơng tin bản đồđược sử dụng để mơ tả các đối tượng địa lý bằng tập hợp các thành phần của: điểm, đường, vùng, màu sắc, ký hiệu và từ ngữ. Mơ hình dữ liệu bản đồ số phản ánh các vị trí, tính chất và các quan hệ khơng gian dưới dạng số. Để phản ánh tồn bộ các thơng tin cần thiết, các đối tượng địa lý trên bản đồ cịn được phản ánh theo cấu trúc phân mảnh và phân lớp thơng tin [17]. Các chuẩn thơng tin bản đồ bao gồm chuẩn về hệ thống cơ sở tốn học; Chuẩn về các sai số; Chuẩn về cách phân mảnh, đánh số phiên hiệu mảnh bản đồ số; Chuẩn về phân lớp thơng tin; Chuẩn về tính quan hệ tương hỗ giữa các lớp thơng tin khác nhau; Chuẩn về mơ hình dữ liệu lưu trữ và mơ tả thơng tin (bao gồm Chuẩn về mơ hình dữ liệu và Chuẩn vềđịnh dạng lưu trữ dữ liệu) [15], [36].
2.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ
Dữ liệu địa lý được tổ chức theo một quy tắc xác định gọi là cấu trúc dữ liệu. Dữ liệu khơng gian được cấu trúc theo hai dạng: vector và raster [26], [29], [51]. Cấu trúc vector phản ánh vị trí khơng gian theo tọa độ điểm (x,y). Cấu trúc raster phản ánh vị trí khơng gian theo thứ tự hàng – cột. Trong đĩ, cấu trúc vector thường
phải xét đến "Topology" là sự mơ tả mối quan hệ khơng gian giữa các phần tử hoặc đối tượng khơng gian, theo mối quan hệ trong/ngồi, trên/dưới, trái/phải, trùng/kề... Cấu trúc dữ liệu phi khơng gian của hệ thống thơng tin địa lý thơng thường gồm bốn loại dữ liệu thuộc tính: 1) Đặc tính của đối tượng; 2) Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý; 3) Chỉ sốđịa lý; 4) Quan hệ giữa các đối tượng trong khơng gian.
Để xây dựng CSDL bản đồ cĩ thể dẫn xuất từ CSDL nền địa lý, là một tập hợp các dữ liệu nền địa lý cĩ chuẩn cấu trúc, được lưu trữ trên máy tính và các thiết bị lưu trữ thơng tin thứ cấp, cĩ thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thơng tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng cho các mục đích khác nhau [6], [8]. Suy ra rộng ra, CSDL nền địa lý quốc gia là sự giới hạn của định nghĩa trên về phạm vi khơng gian quan tâm và mục đích sử dụng chuyên biệt cho quốc gia. Cịn CSDL nền địa lý quân sự là giới hạn của định nghĩa CSDL nền địa lý về mục đích sử dụng chuyên biệt cho lĩnh vực quân sự.
Mặt khác, để xây dựng một CSDL địa lý nĩi chung, người ta thường áp dụng một quy trình chung gồm 4 bước như sau: 1) Xác định mục đích, nội dung của CSDL; 2) Tập hợp thơng tin, thu thập tài liệu, thiết kế mơ hình cấu trúc; 3) Xây dựng dữ liệu; 4) Kiểm tra và lưu trữ dữ liệu [30].
Hiện nay, mơ hình CSDL quan hệ đối tượng được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng CSDL địa lý. Trong đĩ, mơi trường vận hành của CSDL bao gồm các loại hình như Mơi trường tập trung, Mơi trường khách/chủ (server/client) và Mơi trường mạng (Internet, Intranet) [25], [35], [57].
Để quản lý và khai thác sử dụng cĩ hiệu quả, CSDL nĩi chung, CSDL bản đồ nĩ riêng được quản lý trong một hệ thống thống tin địa lý. Tuy nhiên, hiện đang tồn tại rất nhiều định nghĩa khác nhau về Hệ thống thơng tin địa lý. Hiểu một cách khái quát, Hệ thống thơng tin địa lý cĩ thể xem là một tập hợp phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích truy cập, lưu trữ, cập nhật, phân tích, thao tác và hiển thị tất cả các dạng thơng tin liên quan đến vị trí địa lý [9], [11], [18], [19], [32], [47], [60], [84]. Hệ thống thơng tin địa lý được vận hàng trên cơ sở sử dụng một hệ quản trị CSDL khơng gian, bao gồm một hệ thống phần mềm cho
phép thực hiện các tính năng như: quản lý, tạo lập và điều khiển mọi truy cập đối với CSDL (Structured Query Language - SQL). Trong đĩ, hệ quản trị Oracle cho phép quản trị dữ liệu cĩ khối lượng tới hàng trăm Gigabyte, hỗ trợ mạnh cho các tính năng nhiều người truy xuất cùng đơn vị dữ liệu trong cùng thời gian, cĩ thể làm việc 24/24. Cịn hệ quản trị SQL Server là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (Relational DataBase Management System – RDBMS), sử dụng các lệnh chuyển đổi (Transaction – SQL) để trao đổi dữ liệu giữa Client Computer và Server Computer. SQL Server cho phép quản trị một hệ CSDL lớn (lên đến vài Tegabyte), cĩ tốc độ xử lý nhanh, nhiều người cùng khai thác trong một thời điểm đối (lên đến vài chục ngàn user).
2.2.3. Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám
Khái niệm cập nhật cơ sở dữ liệu là việc chỉnh sửa, bổ sung, chuẩn hĩa lại nội dung dữ liệu đểđảm bảo cơ sở dữ liệu cĩ nội dung phù hợp với hiện trạng thực tế và đúng theo yêu cầu của các văn bản quy định kỹ thuật về cơ sở dữ liệu hiện hành [8].
Tư liệu viễn thám (Remotely Sensed Data) là khái niệm chung cho các tư liệu thu nhận được từ các hệ thống quan sát Trái Đất từ vũ trụ. Tư liệu viễn thám cĩ thể được phân loại theo một số cách như: Phân loại theo nguồn tín hiệu cĩ ảnh thu từ nguồn tín hiệu chủ động (ảnh Radar, Lidar), ảnh thu từ nguồn tín hiệu bị động (LandSat, Spot, Quickbird); Phân theo thiết bị vật mang bao gồm các loại tư liệu như ảnh máy bay (Arial Photo), tư liệu ảnh vệ tinh (Satellite Image); Phân theo đặc trưng phổ của ảnh cĩ ảnh siêu phổ, ảnh đa phổ, ảnh tồn sắc; Phân theo dải sĩng trong quang phổđiện từ cĩ ảnh quang học, ảnh hồng ngoại nhiệt, ảnh Radar [38].
Để cập nhật dữ liệu địa lý từảnh viễn thám cĩ thể giải đốn bằng mắt (Visual Interpretation), là phương pháp sử dụng mắt người cùng trí tuệ để chiết xuất các thơng tin từ tư liệu viễn thám. Phương pháp này thường sử dụng các chìa khĩa giải đốn để hỗ trợ quá trình giải đốn đối tượng từảnh. Chìa khĩa giải đốn được coi là tiêu chuẩn để phân biệt các đối tượng theo các yếu tố giải đốn.
Cơ sởđể giải đốn ảnh là các dấu hiệu giải đốn, cĩ bản chất là những dấu hiệu khác biệt cho phép nhận biết đối tượng trên ảnh, bao gồm dấu hiệu giải đốn trực tiếp, gián tiếp và tổng hợp. Các dấu hiệu giải đốn trực tiếp bao gồm hình dạng, kích thước,
độ đậm nhạt, mầu sắc của hình ảnh, cấu trúc hình ảnh, bĩng, đặc trưng phổ. Các dấu hiệu giải đốn gián tiếp bao gồm vị trí tương quan, dấu vết hoạt động, tần suất xuất hiện và đặc trưng phân bố. Các dấu hiệu tổng hợp thể hiện cấu trúc của các tổ hợp lãnh thổ tự nhiên, được sử dụng đểđiều vẽ cảnh quan hoặc tổ hợp của chúng.
Để chiết tách dữ liệu địa lý từảnh viễn thám cũng cĩ thể tiếp cận với phương pháp xử lý ảnh số trên cơ sở sử dụng các phần mềm tin học, phần mềm xử lý ảnh (Image Procesing) [25], [37], [38]. Tuy nhiên, giải pháp này cịn nhiều hạn chế khi ứng dụng vào thực tế. Trong đĩ đáng lưu ý, việc phân loại theo đặc trưng phản xạ phổ gặp nhiều khĩ khăn do cĩ thể xảy ra 03 trường hợp:
- Trường hợp lý tưởng: các nhĩm đồng tính chất khác nhau cĩ thểđược giữ trọn vẹn trong khơng gian phụ nhỏ nhất (trong một kênh riêng rẽ).
- Trường hợp đặc thù: các nhĩm đồng chất khác nhau cĩ thể khơng được phân chia nguyên vẹn trong bất kỳ khơng gian phụ nào, nhưng cĩ thể thực hiện (phân chia được) trong khơng gian đa chiều.
- Trường hợp tổng quát: hoặc là trong khơng gian phụ, hoặc là trong khơng gian đa chiều luơn tồn tại sự chồng phủ giữa hai nhĩm đồng chất khác nhau.
a) Trường hợp lý tưởng b) Trường hợp đặc thù c) Trường hợp tổng quát
Hình 2-2. Các trường hợp xảy ra khi phân loại theo phổ [38]
Vì vậy, phân loại đối tượng theo đặc trưng phản xạ phổ cần được nghiên cứu kết hợp với phân loại theo cấu trúc đối tượng.