3.6.1. Cơ sở xây dựng Bộ quy tắc trình bày tự động
Các quy tắc trình bày bản đồđịa hình quân sựđã được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia ngành địa hình quân sự [2], [3]. Tuy nhiên, để xây dựng Bộ quy tắc trình bày
bản đồ tựđộng cần phân tích các quy định trên theo khía cạnh kỹ thuật số. Khi đĩ, một số khái niệm mới cần được làm rõ như sau:
- Kỹ thuật trình bày: dùng để mơ tả các thao tác trình bày cụ thể cho một đối tượng bản đồ trong các trường hợp khác nhau, cĩ bản chất là các thao tác TQH bản đồ ở mức thuộc tính.
Hình 3-8. Sơđồ khái niệm Kỹ thuật trình bày
- Chỉ thị trình bày: mơ tả một tập hợp các thao tác trình bày cần thiết để thiết kế cho một đối tượng trong các trường hợp khác nhau.
Hình 3-9. Sơ đồ khái niệm Chỉ thị trình bày
Nĩi cách khác, khái niệm Chỉ thị trình bày đại diện cách thức xây dựng một nhĩm quy tắc trình bày cho đối tượng trong từng trường hợp khác nhau. Thơng tin đối tượng địa lý chiết tách từ CSDL theo giá trị tham số trình bày khai báo trong các biểu thức truy vấn. Thao tác trình bày là cách thức gán ký hiệu và xác định vị trí đặt ký hiệu bằng các cơng cụ hiển thị, để khơng làm ảnh hưởng đến vị trí và độ chính xác của dữ liệu gốc.
- Danh mục trình bày: dùng để mơ tả một tập hợp các quy tắc áp dụng cho trình bày các đối tượng nội dung bản đồ. Danh mục trình bày quản lý tất cả các quy tắc trình bày. Mỗi nhĩm quy tắc là tập hợp các thao tác trình bày cần thiết cho một đối tượng bản đồ trong các trường khác nhau. Mức chi tiết cao nhất là quy tắc trình bày cho một đối tượng trong một trường hợp nhất định.
+Lập hàm xử lý 0…1 Chỉ thị trình bày Hàm xử lý thao tác trình bày +Ký hiệu 1…n Thao tác trình bày Các thuộc tính sử dụng Tập hợp các tham số được sử dụng +Tham số thực tế 1…n +Các tham số sau xử lý 1…n +Cấu trúc hàm 1…n
Giá trị tham số trình bày Kỹ thuật trình bày Thao tác chọn ký hiệu trình bày Thao tác chọn vị trí trình bày Thao tác
Hình 3-10. Sơđồ khái niệm Danh mục trình bày
- Trình bày bản đồ: bao gồm các khái niệm Chỉ thị trình bày, Danh mục trình bày và Kỹ thuật trình bày để trình bày bản đồ tự động bằng dữ liệu chiết tách từ CSDL, được ký hiệu hĩa và biểu thị theo ngơn ngữ bản đồ. Khái niệm này bao gồm tất cả các thao tác TQH cần thiết cho các chủđề trong trình bày và biên tập bản đồ.
Hình 3-11. Sơđồ khái niệm Trình bày bản đồ
3.6.2. Xây dựng Bộ quy tắc trình bày tự động
Bộ quy tắc trình bày tựđộng bao gồm các thành phần: Bộ ký hiệu số, tập hợp các quy tắc trình bày ký hiệu tựđộng và mẫu trình bày.
* Xây dựng Bộ ký hiệu số
Bộ ký hiệu số cần được xây dựng theo 2 giải pháp: một cho trình bày bản đồ số phục vụ khai thác thơng tin trực tiếp từ màn hình và một cho trình bày để in ra giấy.
- Bộ ký hiệu trình bày các bản đồ số để khai thác thơng tin trực tiếp từ màn hình: cĩ đặc điểm tự động thay đổi tỷ lệ theo với mức phĩng to hoặc thu nhỏ của màn hình. Vị trí các ký hiệu dạng điểm, đường và vùng giữ nguyên khi thu hoặc phĩng tỷ lệ. Riêng ký hiệu dạng chữ cĩ thể được thiết kế giữ nguyên kích thước nhưng tựđộng thay đổi vị trí hiển thịđể tránh xung đột khơng gian ký hiệu.
Các thuộc tính sử dụng +Tham số sau xử lý 0…n Chỉ thị trình bày Đối tượng trình bày +Nhĩm lớp trình bày 1…n Bộ quy tắc trình bày +Quy tắc trình bày 1…n Danh mục trình bày +Thao tác trình bày 1…n Hàm xử lý các thao tác trình bày +Lập hàm xử lý 0…n +Thuộc tính trình bày 1…n + Thao tác trình bày 1…n + Quy tắc trình bày 1…n + Bộ quy tắc trình bày 1…n Trình bày bản đồ
Chỉ thị trình bày Kỹ thuật trình bày Danh mục trình bày
- Bộ ký hiệu để trình bày bản đồ số in ra giấy: mỗi ký hiệu được thiết kế theo các kích thước chuẩn để in ra giấy theo một tỷ lệ nhất định, được gắn với các quy tắc trình bày bản đồ. Mỗi ký hiệu được coi là hình ảnh đại diện của đối tượng trình bày theo các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế trước. Điều đĩ cũng cĩ ý nghĩa bao hàm cả giải pháp nhằm giải quyết xung đột khơng gian ký hiệu khi trình bày cho một tỷ lệ bản đồ nhất định.
* Xây dựng tập hợp các quy tắc trình bày tự động
Tập hợp các quy tắc trình bày tựđộng cho mỗi mục đích được tổ chức theo đặc điểm về tỷ lệ, chủđề, nhĩm lớp và quy tắc trình bày.
Hình 3-12. Sơđồ quy trình xây dựng tập hợp các quy tắc trình bày tựđộng Trong đĩ, chủđề là tập hợp tất cả các chủđề nội dung của bản đồ (ví dụ: bản đồ địa hình quân sự gồm 8 nhĩm lớp: Điểm khống chế trắc địa, Địa hình, Thủy hệ, Giao thơng, Dân cư, Địa giới hành chính và ranh giới, Thực vật, Quân sự). Nhĩm lớp, lớp thơng tin bao gồm quy tắc trình bày cho mỗi đối tượng bản đồ hoặc nhĩm đối tượng bản đồ. Quy tắc trình bày bao gồm định nghĩa tên quy tắc, hàm truy vấn thơng tin được xử lý hiển thị, các tham số xử lý, thuộc tính lựa chọn để xử lý, đối tượng xử lý, lớp/nhĩm lớp thơng tin quản lý đối tượng được lựa chọn xử lý, chủđề trình bày, tên quy tắc trình bày (ký hiệu số gắn với quy tắc trình bày), thứ tự xử lý tựđộng trong chủđề.
- Xây dựng bảng ánh xạ đối tượng địa lý và bản đồ: để chỉ ra quan hệ giữa đối tượng địa lý trong CSDL tương ứng là đối tượng bản đồ nào hiển thị trong nội dung bản đồ. Trên cơ sở các khái niệm đã xây dựng, bảng ánh xạđối tượng nội dung bản đồ với đối tượng địa lý được lập ra bao gồm các thơng tin về chủ đề dữ liệu, lớp thơng tin chứa đối tượng quan tâm, hàm chiết tách và quy tắc trình bày.
Xây dựng bảng ánh xạđối tượng địa lý và bản đồ Tổ chức chủđề trình bày
Tổ chức nhĩm lớp thơng tin trình bày
Lập hàm truy vấn đối tượng trình bày
Bảng 3-4. Bảng ánh xạ chủđề Cơ sởđo đạc cho mục đích trình bày bản đồ
Nội dung Lớp thơng tin Tiêu chí chiết
tách thơng tin Quy tắc trình bày Cơ sởđo đạc
Điểm gốc toạđộ quốc gia DiemDoDacCoSo doiTuong = 1 2-Điểm tọa độ Nhà nước
Điểm gốc độ cao quốc gia DiemDoDacCoSo doiTuong = 2 3-Điểm độ cao Nhà nước Điểm thiên văn DiemGocDoDac doiTuong = 3 1-Điểm thiên văn
- Tổ chức chủ đề trình bày: chủ đề trình bày bản đồ địa hình quân sự tuân theo cách phân loại chủđề nội dung bản đồ.
- Tổ chức nhĩm lớp thơng tin trình bày: được lấy theo tên của đối tượng địa lý chứa các đối tượng nội dung bản đồ để dễ quản lý và truy vấn thơng tin.
- Lập hàm truy vấn đối tượng trình bày: căn cứ vào bảng ánh xạ, tiêu chí trình bày đối tượng bản đồ và các thuật tốn truy vấn theo ngơn ngữ Visual Basic để lập các hàm lựa chọn đối tượng bản đồ từ cấu trúc CSDL nền địa lý.
- Xác lập quy tắc trình bày đối tượng: là bước gán quy tắc tương ứng cho đối tượng bản đồ được trình bày.
Tất cả các quy tắc được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu phục vụ trình bày theo cấu trúc logic như trên đã phân tích.
* Mẫu trình bày
Khái niệm Mẫu trình bày đại diện cho cách thức tổ chức thơng tin nội dung một kiểu bản đồ nhất định, cĩ tính đến thứ tự sắp xếp các lớp thơng tin để trình bày bản đồ theo đa mục đích (chế in, xem trên màn hình…).
Cấu trúc thơng tin của bản đồ địa hình quân sự dạng số truyền thống được chia thành 7 nhĩm lớp: Cơ sở, Địa hình, Thủy hệ, Giao thơng, Dân cư, Ranh giới, Thực vật, chứa tồn bộđối tượng nội dung bản đồ tương ứng. Lớp thứ 8 là Quân sự khơng được in ra, chỉ biểu thị ranh giới và ghi chú “Quân sự”, là những thơng tin được quản lý trong chủđề Dân cư Cơ sở hạ tầng, cùng trong một lớp thơng tin Ranh giới khu chức năng.
Đối với các bản đồ số sử dụng để khai thác thơng tin trực tiếp từ màn hình cĩ thể chiết tách thơng tin từ CSDL và trình bày bản đồ theo tệp mẫu trình bày. Ưu điểm của giải pháp là cĩ khả năng tự động cập nhật việc hiển thị thơng tin tức thời
theo biến động của dữ liệu. Đối với các bản đồ trình bày để in ra giấy, mẫu bản đồ được chia thành ba chủđề là Nội dung chính, Ghi chú thuyết minh, Khung và trình bày ngồi khung. Theo lý thuyết, căn cứ vào sự phân chia đặc trưng địa hình, việc thiết kế mẫu trình bày cần được phân theo năm loại tương ứng với mức độ chi tiết thơng tin ghi chú được chiết tách từ CSDL.
3.7. Cập nhật cơ sở dữ liệu bằng ảnh viễn thám
3.7.1. Quy trình cơng nghệ
* Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Hình 3-13. Sơ đồ quy trình cơng nghệ cập nhật đối tượng địa lý từảnh viễn thám
* Phân tích quy trình cơng nghệ
Trong phương pháp xử lý ảnh số, trước hết ảnh được nắn chỉnh hình học và tạo trực ảnh. Sau đĩ, ảnh được tiến hành phân đoạn hình ảnh theo các nhĩm cĩ trị số trung bình phổ bằng hoặc gần bằng nhau. Các nhĩm này cĩ thể được xử lý kết hợp với lấy mẫu phổđặc trưng, nhằm đảm bảo phân loại theo cấu trúc đặc trưng hình ảnh, vừa gộp được theo đặc điểm phổ phản xạ đặc trưng của từng loại đối tượng. Đối
Chuẩn hĩa, đồng bộ hĩa, tích hợp
CSDL nền địa lý bản sao CSDL nền địa lý gốc Kiểm tra thực địa Vector hĩa Gán thuộc tính Nắn ảnh trực giao Phát hiện biến động Nắn ảnh trực giao Ảnh viễn thám Chiết tách đối tượng Chiết tách lớp đối tượng Các tài liệu khác Vector hĩa Xử lý ảnh số Giải đốn ảnh
tượng địa lý được chiết tách dưới dạng vector đã bao gồm việc khái quát hĩa đường biên. Dữ liệu này được sử dụng để tham chiếu với đối tượng địa lý cũ (trong CSDL bản sao) kết hợp với nền trực ảnh để lựa chọn đối tượng cần cập nhật, gán thơng tin thuộc tính, điều tra thực địa, đồng bộ hĩa, chuẩn hĩa và tích hợp trở lại CSDL gốc.
Việc sao chép phạm vi khu vực cập nhật từ CSDL nền địa lý gốc thành CSDL bản sao, nhằm đảm bảo duy trì độ chính xác, tính đầy đủ và hợp chuẩn của bộ dữ liệu. Chỉ sau khi hồn thành việc kiểm tra, chuẩn hĩa dữ liệu, CSDL bản sao mới được đồng bộ, tích hợp với bản gốc CSDL. Việc đồng bộ cơ sở dữ liệu nền địa lý cập nhật với cơ sở dữ liệu nền địa lý gốc là việc thống nhất các đối tượng địa lý giữa hai CSDL này về mặt khơng gian, thuộc tính và quan hệ.
Để giải đốn ảnh bằng mắt trước hết cần nắn trực ảnh. Sau đĩ tham chiếu dữ liệu địa lý (trên CSDL bản sao) với nền trực ảnh để phát hiện những đối tượng thay đổi (mất đi, mới xuất hiện hoặc biến đổi một phần) để chỉnh sửa lại cho phù hợp. Dữ liệu mới chỉnh sửa được gán đầy đủ thơng tin thuộc tính theo quy định cho từng đối tượng địa lý cụ thể và được kiểm tra lại tại thực địa. CSDL bản sao sẽ được đồng bộ hĩa, chuẩn hĩa và tích hợp trở lại CSDL gốc.
3.7.2. Nắn ảnh trực giao
* Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Hình 3-14. Sơ đồ quy trình cơng nghệ nắn ảnh
* Phân tích quy trình cơng nghệ
Thơng thường, ảnh vệ tinh đã được nhà cung cấp xử lý ở mức 1A. Vì vậy, ảnh sẽ tiếp tục được nắn trực ảnh theo nguyên lý nắn ảnh trực tiếp ở mức 3 bằng phần mềm ENVI. Dưới đây là các phân tích cơng nghệ theo thuật tốn ứng dụng tích hợp trong phần mềm ENVI (nguồn từ Help của phần mềm).
Tổ hợp mầu và trộn ảnh Ảnh vệ tinh mới Chọn điểm Ảnh vệ tinh đã nắn Chọn điểm Mơ hình sốđịa hình Mơ hình hĩa, nắn ảnh mức 3
Việc mơ hình hĩa ảnh vệ tinh được tiến hành trên cơ sở chọn các cặp điểm song trùng về tọa độ và độ cao. Trong đĩ, điểm khống chếđọc từảnh đã nắn. Sử dụng mơ hình số địa hình để loại bỏ biến dạng do chênh cao địa hình. Tổng số điểm nắn trung bình khoảng 20 điểm/cảnh và từ 1 – 3 điểm kiểm tra. Phương trình chuyển đổi tọa độ sử dụng hệ phương trình Affine bậc 3 cĩ dạng:
x’ = a0+a1x+a2y+a3xy+a4 x2+a5y2+a6x2y+a7xy2+a8x3+a9y3
y’ = b0+b1x+b2y+b3xy+b4x2+b5y2+b6x2y+b7xy2+b8x3+b9y3 (3.1) Trong đĩ: x’, y’là toạđộ của ảnh chưa nắn; x, y là toạđộ của ảnh nắn; a0, ...
b9 là các hệ số của phương trình chuyển đổi.
Ảnh được nắn ở mức 3, độ phân giải 2,5m đối với ảnh tồn sắc, 10m đối với ảnh đa phổ. Giá trị độ xám của điểm ảnh được tính theo thuật tốn xoắn bậc ba (Cubic Convolution) do Rifman đề xuất.
W1(x) = 1 – 2x2 + x3, (0 ≤ x≤ 1) W2(x) = 4 – 8 x + 5x2 + x3, (1 ≤ x ≤ 2)
W3(x) = 0, (2 ≤ x) (3.2)
Để cĩ ảnh tổ hợp mầu tự nhiên, đối với những ảnh cĩ kênh Blue (ví dụ VNREDSAT-1) thì cĩ thể sắp xếp các kênh theo thứ tự Lam – Đỏ – Lục. Đối với những ảnh khơng cĩ kênh Lam (ví dụ SPOT5) thì cĩ thể tạo kênh giả Lam để tổ hợp ảnh (trong trường hợp này dùng kênh cận hồng ngoại) theo thứ tự Cận hồng ngoại – Đỏ –Lục. Để cĩ ảnh tổ hợp mầu giả phổ, các kênh ảnh được sắp xếp theo thứ tựĐỏ – Lục – Lam.
Ảnh màu tự nhiên (độ phân giải 10m) và ảnh màu giả mầu phổ (độ phân giải 10m) được trộn với ảnh tồn sắc (độ phân giải 2.5m) theo thuật tốn của Brovey nhằm nâng cao độ phân giải khơng gian của ảnh.
[DNB1 / DNB1 + DNB2 + DNB3] x [DNhigh res. image] = DNB1_new [DNB2 / DNB1 + DNB2 + DNB3] x [DNhigh res. image] = DNB2_new
[DNB2 / DNB1 + DNB2 + DNB3] x [DNhigh res. image] = DNB2_new (3.3)
Trong đĩ:
DNB1_new, DNB2_new, DNB3_new : là giá trịđộ xám kênh ảnh 1, 2, 3 của ảnh mới tạo. DNhigh res. image: là giá trịđộ xám của ảnh tồn sắc.
Việc ghép ảnh được thực hiện khi khu vực nghiên cứu nằm trên nhiều cảnh ảnh vệ tinh khác nhau. Khi đĩ, vết ghép ảnh khơng được cắt qua các điểm khống chế dùng để nắn ảnh và dọc theo các địa vật hình tuyến.
Cĩ thể tăng cường chất lượng ảnh ở mức độ hiển thị trên màn hình cho từng kênh phổ bằng phương pháp dãn tuyến tính, phương pháp điều chỉnh tương tác hoặc phương pháp khác.
3.7.3. Chiết tách đối tượng 3.7.3.1. Quy trình cơng nghệ
* Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Hình 3-15. Sơđồ quy trình chiết tách đối tượng, lớp đối tượng địa lý từảnh viễn thám
* Phân tích quy trình cơng nghệ
- Chiết tách đối tượng: để chiết tách đối tượng từ ảnh viễn thám cĩ thể lựa chọn thuật tốn phân loại hướng đối tượng để tìm kiếm và ghép các đối tượng cùng tính chất cĩ khoảng cách nhỏ hơn một ngưỡng giới hạn. Sau đĩ, hoạt động tinh chỉnh hình học nhằm đảm bảo sự tuyến tính của các đối tượng. Thuộc tính của các đối tượng được tính tốn để chất lượng hình ảnh phân loại được rõ ràng nhất.
- Chiết tách lớp đối tượng: dữ liệu cĩ thể được chiết tách ra theo một thuộc tính chung hoặc các nhĩm đối tượng cĩ thuộc tính khác nhau theo định nghĩa trước. Do đĩ, để phân nhĩm đối tượng theo thuộc tính, phải định nghĩa các lớp đối tượng được nhận dạng trên ảnh và đặc tính của lớp đĩ. Về cơ bản, các lớp này phân chia
Định nghĩa lớp đối tượng
Phân loại theo mẫu phổ/tổ hợp mầu
Xuất ra lớp đối tượng Báo cáo tính tốn thống kê
Chiết tách lớp đối tượng Chiết tách đối tượng
Phân loại hướng đối tượng Ghép các đối tượng Tinh chỉnh đối tượng Tính tốn thuộc tính