|Oi|, |Oj| tương ứng là diện tích vùng thành phần khu vực i, j ui là giá trị phổ trung bình trong khu vực i
uj là giá trị phổ trung bình trong khu vực j
|| ui - uj || là khoảng cách giữa các giá trị phổ trong khu vực i và j length(δ(Oi, Oj)) là chiều dài ranh giới chung giữa khu vực i và j Trị số ngưỡng khoảng cách giữa các đối tượng tiếp giáp được phép gộp càng tăng thì mức độ chi tiết về phân loại các đối tượng giảm và ngược lại. Thuật tốn (3.9) sử dụng trong phân đoạn các đối tượng từảnh viễn thám nhằm hỗ trợ quá trình phân loại ảnh được hiệu quả hơn. Thuật tốn cĩ bản chất là hoạt động TQH ở mức đối tượng.
(3)Tính tốn giá trị trung bình của các lớp phổ phản xạ
Giá trị trung bình của mỗi lớp phổđược tính tốn từ các giá trị của tất cả các lớp (n) pixel tạo thành một đối tượng hình ảnh. Trong phương pháp mã hĩa nhị phân quang phổ, một yếu tố độ phân giải khơng gian duy nhất của hình ảnh (pixel) được biểu thị bằng một vector L chiều (xem Help của phền mềm ENVI).
(3.10)
Trong đĩ: L là số lượng các kênh phổ
i, j là vị trí khơng gian của điểm ảnh trong một cảnh nhất định. Giá trị vi,j là trung bình quang phổ của điểm ảnh (i, j)
(3.11)
Vector L chiều cĩ trị số được tính theo cơng thức:
(3.12)
Khi đĩ, trị số phân ngưỡng H(v) giới hạn theo trường hợp bằng 1 và bằng 0 tương ứng với giá trị vi,j là trung bình quang phổ của điểm ảnh (i, j) âm hoặc dương.
(3.13)
(3.14)
Trong đĩ, tại vị trí Xij (0) = Xij (L), Xij (L +1) = Xij (1), hai vector được nối lại.
(4)Vector hĩa đối tượng từ ảnh trực giao
Một số thuật tốn sử dụng trong vector hĩa đối tượng từảnh đã qua xử lý số với sự trợ giúp của phần mềm Feature Extraction (xem Help của phần mềm ENVI):
Hàm tuyến tính: (3.15) Hàm đa thức: (3.16)
Hàm hướng tâm: (3.17)
Hàm Sigmoid: (3.18)
Trong đĩ: γ là tham sốđại diện cho khoảng cách hướng tâm
xi, xj là khoảng cách hướng tâm của phần tử thứ i và thứ j r là trị sốưu tiên
Đối với hàm đa thức, K cĩ giá trị tối thiểu là 1, và giá trị tối đa là 6. Với giá trị K = 1 đối tượng được biểu thị là một đường thẳng giữa hai lớp. Khi tăng tham số này đồng nghĩa với việc nâng cao độ chính xác để mơ tả ranh giới giữa các lớp đối tượng, nhưng cũng sẽ xuất hiện thơng tin nhiễu do mức mơ tảđối tượng ở mức chi tiết cao.
Hình 3-16. Minh họa các trường hợp vector hĩa theo hàm đa thức bậc 1, 2 và 5 [49] Trị số ưu tiên r cĩ giá trị mặc định bằng 1.00. Việc tăng trị số này đồng nghĩa với việc tăng giá trị K.
Trị sốγđại diện cho nghịch đảo số lượng các thuộc tính được tính tốn, mặc định là 0.01. Trị sốγ càng nhỏ, hàm đa thức càng tiệm cận với hàm tuyến tính.
Hình 3-17. Minh họa vector hĩa đối tượng các trường hợp trị sốγ bằng 0.1, 10 và 100 [49] Tham số đại diện cho mức độ khái quát hĩa đối tượng đường hoặc đường bao vùng được phép lựa chọn từ 0.01 đến 100.0. Tham số này càng cao, mức độ khái quát hĩa đối tượng càng thấp, hay các đối tượng được mơ tả chi tiết hơn.
Phạm vi ngưỡng phân loại theo hàm xác suất là 0.0 đến 1.0. Trị số tăng thì số lượng pixel khơng được phân loại tăng.
Từ các phân tích trên cho thấy việc sử dụng cơng thức (3.17) đối với hàm hướng tâm, khơng phụ thuộc vào trị số ưu tiên do người dùng tùy chọn nên cĩ thể được sử dụng cho mọi trường hợp. Cĩ thể sử dụng hàm đa thức hoặc hàm Sigmoid đểđiều chỉnh mức độ chi tiết khi vector hĩa đối tượng từảnh
(5) Giản hĩa dữ liệu sau vector hĩa
Sử dụng modul Featurre Extraction (thuộc phần mềm ENVI) cho phép lựa chọn chế độ giản hĩa dữ liệu sau khi được chiết tách từ ảnh bằng thuật tốn của Douglas-Peucker (1973) làm trơn đối tượng đường và đường bao [22], [67] (xem
Phụ lục 3). Thuật tốn này giữđược hình dạng đặc trưng đối tượng sau giản hĩa.
3.7.4. Giải đốn ảnh
Dữ liệu địa lý cĩ thểđược giải đốn bằng mắt trên cơ sở tham chiếu CSDL cũ với nền trực ảnh. Dữ liệu địa lý cĩ thểđược hiển thị dưới dạng ký hiệu bản đồ nhằm thuận lợi hơn trong quá trình tham chiếu với dữ liệu trực ảnh. Trong đĩ, dữ liệu thuộc tính của đối tượng địa lý quân sự cần được tham chiếu với CSDL cũ, các tài liệu đáng tin cậy và kiến thức chuyên gia giải đốn mục tiêu quân sự. Để hỗ trợ cho quá trình giải đốn bằng mắt người ta thường xây dựng các khĩa giải đốn và mẫu giải đốn tổng hợp.
* Ứng dụng Bộ khĩa giải đốn
Bộ khĩa giải đốn bằng mắt từ ảnh vệ tinh SPOT5 đã được hồn thành vào đầu tháng 3 năm 2011 tại Cục Bản đồ/Bộ Tổng Tham mưu. Đây là một nội dung nghiên cứu thuộc đề tài khoa học cấp cơ sở: "Xây dựng quy trình cơng nghệ và mơ hình tổ chức cập nhật chỉnh lý hệ thống bản đồđịa hình" – Chủ trì TS. Lê Đại Ngọc. Trong đĩ, nghiên cứu sinh chủ trì nghiên cứu nội dung xây dựng Bộ khĩa giải đốn. Tuy Bộ khĩa giải đốn được xây dựng từảnh vệ tinh SPOT5 đã hết hạn sử dụng (theo cách tính tuổi thọ kỹ thuật), nhưng hiện vệ tinh này vẫn hoạt động và vẫn cung cấp nguồn ảnh đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Bên cạnh đĩ, các ảnh cĩ thơng số kỹ thuật tương tự (ví dụ ảnh VNREDSat-1) cĩ thể sử dụng Bộ khĩa giải đốn này để tham khảo trong quá trình giải đốn.
Hình 3-18. Minh họa mẫu khĩa giải đốn
Bộ khĩa giải đốn được xây dựng cho khu vực cĩ vị trí địa lý từ 8030’ đến 15000’ vĩ tuyến Bắc, từ 103030’ đến 109030’ kinh độ Đơng, bao gồm khu vực Tây nguyên, đồng bằng ven biển phía Nam và đồng bằng Nam Bộ. Mỗi mẫu đặc trưng gồm 6 nhĩm thơng tin cơ bản: 1) Mẫu trực ảnh vệ tinh SPOT5 (độ phân giải 2.5m); 2) Mẫu giải đốn đối tượng trên nền ảnh dạng gốc số; 3) Mẫu trình bày đối tượng trên bản đồ; 4) Ảnh mẫu chụp tại thực địa của đối tượng; 5) Thuyết minh (định nghĩa đối tượng, dấu hiệu nhận biết); 6) Mã đối tượng địa lý và bản đồ. Hệ thống mã đối tượng địa lý và mã bản đồ được gắn với mỗi khĩa nhằm để hỗ trợ trong cơng tác cập nhật
CSDL. Bộ khĩa được được quản lý ở dạng số bằng một modul tự lập bằng ngơn ngữ HTML, hình thức giống như một sách điện tử, phục vụ quản lý, tra cứu trên một cách hiệu quả trực tiếp từ màn hình.
3.8. Nguyên tắc nhận dạng đối tượng bằng mã hĩa trong cơ sở dữ liệu
Trong CSDL nền địa lý quân sự, để quản lý mã định danh duy nhất đối tượng địa lý giữa các tỷ lệ hiện sử dụng hệ mã gồm 32 ký tự ngẫu nhiên, là sự tổ hợp giữa chữ cái và số, bao gồm 22 chữ cái trong bảng chữ cái La tinh (trừ chữ O, I, J, L dễ gây nhầm lẫn với số) và 10 chữ sốẢ Rập (0, 1, 2..., 9).
Để nhận dạng một đối tượng địa lý quân sự là đối tượng bản đồ ở các tỷ lệ khác nhau cần xác lập một hệ thống mã nhận dạng. Việc phát triển trong mã hĩa hệ thống cần tính đến hai yêu cầu đĩ là: 1) Đồng bộ hĩa quản lý đối tượng địa lý giữa các tỷ lệ song hành với đồng bộ hĩa thơng tin hiển thị các yếu tố nội dung bản đồ giữa các tỷ lệ; 2) Quản lý hiển thị các thơng tin địa lý theo cơ chế phiên bản. Do đĩ, đề xuất áp dụng hệ mã để quản lý trình bày thơng tin bản đồ tương tự nhưđối tượng địa lý. Trong CSDL quản lý trình bày, hệ thống chủ đề trình bày quản lý theo trường thơng tin cĩ tên GFID, đối tượng nội dung bản đồ quản lý theo trường thơng tin cĩ tên Specification-ID. Cơ chế phiên bản cũng được kiểm sốt cũng bằng hệ mã bao gồm 32 ký tự nhưng chỉ sử dụng 10 chữ sốẢ Rập và quản lý theo trường thơng tin cĩ tên ClassVersion-ID.
Hình 3-19. Minh họa quản lý mã định danh chủđề và phiên bản trình bày
3.9. Xây dựng phần mềm quản lý, chia sẻ và khai thác cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự
3.9.1. Mục đích xây dựng
Hệ thống CSDL và bản đồ địa hình quân sự các tỷ lệđược xây dựng, quản lý và khai thác trên nền bộ phần mềm ArcGIS. Tuy nhiên, phần mềm này khá phức tạp và cĩ nhiều modul khác nhau, chưa được Việt hĩa các cơng cụ, nên đã ít nhiều ảnh hưởng đến việc mở rộng ứng dụng trong tồn quân. Đặc biệt trong điều kiện thực tế của quân đội hiện nay, đội ngũ cán bộ, chiến sĩ chưa thể sớm đào tạo đồng đều về kiến thức tin học và cơng nghệ. Vì vậy, việc xây dựng một phần mềm quản lý, chia sẻ và khai thác dữ liệu ở mức đơn giản hơn, cơng cụđược Việt hĩa là cần thiết.
Yêu cầu đối với phần mềm bao gồm: quản lý CSDL nền địa lý, bản đồđịa hình, bình đồảnh và hiển thị bản đồ theo các mẫu thiết kế trước, kèm theo các cơng cụ truy vấn, khai thác thơng tin trực tiếp từ màn hình. Việc quản lý dữ liệu dựa trên cơ sở tuân thủ các chuẩn về thơng tin địa lý, kế thừa được tồn bộ những tài nguyên thơng tin đã cĩ, cĩ khả năng trao đổi dữ liệu dễ dàng với các phần mềm khác. Đồng thời, phần mềm cho phép chia sẻ kho dữ liệu với các máy tính khác khi đã được cài đặt theo mạng nội bộ (LAN – Local Area Network) hoặc mạng diện rộng (WAN - Wide Area Network).
3.9.2. Thiết kế hệ thống
* Mơ tả kiến trúc: kiến trúc bao gồm kho dữ liệu như CSDL lưu trữ các đối tượng khơng gian dưới dạng vector và raster, các tệp trình bày bản đồđịa hình quân sự và giao diện người dùng.
Bảng 3-5. Tổng hợp các thành phần phát triển phần mềm
STT Phần mềm Tên
1 Hệđiều hành máy chủ Windows 2003 server 2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ArcSDE for SQL Server 10.1
3 Ngơn ngữ lập trình VB.NET 2005, SQL, T-SQL 4 Cơng cụ phát triển Visual Studio 10, ArcObjects 5 Các ứng dụng trên máy chủ ArcObject, ArcGIS Engine 10.1
* Giải pháp bảo mật: phần mềm được cài đặt trên các máy tính cá nhân, kết nối với CSDL trung tâm qua mạng nội bộ hoặc mạng diện rộng. Các dữ liệu được phân phối theo kiểm sốt của quản trị mạng và bảo mật bằng chếđộđặt mã truy cập.
* Cài đặt: phần mềm được cài đặt thuận tiện từ gĩi Setup.exe. Trước khi cài đặt phần mềm cần cài đặt các ứng dụng nền như sau: DotNetFX40Client, ArcGIS Server 10.1, ArcSDE Personal, ArcSDE SQL Server, SQL2008. Gĩi dữ liệu theo các phiên bản cập nhật tại các thời điểm khác nhau được copy đến thư mục D:/Data TMMI/.
* Trích dẫn phần lập trình một số tính năng của phần mềm
- Kết nối tới CSDL ArcSDE
- Tìm đường giao thơng
Hình 3-21. Sơđồ thiết kế các phân hệ của phần mềm Trình bày bản đồ theo mẫu Tích hợp chủđề Điểm cao phịng khơng ... Chuyên đề Hệ thống điểm đất Quốc phịng Hệ thống GTVTQS Hệ thống điểm quân y . . . . Cơng cụ Đồ họa Đo đạc Tìm kiếm Xuất/nhập dữ liệu Vẽ vùng Ghi chú Vẽđiểm Vẽđường Theo tọa độ .... Theo điều kiện Nhập dữ liệu … Xuất dữ liệu Vẽ vùng Ghi chú Vẽđường CÁC PHÂN HỆ CỦA PHẦN MỀM Quản lý CSDL dữ liệu Bản đồ địa hình 1:25.000 1:10.000 1:1.000.000 . . . . Vector Raster Vector Raster Raster Ảnh vệ tinh VNREDSat_1 SPOT5 Độ phân giải 2.5m Độ phân giải 30m Độ phân giải ≤ 1m . . . . QUICKBIRD LANDSAT
3.9.3. Các chức năng của phần mềm
Cách sử dụng của phần mềm được trình bày ở phần phụ lục (xem Phụ lục 8). Dưới đây là phần hệ thống hĩa các chức năng cơ bản của phần mềm.
(1) Chức năng quản lý dữ liệu: cho phép quản lý hệ thống CSDL trên cơ sở thiết lập các tham số cho hệ thống, trong đĩ:
- Quản lý dữ liệu bản đồ địa hình các tỷ lệ bao gồm dạng hiển thị và dữ liệu gốc (CSDL nền địa lý), cho phép xem và tra cứu theo từng tỷ lệ, hoặc hiển thị đồng thời cả hệ thống theo các phân ngưỡng thu phĩng màn hình khác nhau.
- Quản lý bình đồảnh vệ tinh với độ phân giải khác nhau: cho phép xem từng loại ảnh, từng tỷ lệ, hoặc hiển thị theo các phân ngưỡng thu phĩng màn hình.
(2) Chức năng tra cứu, tìm kiếm, khai thác dữ liệu
- Các ơng cụđể tra cứu , đo đạc, vẽ bổ sung thơng tin và xuất/nhập dữ liệu. - Một số cơng cụ hỗ trợ tương tác trực tiếp với các lớp thơng tin và lưu kết quả thành các tệp hiển thị mới.
- Hệ thống cho phép hiển thị bản đồ địa hình dạng biên tập chế in theo mẫu trình bày thiết kế trước. Đồng thời, phần mềm cũng cho phép trình bày tựđộng bản đồđịa hình quân sự theo các mẫu trình bày bản đồđiện tửđược thiết kế trước.
- Chức năng xuất/nhập dữ liệu cho phép xuất dữ liệu ở dạng vector và raster theo phạm vi quan tâm.
(3) Chức năng tích hợp chủ đề: cho phép tích hợp một số lớp dữ liệu đặc biệt (như điểm độ cao phịng khơng, điểm tọa độ, độ cao khống chế quốc gia…) nhằm hỗ trợ khai thác thơng tin CSDL bản đồđịa hình.
(4) Chức năng khác: cho phép thực hiện phân tích một số chuyên đề riêng trong lĩnh vực quân sự. Ví dụ như Hệ thống giao thơng vận tải quân sự với các chức năng như tìm đường, tìm đối tượng theo tên hoặc điều kiện...
* Lưu đồ một số tính năng chính của phần mềm đối với bản đồ và bình đồ ảnh Hình 3-22. Lưu đồ thao tác với bản đồ Hình 3-23. Lưu đồ thao tác với bình đồ ảnh Cĩ Khơng Cĩ Chọn cơng cụ Hiển thị bình đồảnh Kết thúc Đĩng ứng dụng? Kết thúc Duy trì trạng thái Xem (Zoom/Pan/...) Xuất file (*.geotif) Mở bình đồảnh? Khơng Chọn cơng cụ Cĩ Khơng Kết thúc Cĩ Chọn mẫu hiển thị Cĩ trình bày bản đồđiện tử? Danh sách đối tượng Thơng báo khơng tìm thấy Cĩ Khơng Khai báo điều kiện Cĩ thay đổi? Đĩng bản đồ và lưu lại Đĩng bản đồ Cĩ đối tượng hay khơng? Cĩ Khơng Hiển thị bản đồ Kết thúc Xuất file (*.pdf, *.mxd) Xem, vẽ thêm (zoom/pan...) Mở bản đồ? Khơng Đĩng bản đồ Truy vấn thơng tin? Cĩ Khơng Cĩ Khơng Kết thúc Chọn mẫu hiển thị Cĩ trình bày bản đồ chế in?
Kết luận chương 3
Các nghiên cứu về giải pháp Kỹ thuật – Cơng nghệ cho thấy cĩ đủ cơ sởđể xây dựng một CSDL bản đồđịa hình quân sự phù hợp với yêu cầu thành lập các sản phẩm bản đồ hiện đại phục vụ mục đích quân sự. CSDL này thiết kếở dạng mơ hình trong CSDL nền địa lý bằng việc bổ sung cấu trúc dữ liệu. Khi cĩ yêu cầu, các dữ liệu cĩ liên quan đến mục đích thành lập bản đồ cĩ thểđược chiết tách và tổ chức theo một khung CSDL bản đồ thiết kế riêng.
Các cơng cụ TQH tự động được xây dựng trên cơ sở áp dụng lý thuyết đề xuất và khai thác các tính năng tiện ích của phần mềm ArcGIS, đảm bảo để xây dựng CSDL dẫn xuất cho mục đích thành lập bản đồđịa hình quân sự.
Kỹ thuật trình bày bản đồđược chia thành hai trường hợp cho bản đồ số khai thác thơng tin trực tiếp từ màn hình và in ra giấy. Giải pháp trình bày bản đồ số chỉ bằng mẫu trình bày tựđộng sử dụng khi được khai thác trực tiếp từ màn hình. Và giải pháp xây dựng Bộ quy tắc trình bày bao gồm Bộ ký hiệu số, mẫu trình bày và tập hợp các quy tắc trình bày, tương ứng với mục đích trình bày bản đồở một tỷ lệ nhất định để in ra giấy.