Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia

5. Cấu trúc luận văn

2.2.4. Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia

Dừ liệu GIS ngoài việc được tổ chức tốt còn cần có chất lượng tốt. Chất lượng của dừ liệu GIS được đánh giá bằng các chuẩn dữ liệu.

Chuẩn dữ liệu được xem xét ở những khỉa cạnh sau:

- Chuẩn về mô hình (mô hình raster hay vector)

- Chuẩn về không gian (hệ thống tọa độ; quan hệ không gian v.v...)

- Chuẩn về thuộc tính (các thông tin thuộc tính)

Ở mỗi khỉa cạnh trên, chuẩn của dữ liệu được qui định đầy đủ và chặt chẽ. 2.2.4.1. Yêu cầu chuẩn về mô hình

Với hai mô hình dữ liệu GIS chính là raster và vector, cần quan tâm đến các yểu tổ sau trong quá trinh xây dựng chuẩn:

35

Mô hình dữ liệu raster sử dụng các điểm ảnh để miêu tả đối tượng. Một đối tượng là một hoặc nhiều điểm ảnh. Các điểm ảnh phân biệt nhau bởi tọa độ (tại tâm điểm ảnh). Các đối tượng phân biệt nhau bởi giá trị (có thể đã được mã hóa) của các điểm ảnh.

- Chuẩn về tọa độ: dữ liệu raster cũng cần có tọa độ như bất kỳ dữ liệu địa lý nào khác. Tọa độ của dữ liệu raster cũng tuân thủ các qui tắc về lưới chiếu.

- Chuẩn về độ chi tiết thông tin - Kích thước pixel (điểm ảnh): cho phép miêu tả chi tiết đối tượng. Kích thước pixel càng nhỏ thì đổi tượng được miêu tả càng chi tiết.

- Chuẩn về thuộc tính - giá trị pixel: được sử dụng để miêu tả về đối tượng. Giá trị pixel có thể là số hoặc một chuỗi ký tự (tùy thuộc vào khả năng của phần mềm xử lý). Giá trị này trực tiếp miêu tả đổi tượng hay thông qua một hệ thổng mã hóa.

*/Với mô hình dữ liệu vector:

Dữ liệu vector sử dụng điểm, đường và polygon (vùng) để miêu tả hình dáng các đổi tượng. Thông tin về đối tượng được ghi trong một bảng thuộc tính đi kèm. Bảng thuộc tính này cỏ thể có nhiều trường (cột), mỗi trường ghi một loại thông tin khác nhau ở các dạng khác nhau (ký tự, sổ nguyên, thập phân, sổ thực). Dữ liệu vector cần tuân theo cảc tiêu chuẩn sau đây:

- Chuẩn về tọa độ: dữ liệu vector cần có tọa độ được chiếu theo một lưới chiéu nào đỏ như hệ tọa độ địa lỷ.

- Chuẩn về quan hệ không gian: các đối tượng điểm, đường, vùng được lưu trừ trong dừ liệu vector cần tuân thù theo quan hệ không gian. Theo đó, hai đường được nổi với nhau bởi một nút, các polygon phải được đảm bảo khép kín ở các nút nơi các đường ranh giới của chúng nối với nhau; các polygon liền kề nhau chỉ cỏ chung một đường biên duy nhất.

- Chuẩn về thuộc tính: thuộc tính đối tượng trong một trường phải đồng nhất về kiểu (ký tự, số nguyên v.v...).

36 2.2.4.2. Yêu cầu chuẩn về không gian

Chuẩn về không gian được bao gồm chuẩn về cách thể hiện đối tượng trong không gian và chuẩn về quan hệ không gian giữa các đối tượng đó. Cách thức thể hiện đối tượng được xây dựng trong từng dự án cụ thể, phụ thuộc chính vào tỷ lệ bản đồ (với dữ liệu số, là tỷ lệ gốc của thông tin). Chuẩn về quan hệ không gian (topology) cần được tuân thủ nghiêm ngặt. Đây là những chuẩn công nghiệp và đã được xây dựng ừong các phần mềm GIS thương mại (như ArcGIS). Sử dụng các phần mềm này để tạo dữ liệu và kiểm tra chuẩn về quan hệ không gian là cách tốt nhất để tuân thủ chuẩn.

Trên bản đồ hàng hải người ta thể hiện lưới tọa độ địa lý (lưới kinh, vĩ tuyến) chứ không thể hiện lưới tọa độ ô vuông (lưới kilômet).

2.2.4.3.Yêu cầu chuẩn về thuộc tính

Chuẩn về thuộc tính là quy định về nội dung và hình thức thể hiện các thuộc tính của đối tượng. Chuẩn về thuộc tính rất đa dạng, phụ thuộc vào kiểu dữ liệu, nghĩa là kiểu thông tin mà dữ liệu miêu tả.

Trong thực tế, việc tuân thủ tiêu chuẩn dữ liệu là vô cùng quan trọng. Nó đảm bảo cho tính thống nhất của dữ liệu sổ, sự chỉnh xác và cho phép thực hiện các bài toán trong đổ yêu cầu cảc phân tích dữ liệu về mặt không gian (chồng xếp, tính toán v.v...). Việc tuân thù tiêu chuẩn dữ liệu cần được thực hiện ngay từ những khâu đầu tiên trong quả trình làm dữ liệu là khâu thiết kế và khâu nhập đữ liệu.

2.2.5. Yêu cầu chung về CSDL

Cơ sở dữ liệu được thiết kế bao gồm các nội dung sau:

- Xác định và phân loại các loại dữ liệu cần thu thập và quản lý.

- Xác định mô hình dữ liệu số, cấu trúc, thuộc tính cho từng loại dữ liệu được thu thập.

- Xác lập mối quan hệ giữa các dữ liệu, thông tin thứ cấp và sản phẩm. - Lựa chọn, thiết kế các gói phần mềm và các phần cứng quản trị CSDL.

37

- Nhát quán hóa sổ liệu: đây là công việc kỹ thuột quan trọng đầu tiên để phân loại so liệu, mâ hỏa sổ liệu trong CSDL, từ đó có thể nhập vào hệ thổng một cách có trật tự. logic.

Cơ sở mô hỉnh hỏa dữ liệu: ià cáu trúc của toàn bộ CSDL. Chức năng của mô hỉnh là lưu các sổ liệu địa kỹ thuột dạng sổ và phục vụ việc cung cấp dữ liệu dạng sổ cho mọi yêu cầu sử dụng.

Các thông tin được lưu giữ bao gồm các loại thông tin không gian (bản đồ) và thòng tin phi không gian ( chủ giải, chỉ dẫn, ký hiệu, bảng biểu và thuyết minh).

- Các dừ liệu được phân loại theo từng cấp tỷ lệ, phương thức thể hiện là v ector và nội dung thể hiện cho cảc đổi tượng vừa là đom vị vừa là phức hợp, có thể là bề mặt, vùng, đường, điểm.... với các thuộc tính của chúng.

- Tổng quan về cơ sở dữ liệu quan hệ: đã nêu rõ phương thức biểu diễn trình bày các lớp, các chi tiết thông tin.... Tính chất của quan hệ là tính chất linh hoạt, một - nhiều hay một- một, nhiều - nhiều. Mổi quan hệ đó giúp cho việc tra cứu và khai thác thông tin rẩt linh hoạt, phong phú.

- Mô hình dữ liệu: được trình bày bằng các ký tự và ID riêng biệt, đây là phương pháp phổ biến.

- Dữ liệu phi không gian được thể hiện trong các bảng quan hệ với các liên kết trong hệ thống.

- Dữ liệu không gian: được xây dựng từ cơ sở toán học bản đồ và các lớp thông tin địa kỹ thuật, bao gồm các loại đối tượng khác nhau của các nhóm thông tin. Các lớp thông tin được gắn các chi số và ID cùng tên và tính chát theo nguyên lý dừ liệu của phần mềm ArcGIS hoặc ArcView với hệ thống mã khỏa chính, phụ và phương thức trong nhập thông tin, phương thức thiết lập các trường, phần dẫn giải đả minh họa cụ thể cho từng loại thông tin, đây cũng là những chỉ dẫn kỹ thuật cụ thể cho người sử dụng.

38 2.2.6. GIS 3D

Hệ thông tin địa lý 3 chiều (GIS 3D) được xây dựng trên nền thông tin địa lý hai chiều và chồng phủ lên trên DEM. Hệ thông tin địa lý 3 chiều xây dựng đòi hỏi công phu tồn nhiều công.

2.3. Phần mềm sử dụng trong đề tài để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 3D 2.3.1. Phần mềm Skyline

2.3.1.1. Giới thiệu chung về Skyline

Được thành lập vào năm 1992, tại Tel Aviv, Israel

- Skyline bắt đầu như một nhà phát triển trò chơi máy tính

- Năm 1997, để đáp ứng nhu cầu từ các khách hàng quân sự và tình báo Mỹ, Skyline chuyển sang phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực địa không gian

- SKYLINE là một nhà cung cấp hàng đầu về dịch vụ phần mềm 3D mô phỏng trái đất

- Skyline là Bộ phần mềm phục vụ cho các ứng dụng không gian 3 chiều, cung cấp giải pháp hiển thị trực quan, phân tích địa hình, lập kế hoạch trong không gian 3 chiều

Hình 2.5. Cấu trúc hoạt động của Bộ phần mềm Skyline

2.3.1.2. Terra builder

Skyline là Bộ phần mềm phục vụ cho các ứng dụng không gian 3 chiều, cung cấp giải pháp hiển thị trực quan, phân tích địa hình, lập kế hoạch trong không gian

39

3 chiều với các gói dữ liệu cơ bản sau: Terrabuilder, TerraExplorer (Pro, Plus, Viewer), TerraGate, Web. Có cấu trúc hoạt động như sau

Hình 2.6. Cấu trúc hoạt động của TerraBuilder

Gói modul TerraBuilder có chức năng chính như: - Tạo nền địa hình 3D

- Hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu ảnh, dữ liệu độ cao - Có thể thực hiện với khối lượng dữ liệu lớn

- Sử dụng đồng thời nhiều máy tính để tạo 01 nền địa hình 3D. - Tối ưu hóa quá trình hiển thị dữ liệu qua mạng Internet, Intranet,

40

2.3.1.3. TerraExplorer

TerraExplorer Viewer

- Miễn phí

- Sử dụng một số công cụ khảo sát địa hình, tra cứu tìm kiếm thông tin. - Không có khả năng thêm, xóa, sửa..

Hình 2.8. Giao diện phần mềm TerraExplorer Viewer

TerraExplorer Plus

- Phải mua.

- Sử dụng được một số công cụ phân tích địa hình của Terra Explorer - Không có khả năng chia sẻ dữ liệu qua mạng

Hình 2.9. Giao diện phần mềm TerraExplorer Plus

TerraExplorer Pro

- TerraExplorer Pro là một phần mềm thuộc hệ thống phần mềm Skyline được sử dụng để thành lập và xuất bản mô hình bản đồ 3D. Người sử dụng có thể tạo mới và chỉnh sửa các đối tượng, nhóm đối tượng bằng các công cụ trên giao diện của phần mềm. Phần mềm cũng cho phép chia sẻ dữ liệu hoặc tổ chức tác

41

nghiệp trên cùng một cơ sở dữ liệu, tại cùng một thời điểm với nhiều máy PC khác nhau qua hệ thống mạng.

- TerraExplorer Pro còn chứa một thư viện ký hiệu tương đối phong phú và cho phép người sử dụng khai thác trong quá trình biên tập mô hình bản đồ 3D. Bên cạnh đó, phần mềm cũng cho phép thiết kế một số ký hiệu đơn giản và cập nhật các ký hiệu 3D đã thiết kế từ một số phần mềm chuyên dụng khác. Trên mô hình bản đồ 3D đã xây dựng, người dùng cũng có thể thực hiện các phép phân tích địa lý và địa hình cơ bản.

Sản phẩm mô hình bản đồ 3D có thể được tổ chức và lưu trữ trên máy theo các Project riêng biệt, kết xuất dưới dạng phim (*.avi), các tập tin ghi lại hình ảnh theo một đường bay (*.fly) hoặc các gói dữ liệu cho các dự án khác nhau.

Hình dưới là giao diện của phần mềm TerraExplorer Pro.

42 -Phải mua.

-Đầy đủ các chức năng thêm, xóa, chỉnh sửa.

-Tạo mới lớp thông tin (*.shp), chia sẻ dữ liệu qua mạng

2.3.1.4. Các lĩnh vực áp dụng

Trong An ninh quốc phòng: Mô phỏng chiến trường, lập kế hoạch huấn

luyện, diễn tập, giám sát phương tiện di động.

Hình 2.11. Skyline ứng dụng bảo vệ an ninh tòa nhà Bộ Quốc Phòng

Trong xây dựng dân dụng: Mô phỏng tác động của một sự phát triển, hình

dung tiến trình phát triển của một dự án, quản lý dự án quy mô lớn…

Hình 2.12. Skyline ứng dụng trong xây dựng

43

Hình 2.13. Skyline ứng dụng trong khảo sát tài nguyên

44 Hình 2.14. Skyline ứng dụng bất động sản

2.3.2. Phần mềm Google SketchUp 7

Phần mềm Google Sketchup được phát triển bởi @Last Software sau đó Google mua lại và xây dựng nên. Đây là phần mềm dùng để thiết kế các bản vẽ kỹ thuật và đặc biệt là xây dựng mô phỏng nên các công trình kiến trúc hạ tầng cơ sở mà không đòi hỏi một trình độ cao về đồ hoạ. Google Sketchup có thể thêm vào các chi tiết, kết cấu và kính vào mẫu thiết kế của bạn, thiết kế với kích thước chính xác, và đặt các mẫu thiết kế đã hoàn thành của bạn lên Google Earth. Tất cả các hình 3D trên Google Earth đều sử dụng Google Sketchup để thiết kế.

Đối với hầu hết người dùng máy tính bình thường, không học qua về đồ hoạ và thiết kế, thì việc thiết kế các mô hình 3D gần như là "nhiệm vụ bất khả thi". Tuy nhiên, giờ đây chúng ta đã có thể tự thiết kế các mô hình 3D với công cụ rất hữu dụng Google SketchUp.

Google SketchUp là một phần mềm hỗ trợ khá mạnh cho việc vẽ và xây dựng các công trình thông qua những việc làm đơn giản bằng các icon. Nhanh, đơn giản và dễ sử dụng là những từ ngữ được mọi người sau khi sử dụng chương đưa ra. Thật vậy, chỉ cần bạn sử dụng icon hình cây bút, chỉnh camera 3D theo hướng thích hợp thì nó sẽ tự động phân biệt đâu là vẽ thẳng cao theo đường cột hay vẽ nằm ngay…

Sau khi cài đặt xong, bạn hãy khởi động bằng những bài tập đơn giản như chọn công cụ tứ giác, kéo một hình tứ giác lên khu vực làm việc. Chọn công cụ Push/Pull, giữ lên trên hình tứ giác rồi kéo lên trên để tạo một khối lập phương. Vẽ một hình tròn trên một mặt khối lập phương rồi dùng công cụ Push/Pull để kéo nó ra hoặc đẩy nó vào trong khối lập phương.

Một ứng dụng hữu hiệu của phần mềm này là thiết kế mẫu nhà. Điều thú vị hơn nữa là sau khi thiết kế xong, bạn có thể kết hợp sử dụng Google Earth để "dán" mẫu nhà vừa thiết kế lên hình ảnh khu vực có lô đất đó, để xem nó phù hợp với toàn cảnh ra sao. Việc này giúp ta chuẩn bị kỹ càng và phù hợp trước khi quyết định xây nhà. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể chia sẻ thiết kế của mình với những người dùng

45

khác thông qua tính năng 3D warehouse. Thậm chí, nếu người khác cũng dùng Google Earth, bạn có thể đưa địa chỉ để họ xem trực tiếp thiết kế mới của chúng ta tại địa điểm bạn đặt thiết kế.

Đồng thời tại 3D warehouse, chúng ta có thể tham khảo và lấy về sử dụng rất nhiều mẫu thiết kế do những người dùng khác tạo ra và chia sẻ, từ nhà cửa cho tới đồ đạc, vật dụng, xe cộ, tượng, cầu...

Google SketchUp là một chương trình dễ sử dụng để giúp chúng ta học cách tạo các mẫu 3D như nhà ở, nhà chứa đồ, boong tàu, các phần bổ sung cho ngôi nhà, các dự án với gỗ – và ngay cả tàu không gian nữa.

Chúng ta có thể thêm các chi tiết, kết cấu vào mẫu thiết kế với kích thước chính xác, và đặt các mẫu thiết kế đã hoàn thành của bạn lên Google Earth, chia sẻ chúng với người khác bằng cách gửi chúng vào 3D Warehouse, hoặc in ra. Google SketchUp (miễn phí) là cách tuyệt vời nhất để bạn có thể khám phá các mẫu 3D.

Phiên bản chuyên nghiệp của SketchUp cho các nhà thiết kế chuyên nghiệp có khả năng khám phá và tạo ra các thiết kế phức tạp.

SketchUp Pro cho phép

- Xuất ra các mẫu có định dạng 3DS, DWG, DXF, OBJ, XSI, VRML, và FBX.

- Xuất ra các hình động và các cảnh tham quan dưới dạng file MOV hoặc AVI.

- Sử dụng các mẫu thiết kế có hệ thống (Sandbox) và công cụ Film & Stage (pre-viz).

- Import và export dữ liệu GIS(Geographic Information System).

- In và xuất các bức ảnh quét với độ phân giải cao hơn độ phân giải của màn hình

46

Hình 2.15. Giao diện phần mềm Google SketchUp

2.3.3. Phần mềm ARCGIS

Giới thiệu chung về phần mềm ArcGIS

ArcGIS (ESRI Inc. - http://www.esri.com): là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)... và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau.

47

Hình 2.16. Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI)