1.3.3 .Công nghệ GIS xử lý dữ liệu địa lý
2.1. Khái quát về bản đồ địa hình
2.1.1. Khái niệm về bản đồ địa hình
Bản đồ địa hình là bản đồ thu nhận của bề mặt trái đất theo những quy luật toán học nhất định. Nội dung trên bản đồ được thể hiện bằng những ký hiệu quy định, những ký hiệu đó gọi là ngơn ngữ bản đồ. Các đối tượng nội dung được thể hiện theo những mục đ ch nhất định và có liên quan một cách chặt chẽ.
Bản đồ địa hình được khái qt hóa bằng hệ thống ký hiệu nhằm phản ánh sự phân bố, tr ng thái và các mối quan hệ tư ng quan nhất định giữa các yếu tố c bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội với độ ch nh xác và mức độ tỉ mỉ tùy thuộc vào tỉ lệ bản đồ địa hình cần thành lập.
Bản đồ địa hình là tài liệu c bản được dùng để thành lập các lo i bản đồ khác có tỉ lệ bằng hoặc nh h n.
Để thuận lợi cho việc sử dụng, bản đồ địa hình thuận lợi trong sử dụng do có hệ thống chia mảnh và đánh số thống nhất trên ph m vi cả nước.
2.1.2. Nội dung thơng tin của bản đồ địa hình
Nội dung c bản của bản đồ địa hình được thể hiện như trong hình 2.1:
BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH
Địa hình
Tên file: (phiên hiệu)_DH.dgn
Thực vật
Tên file: (phiên hiệu)_TV.dgn Tên file: (phiên hiệu)_DC.dgn Dân cƣ
Cơ sở toán học
Tên file: (phiên hiệu)_CS.dgn
Ranh giới
Tên file: (phiên hiệu)_RG.dgn
Thủy hệ
Tên file: (phiên hiệu)_TH.dgn
Giao thông
Tên file: (phiên hiệu)_GT.dgn
Hình 2.1. Các yếu tố nội dung của bản đồ địa hình [12]
khống chế tr c địa, giải th ch, trình bày ngồi khung và các nội dung có liên quan. Nhóm lớp "Dân cư" bao gồm nội dung dân cư và các đối tượng kinh tế, văn
hố, xã hội.
Nhóm lớp "Địa hình" bao gồm các yếu tố dáng đất, chất đất, các điểm độ cao. Nhóm lớp "Thủy hệ" bao gồm các yếu tố thủy văn và các đối tượng liên quan. Nhóm lớp "Giao thơng" bao gồm các yếu tố giao thơng và các thiết bị phụ thuộc. Nhóm lớp "Ranh giới" bao gồm đường biên giới, mốc biên giới, địa giới hành ch nh các cấp, ranh giới khu cấm, ranh giới sử dụng đất.
Nhóm lớp "Thực vật" bao gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật.
2.1.3. Khả năng sử dụng bản đồ địa hình trong thành lập CSDL nền địa lý
CSDL nền địa lý là một sản phẩm được xây dựng từ dữ liệu của tập hợp các ĐTĐL dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật nhất định, v dụ như OGC, ISO/TC211,... có khả năng mã hóa, cập nhật và trao đổi qua các dịch vụ truyền tin hiện đ i. Định d ng mở, không phụ thuộc vào phần mềm gia công dữ liệu. CSDL nền địa lý mô tả thế giới thực ở mức độ c sở, có độ chi tiết và độ ch nh xác đảm bảo để làm nền cho các mục đ ch xây dựng các hệ thống thông tin địa lý chuyên đề khác nhau.
CSDL nền địa lý được xây dựng từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, có thể là từ ảnh hàng không, ảnh vệ tinh hoặc kế thừa chọn lọc các ĐTĐL từ các lo i bản đồ khác nhau như bản đồ địa hình hay các lo i bản đồ chuyên đề khác.
Qua tìm hiểu đặc điểm cũng như nội dung của BĐĐH ta thấy BĐĐH thể hiện các ĐTĐL của bề mặt Trái đất có khái quát hóa nhưng vẫn thể hiện được t nh quy luật và quy mô của đối tượng với độ ch nh xác và mức độ tỉ mỉ tùy thuộc vào tỉ lệ bản đồ. Vì vậy, việc sử dụng BĐĐH như nguồn tài liệu c bản để xây dựng CSDL nền thông tin địa lý là giải pháp hữu hiệu và kinh tế nhất. Cùng với đó, việc kết hợp sử dụng bổ sung ảnh hàng không, ảnh vệ tinh cũng sẽ làm tăng chất lượng và hiệu quả xây dựng CSDL nền địa lý.
2.2. Mơ hình tổ chức thơng tin của cơ sở dữ liệu nền địa lý đa tỷ lệ
2.2.1. Mơ hình CSDL nền địa lý đa tỷ lệ
Hình 2.2. Mơ hình chung về cơ sở dữ liệu nền địa lý
- CSDL NĐL bao gồm 07 gói CSDL là: Gói CSDL Biên giới địa giới, Gói CSDL C sở đo đ c, Gói CSDL Địa hình, Gói CSDL Dân cư c sở h tầng, Gói CSDL Thủy hệ, Gói CSDL Giaothơng, Gói CSDL Phủ bề mặt.
Hình 2.4. Mơ hình gói CSDL BienGioiDiaGioi tỷ lệ 1:25.000 [14].
- Qua 02 hình (hình 2.3 và 2.4) trên cho thấy CSDL tỷ lệ nh 1:25.000 so với CSDL tỷ lệ lớn 1:10.000 có sự khác biệt. Đó là:
+ Ph m vi đề cập tới các đối tượng trong CSDL tỷ lệ nh rộng h n so với CSDL tỷ lệ lớn. V dụ gói CSDL biên giới địa giới:
- Các đối tượng được đề cập trong gói BienGioiDiaGioi trong CSDLNĐL tỷ lệ 1:10.000, bao gồm: đường biên giới địa giới, mốc địa giới, đường địa giới xã, đường địa giới huyện, đường địa giới tỉnh, địa phận xã, địa phận huyện, địa phận tỉnh.
- Các đối tượng được đề cập gói BienGioiDiaGioi trong CSDLNĐL tỷ lệ 1:25.000 ngoài các đối tượng được đề cập trong CSDLNĐL tỷ lệ 1:10.000 c n bổ sung thêm một số đối tượng như: mốc biên giới quốc gia, đường c sở lãnh hải, điểm c sở lãnh hải, vùng biển.
+ Xây dựng mơ hình quản lý dữ liệu mang t nh tổng quát h n. V dụ gói CSDL biên giới địa giới:
- Gói BienGioiDiaGioi trong CSDLNĐL tỷ lệ 1:10.000 xây dựng theo mơ hình cụ thể hóa h n, bao gồm: lớp đối tượng địa phận xã, lớp đối tượng địa phận huyện, lớp đối tượng địa phần tỉnh, lớp đối tượng địa giới xã, lớp đối tượng địa giới huyện, lớp đối tượng địa giới tỉnh.
- Gói BienGioiDiaGioi trong CSDLNĐL tỷ lệ 1:25.000 xây dựng theo mơ hình tổng qt hóa h n, đó là: lớp địa phận (bao gồm địa phận xã, huyện, tỉnh), lớp đường địa giới (bao gồm đường địa giới cấp xã, huyện, tỉnh).
2.2.2. Tổ chức lưu trữ cơ sở dữ liệu đa tỷ lệ
* Tổ chức lưu trữ mối quan hệ đối tượng dữ liệu giữa các tỉ lệ:
Trong CSDL NĐL, mối quan hệ giữa các đối tượng ở hai tỉ lệ khác nhau được lưu trữ trong một c sở dữ liệu liên kết. V dụ mối quan hệ giữa các đối tượng ở tỉ lệ 1:10.000 và 1:25.000 sẽ được lưu trữ trong CSDL quan hệ giữa dữ liệu tỉ lệ 1:10.000 và 1:25.000 (CSDLQH10N25N). C sở dữ liệu này được xây dựng trên c sở tổng quát hóa dữ liệu và t o lập một ánh x từ các đối tượng dữ liệu 1:10.000 sang đối tượng 1:25.000. Trong CSDL NĐL mỗi một cặp tỉ lệ sẽ được xây dựng một CSDL quan hệ giữa hai tỉ lệ đó.
Hình 2.5. Mơ hình tổ chức lưu trữ mối quan hệ đối tượng dữ liệu giữa các CSDL ở tỉ lệ khác nhau
Các CSDL quan hệ làm c sở cho:
- Xác định thay đổi đối tượng dữ liệu giữa các tỉ lệ;
- Quản lý và đồng bộ dữ liệu đối tượng giữa các tỉ lệ bằng phư ng pháp tổng quát hóa dữ liệu.
* Đồng bộ DLĐL trong CSDL đa tỉ lệ:
Việc đồng bộ dữ liệu ĐTĐL được thực hiện trên 2 nguyên lý:
Hình 2.6. Mơ hình đồng bộ DLĐL trong CSDL đa tỷ lệ
Giả sử thực thể địa lý M trên thực địa được biểu diễn bởi hai đối tượng M1 và M2 có các tập thuộc t nh là A trong bản đồ tỉ lệ X và thuộc t nh A’ trong bản đồ tỉ lệ Y. A∩A’ là tập các thuộc t nh của hai đối tượng đều tồn t i trên cả hai tỉ lệ. Trong hệ thống quản lý dữ liệu nền địa lý định nghĩa một thuộc t nh KM là mã nhận d ng thực thể địa lý M. Khi đối tượng M1 được chỉnh sửa giá trị thuộc t nh wA. Qua thuộc t nh KM sẽ xác định được đối tượng M2 và tập thuộc t nh A’. Nếu w A∩A’ thì khi đó đối tượng M2 sẽ cần được cập nhật thuộc t nh wA’ với giá trị tư ng ứng. Trong trường hợp này hai đối tượng M1 và M2 có thể cùng một tỷ lệ [14].
Việc đồng bộ dữ liệu này được thực hiện trong các ph m vi sau:
+ Đồng bộ dữ liệu thuộc t nh đặc trưng của của thực thể địa lý tức là giá trị của thuộc t nh không phụ thuộc vào tỉ lệ của ĐTĐL trên bản đồ hay đặc trưng xây dựng dữ liệu.
+ Chỉ có thể đồng bộ tự động dữ liệu đối với các đối tượng trong CSDL đã được t o lập mã nhận d ng ĐTĐL và được xây dựng các quy t c đồng bộ dữ liệu trong hệ thống ứng dụng.
+ Đồng bộ dựa trên c sở mối quan hệ đối tượng giữa các tỉ lệ theo phư ng thức tổng quát hóa dữ liệu.
+ Khi một đối tượng dữ liệu ở tỉ lệ lớn thay đổi, dữ liệu ở tỉ lệ nh có quan hệ cũng cần có sự thay đổi phù hợp. Đối tượng cần có sự thay đổi này được xác định trên c sở các thông tin quan hệ giữa hai tỉ lệ dữ liệu tư ng ứng.
- Dữ liệu của đối tượng t i tỉ lệ bản đồ nh h n chỉ cần cập nhật khi thuộc t nh của đối tượng ở tỉ lệ lớn có tham gia vào trong phư ng pháp tổng quát hóa dữ liệu bao
Tập thuộc t nh A đối tượng M1 tỉ lệ X
Tập thuộc t nh A’ đối tượng M2 tỉ lệ Y A∩A’ A A’ . Mã nhận d ng KM
gồm thuộc t nh không gian và thuộc t nh phi khơng gian có chọn lọc.
Phư ng pháp đồng bộ dữ liệu này khơng thể thực hiện hồn tồn tự động mà chỉ có thể thực hiện bằng phư ng pháp thủ công hoặc bán tự động.
2.2.3. Hiển thị dữ liệu đa tỷ lệ
Mục đ ch của ứng dụng/modul hiển thị dịch vụ dữ liệu là hiển thị nội dung DLĐL hiện có trong CSDL, hiển thị các sản phẩm dữ liệu cho người sử dụng xem trước khi lựa chọn đặt hàng dữ liệu qua các dịch vụ dữ liệu được cung cấp và là một công cụ chọn ph m vi dữ liệu phân phối.
* Các chức năng của modul hiển thị dịch vụ dữ liệu:
- Hiển thị danh sách các dịch vụ trong hệ thống;
- Xem bản đồ từ một dịch vụ được chọn. Dịch vụ này có thể được chứa trong kết quả tìm kiếm siêu dữ liệu;
- Cung cấp các chức năng c bản để duyệt bản đồ; - Truy vấn thông tin đối tượng trên bản đồ;
- Tham chiếu dữ liệu theo các tỷ lệ dữ liệu khác nhau từ dịch vụ được cung cấp; - Xem và quản lý các bản đồ chuyên đề;
- Hiển thị dữ liệu phân phối GML.
* Giải pháp xây dựng:
Ứng dụng được phân chia thành hai thành phần: Công cụ hiển thị dữ liệu trao đổi và modul hiển thị dịch vụ dữ liệu.
- Công cụ hiển thị dữ liệu trao đổi GML được xây dựng dưới d ng desktop đăng tải rộng rãi trên cổng thông tin DLĐL để khách hàng có thể tự do tải về phục vụ hiển thị dữ liệu. Ứng dụng này đã được xây dựng thuộc dự án xây dựng các phần mềm hỗ trợ chuẩn DL NĐL.
- Modul hiển thị dịch vụ dữ liệu được triển khai trên môi trường web trong cổng thông tin DLĐL và liên kết với ứng dụng tìm kiếm siêu dữ liệu, ứng dụng quản lý sản phẩm để hiện thị sản phẩm và dịch vụ dữ liệu.
2.3. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin đa tỷ lệ từ bản đồ địa hình
Hình 2.7. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý đa tỷ lệ từ bản đồ địa hình
THU THẬP TÀI LIỆU
ĐIỀU TRA NGOẠI NGHIỆP, ĐO VẼ BỔ SUNG
BỔ SUNG DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH CHUẨN HĨA ĐTĐL GÁN THUỘC TÍNH ĐTĐL CHUYỂN ĐỔI ĐỊNH DẠNG THÀNH LẬP CSDLNĐL TRONG ARGIS
XÂY DỰNG SIÊU DỮ LIỆU
CSDLNĐL1:10.000 CSDLNĐL1:25.000 CSDLNĐL1:50.000 TỔNG QUÁTHÓA TỔNG QUÁTHÓA BỔ SUNG ĐTĐL CHÚ GIẢI:
Công việc phải làm
Việc xây dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ lớn từ bản đồ địa hình gồm các bước như sau:
- Bước 1: Thu thập tài liệu;
- Bước 2: Điều tra ngo i nghiệp và đo vẽ bổ sung; - Bước 3:Bổ sung dữ liệu địa hình;
- Bước 4:Chuẩn hóa các đối tượng; - Bước 5: Gán thuộc t nh các đối tượng;
- Bước 6: Chuyển đổi định d ng, thành lập CSDLNĐL trong ArcGIS; - Bước 7: Xây dựng siêu dữ liệu;
- Bước 8: Tổng quát hóa; - Bước 9: Bổ sung ĐTĐL.
2.3.1. Thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập các tài liệu có bao gồm:
- Bản đồ của khu vực xây dựng c sở dữ liệu: Bản đồ địa hình, bản đồ địa ch nh, bản đồ hành ch nh...
- Tư liệu ảnh: Ảnh hàng không, ảnh vệ tinh...
- Các quy định kỹ thuật về việc thành lập CSDL nền địa lý 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000,...
- Các tài liệu khác có liên quan.
2.3.2. Điều tra ngoại nghiệp, đo vẽ bổ sung
Các ĐTĐL như đường, cơng trình kiến tr c, cơng trình thủy lợi, đường dây điện cao thế... xuất hiện thêm hay thay đổi từ sau khi bản đồ địa hình dùng làm dữ liệu gốc được thành lập. Nên các bản đồ địa hình này cần được bổ sung những đối tượng c n thiếu hoặc mới xuất hiện, cập nhật những nội dung đã biến động, xóa b những đối tượng không c n trên thực địa mới phản ánh được đ ng thực tr ng của đối tượng trên thực địa. Do vậy, công tác điều tra ngo i nghiệp là bước quan trọng đầu tiên cho công tác thu thập thông tin về đối tượng phục vụ xây dựng CSDL nền địa lý. Đối với những địa vật mới xuất hiện phải dùng bình đồ ảnh vệ tinh để điều tra hoặc ảnh hàng không, nếu những địa vật đó khơng có trên ảnh thì ta phải tiến hành đo bù ngo i nghiệp.
Sau khi có được những thơng tin về biến động, cần biểu thị những yếu tố đó lên bình đồ điều vẽ. Có thể từ những địa vật rõ nét trên bình đồ và c n tồn t i trên thực địa, dùng máy kinh vĩ hoặc thước dây áp dụng phư ng pháp giao hội để xác định hoặc dùng phư ng pháp xét đốn từ các yếu tố có liên quan. T i các đối tượng mới cần phải đo vẽ bổ sung, dùng máy toàn đ c điện tử hoặc máy GPS để tiến hành đo bù.
2.3.3. Bổ sung dữ liệu địa hình
Sau khi tiến hành bước 1 và bước 2, ta cần tổng hợp tài liệu thu được và phân t ch ch ng. Có những khu vực trong ph m vi thi cơng có nhiều thay đổi về địa hình như: s t lở n i, đào bới khai thác đá,... mà chưa được cập nhật vào tài liệu thu thập thông tin được. Vấn đề đặt ra đối với khu vực đó ta phải tiến hành bổ sung thêm dữ liệu địa hình: địa hình c t xẻ nhân t o, khe rãnh,... sao cho phản ánh đ ng địa hình khu vực đó.Việc tiến hành đo vẽ bổ sung được thực hiện bằng phư ng pháp đo vẽ ảnh số đó là phư ng pháp đem l i kết quả cao.
2.3.4. Chuẩn hóa các đối tượng
- Quy định về tham chiếu không gian: Hệ quy chiếu VN-2000, múi chiếu 30 có kinh tuyến trung ư ng 1050 và 1080, múi chiếu 60 có kinh tuyến trung ư ng 1050 và 1080.
- Quy định về mơ hình dữ liệu khơng gian: Mơ hình dữ liệu khơng gian là mơ hình dữ liệu vector.
- Nhóm các đối tượng dạng điểm (point):
Các ĐTĐL được thể hiện trên dữ liệu bản đồ tài liệu là các cell ký hiệu điểm sẽ được chuyển thành d ng điểm trong CSDL khơng gian. Trong đó mỗi điểm được quản lý trong hệ thống thông qua tọa độ vng góc X,Y hệ VN2000.
Ngồi ra hệ thống phần mềm GIS nói chung và ArcGIS nói riêng ln t ch hợp