6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.2. Xây dựng tập bản đồ chuyên đề về sƣơng muối
3.2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu
3.2.1.1. Cấu trúc dữ liệu GIS của các bản đồ chuyên đề sƣơng muối tỷ lệ 1:50.000
Các dữ liệu đặc trƣng về sƣơng muối sau khi đƣợc phân tích xử lý đƣợc chuyển hoâ thành cơ sở dữ liệu GIS. Các dữ liệu đƣợc tổ chức bằng mơ hình quan hệ (Relational Model)
Mơ hình này dựa trên cơ sở khái niệm lý thuyết tập hợp của các quan hệ, tức là tập các K - bộ với K cố định.
Thuận lợi của mơ hình quan hệ là đƣợc hình thức hố tốn học chặt chẽ do đó các xử lý, thao tác với dữ liệu là dễ dàng, có tính độc lập dữ liệu cao. Cấu trúc dữ liệu đơn giản mềm dẻo trong xử lý và dễ dàng cho ngƣời sử dụng. Đặc biệt các phép tính cập nhật dữ liệu cho mơ hình quan hệ nói chung là ít phức tạp hơn nhiều so với các mơ hình khác.
Một cách đơn giản hơn có thể hiểu mối quan hệ là một bảng 2 chiều tệp độc lập, trong đó mỗi cột (trƣờng) là một thuộc tính, mỗi hàng (bộ) là một đối tƣợng. Trong thí dụ trên, có cấu trúc các quan hệ (bảng) nhƣ sau:
Hình 3.10. Biểu diễn bản đồ A bằng mơ hình quan hệ
Mơ hình quan hệ có tính độc lập rất cao, lại dễ dàng sử dụng. Điều quan trọng hơn cả, mơ hình quan hệ đƣợc hình thức hố tốn học tốt, do đó đƣợc lựa chọn để xây dựng cấu trúc cơ sở dữ liệu phục vụ thành lập các bản đồ chuyên đề về sƣơng muối.
3.2.1.2. Mơ hình thơng tin khơng gian trong các bản đồ chuyên đề sƣơng muối
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS đƣợc lƣu trữ trong CSDL và chúng đƣợc thu thập thơng qua các mơ hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS cịn đƣợc gọi là thơng tin không gian. Đặc trƣng thông tin không gian là có khả năng mơ tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ khơng gian. Chúng cịn khả năng mơ tả “hình dạng hiện tƣợng” thông qua mô tả chất lƣợng, số lƣợng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trƣng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tƣơng tác” giữa các hiện tƣợng tự nhiên. Mơ hình khơng gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thơng tin sẽ ảnh hƣởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống.
Kiểu đối tƣợng điểm
Các đối tƣợng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ đƣợc phản ánh là đối tƣợng điểm. Các đối tƣợng kiểu điểm có đặc điểm:
+ Là toạ độ đơn (x,y)
+ Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tƣợng thể hiện dƣới dạng vùng. Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tƣợng này có thể thể hiện dƣới dạng một điểm. Vì vậy, các đối tƣợng điểm và vùng có thể đƣợc dùng phản ánh lẫn nhau.
Hình 3.11. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm
Kiểu đối tƣợng đƣờng
Đƣờng đƣợc xác định nhƣ một tập hợp dãy của các điểm. Mô tả các đối tƣợng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:
+ Là một dãy các cặp toạ độ
+ Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node + Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node
+ Hình dạng của arc đƣợc định nghĩa bởi các điểm vertices + Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ
Hình 3.12. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng cung
Kiểu đối tƣợng vùng
Vùng đƣợc xác định bởi ranh giới các đƣờng thẳng. Các đối tƣợng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đƣờng đƣợc gọi là đối tƣợng vùng polygons, có các đặc điểm sau:
+ Polygons đƣợc mô tả bằng tập các đƣờng và điểm nhãn + Một hoặc nhiều arc định nghĩa đƣờng bao của vùng
+ Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng.
Hình 3.13. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng (Polygon)
Số liệu phi không gian hay cịn gọi là thuộc tính là những mơ tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của cơng nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thơng thƣờng hệ thống thơng tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:
- Đặc tính của đối tƣợng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích
- Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: thời gian xảy ra …liên quan đến các đối tƣợng địa lý. - Quan hệ giữa các đối tƣợng trong khơng gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tƣơng thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tƣợng).
Để mô tả một cách đầy đủ các đối tƣợng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tƣợng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và các thơng tin mang tính chất mơ tả.
Các thơng tin mơ tả có các đặc điểm:
• Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ
• Có thể có các kích thƣớc, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau
• Nhiều mức của thơng tin mơ tả có thể đƣợc tạo ra với ứng dụng khác nhau.
• Có thể tạo thơng tin cơ sở dữ liệu lƣu trữ thuộc tính
• Có thể tạo độc lập với các đối tƣợng địa lý có trong bản đồ
thuộc tính của chúng
Bản chất một số thơng tin dữ liệu thuộc tính nhƣ sau:
- Số liệu tham khảo địa lý: mô tả các sự kiện hoặc hiện tƣợng xảy ra tại một vị trí xác định. Khơng giống các thơng tin thuộc tính khác, chúng khơng mơ tả về bản thân các hình ảnh bản đồ. Thay vào đó chúng mơ tả các danh mục hoặc các hoạt động nhƣ cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí địa lý xác định. Các thơng tin tham khảo địa lý đặc trƣng đƣợc lƣu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tƣợng.
- Chỉ số địa lý: đƣợc lƣu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã đƣợc mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định. Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau nhƣ là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý. Ví dụ: chỉ số địa lý về đƣờng phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó.
- Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý. Các mối quan hệ khơng gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay lơgic, ví dụ tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà 103 nếu là số nhà bên lẻ hoặc nếu là bên chẵn thì cả hai đều phải là các số chẵn kề nhau. Quan hệ Topology cũng là một quan hệ khơng gian. Các quan hệ khơng gian có thể đƣợc mã hố nhƣ các thơng tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ của các thực thể.
phƣơng pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thơng qua bộ xác định, lƣu trữ đồng thời trong các thành phần không gian và phi khơng gian. Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay số liệu xác định vị trí lƣu trữ chung. Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa toạ độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mơ tả khu vực hoặc con trỏ đến vị trí lƣu trữ của số liệu liên quan. Bộ xác định đƣợc lƣu trữ cùng với các bản ghi toạ độ hoặc mô tả số khác của các hình ảnh khơng gian và cùng với các bản ghi số liệu thuộc tính liên quan.
Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thể hiện theo sơ đồ sau:
Hình 3.14. Mối quan hệ giữa thơng tin bản đồ và thơng tin thuộc tính
3.2.2. Phƣơng pháp thành lập các bản đồ chuyên đề sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên
3.2.2.1. Cơ sở toán học của các bản đồ
Để xây dựng các bản đồ chuyên đề sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên, trƣớc tiên cần phải xây dựng cơ sở toán học nhất định cho các bản đồ đó. Bao gồm: Elipsoid quy chiếu, phép chiếu, hệ toạ độ.
a. Elipsoid quy chiếu
- Elipsoid WGS 84 có a = 6378137.0 m, α = 1 : 298.257223563. - Vị trí Elipsoid quy chiếu quốc gia: Elipxơit WGS-84 tồn cầu đƣợc
xác định vị trí (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng điểm GPS cạnh dài có độ cao thuỷ chuẩn phân bố đều trên tồn lãnh thổ.
b. Phép chiếu
Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator) đƣợc xây dựng dựa trên nền tảng của phép chiếu hình trụ ngang Mercator (Transverse Mercator – TM). Phép chiếu này còn đƣợc gọi là phép chiếu Gauss-Boag. Phép chiếu đã đƣợc quân đội Mỹ đƣa vào sử dụng năm 1940. Về cơ bản thì phép chiếu này giống với phép chiếu Gauss, chỉ khác hệ số k của phép chiếu UTM là 0,9996 trong khi hệ số k của Gauss là 1. Ở Việt Nam, chúng ta sử dụng cả hệ số k=0,9999 đối với múi 3 độ cho bản đồ địa hình tỉ lệ lớn.
Trong phép chiếu UTM, bề mặt Elipsoid Trái Đất đƣợc chia ra thành 60 múi theo chiều kinh tuyến; mỗi múi 6°. Múi đầu tiên đƣợc đánh số 1 từ kinh tuyến 180° Tây đến 174° Tây. Các vĩ tuyến đƣợc lấy từ 80° Nam đến 84° Bắc. Lãnh thổ Việt Nam nằm trên 2 múi 6° có kinh tuyến giữa là 105° và 111°. Đó là các múi 48 và 49.
Tại mỗi múi có hệ thống toạ độ vng góc riêng. Gốc toạ độ của mỗi múi là điểm giao nhau của xích đạo với kinh tuyến giữa của múi đó. Để tránh có toạ độ âm, ngƣời ta lùi gốc toạ độ về phía Tây của kinh tuyến giữa 500 km.
Đây là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc.
Kinh tuyến giữa là đƣờng thẳng. Các kinh tuyến còn lại là đƣờng cong, chiều lõm hƣớng về kinh tuyến giữa. Xích đạo là một đƣờng thẳng, vng góc với kinh tuyến giữa. Các vĩ tuyến đều là những đƣờng cong, chiều lõm hƣớng về phía cực gần với vĩ tuyến đó hơn. Kinh vĩ tuyến đối xứng nhau qua kinh tuyến giữa hoặc qua xích đạo. Phép chiếu khơng có biến dạng về góc.Tỷ lệ độ dài tại kinh tuyến giữa nhỏ hơn 1 (Hệ số k = 0,9996). Tỷ lệ độ dài là không đổi (k = 1) trên hai đƣờng thẳng song song và đối xứng nhau qua
kinh tuyến giữa và cách kinh tuyến giữa 180 km. Tỷ lệ biến dạng nhỏ hơn một trong khoảng giữa hai đƣờng không biến dạng và lớn hơn ở ngồi hai đƣờng đó.
Phép chiếu đƣợc sử dụng nhiều trong các trƣờng hợp thiết kế bản đồ có số hiệu. Bản đồ địa hình của nhiều nƣớc trên thế giới đều dùng phép chiếu này. Quân đội Mỹ sử dụng phép chiếu này cho bản đồ quân sự.
Lƣới chiếu UTM của quân đội Mỹ, tuỳ theo từng khu vực khác nhau dùng Elipsoid khác nhau. Phần đất liền khu vực Việt Nam (trƣớc năm 1975) tính theo Elipsoid Everest (1930).
a = 6377276 m; α = 1/300,8
Hiện nay, bản đồ địa hình Việt Nam đƣợc thành lập trong Hệ VN2000, với phép chiếu UTM theo thể Elipxôid WGS-84 định vị phù hợp với lãnh thổ Việt Nam.
c. Hệ tọa độ VN-2000
Việt Nam hiện nay sử dụng hệ quy chiếu VN2000, trong đó các thơng số đƣợc ghi nhận nhƣ sau:
- Elipsoid WGS 84 có a = 6378137.0 m, α = 1 : 298.257223563. - Vị trí Elipxơid quy chiếu quốc gia: Elipsoid WGS-84 tồn cầu đƣợc xác định vị trí (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng điểm GPS cạnh dài có độ cao thuỷ chuẩn phân bố đều trên toàn lãnh thổ.
- Điểm gốc toạ độ quốc gia: Điểm N00 đặt tại Viện Nghiên cứu Địa chính thuộc Bộ Tài ngun Mơi trƣờng, đƣờng Hồng Quốc Việt, Hà Nội.
- Hệ thống toạ độ phẳng: Hệ toạ độ phẳng UTM quốc tế, đƣợc thiết lập trên cơ sở lƣới chiếu hình trụ ngang, đồng góc với hệ số k = 0,9996 cho múi 6° và k = 0,9999 cho múi 3°.
giải đoán các đối tƣợng để đƣa lên bản đồ, ta phải nắn chỉnh hình học tồn bộ các ảnh vệ tinh về hệ tọa độ quốc gia VN-2000 để tọa độ ảnh trùng khớp với tọa độ của bản đồ nền.
d. Kích thước và bố cục bản đồ
- Kích thƣớc của bản đồ bao gồm các kích thƣớc của khung trong, khung ngồi và kích thƣớc của tờ giấy in bản đồ.
- Khung bản đồ là những đƣờng kẻ bao quanh nội dung bản đồ. Khung bao gồm khung trong và khung ngoài. Khung trong của bản đồ là những đƣờng thẳng giới hạn nội dung thể hiện của bản đồ. Trên đó có thể đánh dấu các vạch chia độ, phút giây hoặc km phụ thuộc vào yêu cầu và nguyên tắc chung khi thành lập bản đồ. Khung ngoài là những đƣờng bao trùm ra ngoài khung trong. Khung ngồi là khung trang trí. Nó có thể là những đƣờng thẳng vng góc, hình thang hoặc đƣờng cong (hình trịn, elip).
- Bố cục của bản đồ là sự trình bày vị trí của lãnh thổ thể hiện so với khung bản đồ; cách bố trí tên, bản chú giải, bản đồ phụ hoặc đồ thị của bản đồ. Các bản đồ phân vùng lũ quét tại khu vực nghiên cứu đều đƣợc trình bày theo ranh giới hành chính các huyện, bản chú giải và các bản đồ phụ đều đƣợc bố trí một cách khoa học.
- Trên bản đồ ở các tỷ lệ và mục đích sử dụng khác nhau, ngƣời ta đƣa ra các mật độ lƣới bản đồ khác nhau. Đối với những bản đồ cần thiết cho công tác đo đạc trên đó thì mật độ lƣới thƣờng dày hơn nhiều so với các bản đồ chỉ phục vụ cho mục đích quan sát hiện tƣợng nhƣ bản đồ treo tƣờng hoặc bản đồ giáo khoa. Các loại bản đồ này thƣờng có mật độ lƣới bản đồ cách nhau từ 15-20 cm. Các lƣới bản đồ đều đƣợc ghi chú ở giữa khung trong và khung ngoài của tờ bản đồ.
3.2.2.2. Các phương pháp xây dựng bản đồ
- Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu (Multicritery Analysis): là phƣơng pháp chủ đạo dùng để phân tích đánh giá các hợp phần của cảnh báo thiên tai;
- Phƣơng pháp tích hợp thơng tin và mơ hình hố khơng gian: sử dụng phƣơng pháp để tổng hợp thông tin và xây dựng bản đồ cảnh báo thiên tai;
- Phƣơng pháp chuyên gia: đây là phƣơng pháp rất quan trọng trong nghiên cứu khoa học để các tác giả có đƣợc những phát hiện và quyết định mang tính khoa học cao.