Đây là ph−ơng pháp xác định toạ độ vị trí các điểm mặt đất dựa trên các số gia toạ độ hay còn gọi là các thành phần của véc tơ Baseline. −u điểm của ph−ơng pháp này là loại trừ đ−ợc sai số do nhiễu biến thiên trong tần số cơ sở của đồng hồ vệ tinh và đ−ợc áp dụng rộng rãi. Đặt: 2 1 2 2 1 2 2 1 2 T T T T T T T T T T X X X Y Y Y Z Z Z ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ∆ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ − = ∆ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝∆ 1 1 1 T T ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ Ta có: 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 T T T T hT T hT T T T X Y Z γ γ ⎛ ∆ ⎞ ⎜ ⎟ ∆ = Ω ⋅ − Ω ⋅ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝∆ ⎠
S2 S1 S3 Ω2h Ω1h T1 T2
Hình I-2 Sơ đồ đo toạ độ t−ơng đối vị trí trạm thu trên mặt đất
I.3.3 ứng dụng công nghệ đo GPS động trong việc thành lập bản đồĐCCS 1/10000 và 1/5000.
Công nghệ GPS dùng để xác định vị trí không gian điểm mặt đất đã đ−ợc ứng dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực chuyên ngành trắc địa bản đồ. Ngoài việc đo toạ độ l−ới khống chế nhà n−ớc các cấp hạng, GPS còn đ−ợc ứng dụng trong đo khống chế điểm ảnh, đo đạc điều vẽ ngoại nghiệp, đo biến dạng công trình, đo tăng dày điểm ngoại nghiệp, đo chênh cao tuyệt đối để lập bản đồ dị th−ờng trọng lực, đo kiểm tra chất l−ợng các loại bản đồ chuyên ngành... đem lại sự tiện dụng và hiệu quả kinh tế cao. Một trong các lĩnh vực không thể thiếu đ−ợc vai trò then chốt của công nghệ GPS đó là công tác thành lập bản đồ ĐCCS. Trong công tác thành lập bản đồ ĐCCS, công nghệ GPS tham gia vào các công đoạn sau:
- Xây dựng mạng l−ới khống chế tọa độ, độ cao.
- Công nghệ đo GPS động phục vụ việc đo các điểm chi tiết khu vực đất thổ canh. Trong phần này chúng tôi sẽ tập trung vào việc đ−a ra giải pháp ứng dụng công nghệ đo GPS động phục vụ việc thành lập bản đồ ĐCCS.
Khu vực đất thổ canh với đặc điểm: T−ơng đối thông thoáng, di chuyển thuận tiện trên một diện tích rộng và các thửa đất rõ ràng, vuông vắn, đây là những điều kiện rất thuận tiện cho việc đo đạc bằng công nghệ đo GPS động.
Thêm vào đó công nghệ đo GPS động với các đặc điểm là dễ sử dụng, tốc độ đo nhanh, không cần thông h−ớng với trạm Base, nhiều trạm Rover có thể hoạt động độc lập với nhau chung một trạm Base, độ chính xác cao, đặc biệt là cho phép l−u các thông tin về tên điểm, mã nối của điểm và các thông tin khác về điểm vào thiết bị điều khiển cầm tay của máy Rover.
Với các đặc tính hỗ trợ lẫn nhau nh− trên cho thấy công nghệ đo GPS động là lựa chọn tối −u cho công tác thành lập bản đồ ĐCCS. Có ba công nghệ đo GPS động đ−ợc dùng phổ biến hiện nay nh− sau:
- Công nghệ đo GPS động sử dụng trị đo Code. - Công nghệ đo GPS động sử dụng trị đo Phase.
- Công nghệ GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo Virtual Reference Station VRT.
Tùy thuộc vào thành phần các thiết bị sẵn có, mục đích của công việc cũng nh− hạ tầng các dịch vụ hỗ trợ mà thực hiện 3 công nghệ đo GPS động nói trên.
- Chế độ đo GPS động thời gian thực là chế độ cho ra giá trị tọa độ, độ cao của điểm đo trong hệ tọa độ, hệ quy chiếu địa ph−ơng tức thời ở ngoài thực địa. Ưu điểm của chế độ này là biết ngay giá trị tọa độ, độ cao và độ chính xác của kết quả ngay ngoài thực địa, nh−ng có nh−ợc điểm là phải có các thiết bị truyền dữ liệu không dây giữa trạm Base và máy Rover dẫn đến ng−ời đo ngoài thực địa, phải mang nhiều thiết bị cồng kềnh, các thiết bị tiêu tốn nhiều năng l−ợng và phụ thuộc vào khoảng cách cũng nh− môi tr−ờng truyền dẫn tín hiệu giữa trạm Base và Rover.
- Chế độ đo GPS xử lý sau là chế độ chỉ l−u trữ các dữ liệu đo GPS tại điểm đo ngoài thực địa, sau đó khi quay về nơi xử lý dữ liệu kết hợp với dữ liệu GPS và tọa độ tại trạm Base mới có thể xử lý ra tọa độ, độ cao chính xác của điểm đã đo ngoài thực địa. Ưu điểm của chế độ này là ng−ời đo đạc ngoài thực địa chỉ phải mang tối thiểu các thiết bị
Base và Rover, cho phép khoảng cách di chuyển của trạm Rover ra xa trạm Base hơn, nh−ng có nh−ợc điểm là không biết kết quả xử lý tọa độ, độ cao của điểm đo có đạt độ chính xác mong muốn không, phải về nhà xử lý kết hợp với dữ liệu GPS tại trạm Base mới biết đ−ợc kết quả đo đạc.
I.4. Nghiên cứu đánh giá khả năng tích hợp ứng dụng ba công nghệ VT, GIS và GPS. GPS.
Ba công nghệ viễn thám, GIS và GPS hiện nay đang đ−ợc nghiên cứu sâu và ứng dụng rộng rãi và đã đem lại hiệu quả to lớn. Việc nghiên cứu một cách hệ thống khả năng tích hợp các công nghệ trên để thành lập bản đồ, trong đó có bản đồ ĐCCS là nhu cầu tất yếu.
I.4.1 ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao.
Chúng ta hoàn toàn có khả năng tiếp cận ảnh vệ tinh với lực phân giải cao và siêu cao. ở đây chúng ta chỉ sơ bộ tìm hiểu một số loại ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao đang phổ biến.
I.4.1.1 SPOT-5 Tháng 5 – 2002 Cơ quan Hàng không Vũ trụ Pháp đã phóng lên quỹ đạo vệ tinh SPOT-5 với các Sensor thu ảnh số có lực phân giải hình học cao hoàn chỉnh và hiện đại nhất của Pháp. Các Sensor này cho phép thu ảnh có lực phân giải 5m đối với ảnh đen – trắng và 10 m đối với ảnh màu, độ phủ mặt đất của 1 cảnh ảnh trung bình là 60km x 60km. Ngoài ra, bằng cách ghép so le các cặp ảnh đen trắng cho phép tạo đ−ợc ảnh có lực phân giải 2,5 m. Đây là một tiến bộ to lớn, mở ra nhiều triển vọng trong phát triển ứng dụng. Tr−ớc đây, để thành lập bản đồ tỷ lệ vừa và lớn chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay thì ngày nay ảnh vệ tinh đã dần thay thế.
I.4.1.2 QUICK BIRD Mỹ phóng vệ tinh QuickBird lên quỹ đạo và lần đầu tiên cho ra sản phẩm ảnh vệ tinh th−ơng mại với lực phân giải siêu cao: ảnh đen trắng là 61 cm đến 72 cm, ảnh đa phổ là 2,44 m đến 2,88 cm. Độ phủ trùm của các đầu thu từ 16,5 km đến 19 km và quét vuông góc với h−ớng chuyển động của vệ tinh. Ngoài ra có thể cung cấp các cặp ảnh lập thể với tần xuất chụp lặp trong một vài ngày. Với các thông số hình học đầy đủ của các dữ liệu ảnh d−ới dạng gốc hoàn toàn có thể dùng để tăng dày, đo vẽ thành lập bản đồ (xem phụ lục kèm theo).
I.4.1.3 WorldView-1 (xem phụ lục kèm theo).
I.4.1.4 WorldView-2 (xem phụ lục kèm theo).
I.4.2 Khả năng xử lý dữ liệu trong GIS.
Đa số dữ liệu trong GIS l−u giữ d−ới dạng số (véc tơ hoặc raster). Dạng véc tơ là những cặp toạ độ của các điểm (X,Y) hoặc (X,Y,Z) với các quy luật liên kết các điểm đó để biểu diễn chúng thành các đối t−ợng trong một hệ toạ độ xác định. Có 2 loại hệ toạ độ cơ bản: Hệ toạ độ vuông góc Đề các (X,Y,Z) và Hệ toạ độ trắc địa cầu (B,L,H). Thông th−ờng mỗi quốc gia ng−ời ta th−ờng chọn thống nhất một hệ thống toạ độ gắn với trái đất thực phù hợp với lãnh thổ và th−ờng gọi là Hệ toạ độ quốc gia.
Số liệu Raster (dạng ảnh) đ−ợc tạo bởi các ô l−ới d−ới dạng các chấm điểm có lực phân giải nhất định cho tr−ớc nào đó. Thông th−ờng số liệu l−u trữ d−ới dạng raster này đồi hỏi dung l−ợng bộ nhớ lớn. Tuỳ theo kích th−ớc của bản đồ và nội dung cần thể hiện mà lựa chọn lực phân giải cho phù hợp để sử dụng và l−u trữ.
Các số liệu không gian là các thông tin mô tả đặc tính hình học của các đối t−ợng nh− hình dạng, kích th−ớc, vị trí… trong thế giới thực. Thông th−ờng ng−ời ta quy đổi tập hợp phức tạp các đối t−ợng về các loại đối t−ợng hình học cơ bản nh− đối t−ợng điểm; đối t−ợng đ−ờng; đối t−ợng vùng và đối t−ợng chữ.
Thông th−ờng CSDL bản đồ đ−ợc quản lý d−ới dạng các lớp đối t−ợng. Mỗi một lớp chứa các hình ảnh liên quan đến một chức năng, phục vụ cho một ứng dụng cụ thể. Việc phân chia thành các lớp có ý nghĩa quan trọng trong khai thác sử dụng sau này. Các công cụ phần mềm của GIS rất phong phú và đa dạng cho phép chúng ta:
- Chuyển đổi các hệ toạ độ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Chuyển đổi l−ới chiếu bản đồ từ kinh tuyến gốc này sang kinh tuyến gốc khác;
+ Chuyển đổi toạ độ các điểm bản đồ từ hệ toạ độ Đề các (X,Y,H) sang hệ toạ độ trắc địa cầu (B,L,H) và ng−ợc lại;
- Xử lý các thông tin về bản đồ:
+ Tiếp biên hoặc nối ghép bản đồ trên cơ sở sử dụng tập hợp các điểm chung để tạo ra một tờ bản đồ mới hoặc mở rộng tờ bản đồ tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng.
+ Tạo ra một cửa sổ các đối t−ợng bản đồ và có thể tách chúng ra khỏi bản đồ hiện thời để xử lý riêng hoặc dùng cho mục đích khác.
- Lập các bản đồ chuyên biệt:
+ Chức năng chồng các lớp không gian (Graphic Overlay);
+ Chức năng lập bản đồ chuyên đề (Thematic mapping);
+ Chức năng lập bản đồ và tìm kiếm theo địa chỉ (Adress Matching and Mapping) cho phép phân tích và lập bản đồ theo các số liệu gắn cụ thể với một địa chỉ nh− vị trí, tên các đối t−ợng.
+ Chức năng phân tích và chồng phủ các đối t−ợng vùng khép kín (Polygon).
+ Chức năng tích hợp hoặc chia tách (Union and Split giữa các Polygon).
+ Chức năng chồng phủ các đối t−ợng điểm vào trong vùng (Polygon).
+ Chức năng chồng phủ các đối t−ợng đ−ờng vào trong vùng (Polygon).
- Các chức năng phân tích bản đồ:
+ Chức năng tính diện tích, chu vi, khoảng cách của các đối t−ợng trên bản đồ;
+ Chức năng tạo ra các Buffer Generation;
+ Chức năng tìm kiếm theo bán kính (Radius Search).
+ Chức năng chuyển đổi các dữ liệu từ dạng Raster sang véc tơ và ng−ợc lại (Raster/Vector Conversion).
+ Chức năng chuyển đổi các khuôn dạng dữ liệu Format Translation.
+ Thiết kế kỹ thuật (Enginnering Design);
+ Mô hình hoá lớp bề mặt (Surface Modelling);
+ Phân tích địa hình (Terrain Analisis);
+ Toạ độ và hình học (Coordinates and Geometry);
+ Phân tích các mạng l−ới (Network Analysis).
Ngoài ra các phần mềm GIS th−ơng mại hiện nay còn cung cấp cho ng−ời sử dụng các giao diện cơ bản sau:
- Giao diện theo thực đơn (Menu Driven Command Interfaces);
- Giao diện theo câu lệnh (Command Interfaces);
- Giao diện theo lập trình (Macro Programming).
Các phần mềm th−ơng mai GIS phổ biến hiện nay là ARC/INFO, MAPINFO, GIS-OFFICE, ILWIS, PAMAP… Mỗi bộ phần mềm nêu trên đều có những đặc điểm riêng trong khai thác ứng dụng, tuỳ thuộc vào thói quen và kinh nghiệm của ng−ời sử dụng và quy mô bài toán đặt ra mà lựa chọn.
I.4.3 Hệ thống dữ liệu toạ độ GPS, khả năng đo bổ sung chi tiết các điểm đặc tr−ng bằng GPS kết hợp điều vẽ ngoại nghiệp trong thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. bằng GPS kết hợp điều vẽ ngoại nghiệp trong thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
I.4.3.1 Sự cần thiếi xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu toạ độ GPS
Hàng năm chúng ta đã tiến hành đo một khối l−ợng rất lớn toạ độ không gian các điểm mặt đất bằng công nghệ GPS. Chỉ riêng công tác đo đạc l−ới khống chế các cấp hạng nhà n−ớc, chúng ta đã có hàng vạn điểm đo GPS. Công tác đo điểm khống chế ảnh máy bay, ảnh vệ tinh đã trở thành phổ biến trong công tác xử lý ảnh và loại dữ liệu này hoàn toàn có thể đ−ợc tái sử dụng cho nhiều các ứng dụng khác nhau. Đặc biệt công nghệ GPS đã đ−ợc ứng dụng trong đo đạc chi tiêt, điều vẽ ngoại nghiệp trong công tác thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Các dữ liệu trên cần thiết phải đ−ợc thiết kế để l−u giữ trong CSDL
Khi đã có cơ sở dữ liệu dạng số này ta hoàn toàn có thể tích hợp để xử lý trong công tác thành lập bản đồ. Các giải pháp tích hợp hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chuẩn hoá của các dữ liệu, trình độ mặt bằng công nghệ xử lý thông tin thông qua các phần mềm ứng dụng chuyên ngành mà quyết định cho từng tr−ờng hợp cụ thể.
Trong khuôn khổ của đề tài NCKH này, không đi sâu về xây dựng các thuật toán và lập các ch−ơng trình ứng dụng cụ thể nào. Vì các công việc đó đòi hỏi một khối l−ợng công việc rất lớn và hệ thống CSDL quốc gia đòi hỏi đã đ−ợc chuẩn hoá đầy đủ.
I.5. Tham khảo kết quả các giải pháp ứng dụng của một số n−ớc phát triển và trong khu vực. khu vực.
Ngày nay, không chỉ các n−ớc phát triển nh− Mỹ, Pháp, Nga, Nhật,... mà ngay cả các n−ớc đang phát triển cũng rất quan tâm đến ứng dụng công nghệ vũ trụ, công nghệ viễn thám vào mục đích nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh - quốc phòng.
Công nghệ viễn thám đã trở thành công nghệ rất có hiệu quả để giám sát các đối t−ợng biến động trong không gian và thời gian. Công nghệ xử lý và phân tích ảnh số đ−ợc phát triển rất mạnh và đạt hiệu quả ngày càng cao. ảnh vệ tinh đã đ−ợc sử dụng phổ biến để điều tra, quản lý tài nguyên đất, tài nguyên n−ớc, khoáng sản, dầu khí, tài nguyên rừng, để cập nhật và thành lập các hệ thống bản đồ quốc gia.
Công nghệ số chiếm −u thế và các thông tin viễn thám đ−ợc sử dụng kết hợp chặt chẽ với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS), đã đem lại hiệu quả cao và làm cho công nghệ viễn thám càng thực sự đóng vai trò quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội. Đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS phục vụ quản lý và khai thác sử dụng là h−ớng nghiên cứu cần thiết. Nhiều n−ớc phát triển trên thế giới đã nghiên cứu thành công các giải pháp và đ−a vào ứng dụng rất hiệu quả công nghệ tích hợp ảnh vệ tinh, GIS và GPS nêu trên để thành lập, hiện chỉnh và cập nhật hệ thống các loại bản đồ chuyên đề, trong đó có bản đồ địa chính.
Để làm tốt công việc này, các nhà khoa học n−ớc ngoài đã nghiên cứu thiết kế và xây dựng các tiện ích nh− tích hợp các dữ liệu ảnh vệ tinh vào CSDL không gian; đa tích
hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh với công nghệ GIS, công nghệ ảnh vệ tinh với công nghệ GPS...Nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng đã cho kết quả tất tích cực.
Trên nền tảng của các tiến bộ về thiết bị phần cứng, công nghệ phần mềm về đồ hoạ, phân tích dữ liệu không gian và quản trị dữ liệu... các hệ thống GIS đã có những b−ớc phát triển v−ợt bậc. Hệ GIS đầu tiên đ−ợc đ−a vào ứng dụng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên ở Canada, rồi đến Mỹ và các n−ớc Tây Âu . Hệ thống này đ−ợc gọi là Hệ thống Thông tin Địa lý Cânada (Canada Geographic Information) bao gồm các thông tin về Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Đất đai, Theo dõi động vật hoang dã...
Gần đây công nghệ GIS đã trở thành công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý và