Cơ sở dữ liệu địa hình có vai trò quan trọng trong mọi ứng dụng của GIS.
Vì vậy, xây dựng một cơ sở dữ liệu điạ hình là rất cần thiết đối với mỗi quốc gia. Nó không những phục vụ phát triển kinh tế mà còn ứng dụng cho mục đích an ninh quốc phòng và nhiều mục đích khác. Thông tin mà cơ sở dữ liệu địa hình đem lại đƣợc xem là nhƣ mô hình của thế giới thực mà từ đó, ta có thể thực hiện các phép toán phân tích không gian để phục vụ cho nhiều dự án GIS khác nhau phát triển nhƣ: GIS trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường, GIS trong quản lý lưới điện, GIS trong quản lý kinh tế- xã hội,... và như vậy việc cung cấp, truy cập, phát triển và xử lý thông tin sẽ dễ dàng nhanh chóng hơn.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình như:
- Số hóa bản đồ địa hình đã có.
- Từ kết quả đo vẽ ảnh.
- Đo đạc ngoài thực địa.
- Từ cơ sở dữ liệu nền địa lý.
2.2.1 Phương pháp thành lập cơ sở dữ liệu địa hình từ bản đồ giấy Sơ đồ:
Hình 2.1 Quy trình nhập dữ liệu từ bản đồ giấy.
1. Quét bản đồ
Quét bản đồ là quá trình chuyển đổi dữ liệu đồ họa từ bản đồ giấy thành file dữ liệu dưới dạng Raster ở một số khuôn dạng khác nhau như TIF hoặc RLE nhị phân.
Về độ phân giải của ảnh quét thì tùy thuộc vào mục đích sử dụng của bản đồ cần thành lập. Độ phân giải của ảnh quét phụ thuộc vào chất lƣợng của bản
Bản đồ địa hình gốc
Quét bản đồ
Nắn bản đồ
Số hoá, nhập độ cao cho đ-ờng bình độ Nhập, bổ sung các điểm độ cao (file 2D)
Hoàn thiện dữ liệu và biên tập
L-u trữ dữ liệu
đồ gốc và máy quét. Độ phân giải càng cao sẽ cho chất lƣợng Raster càng tốt vì vậy mà quá trình số hóa bản đồ càng chính xác.
2. Nắn bản đồ
Mục đích của việc nắn ảnh là chuyển đổi tọa độ hàng cột của các pixel về tọa độ trắc địa (tọa độ thực- hệ tọa độ địa lý hoặc hệ tọa độ phẳng). Đấy là bước quan trọng nhất trong quy trình công nghệ vì nó ảnh hưởng tới toàn bộ độ chính xác của bản đồ sau khi đƣợc số hóa trên nền ảnh. Các thao tác nắn bản đồ gồm:
- Tạo seed file có các thông số về lưới chiếu, hệ tọa độ phù hợp với cơ sở toán học của bản đồ gốc.
- Tạo khung tọa độ cho mảnh bản đồ; khung tọa độ địa lý và lưới km.
- Nắn ảnh bản đồ theo các góc khung, điểm giao nhau của các lưới km và điểm giao nhau của các lưới km với khung bản đồ; đảm bảo sai số tồn tại tại các điểm nắn là ≤ 0.2 mm tính theo tỷ lệ bản đồ gốc.
3. Số hóa bản đồ
Mục đích của quá trình số hóa bản đồ là biến đổi dữ liệu Raster thành dữ liệu Vector. Tuy nhiên ở bản đồ giấy thường thành lập và sử dụng trong một thời gian dài cho nên không đảm bảo đƣợc tính thời sự của thông tin. Mặt khác, việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình lại luôn đòi hỏi phải cập nhật thông tin mới nhất. Do đó, khi số hóa bản đồ thì phải kết hợp với ảnh hàng không để bổ sung những chỗ còn thiếu (thay đổi) trên bản đồ.
4. Hoàn thiện dữ liệu, biên tập và hoàn thành dữ liệu
Sau quá trình số hóa, dữ liệu thường ở dưới dạng thô. Vì vậy, phải qua một quá trình kiểm tra và hoàn thiện lại dữ liệu, lúc đó dữ liệu mới có thể sử dụng đƣợc.
Quá trình hoàn thiện dữ liệu thực chất là làm các công việc sau: làm trơn đường, lọc điểm, tạo đường complexchain, sửa các đối tượng dạng text, thêm bớt các dữ liệu thừa, đƣa các đối tƣợng về đúng quy phạm,...
Từ cơ sở dữ liệu bản đồ, các file đƣợc biên tập theo mục đích sử dụng và theo yêu cầu cụ thể mà bản đồ đòi hỏi. Sau đó ta tiến hành phân lớp các đối tƣợng để tiện quản lý và cập nhật thông tin mới.
5. Lưu trữ dữ liệu
Kết quả của quá trình số hóa được lưu trữ dưới hai dạng: lưu trữ trên đĩa và in ra giấy.
2.2.2 Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình từ trạm đo ảnh số Quy trình công nghệ
Hình 2.2. Quy trình xây dựng CSDL địa hình từ trạm đo ảnh số
ảnh hàng không
Đo nối khống chế và điều vẽ
Quét ảnh
X©y dùng Project
Tăng dày khống chế ảnh
Xây dựng mô hình lập thể
Đo vẽ các yếu tố đặc tr-ng địa hình, đo l-ới điểm độ cao
Hoàn thiện dữ liệu và biên tập
Nội dung chính của công tác này bao gồm: Việc thu thập dữ liệu (lấy mẫu) các đối tượng đặc trưng của địa hình và lưới điểm độ cao. Các đặc trưng của địa hình được số hóa hoàn toàn thủ công. Đối với lưới độ cao thì tùy theo mức độ phức tạp của địa hình, thực phủ mà có thể chọn cách đo lưới điểm tự đông trước, chỉnh sửa thủ công sau hoặc đo hoàn toàn thủ công.
Các phần mềm ứng dụng để thành lập bản đồ số trên trạm đo vẽ ảnh số Intergraph là:
- Phần mềm quét phim (ảnh) PHODIS.
- Các phần mềm xử lý ảnh trên trạm Image Station: ISPM, ISDM, ISSD, ISDC, ISMT, ISIR, ISI- I, MSFC.
- Các phần mềm số hóa và biên tập bản đồ: Mapping office, GIS officce và Microstation.
Nội dung cụ thể của quy trình đƣợc tiến hành nhƣ sau:
1. Quét ảnh
Để có phim hàng không phải được chuyển từ dạng tương tự (analogue) sang dạng số Raster (digital). Quá trình đó đƣợc gọi là quét thực hiện bằng các máy quét có độ chính xác hình học và độ phân giải phù hợp với yêu cầu xử lý sau này.
2. Đo nối khống chế ảnh
Là quá trình xác định tọa độ các điểm địa vật đƣợc chọn làm điểm khống chế (mặt bằng và độ cao) trên ảnh ở ngoài thực địa nhằm phục vụ quá trình tăng dày khống chế ảnh nội nghiệp. Các điểm khống chế ngoại nghiệp là cơ sở để xác định tọa độ trắc địa của điểm nội nghiệp và các công tác đo vẽ sau này, chúng đƣợc chọn theo đồ hình đã thiết kế trên ảnh. Các điểm địa vật phải đƣợc chọn sao cho có hình ảnh rõ nét trên ảnh và tồn tại ổn định ngoài thực địa.
3. Xây dựng Project
Là quá trình nhập vào các thông số cần thiết và xác nhận các file ảnh sử dụng cho công việc theo yêu cầu của hệ thống đo vẽ.
4. Công tác tăng dày khống chế ảnh
Công tác tăng dày hay còn gọi là khâu công tác có ý nghĩa quan trọng vào loại bậc nhất trong trắc địa ảnh. Để thực hiện công tác tăng dày khống chế ảnh, sau khi có ảnh chụp và đo tọa độ khống chế mặt đất của một số lƣợng điểm nhất định trong khu chụp cần phải tiến hành định hướng trong cho từng tấm ảnh. Sau đó phải tiến hành chọn, chuyển và đo tất cả các điểm nối mô hình, nối đường bay, điểm kiểm tra và điểm khống chế cho tất cả các ảnh. Tiếp đó tiến hành tính toán, bình sai khối tăng dày theo phương pháp trung phương nhỏ nhất. Kết quả của quá trình này là các yếu tố định hướng ngoài của tất cả các tấm ảnh, tọa độ, độ cao mặt đất của tất cả các điểm mà hình ảnh của chúng đƣợc đo trên ảnh đều được xác định. Sau khi tăng dày, tất cả các tấm ảnh đều đã được định hướng trong hệ tọa độ mặt đất (định hướng tuyệt đối) và có thể sử dụng để mô tả hay đo vẽ địa hình mặt đất.
5. Xây dựng mô hình lập thể
Mô hình lập thể được hiển thị trên trạm ảnh số Intergraph bằng chương trình tạo mô hình lập thể ISSD, với chương trình này mô hình lập thể được tạo ra bằng cách sắp xếp lại các pixel trên mỗi tấm ảnh của mô hình lập thể theo hướng song song với đường đáy ảnh của mô hình lập thể để khử hết thị sai dọc, ảnh hưởng của góc nghiêng, góc dẹt, vặn xoắn do máy bay gây nên trong khi chụp ảnh, cũng như các ảnh hưởng của chiết quang khí quyển, độ cong của quả đất và sai số méo hình kính vật.
6. Đo vẽ các yếu tố đặc trƣng địa hình
Mức độ chi tiết các đặc trƣng địa hình đƣợc số hóa phụ thuộc và mức độ phức tạp của địa hình và yêu cầu của công việc thành lập bản đồ. Dáng địa hình phụ thuộc rất lớn vào tính chính xác của các đặc trƣng địa hình đã đƣợc số hóa.
Trên thực tế, khi các đặc trƣng địa hình của mô hình đƣợc đo vẽ một cách chính xác và chi tiết thì có thể giảm nhẹ đáng kể khối lƣợng công việc đo vẽ hay nội suy tự động các điểm DTM cho mô hình.
7. Biên tập nội dung bản đồ
Sau khi số hóa xong, bản đồ cần được biên tập trước khi in ra cùng bản đồ phục vụ công tác kiểm tra và điều vẽ bổ sung thực địa.
Công việc biên tập bao gồm:
- Kiểm tra tất cả các sai sót khi số hóa.
- Bản đồ số đƣợc thành lập trên các trạm ảnh số khác nhau phải đƣợc tiếp biên với nhau theo tiêu chí:
+ Các đặc trƣng địa hình mô tả cùng một đối tƣợng phải đƣợc nối với nhau.
+ Tại vị trí tiếp biên phải trơn (không có chênh cao đột ngột).
2.2.3. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình từ đo đạc ngoài thực địa Phương pháp này có ưu điểm là đảm bảo độ chính xác rất cao cho từng điểm đo và tiện lợi cho các công tác thành lập cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:
1.000 và lớn hơn. Tuy vậy, phương pháp này cũng có những nhược điểm đó là:
để đảm bảo độ chính xác thì mật độ điểm đo trực tiếp ngoài thực địa phải lớn, do đó thời gian làm việc trực tiếp ngoài thực địa phải lớn, do đó thời gian làm việc trục tiếp ngoài thực địa kéo dài. Bên cạnh đó phương pháp đo lại bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, của các vật cản hạn chế tầm thông hướng và phải khắc phục những khó khăn vất vả do địa hình phức tạp gây ra. Do vậy, năng suất lao động và hiệu quả kinh tết không cao, hạn chế khả năng ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật khác vào công tác đo vẽ.
Chính vì các lý do cơ bản nêu trên mà phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa thường được áp dụng vào những khu vực không lớn, chủ yếu để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn.
2.2.4. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình từ cơ sở dữ liệu nền địa lý Nôi dung thực hiện phương pháp này cụ thể như sau:
1. Tổng quát hóa dữ liệu
Đối với công nghệ số hiện nay, việc tổng quát hóa dữ liệu địa lý từ các nguồn dữ liệu có mật độ thông tin dày hơn, độ chính xác cao hơn đƣợc triển khai trên quan điểm:
- Tuân thủ các quy định kỹ thuật về nội dung, cấu trúc dữ liệu nền địa lý cần thành lập.
- Kế thừa quy trình thành lập bản đồ gốc bằng phương pháp biên vẽ ban hành tại Quy phạm Thành lập bản đồ địa hình hiện hành.
- Tận dụng tối đa công nghệ, giảm thiểu chi phí do thao tác thủ công và vật tƣ tiêu hao.
- Đảm bảo độ chính xác dữ liệu ( không chịu ảnh hưởng các loại sai số cắt, ghép dán, chụp thu như các phương pháp cổ truyền trước kia).
- Việc tổng quát hóa dữ liệu cần phải xét tương quan trên toàn khu vực xây dựng dữ liệu đồng thời tiếp biên, tổng hợp xử lý mâu thuẫn về mật độ, độ chính xác nội dung giữa các gói dữ liệu gốc.
2. Cập nhật ảnh vệ tinh
Tùy vào mục đích sử dụng của cơ sở dữ liệu đia hình mà ta có thể sử dụng thêm ảnh vệ tinh để cập nhật thêm các nội dung đảm bảo tính thời sự cho CSDL nền địa lý.
3. Chuẩn hóa tất cả các trường thông tin trong bảng thuộc tính.
Các trường thông tin phải được gán, chuẩn hóa đầy đủ và chính xác để đảm bảo cho bước ký hiệu hóa đối tượng sau này.
4. Ký hiệu hóa đối tƣợng
Trước khi ký hiệu hóa đối tượng chuẩn hóa tất cả các trường thuộc tính trong đó, sông suối, đoạn tim đường bộ phải ngắt tại các ngã ba và phân cấp chính xác.
Sau khi ký hiệu hóa các đối tƣợng cần kiểm tra các đối tƣợng đã chính xác chƣa, một số đối tƣợng chƣa định dạng đƣợc kiểu hiển thị cần kiểm tra lại bảng Symbology, nếu thiếu cần load ký hiệu vào bảng hiển thị.
5. Biên tập bản đồ - Tạo khung lưới.
- Tạo ghi chú cho các đối tƣợng ở từng chủ đề.
6. Xuất file phục vụ chế in offset.