5. Cấu trúc luận văn
2.2. Nội dung và phƣơng pháp thực hiện
Bƣớc 1. Công tác chuẩn bị
Hình 2.2: Tư liệu ảnh viễn thám SPOT2, năm 2009 - Tư liệu bản đồ
+ Bản đồ địa hình tỷ lệ 50.000: Số hiệu E-48-8; E-48-9; E-48-8; E-48-20. Nhà xuất bản bản đồ, năm 2003. Đây là nguồn tài liệu bản đồ chi tiết dùng làm tài
liệu tham khảo chính trong quá trình điều vẽ, bổ sung các yếu tố nội dung chuyên môn cho việc thành lập bộ bản đồ chuyên đề đới bờ tỉnh Thanh Hóa.
+ Bản đồ địa hình tỷ lệ 100.000. Nhà xuất bản bản đồ, năm 2008. Sử dụng làm tài liệu tham khảo chính và thành lập bản đồ nền của khu vực nghiên cứu.
+ Bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỉnh Thanh Hóa 2010, tỷ lệ 50.000. Sử dụng làm tài liệu tham khảo
- Tư liệu ảnh viễn thám:
Ảnh SPOT2, năm 2009: Số hiệu ảnh 270310-13122009; 270311-131209. Dùng làm tƣ liệu điều vẽ chính (Hình 2.3)
- Một số tài liệu tham khảo khác: niên giám thống kê, các tài liệu, văn bản, báo cáo chuyên đề có liên quan, ...
Kết quả thu nhận đƣợc qua quá trình thu thập, tổng hợp và đánh giá tƣ liệu đáp ứng đƣợc các yêu cầu phục vụ nghiên cứu và thành lập các bản đồ chuyên đề lớp phủ rừng; đất ngập nƣớc; các vùng đô thị, khu công nghiệp và khai thác khoáng sản.
* Xây dựng thiết kế kĩ thuật:
- Các bản đồ chuyên đề đƣợc thành lập ở tỷ lệ 1:100 000, hệ tọa độ VN- 2000 (lƣới chiếu UTM, Elipxoid WGS-84, múi chiếu 60, kinh tuyến trục 1050).
- Phần mềm sử dụng: + Số hóa: MicroStation
+ Phân tích thông tin, biên tập và lƣu trữ dữ liệu: ArcGIS 9.0.
- Tài liệu sử dụng để thành lập bản đồ: Tất cả các loại bản đồ địa hình, chuyên đề, ảnh vệ tinh, và các tài liệu khác đã đƣợc thu thập.
- Xây dựng quy định kỹ thuật cho bản đồ đƣợc thực hiện theo các trình tự sau:
1. Thiết kế chung bản đồ: bao gồm việc xác định các quy định chung nhƣ tƣ liệu sử dụng chính, cơ sở toán học, nội dung các lớp thông tin nền của bản đồ và các bản đồ chuyên đề cần thành lập
2. Lập chỉ dẫn điều vẽ, biên tập của từng bản đồ: Trên cơ sở thiết kế chung và tình hình tƣ liệu hiện có, xây dựng chi tiết các chỉ tiêu kỹ thuật và nội dung chuyên môn của từng bản đồ
- Bảng mã loại [phụ lục 1]: Đƣợc xây dựng sau khi xác định hệ phân loại của từng bản đồ, thể hiện sự phân tách và mối liên hệ của các yếu tố nội dung theo các chuyên đề. Trên bảng này các yếu tố nội dung của từng chuyên đề đƣợc mã hóa bằng các kí tự, trong đó có cột mã loại điều vẽ tổng hợp thể hiện nội dung chi tiết nhất đƣợc tổng hợp từ nội dung của các chuyên đề nhằm phục vụ công tác điều vẽ tổng hợp các yếu tố nội dung trên cùng một file dữ liệu và phân tách các nội dung trong CSDL.
- Bảng hƣớng dẫn số hóa và biên tập các yếu tố nội dung của bản đồ [phụ lục 2]: Đây là bản quy định tổng hợp bao gồm các chỉ tiêu kỹ thuật chung và chi tiết cho từng bản đồ đƣợc thể hiện kèm theo bảng phân lớp các yếu tố nội dung phục vụ công tác số hóa và biên tập dữ liệu trong phần mềm MicroStation.
- Khung cấu trúc cơ sở dữ liệu [phụ lục 3]: Trên cơ sở các quy định về các yếu tố nội dung của bản đồ đã xây dựng, tiến hành thiết kế khung cấu trúc CSDL để phục vụ công tác xây dựng CSDL của bản đồ.
Trong các văn bản hƣớng dẫn kỹ thuật này, Bảng mã hóa hay quy định nội dung điều vẽ tổng hợp thực sự là kim chỉ nam cho toàn bộ quá trình điều vẽ và tách các thông tin của bản đồ. Trong quá trình xây dựng quy định này cần lƣu ý thực hiện các bƣớc công việc theo trình tự sau:
1. Xác định việc sử dụng mã loại là kí tự dạng số hay dạng chữ: Mã loại của các đối tƣợng trên bản đồ không chỉ là một kí hiệu của bản đồ, mà còn thể hiện thuộc tính của đối tƣợng đó trong cơ sở dữ liệu. Chính vì vậy mã loại đối tƣợng phải thể hiện đƣợc nội dung của đối tƣợng và đảm bảo tính thống nhất của bản đồ. Dựa trên nguyên tắc xây dựng mã loại của bản đồ hiện trạng sử dụng đất, đề tài đã quy định mã loại cho các bản đồ trong bản đồ theo hệ phân loại và quy định mã loại đƣợc trình bày ở phụ lục 1.
2. Xác định những nội dung cơ bản chung của bản đồ, trên cơ sở đó tách các thông tin chi tiết hơn theo từng nội dung chuyên đề.
Bƣớc 2. Xử lý ảnh viễn thám
Tƣ liệu ảnh viễn thám qua các công đoạn xử lý số để tạo ra những sản phẩm bình đồ ảnh phù hợp với các phƣơng pháp khai thác thông tin khác nhau nhằm cung cấp tối đa lƣợng thông tin về vị trí phân bố, đặc điểm cấu trúc và phần nào tính chất của các đối tƣợng mặt đất. Quá trình này thực chất là cả một quy trình sản xuất nhƣ: lập mô hình số độ cao; đo khống chế ảnh; nắn chỉnh hình học; xử lý phổ, tăng cƣờng chất lƣợng ảnh, thành lập bình đồ ảnh viễn thám, phân loại ảnh tự động.
Do tƣ liệu ảnh thu nhận đƣợc theo từng ảnh đơn lẻ, không phủ trùm khu vực nghiên cứu, nên sau khi nắn chỉnh hình học sẽ cần thiết phải tiến hành cắt, ghép bình đồ ảnh
Bƣớc 3.Thành lập bản đồ nền
Bản đồ nền là bản đồ cơ sở địa lý đƣợc thành lập để làm “nền” chung cho bộ bản đồ. Nội dung của bản đồ là những thông tin nền địa lý chung của khu vực thành lập bản đồ, là cơ sở để xây dựng các nội dung chuyên môn, đồng thời cũng là nội dung bổ trợ cần thiết nhằm phản ánh đầy đủ đặc điểm phân bố, mối liên kết không gian của các đối tƣợng.
Nội dung bản đồ nền đƣợc xây dựng trên cơ sở các nhóm lớp thông tin cơ bản của bản đồ địa hình cùng tỷ lệ với bộ bản đồ cần thành lập, mức độ chi tiết về định tính và định lƣợng của các yếu tố nội dung đƣợc xác định dựa theo quy định về nội dung của bản đồ nền hiện trạng sử dụng đất [12] và có tính đến đặc điểm địa lý của khu vực cần thành lập bản đồ, cũng nhƣ nội dung của các bản đồ chuyên đề cần thành lập. Cụ thể nội dung chi tiết của bản đồ nền khu vực đới bờ tỉnh Thanh Hóa đƣợc quy định trong [phụ lục 2], các yếu tố nội dung chính bao gồm:
- Thủy hệ: là toàn bộ hệ thống thủy văn của khu vực bao gồm sông, suối,
kênh, mƣơng, hồ ao, đƣờng bờ biển ổn định, đƣờng mép nƣớc khi triều kiệt, các
vùng bãi ven sông, ven biển, hệ thống đê, bờ đắp….và các ghi chú thủy hệ kèm
theo.
- Địa hình: Địa hình khu vực đƣợc thể hiện bằng hệ thống đƣờng bình độ, điểm độ cao đặc trƣng, vùng núi đá vôi và một số kí hiệu, ghi chú thể hiện đặc điểm đặc trƣng khác.
- Giao thông: Mạng lƣới giao thông bao gồm hệ thống đƣờng sắt, đƣờng ô tô, một số đƣờng đất lớn, đƣờng mòn ở những khu vực cần thiết và các yếu tố liên quan khác nhƣ cầu, phà, sân bay, bến cảng…
- Dân cư: là các khu dân cƣ đô thị, khu dân cƣ nông thôn và một số yếu tố đặc trƣng nhƣ trụ sở ủy ban các cấp, đài phát thanh-truyền hình, đài khí tƣợng… cùng với hệ thống các ghi chú địa danh kèm theo.
- Địa giới hành chính: bao gồm địa giới hành chính các cấp và vùng xác định các đơn vị hành chính trong khu vực.
Trong quy trình công nghệ này, quá trình thành lập bản đồ nền đƣợc thực hiện theo các bƣớc chính sau:
1. Biên tập, tổng hợp, lấy bỏ nội dung bản đồ địa hình dạng số tỷ lệ 1:100000 theo các nhóm lớp nhƣ quy định.
2. Điều vẽ bổ sung, hiện chỉnh các yếu tố nội dung theo tƣ liệu ảnh viễn thám.
3. Chuẩn hóa dữ liệu theo đúng quy định cùng với các nội dung chuyên đề trên dữ liệu điều vẽ tổng hợp.
4. Tách nội dung và gán thuộc tính theo đúng quy định. 5. Biên tập, trình bày nội dung của bản đồ.
Trên thực tế nội dung của bản đồ nền đƣợc thể hiện trên tất cả các bản đồ chuyên đề, với ý nghĩa là nội dung nền bổ trợ. Nhƣng trong CSDL nội dung của bản đồ nền là nhóm lớp thông tin rất quan trọng, là cơ sở dữ liệu cơ bản hữu ích và thuận tiện cho ngƣời sử dụng thực hiện việc cập nhật, phân tích, xử lý thông tin theo từng mục đích riêng.
Bƣớc 4. Điều vẽ nội nghiệp
Trên cơ sở các quy định kỹ thuật, các yếu tố nội dung đã tách từ tƣ liệu ảnh vệ tinh, đƣợc trình bày tổng hợp trên một file dữ liệu, nhằm đảm bảo yêu cầu về tính chỉnh hợp, đồng bộ của bản đồ.
Công tác điều vẽ nội nghiệp bao gồm:
1. Điều vẽ hiện chỉnh yếu tố nội dung bản đồ nền: Các yếu tố nội dung của bản đồ nền sau khi đã lấy bỏ, tổng hợp từ dữ liệu số bản đồ địa hình, đƣợc hiển thị trên nền ảnh vệ tinh và thực hiện công việc hiện chỉnh lại nội dung cho phù hợp
với các thông tin mới hiện có trên ảnh. Quá trình này đƣợc thực hiện tuần tự theo từng lớp thông tin thuỷ hệ, giao thông, địa hình. Lớp thông tin dân cƣ và địa giới hành chính đƣợc hiện chỉnh ở bƣớc sau, cùng với các yếu tố nội dung chuyên môn khác
2. Điều vẽ các yếu tố nội dung của bản đồ hiện trạng các chuyên đề: Sau khi hoàn thành việc điều vẽ hiện chỉnh các yếu tố nội dung bản đồ nền, Sử dụng toàn bộ các tƣ liệu đã đƣợc thu thập để điều vẽ nội nghiệp, tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra.
3. Đánh dấu các đối tƣợng, các khu vực cần xác minh ngoại nghiệp
Bƣớc 5. Kiểm tra ngoại nghiệp
Là quá trình kiểm tra lại kết quả điều vẽ nội nghiệp và bổ sung các thông tin trên tƣ liệu ảnh viễn thám không thể xác định trong nội nghiệp. Kết hợp thu thập thêm các tài liệu chuyên ngành khác.
Công tác chuẩn bị:
+ In bản đồ ảnh bao gồm các yếu tố nội dung đã đƣợc điều vẽ và đánh dấu nội nghiệp để làm ma két hiện chỉnh. Kèm theo cả bản đồ địa hình ở tỷ lệ lớn hơn.
+ Trên cơ sở các nội dung đã đƣợc đánh dấu cần xác minh ngoại nghiệp, tiến hành vạch tuyến khảo sát, xác định rõ các nhiệm vụ và phƣơng pháp thực hiện từ nội nghiệp.
+ Chuẩn bị các trang thiết bị cần thiết nhƣ máy đo GPS, máy ảnh, dụng cụ ghi chép, đánh dấu, lƣu trữ, bảo quản tài liệu và các trang thiết bị cá nhân khác...
+ Ghi nhật ký mô tả cụ thể các công việc đã thực hiện theo từng điểm, tuyến khảo sát. Tiến hành chỉnh sửa, bổ sung các yếu tố nội dung trên ma két hiện chỉnh.
Một số hình ảnh kiểm tra ngoại nghiệp năm 2011 (hình 2.4):
Vùng trồng lúa, màu
Bãi bồi ven biển (Sầm Sơn)
Cảng cá (sông Trƣờng Giang); bến neo đậu tàu thuyền
Vùng nuôi trồng thủy sản
Vùng trồng cói (Hoằng Hóa)
Bƣớc 6. Chuyển vẽ, số hoá
Kết quả điều vẽ bổ sung ngoại nghiệp và kết quả xử lý tài liệu bản đồ đƣợc chuyển vẽ và số hoá bổ sung vào kết quả điều vẽ nội nghiệp. Sau quá trình sửa chữa bổ sung ngoại nghiệp, các lớp thông tin đƣợc biên tập lại theo quy định dữ liệu số trong phần mềm MicroStation.
Bƣớc 7. Chuẩn hoá
Các loại dữ liệu cần chuẩn hóa để lƣu trữ trong CSDL bao gồm:
- Dữ liệu nền địa lý: Thủy văn, Địa hình, Giao thông, Dân cƣ, Ranh giới hành chính.
- Dữ liệu chuyên đề: Đất ngập nƣớc; Lớp phủ rừng; Các vùng đô thị, khu công nghiệp và khai thác khoáng sản
- Dữ liệu thuộc tính liên quan đến dữ liệu địa lý, dữ liệu chuyên đề.
Việc chuẩn hóa dữ liệu là quá trình làm chuẩn lại dữ liệu tuân theo đúng các quy định đã đƣợc thiết kế. Chuẩn hóa dữ liệu giúp việc nhập, cập nhật, liên kết thông tin không gian – thuộc tính chính xác, hạn chế tối đa những lỗi có thể gặp phải khi biên tập và phân tích CSDL. Mỗi một công đoạn của quy trình sản xuất đều có những sản phẩm và phƣơng thức chuẩn hóa dữ liệu khác nhau. Chuẩn hóa dữ liệu trong công đoạn xây dựng CSDL là mức làm chuẩn dữ liệu cao nhất và đƣợc thực hiện theo các bƣớc chính sau:
1. Chuẩn hoá dữ liệu trong phần mềm MicroStation theo quy định trong bảng phân lớp [phụ lục 2] và đảm bảo yêu cầu topology của dữ liệu, nhằm cung cấp nguồn dữ liệu đầu vào chuẩn để thực hiện các khâu tiếp theo trong phần mềm ArcGis.
2. Chuẩn hoá dữ liệu trong phần mềm ArcGis theo thiết kế khung CSDL [Phụ lục 3] nhằm đáp ứng yêu cầu để xử lý, lƣu trữ, cập nhật thông tin trong phần mềm này.
Sản phẩm điều vẽ cuối cùng là dữ liệu đồ họa bao gồm đầy đủ các yếu tố nội dung nền địa lý và chuyên đề ở định dạng *.dgn của phần mềm Microstation, các đối tƣợng không chỉ đáp ứng yêu cầu về nội dung theo hệ phân loại mà còn phải tuân thủ chính xác theo đúng các quy định kỹ thuật [phụ lục 2] về lớp (level) và các thuộc tính (màu sắc, kích thƣớc, kiểu đƣờng nét,...).
Trong phần mềm ArcGis, chuẩn hóa dữ liệu là kiểm tra, chỉnh sửa dữ liệu tuân thủ theo đúng thiết kế về cấu trúc, đúng định dạng và những lỗi tồn đọng từ khâu trƣớc (dữ liệu đƣợc chuyển định dạng từ nguồn dữ liệu tổng hợp đầu vào, chiết xuất thành từng nhóm lớp thông tin theo thiết kế khung CSDL [Phụ lục 3]). Cách thức thực hiện bằng kinh nghiệm chuyên môn kết hợp sử dụng các công cụ tích hợp trong phần mềm ArcGis.
Bƣớc 8.Xây dựng cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu một số bản đồ chuyên đề khu vực đới bờ tỉnh Thanh Hóa là một hệ thống quản lý và lƣu trữ các lớp thông tin của bộ bản đồ ở dạng số. Về bản chất cũng nhƣ các CSDL khác, các dữ liệu đƣợc lƣu trữ về giá trị không gian là vị trí xác định của đối tƣợng theo một hệ toạ độ thống nhất và giá trị thuộc tính mô tả bản chất, mối quan hệ không gian giữa các đối tƣợng.
CSDL của đề tài bao gồm dữ liệu các lớp thông tin chuyên đề ở khuôn dạng vector, dữ liệu ảnh vệ tinh ở khuôn dạng raster và một số thông tin tƣ liệu bổ trợ khác, cùng với các thông tin thuộc tính liên quan. Dữ liệu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, qua quá trình phân tích, xử lý, chuẩn hoá và biên tập đã chiết xuất ra các bản đồ, bảng biểu thống kê có thể hiển thị trên màn hình hoặc in trên giấy là sản phẩm trực quan, thuận tiện cho ngƣời sử dụng.
Một số đặc điểm của CSDL bản đồ chuyên đề khu vực đới bờ tỉnh Thanh Hóa:
- Hệ tọa độ: Các lớp thông tin trong CSDL đƣợc thiết kế theo đúng quy định [phụ lục 2] về cơ sở toán học của bản đồ.
- Cấu trúc CSDL: Cấu trúc CSDL đƣợc thiết kế dựa theo các nhóm nội dung của bộ bản đồ. Tuân theo cấu trúc CSDL quan hệ, đáp ứng yêu cầu logic, chặt chẽ, đơn giản, rõ ràng, tiện dụng cho việc quản lý, cập nhật, giảm thiểu tối đa dung lƣợng bộ nhớ, thuận lợi cho quá trình in ấn và quan trọng là có thể xây dựng các bản đồ chuyên đề và giải quyết các bài toán GIS.
- Định đạng dữ liệu: Dữ liệu cuối cùng đƣợc chuyển đổi, xây dựng, chuẩn hóa, biên tập theo định dạng ESRI GeoDatabase của phần mềm ArcGIS Desktop 9.
- Dữ liệu: Dữ liệu đƣợc chuẩn hóa thống nhất về khuôn dạng, hệ tọa độ và
