Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa hình trong nước và trên thế giới. Cơ sở lý thuyết xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa hình quân sự Chương 3. Giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ xây dựng và cập nhật CSDL bản đồ địa hình quân sự Chương 4.
Thử nghiệm giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ trong xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình quân sự. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI Mục tiêu chiến lược của nhiều tổ chức bản đồ trên thế giới là xây dựng một CSDL dùng chung duy nhất, được cập nhật thường xuyên, từ đó tự động dẫn xuất ra các sản phẩm bản đồ số. Tuy nhiên, việc trình bày tự động các loại bản đồ theo các tỷ lệ khác nhau từ một CSDL dùng chung duy nhất, hay việc xử lý ảnh số cho mục đích cập nhật CSDL địa lý đòi hỏi phải vượt qua những thách thức về sự phát triển của công nghệ ứng dụng hiện có. Tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ 1.
Thực trạng xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ * Trên thế giới Do những hạn chế về công nghệ trình bày bản đồ từ CSDL, giải pháp được đa số các quốc gia lựa chọn hiện nay là xây dựng một CSDL chuyên biệt cho mục đích sản xuất bản đồ. CSDL này có bản chất là mô hình bản đồ số (Digital Catorghaphic Model), mô tả các lớp dữ liệu địa lý thuộc nội dung trình bày bản đồ. Nó có thể được dẫn xuất từ CSDL nền địa lý tỷ lệ tương ứng hoặc bằng tỷ lệ bản đồ cần thành lập, theo phương pháp TQH bản đồ hoặc được xây dựng từ các bản đồ số có trước. Cần phân biệt CSDL sử dụng để sản xuất bản đồ (gọi tắt là CSDL bản đồ) với CSDL nền địa lý.
CSDL nền địa lý có bản chất là mô hình cảnh quan số (Digital Lanscape Model), mô tả về đặc điểm địa hình lãnh thổ (đối tượng địa lý, mô hình số độ cao, ảnh viễn thám) với các mức chi tiết và độ chính xác khác nhau, được gắn với một hệ thống chuyên gia để thực hiện các bài toán phân tích không gian. Ở các tỷ lệ khác nhau, CSDL này thường được dẫn xuất từ CSDL nền địa lý có độ chính xác và mức độ chi tiết cao nhất bằng phương pháp TQH dữ liệu. Tuy nhiên, với cách tổ chức như trên hiện vẫn đang tồn tại một số vấn đề khó khăn trong đồng bộ dữ liệu toàn hệ thống. Đó là khối lượng công việc cập nhật quá lớn và phải thực hiện đồng thời cho các CSDL theo một trong hai phương pháp TQH dữ liệu 7 hoặc TQH bản đồ.
Mặt khác, do nhu cầu sử dụng thực tế, CSDL bản đồ được cập nhật thường xuyên nên dữ liệu thường mới hơn so với CSDL nền địa lý [41], [48], [58], [59]. Hiện nay, Mỹ là một trong những quốc gia dẫn đầu về ứng dụng công nghệ ARCGIS trong xây dựng CSDL và thành lập bản đồ. CSDL nền địa lý được tổ chức theo ba cấp: CSDL nền địa lý có mức độ chi tiết và độ chính xác cao (DLM mức chi tiết), trung bình (DML mức trung bình) và thấp (DLM mức khái quát). CSDL bản đồ số được xây dựng có tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ bản đồ cần thành lập.
CSDL này bao gồm các thành phần: dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính được tổ chức theo cấu trúc một gói Geodatabase riêng biệt và được gắn kèm với tệp trình bày thông tin bản đồ tương ứng [50], [58]. TQH mô hình CSDL TQH bản đồ CSDL Sản phẩm nền địa lý bản đồ bản đồ Chiết tách, khái quát hóa 1:250.000 DLM thông tin DCM_1 : 250.000 mức khái quát Trình bày bản đồ Atlas Lựa chọn, Chiết tách, khái quát hóa trừu tượng thông tin DCM_1 : 100.000 Trình bày bản đồ DLM mức trung bình Chiết tách, khái quát hóa thông tin DCM_1 : 50.000 Lựa chọn, Trình bày bản đồ trừu tượng Chiết tách thông tin 1:10.000 DLM không gian DCM_1 : 10.000 mức chi tiết Trình bày bản đồ Atlas Mô hình thế giới thực Hình 1-1. Mô hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Mỹ [50], [58] Pháp là một trong những quốc gia sớm đi đầu trong lĩnh vực phát triển các công cụ TQH và trình bày bản đồ từ CSDL với phần mềm phát triển tự lập DataDraw. Hiện nay, Cục Bản đồ quốc gia Pháp duy trì hai bộ CSDL là BDTopo và BDCarto.
Trong đó, BDTopo là bộ CSDL có độ chính xác 1m, được xây dựng từ 8 kết quả đo vẽ ảnh hàng không, sử dụng để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10. BDCarto là CSDL với độ chính xác 10m, được xây dựng từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000, sử dụng để sản xuất bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100. CSDL bản đồ (DCM) được dẫn xuất từ hai bộ dữ liệu trên bằng phương pháp TQH bản đồ và tổ chức theo phạm vi từng mảnh tương ứng với từng tỷ lệ. Giữa các CSDL độc lập chưa được xây dựng các mối liên kết.
Do đó, Pháp hiện đang xây dựng giải pháp cập nhật tự động dữ liệu trong hệ thống [42], [50]. CSDL nền địa lý CSDL bản đồ Sản phẩm bản đồ DCM11 Bản đồ (11) BDTopo 1:10.000 Ảnh hàng DCM1n Bản đồ (1n) không DCM21 Bản đồ (21) 1:100.000 Bản đồ tỷ lệ DCM2n Bản đồ (2n) 1:250.000 TQH bản đồ Trình bày bản đồ Hình 1-2. Mô hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Pháp [50] Đức là một quốc gia đang có dự án hướng đến đổi mới toàn diện mô hình sản xuất bản đồ theo công nghệ GIS, trên cơ sở xây dựng mô hình luồng công việc (dự án Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen - AdV). Trong mô hình của Đức, cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ sở (Basic-DLM) phủ trùm lãnh thổ được sử dụng để dẫn xuất ra CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:50.000 bằng phương pháp TQH dữ liệu.
Còn CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:250.000 được nâng cấp từ CSDL có tên là JOG250 và IWK1000. Trong đó, JOG250 và IWK1000 có phiên bản đầu tiên được số hóa từ bản đồ địa hình có tỷ lệ tương ứng. Các CSDL bản đồ (tỷ lệ 1:10.000) được dẫn xuất từ CSDL nền địa lý bằng phương pháp TQH bản đồ. Mục tiêu hướng tới của Đức là tiếp tục duy trì bộ CSDL trong môi trường đa tỷ lệ như trên, nhưng việc cập nhật được tự động hóa 9 trong toàn hệ thống và vận hành theo mô hình luồng công việc (TQH dữ liệu và TQH bản đồ) thiết kế trước [50].
CSDL nền địa lý CSDL bản đồ Bản đồ TQH bản đồ Trình bày, DLM cơ sở Geodb 1:10.000 biên tập TQH bản đồ Geodb 1:25.000 Trình bày, 1:25.000 TQH dữ liệu biên tập TQH bản đồ Trình bày, DLM 1:50.000 biên tập TQH bản đồ Trình bày, 1:100.000 biên tập TQH bản đồ Trình bày, DLM 1:250.000 biên tập TQH bản đồ Trình bày, Geodb 1:500.000 biên tập TQH bản đồ Trình bày, DLM 1:1.000 biên tập Hình 1-3. Mô hình thành lập bản đồ từ cơ sở dữ liệu của Đức [50] Xét về vị thế, với vai trò là một mô hình truyền thông, CSDL bản đồ hiện nay được tích hợp vào CSDL hạ tầng không gian của Châu Âu, bang Tây Australia, Thụy Điển, Singapore. nhằm cung cấp tới người sử dụng các dịch vụ thông tin không gian trên nền bản đồ số [65], [73], [74], [75]. Còn trong lĩnh vực quân sự, đa số các nước có nền quốc phòng tiên tiến trên thế giới đã xây dựng được một hệ thống C4I (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence), để thực hiện các nhiệm vụ quyết định, kiểm soát, truyền thông, xử lý thông tin, tình báo.
Riêng Mỹ đã xây dựng hệ thống C4ISR (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), một trong những mô hình hiện đại nhất thế giới hiện nay, có thêm chức năng giám sát và trinh sát của Bộ Quốc phòng Mỹ. Nền tảng thông tin không gian của hệ thống một CSDL dùng chung bao gồm các loại dữ liệu đa dạng, trong đó có CSDL bản đồ [70]. Từ các phân tích trên cho thấy, tuy mô hình xây dựng CSDL tại mỗi quốc gia đều có điểm chung là được phân chia thành CSDL bản đồ và CSDL nền địa lý 10 theo bản chất của phương pháp TQH, nhưng cách thức tổ chức CSDL tại mỗi quốc gia có những điểm khác biệt nhất định. Thực tế này phản ánh sự ảnh hưởng của công nghệ ứng dụng trong sản xuất bản đồ.
Đáng lưu ý là mô hình xây dựng CSDL của Mỹ bằng phần mềm ArcGIS, đã tỏ ra có những ưu thế vượt trội so với các mô hình khác. Tuy nhiên, tồn tại của mô hình này vẫn là vấn đề chưa tối ưu cho việc cập nhật dữ liệu đồng bộ trên toàn hệ thống. * Trong nước Tại Việt Nam, trên cơ sở ứng dụng những thành tựu của thế giới về GIS và bản đồ số, trong những năm gần đây đã có những bước tiến xa về xây dựng, khai thác, phát triển các ứng dụng CSDL và thành lập bản đồ. CSDL nền địa lý quốc gia (sản xuất tại Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam - Bộ Tài nguyên và Môi trường) được xây dựng ở tỷ lệ 1:10.000 phủ trùm cả nước, tỷ lệ 1:2.000 các khu vực đô thị, khu công nghiệp và khu vực kinh tế trọng điểm bằng đo vẽ ảnh hàng không, điều tra thực địa và tham khảo các nguồn tài liệu khác như bản đồ địa hình đã có, tài liệu địa giới 364 CT.
Nội dung của CSDL gồm 7 chủ đề là Cơ sở đo đạc, Địa hình, Thủy hệ, Giao thông, Dân cư và cơ sở hạ tầng, Biên giới và địa giới, Phủ bề mặt. Tuy nhiên, việc thành lập bản đồ địa hình số phục vụ in ra giấy từ CSDL vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Hệ thống bản đồ địa hình quốc gia các tỷ lệ được thành lập theo công nghệ đồ họa (phần mềm MicroStation), với mô hình CSDL tệp và quản lý độc lập với CSDL nền địa lý quốc gia. Trong lĩnh vực quân sự, để đáp ứng yêu cầu cấp bách cho chiến tranh công nghệ cao, Cục Bản đồ - Bộ Tổng tham mưu đã xây dựng CSDL nền địa lý quân sự từ bản đồ gốc số cho các tỷ lệ từ 1:50.
Vì vậy, dữ liệu không gian mang bản chất của dữ liệu bản đồ, có mức độ khái quát, độ chính xác tương đương với dữ liệu bản đồ tỷ lệ tương ứng.