Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu. Chương 2: Đặc điểm thành lập bản đồ 3D. Chương 3: Ứng dụng công nghệ viễn thám, Hệ thông tin địa lý và bản đồ số, thành lập bản đồ 3D tỷ lệ lớn. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ch-¬ng 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.
BẢN ĐỒ SỐ VÀ CẤU TRÚC DỮ LIỆU BẢN ĐỒ SỐ 7,12 1.1 Khái niệm Bản đồ số là hệ thống các thông tin về yếu tố địa hình, các đối tượng, hiện tượng địa lý được mã hoá và lưu ở dạng số (toạ độ x, y, độ cao h, và các số liệu thuộc tính), trên các phương tiện kĩ thuật số mà máy tính có thể đọc được (băng từ, đĩa từ, đĩa CD, đĩa cứng, các thiết bị lưu trữ giao tiếp bằng cổng USB…). Ta chỉ có thể nhìn thấy hình ảnh của nó (dạng tương tự) khi nó được in ra trên giấy, hay thể hiện trên trên các phương tiện hiển thị khác nhau như màn hình máy tính, mạng máy tính… khi in ra giấy (hoặc vật liệu phẳng), ta được bản đồ truyền thống; khi hiện trên màn hình máy tính thì gọi là bản đồ điện tử (hoặc bản đồ màn hình). Để sử dụng và làm việc với bản đồ số, phải có máy tính điện tử và các thiết bị liên quan, có các phần mềm (chương trình) máy tính và phần mềm bản đồ chuyên dụng. Mức độ đầy đủ thông tin về nội dung và độ chính xác các yếu tố trong bản đồ số hoàn toàn giống như bản đồ truyền thống, chúng phải đáp ứng được các yêu cầu và tiêu chuẩn bản đồ.
Một số nhà khoa học trên thế giới đã định nghĩa bản đồ số như sau: - Stepanovich: “Bản đồ số là một tập hợp có tổ chức các dữ liệu bản đồ trên các thiết bị có khả năng đọc bằng máy tính điện tử, và được thể hiện dưới dạng hình ảnh bản đồ” [7]. Berliant: “Bản đồ số là mô hình số của bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề, bản đồ chuyên môn, được thể hiện ở dạng số với toạ độ mặt phẳng x,y, độ cao h, và các số liệu thuộc tính được mã hoá. Bản đồ số được thành lập trong phép chiếu bản đồ, hệ thống ký hiệu quy ước đối với bản đồ cùng kiểu đã biết, có tính đến tổng quát hoá và các yêu cầu về độ chính xác”. Bản đồ 3D: Có một số nhà bản đồ học đã nêu định nghĩa bản đồ 3D, tuy nhiên mỗi định nghĩa đều mang tính chất tham khảo, ví dụ: “Bản đồ 3D là bản đồ số 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trong đó các đối tượng nghiên cứu (địa hình, địa vật) được thể hiện bằng dữ liệu không gian, gắn thuộc tính và hiển thị trong môi trường không gian 3 chiều của các phần mềm GIS với chiều cao của đối tượng ở các mức độ ký hiệu hóa và khái quát hóa khác nhau tùy theo mục đích sử dụng”.
Một định nghĩa khác, nghiêng về mô tả sản phẩm: “Bản đồ 3D là bản đồ 2D trong đó thuộc tính về độ cao được gắn vào đường viền chân nhà, các khối nhà được thể hiện bằng độ cao này hoặc được chi tiết hóa với mái và ảnh bề mặt. Bản đồ còn hiển thị các đối tượng, thiết bị đường phố như: biển và đèn báo giao thông, cây, hàng rào. và đặc biệt là các đối tượng mang tính chất mốc định hướng trong khu vực”. Tuy nhiên, theo nhận thức của tác giả thì có thể hiểu khái niệm bản đồ 3D như sau: Bản đồ 3D, trước hết phải là bản đồ, phải thỏa mãn đầy đủ các đặc trưng bản chất của bản đồ; mặt khác, bản đồ 3D là mô hình số thể hiện các đối tượng nghiên cứu (địa hình, địa vật) trong hệ quy chiếu không gian với mức độ ký hiệu hóa và khái quát hóa khác nhau tùy theo mục đích sử dụng, được thể hiện đầy đủ cả 3 chiều x, y, h của đối tượng theo đặc trưng không gian của chúng.
Đặc điểm chính Bản đồ số trước hết là bản đồ, có đầy đủ các đặc điểm đặc trưng của bản đồ truyền thống, như: - Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt Trái đất, trên cơ sở toán học xác định, bao gồm: tỷ lệ, phép chiếu, bố cục bản đồ và sai số biến dạng của bản đồ tùy theo phép chiếu được lựa chọn. - Các đối tượng và hiện tượng (nội dung bản đồ) được biểu thị theo một phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định (tổng quát hoá bản đồ). - Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ. Đó là hệ thống ký hiệu qui ước và những nguyên tắc, những quy định về ngữ nghĩa, cú pháp, ngữ pháp, ngữ dụng của hệ thống kí hiệu quy ước đó và những nguyên tắc phối hợp sử dụng chúng để thể hiện nội dung bản đồ.
Ngoài ra, bản đồ số còn có một số đặc điểm riêng như: - Mọi thông tin của bản đồ số được ghi ở dạng số (mã nhị phân - binary). 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Thông tin của bản đồ số được cấu trúc theo kiểu raster hoặc vector, có kèm theo topology, tổ chức thành các file bản đồ riêng, hoặc liên kết thành thư mục, được lưu trong hệ thống máy tính hoặc thiết bị ghi thông tin có khả năng đọc bằng máy tính. - Ngoài thông tin đồ họa, bản đồ số còn chứa đựng những dữ liệu mà bản đồ truyền thống không liên kết trực tiếp được như: + Dữ liệu thuộc tính - Các thông tin văn bản và bảng biểu về đặc tính số lượng, chất lượng của đối tượng thể hiện bản đồ - các đối tượng và hiện tượng địa lý. + Minh họa cho đối tượng: âm thanh, hình ảnh động, là những thông tin chuyên đề về các đối tượng và hiện tượng thể hiện trong mô hình.
+ Thông tin topology (quan hệ không gian) - mô tả về mối quan hệ không gian giữa các đối tượng và giữa các cơ sở dữ liệu đồ họa, thuộc tính, và minh họa. - Khối lượng dữ liệu lớn hơn: có thể đưa vào bản đồ số một lượng thông tin lớn hơn lượng thông tin có thể trình bày, thể hiện trên các bản đồ truyền thống, in trên các vật liệu in ấn. Những thông tin đó được đặt trên các lớp chuyên đề. Khi cần có thể hiện thị từng bộ phận thông tin, hoặc một quy mô lớn để tìm hiểu, phân tích dữ liệu.
- Tỷ lệ của bản đồ số mang tính điều kiện: về hình thức, bản đồ số không có tỷ lệ không gian cố định. Nó cho phép làm việc theo đợn vị thực, ví dụ, kilômét trên thực địa. Để hiển thị, người dùng có thể thể hiện thông tin của bản đồ ở tỷ lệ tùy ý. Nhưng tỷ lệ thật của bản đồ số được xác định bởi độ chính xác hình học và độ chi tiết của dữ liệu ban đầu dùng để thành lập bản đồ - được hiểu là tỷ lệ nội dung, hay tỷ lệ nghiên cứu, khảo sát, quy mô khảo sát.
Ưu điểm của bản đồ số là người ta có thể đọc, phân tích bản đồ dưới dạng đa tỷ lệ (multiscale). - Trong thành lập bản đồ giấy, tỷ lệ được xác lập theo diện tích lãnh thổ, do kích thước của giấy và máy in khống chế. Người ta có thể thành lập bản đồ số không lệ thuộc vào độ lớn của lãnh thổ, không phụ thuộc vào các điều kiện kỹ thuật và công nghệ in 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tính chất của bản đồ số Bản đồ số có nhiều tính chất ưu việt hơn bản đồ truyền thống: - Tính trực quan: cho khả năng giao diện trức tiếp, thuận lợi và linh hoạt giữa người dùng với thông tin bản đồ, cho ta khả năng bao quát và tiếp thu nhanh chóng những yếu tố chính, chủ yếu của nội dung bản đồ; có thể biểu diễn địa hình theo các góc độ khác nhau, tuỳ người sử dụng; do đó cho phép nghiên cứu đánh giá địa hình tỷ mỷ hơn, chính xác hơn và toàn diện hơn.
- Tính đầy đủ: bản đồ số có khả năng chứa đựng thông tin phong phú và chi tiết, độ phân giải càng lớn thì tính đầy đủ thông tin về đối tượng nghiên cứu càng lớn. - Cấu trúc Bản đồ số có tính chuẩn hoá cao - chuẩn hoá về: dữ liệu, tổ chức dữ liệu, thể hiện dữ liệu và khai thác thông tin dữ liệu; - Tính linh hoạt: dễ dàng cập nhật, chỉnh sửa, hoặc có thể thay đổi phương án thiết kế, trình bày, ký hiệu, chồng xếp hoặc tách lớp thông tin. Do đó, thông tin của bản đồ luôn mới, họăc theo ý muốn của người quản lý, người sử dụng; trong khi đó các thông tin cũ vẫn được bảo lưu. Bản đố số còn được phát triển thành dạng bản đồ mới: bản đồ 3D, 4D, bản đồ động, bản đồ đa phương tiện, truyền trên internet, giao diện trên các trang web… - Sử dụng bản đồ số rất tiện lợi: + Mọi phép đo được thực hiện dễ dàng, nhanh chóng, chính xác.
+ Dễ dàng xác định toạ độ x, y, h của một điểm, chiều dài của đường, diện tích của một vùng…. + Thiết kế, thể hiện nội dung và phân bố của các đối tượng, hiện tượng địa lý trên bản đồ số sẽ đạt được độ thẩm mỹ cao, không phụ thuộc hoa tay người thực hiện hay các điều kiện, phương tiện kỹ thuật đặc biệt. + Nhiều đối tượng chuẩn hóa theo quy định và được sử dụng bằng cách lấy ra từ thư viện mẫu. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Lưu giữ, bảo quản, cấp phát thuận tiện.
Lưu giữ trên đĩa quang nên rất gọn, dễ tìm, dễ bảo quản. Có thể cấp phát qua mạng viễn thông nên nhanh chóng, chính xác. Được bảo mật theo các mức độ khác nhau. Cấu trúc dữ liệu của bản đồ số Thông tin về các đối tượng, hiện tượng địa lý lưu trữ trong máy tính phải được cấu tạo chặt chẽ tuân theo những nguyên tắc nhất định, phù hợp với nguyên lý số của máy tính.
Cấu tạo đó được gọi là cấu trúc dữ liệu. Có hai dạng cấu trúc dữ liệu của bản đồ số là: cấu trúc raster và cấu trúc vector. a) Cấu trúc raster - Cấu trúc raster phân chia bề mặt không gian thành những phần tử nhỏ bằng nhau, theo một lưới điều hòa (grid) gồm các hàng và cột, tính theo thứ tự bắt đầu từ đỉnh phía trái. - Những phần tử nhỏ này được gọi là cell (pixell), mỗi phần tử mang một giá trị đơn gồm giá trị số hàng, số cột trên lưới điều hòa và tông mầu.