Xây dựng quy trình chuyển đổi dữ liệu địa hình sang dữ liệu GIS và xây dựng CSDL địa hình cho huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam

đã thực tập và thu thập tài liệu cho khóa luận. Đồng thời, em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thày cô, các anh chị và các bạn đang học tập và nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Viễn thám và Hệ thông tin Địa lý, đã giúp em hoàn chỉnh khóa luận của mình. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Phạm Văn Cự, người đã trực tiếp hướng dẫn và động viên, giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Sinh viên Phạm Ngọc Hiệp CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN BĐĐH: Bản đồ địa hình CSDL: Cơ sở dữ liệu GIS: Geography Information System HTTTĐL: Hệ thống thông tin địa lý XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH SANG DỮ LIỆU GIS ÁP DỤNG CHO HUYỆN DUY TIÊN – TỈNH HÀ NAM MỞ ĐẦU: 1. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, HTTTĐL đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong tất cả các ngành, các lĩnh vực. Để đảm bảo cho hai tiện ích quan trọng của GIS là: hỏi đáp thông tin và tích hợp, phân tích các thông tin, chúng ta phải xây dựng được một CSDL GIS với cấu trúc và cách tổ chức thông tin thật hợp lý. Nguồn dữ liệu chủ yếu để xây dựng CSDL ở nước ta hiện nay là dữ liệu địa hình, lưu trữ chủ yếu dưới khuôn dạng của phần mềm Microstation “.dgn”. Tuy nhiên dữ liệu này thường chỉ sử dụng để thiết kế và in bản đồ, không thể dùng làm cơ sở cho việc phân tích không gian, vốn là một trong những thế mạnh của GIS. Để giải quyết vấn đề này, cần có một quy trình chuyển đổi dữ liệu địa hình sang dữ liệu GIS. Dữ liệu tạo ra cuối cùng sẽ được quản lý trong một CSDL chung, thống nhất về mặt định dạng, dễ cập nhật hoặc liên kết với các CSDL khác. Mặt khác, cấu trúc đặc thù của dữ liệu địa hình ở dạng “.dgn” hoàn toàn khác so với dữ liệu GIS. Do đó, quy trình chuyển đổi sẽ tái cấu trúc lại dữ liệu địa hình và chuyển dữ liệu sang định dạng trong GIS. Trước đây, ở nước ta, khi công nghệ thông tin còn chưa phát triển, bản đồ được đo vẽ chủ yếu trên các máy toàn năng lên Diamat. Sau này, khi máy tính được sử dụng phổ biến trong thành lập và chỉnh lý bản đồ địa hình, phần mềm Microstation đã được Tổng cục Địa chính quy định sử dụng thống nhất trong cả nước. Việc ứng dụng quy trình chuyển đổi từ dữ liệu “.dgn” sang dữ liệu GIS mới chỉ được áp dụng ở nước ta trong khoảng 10 năm trở lại đây. Để đáp ứng được nhu cầu bức thiết kể trên, tôi đã thực hiện đề tài: “Xây dựng quy trình chuyển đổi dữ liệu địa hình sang dữ liệu GIS và xây dựng CSDL địa hình cho huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam.” Trong khóa luận này, tôi chọn Geodatabase của ESRI ArcGIS bởi những ưu điểm của bộ sản phẩm này so với các Geodatabase khác như sau: Tính tương thích cao: Các sản phần mềm ArcGIS được xây dựng trên chuẩn công nghiệp gồm: NET, Java và COM để tùy biến và Hệ quản trị CSDL, XML, SOAP, TCP/IP và HTTP cho môi trường mạng. Hệ thống đa chức năng: Khả năng biên tập, phân tích dữ liệu GIS mạnh với các mô hình quản lý và mô hình dữ liệu cao cấp, hiện đại. Tính mềm dẻo: Khả năng phục vụ cho hầu hết các đối tượng, từ người dùng đơn lẻ đến các cơ quan, tổ chức, cho bất kỳ đối tượng nào có nhu cầu sử dụng CSDL lớn hay có yêu cầu sửa đổi hay cập nhật CSDL một cách đồng thời. Tạo ứng dụng thông qua giao diện Web: Cho phép người dùng có thể xây dựng các vị trí đối tượng trên bản đồ, xem, phân tích và đưa ra quyết định bằng các ứng dụng GIS thông qua Internet. Hỗ trợ các nhà phát triển hệ thống: Các thư viện của phần mềm, bộ mã nguồn cung cấp cho nhà phát triển hệ thống những ví dụ, kinh nghiệm tốt để phát triển các phần mềm với nhiều tủy chọn như phát triển độc lập, xây dựng các ứng dụng có nhúng hàm GIS hay hay phát triển dựa trên nền phần mềm có sẵn. Quản lý dữ liệu tích hợp và môi trường làm việc cộng tác. Do yêu cầu của khóa luận cũng như độ lớn của CSDL cần thiết kế, tôi đã quyết định chọn Personal Geodatabase của ESRI ArcGIS cho thử nghiệm của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu và thực hiện quy trình chuyển đổi dữ liệu địa hình sang dữ liệu GIS, sử dụng các phần mềm: Microstation, ArcGIS. Xây dựng CSDL địa hình cho khu vực huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: Về lý thuyết, đề tài cần thực hiện một số nhiệm vụ sau: Khái niệm, đặc điểm, khuôn dạng, cơ sở toán học của bản đồ địa hình Khái niệm CSDL không gian So sánh cấu trúc dữ liệu “.dgn” và dữ liệu GIS Khảo sát dữ liệu địa hình huyện Duy Tiên và phân loại dữ liệu Xây dựng CSDL GIS (geodatabase) bằng phần mềm ArcGIS cho huyện Duy Tiên. Chuyển đổi dữ liệu địa hình “.dgn” sang CSDL không gian. Đánh giá mức độ ứng dụng của CSDL mới tạo và xây dựng một ứng dụng cụ thể. 4. Phương tiện thực hiện: Tài liệu: thư viện, Internet… Các phần mềm: Microstation, ArcGIS của Trung tâm CARGIS. Dữ liệu: dữ liệu địa hình (“.dgn”) của huyện Duy Tiên. 5. Cấu trúc của khóa luận: Mở đầu Chương I: Dữ liệu địa hình và bản đồ địa hình Trình bày khái niệm, đặc điểm, cơ sở toán học của bản đồ địa hình và đặc điểm của dữ liệu địa hình trước và sau khi chuyển đổi. Chương II: Xây dựng CSDL địa hình huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam Trình bày các bước trong quá trình chuyenr đổi dữ liệu, từ phân loại, xếp lớp cho đến khi chuyển sang CSDL không gian trong GIS. Chương III: Ứng dụng Trình bày một ứng dụng cụ thể của CSDL địa hình mới tạo. Kết luậ và kiến nghị Phần kết luận nêu ra những kết quả chính và khẳng định tính khả thi của đề tài. Phần kiến nghị, dựa vào tình hình hiện tại để đưa ra những đề xuất của bản thân. CHƯƠNG 1: DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH VÀ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 1.1. Bản đồ địa hình: 1.1.1. Khái niệm: Trong hệ thống phân loại, bản đồ có thể chia thành hai nhóm: nhóm bản đồ địa lý chung và nhóm bản đồ chuyên đề. Trong đó, bản đồ địa lý chung là mô hình thu nhỏ bề mặt Trái đất thông qua phép chiếu toán học nhất định, có tổng quát hóa và bằng hệ thống ký hiệu phản ánh sự phân bố, trạng thái và các mối quan hệ tương quan nhất định giữa các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội. Tùy thuộc vào mức độ chi tiết, phương pháp, kỹ thuật thành lập và độ chính xác, trong nhóm bản đồ địa lý chung lại phân ra thành bản đồ địa hình (bản đồ địa lý chung có tỷ lệ lớn hơn và bằng 1:1.000.000) và bản đồ khái quát (bản đồ địa lý chung có tỷ lệ nhỏ hơn 1:1.000.000). Bản đồ địa hình biểu thị các yếu tố địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội của bề mặt Trái đất với mức độ đầy đủ, độ chính xác và chi tiết cao. Vậy có thể định nghĩa một cách đầy đủ về bản đồ địa hình như sau: Bản đồ địa hình là loại bản đồ địa lý chung, có tỷ lệ lớn hơn và bằng 1:1.000.000, là loại mô hình thu nhỏ một khu vực của bề mặt Trái đất thông qua phép chiếu toán học nhất định, có tổng quát hóa và bằng hệ thống ký hiệu phản ánh sự phân bố, trạng thái và các mối quan hệ tương quan nhất định giữa các yếu tố cơ bản của địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội với mức độ đầy đủ, chi tiết và độ chính xác cao, các yếu tố này được biểu thị tương đối như nhau và phần lớn giữ được hình dạng, kích thước theo tỷ lệ bản đồ, đồng thời giữ được tính chính xác hình học của ký hiệu và tương ứng địa lý của yếu tố nội dung cao. Trên bản đồ địa hình, không đưa lên tất cả mọi hình ảnh có trên mặt đất, mà chỉ chứa đựng một lượng thông tin phụ thuộc bởi thời gian, không gian và mục đích sử dụng. Tính không gian trên bản đồ địa hình được xác định bởi giới hạn khu vực được tiến hành đo vẽ và thành lập bản đồ. Tính thời gian quy định ghi nhận trên bản đồ địa hình hiện trạng của bề mặt Trái đất ở thời điểm tiến hành đo vẽ. Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác của bản đồ. Yếu tố không gian biểu diễn mục đích sử dụng có ảnh hưởng tới việc chọn tỷ lệ cho bản đồ. 1.1.2. Đặc điểm thành lập và biên tập bản đồ địa hình: Ở nước ta, bản đồ địa hình được thành lập ở nhiều cơ quan trong nước, nhưng chủ yếu được sản xuất và thành lập tại Cục đo đạc và Bản đồ Nhà nước, sau đó là Tổng cục Địa chính, nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường và tại Cục Bản đồ, Bộ tổng tham mưu thuộc Bộ Quốc phòng. Bộ Tài nguyên và Môi trường, bên cạnh việc xây dựng cơ sở trắc địa Nhà nước, tiến hành thành lập và sản xuất các bản đồ cơ bản Nhà nước như Bản đồ địa hình, bản đồ khái quát, các loại bản đồ và tập bản đồ khác nhau. Quá trình sản xuất bản đồ địa hình đặc trưng bởi nhiều phương pháp khác nhau. Song các phương pháp này có thể gộp lại thành 2 phương pháp cơ bản, đó là phương pháp đo vẽ và phương pháp biên vẽ. Phương pháp đo vẽ: Là phương pháp đo đạc trực tiếp trên mặt đất hoặc trên ảnh chup từ mặt đất rồi từ đó thành lập ra bản đồ. Phương pháp này thường dùng để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn hoặc bằng 1:25.000 (khi đo vẽ trực tiếp trên mặt đất), 1:50.000 (khi đo vẽ trên ảnh chụp từ mặt đất). Bản đồ địa hình là kết quả của đo vẽ địa hình trên cơ sở mạng lưới khống chế trắc địa Nhà nước cấp I, II, III và IV. Hay nói cách khác, mạng lưới khống chế trắc địa Nhà nước cấp I, II, III và IV phủ trùm toàn quốc là cơ sở để thành lập hệ thống bản đồ địa hình cho toàn bộ lãnh thổ Việt nam. Trong phương pháp này, hình ảnh bản đồ được xây dựng trên cơ sở dữ liệu đo vẽ ảnh hàng không hoặc quá trình đo vẽ trực tiếp trên mặt đất. Đo vẽ địa hình và trắc địa ảnh có ý nghĩa rất lớn đối với ngành bản đồ. Các số liệu đo vẽ địa hình mặt đất và ảnh chụp mặt đất là tài liệu gốc để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Quá trình đo vẽ gồm các giai đoạn sau: 1-Giai đoạn chuẩn bị gồm có: nhận và nghiên cứu nhiệm vụ, khảo sát khu đo, lập phương án kinh tế - kỹ thuật đo vẽ; 2-Giai đoạn đo vẽ, khi đo vẽ sử dụng các phương pháp đo vẽ sau: đo vẽ bàn đạc trên giấy trắng, đo vẽ toàn đạc và đo vẽ trên ảnh chụp mặt đất. trong phương pháp đo vẽ trên ảnh chụp mặt đất lại phân ra thành phương pháp đo vẽ phối hợp trên ảnh đơn hoặc trên bình đồ ảnh và phương pháp đo vẽ lập thể vi phân hoặc toàn năng. Các phương pháp đo vẽ có thể tóm tắt trên sơ đồ hình: Bàn đạc, toàn đạc trên giấy trắng Đo vẽ Trên ảnh đơn Phối hợp Trên bình đồ ảnh Trên ảnh Vi phân Lập thể Toàn năng,giải tích, ảnh số Phương pháp toàn đạc hoặc bàn đạc dùng để đo vẽ thành lập bản đồ địa hình cho khu vực có diện tích nhỏ và không có ảnh chụp từ máy bay. Phương pháp đo vẽ phối hợp dùng để thành lập bản đồ cho vùng đồng bằng. Phương pháp vi phân dùng để đo vẽ thành lập bản đồ địa hình cho vùng đồi (hiện nay hầu như không dùng vì độ chính xác không cao). Phương pháp đo vẽ lập thể dùng để đo vẽ thành lập các loại bản đồ địa hình, hiện nay là phương pháp phổ biến theo các công nghệ đo vẽ ảnh trên máy toàn năng chính xác, trên hệ thống máy ADAM, trên trạm đo vẽ ảnh số Imagestation của Intergraph; 3-Giai đoạn chuẩn bị trước khi in – chuẩn bị bản đồ thanh vẽ và bản đồ tham khảo phân tô (theo phương pháp truyền thống), dùng phần mềm chuyên dụng thành lập, biên tập bản đồ và chế bản gốc ra phim trên máy tính (theo phương pháp hiện đại – tin học); 4-Giai đoạn chế bản in, in bản đồ kiểm tra và in hàng loạt bản đồ; 5-Giai đoạn sau khi in bản đồ: tổng kết kỹ thuật, đề ra phương hướng hoàn thiện bản đồ tiếp theo và giao nộp sản phẩm. Phương pháp biên vẽ là phương pháp dựa vào bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn và tài liệu có liên quan để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ hơn. Thường dùng để thành lập bản đồ địa hình có tỷ lệ nhỏ hơn 1:25.000. Các giai đoạn thành lập bản đồ địa hình theo phương pháp biên vẽ gồm: 1-Giai đoạn chuẩn bị: Nhận và nghiên cứu nhiệm vụ, thu thập phân tích, đánh giá tài liệu, nghiên cứu đặc điểm khu vực biên vẽ, các đối tượng, hiện tượng và mối tương quan giữa chúng trên quan điểm thành lập bản đồ, viết kế hoạch biên tập để chỉ đạo quá trình thành lập bản đồ, đồng thời viết bản mô tả khu vực, xác định trình tự sử dụng tài liệu, kỹ thuật thành lập và in bản đồ, xác định chỉ tiêu tổng quát hóa, đặc điểm lấy bỏ và khái quát các yếu tố nội dung; 2-Giai đoạn biên vẽ ứng dụng các phương pháp: cơ ảnh, đồ giải, dùng máy Pantograp, máy quang học, máy điện tử và công nghệ tin học để xây dựng hình ảnh các yếu tố nội dung trong bản đồ, tong đó phương pháp cơ ảnh và phương pháp công nghệ tin học hiện nay được sử dụng chủ yếu và rộng rãi. Việc tổng quát hóa các yếu tố nội dung bản đồ là một vấn đề phức tạp, nó được tiến hành song song với quá trình biên vẽ các yếu tố nội dung bản đồ; các giai đoạn tiếp theo giống như ở phương pháp đo vẽ. So sánh hai phương pháp trên có thể thấy rằng chúng có những điểm giống và khác nhau. Trong phương pháp đo vẽ, khi nghiên cứu đặc điểm địa lý khu vực, không chỉ dựa trên các tài liệu đã có mà còn nghiên cứu cả ngoài thực địa như đo vẽ, điều vẽ ảnh, còn trong phương pháp biên vẽ, khi nghiên cứu đặc điểm địa lý khu vực chỉ tiến hành trong phòng, dựa trên các tài liệu thu thập được. Nhưng cả hai phương pháp trên cùng chung một nguyên tắc tổng quát hóa các yếu tố nội dung bản đồ. Hai phương pháp trên không loại trừ nhau mà bổ sung cho nhau tạo ra hệ thống bản đồ địa hình cho toàn lãnh thổ quốc gia, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau. 1.1.3. Các tính chất của bản đồ địa hình: Bản đồ nói chung và bản đồ địa hình nói riêng đều có ba tính chất cơ bản sau: 1. Bản đồ được thành lập trên cơ sở toán học: Muốn biểu hiện bề mặt tự nhiên phức tạp và cong của Trái đất lên mặt phẳng, thường phải tiến hành qua hai bước. Bước thứ nhất, theo phương dây dọi, chiếu bề mặt tự nhiên của Trái đất lên bề mặt toán học của Trái đất (bề mặt ellipsoid). Tu nhỏ ellipsoid Trái đất theo một tỷ lệ nhất định. Bước thứ hai, biểu hiện bề mặt ellipsoid của Trái đất lên mặt phẳng thông qua phép chiếu bản đồ. Nhờ phép chiếu bản đồ,có thể xác định được vị trí, kích thước và hình dạng của các đối tượng trên bản đồ. Tỷ lệ ở mọi nơi trên bản đồ không như nhau bởi trên bản đồ có biến dạng. Cơ sở toán học biểu hiện trên bản đồ ở dạng các điểm khống chế đo đạc, tỷ lệ, hệ thống các đường kinh vĩ tuyến. 2. Bản đồ sử dụng hệ thống ký hiệu: Trên mặt đất có rất nhiều yếu tố lớn, không thể biểu thị nguyên vẹn trên bản đồ, đồng thời có nhiều yếu tố nhỏ nhưng quan trọng, nếu không có hình thức gì đặc biệt thì cũng không thể biểu thị lên bản đồ. Ngoài ra, còn có nhiều yếu tố hình dạng giống nhau nhưng bản chất khác nhau.Ngược lại, có những yếu tố bản chất giống nhau nhưng hình dạng khác nhau…vì vậy phải dùng hệ thống ký hiệu để biểu hiện. Người ta thường gọi chúng là ngôn ngữ bản đồ. Ký hiệu trên bản đồ không những chỉ rõ hình dạng bề ngoài của đối tượng mà còn chỉ ra được những tính chất cơ bản bên trong của đối tượng. Ký hiêu bản đồ chỉ ra được sự phân bố của các đối tượng, loại bỏ những mặt không quan trọng, các bộ phận, các chi tiết, các thuộc tính của đối tượng riêng lẻ làm nổi bật những dấu hiệu bản chất, quy luật tự nhiên của chúng. 3. Trên bản đồ có sự lựa chọn và khái quát hóa các đối tượng được biểu thị: Vì mặt đất có rất nhiều yếu tố tự nhiên và xã hội mà bản đồ không thể biểu thị hết được, nên phải chọn các yếu tố chủ yếu và khái quát các đặc trưng về hình dạng, số lượng, chất lượng của yếu tố nội dung cho phù hợp với mục đích và nội dung của bản đồ. Kết quả của quá trình tổng quát hóa bản đồ được thể hiện rõ khi so sánh các bản đồ có tỷ lệ khác nhau trên cùng một khu vực. Tỷ lệ bản đồ càng nhỏ, không gian biểu hiện càng hẹp thì càng cần phải loại bỏ những đối tượng thứ yếu, ít quan trọng dể làm nổi bật những nét điển hình, quan trọng của khu vực. Các yếu tố ảnh hưởng tới tổng quát hóa là mục đích, chủ đề, tỷ lệ và đặc điểm địa lý của lãnh thổ thành lập bản đồ. Ngoài ba tính chất chung nói trên, bản đồ địa hình còn có một số tính chất riêng sau: Bản đồ địa hình có hệ thống tỷ lệ, cách chia mảnh và đánh số mảnh thống nhất, có quy trình, quy phạm và ký hiệu chung do Nhà nước ban hành, nên thuận tiện trong việc sử dụng. Bản đồ địa hình có tính hiện đại và tính chính xác cao vì nó được thành lập từ các tài liệu đo đạc trực tiếp trên mặt đất hoặc trên ảnh chụp từ máy bay hay trên ảnh chụp từ mặt đất, nên nó đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho tất cả các ngành kinh tế, văn hóa và quốc phòng. Bản đồ địa hình là tài lieu cơ bản để thành lập các bản đồ khác. Vì bản đồ địa hình biểu thị đầy đủ các yếu tố địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội với mức độ chi tiết tương đối như nhau, các yếu tố này phần lớn giữ được hình dạng, kích thước theo tỷ lệ bản đồ, đồng thời giữ được tính chính xác hình học của ký hiệu và tính tương ứng địa lý của yếu tố nội dung nên nó là tài liệu gốc cơ bản để thành lập các bản đồ khác. (theo Bài giảng Bản đồ Địa hình, PGS.TS. Nhữ Thị Xuân, 2003) 1.1.4. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình: Cơ sở toán học của bản đồ là những yếu tố cơ bản để người sử dụng xác định vị trí chính xác của đối tượng địa lý trên bản đồ và trên thực địa và cho phép ghép nhiều mảnh bản đồ lại với nhau mà vẫn giữ được tính nhất quán cao, đáp ứng yêu cầu sử dụng bản đồ. 1.1.4.1. Quy định về cơ sở toán học của bản đồ địa hình số của Tổng cục Địa chính: Cơ sở toán học của bản đồ địa hình số là cơ sở toán học quy định cho bản đồ địa hình thong dụng theo quy định của Nhà nước, được thể hiện trong tệp tin chuẩn Vn2d.dgn. Cách chia mảnh, ghi phiên hiệu mảnh và tên mảnh bản đồ tuân theo quy định chung hiện nay của Tổng cục Địa chính cho các loại bản đồ địa hình in trên giấy. Khung trong, lưới kilomet, lưới kinh vĩ độ của bản đồ phải được xây dựng bằng các chương trình chuyên dụng cho thành lập lưới chiếu bản đồ (như modul Grid Generation trong MGE của Intergraph), các điểm góc khung, các mắt lưới km không có sai số (trên máy tính) so với tọa độ lý thuyết. Không dung các công cụ vẽ đường thẳng hay đường cong để vẽ lại lưới km và khung trong bản đồ theo ảnh quét. Các điểm tam giác cũng không được số hóa theo hình ảnh quét mà phải được thể hiện lên bản đồ theo đúng tọa độ thật của điểm đó (theo số liệu ghi trong lý lịch bản đồ). (theo Quy định Kỹ thuật số hóa Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 và 1:100.000, Tổng cục Địa chính năm 2000) 1.1.4.2. Hệ tọa độ VN-2000: Hệ quy chiếu và hệ tọa độ VN-2000 được chính thức đưa vào áp dụng trên toàn quốc khoảng từ tháng 8/2000, theo quyết định số 83/2000 QĐ-TTg do Thủ tướng Phan Văn Khải ký ngày 12/07/2000. Cũng theo quyết định này, VN-2000 sử dụng ellipsoid WGS-84 và lưới chiếu sử dụng là lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế. Từ đó, VN-2000 chính thức thay thế HN-72. Vào ngày 20/06/2001, Tổng cục Địa chính đã có thông tư số 973/2001/TT-TCĐC nhằm hướng dẫn áp dụng hệ tọa tọa độ và hệ quy chiếu VN-2000. Ngày 27/02/2007, Bộ Tài nguyên Môi trường đã ký quyết định 05/2007/QĐ-BTNMT về sử dụng các tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000, trong đó đã công bố 3 tham số dịch chuyển gốc tọa độ, 3 tham số góc xoay trục tọa độ và hệ số tỷ lệ chiều dài nhằm phục vụ cho công tác tính chuyển tọa độ và chuyển đổi tọa độ bản đồ qua lại giữa hai hệ nêu trên. Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 có các thông số chính như sau: a, Ellipsoid quy chiếu: Bán trục lớn: a = 6.378.137,000 m Độ dẹt: f = 1/298,257223563 b, Điểm gốc tọa độ quốc gia: điểm N00 đặt trong khuôn viên Viện nghiên cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội. c, Lưới chiếu tọa độ phẳng cơ bản: lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế. d, Chia múi và phân mảnh hệ thống bản đồ cơ bản: theo hệ thống lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế, danh pháp tờ bản đồ theo hệ thống hiện hành có chú thích danh pháp UTM quốc tế. 1.2. Dữ liệu địa hình và cơ sở dữ liệu không gian (geodatabase): 1.2.1. Dữ liệu địa hình trong GIS: Dữ liệu địa hình trong GIS bao gồm hai phần cơ bản là dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Mỗi một loại dữ liệu có đặc trưng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ, xử lý và hiển thị. 1.2.1.1. Dữ liệu bản đồ: Là những mô tả số của hình ảnh bản đồ. Chúng bao gồm tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một khuôn dạng hiểu được của máy tính. Hệ thông tin địa lý dùng các dữ liệu bản đồ để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi. Có 6 loại thông tin bản đồ dùng để thể hiện hình ảnh bản đồ và ghi chú của nó trong HTTTĐL như sau: • Điểm (point) • Đường (line) • Vùng (polygon) • Ô lưới (grid cell) • Ký hiệu (symbol) • Điểm ảnh (pixel) Dữ liệu bản đồ có thể được lưu trữ ở dạng vector hoặc raster. Lớp đối tượng (layer): Thành phần dữ liệu đồ thị của HTTTĐL hay còn gọi là CSDL bản đồ được quản lý ở dạng các lớp đối tượng. Mỗi một lớp chứa các hình ảnh bản đồ liên quan đến một chức năng, một ứng dụng cụ thể. Lớp đối tượng là tập hợp các hình ảnh thuần nhất dùng để phục vụ cho một ứng dụng cụ thể và vị trí của nó so với các lớp khác trong một hệ thống CSDL được xác định thông qua một hệ tọa độ chung. Việc phân tách các lớp thông tin dựa trên cơ sở của mối liên quan logic và mô tả họa đồ của tập hợp các hình ảnh bản đồ phục vụ cho mục đích quản lý cụ thể. 1. Cấu trúc raster: Trong cấu trúc này, thực thể không gian được biểu diễn thông qua các ô (cell) hoặc ô ảnh (pixel) của một lưới các ô. Trong máy tính, lưới ô này được lưu trữ dưới dạng ma trận, trong đó mỗi cell là giao điểm của một hàng và một cột trong ma trận. Trong cấu trúc raster, điểm được xác định bởi cell, đường được xác định bởi một số các cell kề nhau theo một hướng, vùng được xác định bởi số các cell mà trên đó thực thể phủ lên. Biểu diễn hai chiều của dữ liệu địa lý theo cấu trúc này là không liên tục nhưng được định lượng hóa để có thể dễ dàng đánh giá được độ dài, diện tích. Không gian càng được chia nhỏ thành nhiều cell thì tính toán càng chính xác. Biểu diễn raster được xây dựng trên cơ sở hình học phẳng Ơcơlit. Mỗi một cell tương ứng với một diện tích vuông trên thực tế. Độ lớn của cạnh ô vuông này còn được gọi là độ phân giải của dữ liệu. Dữ liệu raster có dung lượng rất lớn nếu không có cách lưu trữ thích hợp. Có rất nhiều giá trị giống nhau, do đó có nhiều phương pháp nén để tập dữ liệu trở nên nhỏ. Thông thường người ta hay dùng các phương pháp nén TIFF, RLE, JPEG, GIF… Một phương pháp khác để biểu diễn dữ liệu dưới dạng raster là phương pháp biểu diễn ô chữ nhật phân cấp. Trong cách biểu diễn này người ta chia diện tích vùng dữ liệu ra thành các ô chữ nhật không đều nhau theo cách lần lượt chia đôi các cell bắt đầu từ hình chữ nhật lớn nhất, bao phủ diện tích dữ liệu. Quá trình cứ tiếp tục đến khi nào các cell đủ nhỏ để đạt được độ chính xác cần thiết. 2. Cấu trúc vector: Trong cấu trúc vector, thực thể không gian được biểu diễn thông qua các phần tử cơ bản là điểm, đường, vùng và các quan hệ topo (khoảng cách, tính liên thông, tính kề nhau…) giữa các đối tượng với nhau. Vị trí không gian của thực thể không gian được xác định bởi tọa độ trong một hệ tọa độ thống nhất toàn cầu. Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà được biểu diễn như một cặp tọa độ (X,Y). Ngoài giá trị tọa độ (X,Y), điểm còn thể hiện kiểu điểm, màu, hình dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm. Do đó trên bản đồ, điểm có thể được biểu diễn bằng ký hiệu hoặc text. Đường dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến, được tạo nên từ 2 hoặc hơn cặp tọa độ (X,Y). Ví dụ đường dùng để biểu diễn hệ thồng đường giao thông, hệ thống cấp thoát nước… Ngoài tọa độ, đường còn có thể bao hàm cả góc quay tại đầu mút. Vùng là một đối tượng hình học hai chiều. Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản. 3. So sánh raster và vector: Dữ liệu raster Dữ liệu vector Ưu điểm - Cấu trúc rất đơn giản - Dễ dàng sử dụng các phép toán chồng xếp và các phép toán xử lý ảnh viễn thám. - Dễ dàng thực hiện nhiều phép toán phân tích khác nhau. - Bài toán mô phỏng có thể thực hiện được do đơn vị không gian giống nhau (cell) - Kỹ thuật rẻ tiền và có thể phát triển mạnh. - Biểu diễn tốt các đối tượng địa lý. - Dữ liệu nhỏ gọn. - Các quan hệ topo được xác định bằng mạng kết nối. - Chính xác về hình học - Khả năng sửa chữa, bổ sung, thay đổi các dữ liệu hình học cũng như thuộc tính nhanh, tiện lợi. Nhược điểm - Dung lượng dữ liệu lớn - Độ chính xác có thể giảm nếu sử dụng không hợp lý kích thước cell - Bản đồ hiển thị không đẹp - Các bài toán mạng rất khó thực hiện - Khối lượng tính toán để biến đổi tọa độ là rất lớn - Cấu trúc dữ liệu phức tạp - Chồng xếp bản đồ phức tạp - Các bài toán mô phỏng thường khó giải vì mỗi đơn vị không gian có cấu trúc khác nhau - In ấn đắt tiền - Kỹ thuật đắt tiền - Các bài toán phân tích và các phép lọc khó thực hiện 1.2.1.2. Dữ liệu thuộc tính: Là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ được. Có 4 loại dữ liệu thuộc tính: Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ liệu này được xử lý theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc (SQL) và phân tích. Chúng được liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã địa lý và được lưu trữ trong cả hai mảng đồ thị và phi đồ thị. HTTTĐL còn có thể xử lý các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ chuyên đề trên cơ sở các giá trị thuộc tính. Các thông tin thuộc tính này cũng có thể được hiển thị như là các ghi chú tren bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các thuộc tính đó như là các ký hiệu bản đồ. Dữ liệu tham khảo địa lý: mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một vị trí địa lý xác định. Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường…liên quan đến các vị trí địa lý xác định. Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đồ trong CSDL của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng. Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị…liên quan đến các đối tượng địa lý, được lưu trữ trong HTTTĐL để chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng ta đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định. Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý. Quan hệ không gian giữa các đối tượng: rất quan trọng cho các chức năng xử lý của HTTTĐL. Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay phức tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo giữa các đối tượng. 1.2.1.3. Mối quan hệ giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính: HTTTĐL sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phần đồ thị và phi đồ thị. Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc là các chỉ báo địa lý hay dữ liệu vị trí lưu trữ. Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa tọa độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc là một con trỏ đến vị trí lưu trữ của dữ liệu liên quan. 1.2.2. Cơ sở dữ liệu không gian (geodatabase): Hệ thông tin địa lý (GIS) sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý (geodatabase) làm dữ liệu của mình. Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm: Tập hợp các dữ liệu dạng vector (điểm, đường và vùng) Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh) Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như hệ thống cấp thoát nước, giao thông, lưới điện…) Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác Dữ liệu đo đạc Dữ liệu dạng địa chỉ Các bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian được liên kết với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau. Về khía cạnh công nghệ, hình thể, vị trí không gian của các đối tượng cần quản lý, được miêu tả bằng các dữ liệu đồ họa. Trong khi đó, tính chất của các đối tượng này được miêu tả bằng các dữ liệu thuộc tính. Mô hình cơ sở dữ liệu không gian không những quy định mô hình dữ liệu với các đối tượng đồ họa, đối tượng thuộc tính mà còn quy định liên kết giữa chúng thông qua mô hình quan hệ và định nghĩa hướng đối tượng bao gồm các tính chất như thừa kế (inherit), đóng góp (encapsulation) và đa hình (polymorphism). Ngoài ra, cơ sở dữ liệu không gian hiện đại còn bao gồm các rang buộc các đối tượng đồ họa ngay trong CSDL, được gọi là topology. 1.2.2.1. Định nghĩa geodatabase: Geodatabase là một loại CSDL với các tính năng mở rộng cho việc lưu trữ, truy vấn và thao tác với các thông tin địa lý và dữ liệu không gian. Cũng có thể hiểu geodatabase là CSDL không gian (spatial database). Trong một CSDL không gian, dữ liệu không gian được đối xử như mọi loại dữ liệu khác. Dữ liệu vector được lưu trữ theo kiểu dữ liệu hình học như điểm (point), đường thẳng (line) hoặc đa giác (polygon), những dạng mà có sự gắn kết với hệ tọa độ không gian. Một bản ghi của geodatabase có thể dùng kiểu dữ liệu hình học để thể hiện vị tí của một đối tượng trong thế giới thực và sử dụng các kiểu dữ liệu chuẩn để lưu trữ các thuộc tính liên quan của đối tượng đó. Một và geodatabase có hỗ trọ việc lưu trữ dữ liệu ảnh số (raster). Nhiều loại geodatabase có những chức năng tùy chỉnh mà cho phép dữ liệu không gian được điều khiển và truy vấn bằng việc sử dụng SQL, ví dụ như tìm tất cả các ngôi nhà trong một vùng tiềm ẩn hiểm họa môi trường… Trong hệ thống thông tin địa lý, một CSDL không gian là thành phần dùng để thao tác và lưu trữ dữ liệu. Điển hình cho một hệ thống hoàn thiện sẽ phải bao gồm cả phần mềm client để thể hiện và chỉnh sửa dữ liệu lưu trong CSDL. Như bất kỳ định dạng dữ liệu không gian khác, geodatabase cũng có thể được sử dụng để cung cấp dữ liệu trực tiếp tới một phần mềm web map server, như ARGIS Internet Map Server của ESRI, MapServer và mapping API của Google. Lợi ích quan trọng của những CSDL không gian là chúng cho phép một hệ tống GIS xây dựng trên những khả năng sẵn có của hệ thống quản trị CSDL quan hệ (RDBMS). Bao gồm việc hỗ trợ SQL và khả năng tạo ra những truy vấn không gian phức tạp. Ngoài ra, một cấu trúc client/servr của CSDL đó hỗ trợ đa người dùng cùng một lúc và cho phép họ xem, sửa và truy vấn dữ liệu mà không bị xung đột. 1.2.2.2. So sánh các loại geo._.