Bài viết sưu tầm

PHẦN 2  TÌM HIỂU VỀ BẢN ĐỒ SỐ

2.1 Bản đồ số là gì?

            Bản đồ số là loại bản đồ được thành lập dưới dạng cơ sở dữ liệu máy tính trên cơ sở xử lý số liệu nhận được từ các thiết bị quét chuyên dụng, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, viễn thám hoặc số hóa các bản đồ được chếtác theo phương pháp cổ điển, trong đó toàn bộ thông tin vềcác đối tượng được mã hóa thành dữ liệu số và lưu giữ trên các băng, đĩa từ, đĩa quang… Thông tin trong bản đồ số thường được tổ chức quản lý theo các lớp, tập hợp các dữ liệu có cùng thuộc tính (vùng, đường, điểm, chữ) vềcác đối tượng cùng loại, thể hiện một nội dung của bản đồ tổng thể. Số lượng các lớp tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, nguồn cung cấp dữ liệu (các cơ sở dữ liệu ảnh quét có thể cho hàng trăm lớp) và khả năng quản lý của phần mềm chuyên dùng. Tùy theo yêu cầu sử dụng, các lớp thông tin có thể được hiển thị trên màn hình hoặc in trên giấy với tỉ lệ tùy chọn, riêng biệt hoặc chồng xếp với nhau tạo thành các bản đồ theo tỉ lệ thích hợp.

           Bản đồ số là sự thể hiện những thông tin vềkhông gian xung quanh chúng ta ở dạng số trong sự liên kết với các thiết bị điện tử khác như máy tính điện tử, hệ thống định vị toàn cầu GPS.

2.2 Các thành phần của bản đồ số

2.2.1 Dữ liệu bản đồ số

Dữ liệu bản đồ số chỉ là một ví dụ của dữ liệu số và nó được sử dụng trong việc tạo ra các bản đồ. Dữ liệu bản đồ số có thể được sử dụng kết hợp các loại khác của dữ liệu không gian - nó không hoàn toàn là “dữ liệu bản đồ số”. Sau đây ta tìm hiểu một chút vềdữ liệu không gian.

a. Khái niệm dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian là dữ liệu có một vài mẫu không gian hoặc địa lý chúng được đặt vào trong không gian hai hay ba chiều.

b. Ví dụ về dữ liệu không gian

• Các bản đồ:

Có thể là các bản đồ giấy, hay số

 

 

Hình 1.11: Bản đồ Đà Nẵng

• Các danh sách, các bản dữ liệu, dữ liệu trường…

2.2.2  Phân biệt trường dữ liệu không gian tương tự và không gian số

Bảng 1.3:  So sánh trường dữ liệu không gian tương tự và không gian số

Số thứ tự	Không gian tương tự	Không gian số
1	Bản đồ giấy	Bản đồ số
2	Cố định tỉ lệ	Thay đổi được tỉ lệ
3	Cần được chuyển sang định dạng số	Đã ở định dạng số
4	Không tải và không sao chép được	Có thể tải về hay sao chép được

 

2.3 Các dạng dữ liệu

Bản đồ số thường được lưu trữ dưới một số định dạng dữ liệu, và có các chương trình phần mềm tương ứng xử lí. Định dạng phổ biến nhất của bản đồ số dựa trên kỹ thuật Vector, vì thếcác định dạng Vector là phổ biến nhất. Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu qua vềcác định dạng này.

• Arc Export: là một định dạng chuyển đổi, mã ASCII hay nén vào trong mã nhị phân sử dụng các file truyền giữa các phiên bản khác nhau của ARC/INFO. Nó chỉ làm việc với các sản phẩm ESRI( Environmental Systems Research Institute - Viện nghiên cứu các hệ thống môi trường)

• AutoCAD" Drawing Files (DWG): thực chất là một định dạng riêng dành cho phần mềm AutoCAD, các phần mềm dành cho thiết kế, biên tập…

• Autodesk’s Data Interchange File (DXF) Format: DXF sử dụng định dạng chuyển đổi vector dữ liệu. Nó có một số lợi thếrất lớn, như nó chứa rất nhiều thông tin mà nhiều chương trình đồ họa đọc được.

• MapInfo Map Files: có định dạng nhị phân riêng cho nó, được gọi là Map File. Đặc biệt nó không sử dụng được ngoài hệ thống của MapInfo.

• Digital Line Graphs (DLG): một định dạng chuyển đổi bởi USGS(US Geological Survey), nó miêu tả các thông tin của vector trên các bản đồ máy in.

• MapInfo" Data Transfer Files (MIF/MID): là một chuyển đổi chuẩn được sử dụng trong MapInfo, và hệ thống bản đồ màn hình. Nó chứa tất cả 3 loại của GIS: không gian, thuộc tính và hiển thị. Các thuộc tính liên kết là ẩn trong định dạng file.

• MicroStation Design Files (DGN): đây là một định dạng đóng, được sử dụng bởi một chương trình CAD do Bentley Systems Inc.’s MicroStation.

• Spatial Data Transfer System (SDTS): là một kiểu định dạng mới được phát triển bởi chính phủ Mĩ, nó được tạo ra để xử lí tất cả dữ liệu không gian. SDTS có thể là mã ASCII, nhưng thường là mã nhị phân.

• Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing Files (TIGER): là một định dạng được sử dụng bởi US Census Bureau-cục điều tra dân số Mĩ để lưu trữ bản đồ đường được vẽ trong cuộc điều tra năm 1990. Nó chứa tọa độ không gian, các đường thẳng, nhưng không chứa các đa giác.

Vector Product Format (VPF): VPF đây là một định dạng nhị phân được sử dụng bởi US Defense Mapping Agency. Nó mang thông tin không gian và thuộc tính nhưng không hiển thị dữ liệu.

2.4 Dữ liệu Vector trong bản đồ số

Chúng ta biết rằng bản đồ số được xây dựng dựa trên kỹ thuật vector và theo kỹ thuật này có thể hiểu bản đồ số được tạo từ các dữ liệu vector, đó là: các điểm, các đường và các vùng( hay còn gọi là các lớp của bản đồ số).

 

 

Hình 1.12: So sánh giữa bản đồ số và bản đồ giấy

Hình bên trái là hình vẽ bằng tay, còn hình bên phải là hình sử dụng trong bản đồ số.

2.4.1 Các điểm

Mỗi một điểm riêng lẻ được biểu diễn bởi 2 tọa độ x, y. Ví dụ điểm A(2,5),B(3,4).

 

Hình 1.13: Biểu diễn các điểm trong hệ tọa độ

Trong lập trình:

Point

{

 Double X;

 Double Y;

}

X, Y là tọa độ của điểm

Còn nhiều điểm MultiPoint thì khai báo như sau:

MultiPoint

{

  Double[4] Box;

  Integer NumPoints;

  Point[NumPoints] Points;

}

Bounding Box được lưu trữ dưới Xmin, Ymin, Xmax, Ymax

NumPoints số các điểm

Points Số điểm trong thiết đặt

2.4.2 Các đường

Tập các điểm có đặc điểm là gần thuộc đường thẳng, các đường thẳng có thể nối lại với nhau hoặc không

Hình 1.14: Biểu diễn đường nối các điểm

Trong lập trình:

PolyLine

{

  Double[4] Box;

  Integer NumParts;

  Integer NumPoints;

  Integer[NumParts] Parts;

  Point[NumPoints] Points;

}

Box được lưu trong trình tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax

NumParts số các phần

NumPoints tổng số các điểm

Parts chỉ số của điểm đầu tiên trong một phần

Points các điểm cho tất cả các phần.

2.4.3 Các miền

Là các vùng được giới hạn bởi các đường, như các vùng rừng hay đường biên giới quốc gia.

Trong lập trình các miền được lập trình như dưới đây:

Polygon

{

  Double[4] Box;

  Integer NumParts;

  Integer NumPoints;

  Integer[NumParts] Parts;                                Hình 1.15:Miền giới hạn 

  Point[NumPoints] Points;

}

Box được lưu trong trình tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax

NumParts là số vòng trong miền Polygon

NumPoints tổng số các điểm

Parts chỉ số của điểm đầu tiên trong một phần

Points các điểm cho tất cả các phần

• Các ví dụ

Các điểm, đường, vùng như:

- Các điểm:

Các bốt điện thoại, trạm làm việc…

- Các đường:

Đường bộ, đường tàu…

- Các miền:

Đường biên của tòa nhà, đồng ruộng.

 

 

1.2.4.4  Các thuộc tính của vector dữ liệu

 

Hình 1.16: Bản đồ số về đường ở thành phố Đà Nẵng

Có thể hiểu thuộctính của vector dữ liệu là các những thông tin vềmột điểm, một đường, hay một vùng nào đó… Ví dụ, một căn nhà thì có số nhà, số điện thoại, ngõ, quận huyện, tỉnh thành mà căn nhà đó ở…

Các thuộc tính dễ dàng sửa đổi và thêm, xóa... ví dụ chúng ta có thể thay đổi số điện thoại, tên tuyến phố mà nó thuộc (ít xảy ra)

2.4.5 Kiến trúc tầng dữ liệu vector

Kiến trúc tầng là một thành phần quan trọng trong dữ liệu vector. Nó chỉ ra sự “thông minh” của dữ liệu vector. Nó gồm có 3 thành phần:

• Liên kết:

Các đặc tính trong dữ liệu có thể được liên kết lại với nhau. Trong mô hình dữ liệu vector, thông tin vềcác liên kết có thể được cất dữ và sử dụng trong việc phân tích của các mạng.(ví dụ: hệ thống mạng lưới đường ống dẫn nước hay dòng sông).

• Sự liền kề:

Một dãy nhà liền kềdùng chung một vách ngăn có thể là một ví dụ của sự liền kề. Cấu trúc của dữ liệu cho phép “vách ngăn” này được lưu trữ trong cùng dữ liệu, với các thông tin chính là các thông tin thuộc vềsự xây dựng ở cả 2 bên “vách ngăn”.

• Chính sách ngăn chặn:

Các hòn đảo và các hồ... cần được mã hóa một cách đặc biệt để chắc chắn rằng nó được hiển thị và phân tích một cách chính xác.

2.5 Pixel và độ phân giải

2.5.1 Pixel

 

Hình 1.17: Bản đồ được chia thành các pixel

Mỗi Pixel là đơn vị nhỏ nhất của thông tin trong lưới, hiện thị một thuộc tính duynhất. Một ảnh được tạo nên từ nhiều Pixel.

2.5.2  Độ phân giải

Đây là một đặc tính quan trọng của dữ liệu khung, nó quyết định cái nhỏ nhất mà mắt người có thể nhìn thấy trong ảnh.

 

Hình 1.18: Độ phân giải

Độ phân giải là đơn vị bản ghi nhỏ nhất hay đặc điểm tối thiểu là có thể vẽ và đo đạc được. Như ở hình trên độ phân giải của dữ liệu là 10m điều này có nghĩa là bất kì một đối tượng nào trên mặt đất diện tích dưới 10m2 sẽ không được hiển thị trên bản đồ.

2.6 Ứng dụng của bản đồ số

Bản đồ số có ứng dụng rất lớn trong quân sự, du lịch, phục vụ các nhu cầu của con người rất lớn.

• Bản đồ số phục vụ đời sống con người

Chỉ với chiếc máy có hỗ trợ hệ thống GPS(Global Positioning System) - hệ thống định vị toàn cầu, kết hợp với cái bản đồ số trong thiết bị bạn có thể biết được vị trí nơi bạn cần đến đi theo đường nào là thuận lợi nhất( ví dụ đường đi ngắn nhất), Hay sản phẩm xác định vị trí qua vệ tinh bằng quần lót GPS sản phẩm của hãng Panchira (Nhật) sử dụng hệ thống định vị pantyMap, nhúng vào các sợi vải một cách tinh vi khiến người mặc không thể phát hiện. Những ông chồng hay ghen hoặc các ông bố khó tính có thể mua cho vợ và con gái để bảo vệ “hàng nhà”, những chiếc xe ô tô được lắp đặt hệ thống dẫn đường có gắn hệ thống GPS giúp cho việc đi lại trong thành phố dễ hơn nhiều, và không sợ bị lạc... đương nhiên là bản đồ số được áp dụng tối đa trong trường hợp này. Việt Nam có bản đồ số địa hình tỉ lệ 1:50.000, 573 mảnh bản đồ số. Ngoài ra còn có 98 mảnh bản đồ địa hình biên giới Việt - Lào, Việt Nam - Trung Quốc, và 69 mảnh bản đồ địa hình đáy biển. Các mảnh bản đồ số này bao gồm 7 tập tin cho phép người sử dụng có thể tìm hiểu thông tin vềcơ sở toán học, thủy hệ, địa hình, giao thông, dân cư, ranh giới, thực vật và có thể tạo mô hình không gian 3 chiều cho bềmặt địa hình.

Bản đồ, lưới toạ độ quốc gia và các trạm GPS là những tài liệu điều tra cơ bản được xây dựng theo chuẩn thống nhất, đảm bảo cung cấp thông tin nhanh, chính xác cho mọi hoạt động quản lý nhà nước, phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ đất nước, nghiên cứu khoa học.

• Khí tượng, thời tiết

GPS được các nhà khoa học áp dụng vào để cảnh báo trước các thảm họa thời tiết sẽ xảy ra cho con người như: động đất, sóng thần… Các nhà khoa học đang đềnghị NASA phóng một vệ tinh có trang bị InSAR và họ hy vọng trong vòng 20 năm tới sẽ có thêm nhiều vệ tinh tương tự như vậy trong quỹ đạo Trái đất. Mặc dù một vệ tinh đơn nhất, được trang bị InSAR, sẽ rất hữu ích song một hệ thống các vệ tinh như vậy sẽ cung cấp vô số dữ liệu cho các nhà khoa học dự báo động đất. Trong khi các nhà khoa học đợi chờ mạng vệ tinh InSAR trở thành hiện thực, hệ thống định vị toàn cầu GPS đang được sử dụng để giám sát vỏ Trái đất. Thông tin do GPS cung cấp hiện giúp các nhà khoa học tạo ra những mô hình biến dạng phức tạp của vỏ Trái đất. Các nhà khí tượng học Mỹ đưa ra một thiết bị dự báo sét. Nó có thể phân tích các tín hiệu thu được từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để đoán biết nơi gặp gỡ của các đám mây lớn, thời điểm phóng sét và cường độ của sét.

• Tìm đường

Đây cũng là ứng dụng mà chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ ở phần sau. Với sự trợ giúp của GPS thì việc tìm đường đi từ điểm này đến điểm kia hoàn toàn có thể, kết hợp với một cái bản đồ số và thiết bị hiện thị( như các máy thu GPS, điện thoại di động…) một đường đi trực quan sẽ được vẽ ra .v.v.

• Các ứng dụng khác

GPS ngày càng len lỏi sâu và rộng các ứng dụng đời sống con người. Khi đời sống ngày càng hiện đại thì các nhu cầu dù có thể là nhỏ bé của con người cũng được GPS “chăm sóc”. Các con vật đáng yêu của bạn có thể không sợ mất khi bị lạc, các ông chồng hay ghen sẽ yên tâm hơn khi biết vợ mình sẽ ở đâu nếu bà ta có gắn thiết bị GPS.

• Bản đồ số phục vụ quân đội

Trong quân sự bản đồ là cực kì quan trọng, đặc biệt là bản đồ số. Bởi tính chính xác rất cao cũng như khả năng kết hợp với hệ thống GPS đã là một thứ vũ khí lợi hại trong quân sự. Các trận đánh trở nên hiệu quả hơn, mục tiêu chính xác rất cao.