Đề tài Nghiên cứu tích hợp công nghệ ảnh vệ tinh, công nghệ gis và công nghệ GPS để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1:10000 và 1:5000

Bộ tài nguyên và môi tr−ờng trung tâm viễn thám báo cáo tổng kết đề tài kh&cn cấp bộ nghiên cứu tích hợp công nghệ ảnh vệ tinh, công nghệ gis và công nghệ GPS để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1:10000 và 1:5000 chủ nhiệm đề tài: ts. bùi quang trung 7074 09/02/2009 TP. Hồ Chí Minh - 2008 1 bộ tài nguyên và môi tr−ờng trung tâm viễn thám 108 Đ−ờng Chùa Láng - Quận Đống Đa - Hà Nội ---------------***--------------- báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài: nghiên cứu tích hợp công nghệ ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập BảN đồ Địa Chính Cơ Sở tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 . Số đăng ký:........... Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2007 Hà Nội, ngày tháng năm 2008 chủ nhiệm đề tài cơ quan chủ trì đề tài K/T giám đốc trung tâm viễn thám TS. Bùi Quang Trung TS. Nguyễn Xuân Lâm Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Hà Nội, ngày tháng năm 2008 hội đồng đánh giá chính thức cơ quan quản lý đề tài chủ tịch hội đồng TL. bộ tr−ởng bộ tài nguyên và môi tr−ờng Q. vụ tr−ởng vụ khoa học công nghệ TS. Lê Kim Sơn Hà nội - 2008 danh sách những ng−ời thực hiện đề tài 1 Chủ nhiệm đề tài TS. Bùi Quang Trung Trung tâm Viễn thám 2 KS. Nguyễn Tuấn Anh Trung tâm Viễn thám 3 KS. Trần Ngọc Minh Trung tâm Viễn thám 4 KS. Vũ Hữu Liêm Trung tâm Viễn thám 5 PGS-TS Nguyễn Tr−ờng Xuân và tập thể các nhà khoa học Trung tâm Hỗ trợ phát triển Khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa chất, Tr−ờng ĐH MĐC 2 3 bài tóm tắt Trong những thập kỷ vừa qua, công nghệ viễn thám đã đạt đ−ợc những thành tựu to lớn, giúp con ng−ời hiểu biết đầy đủ hơn về trái đất. Ngày nay không chỉ các n−ớc phát triển nh− Mỹ, Pháp, Nga, Nhật,... mà ngay cả các n−ớc đang phát triển cũng rất quan tâm đến ứng dụng công nghệ vũ trụ, công nghệ viễn thám vào mục đích nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh - quốc phòng. ảnh vệ tinh vừa cho phép nghiên cứu bao quát những vùng rộng lớn từ một quốc gia đến khu vực và toàn cầu, vừa cho phép nghiên cứu chi tiết đến từng vùng hẹp, thậm chí từng đối t−ợng cho nhiều mục đích khác nhau. Công nghệ xử lý và phân tích ảnh số đ−ợc phát triển rất mạnh và đạt hiệu quả ngày càng cao. ảnh vệ tinh đ−ợc sử dụng phổ biến để điều tra, quản lý tài nguyên đất, tài nguyên n−ớc, khoáng sản, dầu khí, tài nguyên rừng, cập nhật và thành lập các hệ thống bản đồ quốc gia. Trong các ứng dụng viễn thám ngày nay, công nghệ số chiếm −u thế và các thông tin viễn thám đ−ợc sử dụng kết hợp chặt chẽ với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã đem lại hiệu quả cao. Tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS phục vụ quản lý và khai thác sử dụng là h−ớng nghiên cứu cần thiết. Nhiều n−ớc phát triển trên thế giới đã nghiên cứu thành công và đ−a vào ứng dụng hiệu quả công nghệ tích hợp nêu trên để thành lập, hiện chỉnh và cập nhật hệ thống các loại bản đồ, trong đó có bản đồ địa chính. ở n−ớc ta do trình độ công nghệ còn thấp nên cho đến nay vẫn ch−a có đầy đủ một bộ bản đồ địa chính cơ sở chính quy phủ trùm cả n−ớc. Nhiều khu vực vẫn ch−a đ−ợc thành lập hoặc chỉnh lý biến động thông tin theo quy định, nhiều tài liệu không còn giá trị sử dụng trong thực tiễn gây lãng phí không nhỏ. Mặt khác, các dữ liệu bản đồ địa chính còn phân tán, rời rạc ch−a đ−ợc tích hợp thành một hệ thống thông tin đất đai. Đây là một đặc thù của hiện trạng sử dụng tài nguyên đất của Việt Nam, liên quan tới quyết định cấu trúc hệ thống quản lý đất đai. Từ những năm 80, chúng ta bắt đầu tiệm cận công nghệ viễn thám, đã triển khai các nghiên cứu - thử nghiệm nhằm xác định khả năng và ph−ơng pháp sử dụng t− liệu viễn thám để giải quyết các nhiệm vụ của mình. Một số ngành đã đ−a công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn, thu đ−ợc một số kết qủa về khoa học công nghệ và kinh tế. 4 Trong lĩnh vực đo đạc bản đồ và quản lý đất đai tuy đã sử dụng thành công một số ứng dụng ảnh vệ tinh nh−ng vẫn còn thiếu các công trình nghiên cứu cơ sở đảm bảo công nghệ viễn thám đem lại hiệu quả cao trong điều kiện cụ thể của Việt Nam. Việc tích hợp sử dụng hệ thống ảnh vệ tinh với hệ thống thông tin địa lý và hệ thống định vị toàn cầu để thành lập bản đồ ĐCCS là một h−ớng nghiên cứu mới cần thiết. Cách tiếp cận - Nhu cầu về chất l−ợng các thông tin trên bản đồ ngày càng cao nhằm tạo ra các thông tin hữu ích phục vụ quản lý và khai thác. - Việc tự động thu thập, phân tích, hiển thị và khai thác số liệu d−ới dạng cơ sở dữ liệu là nhiệm vụ chính của một hệ thống GIS. Việc tích hợp các thông tin dữ liệu về bản đồ và hồ sơ địa chính, dữ liệu ảnh vệ tinh cùng với các giải pháp công nghệ GIS tạo nên một hệ thống tích hợp khai thác các nguồn dữ liệu khác nhau phục vụ hiệu quả cho công tác địa chính hiện đại. 5 Mục lục Lời mở đầu .......................................................................................................................12 Nội dung chính của báo cáo ................................................................................16 ch−ơng I: tổng quan về cơ sở Khoa học cơ bản của hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và khả năng tích hợp chúng với hệ thống thông tin viễn thám trong lĩnh vực nghiên cứu thành lập BảN đồ ĐCCS. .............................................16 I.1. Khái quát về thông tin viễn thám...................................................................................16 I.2. Khái quát về Hệ thống thông tin địa lý(GIS) và Hệ thống thông tin đất đai (LIS).......17 I.2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS). ..................................................................................17 I.2.2. Hệ thống thông tin đất đai (LIS). ................................................................................20 I.3. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu ứng dụng trong đo đạc bản đồ và quản lý đất đai ... ......................................................................................................................................23 I.3.1. Xác định toạ độ tuyệt đối vị trí trạm thu mặt đất trong hệ WGS-84...........................24 I.3.2. Xác định toạ độ t−ơng đối vị trí trạm thu trên mặt đất ...............................................27 I.3.3 ứng dụng công nghệ đo GPS động trong việc thành lập bản đồ ĐCCS 1/10000 và 1/5000.....................................................................................................................................28 I.4. Nghiên cứu đánh giá khả năng tích hợp ứng dụng ba công nghệ VT, GIS và GPS......30 I.4.1 ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao...........................................................................30 I.4.2 Khả năng xử lý dữ liệu trong GIS. .................................................................................31 I.4.3 Hệ thống dữ liệu toạ độ GPS, khả năng đo bổ sung chi tiết các điểm đặc tr−ng bằng GPS kết hợp điều vẽ ngoại nghiệp trong thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. ...................................33 I.5. Tham khảo kết quả các giải pháp ứng dụng của một số n−ớc phát triển và trong khu vực. 34 I.6. Đánh giá tiềm năng ứng dụng của ph−ơng pháp tích hợp VT, GIS, GPS cho công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng.......................................................................36 Ch−ơng II: Phân tích, đánh giá thực trạng sử dụng vt, GIS và GPS ở n−ớc ta hiện nay. ....................................................................................................37 II.1. Nghiên cứu đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ viễn thám ở n−ớc ta hiện nay 37 II.1.1 Nghiên cứu đánh giá thực trạng ..................................................................................37 6 II.1.2. Nhu cầu phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam. ..............................................39 II.1.3 Tiềm năng công nghệ viễn thám ở n−ớc ta hiện nay. ..................................................39 II.2. Đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS)............41 và hệ thống thông tin đất đai (LIS) ở n−ớc ta hiện nay.........................................................41 II.3. Đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ GPS ở n−ớc ta hiện nay.........................44 II.3.1 Công nghệ DGPS động cải chính phân sai trị đo code...............................................45 II.3.2 Công nghệ GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo Virtual Reference StationVRT .............................................................................................................................47 II.4. Khảo sát kết qủa các trị đo GPS và giải pháp kết nối với hai công nghệ VT và GIS ...49 Kết luận qua nghiên cứu tại ch−ơng I và II ...........................................................................50 ch−ơng III : Nghiên cứu một số giải pháp tích hợp công nghệ VT, GIS, LIS và GPS để thành lập BảN đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. ......51 III.1. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh SPOT-5 để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000.................................................................................................51 III.2. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh QuickBird để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/5000..............................................................................................53 III.2.1 Những đặc tr−ng cơ bản của ảnh vệ tinh QuickBird.................................................53 III.2.2 Các ph−ơng pháp nắn ảnh lực phân giải siêu cao [10] ..........................................55 III.2.3 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý ảnh vệ tinh QuickBird ..........................................59 III.2.4 Các b−ớc xử lý ảnh vệ tinh QuickBird .....................................................................60 III.3. Giải pháp tích hợp công nghệ LIS hiện có ở n−ớc ta với công nghệ viễn thám sử dụng ảnh SPOT-5, ảnh QuickBird để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 và 1/5000.....................................................................................................................................61 III.4. Nghiên cứu giải pháp tích hợp công nghệ GPS với công nghệ viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 và ảnh QuickBird để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 ....63 III.5. Nghiên cứu giải pháp tích hợp hỗn hợp các công nghệ GIS, LIS và GPS với công nghệ viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5, ảnh QuickBird để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 .............................................................................................................65 Ch−ơng IV : Xây dựng quy trình thành lập BảN đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000, 1/5000. ....................................................................................................................67 7 IV.1. Nghiên cứu giải pháp chọn lựa các khuôn dạng (Format) các sản phẩm trong công nghệ GIS phù hợp với điều kiện Việt Nam và nhằm đáp ứng tối −u các nhu cầu sử dụng đa ngành......................................................................................................................................67 IV.1.1 Quy trình đo đạc thành lập bản đồ số.....................................................................67 IV.1.2 Nội dung và yêu cầu của hệ thống đồ họa phục vụ thành lập bản đồ số ..............67 IV.1.3 Khảo sát một số phần mềm đồ họa ..........................................................................68 IV.1.4 Giới thiệu mẫu một số đối t−ợng đồ họa cơ sở dùng để tham khảo .........................69 IV.1.5 Các đối t−ợng định danh ...........................................................................................70 IV.2. Chọn giải pháp thành lập bản đồ địa chính tỷ cơ sở lệ 1/10000 và 1/5000 bằng công nghệ viễn thám, công nghệ GIS và công nghệ GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam .......72 IV.2.1 Cơ sở số học và cách chia mảnh bản đồ ĐCCS 1/10000 và 1/5000 [11] ................72 IV.2.2 Độ chính xác của bản đồ ĐCCS [11] ........................................................................72 IV.2.3 Nội dung bản đồ ĐCCS [11].....................................................................................73 IV.2.4. Mức độ biểu thị nội dung bản đồ khi thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000.....................................................................................................................................74 IV.2.5 Ph−ơng pháp thành lập bản đồ ĐCCS.......................................................................75 IV.3. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 và tỷ lệ 1/5000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam...................................................................................................76 IV.3.1. Xây dựng quy trình công nghệ thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với các công nghệ GIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam....................................................................................76 IV.3.2. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với các công nghệ GIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. .........................................................................................................85 IV.4. Xây dựng CSDL l−u trữ, quản lý và khai thác sử dụng các thông tin về các điểm tọa độ GPS, phục vụ công tác thành lập bản đồ ĐCCS và các mục đích khác...........................85 IV.4.1. Giới thiệu tổng quan, mục đích, ý nghĩa....................................................................85 IV.4.2. Xây dựng bảng dữ liệu đề xuất...................................................................................85 IV.4.3. Quản lý, khai thác và cập nhật dữ liệu .....................................................................87 Ch−ơng V : Kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu quả ứng dụng.88 8 V.1. Điều tra, khảo sát và thu thập thông tin t− liệu. ............................................................88 V.2. Kết quả ứng dụng quy trình công nghệ thành lập 01 mảnh bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 bằng ảnh SPOT-5 và 01 mảnh bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000 bằng ảnh QuickBird tại khu vực ngoại thị Hà Nội.......................................................................................................96 V.3. Đánh giá hiệu quả ứng dụng thực tế quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5, QuickBird với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam 99 V.4 So sánh quy trình công nghệ truyền thống và quy trình công nghệ đề xuất ứng dụng.99 Kết luận và kiến nghị.............................................................................................101 Tài liệu tham khảo ..................................................................................................105 9 Danh mục các bảng Bảng II.1 Toạ độ ĐCCS TP Hà Nội ............................................................................... 42 Bảng IV.1 Các đối t−ợng đồ họa cơ sở .......................................................................... 74 Bảng IV.2 Thời gian khởi đo lại .................................................................................... 88 Bảng IV-3 Bảng l−u thông tin....................................................................................... 90 Danh mục các hình vẽ Hình I-1 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của GPS............................................................. 25 Hình I-2 : Sơ đồ đo toạ độ t−ơng đối vị trí trạm thu trên mặt đất.................................. 28 Hình II - 1 : Sơ đồ kỹ thuật Hệ thống GSTNTT&MT tại Việt Nam.............................. 40 Hình II - 2 : Công nghệ GPS động sử dụng trị đo Phase ............................................... 46 Hình II - 3 : Sơ đồ l−ới GPS trạm Base.......................................................................... 47 Hình II - 4 : GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo ..................................................... 48 Hình III - 1 : Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh QuickBird lực phân giải siêu cao .......... 55 Hình III - 2 : Bình đồ ảnh SPOT-5 sau khi đã đ−ợc nắn chỉnh...................................... 62 Hình III - 3 : Hiển thị các thông tin về LIS lên nền ảnh................................................ 63 Hình III - 4 : Dữ liệu đo GPS tại khu vực khảo sát........................................................ 69 Hình III - 5 : Hiển thị các thông tin đo đạc GPS lên ảnh SPOT-5................................. 65 Hình IV - 1 : Sơ đồ ảnh vệ tinh SPOT-5 Khu vực Bắc Bộ ............................................. 88 Hình IV - 2 : Sơ đồ ảnh vệ tinh SPOT-5 Khu vực Nam Bộ ........................................... 89 Hình IV - 3 : Lựa chọn cảnh ảnh vệ tinh SPOT-5 khu vực Hà Nội ............................... 90 Hình IV - 4 : Sơ đồ điểm GPS thuộc l−ới ĐCCS khu vực Hà Nội................................. 90 Hình IV - 5 : Khu vực thử nghiệm làm bản đồ ĐCCS 1:10000 bằng ảnh SPOT-5 ....... 95 Hình IV - 6 : Khu vực thử nghiệm làm bản đồ ĐCCS 1:5000 bằng ảnh QuickBird ..... 95 Hình IV - 1 : Sơ đồ công nghệ đo GPS tĩnh................................................................... 84 Hình IV - 2 : ứng dụng GIS để bổ xung các điểm GPS trên nền ảnh.............................89 Hình IV - 3 : Bản đồ ĐCCS tỉ lệ 1/10000 thử nghiệm thu nhỏ......................................93 Hình IV - 4 : Bản đồ ĐCCS tỉ lệ 1/5000 thử nghiệm thu nhỏ.......................................94 10 Danh mục thuật ngữ tiếng Anh Automated Mapping Tự động hoá bản đồ Application Programmer's Interface (API) Giao diện cho ng−ời lập trình ứng dụng Faciliites Mapping Ph−ơng tiện dễ dàng thành lập bản đồ Computer Aided Drawting and Design CADD Thiết kế và vẽ kỹ thuật bản đồ Structured Analysis and design Ph−ơng pháp thiết kế hệ thống có cấu trúc Methode pour Rassembler les Idees Sans Effort MERISE Ph−ơng pháp phân tích hệ thống Global Navigation Satellite System GLONASS Hệ định vị GLONASS Adress Matching and Mapping Lập bản đồ và tìm kiếm theo địa chỉ Union and Split Tích hợp hoặc chia tách Convex polygon Đa giác lồi Coordinate Tọa độ Database Cơ sở dữ liệu (CSDL) Digital Elevation Model (DEM) Mô hình số độ cao Digital map Bản đồ số Digital Terrain Model (DTM) Mô hình số địa hình Digitize Số hóa Dynamic Link Libraries (DLL) Th− viện liên kết động Edge Cạnh Elevation, Height Độ cao Geographical Information System (GIS) Hệ thống thông tin địa lý Graph Đồ thị Graphic Development Interface Giao diện phát triển đồ họa Graphical Kernel System (GKS) Hệ thống kênh đồ họa 11 GRID model Mô hình GRID Land Information System (LIS) Hệ thống thông tin đất đai Model Mô hình Object-oriented Đối t−ợng định h−ớng Graphic Overlay Các lớp không gian Visual Trực quan Bảng chú giải các chữ viết tắt CSDL Cơ sở dữ liệu ĐCCS Địa chính cơ sở VT Viễn thám KTXH Kinh tế xã hội VN-2000 Hệ toạ độ quốc gia VN-2000 TCĐC Tổng cục Địa chính 12 Lời mở đầu Mục tiêu của đề tài - Mục tiêu tổng quát: Tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. -Mục tiêu cụ thể: 1. Nghiên cứu một số vấn đề cơ sở lý luận khoa học cơ bản của hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và khả năng tích hợp chúng với hệ thống thông tin viễn thám. 2. Phân tích, đánh giá thực trạng sử dụng ba hệ thống viễn thám, GIS và GPS ở n−ớc ta hiện nay. 3. Nghiên cứu đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. 4. Xây dựng quy trình công nghệ thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. 5. ứng dụng quy trình công nghệ thành lập 01 mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 bằng ảnh SPOT-5 và 01 mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/5000 bằng ảnh QuickBird tại khu vực ngoại thị Hà Nội. 6. Đánh giá hiệu quả ứng dụng. Nội dung nghiên cứu: Trên cơ sở những lập luận và định h−ớng trên, chúng tôi đề xuất nội dung nghiên cứu đề tài nh− sau: 1. Nghiên cứu một số vấn đề cơ sở lý luận khoa học cơ bản của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và khả năng tích hợp chúng với hệ thống thông tin viễn thám trong lĩnh vực nghiên cứu. a. Khái quát về thông tin viễn thám. b. Khái quát về Hệ thống thông tin (GIS) và Hệ thống thông tin đất đai (LIS). 13 c. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu theo h−ớng ứng dụng trong đo đạc bản đồ và quản lý đất đai. d. Đánh giá khả năng tích hợp ứng dụng các công nghệ nêu trên. e. Tham khảo kết quả một số giải pháp ứng dụng của một số n−ớc nh− Mỹ, Pháp, Nga. f. Đánh giá tiềm năng ứng dụng của ph−ơng pháp tích hợp cho công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng. 2. Phân tích, đánh giá thực trạng sử dụng ba hệ thống viễn thám, GIS và GPS ở n−ớc ta hiện nay. b. Thực trạng và tiềm năng công nghệ viễn thám ở n−ớc ta hiện nay. c. Thực trạng và tiềm năng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống thông tin đất đai (LIS) ở n−ớc ta hiện nay. d. Thực trạng và tiềm năng công nghệ GPS ở n−ớc ta hiện nay. e. Khảo sát các kết qủa GPS và giải pháp kết nối với hai công nghệ nêu trên. 3. Nghiên cứu các giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS, LIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. a. Giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh SPOT-5 để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000. b. Giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh QuickBird để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000. c. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với công nghệ LIS hiện có ở n−ớc ta để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000. d. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000. e. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với các công nghệ GIS, LIS và GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000. 14 f. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với công nghệ LIS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000. h. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000. i. Giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với các công nghệ GIS, LIS và GPS để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000. 4. Xây dựng quy trình thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000, 1/5000. a. Giải pháp chọn lựa các khuôn dạng (Format) của các sản phẩm trong công nghệ GIS phù hợp với điều kiện Việt Nam và đáp ứng tối −u các nhu cầu sử dụng đa ngành. b. Chọn giải pháp thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 bằng công nghệ ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. c. Xây dựng quy trình công nghệ thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. d. Xây dựng quy trình công nghệ thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. 5. ứng dụng quy trình công nghệ thành lập 01 mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 bằng ảnh SPOT-5 và 01mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/5000 bằng ảnh QuickBird tại khu vực ngoại thị Hà Nội. a. ứng dụng quy trình công nghệ thành lập 01 mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 bằng ảnh SPOT-5 tại khu vực ngoại thị Hà Nội. b. ứng dụng quy trình công nghệ thành lập 01 mảnh bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/5000 bằng ảnh QuickBird tại khu vực ngoại thị Hà Nội. 6. Đánh giá hiệu quả ứng dụng. a. Điều tra, khảo sát và thu thập thông tin t− liệu. 15 b. Đánh giá hiệu quả ứng dụng thực tế quy trình công nghệ thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. c. Đánh giá hiệu quả ứng dụng thực tế quy trình thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000 bằng giải pháp đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh QuickBird với các công nghệ GIS, LIS và GPS phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tiến độ thực hiện: Đề tài thực hiện trong 2 năm 2006 và 2007. 16 Nội dung chính của báo cáo ch−ơng I: tổng quan về cơ sở Khoa học cơ bản của hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và khả năng tích hợp chúng với hệ thống thông tin viễn thám trong lĩnh vực nghiên cứu thành lập BảN đồ ĐCCS. I.1. Khái quát về thông tin viễn thám Công nghệ viễn thám hiện đại đã đem lại hiệu quả cao cho nhiều hoạt động kinh tế, xã hội nh− điều tra cơ bản, khai thác và quản lý tài nguyên, giám sát và bảo vệ môi tr−ờng, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, tổ chức và quản lý lãnh thổ cũng nh− an ninh - quốc phòng. Bên cạnh các n−ớc phát triển nh− Mỹ, Pháp, Nga, Nhật,... các n−ớc đang phát triển cũng rất quan tâm đến ứng dụng công nghệ viễn thám. Do đó, công nghệ viễn thám có một vị trí quan trọng trong chiến l−ợc phát triển bền vững của mỗi quốc gia. ở Việt Nam, Viễn thám bắt đầu đ−ợc ứng dụng gần 30 năm, đã có những kết quả đáng khích lệ và khẳng định tính −u việt của công nghệ viễn thám ứng dụng trong thực tiễn. Tuy nhiên, công nghệ viễn thám ở n−ớc ta phát triển còn chậm, đáp ứng ch−a nhiều cho nhu cầu thực tiễn. Trong các lĩnh vực đo đạc bản đồ, điều tra quy hoạch đất đai, rừng, địa chất khoáng sản, khí t−ợng thuỷ văn, công nghệ viễn thám thực sự trở thành công cụ để thực hiện chức năng của ngành. Đồng thời công nghệ viễn thám đã đ−ợc ứng dụng để thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và dự án liên quan đến điều tra, khảo sát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi tr−ờng, giảm thiểu thiên tai ở một số vùng. Những công trình này đã đem lại kết quả quan trọng về ph−ơng pháp luận cũng nh− t− liệu. Viễn thám ở Việt Nam bắt đầu từ công nghệ analog, và từ năm 1990 từng b−ớc chuyển sang công nghệ số kết hợp với công nghệ analog và hệ thống tin địa lý (GIS). Hiện nay, n−ớc ta đã có khả năng xử lý nhiều loại ảnh đạt yêu cầu về độ chính xác và quy mô sản xuất công nghiệp. Để xử lý phân tích ảnh cho nhiều mục đích khác nhau, nhiều ngành đã trang bị các phần mềm mạnh, phổ biến trên thế giới, nh− ENVI, ERDAS, PCI, ERMAPPER, OCAPI... cùng các phần mềm để xử lý các hệ thống thông tin địa lý. Nhiều ngành đã trang bị thiết bị hiện đại song do còn thiếu đồng bộ và ch−a có 17 nhiệm vụ ổn định nên một số còn ch−a khai thác tốt hệ thống thiết bị và phần mềm hiện có. Việc kết hợp sử dụng hệ thống Viễn thám với hệ thống tin địa lý GIS và hệ định vị toàn cầu GPS mới đang ở b−ớc đầu nghiên cứu thử nghiệm. I.2. Khái quát về Hệ thống thông tin địa lý(GIS) và Hệ thống thông tin đất đai (LIS). I.2.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Hiện nay có khá nhiều các định nghĩa về công nghệ GIS, tuy nhiên, ta có thể hiểu đó là tập hợp chặt chẽ các phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu thông tin địa lý từ thế giới thực thông qua các quy tắc thủ tục nhất định của ng−ời sử dụng để thu nhận, xử lý, phân tích và hiển thị, l−u trữ bảo quản các thông tin nêu trên để giải quyết các vấn đề về thông tin cho các mục đích của con ng−ời. Hệ thống thông tin địa lý quản lý các số liệu địa lý riêng rẽ bao gồm cả dữ liệu đồ hoạ và dữ liệu thuộc tính kèm theo công nghệ máy tính gồm các phần cứng và phần mềm. Hệ thống thông tin địa lý đ−ợc thiết kế mở sao cho có thể chạy trên các thế hệ máy tính nối mạng diện rộng hoặc trong môi tr−ờng hẹp của một hay nhiều cơ quan và có thể chứa đựng các chức năng Tự động hoá bản đồ/Ph−ơng tiện dễ dàng thành lập bản đồ (Automated Mapping/ Facilites Mapping AM/FM) và chức năng Thiết kế, vẽ kỹ thuật bản đồ (Computer Aided Drawfting and Design CADD). Công tác thiết kế này cần đ−ợc đảm bảo sao cho có thể liên kết dễ dàng các cơ sở dữ liệu độc lập để nâng cao việc khai thác, sử dụng thông tin nh− một nguồn tài nguyên chiến l−ợc; là công cụ mạnh để cho các nhà quản lý và chuyên gia kỹ thuật dễ dàng khai thác sử dụng vào từng nhiệm vụ cụ thể của mình. Các thông tin trong GIS phải đảm bảo đ−ợc việc gắn kết vị trí địa lý thực của các đối t−ợng thuộc vùng lãnh thổ chứa đựng chúng và luôn giải quyết đ−ợc những vấn đề chính: Vị trí, Điều kiện, Chiều h−ớng, Kiểu mẫu và Mô hình hoá. Công nghệ GIS có mối quan hệ mật thiết với các ngành nền tảng của mình, đó là các ngành Công nghệ máy tính, Toán học, Truyền thông thông tin, Khoa học quản trị dữ liệu, Trắc địa và bản đồ học... Công nghệ máy tính dựa trên nền tảng của các bộ xử lý CPU và hệ điều hành các phần mềm không ngừng phát triển và hoàn thiện đã mở ra triển 18 vọng to lớn cho sự phát triển và phạm vi ứng dụng của GIS. Toán học là nền tảng để giải quyết các vấn đề liên quan tới việc xây dựng các thuật toán ứng dụng cụ thể giúp các nhà lập trình phần mềm GIS mở rộng và hoàn thiện các chức năng xử lý trong GIS. Ngành truyền thông thông tin cung cấp cho GIS năng lực liên kết mạng máy tính, tạo ra sự đa ngành trong GIS. Ngày nay ở các n−ớc phát triển đã kết nối thành mạng máy tính sử dụng chung cho mọi đối t−ợng có nhu cầu, giúp các nhà quản lý đánh giá rõ hơn về ích lợi của công nghệ GIS và hiệu quả đầu t−. Dữ liệu trong GIS đ−ợc tổ chức và quản lý dựa trên các phần mềm quản trị dữ liệu và là một thành phần cơ bản của GIS. Ngành khoa học quản trị dữ liệu cho phép phát triển và hoàn thiện hệ thống quản trị dữ liệu trong GIS. Dữ liệu bản đồ là một thành phần chính trong cơ sở dữ liệu của GIS. Khoa học bản đồ cho phép hoàn thiện và phát triển chức năng xử lý dữ liệu không gian, nâng cấp quy cách thể hiện các sản phẩm dữ liệu bản đồ. Ngành trắc địa cho phép đảm bảo cơ sở toán học cho sự liên kết chặt chẽ giữa cơ sở dữ liệu GIS với thế giới thực của nó. Các thông tin quản lý trong GIS phần lớn là các thông tin tĩnh về những sự vật và hiện t−ợng đã xảy ra ở tại một thời điểm hoặc một khoảng thời gian nhất định nào đó. Việc cập nhật hoặc đổi mới thông tin trong GIS đòi hỏi phải có một nguồn t− liệu thông tin đầy đủ và nhanh chóng. Công nghệ viễn thám ngày nay hoàn toàn cho phép đáp ứng tối −u nhu cầu này. Xét về mặt cấu trúc, có thể xem GIS là một hệ thống đ−ợc kiến trúc từ các thành phần cơ bản sau: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Ng−ời sử dụng. Các thành phần cấu thành đó có mối liên quan mật thiết với nhau. Ng−ời sử dụng đóng một vai trò quan trọng điều hành sự hoạt động của hệ thống. Sự vận hành của hệ thống GIS có thể hiểu đơn giản nh− sau: Các thông tin về các sự vật, hiện t−ợng đ−ợc đ−a vào GIS để quản lý tạo ra các cơ sở dữ liệu số. Các cơ sở dữ liệu số này đ−ợc ng−ời sử dụng xử lý theo mục đích của mình thông qua công cụ phần mềm GIS để thao tác. D−ới tác động của ng−ời sử dụng từ các thông tin lên thế giới thực lại phát sinh ra các thông tin mới cần thiết phải đ−a vào quản lý và sử dụng trong cơ sở dữ liệu của GIS. Nh− vậy sẽ tạo ra một vòng tuần hoàn khép kín giữa các thông tin thu nhận từ thế giới thực, môi tr−ờng công nghệ GIS và ng−ời sử dụng. Công nghệ GIS không l−u trữ dữ liệu d−ới dạng vật lý truyền thống mà l−u trữ các dữ liệu không gian từ thế giới thực kèm theo thông tin thuộc tính của chúng, từ đó chúng ta có thể tạo ra các tầm nhìn theo nhu cầu, mục đích đặt ra. 19 Phần mềm và phần cứng là hai thành phần cần thiết để có thể ứng dụng công nghệ GIS vào cuộc sống. Phần mềm trong GIS có thể xem là một tập hợp các câu lệnh điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định. Phần mềm của máy tính có thể chia làm các lớp cơ bản mà sự liên hệ t−ơng tác giữa chúng đ−ợc thông qua bởi các ch−ơng trình hệ thống sau: -Hệ điều hành là những ch−ơng trình điều khiển hoạt động của hệ thống và kiểm soát thông tin truyền thông với các thiết bị ngoại vi nối với máy tính. - Hệ tiện ích đặc biệt cung cấp các ch−ơng trình thực hiện các chức năng th−ờng dùng nhất của ng−ời sử dụng. Trong đó gồm cả ngôn ngữ biên dịch, công cụ quản lý các files... Phần lớn các phần mềm quản lý dữ liệu địa lý đ−ợc viết trong ngôn ngữ lập trình C, Basic, Cobol, Fortran hoặc Assemble. Những ch−ơng trình điều khiển thiết bị ngoại vi, các ch−ơng trình tiện ích l−u trữ dùng để cung cấp dịch vụ sao chép, cất giữ dữ liệu. Th− viện con bao gồm các Modules ch−ơng trình đ−ợc viết trong các ngôn ngữ lập trình nêu trên cho phép ng−ời sử dụng truy nhập vào các chức năng của hệ thống. Các phần mềm truyền thông đặc biệt cho phép trợ giúp điều khiển các thiết bị l−u trữ, ngoại vi, modem, mạng máy tính... - Hệ phần mềm ứng dụng bao gồm các ch−ơng trình truy cập trực tiếp tạo ra các sản phẩm cụ thể theo yêu cầu của ng−ời sử dụng nh− lập bản đồ, quản lý và phân tích các số liệu địa lý. Các phần mềm GIS đ−ợc tạo nên bởi hai phần cơ bản: + Các phần mềm trọng tâm có chức năng lập bản đồ cơ bản, quản lý dữ liệu địa lý; + Các phần mềm ứng dụng nh− phân tích các yếu tố địa hình, lập các bản đồ chuyên đề, mô hình hoá... Cho đến nay, ở n−ớc ta vẫn ch−a có mô hình chuẩn nào về hệ thống thông tin địa lý đ−ợc chấp thuận, trên cơ sở đó xây dựng các phần mềm ứng dụng chung cho mọi ứng dụng. ở đây ng−ời sử dụng phải thiết kế hệ thống cho cơ sở dữ liệu và các ứng dụng. Quá trình thực hiện đòi hỏi phải có sự phân tích hệ thống, thiết kế sơ bộ, thiết kế sơ đồ cơ sở dữ liệu, thiết kế chi tiết các ứng dụng, mã hoá phần mềm, kiểm tra và bảo trì liên tục khi nền tảng cơ sở đ−ợc nâng cấp. Đây là công việc đòi hỏi đầu t− lâu dài và liên tục. 20 I.2.2. Hệ thống thông tin đất đai (LIS). Hệ thống thông tin đất đai (LIS) là một hệ thống GIS chuyên ngành về đất đai. Việc xây dựng CSDL quốc gia về tài nguyên đất một cách có hệ thống và thống nhất là một nhu cầu khách quan cần thiết để phục vụ cho việc phân tích và đánh giá hiện trạng, quy hoạch và dự báo xu h−ớng phát triển, cung cấp cơ sở luận cứ cho các nhà hoạch định chính sách, tạo công cụ hiện đại cho bộ máy quản lý nhà n−ớc, trợ giúp cho các nhu cầu khác của toàn xã hội. Việc xây dựng hệ CSDL này đòi hỏi sự phối hợp của nhiều cơ quan để chuẩn bị cơ sở vật chất về hạ tầng thông tin, xây dựng cấu trúc, tổ chức hệ thống theo một chuẩn thống nhất và có sự phối hợp thống nhất và chỉ đạo tập trung. Trong quá trình thiết kế hệ thống CSDL quốc gia về tài nguyên đất, việc đầu tiên phải làm là lựa chọn ph−ơng pháp thiết kế. Hiện nay, trên thế giới tồn tại một số ph−ơng pháp thiết kế hệ thống khá phổ biến nh−: Ph−ơng pháp thiết kế hệ thống có cấu trúc (Structured Analysis and design), Ph−ơng pháp phân tích MCX, Ph−ơng pháp GALASCI, Ph−ơng pháp phân tích hệ thống MERISE (Methode pour Rassembler les Idees Sans Effort)... CSDL quốc gia về tài nguyên đất bao gồm những thông tin về hệ thống dữ liệu địa lý nền và hệ thống dữ liệu về tài nguyên đất. Hệ thống này vừa đảm bảo cung cấp về địa lý nền vừa cung cấp thông tin về đất đai. Việc tr−ớc tiên là chúng ta phải xác lập đ−ợc phần thông tin địa lý nền cơ bản vì thông tin đất đai phải đ−ợc gắn trên một hệ cơ sở dữ liệu địa lý nào đó. ở đây chúng ta có thể tạm chia thành các khối thông tin thành phần chính nh− sau: • CSDL về hệ thống quy chiếu; • CSDL về toạ độ, độ cao nhà nứơc, bao gồm cả mô hình DEM bằng công nghệ LIDAR; • CSDL về ảnh vệ tinh; • CSDL về hệ bản đồ địa hình dãy tỷ lệ cơ bản; • CSDL về đ−ờng biên giới, địa giới hành chính; 21 • CSDL về mô hình độ cao địa hình; • CSDL về các loại đất phân theo mục đích sử dụng; • CSDL về bản đồ địa chính; • CSDL về các thông tin METADATA thuộc tính khác. Hệ CSDL trên có thể đ−ợc thiết kế d−ới dạng CSDL tập trung hoặc phân tán tuỳ thuộc vào cơ cấu tổ chức và ph−ơng thức quản lý bộ máy của từng quốc gia. Đặc thù này ở Việt Nam cho phép khuyến cáo sử dụng thiết kế hệ CSDL d−ới dạng phân tán là phù hợp hơn cả. Trọng tâm của nhiệm vụ xây dựng Cơ sở dữ liệu và hạ tầng kỹ thuật cho CSDL quốc gia về tài nguyên đất là giải quyết 3 vấn đề cơ bản sau: 1. Xây dựng cơ sở hạ tầng cho công nghệ thông tin gồm: • Xây dựng cơ sở pháp lý cho hệ CSDL quốc gia; • Xác định các chuẩn công nghệ thông tin phổ cập cũng nh− chuyên ngành; • Đầu t− trang thiết bị tin học phục vụ thu nhận, chỉnh lý, cập nhật, quản lý và khai thác thông tin; • Đào tạo cán bộ để phục vụ việc xây dựng, vận hành, bảo d−ỡng, bảo trì hệ thống thông tin; • Xây dựng mạng l−ới truyền thông thông tin; 2. Xây dựng hệ thống phần mềm ứng dụng để: • Phục vụ quản lý nhà n−ớc. Trên cơ sở phân tích hiện trạng về tài nguyên và môi tr−ờng để quy hoạch, quản lý khai thác và kiểm soát môi tr−ờng; • Phục vụ phát triển kinh tế. Cung cấp thông tin cho các tổ chức kinh tế nh− một đầu vào cho sản xuất kinh doanh; • Phục vụ an ninh – quốc phòng; 22 • Phục vụ cho các nhu cầu xã hội về thông tin nh− nghiên cứu khoa học - công nghệ, giáo dục đào tạo... 3. Xây dựng hệ thống CSDL thông tin chuyên ngành nh− một thành phần của hệ thống CSDL quốc gia gồm: • Xác lập cấu trúc CSDL thông tin chuyên ngành và định chuẩn thông tin; • Thiết kế và xây dựng mạng l−ới thu nhận , cập nhật chỉnh lý, quản lý và khai thác thông tin; CSDL tài nguyên đất đai đ−ợc xây dựng nhằm các mục tiêu: - Xác định chính xác số l−ợng, chất l−ợng tài nguyên đất hiện có; - Xác định số liệu về hiện trạng sử dụng đất đến từng ô thửa và mục đích sử dụng; - Xác định các dữ liệu về kinh tế, xã hội, điều kiện tự nhiên ảnh h−ởng tới quản lý và sử dụng đất đai; - Xác định cơ sở khoa học để lập quy hoạch – kế hoạch sử dụng đất phục vụ định h−ớng phát triển KTXH; - Đảm bảo CSDL địa lý thống nhất cung cấp cho các CSDL khác có nhu cầu thể hiện theo vị trí không gian. Hệ CSDL địa lý về tài nguyên đất có những đặc điểm hoàn toàn khác biệt đối với các loại CSDL thông th−ờng khác. Trong CSDL đồ hoạ không chỉ có ở dạng véc tơ, raster mà các dữ liệu multimedia dùng để mô tả cảnh quan của thế giới thực của từng vùng địa lý. Các dữ liệu địa lý đòi hỏi phải cùng trong một hệ quy chiếu thống nhất và dạng biểu diễn của chúng. Mặt khác, khi lựa chọn hệ quy chiếu phải đảm bảo sao cho có thể dễ dàng hoà nhập dữ liệu với quốc tế thông qua các phép chuyển đổi đã đ−ợc xác lập từ tr−ớc về các hệ quy chiếu thế giới, lục địa hoặc khu vực. Dữ liệu địa lý đòi hỏi độ chính xác cao về vị trí không gian t−ơng ứng với tỷ lệ bản đồ. Một đối t−ợng, sự vật chỉ có giá trị khi biết đ−ợc vị trí không gian của nó và độ chính xác phù hợp với cấp hạng t−ơng ứng. Hệ CSDL về thông tin đất đai có khối l−ợng thông tin rất lớn, đa dạng và ngày càng 23 lớn dần theo các chu kỳ cập nhật. Cũng vì lẽ đó đòi hỏi phải thiết kế sao cho công cụ quản trị phải đủ mạnh, thiết bị l−u trữ mạnh và tốc độ xử lý cao. Hiện nay các phần mềm GIS th−ờng dùng phổ biến là ARC/INFO, MAPINFO, MAPPING OFFICE, ER_MAPPER...Hệ quản trị dữ liệu cần lựa chọn cho phù hợp với thể loại dữ liệu. Đối với hệ CSDL địa lý có thể lựa chọn hệ quản trị ARC/INFO (ESRI) hoặc GIS OFFICE (INTERGRAPH) để quản trị dữ liệu bản đồ. Đối với các dữ liệu thuộc tính có thể sử dụng hệ quản trị dữ liệu ORACLE hoặc SQR-SERVER. Cả hai hệ quản trị dữ liệu này có thể thiết kế liên thông nối với nhau. I.3. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu ứng dụng trong đo đạc bản đồ và quản lý đất đai Chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng các hệ định vị toàn cầu để xác định một cách chính xác vị trí không gian của các điểm trên mặt đất. Xuất phát từ nguyên lý xác định vị trí toạ độ bằng ph−ơng pháp giao hội cạnh không gian khoảng cánh dài mà ở đây là khoảng cách từ một nhóm vệ tinh đến vị trí điểm cần xác định tại thời điểm t nào đó. Chỉ cần 3 vệ tinh là có thể giải đ−ợc bài toán này. Tuy nhiên trong trắc địa, thông th−ờng để đảm bảo có trị đo thừa, yêu cầu đo tín hiệu từ 4 vệ tinh trở lên. Hiện nay đang tồn tại khá nhiều hệ vệ tinh định vị toàn cầu để xác định vị trí không gian của điểm mặt đất nhanh chóng, chính xác và thuận tiện. ở đây ta có thể nêu ra 3 hệ định vị toàn cầu phổ biến nhất, đó là Hệ định vị toàn cầu GPS do Bộ Quốc phòng Mỹ xây dựng và đã đ−ợc ứng dụng quen thuộc ở Việt Nam; Hệ định vị GLONASS (Global Navigation Satellite System) do Nga thiết kế từ những năm 70 phục vụ mục đích quân sự và bắt đầu xây dựng vào những năm 80 của thế kỷ tr−ớc; Hệ định vị toàn cầu GALILEO của Liên minh châu Âu xây dựng phục vụ thuần tuý mục đích dân sự. Trong Hệ định vị toàn cầu GPS các vệ tinh đ−ợc bố trí không d−ới 6 quỹ đạo cách nhau 60 độ kinh và cách mặt đất 20 190 km. Mỗi vệ tinh liên tục phát tín hiệu dẫn đ−ờng xuống các máy thu tín hiệu trên mặt đất gồm: hệ thống thời gian; thông số cải chính đồng hồ vệ tinh; thông số quỹ đạo vệ tinh; lịch vệ tinh và các thông số liên quan tới tầng khí quyển. Các thông số trên cho phép tính ra khoảng cách từ trạm thu mặt đất đến từng vệ tinh. Nhờ đó nên có thể xác định vị trí không gian của điểm mặt đất ở bất kỳ nơi nào 24 và bất kỳ thời điểm nào một cách chính xác và nhanh chóng. Độ chính xác vị trí không gian của điểm mặt đất tuỳ thuộc vào ph−ơng pháp định vị mà dao động từ vài chục mét đến vài centimet. Trong quá trình xây dựng hệ định vị GLONASS, vệ tinh đầu tiên đ−ợc phóng lên quỹ đạo vào tháng 10/1982; sau đó vào tháng 12/1995 phóng tiếp 24 vệ tinh, tuy nhiên sau một thời gian hoạt động một số trong đó hết tuổi thọ, chỉ còn lại 15 vệ tinh. Số vệ tinh quá tuổi không đ−ợc bổ sung kịp nên hệ thống hoạt động không ổn định và độ chính xác đạt đ−ợc không bằng hệ GPS của Mỹ. Theo kế hoạch dự kiến thì từ 2007 Liên bang Nga sẽ phóng vệ tinh GLONASS – K có tuổi thọ 10 năm và th−ờng xuyên có 24 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo. Với thế hệ vệ tinh này, Nga hy vọng sẽ cải thiện một b−ớc đáng kể về độ chính xác nhờ nâng cao độ chính xác của các vệ tinh trên quỹ đạo. Hệ định vị GALILEO do liên minh châu Âu điều hành quản lý không bị ràng buộc bởi các lực l−ợng quân sự. Hệ định vị GALILEO theo thiết kế gồm 30 vệ tinh với tuổi thọ 13 năm phân bố đối xứng trên 3 quỹ đạo với mặt cắt với xích đạo một góc 56 độ và cách mặt đất 23 616 km. Trên mỗi quỹ đạo có 9 vệ tinh liên tục hoạt động và 1 vệ tinh dự phòng. Trên mặt đất túc trực 6 vệ tinh luôn sẵn sàng phóng lên quỹ đạo thay thế những vệ tinh có sự cố hoặc hết tuổi thọ. Hệ thống đ−ợc thiết kế đảm bảo hoạt động liên tục đến năm 2023. Trên sóng tải L luôn có 10 loại tín hiệu cung cấp những dịch vụ theo các nhu cầu chung; chuyên dụng; giám sát bảo vệ môi tr−ờng; tìm kiếm cứu hộ cứu nạn và phục vụ điều hành của các chính phủ. Hệ GALILEO đ−ợc thiết kế đảm bảo giảm thiểu độ nhiễu của tầng điện ly, khả năng thu tín hiệu và độ chính xác t−ơng đối cao. Do có nhiều −u điểm nổi trội của hệ thống định vị GPS mà các hệ thống định vị khác ch−a đạt đ−ợc nên ở đây chúng ta chỉ giới hạn tìm hiểu về hệ thống định GPS. I.3.1. Xác định toạ độ tuyệt đối vị trí trạm thu mặt đất trong hệ WGS-84 Tại thời điểm t, giả sử ta thu đ−ợc tín hiệu từ 3 vệ tinh S1, S2, S3 với toạ độ không gian đã biết WGS-84 t−ơng ứng là Xs1, Ys1, Zs1 ; Xs2, Ys2, Zs2; Xs3, Ys3, Zs3, đồng thời đã biết đ−ợc 3 cạnh không gian khoảng cách dài Ds1, Ds2, Ds3 từ 3 vệ tinh đến vị trí máy thu và khoảng cách giữa vệ tinh S1 đến vệ tinh S2 là L12; khoảng cách giữa vệ tinh S1 đến vệ tinh S3 là L13, khi đó ta có toạ độ không gian vị trí điểm P trên mặt đất Xp, Tp, Zp [15] là: S2 L12 S1 L13 S3 25 S3 S2 S1 T (Trạm thu) Hình I-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của GPS 1 1 1 1 p P h p X X Y Y Z Z β α ϑ ψϑ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟= +Ω • •⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ LL LL ở đây: α = (Q*)/det Q*. 2 1 12 3 1 13 ( ) / ( ) / s s s s Z Z L Z Z L −⎛ ⎞⎜ ⎟−⎝ ⎠ ; β = (Q*)/det Q*. ; 2 2 12 1 2 12 1 2 2 13 1 3 13 1 ( ) / ( ) / h h h h h h L L L L ⎛ ⎞+Ω −Ω • Ω⎜ ⎟+Ω −Ω • Ω⎝ ⎠ 2 2 Q* = 3 1 13 2 1 12 3 1 13 2 1 12 ( ) / ( ) / ( ) / ( ) / Y Y L Y Y L X X L X X L − − −⎛ ⎞⎜ ⎟− − −⎝ ⎠ ( .Q Q hTϑ = ± − ) / P 0ϑ > : Nam bán cầu 0ϑ < : Bắc bán cầu Đặt: P = 1+ Tα α• ; Q= Tβ α• ; T= 1Tβ β• − . và đặt: T β α γ ϑ ψϑ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟= •⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠ LL LL Ta có: 1 1 1 p P p X X Y Y Z Z γ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 1h h= + •Ω⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠ (I.1) Độ chính xác xác định vị trí của điểm mặt đất (trạm thu) đ−ợc biểu thị d−ới dạng hàm số nh− sau: 11 ( ( ), , ) i T T i hM f m s m γ γữữ= ⋅ Trong đố: 26 27 ) là các sai số xác định toạ độ của các vệ tinh; 1( im s ữ 1 ih m ữ là các sai số định h−ớng từ các vệ tinh đến vị trí điểm mặt đất; Tγ γ⋅ là quan hệ hình học giữa các vệ tinh với nhau và giữa các vệ tinh với vị trí mặt đất. Trong ph−ơng pháp này, sai số vị trí điểm mặt đất bị ảnh h−ởng lớn bởi độ nhiễu biến thiên trong tần số cơ sở của đồng hồ vệ tinh. I.3.2. Xác định toạ độ t−ơng đối vị trí trạm thu trên mặt đất Đây là ph−ơng pháp xác định toạ độ vị trí các điểm mặt đất dựa trên các số gia toạ độ hay còn gọi là các thành phần của véc tơ Baseline. −u điểm của ph−ơng pháp này là loại trừ đ−ợc sai số do nhiễu biến thiên trong tần số cơ sở của đồng hồ vệ tinh và đ−ợc áp dụng rộng rãi. Đặt: 2 1 2 2 1 2 2 1 2 T T T T T T T T T T X X X Y Y Y Z Z Z ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ∆⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜− = ∆⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝∆ 1 1 1 T T ⎞⎟⎟⎟⎠ Ta có: 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 T T T T hT T hT T T T X Y Z γ γ ⎛ ⎞∆⎜ ⎟∆ = Ω ⋅ −Ω ⋅⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠∆ S2 S1 28 S3 2hΩ 1hΩ 1T 2T Hình I-2 Sơ đồ đo toạ độ t−ơng đối vị trí trạm thu trên mặt đất I.3.3 ứng dụng công nghệ đo GPS động trong việc thành lập bản đồ ĐCCS 1/10000 và 1/5000. Công nghệ GPS dùng để xác định vị trí không gian điểm mặt đất đã đ−ợc ứng dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực chuyên ngành trắc địa bản đồ. Ngoài việc đo toạ độ l−ới khống chế nhà n−ớc các cấp hạng, GPS còn đ−ợc ứng dụng trong đo khống chế điểm ảnh, đo đạc điều vẽ ngoại nghiệp, đo biến dạng công trình, đo tăng dày điểm ngoại nghiệp, đo chênh cao tuyệt đối để lập bản đồ dị th−ờng trọng lực, đo kiểm tra chất l−ợng các loại bản đồ chuyên ngành... đem lại sự tiện dụng và hiệu quả kinh tế cao. Một trong các lĩnh vực không thể thiếu đ−ợc vai trò then chốt của công nghệ GPS đó là công tác thành lập bản đồ ĐCCS. Trong công tác thành lập bản đồ ĐCCS, công nghệ GPS tham gia vào các công đoạn sau: - Xây dựng mạng l−ới khống chế tọa độ, độ cao. - Phục vụ công tác đo ảnh: Đo xác định tọa độ tâm chiếu ảnh trong bay chụp ảnh, đo đạc các điểm khống chế ảnh, đo bổ sung thực địa cho nền ảnh. 29 - Công nghệ đo GPS động phục vụ việc đo các điểm chi tiết khu vực đất thổ canh. Trong phần này chúng tôi sẽ tập trung vào việc đ−a ra giải pháp ứng dụng công nghệ đo GPS động phục vụ việc thành lập bản đồ ĐCCS. Khu vực đất thổ canh với đặc điểm: T−ơng đối thông thoáng, di chuyển thuận tiện trên một diện tích rộng và các thửa đất rõ ràng, vuông vắn, đây là những điều kiện rất thuận tiện cho việc đo đạc bằng công nghệ đo GPS động. Thêm vào đó công nghệ đo GPS động với các đặc điểm là dễ sử dụng, tốc độ đo nhanh, không cần thông h−ớng với trạm Base, nhiều trạm Rover có thể hoạt động độc lập với nhau chung một trạm Base, độ chính xác cao, đặc biệt là cho phép l−u các thông tin về tên điểm, mã nối của điểm và các thông tin khác về điểm vào thiết bị điều khiển cầm tay của máy Rover. Với các đặc tính hỗ trợ lẫn nhau nh− trên cho thấy công nghệ đo GPS động là lựa chọn tối −u cho công tác thành lập bản đồ ĐCCS. Có ba công nghệ đo GPS động đ−ợc dùng phổ biến hiện nay nh− sau: - Công nghệ đo GPS động sử dụng trị đo Code. - Công nghệ đo GPS động sử dụng trị đo Phase. - Công nghệ GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo Virtual Reference Station VRT. Tùy thuộc vào thành phần các thiết bị sẵn có, mục đích của công việc cũng nh− hạ tầng các dịch vụ hỗ trợ mà thực hiện 3 công nghệ đo GPS động nói trên. - Chế độ đo GPS động thời gian thực là chế độ cho ra giá trị tọa độ, độ cao của điểm đo trong hệ tọa độ, hệ quy chiếu địa ph−ơng tức thời ở ngoài thực địa. Ưu điểm của chế độ này là biết ngay giá trị tọa độ, độ cao và độ chính xác của kết quả ngay ngoài thực địa, nh−ng có nh−ợc điểm là phải có các thiết bị truyền dữ liệu không dây giữa trạm Base và máy Rover dẫn đến ng−ời đo ngoài thực địa, phải mang nhiều thiết bị cồng kềnh, các thiết bị tiêu tốn nhiều năng l−ợng và phụ thuộc vào khoảng cách cũng nh− môi tr−ờng truyền dẫn tín hiệu giữa trạm Base và Rover. - Chế độ đo GPS xử lý sau là chế độ chỉ l−u trữ các dữ liệu đo GPS tại điểm đo ngoài thực địa, sau đó khi quay về nơi xử lý dữ liệu kết hợp với dữ liệu GPS và tọa độ tại trạm Base mới có thể xử lý ra tọa độ, độ cao chính xác của điểm đã đo ngoài thực địa. Ưu điểm của chế độ này là ng−ời đo đạc ngoài thực địa chỉ phải mang tối thiểu các thiết bị gọn nhẹ, không cần mua sắm thêm các thiết bị truyền dẫn dữ liệu không dây giữa trạm 30 Base và Rover, cho phép khoảng cách di chuyển của trạm Rover ra xa trạm Base hơn, nh−ng có nh−ợc điểm là không biết kết quả xử lý tọa độ, độ cao của điểm đo có đạt độ chính xác mong muốn không, phải về nhà xử lý kết hợp với dữ liệu GPS tại trạm Base mới biết đ−ợc kết quả đo đạc. I.4. Nghiên cứu đánh giá khả năng tích hợp ứng dụng ba công nghệ VT, GIS và GPS. Ba công nghệ viễn thám, GIS và GPS hiện nay đang đ−ợc nghiên cứu sâu và ứng dụng rộng rãi và đã đem lại hiệu quả to lớn. Việc nghiên cứu một cách hệ thống khả năng tích hợp các công nghệ trên để thành lập bản đồ, trong đó có bản đồ ĐCCS là nhu cầu tất yếu. I.4.1 ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao. Chúng ta hoàn toàn có khả năng tiếp cận ảnh vệ tinh với lực phân giải cao và siêu cao. ở đây chúng ta chỉ sơ bộ tìm hiểu một số loại ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao đang phổ biến. I.4.1.1 SPOT-5 Tháng 5 – 2002 Cơ quan Hàng không Vũ trụ Pháp đã phóng lên quỹ đạo vệ tinh SPOT-5 với các Sensor thu ảnh số có lực phân giải hình học cao hoàn chỉnh và hiện đại nhất của Pháp. Các Sensor này cho phép thu ảnh có lực phân giải 5m đối với ảnh đen – trắng và 10 m đối với ảnh màu, độ phủ mặt đất của 1 cảnh ảnh trung bình là 60km x 60km. Ngoài ra, bằng cách ghép so le các cặp ảnh đen trắng cho phép tạo đ−ợc ảnh có lực phân giải 2,5 m. Đây là một tiến bộ to lớn, mở ra nhiều triển vọng trong phát triển ứng dụng. Tr−ớc đây, để thành lập bản đồ tỷ lệ vừa và lớn chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay thì ngày nay ảnh vệ tinh đã dần thay thế. I.4.1.2 QUICK BIRD Mỹ phóng vệ tinh QuickBird lên quỹ đạo và lần đầu tiên cho ra sản phẩm ảnh vệ tinh th−ơng mại với lực phân giải siêu cao: ảnh đen trắng là 61 cm đến 72 cm, ảnh đa phổ là 2,44 m đến 2,88 cm. Độ phủ trùm của các đầu thu từ 16,5 km đến 19 km và quét vuông góc với h−ớng chuyển động của vệ tinh. Ngoài ra có thể cung cấp các cặp ảnh lập thể với tần xuất chụp lặp trong một vài ngày. Với các thông số hình học đầy đủ của các dữ liệu ảnh d−ới dạng gốc hoàn toàn có thể dùng để tăng dày, đo vẽ thành lập bản đồ (xem phụ lục kèm theo). 31 I.4.1.3 WorldView-1 (xem phụ lục kèm theo). I.4.1.4 WorldView-2 (xem phụ lục kèm theo). I.4.2 Khả năng xử lý dữ liệu trong GIS. Đa số dữ liệu trong GIS l−u giữ d−ới dạng số (véc tơ hoặc raster). Dạng véc tơ là những cặp toạ độ của các điểm (X,Y) hoặc (X,Y,Z) với các quy luật liên kết các điểm đó để biểu diễn chúng thành các đối t−ợng trong một hệ toạ độ xác định. Có 2 loại hệ toạ độ cơ bản: Hệ toạ độ vuông góc Đề các (X,Y,Z) và Hệ toạ độ trắc địa cầu (B,L,H). Thông th−ờng mỗi quốc gia ng−ời ta th−ờng chọn thống nhất một hệ thống toạ độ gắn với trái đất thực phù hợp với lãnh thổ và th−ờng gọi là Hệ toạ độ quốc gia. Số liệu Raster (dạng ảnh) đ−ợc tạo bởi các ô l−ới d−ới dạng các chấm điểm có lực phân giải nhất định cho tr−ớc nào đó. Thông th−ờng số liệu l−u trữ d−ới dạng raster này đồi hỏi dung l−ợng bộ nhớ lớn. Tuỳ theo kích th−ớc của bản đồ và nội dung cần thể hiện mà lựa chọn lực phân giải cho phù hợp để sử dụng và l−u trữ. Các số liệu không gian là các thông tin mô tả đặc tính hình học của các đối t−ợng nh− hình dạng, kích th−ớc, vị trí… trong thế giới thực. Thông th−ờng ng−ời ta quy đổi tập hợp phức tạp các đối t−ợng về các loại đối t−ợng hình học cơ bản nh− đối t−ợng điểm; đối t−ợng đ−ờng; đối t−ợng vùng và đối t−ợng chữ. Thông th−ờng CSDL bản đồ đ−ợc quản lý d−ới dạng các lớp đối t−ợng. Mỗi một lớp chứa các hình ảnh liên quan đến một chức năng, phục vụ cho một ứng dụng cụ thể. Việc phân chia thành các lớp có ý nghĩa quan trọng trong khai thác sử dụng sau này. Các công cụ phần mềm của GIS rất phong phú và đa dạng cho phép chúng ta: - Chuyển đổi các hệ toạ độ: + Chuyển đổi l−ới chiếu bản đồ từ kinh tuyến gốc này sang kinh tuyến gốc khác; + Chuyển đổi toạ độ các điểm bản đồ từ hệ toạ độ Đề các (X,Y,H) sang hệ toạ độ trắc địa cầu (B,L,H) và ng−ợc lại; + Nắn chỉnh hình học hình ảnh bản đồ để loại bỏ các sai số biến dạng cho phù hợp với thế giới thực. 32 - Xử lý các thông tin về bản đồ: + Tiếp biên hoặc nối ghép bản đồ trên cơ sở sử dụng tập hợp các điểm chung để tạo ra một tờ bản đồ mới hoặc mở rộng tờ bản đồ tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng. + Tạo ra một cửa sổ các đối t−ợng bản đồ và có thể tách chúng ra khỏi bản đồ hiện thời để xử lý riêng hoặc dùng cho mục đích khác. - Lập các bản đồ chuyên biệt: + Chức năng chồng các lớp không gian (Graphic Overlay); + Chức năng lập bản đồ chuyên đề (Thematic mapping); + Chức năng lập bản đồ và tìm kiếm theo địa chỉ (Adress Matching and Mapping) cho phép phân tích và lập bản đồ theo các số liệu gắn cụ thể với một địa chỉ nh− vị trí, tên các đối t−ợng. + Chức năng phân tích và chồng phủ các đối t−ợng vùng khép kín (Polygon). + Chức năng tích hợp hoặc chia tách (Union and Split giữa các Polygon). + Chức năng chồng phủ các đối t−ợng điểm vào trong vùng (Polygon). + Chức năng chồng phủ các đối t−ợng đ−ờng vào trong vùng (Polygon). - Các chức năng phân tích bản đồ: + Chức năng tính diện tích, chu vi, khoảng cách của các đối t−ợng trên bản đồ; + Chức năng tạo ra các Buffer Generation; + Chức năng tìm kiếm theo bán kính (Radius Search). + Chức năng chuyển đổi các dữ liệu từ dạng Raster sang véc tơ và ng−ợc lại (Raster/Vector Conversion). + Chức năng chuyển đổi các khuôn dạng dữ liệu Format Translation. - Các ch−ơng trình ứng dụng và các ch−ơng trình công cụ. Tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng trong GIS mà tuỳ chọn các công cụ: 33 + Thiết kế kỹ thuật (Enginnering Design); + Mô hình hoá lớp bề mặt (Surface Modelling); + Phân tích địa hình (Terrain Analisis); + Toạ độ và hình học (Coordinates and Geometry); + Phân tích các mạng l−ới (Network Analysis). Ngoài ra các phần mềm GIS th−ơng mại hiện nay còn cung cấp cho ng−ời sử dụng các giao diện cơ bản sau: - Giao diện theo thực đơn (Menu Driven Command Interfaces); - Giao diện theo câu lệnh (Command Interfaces); - Giao diện theo lập trình (Macro Programming). Các phần mềm th−ơng mai GIS phổ biến hiện nay là ARC/INFO, MAPINFO, GIS-OFFICE, ILWIS, PAMAP… Mỗi bộ phần mềm nêu trên đều có những đặc điểm riêng trong khai thác ứng dụng, tuỳ thuộc vào thói quen và kinh nghiệm của ng−ời sử dụng và quy mô bài toán đặt ra mà lựa chọn. I.4.3 Hệ thống dữ liệu toạ độ GPS, khả năng đo bổ sung chi tiết các điểm đặc tr−ng bằng GPS kết hợp điều vẽ ngoại nghiệp trong thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. I.4.3.1 Sự cần thiếi xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu toạ độ GPS Hàng năm chúng ta đã tiến hành đo một khối l−ợng rất lớn toạ độ không gian các điểm mặt đất bằng công nghệ GPS. Chỉ riêng công tác đo đạc l−ới khống chế các cấp hạng nhà n−ớc, chúng ta đã có hàng vạn điểm đo GPS. Công tác đo điểm khống chế ảnh máy bay, ảnh vệ tinh đã trở thành phổ biến trong công tác xử lý ảnh và loại dữ liệu này hoàn toàn có thể đ−ợc tái sử dụng cho nhiều các ứng dụng khác nhau. Đặc biệt công nghệ GPS đã đ−ợc ứng dụng trong đo đạc chi tiêt, điều vẽ ngoại nghiệp trong công tác thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Các dữ liệu trên cần thiết phải đ−ợc thiết kế để l−u giữ trong CSDL để phục vụ cho cập nhật th−ờng xuyên và tái khai thác sử dụng lâu dài. 34 Khi đã có cơ sở dữ liệu dạng số này ta hoàn toàn có thể tích hợp để xử lý trong công tác thành lập bản đồ. Các giải pháp tích hợp hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ chuẩn hoá của các dữ liệu, trình độ mặt bằng công nghệ xử lý thông tin thông qua các phần mềm ứng dụng chuyên ngành mà quyết định cho từng tr−ờng hợp cụ thể. Trong khuôn khổ của đề tài NCKH này, không đi sâu về xây dựng các thuật toán và lập các ch−ơng trình ứng dụng cụ thể nào. Vì các công việc đó đòi hỏi một khối l−ợng công việc rất lớn và hệ thống CSDL quốc gia đòi hỏi đã đ−ợc chuẩn hoá đầy đủ. I.5. Tham khảo kết quả các giải pháp ứng dụng của một số n−ớc phát triển và trong khu vực. Ngày nay, không chỉ các n−ớc phát triển nh− Mỹ, Pháp, Nga, Nhật,... mà ngay cả các n−ớc đang phát triển cũng rất quan tâm đến ứng dụng công nghệ vũ trụ, công nghệ viễn thám vào mục đích nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh - quốc phòng. Công nghệ viễn thám đã trở thành công nghệ rất có hiệu quả để giám sát các đối t−ợng biến động trong không gian và thời gian. Công nghệ xử lý và phân tích ảnh số đ−ợc phát triển rất mạnh và đạt hiệu quả ngày càng cao. ảnh vệ tinh đã đ−ợc sử dụng phổ biến để điều tra, quản lý tài nguyên đất, tài nguyên n−ớc, khoáng sản, dầu khí, tài nguyên rừng, để cập nhật và thành lập các hệ thống bản đồ quốc gia. Công nghệ số chiếm −u thế và các thông tin viễn thám đ−ợc sử dụng kết hợp chặt chẽ với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS), đã đem lại hiệu quả cao và làm cho công nghệ viễn thám càng thực sự đóng vai trò quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội. Đa tích hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh, công nghệ GIS và công nghệ GPS để thành lập bản đồ ĐCCS phục vụ quản lý và khai thác sử dụng là h−ớng nghiên cứu cần thiết. Nhiều n−ớc phát triển trên thế giới đã nghiên cứu thành công các giải pháp và đ−a vào ứng dụng rất hiệu quả công nghệ tích hợp ảnh vệ tinh, GIS và GPS nêu trên để thành lập, hiện chỉnh và cập nhật hệ thống các loại bản đồ chuyên đề, trong đó có bản đồ địa chính. Để làm tốt công việc này, các nhà khoa học n−ớc ngoài đã nghiên cứu thiết kế và xây dựng các tiện ích nh− tích hợp các dữ liệu ảnh vệ tinh vào CSDL không gian; đa tích 35 hợp công nghệ VT sử dụng ảnh vệ tinh với công nghệ GIS, công nghệ ảnh vệ tinh với công nghệ GPS...Nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng đã cho kết quả tất tích cực. Trên nền tảng của các tiến bộ về thiết bị phần cứng, công nghệ phần mềm về đồ hoạ, phân tích dữ liệu không gian và quản trị dữ liệu... các hệ thống GIS đã có những b−ớc phát triển v−ợt bậc. Hệ GIS đầu tiên đ−ợc đ−a vào ứng dụng trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên ở Canada, rồi đến Mỹ và các n−ớc Tây Âu . Hệ thống này đ−ợc gọi là Hệ thống Thông tin Địa lý Cânada (Canada Geographic Information) bao gồm các thông tin về Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Đất đai, Theo dõi động vật hoang dã... Gần đây công nghệ GIS đã trở thành công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý và trợ giúp các quyết định. Các phần mềm GIS đang h−ớng tới Hệ tự động lập bản đồ và xử lý dữ liệu ph−ơng tiện cao cấp Hypermedia, Hệ chuyên gia, Hệ trí tuệ nhân tạo h−ớng đối t−ợng...Giao diện của phần lớn các phần mềm GIS với ng−ời sử dụng ngày càng dễ dàng hơn thông qua các giao diện đồ hoạ kèm theo các chỉ dẫn cụ thể trên màn hình. Từ việc ra đời các bộ vi xử lý cực mạnh, thiết bị l−u trữ dữ liệu cực lớn, khả năng hiển thị và trao đổi thông tin cực nhanh chóng...các thiết bị phần cứng đã phát triển mạnh theo giải pháp để bàn Desktop cơ động. Do khả năng xử lý dữ liệu mạnh hơn và giá thành thiết bị phần cứng ngày càng giảm làm cho các công nghệ trong GIS đ−ợc ứng dụng rộng rãi hơn. Từ lâu, các n−ớc phát triển nh− Mỹ, Pháp, Nhật... đã ứng dụng công nghệ VT để thành lập và hiện chỉnh các thể loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn và đã thu đ−ợc kết quả rất thành công. ảnh vệ tinh lực phân giải cao và siêu cao đã đ−ợc phổ biến và sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Các n−ớc trong khu vực nh− Singapore, Thái Lan, Malaisia...đã tự thu đ−ợc ảnh vệ tinh để phục vụ đa ngành, trong đó có công tác thành lập các thể loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn. ở n−ớc ta mới chỉ dừng ở mức ứng dụng công nghệ VT để hiện chỉnh bản đồ chuyên đề tỷ lệ vừa. 36 I.6. Đánh giá tiềm năng ứng dụng của ph−ơng pháp tích hợp VT, GIS, GPS cho công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng. Trong công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng cần thiết phải có các kết quả điều tra hiện trạng về đất đai, thực phủ, địa hình, n−ớc mặt, n−ớc ngầm, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên biển, thời tiết, khí hậu, ô nhiễm môi tr−ờng.... Đặc biệt trong đó vai trò của các loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn là rất cần thiết. Đây chính là công cụ mạnh để khảo sát và đánh giá về tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng, cho phép giám sát việc khai thác tài nguyên thiên nhiên và các hoạt động làm ô nhiễm môi tr−ờng nh− chặt phá rừng đầu nguồn, rừng ven biển; các hoạt động khai thác tài nguyên thiên nhiên trái phép; sự thu hẹp ngoài quy hoạch của các loại đất trồng trọt, đất phục vụ sản xuất...và sự gia tăng đất trống, đồi núi trọc; ô nhiễm không khí của nhà máy, các khu công nghiệp, dân c−...;theo dõi lũ lụt, hạn hán, cháy rừng, các hiện t−ợng sạt lở bờ biển, biến động dòng chảy các sông, hồ, các tai biến địa chất, điều tra hiện trạng môi tr−ờng, giám sát biến động lớp phủ mặt đất, xói mòn đất, hoang mạc hoá, giám sát ô nhiễm do n−ớc thải công nghiệp, dầu tràn... Các hiện t−ợng trên th−ờng diễn ra trên phạm vi rộng và ở khắp nơi kể cả vùng sâu, vùng xa, biển khơi, hải đảo trong những khoảng thời gian, không gian nào đó... Nhờ đặc điểm công nghệ viễn thám có khả năng bao quát các vùng rộng lớn với chu kì quan sát lặp lại khác nhau và quan sát trong bất kì thời tiết nào mới có thể đáp ứng đ−ợc một phần các yêu cầu về giám sát môi tr−ờng và giảm nhẹ thiên tai. Việc nghiên cứu cơ sở để ứng dụng có hiệu quả các loại hình t− liệu viễn thám đối với từng nhóm đôí t−ợng trong từng điều kiện cụ thể, cũng nh− nghiên cứu phát triển các phần mềm và các ph−ơng pháp, quy trình công nghệ xử lý và sử dụng t− liệu viễn thám cho các mục đích cụ thể, đặc biệt là đối với các ứng dụng mới theo h−ớng liên kết hệ thống ảnh vệ tinh- hệ thống thông tin địa lý (GPS)-hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là cần thiết. 37 Ch−ơng II: Phân tích, đánh giá thực trạng sử dụng vt, GIS và GPS ở n−ớc ta hiện nay. II.1. Nghiên cứu đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ viễn thám ở n−ớc ta hiện nay II.1.1 Nghiên cứu đánh giá thực trạng Từ những năm 70 chúng ta bắt đầu tiệm cận công nghệ viễn thám, và sau đó đã triển khai các nghiên cứu - thử nghiệm nhằm xác định khả năng và ph−ơng pháp sử dụng t− liệu viễn thám để giải quyết các nhiệm vụ của mình. Việc mở rộng công tác nghiên cứu - thử nghiệm, nhiều ngành đã đ−a công nghệ viễn thám vào ứng dụng trong thực tiễn và đến nay đã thu đ−ợc một số kết qủa rõ rệt về khoa học công nghệ và kinh tế. Trong các lĩnh vực đo đạc bản đồ, điều tra quy hoạch đất đai, rừng, địa chất khoáng sản, khí t−ợng thuỷ văn, công nghệ viễn thám thực sự trở thành công cụ để thực hiện chức năng của ngành. Đồng thời công nghệ viễn thám đã đ−ợc ứng dụng để thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu khoa học và dự án liên quan đến điều tra, khảo sát điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi tr−ờng, giảm thiểu thiên tai ở một số vùng. Những công trình này đã đem lại kết quả quan trọng về ph−ơng pháp luận cũng nh− t− liệu. Song các đề tài cũng nh− dự án đều có qui mô nhỏ, còn tản mạn về chủ đề, thiếu nhiệm vụ cụ thể cũng nh− điều kiện để ứng dụng nên mới chỉ dừng ở mức độ các dự án thử nghiệm, ch−a chuyển sang ứng dụng một cách rộng rãi và có hệ thống. Vì vậy công nghệ viễn thám ở n−ớc ta còn ch−a giải quyết đ−ợc nhiều vấn đề bức xúc do thực tiễn đặt ra, ở tầm vĩ mô còn ch−a đóng góp nhiều cho công tác quản lý Nhà n−ớc về các vấn đề quan trọng nh− quản lý tài nguyên rừng, đánh bắt hải sản xa bờ... Trong một số lĩnh vực nh− điều tra nghiên cứu biển, phòng chống thiên tai, giám sát môi tr−ờng, an ninh – quốc phòng, công nghệ viễn thám mới đ−ợc ứng dụng rất hạn chế. Về t− liệu viễn thám ở n−ớc ta mới có một số trạm thu ảnh vệ tinh khí t−ợng và ảnh độ phân giải thấp. Do ch−a chủ động đ−ợc việc thu t− liệu nên một số ứng dụng công nghệ viễn thám bị hạn chế đáng kể. Cùng với việc ứng dụng công nghệ viễn thám, công tác nghiên cứu triển khai về phát triển phần mềm, chế tạo thiết bị cũng nh− xây dựng quy trình công nghệ xử lý và sử 38 dụng t− liệu ảnh vệ tinh đã đ−ợc tiến hành ở một số cơ quan. Những công trình này có ý nghĩa thúc đẩy sự phát triển công nghệ viễn thám ở n−ớc ta, song kết quả thu đ−ợc còn ở mức khiêm tốn. Mặt khác còn thiếu các công trình nghiên cứu cơ sở đảm bảo công nghệ viễn thám đem lại hiệu quả cao trong điều kiện cụ thể của Việt Nam. Để phát triển công nghệ mới, công tác đào tạo có vị trí quan trọng, nh−ng ở Việt Nam ch−a có cơ sở đào tạo chuyên sâu về viễn thám. Vì vậy cán bộ viễn thám chủ chốt ở các ngành hầu nh− đều đ−ợc đào tạo ở n−ớc ngoài, đã nổi lên một số cán bộ có năng lực phát triển công nghệ viễn thám. Tuy nhiên, tr−ớc khả năng rất lớn của công nghệ viễn thám và nhu cầu phát triển công nghệ này ở n−ớc ta, các ngành còn thiếu các cán bộ viễn thám có trình độ cao và chuyên sâu để đủ tổ chức ứng dụng một cách thực sự có hiệu quả, và còn ch−a đủ cán bộ đầu đàn để phát triển công nghệ viễn thám theo kịp trình độ tiên tiến của khu vực và thế giới. Việc kết hợp sử dụng hệ thống ảnh vệ tinh với hệ thống tin địa lý và hệ định vị toàn cầu mới đang ở b−ớc đầu nghiên cứu thử nghiệm. Đến nay ở Việt Nam vừa mới thành lập Trung tâm Viễn thám quốc gia thuộc Bộ Tài nguyên Môi tr−ờng. Cũng đã hình thành khoảng 30 Trung tâm, phòng Viễn thám thuộc nhiều ngành. Trong đó có một số đơn vị đã định hình h−ớng hoạt động chuyên sâu và có chức năng, nhiệm vụ đặc thù cho ngành của mình. Số đơn vị viễn thám còn lại có chức năng, nhiệm vụ trùng lặp nhau và còn thiếu định h−ớng phát triển rõ rệt về lâu dài. Mô hình tổ chức này có −u điểm là công nghệ viễn thám có điều kiện ứng dụng sâu vào từng ngành và đem lại hiệu quả thiết thực. Nh−ợc điểm của mô hình này không tránh khỏi sự tản mạn, chồng chéo, và không giải quyết đ−ợc những vấn đề chung có tính liên ngành nh− việc thu nhận, xử lý và phân phối t− liệu viễn thám, nghiên cứu triển khai và đào tạo cán bộ. Trong sự hình thành và phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam, hoạt động hợp tác quốc tế giữ một vai trò rất quan trọng. Hợp tác quốc tế đã góp phần đào tạo đội ngũ cán bộ, hỗ trợ kĩ thuật và chuyển giao công nghệ và đầu t− thiết bị cùng các phần mềm chuyên dụng cho nhiều cơ quan ở n−ớc ta. Tuy nhiên, các ngành ch−a liên kết đ−ợc với nhau và ch−a tận dụng đ−ợc kết quả của nhau. 39 Nh− vậy, sau hơn 20 năm tiếp cận, ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám, các ngành của ta đã thu đ−ợc một số kết quả rõ rệt nh−ng vẫn còn bộc lộ một số yếu kém, nh−: - Công nghệ viễn thám phát triển tự phát và tản mạn, thiếu định h−ớng; thiếu nhiệm vụ cụ thể và ổn định cũng nh− các điều kiện cần thiết để thực hiện, nên phát triển chậm và ch−a phát huy đ−ợc tiềm năng của công nghệ này cũng nh− năng lực kĩ thuật hiện có của các ngành. Viễn thám ở n−ớc ta ch−a đóng góp đ−ợc thiết thực cho các ch−ơng trình phát triển kinh tế - xã hội cũng nh− các nhiệm vụ an ninh - quốc phòng. Trong một số lĩnh vực quan trọng công nghệ viễn thám ch−a đ−ợc đ−a vào ứng dụng. - Thiếu chuyên gia giỏi đầu ngành. Trình độ công nghệ tuy đ−ợc đổi mới song còn ch−a đồng bộ và ch−a đồng đều giữa các ngành. Cơ sở kĩ thuật còn thiếu đồng bộ và ch−a đ−ợc cập nhật kịp thời. Công nghệ viễn thám trên thế giới không ngừng đ−ợc hoàn thiện và đã trở thành công cụ đem laị hiệu quả rất cao cho các mục đích nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo an ninh - quốc phòng, thì công nghệ viễn thám ở Việt Nam ch−a đáp ứng kịp nhu cầu của thực tiễn, có dấu hiệu tụt hậu so với một số n−ớc trong khu vực. II.1.2. Nhu cầu phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam. Trong chiến l−ợc phát triển kinh tế - xã hội cũng nh− mục tiêu, nhiệm vụ kế hoạch đến 2010 Việt Nam có nhiệm vụ rất lớn về phát triển kinh tế - xã hội, theo h−ớng v−ơn tới sự phát triển bền vững trên cơ sở sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên, bảo vệ môi tr−ờng và giảm thiểu thiên tai. Để đạt đ−ợc mục tiêu này, cần đ−ợc đảm bảo kịp thời các thông tin liên quan đến tài nguyên, môi tr−ờng, thiên tai về nhiều mặt kinh tế - xã hội trên phạm vi từng vùng cũng nh− cả n−ớc. Viễn thám đóng góp ch−a đ−ợc nhiều để khắc phục tình trạng đó. Tình hình trên đã đặt ra nhiều nhiệm vụ về ứng dụng và phát triển công nghệ viễn thám ở Việt Nam. II.1.3 Tiềm năng công nghệ viễn thám ở n−ớc ta hiện nay. Dự án “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng tại Việt Nam” đã đ−ợc Thủ t−ớng Chính phủ chính thức phê duyệt. Mục tiêu của dự án là xây dựng đồng bộ hệ thống công nghệ viễn thám – Thông tin địa lý đủ mức hiện đại, phù hợp với điều kiện Việt Nam giai đoạn 5-10 năm tr−ớc mắt, có khả năng nâng cấp cho giai đoạn tiếp theo. Chủ động trực tiếp thu nhận các loại dữ liệu ảnh vệ tinh cơ bản nhất, xử lý nắn chỉnh ảnh, thành lập ngân hàng thông tin và nâng cấp hệ thống viễn thám ứng dụng cho các Bộ, ngành ở Việt Nam. Nội dung chính của dự án đầu t− “Xây dựng hệ thống giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi tr−ờng tại Việt Nam” bao gồm các thành phần chính sau: a/ Xây dựng trạm thu ảnh vệ tinh VNGS; b/ Xây dựng trung tâm dữ liệu quốc gia NDC; yêu cầu kỹ thuật– nhìn từ bề ngoài vệ tinh truyền băng x 2-L−u trữ2-L−u trữ 4-Bộ xử lý4-Bộ xử lý 1-Thiết bị ghi 1-Thiết bị ghi Báo cáo kết quả thu nhận Tham số kỹ thuật Báo cáo kết quả thu nhận Tham số thu nhận d−ợc Tham số kỹ thuật VNGS Sản phẩm ảnh vệ tinh Sản phẩm ảnh theo đơn đặt hàng 3- Danh mục 3- Danh mục NDC DUS Cập nhật danh mục Tham số thu nhận d−ợc Hình II - 1 : Sơ đồ kỹ thuật Hệ thống GSTNTT&MT tại Việt Nam các thành phần chính của dự án VNGS có nhiệm vụ : thu nhận các ảnh vệ tinh, lu trữ và sơ chế 40 41 NDC có nhiệm vụ sản xuất các dữ liệu địa lý; quản lý CSDL quốc gia (lu trữ, danh mục, chuyển giao sản phẩm...) DUS-A SARSYS có nhiệm vụ sản xuất ra sản phẩm phục vụ công tác cứu hộ, cứu nạn DUS-A AGRIM & GEOLENV có nhiệm vụ sản xuất ra sản phẩm chuyên đề DUS-B có nhiệm vụ nghiên cứu và phát triển Dữ liệu ảnh vệ tinh : Dữ liệu ảnh vệ tinh đ−ợc thu bởi VNGS (Rađa hoặc quang học) Các sản phẩm : đợc chế biến bởi NDC và DUS phục vụ lợi ích ngời sử dụng 9 Các sản phẩm mức 2 do NDC sử lý: Theo hệ thống toạ độ địa lý, với các điểm kiểm tra mặt đất. 9 Các sản phẩm mức 3 do NDC sử lý : Theo hệ thống toạ độ địa lý, với các điểm kiểm tra mặt đất có cải chính dữ liệu đial hình. 9 Các sản phẩm mức 4 do NDC sử lý : bản đồ không gian với các ô lới, đánh dấu các điểm, các thông tin về hành chình (nh−: địa giới, biên giới, địa danh...) 9 Các sản phẩm mức 5 do NDC sử lý : nh− mức 4 nhng đợc bổ xung thêm thuỷ hệ và giao thông. 9 Các sản phẩm mức 6 do NDC và các DUS sử lý: các sản phẩm bản đồ chuyên đề chi tiết. II.2. Đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống thông tin đất đai (LIS) ở n−ớc ta hiện nay. Hệ thống CSDL quốc gia đ−ợc tổ chức thành các khối thông tin nh− sau: 1. Thông tin về hệ thống quy chiếu; 2. Thông tin về hệ thống toạ đô, độ cao nhà n−ớc; 42 3. Thông tin về hệ thống ảnh vệ tinh phủ trùm lãnh thổ; 4. Thông tin về hệ thống bản đồ địa hình dãy tỷ lệ cơ bản 1/5000, 1/10000, 1/25 000, 1/50 000, 1/100 000, 1/200 000, 1/500 000 và 1/1000 000; 5. Thông tin về đ−ờng biên giới, địa giới hành chính; 6. Thông tin về mô hình độ cao địa hình; 7. Thông tin về mô hình trọng lực lãnh thổ; 8. Thông tin về mô hình địa hình – thuỷ văn cơ bản; 9. Thông tin về bản đồ địa chính thể loại đến từng ô thửa 1/200, 1/500, 1/1.000 cho đất đô thị; 1/1.000, 1/2.000 cho đất dân c− nông thôn; 1/2.000, 1/5000 cho đất nông nghiệp; 1/10000 cho đất lâm nghiệp; 1/25.000, 1/50.000 cho đất ch−a sử dụng; các loại đất chuyên dùng tuỳ từng tr−ờng hợp cụ thể mà thể hiện với các loại đất nói trên của các địa ph−ơng; 10. Thông tin về hệ thống hồ sơ địa chính đến từng thửa đất bao gồm đầy đủ các thông tin về tự nhiên nh− kích th−ớc, hình dáng, vị trí, loại đất...; về xã hội nh− chủ sử dụng, mục đích sử dụng, quá trình biến động...; về kinh tế nh− giá đất, mức thuế, hiệu quả sử dụng...; và về pháp lý nh− loại hình sử dụng, trạng thái đăng ký, thể loại giấy đăng ký...của các địa ph−ơng; 11. Thông tin về các loại đất phân theo mục đích sử dụng; 12. Thông tin về các dữ liệu có liên quan Metadata. Hệ thống CSDL quốc gia này đ−ợc thiết kế d−ới dạng phân tán bao gồm một hệ thống CSDL thành phần ở trung −ơng và các hệ thống CSDL thành phần ở các tỉnh. Trong hệ thống CSDL quốc gia ở trung −ơng l−u giữ các khối thông tin từ 1 đến 8 và 12, hệ thống CSDL ở các tỉnh l−u giữ các dữ liệu thuộc các khối thông tin từ 9 đến 11. Các hệ CSDL quốc gia về địa lý và đất đai nêu trên bao gồm 2 thành phần chính là dữ liệu đồ hoạ và dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu đồ hoạ đ−ợc thu thập từ đồ hoạ trên bản đồ dạng số, số hoá hoặc quét bản đồ dạng giấy, số liệu đo trên mặt đất trong đó kể cả số liệu đo GPS, số liệu đo trên ảnh vệ tinh... Dữ liệu thuộc tính đống vai trò mô tả, chỉ dẫn hoặc 43 chú thích cho các thông tin đồ hoạ và th−ờng ở dạng văn bản, chữ số, biểu đồ hoặc multimedia. Phần dữ liệu đồ hoạ đ−ợc chia thành các lớp, tuỳ thuộc vào từng thể loại bản đồ mà quy định số lớp cho phù hợp. Mỗi lớp chứa các hình ảnh bản đồ liên quan tới một chức năng, một ứng dụng cụ thể. Vị trí không gian của nó đ−ợc xác định thông qua một hệ toạ độ chung toàn hệ thống. Các lớp cơ bản cụ thể nh− sau: 13. Lớp cơ sở toán học gồm khung, tỷ lệ, phân mảnh...; 14. Lớp địa hình; 15. Lớp hệ thống giao thông; 16. Lớp hệ thống thuỷ văn; 17. Lớp dân c−; 18. Lớp thực phủ; 19. Lớp hiện trạng sử dụng đất; 20. Lớp các ô thửa đất; 21. Lớp nhà cửa, công trình hạ tầng. Mỗi lớp có thể lại đ−ợc chia tiếp thành nhiều phân lớp tuỳ thuộc vào đặc điểm và mục đích hiển thị. Phần dữ liệu thuộc tính gồm các yếu tố sau: 1. Địa danh; 2. Các chú giải và ký hiệu; 3. Các thông tin về kinh tế, xã hội, tự nhiên gắn với thửa đất. Trong các bài toán ứng dụng, việc tìm kiếm thông tin cũng là nhu cầu rất cần thiết hàng ngày trên các trạm ứng dụng nối mạng với CSDL. Thông th−ờng đó là: Biến đổi bản đồ giữa các hệ toạ độ; Biên tập bản đồ theo các chủ đề mới; 44 Biên vẽ, biên tập phục vụ các nhiệm vụ xuất bản; Tính toán thống kê; Phân tích biến đổi các đối t−ợng theo yếu tố thời gian; Thống kê, phân tích các quy luật tự nhiên, kinh tế, xã hội của các đối t−ợng địa lý. Do đó vấn đề chuẩn hoá thông tin và chuẩn bị thông tin để hiển thị cho ng−ời sử dụng là công việc quan trọng cần tập trung giải quyết. Bản đồ địa chính là bản đồ thể hiện các thửa đất và các yếu tố địa lý có liên quan, lập theo đơn vị hành chính xã, ph−ờng, thị trấn, đ−ợc cơ quan nhà n−ớc có thẩm quyền xác nhận; là tài liệu quan trọng của hồ sơ địa chính; trên bản đồ địa chính phải thể hiện vị trí, hình thể, diện tích, số thửa và loại đất theo mục đích sử dụng của từng thửa theo từng chủ hoặc đồng chủ sử dụng. Bản đồ địa chính cơ sở là bản đồ nền cơ bản để đo vẽ bổ sung thành bản đồ địa chính. Cho đến nay bản đồ ĐCCS đ−ợc thành lập bằng các ph−ơng pháp đo vẽ có sử dụng ảnh kết hợp với đo vẽ bổ sung ở thực địa hoặc thành lập trên cơ sở biên vẽ từ bản đồ địa hình cùng tỷ lệ đã có. II.3. Đánh giá thực trạng và tiềm năng công nghệ GPS ở n−ớc ta hiện nay. Ngày nay, công nghệ GPS đã đ−ợc sử dụng rộng rãi và trở thành công nghệ mũi nhọn ở hầu hết các lĩnh vực chuyên sâu kể cả trong sản suất, nghiên cứu ứng dụng...Trong đó phải kể đến các công trình “Xây dựng hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc gia VN-2000”; công trình nghiên cứu xây dựng l−ới trắc địa động lực độ chính xác cao ở trong n−ớc và khu vực; công trình đo đạc phân định cắm mốc biên giới Việt Nam – Trung Quốc, Việt Nam – Lào, Việt Nam – Căm Pu Chia; khảo sát các tuyến giao thông; xây dựng các đập thuỷ điện; đo biến dạng công trình; xây dựng các mạng l−ới ĐCCS của các tỉnh; đo khống chế ảnh... Hệ thống máy móc thiết bị đã đ−ợc trang bị khá hiện đại của một số hãng nổi tiếng nh− Trimble 4000, 4700, 4800, 5700, 5800, 4600LS, HP 3000 Ommistar, Geo3, GeoXT... và hệ thống công nghệ chuyển giao ngang tầm với các n−ớc trong khu vực. Trong đo đạc chi tiết, đặc biệt trong đo đạc bổ sung điểm đo, đo điều vẽ, tăng dày, khống chế ảnh... công nghệ đo GPS động đang đ−ợc nghiên cứu hoàn thiện và áp dụng thành công. Giải pháp công nghệ này cho phép rút ngắn thời gian đo, độ chính xác cao, phạm vị sử dụng rộng rãi cho nhiều đối t−ợng đo đạc. II.3.1 Công nghệ DGPS động cải chính phân sai trị đo code Đặt máy thu GPS tại ít nhất một điểm (trạm) đã biết toạ độ. Gọi các điểm mặt đất này là các trạm tham chiếu Reference Station. Trên cơ sở đã biết toạ độ chính xác của các trạm tham chiếu này, tiến hành so sánh khoảng cách đo đ−ợc và khoảng cách đã biết và tìm ra sai số của các tín hiệu vệ tinh tại thời điểm nhận tín hiệu của phép đo GPS tuyệt đối. Các dữ liệu trên đ−ợc mã hoá và thông qua hệ thống dịch vụ đặc biệt mặc định RTCM – SC104 cung cấp các số hiệu chỉnh cần thiết cho ng−ời sử dụng để tính ra toạ độ chính xác tại thời điểm đo tín hiệu. Để tiến hành đo theo công nghệ này cần phải có: các máy thu GPS đặt tại các trạm tham chiếu; máy thu GPS di động; thiết bị điều biến; thiết bị truyền dữ liệu; thiết bị nhận tín hiệu. Máy thu GPS tại các trạm tham chiếu với các toạ độ tâm phase đã biết, nhận tín hiệu từ các vệ tinh và tính ra các khoảng cách t−ơng ứng. Phần mềm trong máy tính toán ra các số cải chính phân sai và đ−ợc mã hoá chuẩn bằng thiết bị Data Formater. Thiết bị điều biến sẽ mã hoá dữ liệu và cung cấp cho thiết bị truyền dữ liệu để khuyếch đại và truyền dữ liệu cho các máy thu DGPS khác để cải chính toạ độ theo thời gian thực. Thiết bị nhận tín hiệu sẽ định dạng và cung cấp số hiệu chỉnh phân sai cho các máy di động. 45 46 Hình II - 2 : Công nghệ GPS động sử dụng trị đo Phase Đây là công nghệ khá mới đang đ−ợc áp dụng trong sản xuất đo đạc bản đồ. Nguyên lý cơ bản của GPS động sử dụng trị đo phase là xử lý chính xác các baseline giữa trạm cố định cơ sở Base và trạm di động Rover. Thành phần chính của công nghệ bao gồm: - Trạm cố định cơ sở Base gồm máy thu GPS và thiết bị thu phát sóng radio đ−ợc đặt tại vị trí đã biết toạ độ, độ cao, có không gian thuận lợi cho việc thu tín hiệu vệ tinh; - Trạm di động Rover gồm máy thu GPS và thiết bị thu phát sóng radio, liên tục đ−ợc đặt tại các điểm thực địa cần phải đo toạ độ, độ cao; - Thiết bị điều khiển cầm tay tại máy thu di động Rover TSC1, TSCE, TESCO... Cơ chế hoạt động nh− sau: - Các dữ liệu của trạm cơ sở Base trong quá trình đo đạc đ−ợc gửi tới các trạm Rover nhờ các thiết bị thu phát sóng radio. Trạm Base khởi đo ở chế độ đo động và liên tục thu tín hiệu GPS; - Trạm Rover khởi đo ở chế độ đo động; - Khi thời gian đủ để xác định một Baseline thì thiết bị điều khiển cầm tay tại các trạm Rover sẽ kết hợp dữ liệu giữa trạm cố định cơ sở Base và trạm di động Rover để xử lý một vecto Baseline tính toán ra số nguyên đơn trị Fix thì bắt đầu quá trình đo liên tục với một l−ợng trị đo phase vừa đủ. Vì toạ độ của trạm cố định Base đã biết chính xác và thông qua các gia số toạ độ Baseline ta hoàn toàn có thể tính chính xác toạ độ các trạm Rover. - Với máy 2 tần số, quá trình khởi đo có thể thực hiện ở chế độ On The Fly OTF. Phần mềm xử lý sau sẽ đảm bảo theo dõi và duy trì số nguyên đơn trị, nh− vậy các điểm đo sau chỉ cần đo một l−ợng vừa đủ để xác định trị lệch phase là ta có thể tính chính xác giá trị vecto Baseline. Nếu vì một lý do nào đó mà tín hiệu GPS tại trạm Rover đi qúa yếu, không thể duy trì đ−ợc số nguyên đơn trị, cần phải khởi đo lại số nguyên đơn trị. Thiết bị điều khiển cầm tay tại trạm di động Rover cho phép theo dõi tín hiệu GPS tại trạm di động Rover, việc khởi đo và nhập các thông tin thuộc tính của trạm đo di động nh− tên điểm, độ cao ăng ten, code và các ghi chú khác. Sơ đồ l−ới GPS trạm Base Cali3 Cali1 Cali2 Hình II - 3 : Sơ đồ l−ới GPS trạm Base −u điểm của ph−ơng pháp này cho độ chính xác cao vài ba centimet khi các véc tơ Baseline nhỏ (d−ới 12 km), thời gian thực hiện một phép đo rất nhanh. Tuy nhiên điểm hạn chế là phạm vi đo hẹp, phải tiến hành khởi đo lại khi mất tín hiệu... II.3.2 Công nghệ GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo Virtual Reference StationVRT Đây là công nghệ mạnh, cho phép áp dụng trên phạm vi rộng lớn, cung cấp một hệ thống dữ liệu thống nhất phục vụ đa ngành, đa mục đích. Hy vọng công nghệ này sẽ đ−ợc áp dụng ở Việt Nam trong t−ơng lai gần. Để có thể khởi động đ−ợc công nghệ này đòi hỏi phải có sự đầu t− lớn về hệ thống thiết bị và các phần mềm ứng dụng. Nguyên lý hoạt động cơ bản của ph−ơng pháp nh− sau: - Trên phạm vi lãnh thổ hoặc khu vực tiến hành xây dựng mạng l−ới các trạm GPS hiệu năng cao. Các trạm của l−ới đ−ợc bố trí đều trên khoảng cách dài đến 300km. Các máy thu GPS trên các trạm tiến hành thu liên tục tín hiệu từ vệ tinh và truyền trực tiếp tới một modem; 47 Hình II - 4 : GPS động sử dụng trạm tham chiếu ảo - Các tín hiệu trên sau đó đ−ợc truyền tới Trung tâm xử lý dữ liệu d−ới dạng sóng radio. Trung tâm xử lý dữ liệu này có chức năng xử lý các tín hiệu trên về dạng các Tệp dữ liệu số. Thông qua Hệ thống phần mềm chuyên biệt, sẽ tạo ra một mô hình tập hợp các số cải chính về tầng điện ly, đối l−u, quỹ đạo bay của vệ tinh cho toàn bộ các trạm đo di động trên lãnh thổ hoặc khu vực; - Giả sử ta cần tiến hành đo chi tiết tại một khu vực nào đó, cần thiết phải thiết lập tối thiểu 3 trạm cơ sở Base gần nhất trong hoặc quanh khu đo. Sau đó tại trạm đo di động Rover trên khu vực cần đo tiến hành xác định toạ độ gần đúng của khu đo và gửi kết quả về trung tâm xử lý dữ liệu thông qua thiết bị modem đã đ−ợc ấn định sẵn trong hệ thống. - Căn cứ vào các dữ liệu nêu trên, Trung tâm xử lý dữ liệu sẽ tạo ra một trạm đo GPS cơ sở ảo. Công việc tiếp theo của công tác đo đạc sẽ giống nh− đo trong ph−ơng pháp GPS động sử dụng trị đo Phase. 48 49 - Do khoảng cách từ trạm cơ sở ảo Base đến các trạm đo di động Rover là khá ngắn và các số cải chính liên quan tới tầng điện ly, đối l−u và quỹ đạo bay của vệ tinh đ−ợc xử lý triệt để mà ph−ơng pháp này cho ta độ chính xác cao . - −u điểm của ph−ơng pháp là thời gian đo rất nhanh, độ chính xác xác định toạ độ và độ cao vị trí điểm di động cao và cho kết quả thuần nhất trên phạm vi rộng lớn. Nếu thiết lập hệ thống máy chủ và nối mạng internet thì hoàn toàn có thể cập nhật thông tin tức thời cho hệ thống GIS phục vụ đa ngành, đa mục đích. Trong đó chúng ta hoàn toàn có thể tích hợp với các loại dữ liệu viễn thám, dữ liệu bản đồ để thành lập các loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn, trong đó kể cả bản đồ ĐCCS. Tuy nhiên để đầu t− cho công nghệ này đòi hỏi phải có chi phí cao song hiệu ích của ph−ơng pháp là rất thuyết phục và hy vọng trong t−ơng lai gần sẽ đ−ợc đầu t− xứng đáng. II.4. Khảo sát kết qủa các trị đo GPS và giải pháp kết nối với hai công nghệ VT và GIS Qua khảo sát trên, kết quả các trị đo GPS đ−ợc thể hiện d−ới nhiều thể loại khác nhau nh− toạ độ không gian tuyệt đối; toạ độ mặt phẳng quy chiếu và độ cao trong hệ toạ độ VN-2000; các véc tơ Baselines hoặc biểu diễn d−ới dạng chiều dài cạnh không gian, góc ph−ơng vị của các cạnh đo giữa hai điểm GPS. Do vậy việc tổ chức l−u giữ các dữ liệu đo GPS có thể đ−ợc chuẩn hoá mặc định theo các dạng nêu trên tuỳ thuộc vào từng ph−ơng pháp đo và các phần mềm xử lý kết quả đo. Hiện nay các kết quả đo GPS khá nhiều từ các kết quả đo l−ới khống chế quốc gia, l−ới ĐCCS các tỉnh, l−ới đo điểm khống chế ảnh, l−ới tăng dày, l−ới đo điểm đo GPS cho điều vẽ chi tiết... Tổng số các điểm đo GPS này cỡ khoảng vài chục vạn điểm trên phạm vi cả n−ớc. Chúng ta hoàn toàn có thể tổ chức xây dựng CSDL các kết quả đo GPS để tái sử dụng trong các công việc đo đạc bản đồ tiếp theo . Trong khuôn khổ nghiên cứu cụ thể của đề tài này, nhóm các tác giả chỉ giới hạn ph−ơng pháp tổ chức CSDL l−u giữ kết quả đo GPS d−ới dạng toạ độ mặt phẳng quy chiếu và độ cao trong hệ toạ độ VN-2000. Ngoài ra cần thiết phải tổ chức l−u giữ thông tin thuộc tính ( ví dụ nh− ghi chú điểm, các mô tả về vị trí địa lý, mục đích của điểm đo GPS tại thời điểm tổ chức đo...). Với cách tổ chức l−u trữ dữ liệu đo GPS nh− vậy chúng ta hoàn toàn có thể đơn giản tổ chức kết nối với các dữ liệu viễn thám và các dữ liệu đồ hoạ trong CSDL quốc gia GIS. 50 Giải pháp kết nối có thể mô tả sơ l−ợc nh− sau: - Tìm kiếm tất cả các kết quả đo GPS trong CSDL l−u giữ kết quả đo GPS trong phạm vi khu vực cần khảo sát. Việc tìm kiếm này có thể thực hiện thông qua các ch−ơng trình ứng dụng. Việc xây dựng thuật toán và lập trình ứng dụng này khá đơn giản. - Thể hiện vị trí các điểm GPS này trên 1 file tab. bản đồ trong hệ toạ độ mà ta cần khảo sát (xem hình II-4). - Trong tập hợp con CSDL đo GPS này, trên cơ sở phân tích các thông tin thuộc tính, chúng ta tiến hành phân loại các điểm đo GPS và lựa chọn những điểm đo có khả năng sử dụng để kết nối với công việc tiếp theo. Những điểm đo GPS này có thể đ−ợc tái sử dụng để bổ sung điểm khống chế ảnh, kiểm tra chất l−ợng nắn chỉnh ảnh vệ tinh, tăng dày các điểm đo chi tiết, giải đoán điều vẽ nội nghiệp, xác định toạ độ chính xác các điểm đặc tr−ng của bản đồ... Kết luận qua nghiên cứu tại ch−ơng I và II - ảnh vệ tinh phân giải cao và siêu cao cho ta chất l−ợng hình học và quang học cao có thể đáp ứng độ chính xác hình học của địa vật trên ảnh và khả năng suy giải khá nhiều các đối t−ợng địa vật trên ảnh. Có thể áp dụng để giải đoán và điều vẽ nội nghiệp trong quá trình sản xuất bản đồ; - Cần thiết phải xây dựng CSDL quốc gia về dữ liệu đo GPS trong CSDL quốc gia về GIS do số l−ợng các kết quả đo ngày càng lớn, mục đích đo đa dạng và hoàn toàn có thể tận dụng để tích hợp vào các loại sản phẩm đo đạc bản đồ khác; - Có thể tận dụng các loại sản phẩm bản đồ địa hình, bản đồ ĐCCS trong CSDL GIS và LIS để tích hợp trong công tác thành lập một số loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ lớn. 51 ch−ơng III : Nghiên cứu một số giải pháp tích hợp công nghệ VT, GIS, LIS và GPS để thành lập BảN đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 và 1/5000. III.1. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh SPOT-5 để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/10000 Cho đến nay chúng ta đã áp dụng thành công việc sử dụng ảnh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m chụp năm 2003-2004 để hiện chỉnh các loại bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1/10000. Trong đó đặc biệt là xây dựng khối bản đồ nền ảnh vệ tinh tỷ lệ 1/10000 và 1/5000 cấp xã phục vụ đắc lực cho công tác tổng kiểm kê đất đai hàng năm. Trong đợt Tổng kiểm kê đất đai năm 2005 chúng ta đã thành lập đ−ợc 1.300 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/10000 cho 1300 xã và đã hỗ trợ đắc lực cho công tác kiểm kê đất đai. Bình đồ ảnh 1/10000 thành lập ở mức nắn 3 (trực ảnh), mode P + XS màu tự nhiên; nắn chỉnh ảnh số thực hiện trên trạm Spacemat với các phần mềm Mac 330, Frech 3.01, Mapix, Delta Multi, Geoview, photoshop 6.0, Freehand 10.0. Qua thực tế áp dụng ảnh vệ tinh SPOT-5 cho thấy thế mạnh là độ chính xác hình học của địa vật trên ảnh khá tốt và khả năng suy giải đ−ợc khá nhiều các đối t−ợng điạ vật trên ảnh. Tuy nhiên phải thừa nhận rằng một trong những hạn chế của ảnh vệ tinh nói chung và ảnh SPOT-5 nói riêng là khả năng đo vẽ địa hình dáng đất đối với tỷ lệ vừa và lớn. Song đối với đa số các thể loại bản đồ chuyên đề thì yêu cầu độ chính xác về địa hình đòi hỏi chỉ ở mức độ không cao lắm. Trong đó kể cả bản đồ ĐCCS. Do đó nếu tích hợp các yếu tố địa hình từ các CSDL quốc gia từ công nghệ GIS thì vấn đề thành lập bản đồ ĐCCS sẽ trở nên rõ nét hơn. 1/ Lập mô hình số địa hình Theo quy phạm hiện hành [13], việc lập mô hình số địa hình đ−ợc tiến hành dựa trên t− liệu bản đồ địa hình dạng số tỉ lệ 1:25 000 trong hệ toạ độ VN-2000 với khoảng cao đều đ−ờng bình độ cơ bản là 5 m hoặc 10 m. - Những khu vực thiếu bản đồ số 1:25 000, sử dụng bản đồ số 1/50000 VN-2000 để thành lập. Các sai số tính toán mô hình số địa hình bảo đảm về mặt phẳng ≤ 0,2 mm trên bản đồ, về độ cao ≤ 1/2 khoảng cao đều đ−ờng bình độ cơ bản. 2/ Chọn điểm nắn ảnh, tính toán mô hình Tính toán mô hình: Sai số tại các điểm nắn ảnh không v−ợt quá 0,4 mm theo tỷ lệ bình đồ, tại các điểm kiểm tra không v−ợt quá 0,5 mm. Đối với vùng đồi, núi cao và những vùng phải sử dụng mô hình số địa hình tính từ bản đồ tỷ lệ 1/50000 các sai số trên cho phép tăng 2,5 lần [13]. 3/ Nắn, ghép cảnh, xử lý phổ Sau khi chọn điểm, tính toán mô hình tiến hành nắn ảnh theo trình nắn 3 chiều trong hệ qui chiếu VN-2000 múi chiếu 6o kinh tuyến trung −ơng. Nắn ảnh Pan và ảnh XS để tạo Mode ảnh P + XS; Sai số nắn ảnh tại các điểm nắn ≤ 0,4 mm, tại các điểm kiểm tra ≤ 0,5 mm Đối với vùng đồi, núi cao và những vùng phải sử dụng mô hình số địa hình tính từ bản đồ tỷ lệ 1/50000 các sai số trên cho phép tăng 2,5 lần. Tạo ảnh Mode P + XS: - Resampling ảnh XS tạo kích th−ớc Pixel 2,5 m ì 2,5 m; - Kiểm tra chập ảnh XS lên ảnh P. Sai số cho phép là ≤ 1 Pixel; Chú ý: ảnh P ở đây là ảnh gốc chuẩn nên không bao giờ đ−ợc xê dịch toạ độ. - Khi hai ảnh P và XS đồng cảnh (cùng thời gian chụp, cùng góc chụp) thì việc chập hai ảnh là khá dễ dàng và chính xác. - Các kênh phổ trộn đ−ợc tính theo công thức sau: 2P * XS1 PXS1 = XS1 + XS2 2P * XS2 PXS2 = XS1 + XS2 PXS3 = αP + (1-α)XS3 ở đây α ∈[0,1]. Th−ờng th−ờng α = 0 => PXS3 =XS3 Tuỳ theo đặc thù về thời tiết, vùng chụp ảnh hệ số α có thể lấy từ 0.1 ữ 1.0 52 - Các kênh phổ hoặc có thể tính theo công thức: 3P * XS1 PXS1= XS1+XS2+XS3 53 3P * XS2 PXS2= XS1+XS2+XS3 3P * XS3 PXS3= XS1+XS2+XS3 - Tr−ớc khi cắt mảnh phải tiến hành ghép cảnh, xử lý sai số tiếp biên về mặt phẳng cũng nh− tông sắc ảnh. Sai số tiếp biên hình ảnh địa vật phải ≤ 0,6 mm theo tỷ lệ bình đồ thành lập ở vùng đồng bằng, ở vùng đồi núi ≤ 1,5 mm - Xử lý phổ để tăng c−ờng chất l−ợng ảnh, màu ảnh theo ph−ơng án màu tự nhiên. Bảo đảm tông sắc ảnh đều, màu sắc t−ơng phản rõ ràng, các thông tin của ảnh đ−ợc biểu thị một cách chi tiết nhất. Bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/10000 là bản vẽ gốc các yếu tố nội dung bản đồ địa chính theo hiện trạng ở thực địa và th−ờng đ−ợc áp dụng bằng các ph−ơng pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa hoặc bằng các ph−ơng pháp sử dụng ảnh kết hợp với đo vẽ bổ sung ở thực địa hoặc bằng ph−ơng pháp biên vẽ từ bản đồ địa hình cùng tỷ lệ đã có. Bản đồ gốc đo vẽ đ−ợc đo vẽ kín ranh giới hành chính và kín khung, mảnh bản đồ theo quy định và là tài liệu cơ bản để biên tập, biên vẽ thành bản đồ địa chính theo đơn vị hành chính cấp xã. III.2. Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh QuickBird để thành lập bản đồ địa chính cơ sở tỷ lệ 1/5000 III.2.1 Những đặc tr−ng cơ bản của ảnh vệ tinh QuickBird. QuickBird là vệ tinh quang học theo nguyên lý quét ảnh có độ phân giải siêu cao. ảnh thu đ−ợc qua hệ thống các máy quét quang-điện tử có các bộ cảm biến thu chụp (sensor). 54 Hiện nay ảnh th−ơng mại có thể cung cấp đ−ợc cho khách hàng theo các đơn đặt hàng d−ới dạng sản phẩm ảnh. Các sản phẩm ảnh có thể đ−ợc xử lý theo các mức (các bậc) khác nhau, phân loại tùy theo các nhà cung cấp. Sau đây là các sản phẩm ảnh của một số loại ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao phổ biến hiện nay. ảnh QuickBird có 3 bậc sản phẩm t−ơng ứng với 3 mức xử lý nh− sau: sản phẩm ảnh cơ sở Basic, sản phẩm ảnh chuẩn Standard và sản phẩm ảnh trực giao Ortho-rectified. Các ảnh toàn sắc đ−ợc thu chụp trong định dạng 11-bit (2048 bậc độ xám), và đ−ợc phân phối (cho khách hàng) ở định dạng 16-bit để phục vụ cho mục đích giải đoán ảnh cấp cao hơn, hoặc ở định dạng 8-bit phục vụ cho các ứng dụng bản đồ và GIS. Qua thực nghiệm để kiểm tra khả năng phân biệt và giải đoán các đối t−ợng trên ảnh có độ phân giải trong khoảng 0,6 m ữ 1 m, ta có nhận xét nh− sau: - Những vùng ảnh có độ t−ơng phản cao, có thể phân biệt và giải đoán những đối t−ợng có kích th−ớc 3m ữ 5m, nh− các nhà, kho, các bãi trống, bờ thửa vừa và lớn.... - Những vùng có độ t−ơng phản thấp, có thể phân biệt và giải đoán đ−ợc những đối t−ợng có kích th−ớc 3m ữ 6m, nh− các điểm giao nhau của các m−ơng máng, sông suối, các điểm đỗ xe.... - Những vùng có độ t−ơng phản cao, có thể phân biệt và giải đoán đ−ợc những đối t−ợng có độ rộng 1 m nh− các vạch sơn phân cách các làn đ−ờng, các điểm đánh dấu trên đ−ờng, ô thửa nhỏ.... - Những vùng có độ t−ơng phản thấp, có thể phân biệt và giải đoán đ−ợc những đối t−ợng có độ rộng từ 1m ữ 1,5m nh− đ−ờng mòn. Theo báo cáo kết quả nghiên cứu đã đ−ợc công bố [14], hầu hết các đối t−ợng địa vật cần thể hiện trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5000 đều có thể nhận biết đ−ợc, tuy nhiên mức độ rõ nét khác nhau, đặc biệt là sau khi áp dụng kỹ thuật trộn ảnh (fusion, hoặc pan-sharpened), khả năng phân biệt các đối t−ợng đặc tr−ng đã đ−ợc cải thiện hơn nữa. D−ới đây đề xuất một số giải pháp chủ yếu áp dụng ảnh QuickBird lực phân giải siêu cao để thành lập bản đồ ĐCCS tỷ lệ 1/5000: 1/ Trong thực tế sản xuất thành lập bản đồ theo ph−ơng pháp đo vẽ ảnh cần tiến hành công tác điều vẽ và đo vẽ bổ sung thực địa. Tr−ớc tiên cần xử lý sơ bộ ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao sau đó in ra với tỷ lệ gần đúng với tỷ lệ 1:5000 để phục vụ công tác đo khống chế và điều vẽ, đo vẽ bổ sung thực địa. Hình III - 1 : Khả năng giải đoán ảnh vệ tinh QuickBird lực phân giải siêu cao 2/ Trên nền ảnh mầu, ng−ời sử dụng sẽ dễ dàng nhận biết đối t−ợng hơn so với ảnh hàng không đen trắng khi đo đạc giải đoán nội nghiệp cũng nh− ngoại nghiệp. Qua khảo sát thực nghiệm, nội dung thông tin trên ảnh vệ tinh QuickBird độ phân giải siêu cao hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/5000. III.2.2 Các ph−ơng pháp nắn ảnh lực phân giải siêu cao [10] Lựa chọn mô hình toán học Trong khuôn khổ của đề tài này, việc lựa chọn mô hình toán học để khôi phục mô hình hình học của cảnh ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao đ−ợc xác định theo từng cảnh đơn. Với ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao chụp vùng bằng phẳng có thể áp dụng nhiều ph−ơng pháp bình sai mô hình cảnh ảnh theo các mô hình toán học khác nhau nh−: (1). Mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp DLT; (2). Mô hình chuyển đổi phép chiếu xuyên tâm PT bậc 1; (3). Mô hình hàm đa thức bậc 1, hoặc bậc 2; (4). Mô hình phép biến đổi affine; 55 (5). Mô hình các hệ số hàm số hữu tỷ RPC đ−ợc cung cấp cùng dữ liệu ảnh; (6). Mô hình tham số. 1. Mô hình hàm đa thức Mô hình hàm đa thức đ−ợc sử dụng trong việc tính chuyển giữa tọa độ ảnh và tọa độ đối t−ợng thể hiện ở các bậc khác nhau của đa thức dựa trên sai số méo hình của ảnh, số l−ợng các điểm khống chế mặt đất và dạng địa hình. Dạng tổng quát của các mô hình đa thức 2D đa thức bậc 3 nh− sau: ⎪⎩ ⎪⎨⎧ +++++++++= +++++++++= 3 9 3 8 2 7 2 6 2 5 2 43210 3 9 3 8 2 7 2 6 2 5 2 43210 YbXbXYbYXbYbXbXYbYbXbby YaXaXYaYXaYaXaXYaYaXaax Trong đó: ▫ x, y là tọa độ điểm ảnh; ▫ X, Y là tọa độ điểm mặt đất t−ơng ứng; ▫ ai, bi là các hệ số của đa thức (i = 0 ữ 9, tùy theo bậc của đa thức đ−ợc áp dụng). Đa thức 3D bậc 3 có dạng sau: 2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2 2 2 2 2 10 11 12 13 14 15 3 3 3 16 17 18 19 2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2 2 2 2 10 11 12 13 14 x a a X a Y a Z a XY a XZ a YZ a X a Y a Z a X Y a X Z a Y X a Y Z a Z X a Z Y a X a Y a Z a XYZ y b b X b Y b Z b XY b XZ b YZ b X b Y b Z b X Y b X Z b Y X b Y Z b Z X b = + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + = + + + + + + + + + + + + + + + + 215 3 3 3 16 17 18 19 Z Y b X b Y b Z b XYZ ⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪ +⎪⎪+ + + +⎩ Mô hình đa thức 3D sử dụng thêm các giá trị độ cao Z của các điểm khống chế mặt đất với các hệ số bổ sung mới. 2. Mô hình affine-3D a). Mô hình affine-3D Mô hình affine 3D đ−ợc biểu diễn nh− sau: ⎩⎨ ⎧ +++= +++= 8765 4321 aZaYaXay aZaYaXax iiii iiii Trong đó: ▫ Các hệ số aj (j = 1ữ 8) thể hiện các sai số méo hình về góc xoay (3 yếu tố góc xoay), chuyển dịch (2 yếu tố), tỷ lệ không đồng nhất và nghiêng xiên (3 yếu tố). ▫ x, y là tọa độ hàng và cột của điểm ảnh (pixel) ▫ X, Y, Z là tọa độ trong không gian đối t−ợng của điểm t−ơng ứng. 56 b) Mô hình affine-3D hiệu chỉnh nghiêng xiên thực hiện qua các b−ớc nh− sau:  Các điểm khống chế mặt đất đ−ợc chiếu trên một mặt chuẩn có độ cao xác định. Tọa độ mặt phẳng X và Y đ−ợc hiệu chỉnh: )tan( )sin( e aZiXi ∆−=∆ )tan( )cos( e aZiYi ∆−=∆ Trong đó: ▫ 0ZZZ ii −=∆ với Zi là độ cao của điểm mặt đất i; Z0 là độ cao mặt chuẩn tham chiếu; ▫ (a) là góc ph−ơng vị của bộ cảm biến; ▫ (e) là góc độ cao của bộ cảm biến;  Có 8 tham số chuyển đổi affine từ mặt chuẩn sang hệ tọa độ pixel của mỗi tấm ảnh: x 4321 aZaYaXa 57 Trong đó: iiii +−+= 8765 aZaYaXay iiii +−+= [ ] )tan( )cos(.)sin(. 21 3 e aaaaa += [ ] )tan( )cos(.)sin(. 65 7 e aaaaa +=  Để tính chuyển tọa độ cho 2 hay nhiều tấm ảnh từ hệ tọa độ pixel sang tọa độ mặt đất 3D qua phép giao hội theo ph−ơng pháp bình ph−ơng nhỏ nhất. 3. Mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp Mô hình chuyển đổi tuyến tính trực tiếp – DLT (Direct Linear Transformation) có dạng sau: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ +++ +++= +++ +++= 1 1 11109 8765 11109 4321 ZaYaXa aZaYaXay ZaYaXa aZaYaXax Mô hình DLT xác định 11 ẩn số là các hệ số ai (i=1ữ11). Để nâng cao độ chính xác mô hình DLT đ−ợc đ−a thêm một thông số nữa, đ−ợc gọi là mô hình DLT chặt chẽ, hay mô hình DLT tự kiểm định: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ +++ +++= ++++ +++= 1 1 11109 8765 12 11109 4321 ZaYaXa aZaYaXab XYa ZaYaXa aZaYaXax 4. Mô hình chuyển đổi phép chiếu Mô hình phép chiếu - PT (Projective Transform) 2D, trong mô hình này có 8 tham số cần xác định: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ ++ ++= ++ ++= 1 1 21 321 21 321 YcXc bYbXby YcXc aYaXax Trong đó: ▫ x, y là tọa độ điểm ảnh; ▫ X, Y là tọa độ điểm mặt đất t−ơng ứng; ▫ a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2 là các tham số của mô hình chuyển đổi phép chiếu. 5. Mô hình tham số Mô hình tham số (Parametric method), là quan hệ giữa không gian đối t−ợng và không gian ảnh. Các mô hình tham số sẽ cho kết quả tốt hơn những mô hình không tham số, và đòi hỏi số l−ợng điểm khống chế mặt đất ít hơn trong việc xác định các tham số ch−a biết. Đối với ảnh vệ tinh QuickBird, sản phẩm ảnh Cơ sở đ−ợc công ty Digital Globe cung cấp tất cả các dữ liệu cần thiết chặt chẽ. 6. Mô hình hàm hữu tỷ Mô hình hàm hữu tỷ