Đại học quốc gia hà nội trờng Đại học khoa học tự nhiên khoa địa lý Hà nhật bình Thành lập đồ 3d tỷ lệ lớn sở kết hợp công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa lý đồ số Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám Hệ thông tin địa lý M số: 60.44.76 Luận văn thạc sĩ khoa học Ngời hớng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Trần Cầu Hà Nội - 2011 Mở đầu Trong nhng nm gn õy, cỏc cụng ngh mi phỏt trin nhanh chúng, mnh m nh cụng ngh bn s, cụng ngh vin v cụng ngh GIS , cỏc d liu khụng gian cú th c hin th lp th theo khụng gian chiu (3D), ỏp ng nhu cu ngy cng a dng ca ngi s dng Ngnh Bn t hỡnh thnh v phỏt trin, n nhng nm 90 ca th k 20 ch mi xõy dng cỏc phng phỏp hin th cỏc d liu khụng gian mụi trng hai chiu Mt cõu hi c t l: Ngnh Bn cú th khai thỏc li th ca cỏc cụng ngh mi GIS, RS v bn s khụng v khai thỏc nh th no ? Ngy nay, cụng ngh thụng tin phỏt trin mnh, thõm nhp vo hu ht cỏc ngnh khoa hc v thc tin, trc xu th ton cu húa, vic sn xut nhng dng bn mi cung cp kp thi nhng thụng tin cn thit theo lónh th a lý, mụ phng c cnh quan chung nh cỏc dng bn 3D, giỳp cho cỏc nh hoch nh chớnh sỏch ca mi Quc gia cú c s xõy dng nhng chin lc phỏt trin bn vng v nhng quyt sỏch c lp xu th chung ca ton Th gii Vic ng dng rng rói cỏc cụng ngh mi, c bit l cụng ngh thụng tin thnh lp bn ó c thc hin nhiu nc trờn th gii Ngnh Bn cỏc nc ang hng n hai loi bn tiờn tin l bn 3D v bn ng Bn 3D t l ln vi cỏc nhúm ni dung, chi tit khỏc phc v cho cỏc mc ớch du lch, quy hoch v d bỏo phỏt trin tng lai cng ó tr thnh thng phm thng gp ti nhiu nc phỏt trin Mụ hỡnh d liu, phng phỏp thnh lp, khuụn dng s liu cng rt a dng ph thuc vo cỏc cụng ngh sn cú tng trng hp Xut phỏt t tỡnh hỡnh thc t ú, cn nghiờn cu mt cỏch tng quỏt v ton din v vic thnh lp bn 3D t l ln trờn c s kt hp cụng ngh Bn s, Vin v H thụng tin a lý, nhm mc ớch thit lp quy trỡnh cụng ngh liờn hon t d liu c a vo n xut d liu thnh lp bn v chun d liu cho h thng Thụng tin a lý Tuy nhiờn, õy l mt cụng vic ln, ũi hi nhiu thi gian, cụng sc v c s vt cht, nờn khong thi gian ngn khụng th nghiờn cu, gii quyt c tt c cỏc liờn quan n cỏc th loi bn 3D v bn ng ti: Thnh lp bn 3D t l ln trờn c s kt hp cụng ngh Vin thỏm, H thụng tin a lý v Bn s c chn, thc hin, nhm xõy dng mt mnh bn th nghim Nhng kt qu nghiờn cu ny cng cú th ng dng cho cỏc lnh vc khoa hc, kinh t hoc cho mc ớch giỏo dc, du lch v quõn s Chơng C S Lí LUN V PHNG PHP NGHIấN CU 1.1 BN S V CU TRC D LIU BN S [7,12]] 1.1.1 Khỏi nim Bn s l h thng cỏc thụng tin v yu t a hỡnh, cỏc i tng, hin tng a lý c mó hoỏ v lu dng s (to x, y, cao h, v cỏc s liu thuc tớnh), trờn cỏc phng tin k thut s m mỏy tớnh cú th c c (bng t, a t, a CD, a cng, cỏc thit b lu tr giao tip bng cng USB) Ta ch cú th nhỡn thy hỡnh nh ca nú (dng tng t) nú c in trờn giy, hay th hin trờn trờn cỏc phng tin hin th khỏc nh mn hỡnh mỏy tớnh, mng mỏy tớnh in giy (hoc vt liu phng), ta c bn truyn thng; hin trờn mn hỡnh mỏy tớnh thỡ gi l bn in t (hoc bn mn hỡnh) s dng v lm vic vi bn s, phi cú mỏy tớnh in t v cỏc thit b liờn quan, cú cỏc phn mm (chng trỡnh) mỏy tớnh v phn mm bn chuyờn dng Mc y thụng tin v ni dung v chớnh xỏc cỏc yu t bn s hon ton ging nh bn truyn thng, chỳng phi ỏp ng c cỏc yờu cu v tiờu chun bn Bn 3D: Cú mt s nh bn hc ó nờu nh ngha bn 3D, nhiờn mi nh ngha u mang tớnh cht tham kho Tuy nhiờn, theo nhn thc ca tỏc gi thỡ cú th hiu khỏi nim bn 3D nh sau: Bn 3D, trc ht phi l bn , phi tha y cỏc c trng bn cht ca bn ; mt khỏc, bn 3D l mụ hỡnh s th hin cỏc i tng nghiờn cu (a hỡnh, a vt) h quy chiu khụng gian vi mc ký hiu húa v khỏi quỏt húa khỏc tựy theo mc ớch s dng, c th hin y c chiu x, y, h ca i tng theo c trng khụng gian ca chỳng 1.1.2 c im chớnh Bn s trc ht l bn , cú y cỏc c im c trng ca bn truyn thng, nh: - Bn l hỡnh nh thu nh ca mt phn hay ton b b mt Trỏi t, trờn c s toỏn hc xỏc nh, bao gm: t l, phộp chiu, b cc bn v sai s bin dng ca bn tựy theo phộp chiu c la chn - Cỏc i tng v hin tng (ni dung bn ) c biu th theo mt phng phỏp la chn v khỏi quỏt nht nh (tng quỏt hoỏ bn ) - Cỏc i tng v hin tng c biu th bng ngụn ng bn Ngoi ra, bn s cũn cú mt s c im riờng nh: - Mi thụng tin ca bn s c ghi dng s (mó nh phõn - binary) - Thụng tin ca bn s c cu trỳc theo kiu raster hoc vector, cú kốm theo topology, t chc thnh cỏc file bn riờng, hoc liờn kt thnh th mc, c lu h thng mỏy tớnh hoc thit b ghi thụng tin cú kh nng c bng mỏy tớnh - Ngoi thụng tin ha, bn s cũn cha ng nhng d liu m bn truyn thng khụng liờn kt trc tip c - Khi lng d liu ln hn - T l ca bn s mang tớnh iu kin 1.1.3 Tớnh cht ca bn s Bn s cú nhiu tớnh cht u vit hn bn truyn thng: - Tớnh trc quan - Tớnh y - Cu trỳc Bn s cú tớnh chun hoỏ cao - Tớnh linh hot - S dng bn s rt tin li 1.1.4 Cu trỳc d liu ca bn s Thụng tin v cỏc i tng, hin tng a lý lu tr mỏy tớnh phi c cu to cht ch tuõn theo nhng nguyờn tc nht nh, phự hp vi nguyờn lý s ca mỏy tớnh Cu to ú c gi l cu trỳc d liu Cú hai dng cu trỳc d liu ca bn s l: cu trỳc raster v cu trỳc vector - Cu trỳc raster: - Cu trỳc raster phõn chia b mt khụng gian thnh nhng phn t nh bng nhau, theo mt li iu hũa (grid) gm cỏc hng v ct, tớnh theo th t bt u t nh phớa trỏi - Nhng phn t nh ny c gi l cell (pixell), mi phn t mang mt giỏ tr n gm giỏ tr s hng, s ct trờn li iu hũa v tụng mu Mt mt phng cha y cell to thnh raster Cu trỳc vector: Vector l i lng bin thiờn cú ln v cú hng, v cú th phõn tớch thnh cỏc hp phn Cu trỳc vector mụ t v trớ ca cỏc i tng khụng gian bng ta cựng kt cu hỡnh hc gm ng nột, cnh, mt, v quan h gia chỳng - So sỏnh cu trỳc raster v vertor: u im ch yu ca cu trỳc raster l cho phộp thc hin nhanh, gn nh t ng quỏ trỡnh nhp d liu bng mỏy quột (scaner) Cu trỳc s liu n gin Chng ghộp d dng Cụng ngh n gin r tin, d phỏt trin Nhc im: Kớch thc ca tin (File) ln, nu gim kớch thc tin, thỡ phõn gii ca nh s gim i, dn n mt thụng tin Bn raster xu hn so vi bn vector ph thuc vo kớch thc pixel Cu trỳc vector cú kớch thc d liu nh hn v d thao tỏc, d x lý hn phn ln cỏc trng hp Cu trỳc vector cú chớnh xỏc ho cao, cú th truy cp, thay i cp nht thuc tớnh d dng Nhc im: thng khú nhp d liu mt cỏch t ng nh raster Thng cu trỳc raster c dựng bo qun d liu gc, nh d liu nh, bn c Cu trỳc vector c s dng rng rói hn lu tr thụng tin bn mi c tớnh mm ca nú Thc t, cú th s dng phi hp c hai loi cu trỳc trờn - Topology: l thuc tớnh khụng gian ca i tng Nú phn ỏnh cỏc mi quan h gia cỏc i tng hoc cỏc thnh phn ca chỳng khụng gian, vớ d, hai i tng nm bờn trỏi, bờn phi, hay ph 1.2 CễNG NGH VIN THM, C IM CA T LIU VIN THM, KH NNG KHAI THC T LIU VIN THM TRONG THNH LP BN 3D 1.2.1 Tng quan v t liu vin Trờn thc t, cú nhiu nh ngha v Vin Cú th nh ngha Vin nh sau: Vin l mt khoa hc v l mt cụng ngh nghiờn cu cỏc thụng tin thu nhn c thụng qua phõn tớch cỏc d liu nhn c bng cỏc cụng c k thut m khụng tip xỳc trc tip vi i tng, mt vựng hay mt hin tng t nhiờn hay dõn c, kinh t Mc dự cú rt nhiu nh ngha khỏc v Vin thỏm, nhng mi nh ngha u cú nột chung, nhn mnh "Vin l khoa hc thu nhn v x lý thụng tin v cỏc i tng, hin tng trờn Trỏi t t xa m khụng tip xỳc trc tip vi chỳng" Thụng tin vin thu nhn c nh cỏc cụng c, thit b khỏc t mt khong cỏch nht nh i vi i tng nghiờn cu thụng qua nng lng in t phn x t b mt Trỏi t Cỏc tớnh cht ca vt th cú c xỏc nh thụng qua cỏc nng lng bc x hoc phn x t vt th Vin l mt cụng ngh nhm xỏc nh v nhn bit i tng hoc cỏc iu kin mụi trng thụng qua nhng c trng riờng v phn x v bc x Tt c cỏc vt th u phn x, hp th, phõn tỏch v bc x súng in t bng cỏc cỏch thc khỏc v cỏc c trng ny thng c gi l c trng ph Vin cú th c phõn thnh loi c bn theo bc súng s dng: Vin di súng nhỡn thy v hng ngoi Vin hng ngoi nhit Vin siờu cao tn Trong vin siờu cao tn, hai loi k thut ch ng v b ng u c ỏp dng Vin siờu cao tn b ng thỡ bc x siờu cao tn chớnh vt th phỏt c mỏy thu ghi li; vin siờu cao tn ch ng li thu nhng bc x, tỏn x hoc phn x t vt th sau c phỏt t cỏc mỏy phỏt t trờn vt mang Nhỡn chung, k thut ch ng c ng dng nhiu v cho hiu qu cao bi l iu kin quan trc khụng b gii hn bi iu kin khụng mõy ca khớ quyn Tuy nhiờn vic gii oỏn cũn nhiu khú khn bi l nhng thụng tin thu c phn nh ch yu trng thỏi cu trỳc vt lý b mt ca i tng ch khụng liờn quan nhiu ti thnh phn vt cht ca i tng Theo thit b mang cú th chia t liu vin thnh hai loi ch yu * Vin hng khụng Trong vin hng khụng, cỏc b cm thu chp thng ng hoc cnh sn, c lp t trờn mỏy bay chp nh mt t u im chớnh ca nh chp t mỏy bay so vi nh chp t v tr l lc phõn gii khụng gian ca hỡnh nh (20 cm hoc hn th na) Nhc im l din tớch chp nh v giỏ thnh cao tớnh trờn n v din tớch nh mỏy bay thng chp theo phi v cũn nh chp t v tr cho phộp theo dừi thng xuyờn b mt mt t nh mỏy bay tng t, bng ghi hỡnh, nh s thng c s dng vin hng khụng nh tng t cú phõn gii rt cao Gii oỏn nh hng khụng tng t cn cú cỏc chuyờn gia gii oỏn nh cú th c quột x lý v phõn tớch di dng s bng cỏc phn mm chuyờn dng nh s cho phộp chuyn thi gian thc (real-time) t thit b chp (sensors) v trm thu trờn mt t nh s cho phộp phõn tớch v gii oỏn trờn mỏy tớnh * Vin v tr Trong vin v tr, cỏc thit b thu chp c lp trờn cỏc v tinh nhõn to hoc tu v tr Hin ti cú nhiu v tinh vin bay quanh Trỏi t Mt s u im: bao ph ln; thu chp lp cựng mt din tớch; nh vo cỏc sensor vụ tuyn nh v o nh cỏc i tng mt t; x lý v phõn tớch bỏn t ng; giỏ thnh khỏ r trờn mt n v din tớch 1.2.2 X lý thụng tin vin v kh nng khai thỏc t liu vin thnh lp bn 3D X lý thụng tin vin v kh nng khai thỏc t liu vin thnh lp bn 3D l mt nhng khõu quan trng nht ca k thut vin Mt nhng c s ca vic x lý thụng tin vin l nhng c im ph phn x ca cỏc i tng t nhiờn Mt bc nh l hỡnh nh c ghi li mt thi im nht nh, bc súng nht nh, ú, s tng tỏc gia cỏc cht húa hc nhy cm vi ỏnh sỏng trờn phim chp Cỏc hỡnh nh ny c mụ t di dng cỏc c tớnh ch yu, nhng tớnh cht thụng thng ú l: t l, sỏng v tụng nh, tng phn, phõn gii V gii oỏn nh, cú bc: c nh nhn dng nh (vựng nỳi, rng, sụng, h), phõn tớch nh, v ỏnh giỏ nh Cỏc yu t cn gii oỏn nh bao gm: dng nh, kớch thc nh, búng nh, tụng nh, mu nh, kin trỳc nh v tn sut bin i tụng trờn nh 1.3 C IM CA CễNG NGH GIS, VAI TRề CHC NNG CA GIS 1.3.1 nh ngha v GIS - ó cú rt nhiu nh ngha v GIS xut phỏt t nhng bi cnh, mc ớch s dng hoc quan im khoa hc khỏc nh ngha ca hóng ESRI cú tớnh khỏi quỏt hn, c s dng ph bin hn c:GIS l mt hp cú t chc bao gm phn cng, phn mm mỏy tớnh, d liu a lý v ngi, c thit k nhm mc ớch nm bt, lu tr, cp nht, iu khin, phõn tớch v kt xut tt c nhng dng thụng tin liờn quan n v trớ a lý 1.3.2 Cỏc thnh phn c bn ca GIS GIS c kt hp bi thnh phn chớnh: ngi, phn cng, phn mm, c s d liu v quy trỡnh Chuyờn gia: Cú th coi thnh phn quan trng nht mt h GIS l ngi Cụng ngh GIS s khụng phỏt huy c tỏc dng v giỏ tr ca nú nu khụng cú ngi tham gia qun lý h thng v phỏt trin nhng ng dng GIS thc t Ngi s dng GIS l nhng chuyờn gia k thut, ngi thit k v trỡ h thng hoc nhng ngi dựng GIS gii quyt cỏc nhim v nghiờn cu, thc hin cỏc cỏc mc tiờu nghiờn cu ca h * Phn cng: V c bn, h thng thit b phn cng ca mt h GIS bao gm cỏc phn chớnh l: b x lý trung tõm (CPU); cỏc thit b u vo nh bn s hoỏ, mỏy quột, cỏc thit b thu nhn thụng tin in t; cỏc thit b lu tr, hin th nh thit b ghi ngoi, mn hỡnh, mỏy v Phn cng ca h thng thụng tin a lý c xem nh l phn c nh m bng mt thng ta cú th d dng thy c Cỏc thit b ny cng ht sc a dng v kớch c, kiu dỏng, tc v phõn gii cỏc hóng khỏc sn xut, chỳng c kt ni vi mỏy tớnh thc hin vic nhp v xut d liu * Phn mm: phn mm GIS rt a dng v phong phỳ cỏc hóng khỏc sn xut Cỏc phn mm GIS cú th ging chc nng song khỏc v tờn gi, h iu hnh hay mụi trng hot ng, giao din, khuụn dng d liu khụng gian v h qun tr c s d liu Theo thi gian, phn mm GIS ó phỏt trin ngy cng thõn thin vi ngi dựng, ton din v chc nng v cú kh nng qun lý d liu rt hiu qu Tuy nhiờn, s tng mnh s ngi bỏn cng nh nng lc ca GIS ó khin cho s la chn phn mm GIS tr thnh mt quyt nh khụng n gin la chn phn mm mt cỏch hp lý * C s d liu: Phn d liu GIS bao gm d liu khụng gian v thuc tớnh (phi khụng gian) D liu khụng gian l d liu v v trớ ca cỏc i tng trờn mt t theo mt h quy chiu xỏc nh Nú cú th c biu din di dng cỏc ụ li hay cỏc cp ta hoc c hai, tu thuc vo kh nng ca tng phn mm c th D liu phi khụng gian l d liu thuc tớnh hay d liu mụ t cỏc i tng a lý D liu thuc tớnh thng c trỡnh by di dng bng S kt ni gia d liu khụng gian v d liu phi khụng gian GIS l c s xỏc nh chớnh xỏc cỏc i tng a lý v thc hin phõn tớch tng hp GIS * Quy trỡnh (phng phỏp): Mt h GIS thnh cụng theo khớa cnh thit k v lut thng mi l c mụ phng v thc thi nht cho mi t chc thnh cụng, mt h GIS phi nm mt khung t chc thớch hp GIS c hnh 10 Hỡnh 2.3 Qui trỡnh cụng ngh thnh lp mụ hỡnh a hỡnh 3D t cỏc ngun nh vin 2.2 KH NNG P NG CA T LIU VIN THM TH HIN CC I TNG A Lí TRấN BN 3D T L LN Cn phi khng nh rng, nhng thnh cụng ng dng Vin cú tiờn l tng hp ca hai yu t: ngun ti liu a dng, cú liờn h cht ch vi v quỏ trỡnh phõn tớch x lý nhng ti liu ú Nguyờn tc chung: Tng hp li, cú th khỏi quỏt mt s ng dng thnh cụng ca Vin theo nguyờn tc sau: - Xỏc nh rừ cỏc nhim v cn gii quyt - Xỏc nh nhng m Vin cú th ỏp ng c - Phõn tớch nhng t liu Vin xem cú ỏp ng c nhim v cn gii quyt khụng - Xỏc nh ngun ti liu tham kho xem cú ỏp ng c nhim v cn gii quyt hay khụng - Xỏc nh quỏ trỡnh thc hin thc hin nhim v t cho cụng tỏc nghiờn cu - Xỏc nh cỏc ch tiờu nh lng cn t c quỏ trỡnh phõn tớch x lý thụng tin Mun cho vic s dng vin ỏp ng c cỏc nhim v t ra, ngun t liu vin phi m bo y cỏc yờu cu sau: - T liu a ph: cỏc tớn hiu ph v i tng phi c ghi nhn di dng a ph, nhiu band ph s cú c nhiu thụng tin v i tng - T liu a thi gian: t liu thu c nhiu thi im khỏc mt nm hoc nhiu nm - T liu nhiu tng: cú nhiu t liu khỏc c ghi t cỏc cao khỏc nhau: v tinh, mỏy bay tm cao, mỏy bay tm thp v nh a ph mt t Tớnh cht a ch tiờu ca t liu cho kh nng cung cp nhiu thụng tin v i tng, c bit l v tớnh bin ng ca cỏc i tng, hin tng nghiờn cu Cú 20 c nhng iu kin ú thỡ t liu mi cú th phc v cho nhiu mc tiờu nghiờn cu khỏc 2.3 THU THP V X Lí THễNG TIN, XY DNG C S D LIU H THễNG TIN A Lí (GIS DATABASE) PHC V THNH LP BN 3D T L LN Cỏc d liu lý tng nht l cỏc d liu thụng tin a lý c thu thp, nhn din v o c vo cựng thi im, cựng phõn gii khụng gian, tuõn th cựng mt th tc nhn din v nhp vo GIS theo cỏc phng phỏp hp lý Nh vy, cỏc thao tỏc trờn d liu ú mi cho kt qu cht lng cao Nhng thc t, vic thu thp d liu li c thc hin vo cỏc thi im khỏc v chỳng thng cú phõn gii khỏc Mt s d liu c thu thp t bn cú sn m khụng bit to thc, mt s khỏc c thu thp bng o c trc tip Nhng cn lu ý l mi trng hp vic thu thp to v trớ cỏc i tng v thu thp cỏc thuc tớnh ca chỳng phi tin hnh vo cựng thi im Cú rt nhiu loi d liu c s dng phõn tớch GIS iu ny phn ỏnh mc tiờu khỏc ca chớnh h thng Vỡ GIS c s dng nhiu loi ng dng khỏc t phõn tớch a cht, nghiờn cu th trng n lp k hoch v quy hoch phỏt trin nụng thụn cho nờn rt khú kim kờ v phõn lp d liu mt cỏch n gin, d hiu Mi i tng H thụng tin a lý c mụ t bi kiu, hỡnh dng, cỏc thuc tớnh, quan h v s lng ca nú Cỏc d liu thu thp s dng h thụng tin a lý thng l: - Di dng s nh bn s, CSDL, bng tớnh, nh v tinh - Cỏc n phm truyn thng (khụng s húa) nh bn giy, nh chp, cỏc bn v khỏc trờn giy - Tng hp t cỏc bỏo cỏo khoa hc - D liu trc a Cỏc phng phỏp thu thp d liu cú th c phõn chia thnh hai loi chớnh: 21 + Phng phỏp thu thp d liu t chớnh cỏc i tng: * Trc a mt t * Phng phỏp nh v bng tớn hiu v tinh (GPS) - nh v v tinh Chp nh bng mỏy bay hay v tinh nhõn to + Phng phỏp thu thp d liu t cỏc ngun s hoỏ hay tng t cú sn: * S hoỏ bng tay theo cỏc bn giy c ớnh trờn bn s húa (Digitiser) * S hoỏ t ng bng mỏy tớnh mụi trng cỏc phn mm chuyờn dng, t cỏc bn dng nh raster c quột (Scan) t cỏc bn giy * S dng cỏc CSDL bn s dng vecter cú sn 2.4 KH NNG P DNG CA CC PHN MM TRONG VIC THNH LP BN 3D Trong thi gian cui nhng nm 80, u nhng nm 90, mi c gng u c trung vo vic s dng cỏc gúi phn mm thit k (CAD) thu thp d liu s t bn giy, kt qu o c ngoi nghip v t cỏc ngun d liu vin Ngi ta cha quan tõm nhiu n vic b sung thờm giỏ tr cho cỏc s liu ny v vic hin th cng ch da trờn cỏc cụng c hin th n gin m cỏc chng trỡnh CAD cung cp Cỏc phn mm CAD cng ó cung cp kh nng to hot nh (Animation), thi gian u ch l dng 3D wireframe, sau ú k thut rendering c a vo ngy cng ci thin chc nng hin th ca CAD Nhng u th ca internet ó thỳc y CAD nhanh chúng cung cp sn phm u theo chun web nh VRML ng u nhúm phn mm ny l Microstaion MGE v AutoCAD Vi cỏc cụng c rt mnh, chỳng ó chng minh c vai trũ ca mỡnh cụng on to cỏc d liu a lý ln v thit k, kin trỳc Nhng thc t cho thy hin cỏc phn mm CAD cng khụng phi l chn la chớnh cn cỏc cụng c hin th th gii thc thc s phong phỳ Trong lnh vc ny 3D Studio max ó thuyt phc c nhng ngi dựng khú tớnh Cng nhúm ny, vi mc ớch hin th trc quan cỏc s liu a lý c cung cp 22 t cỏc phn mm CAD cú khỏ nhiu phn mm cung cp cỏc cụng c hin th cú phc khỏc nh 3Dem, Terravista, Microdem GIS vi cỏc chc nng lu tr thuc tớnh, hi ỏp v phõn tớch c quan tõm nhiu hn ngi ta bt u ý n vic tng giỏ tr v m rng cỏc ng dng ca d liu a lý dng hin ang nm kho Khi cỏc phn mm CAD bt u quan tõm n hon thin cỏc cụng c hin th thỡ cỏc phn mm gis cng theo sỏt lnh vc ny ArcGis-Arcinfo v Imagine VirtualGIS l nhng phn mm mnh nhúm ny v cỏc phiờn bn mi õy cng ó cung cp cỏc cụng c hin th trc quan 3D khỏ tt Cỏc b phn mm cú chc nng mụ hỡnh hoỏ v hin th th gii thc cú th c phõn thnh ba nhúm chớnh da theo lnh vc ng dng: - Nhúm phn mm CAD: cỏc cụng c hin th trung bỡnh, chc nng hi ỏp (nu cú) cũn nhiu hn ch ng u nhúm phn mm ny l Microstaion Mge v AutoCAD - Nhúm phn mm mụ hỡnh hoỏ 3D, hin th v to animation: vi cỏc chc nng hin th rt thc, thng c ỏp dng cho cỏc khu vc nh vi chi tit rt cao, to animation, to mụ hỡnh th gii o Khụng cú chc nng hi ỏp 3D studio max l i din cho nhúm ny Cỏc 3D Game engine cng cú th c phõn loi vo nhúm ny - Nhúm phn mm GIS: cụng c tng i tt, cụng c hin th trung bỡnh, cỏc chc nng hi ỏp v phõn tớch rt mnh ArcGIS-Arcinfo v Imagine virtualGIS l nhng phn mm mnh nhúm ny 2.5 XUT PHNG PHP XY DNG BN 3D BNG TCH HP CễNG NGH BN S, VIN THM V H THễNG TIN A Lí Da trờn cỏc kt qu kho sỏt cỏc phn mm hin cú trờn õy, tụi ó quyt nh chn Multigen v ArcGis 9.2 l phn mm th nghim Thnh lp bn GIS 3D khu vc T82 - Súc Sn- H Ni l sn phm ca ti Thnh lp bn 3D t l ln trờn c s kt hp bn , vin v H thụng tin a lý vi cỏc lý sau: 23 - ArcGis l mt phn mm GIS hng u, c s dng rng rói trờn th gii, liờn tc c u t v phỏt trin - Cỏc cụng c hin th khụng gian ba chiu ca ArcScene thuc ArcGis 3D Analyst tng i tt Vi mc hin th rt tt mc chi tit trung bỡnh, phự hp vi vic th hin cỏc i tng a hỡnh c ó c khỏi quỏt hoỏ ca mụ hỡnh a hỡnh 3D - ArcScene cú th x lý v hin th c cỏc lng d liu tng i ln - Cỏc cụng c truy (query) v phõn tớch (analyse) thụng tin GIS ca ArcGis 9.2 rt tt 24 Chơng ứng dụng công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa lý đồ số thành lập đồ 3d tỷ lệ lớn (Thành lập đồ GIS 3D khu vực T82 - Sóc Sơn) 3.1 QUY TRèNH CễNG NGH THNH LP BN 3D T L LN TRấN C S KT HP CễNG NGH VIN THM, GIS V BN S Thnh lp bn t l ln - Chp nh nh v tinh (1:500 1: 000) bng mỏy - Quay video nh hng khụng ton c in t - Xỏc nh cao ( to nn cho khu vc) BN GIS VIN THM X lý nh bng phn S dng phn mm Micro- mm Photoshop to Nn chuyn v cựng h to Station to file *.dgn cỏc Texture cho mụ ca bn hỡnh Phn mm Multigen Creator Chuyn nh dng file *.dgn Xõy dng cỏc mụ hỡnh, a vt v ký hiu Gn nh khu vc bng nh v tinh hoc nh hng khụng Gn Texture cho cỏc mụ hỡnh Phn mm ArcGis Trỡnh chiu a vo GIS Hỡnh 3.1 Quy trỡnh cụng ngh 25 Ghi, lu tr 3.2 KH NNG P DNG PHN MM MULTIGEN V ARCGIS THNH LP BN 3D MultiGen Creator V3.0 l mt phn mm cho phộp to cỏc mụ hỡnh, a vt chiu (3D) cho cỏc ng dng thi gian thc Nú cú mt b cụng c mnh cho phộp xõy dng cỏc mụ hỡnh, a vt bi mt c s d liu trc quan phõn cp Cỏc c s d liu ny l iu kin thc hin cỏc mc ớch mụ hỡnh hoỏ khỏc nhau, c bit l cụng c tt mụ phng B cụng c ca MultiGen Creator cho phộp to cỏc mụ hỡnh vi hai phn chớnh l to, v, son tho ho v to c s d liu Mi c s d liu MultiGen l mt cu trỳc phõn cp v c xõy dng da trờn cỏc phn t c s (element) to cỏc i tng Chớnh t cỏc yu t c s ny cú th giỳp quỏ trỡnh to v thay i, chnh sa cỏc mụ hỡnh 3D mt cỏch d rng Cng vi cỏc i tng trờn MultiGen cho phộp to cỏc mu sc, ỏnh sỏng, v ngun sỏng quan sỏt cỏc i tng t cỏc v trớ khỏc theo khụng gian, thi gian v hng quan sỏt Phn mm MultiGen Creator cng cho phộp s dng cỏc mu sn phm t cỏc phn mm tr giỳp thit k bng mỏy tớnh CAD (Computer-Aided-Design) khỏc 3.2.1 o c ngoi nghip, chp nh, xỏc nh cao, quay Video Vic o c ngoi nghip, chp nh, xỏc nh cao, quay Video l cụng tỏc chun b quỏ trỡnh xõy dng 3D Vỡ cỏc mụ hỡnh c xõy dng bn t l ln vi chớnh xỏc cao nờn trc xõy dng 3D ta cn xỏc nh chớnh xỏc kớch thc ca chỳng Chp nh: cú nhng hỡnh nh gn cho cỏc mụ hỡnh, cn chp v chnh sa v lu chỳng file dng *.rgb hoc *.bmp vỡ dng file trờn cho phộp cỏc mụ hỡnh cú th s dng cỏc mụi trng khỏc nh CG2 hoc ArcGIS i vi cỏc khu vc xõy dng 3D cng cn quay Video tin cho quỏ trỡnh xõy dng mụ hỡnh: quan sỏt kiu dỏng, v trớ ca i tng 3.2.2 Thnh lp bn t l 1:500-1:2.000 ln bng mỏy ton c in t (dng file *.dgn) 26 Thnh lp bn t l 1:500 -1:2000 khu vc cn xõy dng 3D dng *dgn sau ú xut sang file dng *.dxf 3.2.3 nh v tinh, nh hng khụng Nu cú nh hng khụng hoc nh v tinh lc phõn gii ln cú th tớch hp vo lm nh nn khu vc ú 3.2.4 Xõy dng mụ hỡnh bng phn mm Multigen Creator 3.0 Xõy dng cỏc mụ hỡnh v gỏn Texture cho cỏc mụ hỡnh 3.2.5 Kt qu u Cỏc sn phm u phc v cho mụ phng, GIS 3D, 3.3 KT QU THC NGHIM THNH LP BN 3D T L LN 3.3.1 Tỡnh hỡnh t liu thnh lp bn GIS 3D khu vc T82 - Súc Sn thỡ vic u tiờn l phi thu thp d liu khụng gian ln thuc tớnh ca khu vc ú Trong ng dng ny tụi ó s dng bn 2D cú sn c xõy dng t bn trc nh t l : 50 000 cú kớ hiu l F-48-68-D lm nn tng cho vic thnh lp CSDL bn Tuy nhiờn, ch vi bn c dng s *.dgn thỡ cng cú th chp nhn c vi d liu 2D nhng i vi vic xõy dng CSDL GIS 3D thỡ cn phi cú bn giy ca khu vc, bn a chớnh Huyn, v cn phi i thc t cú th cp nht (update) c nhng thay i ca cỏc i tng T ú, d liu cú th bo m tớnh mi m v ỳng n sỏt vi thc t 3.3.2 Cỏc bc tin hnh 3.3.2.1 Xõy dng bn t l ln (1:2000 - 1:500) khu vc mụ phng xõy dng mụ hỡnh 3D mt khu vc, ta phi xõy dng bn t l ln ca khu vc ú m bo chớnh xỏc toỏn hc (ta ) ca cỏc i tng cn xõy dng, v cú th xõy dng nú trờn phn mm Microstation Cỏc file *.dgn ch cn mụ t cỏc a vt (nh, sõn ng,) dng vựng úng kớn Bc tip theo, ta chuyn file *.dgn ó xõy dng sang dng *.dxf 27 M file *.dgn ca khu vc cn xõy dng, chn menu file, chn Export chn DWG or DXF Trong hp thoi tip theo ta chn kiu file dng AutoCAD DXF Drawing [*.dxf], chn ng dn v ghi li file ú 3.3.2.2 Nhp file *.dxf vo Multigen Khi ng phn mm MultiGen, t menu File chn Import, hp thoi Import Database File xut hin Trong kiu file (File of type) cho phộp nhp vo dng file l *.dxf v *.3ds Chn ng dn n file cn Import v chn Open Chn OK chp nhn tt c cỏc c tớnh cn Import trờn 3.3.2.3 Chp nh v chnh sa nh cho cỏc mụ hỡnh cn xõy dng Vi nhng mụ hỡnh phi chp nhiu cnh ta chnh sa riờng tng cnh sau ú ghộp li thnh mt nh 3.3.2.4 Xõy dng cỏc mụ hỡnh 3.3.3 To mụ hỡnh s cao DEM 3.3.3.1 Chuyn file t dng 2D sang dng 3D M file a hỡnh 2D, trờn cụng c Main chn: File/ Export/ 3D Xut hin hp thoi Save 2D as 3D t tờn, chn ng dn cho file ra, ti mc Z Deep Options chn Element Z Low 3.3.3.2 Ni suy mụ hỡnh TIN trờn Arcscene S dng ArcScene thnh lõp mụ hỡnh s cao: Trong mụ hỡnh s cao cú dng TIN (li tam giỏc khụng u) v GRID (li ụ vuụng) to TIN vo 3D Analyst \ Create/Modify TIN \ Create TIN from Features Hp thoi Create TIN From Features xut hin, chn add d liu cao t file a hỡnh khu vc vo v chn to TIN theo cao nh hỡnh trờn Trong vựng Settings for selected layer, ly giỏ tr ca trng Height source l Feature Z values V giỏ tr ca trng Triangulate as l mass points 28 to GRID vo 3D Analyst \ Convert \ TIN to Raster Xut hin hp thoi TIN to Raster 3.3.4 Th hin cỏc nhúm ni dung a hỡnh khu vc lờn mụ hỡnh DEM 3.3.4.1 Xõy dng d liu ArcCatalog Cú nh dng dựng lu tr d liu l shape files v personal geodatabase (gi tt l geodatabase) Shape file n gin hn GeoDatabase, chc nng ca nú li ớt hn 3.3.4.1.1 Shape file Lu tr c d liu khụng gian ln d liu thuc tớnh Tựy thuc vo loi i tng khụng gian m nú lu tr, Shapefiles rt hay c dựng thnh lp bn s v mt s phõn tớch Phn ln d liu a lý nm dng Shapefile Shapefiles n gin hn coverages vỡ nú khụng lu tt c hp topological cho tng i tng v lp i tng khỏc Mi shapefile ch lu cỏc i tng nhng lp i tng n 3.3.4.1.2 Personal GeoDatabase Cỏc i tng ni dung a hỡnh a lờn mụ hỡnh s cao (DEM) cn c lu mt h c s d liu (GeoDatabase) Trong c s d liu a lý (GeoDatabase) cú mt hay nhiu Feature Dataset Feature Dataset l mt nhúm cỏc loi i tng cú cựng h quy chiu v h ta Mt Feature Dataset cú th cha hay nhiu Feature Class Feature Class chớnh l n v cha cỏc i tng khụng gian ca bn v tng ng vi mt lp (layer) Arcscene Mi Feature Class ch cha mt dng i tng polygon (vựng), line (ng), point hay multipoint (im) Mt Feature Class s gn cht vi mt bng thuc tớnh (Attribute table) Khi to Feature Class thỡ bng thuc tớnh cng t ng to theo 3.3.4.2 To h c s d liu GeoDatabase cho cỏc nhúm ni dung a hỡnh Khi ng Arccatalog t ca s ca Arcscene, to mt new Personal GeoDatabase tờn l T82(.mdb) 29 Kớch chut phi vo GeoDatabase T82 va to, Import file T82.dgn ó xõy dng ban u lm mụ hỡnh li giỳp xỏc nh v trớ ca cỏc i tng (nh, ng, cõy ci) c thờm vo sau ú Tip theo ta to cỏc Feature Dataset tng ng vi cỏc i tng nh, ng, cõy citrong khu vc ca T82 Chỳ ý in tờn lp ni dung a hỡnh l dõn c, kớch chut vo Edit la chn h quy chiu cho lp l: H quy chiu WGS_1984, li chiu_UTM, mỳi chiu th 48 Chuyn cỏc i tng va to sang ArcMap thit t v trớ, hỡnh dng v in thụng tin cho i tng 3.3.5 Phõn tớch v hin th mụ hỡnh a hỡnh 3D khu vc T82 - Súc Sn 3.3.5.1 a cỏc i tng ni dung GeoDatabase T82 lờn mụ hỡnh cao - DEM Khi ng Arcscene, t cụng c menu chn menu add data, add cỏc i tng va to GeoDatabase T82 i vi mi mt i tng ta Import, cỏc a vt tng ng ó to ban u Chỳ ý cỏc i tng dng line ta cn xỏc nh kiu cho phự hp õy ta cú th xoay, cn chnh kớch thc lm cho a vt c a (add) vo ỳng v trớ, hng so vi mụ hỡnh thc t 3.3.5.2 Th hin nh v tinh lờn mụ hỡnh s cao - DEM Sau load nh v tinh lờn mụ hỡnh ta cn hiu chnh Base Heights cho nh v tinh Trong tab_Base Heights ca hp thoi Layer properties chn obtain heights for layer from surface (t c cao cú lp t b mt a hỡnh) 3.3.6 Tng tỏc vi d liu 3.3.6.1 Truy c s d liu xem thụng tin ca cỏc i tng trờn mụ hỡnh d liu 3D thỡ chn cụng c Identify trờn cụng c ú ca s Identify Results s hin th y thụng tin ca i tng cn truy (hi, ỏp) 30 3.3.6.2 Tỡm kim i tng Trong Arcscene chỳng ta cú th tỡm kim i tng da vo thuc tớnh ca i tng trờn mụ hỡnh a hỡnh Cú cỏch tỡm kim ú l tỡm theo v trớ (Select By Location) v tỡm theo thuc tớnh (Select By Attributes) Nhng nhỡn chung, ta cú th tỡm thy i tng nhanh v Select c i tng cn tỡm Vo Selection/ Select By Attributes hoc Selection/ Select By Location: 3.3.6.3 To phi cnh v xut sang dng phim hin th trc quan v cú th lu li nhng thao tỏc trỡnh chiu thỡ cú th to phi cnh Qua vic to lp phi cnh (hay Animation) s giỳp cho vic hin th sinh ng, sỏt vi mụ hỡnh thc t to lp Animation s dng lnh Capture View lu cỏc nh phi cnh hay s dng cụng c Animation Controls Sau ó to Animation cho ng dng ta cú th lu dng *.asa ArcSecen hay xut sang dng *.avi, hay *.mov ú khụng cn cú phn mm ArcGis cú th xem Animation File video lu li v xem bng chng trỡnh windows media player õy l chng trỡnh nghe nhc v xem hỡnh nh ng khỏ mnh v c s dng rt ph bin hin 3.3.7 Nhn nh chung v ỏnh giỏ kt qu th nghim Phng phỏp thnh lp bn 3D t l ln trờn c s kt hp cụng ngh vin thỏm, H thụng tin a lý v bn s bng phn mm Multigen hon ton phự hp Nú m mt hng i mi cho ngnh Bn giai on mi hin nay, nhng nh Bn hc s khụng phi gũ bú khuụn mu, m cú kh nng thit k nhiu ký hiu cú tớnh m thut cao, ỏp ng nhu cu ngy cng cao ca ngi s dng nh: thit k xõy dng h tng c s, vin thụng, hng khụng, quõn s, du lch, giỏo dc Cỏc ng dng giỏo dc phn ln da trờn cỏc sn phm Multimedia hin th th gii thc thit k riờng cho hc sinh nht l mụn a lý, Lch s Cỏc sn phm ny tng kh nng tip thu bi ging v gõy c hng thỳ hc rt ln i vi hc sinh 31 Kết luận kiến nghị Bn 3D, c t chc nh mt GIS gm nn l nh v tinh v cỏc i tng a vt c gn kt vi cỏc thuc tớnh, c hin th khụng gian ba chiu, c coi l mt sn phm bn rt hin i, cung cp cho ngi dựng thụng tin cn thit v a hỡnh, a vt cho rt nhiu ng dng Nh ngi ta thng núi mt bc nh giỏ tr mt nghỡn t mụ t thỡ d liu a lý c hin th lp th v kt ni vi cỏc thụng tin liờn quan phi ỏng giỏ mt nghỡn ln mt nghỡn t ú u tiờn, õy l sn phm bn v ng dng n gin nht l dựng xem Ngi dựng cú th ch n gin l ch ng quan sỏt s dng cỏc cụng c di chuyn v nh hng mụi trng lp th ca mụ hỡnh a hỡnh 3D, t nhn bit tỡm tũi kho sỏt thụng tin cn thit qua hỡnh thc th hin ca cỏc i tng cựng vi cỏc hiu bit chuyờn mụn ca mỡnh Mt khỏc, vi cỏc chc nng phõn tớch ca GIS kt hp vi cỏc thut toỏn chuyờn ngnh, ngi dựng cú th cht lc cỏc thụng tin t cỏc i tng trờn bn 3D v sau ú a cỏc sn phm mi vi cỏc ni dung chuyờn mụn phong phỳ Nhiu trng hp cn phi a thờm cỏc d liu chuyờn ngnh vo kt hp vi d liu a hỡnh bi toỏn phõn tớch Xõy dng CSDL cú tờn l T82.mdb thụng qua d liu ú ó dựng phn mm ArcSecen xõy dng v hin th thnh cụng ton b bn 3D khu vc T82 Cung cp thụng tin cn thit cho ngi s dng (truy d liu) mt cỏch nhanh chúng thun li, hin th c hỡnh nh thụng tin n tng i tng vớ d nh: nh lm vic c quan, khu nh xe c bit nh c chp trc tip t ngoi thc a kt hp vi quy trỡnh xõy dng a vt 3D cho nờn to c cỏc a vt 3D rt ging so vi mụ hỡnh ngoi thc t Kt hp li cho ta mt mụ hỡnh tng quan rt thc t v sinh ng Kt lun, kin ngh v hng phỏt trin ca ti Kt lun, kin ngh Cụng ngh GIS ó i v phỏt trin t rt sm cỏc nc phỏt trin trờn 32 th gii ng dng ca GIS cỏc ngnh kinh t l rt ln v hiu qu, khụng riờng gỡ lnh vc sn xut bn Trong ngnh bn núi riờng, cỏc sn phm bn s luụn i mi, p hn, tin dng hn vy, vic ng dng cụng ngh GIS xõy dng bn ba chiu (3D) cn c y mnh phỏt trin thi gian ti.Cựng vi bn ng, bn 3D ang l mt hng i cn thit, ỏp ng c nhu cu s dng bn hin Mt bn 3D s trc quan hn so vi bn a hỡnh 2D thụng thng, ng thi ỏp ng c nhu cu hi ỏp thụng tin, vy nú cú tỡnh ng dng cao hn cho cỏc ngnh khỏc Qua quỏ trỡnh nghiờn cu, tỡm hiu v tin hnh thc nghim di s hng dn tn tỡnh ca thy hng dn PGS, TS Nguyn Trn Cu, tụi ó hon thnh tt ỏn ny Mc dự ó rt c gng song ỏn khú trỏnh nhng thiu sút, tụi rt mong nhn c s ch bo, úng gúp ý kin ca cỏc thy cụ giỏo, cỏc nh chuyờn mụn v cỏc bn hc viờn ỏn ca tụi c hon thin hn Hng nghiờn cu tip theo Xõy dng tiờu chun, cỏc quy nh chung v thnh lp CSDL 3D, xõy dng ngõn hng a vt v c bit quan trng l s dng ArcGis Engine lp trỡnh trờn nn ArcGIS mụi trng 3D ú cú th s dng lp trỡnh kt hp ArcCatalog, ArcMap, ArcScene 33 TI LIU THAM KHO Ting Vit PGS.TS Nguyn Trn Cu, Tp bi ging Bn hc hin i v mụ hỡnh húa bn , Khoa a lý, Trng H KHTN/ HQG H Ni PGS TS Phm Vn C, Lng Anh Tun, Hong Kim Hng, (2005),Nhp mụn H thng thụng tin a lý, Khoa a lý HKHTN/HQG H Ni TS ng Vn c, (2001), H thng thụng tin a lý - GIS , NXB Khoa hc v K thut, H Ni TS Nguyn Th Thn, (2002), C s H thng thụng tin a lý - GIS, NXB Khoa hc v K thut, H Ni PGS.TS Nguyn Ngc Thch, (2005), C s Vin Thỏm, NXB Nụng nghip GS.TSKH ng Hựng Vừ, TS Lờ Tin Vng, (1997), Tp bi ging cỏc kin thc c bn v H thng thụng tin a lý - HTTL, Khoa Trc a Bn , i hc M a cht Cc Bn /BTTM, (2009), a hỡnh quõn s, NXB Quõn i nhõn dõn Cc Bn /BTTM, (2008), Phng ỏn KTKT thnh lp bn 3D Ting Anh Siyka Zlatanova, Advances in 3D GIS 10 ESRI, ArcGIS Desktop Help, ESRI Produce 11 Trang Web: www.GIS.com, www.ESRI.com, 12 . - 1998 - - , 13 . - 1978 - , 14 . - 2010 - , 15 . - 2003 - - , 34