MỤC LỤC
1 LỜI NÓI ĐẦU 6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS 8
1.1. Khái niệm về GIS 8
1.1.1. Khái niệm về GIS 8
1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS 9
1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10
1.2.1. Thiết bị (hard ware) 10
1.2.2. Phần mềm (Software) 14
1.2.3. Chuyên viên (Expertise) 15
1.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data) 16
1.2.5. Chính sách và phương pháp (Policy and methodology) 17
1.3. Cơ sở dữ liệu trong GIS 18
1.3.1. Mô hình thông tin không gian 18
1.3.2. Mô hình thuộc tính không gian 24
1.3.3. Các định dạng dữ liệu GIS 27
1.4. Ứng dụng GIS-3D trong thành lập bản đồ 28
CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH 30
ĐỊA HÌNH 3D 30
2.1. Một số khái niệm cơ bản 30
2.2. Nội dung của mô hình địa hình 3D 30
2.2.1. Mô hình số độ cao DEM 31
2.2.2. Các đối tượng địa hình 3D 33
2.2.3. Cấp độ chi tiết (LoD) của mô hình địa hình 3D 34
1
2.2.4. Một số kỹ thuật hiển thị đồ họa 37
2.2.5. Các cách khảo sát mô hình địa hình 3D 38
2.3. Một số ứng dụng của mô hình địa hình 3D 39
2.3.1. Các ứng dụng dựa trên DEM 40
2.3.2. Ứng dụng trong thiết kế xây dựng hạ tầng cơ sở 41
2.3.3. Ứng dụng trong giám sát thiên tai (phòng ngừa, giảm nhẹ và đánh giá tác hại) 41

4.2.4. Chuyển file *dh.dgn từ 2D sang 3D, làm sạch dữ liệu file địa hình 61
4.2.5. Thành lập DEM 62
4.2.7. Hiển thị các đối tợng của bản đồ địa hình 3D trong phần mềm TerraExplorer
Pro 66
73
74
KT LUN V HNG PHT TRIN 74
Kt qu t c 74
Kt lun, kin ngh v hng phỏt trin ca ti 75
TI LIU THAM KHO 76
1 LI NểI U 6
CHNG I: TNG QUAN V CễNG NGH GIS 8
1.1. Khỏi nim v GIS 8
3
1.1.1. Khái niệm về GIS 8
1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS 9
1.2. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10
1.2.1. Thiết bị (hard ware) 10
1.2.2. Phần mềm (Software) 14
1.2.3. Chuyên viên (Expertise) 15
1.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data) 16
1.2.5. Chính sách và phương pháp (Policy and methodology) 17
1.3. Cơ sở dữ liệu trong GIS 18
1.3.1. Mô hình thông tin không gian 18
1.3.2. Mô hình thuộc tính không gian 24
1.3.3. Các định dạng dữ liệu GIS 27
1.4. Ứng dụng GIS-3D trong thành lập bản đồ 28
CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH 30
ĐỊA HÌNH 3D 30
2.1. Một số khái niệm cơ bản 30

3.2.2. Thành lập mô hình địa hình 3D từ mô hình địa hình có sẵn 52
3.2.3. Thành lập mô hình địa hình 3D từ các nguồn ảnh viễn thám khác 54
CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM SKYLINE THÀNH LẬP MÔ
HÌNH ĐỊA HÌNH 3D KHU VỰC ĐẮC NÔNG - VIỆT NAM 57
4.1. Tư liệu thành lập bản đồ 57
4.2. Sơ đồ công nghệ 58
5
4.2.1. Qui trình công nghệ xây dựng mô hình địa hình 3D trên bộ phần mềm Skyline
58
4.2.2. Thu thập dữ liệu bản đồ, xác định nội dung và cách thể hiện các yếu tố 61
4.2.3. Bổ sung nội dung điều vẽ 61
4.2.4. Chuyển file *dh.dgn từ 2D sang 3D, làm sạch dữ liệu file địa hình 61
4.2.5. Thành lập DEM 62
4.2.7. Hiển thị các đối tợng của bản đồ địa hình 3D trong phần mềm TerraExplorer
Pro 66
73
74
KT LUN V HNG PHT TRIN 74
Kt qu t c 74
Kt lun, kin ngh v hng phỏt trin ca ti 75
TI LIU THAM KHO 76
1 LI NểI U
Trong nhng nm gn õy, cỏc cụng ngh mi phỏt trin nhanh
chúng, mnh m nh cụng ngh bn s, cụng ngh vin thỏm v cụng
ngh GIS , cỏc d liu khụng gian cú th c hin th lp th theo khụng
gian 3 chiu (3D), ỏp ng nhu cu ngy cng a dng ca ngi s dng.
Ngnh Bn t khi 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
trong mụi trng hai chiu. Mt cõu hi c t ra l: Ngnh Bn cú
th khai thỏc li th ca cỏc cụng ngh mi GIS, RS v bn s khụng v

7
nghiên cứu này cũng có thể ứng dựng cho các lĩnh vực khoa học, kinh tế
hoặc cho mục đích giáo dục, du lịch và quân sự
Để giải quyết những vấn đề này, trong đồ án đề cập đến những nội
dung lớn như sau:
CHƯƠNG I: Tổng quan về công nghệ GIS.
CHƯƠNG II: Cơ sở khoa học của mô hình địa hình 3D.
CHƯƠNG III. Một số phương pháp thành lập mô hình địa hình 3D.
CHƯƠNG IV: Sử dụng bộ phần mềm Skyline Thành lập mô hình
địa hình 3D khu vực Đắc Nông - Việt Nam – mảnh 96
Mặc dù đã rất cố gắng trong nghiên cứu nhưng kết quả thành lập bản
đồ 3D còn nhiều hạn chế. Kính mong thầy giáo và bạn bè đóng góp ý kiến
để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS
1.1. Khái niệm về GIS
1.1.1. Khái niệm về GIS
GIS, viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Geographic Information
Systems, ngày nay được biết đến nhiều trên thế giới như là một hệ thống
thông tin địa lý (HTTTĐL) có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, phân tích và
hiển thị các dữ liệu địa lý. GIS đang ngày càng "lấn lướt" nhiều công nghệ
khác trong việc hỗ trợ ra quyết định liên quan đến đất đai, môi trường, tài
nguyên thiên nhiên, cơ sở hạ tầng, và kinh tế xã hội.
GIS là công nghệ tích hợp các thao tác trên cơ sở dữ liệu không gian
với khả năng tra cứu và phân tích (thống kê và không gian), cùng khả năng
hiển thị trực quan dưới dạng bản đồ.
8
1.1.2. Lịch Sử hình thành GIS
Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không được cụ
thể lắm bởi lẽ những khái niệm tương tự GIS đã tồn tại ngay từ khi xuất
hiện con người, từ khi con người có nhu cầu đi lại, sinh hoạt, buôn bán,

-
Chuyên viên (Expertise)
-
Chính sách và phương pháp quản lý (Policy and methodology)
Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần như sau:
1.2.1. Thiết bị (hard ware)
Thiết bị bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy
in (printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các
phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, C.D ROM v.v ).
10
Hình 1.1. Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
Bộ xử lý trung tâm CPU
Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng
nhất của máy vi tính. CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu,
mà còn điều khiển, sắp đặt phần cứng khác mà nó thì cần thiết cho việc
quản lý thông tin theo sau thông qua hệ thống. Mặc dù bộ vi xử lý hiện
đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm
2
- nó có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc
ngay cả hàng triệu thông tin trong một giây.
Bộ n

hớ

trong

(RAM)

(dis k ette,

harddisk,

CD-ROM)
Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống
trong cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như
11
Hình 1.2. Các thành phần thiết bị cơ bản của GIS
cuốn băng được dùng trong máy hát nhạc). Thuận lợi của dây băng có từ
tính là nó có thể lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu. Sự gia tăng khả năng lưu
trữ thực hiện bằng các đĩa có từ tính. Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất
lớn (Khoảng 600-700Mb). Đĩa cứng thông thường được sử dụng cho lưu
trữ dữ liệu.
Các

b

ộ

p hậ

n

dùn

g

đ


Máy ghi scanner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương xứng 1
cách tự động dưới dạng hệ thống raster. Một cách luân phiên nhau, bản
đồ có thể được trải rộng ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong 1
loạt đường thẳng song song nhau. Các đường quét (scan) phải được
vector hoá trước khi chúng được đưa vào hệ thống cơ sở dữ liệu vector.
Các bộ phận để in ấn (OUTPUT DEVICES)
 Máy in (printer)
Là bộ phận dùng để in ấn các thông tin, bản đồ, dưới nhiều kích
thước khác nhau tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng, thông thường máy
in có khổ từ A3 đến A4. Máy in có thể là máy màu hoặc trắng đen, hoặc
là máy in phun mực, Laser, hoặc máy in kim.
 Máy vẽ (plotter)
Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đồ có kích thước
lớn, thường máy in không đáp ứng được mà ta phải dùng đến máy
Plotter (máy vẽ). Máy vẽ thường có kích thước của khổ A1 hoặc A0.
13
Hình 1.4. Máy quét (Scanner) (Nguồn : Weir 1988)
Hình 1.5. Máy in (printer)
1.2.2. Phần mềm (Software)
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của
máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin
địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm
được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:
- Nh ậ p

và

k i ểm

tra

tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng
hệ thống.
- X u ấ

t

d

ữ

l iệu (Data exporting): Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết
quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: Bản
đồ (MAP), bảng biểu (TABLE), biểu đồ, lưu đồ (FIGURE) được thể
hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
14
Hình 1.6. Máy vẽ (plotter)
- Biến đổi

d

ữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu
gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập
nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không
gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai.
- Tương

tác

với


sở dữ liệu (database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các
dữ kiện về vị trí địa lý, thuộc tính (attributes) của thông tin, mối liên
hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và thời gian. Có
2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ

sở

d

ữ

liệu

không gian

: Là những mô tả hình ảnh bản đồ hoặc
ảnh vệ tinh được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính
hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra
các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in,
máy vẽ.
 Số liệu Vector: Được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện
tích, mỗi dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ
trong cơ sở dữ liệu.
 Số liệu Raster: Được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô
chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định
giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh Vệ tinh và số liệu bản đồ
được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster.
- Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tình - Attribute): Được trình
bày dưới dạng các ký tự, số, hoặc ký hiệu để mô tả thuộc tính của các

chính sách- phương pháp là cơ sở của thành công. Việc huấn luyện các
phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần:
17
Thiết bị, Phần mềm, Chuyên viên và số liệu với nhau để đưa vào vận
hành. Tuy nhiên, yếu tố chính sách và phương pháp sẽ có tác động đến
toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công
của hoạt động GIS.
1.3. Cơ sở dữ liệu trong GIS
Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2
loại số liệu cơ bản: Cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu phi không
gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu
lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
Cơ sở dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ,
chúng bao gồm tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình
ảnh cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu
không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc
trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi.
Cơ sở dữ liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng,
mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các dữ
liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị
trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng
trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung.
1.3.1. Mô hình thông tin không gian
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng
nhiều thì chúng càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong
CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ
liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian. Đặc trưng thông
tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu,
đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng
18

• Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng
• Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác
20
Hình 1.8. Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc
định cho mỗi một vùng.
1.3.1.2. Hệ thống raster
Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu
dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixcel). Mô hình raster có
các đặc điểm:
 Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống
21
Hình 1.9. Số liệu vector được biểu thị dưới dạ
ng
vùng (Polygon)
Hình 1.10. Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ
dưới.
 Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị.
 Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo
thành một lớp (layer).
 Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp.
Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương
đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên
nhiên.
Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng
dạng vùng và ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối
tượng dạng vùng: Phân loại, chồng xếp…
Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm:
- Quét ảnh
- Ảnh máy bay, ảnh viễn thám
- Chuyển từ dữ liệu vector sang

xấp xỉ vì với vùng không gian cho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khả
năng địa chỉ hoá các vị trí tọa độ nguyên. Trong mô hình vector, độ chính
xác của điểm cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống tọa độ bản đồ
còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học.
23
Hình 1.11. Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng Raster

Hình 1.12. Sự chuyển đổi dữ liệu Raster sang Vector
Sự chuyển đổi dữ liệu Raster sang Vector

Hình 1.13. Sự chuyển đổi dữ liệu Vector sang Raster
1.3.2. Mô hình thuộc tính không gian
Cơ sở dữ liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô
tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác
định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng
của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ
liệu thuộc tính. Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu
thuộc tính:
- Đặc tính của đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin không
gian có thể thực hiện truy vấn, hỏi đáp dữ liệu và phân tích.
- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin,
các hoạt động thuộc vị trí xác định
- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên quan
đến các đối tượng địa lý.
- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản
hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa
24
các đối tượng). Để mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản
đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tượng khác: Điểm điều khiển, tọa độ
giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả (annotation).