1 Mục lục Mục lục 1 MỞ ĐẦU 2 Chương 1: Tìm hiểu về bản đồ số và công nghệ GIS 4 1.1. Bản đồ số 4 1.2. Công nghệ GIS 8 Chương 2: Tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu, xây dựng quy trình chuyển dữ liệu và chuẩn hóa dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis 12 2.1. Cấu trúc dữ liệu MicroStation và Arcgis 12 2.2. Các công cụ chuyển đổi dữ liệu 17 2.3. Xây dựng quy trình chuyển đổi 22 Chương 3: Xây dựng bản đồ 3D trên Arcgis 32 3.1. Khái quát về 3D 32 3.2. Biên tập bản đồ 3D 33 KẾT LUẬN 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đồ án Ngày nay, các cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc thành lập bản đồ thường được lưu trữ ở định dạng MicroStation. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hệ thống các phần mềm GIS cung cấp đầy đủ các tính năng, công cụ cho việc quản lý, truy vấn, phân tích bản đồ một cách hiệu quả hơn. Vì vậy, nhu cầu chuyển dữ liệu từ định dạng MicroStation sang Arcgis thực sự cấp thiết. Các phần mềm GIS thông thường như: Mapinfor, Arcgis cũng có những công cụ để chuyển đổi dữ liệu. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi vẫn còn nhiều hạn chế. FME là một phần mềm dùng để chuyển đổi dữ liệu hiệu quả nhưng vẫn chưa được sử dụng nhiều ở Việt Nam. Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm hiểu sử dụng FME trong việc chuyển đổi dữ liệu sẽ giúp sử dụng hiệu quả các nguồn dữ liệu. Cùng với sự phát triển của công nghệ làm bản đồ, bản đồ 3D ra đời và
ngày càng thể hiện được tính ưu việt của nó so với bản đồ 2D. Bản đồ 3D cho phép thể hiện đối tượng bản đồ một cách trực quan hơn, cho người nhìn một cái nhìn tổng quát về khu vực quan tâm. Ngoài ra, với bản đồ 3D, việc thể hiện bề mặt trái đất trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn so với những phương pháp truyền thống. Nó hỗ trợ những nhà phân tích, người sử dụng bản đồ trong việc thể hiện trực quan sinh động bề mặt trái đất và đưa ra những phân tích hiệu quả phục vụ cho đời sống dân sinh. Vì vậy, học viên đã chọn đồ án tốt nghiệp “Xây dựng quy trình chuyển đổi dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis bằng phần mềm FME và thành lập bản đồ 3D trên Arcgis”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ Mục tiêu của đồ án: - Tìm hiểu và đưa ra quy trình chuyển cơ sở dữ liệu từ định dạng *.dgn của MicroStation sang định dạng *.shp của Arcgis bằng phần mềm FME. - Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu trong Arcgis. - Tìm hiều và thử nghiệm xây dựng bản đồ 3D trong Arcsence [một công cụ mở rộng của Arcgis] Nhiệm vụ của đồ án: Nghiên cứu phương thức chuyển dữ liệu bản đồ từ định dạng MicroStation sang Arcgis bằng FME tối ưu nhất. Nghiên cứu sử dụng phần mềm Arcgis 10 để chuẩn hóa cơ sở dữ liệu. 3 Thử nghiệm xây dựng bản đồ 3d, lấy mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25 000 phiên hiệu mảnh E-48-57-D-c để xây dựng. 3. Phạm vi nghiên cứu của đồ án Thử nghiệm trên mảnh bản đồ số E-48-57-D-c khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng – Quảng Bình. Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và tiến hành thực nghiệm dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc Địa Bản đồ, em đã hoàn thành những vấn đề cơ bản của đồ án. Mặc dù đã
rất cố gắng, song do kinh nghiệm còn ít khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn học viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!!! 4 Chương 1: Tìm hiểu về bản đồ số và công nghệ GIS 1.1. Bản đồ số 1.1.1. Khái niệm Bản đồ số là hệ thống các thông tin về yếu tố địa hình, các đối tượng, hiện tượng địa lý được mã hoá và lưu ở dạng số [toạ độ x, y, độ cao h, và các số liệu thuộc tính], trên các phương tiện kĩ thuật số mà máy tính có thể đọc được [băng từ, đĩa từ, đĩa CD, đĩa cứng, các thiết bị lưu trữ giao tiếp bằng cổng USB…]. Ta chỉ có thể nhìn thấy hình ảnh của nó [dạng tương tự] khi nó được in ra trên giấy, hay thể hiện trên trên các phương tiện hiển thị khác nhau như màn hình máy tính, mạng máy tính… khi in ra giấy [hoặc vật liệu phẳng], ta được bản đồ truyền thống; khi hiện trên màn hình máy tính thì gọi là bản đồ điện tử [hoặc bản đồ màn hình]. Để sử dụng và làm việc với bản đồ số, phải có máy tính điện tử và các thiết bị liên quan, có các phần mềm [chương trình] máy tính và phần mềm bản đồ chuyên dụng. Mức độ đầy đủ thông tin về nội dung và độ chính xác các yếu tố trong bản đồ số hoàn toàn giống như bản đồ truyền thống, chúng phải đáp ứng được các yêu cầu và tiêu chuẩn bản đồ. 1.1.2. Đặc điểm chính Bản đồ số trước hết là bản đồ, có đầy đủ các đặc điểm đặc trưng của bản đồ truyền thống, như: - Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt Trái đất, trên cơ sở toán học xác định, bao gồm: tỷ lệ, phép chiếu, bố cục bản đồ và sai số biến dạng của bản đồ tùy theo phép chiếu được lựa chọn. - Các đối tượng và hiện tượng [nội dung bản đồ] được biểu thị theo một phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định [tổng quát hoá bản đồ]. - Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ.
Ngoài ra, bản đồ số còn có một số đặc điểm riêng như: - Mọi thông tin của bản đồ số được ghi ở dạng số [mã nhị phân - binary]. Thông tin của bản đồ số được cấu trúc theo kiểu raster hoặc vector, có kèm theo topology, tổ chức thành các file bản đồ riêng, hoặc liên kết thành thư mục, được lưu trong hệ thống máy tính hoặc thiết bị ghi thông tin có khả năng đọc bằng máy tính. - Ngoài thông tin đồ họa, bản đồ số còn chứa đựng những dữ liệu mà bản đồ truyền thống không liên kết trực tiếp được. - Khối lượng dữ liệu lớn hơn. 5 - Tỷ lệ của bản đồ số mang tính điều kiện. 1.1.3. Tính chất của bản đồ số Bản đồ số có nhiều tính chất ưu việt hơn bản đồ truyền thống: - Tính trực quan. - Tính đầy đủ. - Cấu trúc Bản đồ số có tính chuẩn hoá cao. - Tính linh hoạt. - Sử dụng bản đồ số rất tiện lợi. 1.1.4. Cấu trúc dữ liệu của bản đồ số Thông tin về các đối tượng, hiện tượng địa lý lưu trữ trong máy tính phải được cấu tạo chặt chẽ tuân theo những nguyên tắc nhất định, phù hợp với nguyên lý số của máy tính. Cấu tạo đó được gọi là cấu trúc dữ liệu. Có hai dạng cấu trúc dữ liệu của bản đồ số là: cấu trúc raster và cấu trúc vector. Cấu trúc raster: - Cấu trúc raster phân chia bề mặt không gian thành những phần tử nhỏ bằng nhau, theo một lưới điều hòa [grid] gồm các hàng và cột, tính theo thứ tự bắt đầu từ đỉnh phía trái. - Những phần tử nhỏ này được gọi là cell [pixell], mỗi phần tử mang một giá trị đơn gồm giá trị số hàng, số cột trên lưới điều hòa và tông mầu. Một mặt phẳng chứa đầy cell tạo thành raster.
Trên hình vẽ 1 là một thể hiện bản đồ đất. mỗi vùng được đánh dấu bằng các ô theo các giá trị khác nhau. Ta có được một lưới các ô có giá trị khác nhau. Nếu gán nước giá trị 1, rừng = 2, đất nông nghiệp = 3 ta sẽ có một mảng số liệu từ các giá trị 1,2,3 [hình 1]: 6 Hình 1.1 : Biểu diễn raster dữ liệu theo lưới điểm Hình 1.2: Biểu diễn raster dữ liệu theo cấu trúc ô chữ nhật phân cấp Hình 1.3. Chồng xếp các lớp thông tin của dữ liệu raster Cấu trúc vector: Vector là đại lượng biến thiên có độ lớn và có hướng, và có thể phân tích ra thành các hợp phần. Cấu trúc vector mô tả vị trí của các đối tượng trong không gian bằng tọa độ cùng kết cấu hình học gồm đường nét, cạnh, mặt, và quan hệ giữa chúng. Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà được biểu diễn như một cặp toạ độ [X,Y]. Ngoài giá trị toạ độ [X,Y], điểm còn thể hiện kiểu điểm, màu, hình dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm. Do đó trên bản đồ điểm có thể được biểu hiện bằng ký hiệu hoặc text. 7
Hình 1.4: Zero chiều: - Điểm - của đối tượng bản đồ Đường dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến, đựơc tạo nên từ hai hoặc hơn cặp toạ độ [X,Y]. Ngoài toạ độ, đường còn có thể bao hàm cả góc quay tại đầu mút. Hình 1.5: Một chiều - Đường - của các đối tượng bản đồ Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều. Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản. So sánh cấu trúc raster và vertor: Ưu điểm chủ yếu của cấu trúc raster là cho phép thực hiện nhanh, gần như tự động quá trình nhập dữ liệu bằng máy quét [scaner]. Cấu trúc số liệu đơn giản. Chồng ghép dễ dàng. Công nghệ đơn giản rẻ tiền, dễ phát triển.
8 Nhược điểm: Kích thước của tập tin [File] lớn, nếu giảm kích thước tập tin, thì độ phân giải của ảnh sẽ giảm đi, dẫn đến mất thông tin. Bản đồ raster xấu hơn so với bản đồ vector do phụ thuộc vào kích thước pixel. Cấu trúc vector có kích thước dữ liệu nhỏ hơn và dễ thao tác, dễ xử lý hơn trong phần lớn các trường hợp. Cấu trúc vector có độ chính xác đồ hoạ cao, có thể truy cập, thay đổi cập nhật thuộc tính dễ dàng. Nhược điểm: Thường khó nhập dữ liệu một cách tự động như raster. Thường cấu trúc raster được dùng bảo quản dữ liệu gốc, như dữ liệu ảnh, bản đồ cũ… Cấu trúc vector được sử dụng rộng rãi hơn trong lưu trữ thông tin bản đồ mới do đặc tính mềm dẻo của nó. Thực tế, có thể sử dụng phối hợp cả hai loại cấu trúc trên. Topology: Là thuộc tính không gian của đối tượng. Nó phản ánh các mối quan hệ giữa các đối tượng hoặc các thành phần của chúng trong không gian, ví dụ, hai đối tượng nằm bên trái, bên phải, hay phủ nhau. 1.2. Công nghệ GIS 1.2.1. Định nghĩa về GIS Đã có rất nhiều định nghĩa về GIS xuất phát từ những bối cảnh, mục đích sử dụng hoặc quan điểm khoa học khác nhau. Định nghĩa của hãng ESRI có tính khái quát hơn, được sử dụng phổ biến hơn cả: “GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất tất cả những dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý”. 1.2.2. Các thành phần cơ bản của GIS GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình. 9 Hình 1.6: Các thành phần của hệ thống GIS Con người: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là con người. Công nghệ GIS sẽ không phát huy được tác dụng và giá trị của nó
nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS để giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu, thực hiện các các mục tiêu nghiên cứu của họ. Phần cứng: Về cơ bản, hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ GIS bao gồm các phần chính là: bộ xứ lý trung tâm [CPU]; các thiết bị đầu vào như bàn số hoá, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử; các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ Phần cứng của hệ thống thông tin địa lý được xem như là phần cố định mà bằng mắt thường ta có thể dễ dàng thấy được. Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng về kích cỡ, kiểu dáng, tốc độ và độ phân giải do các hãng khác nhau sản xuất, chúng được kết nối với máy tính để thực hiện việc nhập và xuất dữ liệu. Phần mềm: phần mềm GIS rất đa dạng và phong phú do các hãng khác nhau sản xuất. Các phần mềm GIS có thể giống nhau ở chức năng song khác về tên gọi, hệ điều hành hay môi trường hoạt động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Theo thời gian, phần mềm GIS đã phát triển ngày càng thân thiện với người dùng, toàn diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu rất hiệu quả. Tuy nhiên, do sự tăng mạnh số người bán cũng như năng lực của GIS đã khiến cho sự lựa chọn phần mềm GIS trở thành một quyết định không đơn giản để lựa chọn phần mềm một cách hợp lý. 10 Cơ sở dữ liệu: Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và thuộc tính [phi không gian]. Dữ liệu không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu xác định. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hoặc cả hai, tuỳ thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể. Dữ liệu phi không gian là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý. Dữ liệu thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng. Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS.
Quy trình [phương pháp]: Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. Để thành công, một hệ GIS phải nằm trong một khung tổ chức thích hợp. GIS được vận hành bởi các nhân viên báo cáo với quản lý, ban quản lý đó được giao sứ mệnh khai thác cơ sở GIS theo cách thức phục vụ cộng đồng người dùng trong phạm vi một ngành nghề, doanh nghiệp hay một cơ quan Chính phủ. Cuối cùng, mục đích và giải trình cho cơ sở GIS là giúp người dùng thực hiện các mục tiêu của cơ quan, tổ chức 1.2.3. Tầm quan trọng của GIS Vai trò của GIS: - GIS tích hợp thông tin không gian và các loại thông tin khác về không gian trong cùng một hệ thống đơn giản. Nó đưa ra một khuôn mẫu nhất quán để phân tích thông tin địa lý. - GIS cho phép ta tính toán và trình bày các kiến thức địa lý theo một cách mới, hấp dẫn, khai thác nhanh chóng, thuận tiện. - GIS liên kết các hoạt động giống nhau về địa lý. Khả năng của GIS: - Nhập dữ liệu từ những nguồn dữ liệu khác nhau. - Lưu trữ [Storing] và duy trì thông tin cùng các mối quan hệ không gian cần thiết. - Thao tác trên dữ liệu, tìm kiếm, chuyển đổi, hiệu chỉnh, tính toán… - Lập mô hình ứng dụng [phân tích, tổng hợp, dự báo, thiết kế, quy hoạch, ra quyết định…]. - Trình diễn [chiết xuất] sản phẩm dưới các dạng khác nhau: văn bản, bảng biểu, hình ảnh video, ảnh số, bản đồ số, bản đồ chế tạo từ máy tính điện tử và máy vẽ. 11 1.2.4. Chức năng cơ bản của GIS GIS là một hệ thống chặt chẽ được kết hợp bởi nhiều thành phần khác nhau, mỗi thành phần đều có một chức năng riêng và không thể thiếu trong hệ
thống. Các thành phần này có quan hệ mật thiết, gắn bó, hỗ trợ với nhau thành một thể thống nhất bảo đảm cho hệ thống hoạt động một cách nhịp nhàng, đạt hiệu quả cao về mặt khoa học, công nghệ và kinh tế. Một hệ thống GIS hoàn chỉnh sẽ mang lại những chức năng cần thiết và quan trọng cho người sử dụng. Khi đó, việc khai thác và sử dụng những chức năng này sẽ đem lại hiệu quả công việc cao cho người dùng. Với những thành phần như trên, GIS có thể và phải đảm đương các chức năng sau: thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu, hiển thị dữ liệu và kết xuất dữ liệu. Bản thân GIS không phải là một hệ thống lập bản đồ tự động nhưng với GIS ta không chỉ có thể nhập, lưu trữ và phân tích bản đồ mà còn có thể tạo ra được các bản đồ để trình bày và phục vụ quá trình ra quyết định và hoạch định chính sách về tài nguyên và môi trường. Như vậy, bản đồ vừa là đầu vào vừa là đầu ra của GIS. Do đó, vấn đề thiết kế và tạo lập bản đồ bằng GIS phải được xem như là quá trình xây dựng đầu ra của GIS. Một bản đồ hay một bản báo cáo được thiết kế chuẩn giúp chúng ta có được một ấn tượng tốt về kết quả của dự án. Ngoài ra, nó còn làm tăng độ tin cậy và dễ tiếp thu các kết quả của các công trình nghiên cứu với sự trợ giúp của GIS. 1.2.5. Cơ sở dữ liệu của GIS Cấu trúc dữ liệu đề cập đến cách thức tổ chức các file dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu. Khái niệm cơ sở dữ liệu là trọng tâm của GIS và là sự khác nhau chủ yếu giữa GIS với các hệ thống tạo bản đồ trên máy tính khác. Tất cả các GIS đương thời đều kết hợp chặt chẽ với hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Một cơ sở dữ liệu GIS hoàn chỉnh bao gồm: cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính. Các cơ sở dữ liệu này bao gồm các file tập tin chứa các dữ liệu về vị trí và dữ liệu mô tả về các đối tượng trên bản đồ. Mặt mạnh của một hệ GIS phụ thuộc vào khả năng liên kết hai kiểu dữ liệu này và duy trì được mối quan hệ không gian giữa các đối tượng trên bản đồ. Khả năng tích hợp dữ liệu cho phép tìm kiếm và phân tích dữ liệu một cách có hiệu quả theo các quan điểm địa lý, ta có thể truy nhập dữ liệu bảng thông qua bản đồ hoặc
có thể tạo ra được bản đồ thông qua các cơ sở dữ liệu bảng. Để truy cập và hiển thị dữ liệu, máy tính phải lưu trữ cả dữ liệu dạng bảng và dữ liệu đồ hoạ theo khuôn dạng có tổ chức và có thể tìm kiếm được. - Cơ sở dữ liệu không gian. 12 - Cơ sở dữ liệu phi không gian. - Kết nối các đối tượng và thuộc tính. Mối liên kết các dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin. Mối liên kết bảo đảm cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng. Đồng thời, qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ lọc và xác định các thuộc tính hay chỉ số Index. Chương 2: Tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu, xây dựng quy trình chuyển dữ liệu và chuẩn hóa dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis 2.1. Cấu trúc dữ liệu MicroStation và Arcgis 2.1.1. MicroStation MicroStation là một hệ phần mềm mới nhất của tập đoàn Intergraph bao gồm các phần mềm công cụ phục vụ cho việc xây dựng và duy trì toàn bộ các đối tượng địa lý dưới dạng đồ hoạ bao gồm: IRASC, IRASB, MSFC, GEOVEC. Các file dữ liệu dạng này được sử dụng làm đầu vào cho các hệ thông tin địa lý hoặc các hệ quản trị dữ liệu bản đồ. Các phần mềm ứng dụng của Mapping office được thích hợp trong một môi trường đồ hoạ thống nhất MicroStation để 13 tạo nên một bộ các công cụ mạnh và linh hoạt phục vụ cho việc thu nhập và sử lý các đối tượng đồ hoạ. Đặc biệt trong lĩnh vực biên tập và trình bày bản đồ, dựa vào rất nhiều các tính năng mở của MicroStation cho phép người sử dụng tự thiết kế các kí hiệu dạng điểm, dạng đường, dạng pattern mà rất nhiều các phương pháp trình bày bản đồ được coi là rất khó sử dụng đối với một số phần mềm khác [Mappinfo, AutoCAD, Coreldraw, Freehand ], lại được giải quyết
một cách dễ dàng trong MicroStation. Ngoài ra các file dữ liệu của các bản đồ cùng loại được tạo dựa trên nền một file chuẩn [seed file] được định nghĩa đầy đủ các thông số toán học bản đồ, hệ đơn vị đo được tính theo giá trị thật ngoài thực địa làm tăng giá trị chính xác và thống nhất giữa các file bản đồ. Trong việc số hoá và biên tập các đối tượng bản đồ dựa trên cơ sở các bản đồ đã được thành lập trước đây [trên giấy, diamat ], các phần mềm được sử dụng chủ yếu bao gồm: MicroStation, I/GEOVEC, MSFC, MRFCLEAN, MRFFLAG, IPLOT. Sau đây sẽ là các khái niệm và các ứng dụng cụ thể của từng phần mềm trong các công đoạn số hoá và biên tập bản đồ. MicroStation MicroStation là một phần mềm trợ giúp thiết kế [CAD] và là môi trường đồ hoạ rất mạnh cho phép xây dựng, quản lý các đối tượng đồ hoạ thể hiện các yếu tố bản đồ. MicroStationconf được sử dụng để làm nền cho các ứng dụng khác như Geovec, Irasb, MSFC, Mrfclean, Mrfflag chạy trên đó. Các công cụ của MicroStation được sử dụng để số hoá các đối tượng trên nền ảnh [Raster], sửa chữa, biên tập dữ liệu và trình bày bản đồ. MicroStation còn cung cấp công cụ nhập, xuất [import, export] dữ liệu đồ họa từ các phần mềm khác qua các file [.dxf] hoặc [.dwg]. Irasb Irasb là phần mềm hiển thị và biên tập dữ liệu raster dưới dạng các ảnh đen trắng [black and white image] và được chạy trên nền của MicroStation. Mặc dù dữ liệu của Irasbvà MicroStation được thể hiện trên cùng màn hình nhưng nó hoàn toàn độc lập với nhau. Nghĩa là việc thay đổi dữ liệu phần này không ảnh hưởng đến dữ liệu phần kia. Ngoài việc sử dụng Irasb để hiển thị các file ảnh bản đồ phục vụ cho quá trình số hoá trên ảnh, công cụ warp của Irasb được sử dụng để nắn các file ảnh 14 raster từ toạ độ hàng cột của các pixcel về tọa độ thực của bản đồ. Geovec
Geovec là một phần mềm chạy trên nền của MicroStation cung cấp các công cụ số hoá bán tự động các đối tượng trên nền ảnh đen trắng [binary] với định dạng của Intergraph. Mỗi một đối tượng số hoá bằng Geovec phải được định nghĩa trước các thông số đồ hoạ về màu sắc, lớp thông tin, khi đó đối tượng này được gọi là một feature. Mỗi một feature có một tên gọi và mã số riêng. Trong quá trình số hoá các đối tượng bản đồ, Geovec được dùng nhiều trong việc số hoá các đối tượng dạng đường. MSFC MSFC [MicroStation Feature Collection] Modul cho phép người dùng khai báo và đặt các đặc tính đồ hoạ cho các lớp thông tin khác nhau của bản đồ phục vụ cho quá trình số hoá, đặc biệt là số hoá trong Geovec. Ngoài ra, MSFC còn cung cấp một loạt các công cụ số hoá bản đồ trên nền MicroStation. MSFC được sử dụng: - Để tạo bảng phân lớp và định nghĩa các thuộc tính đồ hoạ cho đối tượng. - Quản lý các đối tượng cho quá trình số hoá. - Lọc điểm và làm trơn đường với các đối tượng đường riêng lẻ. MRFCLEAN MRFcleanđược viết bằng MDL [MicroStation Development Language] và chạy trên nền của MicroStation. MRFclean dùng để: - Xoá những đường, những điểm trùng nhau. - Cắt đường: tách một đường thành hai đường tại điểm giao với đường khác. - Tự động loại các đoạn thừa có độ dài nhỏ hơn Dangle-factor nhân với tolerence. MRFFLAG MRFflag được thiết kế tương hợp với MRFclean, dùng để tự động hiển thị lên màn hình lần lượt các vị trí có lỗi mà MRFclean đã đánh dấu trước đó và người sẽ sử dụng các công cụ của MicroStation để sửa. 15 IPLOT
IPLOT gồm có Iplot Client và Iplot Server được thiết kế riêng cho việc in ấn các tệp tin .dgn của MicroStation. Iplot Client nhận các yều in trực tiếp tại các trạm làm việc, còn Iplot Server nhận các yêu cầu in qua mạng. Do vậy trên máy tính của bạn ít nhất phải cài đặt Iplot Client. Iplot cho phép đặt các thông số in như lực nét, thứ tự in các đối tượng thông qua tệp tin điều khiển là pen- table. File dữ liệu của MicroStation gọi là design file. MicroStation chỉ cho phép người sử dụng mở và làm việc với một design file tại một thời điểm. File này gọi là Active Design file. Nếu bạn mở một design file khi bạn đã có một Design file khác đang mở sẵn, MicroStation sẽ tự động đóng file đầu tiên lại. Tuy nhiên bạn có thể xem [tham khảo] nội dung của các design file khác bằng các tác động đến các file dưới dạng các file tham khảo [Reference File]. Một design file trong MicroStation được tạo bằng cách copy một file chuẩn gọi là Seed File. Dữ liệu trong file DGN được tách riêng thành từng lớp dữ liệu. Mỗi một lớp dữ liệu được gọi là một level. Một file DGN nhiều nhất có 63 level. Các level này được quản lý theo mã số từ 1á 63 hoặc theo tên của level do người sử dụng đặt. Các level dữ liệu có thể hiển thị [bật] hoặc không hiển thị [tắt] trên màn hình. Khi tất cả các level chứa dữ liệu được bật màn hình sẽ hiển thị đầy đủ nội dung của bản vẽ. Ta cũng có thể tắt tất cả các level trừ level đang hoạt động gọi là Active level. Active level là level các đối tượng sẽ được vẽ trên đó. Mỗi một đối tượng đồ hoạ xây dựng lên Design file được gọi là một element. Element có thể là một điểm, đường, vùng hoặc một chữ chú thích. Mỗi một element được định nghĩa bởi các thuộc tính đồ hoạ sau: - Level: [1-63] - Color: [1-255] - Line Weight: [1-31] - Line Style: [0-7, custom style]
16 - Fill color: [cho các đối tượng đóng vùng tô màu]. 2.1.2. Arcgis Dữ liệu trong Arcgis được lưu trữ ở 3 dạng: shapfile, coverages, geodatabase. - Shape files: lưu trữ cả dữ liệu không gian lẫn dữ liệu thuộc tính. Về thực chất shape file không phải là 1 file mà là 5-6 file có tên giống nhau nhưng đuôi khác nhau.3 fiel quan trọng nhất của shape file là các file có đuôi *.shp – chứa các đối tượng không gian *.dbf – bảng thuộc tính *.shx – chỉ số để liên kết đối tượng với bảng thuộc tính *.prj – xác định hệ quy chiếu của shape file Hình 2.1: Cấu trúc dữ liệu shapfiles - Coverages: lưu trữ các dữ liệu không gian, thuộc tính và topology. Các dữ liệu không gian được hiện thị ở dạng điểm, đường, vùng và ghi chú. - GeoDatabase: là một CSDL được chứa trong một file có đuôi là *.mdb. Khác với shape file, GeoDatabase cho phép lưu giữ topology của các đối tượng. Cấu trúc của GeoDatabase như sau: Hình 2.2:Cấu trúc của GeoDatabase 17 Trong GeoDatabase có 1 hay nhiều Feature Dataset. Feature Dataset là một nhóm các đối tượng có chung một hệ quy chiếu và hệ tọa độ. Một Feature Datast có thể chứa một hay nhiều Feature class. Feature class chính là đơn vị chứa các đối tượng không gian của bản đồ và tương đương với 1 layer trong Arcmap. Mỗi Feature class chỉ chứa một đối tượng [ polygon, line, point]. Một Feature class sẽ được gắn với 1 bảng thuộc tính. Khi bạn tạo Feature class thì bảng thuộc tính cũng được tự động tạo theo. 2.2. Các công cụ chuyển đổi dữ liệu 2.2.1. Mapinfo Mapinfo là một phần mềm hệ thống thông tin địa lí đang được sử dụng
rộng rãi tại Việt nam và một số nước khác trên thế giới, là phần mềm dễ sử dụng có nhiều tính năng mạnh, được áp dụng trong GIS. Sử dụng Mapinfo có thể thực hiện xây dựng một hệ thống thông tin địa lý, phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học và sản xuất của các tổ chức kinh tế và xã hội của các ngành và địa phương. Mapinfo hỗ trợ rất nhiều công cụ cho các mục đích khác nhau, trong đó có công cụ chuyển đổi dữ liệu từ định dạng này sang các định dạng khác. Tổ chức thông tin theo các tập tin MapInfo là một phần mềm hệ thống thông tin địa lý GIS cho máy tính để bàn [Desktop Solution]. Các thông tin trong MapInfo được tổ chức theo tập hợp các File cùng tên nhưng khác phần mở rộng về thông tin đồ họa hoặc phi đồ họa chứa các bản ghi dữ liệu. Cơ cấu tổ chức thông tin của MapInfo được tổ chức theo các tập tin chính sau: + *. tab - Chứa các thông tin mô tả cấu trúc dữ liệu, đó là File ở dạng văn bản mô tả khuôn dạng của File lưu trữ thông tin. + *. dat - Chứa các thông tin nguyên thủy, phần mở rộng của tập tin này có thể là *. wks , dbf, xls nếu chúng ta làm việc với các thông tin nguyên thủy là các số liệu từ Lotus 1-2-3, dBase/ FoxBase, Excel, Access + *. map - Bao gồm các thông tin mô tả các đối tượng địa lý. + *. id - Bao gồm các thông tin về sự liên kết giữa các đối tượng địa lý và dữ liệu thuộc tính. + *. ind - Chứa các thông tin về chỉ số. Tập tin này chỉ có khi cấu trúc của Table đã có ít nhất một trường [Field] dữ liệu đã được chọn làm chỉ số hóa [Index]. Thông qua các thông tin của File này chúng ta có thể thực hiện tìm kiếm thông tin thông qua một chỉ tiêu cho trước bằng chức năng Find của MapInfo. Ngoài ra còn có thể có một số tập tin khác kèm theo 18 Chúng ta chỉ có thể truy nhập vào các chức năng của phần mềm MapInfo khi đã mở ít nhất một Table. Khác với các phần mềm thông thường khác là các thông tin chỉ gói gọn trong 1 tập tin, MapInfo cần ít nhất 2 tập tin để quản lý
thông tin đối với dữ liệu thuộc tính hoặc ảnh và 4 tập tin đối với các dữ liệu địa lý. Những tập tin đó phải cùng tên nhưng có phần mở rộng khác nhau như đã liệt kê trên. Trong tập hợp các tập tin này thì MapInfo lấy tập tin *. Tab làm đại diện và khi mở tập tin *. Tab thì thực chất là MapInfo đã mở đồng thời các tập tin khác kèm theo. Khi chúng ta muốn tổ chức quản lý và lưu trữ tổng hợp các Table hoặc các cửa sổ thông tin khác nhau của MapInfo vào chung một tập tin và các mối tương quan giữa các đối tượng đó phải được bảo tồn như khi tạo lập, tập tin quản lý chung đó được gọi là trang làm việc [Workspace] và nó có phần mở rộng ngầm định là *. wor. Tổ chức thông tin theo các lớp đối tượng [Layer] Các thông tin bản đồ phần mềm GIS thường được tổ chức quản lý theo từng lớp đối tượng [lớp thông tin]. Hãy hình dung rằng trong máy tính của chúng ta một bản đồ máy tính là sự chồng xếp của các lớp thông tin lên nhau. Mỗi lớp thông tin chỉ thể hiện một khía cạnh của bản đồ tổng thể. Lớp thông tin là một tập hợp các đối tượng bản đồ thuần nhất, thể hiện và quản lý đối tượng địa lý trong không gian theo một chủ đề cụ thể, phục vụ một mục đích nhất định trong hệ thống. Trong MapInfo chúng ta có thể coi mỗi một Table là một lớp đối tượng [Layer] gồm ít nhất 4 tập tin: *. tab, *. dat [*. xls, *. dbf ], *. Map và *. Id. Cách tổ chức thông tin theo từng lớp đối tượng như vậy đã giúp cho phần mềm MapInfo xây dựng các khối thông tin độc lập cho các mảnh bản đồ máy tính. Điều đó sẽ giúp chúng ta thành lập các bản đồ máy tính linh hoạt hơn theo các cách tập hợp lớp thông tin khác nhau trong hệ thống và dễ dàng thêm vào mảnh bản đồ đã có các lớp thông tin mới hoặc xóa đi các lớp đối tượng khi không cần thiết. Các đối tượng bản đồ chính mà MapInfo sẽ quản lý thể hiện chúng thành các loại bản đồ máy tính khác nhau gồm: + Đối tượng vùng [Region] - thể hiện các đối tượng khép kín hình học và bao phủ một vùng diện tích nhất định. Chúng có thể là các đa giác [Polygons],
hình elip [Ellipse] và hình chữ nhật [Rectangle]. Ví dụ: Lãnh thổ địa giới một xã, hồ nước - Đa giác: MapInfo quản lý các đa giác vùng theo toạ độ từng đỉnh của đa giác. 19 - Elip: MapInfo quản lý đối tượng này theo toạ độ X, Y tâm elip, trục ngang [trục X] và trục dọc [trục Y] của hình elip - Hình chữ nhật: MapInfo quản lý đối tượng này theo toạ độ Xmin, Ymin và Xmax, Ymax của 2 đỉnh đường chéo hình chữ nhật Thuộc tính các đối tượng dạng vùng gồm: kiểu nền [Pattern], màu nền trước [Foreground Color], màu nền sau [Background Color], kiểu đường bao [Line Style of Border] + Đối tượng điểm [Point] - thể hiện vị trí dạng điểm của các đối tượng địa lý, ví dụ như điểm độ cao, điểm lấy mẫu.v.v MapInfo quản lý đối tượng điểm theo toạ độ X, Y của điểm. Thuộc tính chủ yếu của điểm gồm: Font của điểm [Symbol Font], kích cỡ điểm, kiểu điểm trong từng font, màu của điểm + Đối tượng đường [Line] - thể hiện các đối tượng hình học không khép kín và chạy dài theo một khoảng cách nhất định. Chúng có thể là các đoạn thẳng [Line], các đường gấp khúc [Polyline - đường đa tuyến] và các cung [Arc]. Ví dụ: đường phố, sông suối,.v.v - Đoạn thẳng [Line - nối 2 điểm]: MapInfo quản lý đối tượng này theo toạ độ X, Y của 2 điểm đầu và cuối của đoạn thẳng - Đường đa tuyến [Polyline]: MapInfo quản lý đối tượng này theo toạ độ X, Y của từng đỉnh. - Cung [Arc]: MapInfo quản lý đối tượng này theo toạ độ X, Y tâm của cung, bán kính theo trục X, bán kính theo trục Y, góc tiếp tuyến đầu cung và góc tiếp tuyến cuối cung Thuộc tính của đường gồm: kiểu đường, màu của đường, độ đậm [lực nét] của đường
+ Đối tượng chữ [Text] - thể hiện các đối tượng không phải là địa lý của bản đồ như nhãn, tiêu đề, tên địa danh, ghi chú. v. v Đây là đối tượng đặc biệt hơn so với các đối tượng khác. MapInfo quản lý Text theo toạ độ X, Y của đỉnh góc bên trái phía trên của hình chữ nhật ngoại tiếp với đối tượng Text, từ đây MapInfo tính toán theo co chữ [đơn vị chấm điểm - point] để cố định đối tượng Text. Như vậy đối với kích cỡ Text khác nhau hoặc đối với Font khác nhau thì chữ sẽ được co dãn, định vị khác nhau tính từ 1 điểm cố định là đỉnh trên, góc bên trái của hình chữ nhật ngoại tiếp với đối tượng Text Thuộc tính của chữ gồm: Font chữ, kích cỡ chữ, kiểu chữ [đậm, nghiêng, gạch dưới ], màu của chữ Để chuyển đổi định dạng dữ liệu trong phần mềm MapInfo, sử dụng công cụ Universal Translator. Thực hiện theo hình dưới đây: 20 Hình 2.3: Khởi động công cụ Cửa sổ xuất hiện: Hình 2.4: Cửa sổ Univernal Translator Nhược điểm khi chuyển đổi dữ liệu bằng Mapinfor: Dữ liệu khi được chuyển bằng Mapinfor nhiều khi bị mất dữ liệu thuộc tính, dữ liệu không gian nếu phức tạp sẽ dễ bị lỗi. 2.2.2. Arcgis Arcgis Desktop là một sản phẩm của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường [ERSI], là phần mềm phục vụ cho công tác quản lí tài nguyên thiên nhiên, xã hội, cùng với sự phát triển của công nghệ với nền tảng là công nghệ 21 máy tính, đồ họa, phân tích, và quản lí dữ liệu không gian. Phần mềm Argis Desktop 3 ứng dụng chính sau: ArcMap cho phép người sử dụng trình bày và truy vấn dữ liệu, tạo nên bản sao đầy đủ của bản đồ và thực hiện các chức năng phân tích bản đồ. ArcCatalog cho phép người sử dụng dễ dàng truy cập và quản lí những dữ liệu địa lý được cất giữ trong thư mục và đĩa cứng Dữ liệu có thể copy, di
chuyển, xóa, quan sát sơ bộ trước khi thêm vào một bản đồ. ArcScene có các chức năng tương tự như ArcMap, ngoài ra nó còn cho phép người sử dụng hiển thị bản đồ dưới dạng 3D. ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lí, xuất – nhập các dữ liệu từ các định dạng khác như MapInfo, MicroStation, AutoCad… Cũng giống như các phần mềm thông tin địa lý khác, Arcgis cũng hỗ trợ công cụ để chuyển đổi định dạng dữ liệu. Để chuyển đổi dữ liệu, có thể sử dụng công cụ: Quick Import trong Data Interoperability Tools: Hình 2.5: Công cụ Quick Export Hay sử dụng các công cụ trong Conversion Tools của ArcToolbox: 22 Hình 2.6: Công cụ ToShapfile 2.2.3. FME FME là một công cụ linh hoạt và mạnh mẽ trong việc chuyển đổi dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu GIS của các bộ sản phẩm phần mềm là khác nhau và các dữ liệu này có điểm tương đồng và có thể chuyển đổi qua lại để sử dụng, và FME sẽ giúp bạn thực hiện tốt nhiệm vụ này. FME giúp chúng ta sử dụng được dữ liệu linh hoạt, chuyển đổi qua các dịnh dạng GIS khác nhau, cho phép thao tác dễ dàng và chính xác với dữ liệu không gian và thuộc tính, khi chuyển đổi các định dạng khác nhau mà không làm mất, sai dữ liệu. Để chuyển đổi định dạng dữ liệu trong FME ta có thể sử dụng FME WorkBench hay FME Universal Translator. 2.3. Xây dựng quy trình chuyển đổi 2.3.1. Quy trình chuyển đổi 23 Cơ sở Khung lưới [level 1,5,6,30]
Text ghi chú [level 1,2,3,8, 20,24,26,32] Ghi chú tọa độ [level 16,17,18] Kí hiệu ghi chú [level 19] Bảng chắp [level 9] khungluoi.shp khungluoi.shp [line] ghichu_cs.shp ghichu_cs.shp [text] toado.shp toado.shp [text] kihieu_line.shp kihieu_polygon.shp kihieu_line.shp [line] kihieu_polygon.shp [polygon] bangchap_text.shp bangchap_line.shp bangchap_text.shp [text] bangchap_vung.shp [line] Chuyển đổi tượng dạng đường sang dạng vùng. text, line text Chuyển dữ liệu trong FME Chuẩn dữ liệu trong Arcgis line,polygon
line text 24 Dân cư Dân cư [level 6] Đối tượng kinh tế văn hóa xã hội [level 9,14,15,16,24] Ghi chú dân cư [level 46,47,48, 49,53,54] dan_cu.shp KTVHXH.shp daydien.shp ghichu_dc.shp dan_cu.shp [point] KTVHXH.shp [point] daydien.shp [line] ghichu_dc.shp [text] polygon text polygon, line Chuyển đối tượng dạng vùng sang dạng điểm Ranh giới Đường ranh giới
[level 10] ranhgioi.shp ranhgioi.shp [polygon] line Chuyển đối tượng dạng vùng sang dạng điểm Chuyển đối tượng dạng vùng sang dạng điểm Địa hình Đường bình độ [level 1,2,29] Điểm độ cao [level 7,8] Ghi chú [level 52,53] duongbinhdo.shp docao_text.shp giatri_dcao.shp ghichu_kv.shp duongbinhdo.shp [line] text text, point line Gán bằng tay một số giá trị đường bình độ bị mất Thực
vật Vùng thực vật [level 3,5,35] thucvat.shp Gán bằng tay tên thực vật cho dữ liệu. polygon 25 docao.shp [point] ghichu_kv.shp [text] Joint dữ liệu thuộc tính text sang point thucvat.shp [polygon] Sông 1 nét [level 1,2,24,40] Sông 2 nét [level 4] Ghi chú tên sông, hồ, khe [level 47,48] song1n.shp song2n.shp ghichu_th.shp song1n.shp [line] line polygon line,polygon Đập, cống level[38,43]
dap.shp cong.shp polygon text Bãi bồi level[11] [Đóng vùng bãi bồi] baiboi.shp