Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 56 b. Những cơ sở ñể xây dựng bản ñồ thông qua giải ñoán ảnh Khi chúng ta có ñược các tấm ảnh chụp từ vệ tinh hay máy bay thì ñó mới chỉ là những tư liệu cần thiết ban ñầu, tuy nhiên ñể nghiên cứu và xây dựng ñược bản ñồ chúng ta phải có những cơ sở ñể giải ñoán chúng. Như chúng ta ñã biết trong ñiều kiện ñược chiếu sáng như nhau các ñối tượng khác nhau trên mặt ñất có khả năng phản xạ, bức xạ năng lượng mặt trời ở những mực ñộ khác nhau, do vậy khi ta nhìn các vật thể khác nhau trên ảnh chúng có những khác biệt về sắc (tone) ảnh bên cạnh các khác biệt khác như kích thước (size), hình dạng (shape), cấu trúc (structure) và phân bố trong không gian của chúng Việc nhận biết các ñối tượng qua sự biểu thị của chúng trên ảnh dựa trên những ñặc trưng và tính chất của vật thể nhằm phục vụ cho các mục ñích chuyên môn khác nhau ñược gọi là phép giải ñoán ảnh. Các tài liệu không ảnh ghi nhận ñược cả những ñặc ñiểm tính chất của ñối tượng vật thể mà ta có thể nhận biết ñược bằng mắt và cả những tính chất không nhận ñược bằng mắt ñây là nguồn tài liệu quý giá có thể dùng khai thác những thông tin của ñối tượng, giữa hiện tượng và mối quan hệ của các vật thể mà ảnh chụp ñã ghi nhận ñược. Việc khai thác các thông tin ảnh là quá trình nhận thức từ chỗ chưa biết ñến chỗ biết, từ những mối quan hệ của các ñối tượng này ñể hiểu ñối tượng khác, từ ñơn giản ñến phức tạp từ ñối tượng riêng rẽ ñến cả quần thể và cảnh quan khu vực và ngược lại, từ những nhận biết về quần thể, cảnh quan khu vực sẽ bổ trợ cho việc nhận biết về các ñối tượng riêng rẽ hay theo logic ñó là sự kết hợp giữa phương pháp quy nạp và phương pháp suy diễn. Người ta khai thác thông tin ảnh trên hai phương diện ñịnh lượng và ñịnh tính: - Khai thác ñịnh lượng: ñó là việc ño ñạc, tính toán các yếu tố thay ñổi linh hoạt quan sát thấy trên ảnh những vị trí tương ñối giữa các ñối tượng. - Khai thác ñịnh tính: ñó là việc xác ñịnh các tính chất của ñối tượng thể hiện ở màu sắc, hình dạng, kích thước, cấu trúc, bóng Giải thích không ảnh trong xây dựng bản ñồ Giải thích không ảnh là việc xem ảnh xác ñịnh các vật thể có trên không ảnh nhận biết các vật ñó và mức ñộ quan trọng của chúng ñối với mục ñích nghiên cứu. Các không ảnh có nhiều tỷ lệ xích rất khác nhau từ những tỷ lệ từ một phần ngàn ñến một phần hàng trục, hàng trăm ngàn chúng giúp người ta nghiên cứu ñược những vùng rộng lớn với các lớp phủ bề mặt ñất ñai như: rừng rậm, rừng thưa, ñồi núi, hồ nước, thảm cỏ, những vùng ñất trống, hoang mạc ñến việc xem xét, nhìn nhận các vật thể một cách rõ ràng hơn. Người ta cũng có thể phóng ñại các không ảnh tuy nhiên những ñường nét thể hiện trên ảnh sẽ không rõ. Những yếu tố thường ñược sử dụng trong giải ñoán ảnh - Kích thước (size): kích thước vật là một trong các yếu tố quan trọng liên quan tới mật ñộ và màu sắc của ảnh nó giúp các nhà giải ñoán xác ñịnh vật thể. Ví dụ không ảnh của vạt rừng vừa bị chặt có kích thước cây mật ñộ của các tiết diện cây theo chiều thẳng ñứng. Nếu không ñể ý tới kích thước (hay ñộ lớn của vật thể) người giải ñoán có thể nhầm lẫn ngay cả khi xem xét ñúng các yếu tố bóng, hình dạng, sắc màu, cấu trúc. - Hình dạng (shape): ñược dùng ñể phân biệt giữa vật thể này với vật thể khác dựa vào hình dạng người ta có thể phân biệt ñược sân bóng ñá với ao, hồ và cũng có thể dựa vào hình dạng cong lượn hay thẳng ñể tách ñường quốc lộ với ñường sắt hay sông ngòi - Bóng vật (Shadow): các bóng của vật thể có thể cản trở hoặc trợ giúp cho việc giải ñoán vì chúng giúp cho nhận biết giữa vật thể có chiều cao và vật thể không có chiều cao một cách dễ ràng. Song nó cũng gây khó khăn cho việc nhận biết vật thể vì thế người ta phải sử dụng kính lọc và tổng hợp màu mục ñích ñể tăng ñộ tương phản giữa vật thể và nền bóng của chúng trong việc giải ñoán. - Cấu trúc (Texture): cấu trúc trong ảnh ñược tạo ra bởi sự chồng màu trong các nhóm vật chúng gây cảm giác tạo ra sự gồ ghề hay bằng phẳng của vật thể nên có giá trị lớn cho công tác giải ñoán. Trên không ảnh chụp rừng cây kích thước của cây có thể ñược xác ñịnh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 57 ñược qua cấu trúc các cấu trúc dạng phẳng mượt cho thấy các cây nhỏ còn non, các cấu trúc kiểu gồ ghề hoà trộn vào nhau thường biểu hiện ở các cây già, ñặc biệt trong các ảnh raña và ảnh bức xạ sóng cực ngắn chúng giúp cho việc phân tích các lớp khác nhau trong môi trường. - Mẫu (pattern): Mẫu hay sự bắt chước, ñược hình thành do con người quan sát mô tả và xây dựng nên, việc xây dựng các mẫu ñòi hỏi sự quan sát tỷ mỉ chính xác ở trên mặt ñất ñược lặp ñi lặp lại mới tạo ra ñược các mẫu có ñộ tin cậy cao cho việc xác ñịnh chúng. Ví dụ: vườn cây ăn quả và các hàng cây trồng rất dễ tìm thấy nhờ các mẫu quan sát thấy ở mặt ñất. Các mẫu liên quan tới quá trình rút nước của bề mặt ñất có quan hệ ñến các sinh vật và môi trường ñặc trưng của chúng - Vị trí (Site): vị trí giữa các vật thể có mối liên quan chặt chẽ ñến các ñặc trưng của bề mặt ñất rất có ích cho việc giải ñoán gián tiếp. Ví dụ vị trí của rừng ngập mặn ven biển liên quan ñến rừng sú, vẹt, mắm. Rừng tràm của vùng ñất phèn, rừng dừa nước trong vùng có nước lợ do ñó những hiểu biết tương quan giữa vị trí ñịa lý với các vật thể quan sát là rất quan trọng ñể từ vị trí có thể suy ra vật và ngược lại. - Mối liên kết (Association): trong những trường hợp các vật thể có mối liên quan chặt chẽ với nhau thì khi biết ñược vật thể này thì có thể giúp cho việc nhận biết ñược các vật thể kia. Ví dụ trường học thường liên kết với các sân chơi, các khu ñiền kinh, trong khi nhà thờ thì lại không có các liên kết này. Các khu công nghiệp thường có các ống khói cao trong khi các cụm dân cư thì lại không có - Ðộ phân giải (Resolution): ñộ phân giải của ảnh thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố, song luôn phản ánh rõ thực tế cần xác ñịnh. Những vật thể tuy nhỏ nhưng có ñộ tương phản lớn so với nền trên ảnh thì cũng dễ tìm thấy. Ví dụ vị trí phân bố ao, hồ trên nền ñất khô sáng hay so với nền lớp phủ thực vật. Tuy nhiên những vị trí chính xác của các ñường bờ bao của chúng ñôi khi không chính xác do sự tương phản của sắc màu giữa các dải ñất nằm kề với mặt nước. C. Các khoá giải ñoán ảnh Các khoá giải ñoán ảnh là những tài liệu căn bản dùng ñể kiểm chứng nhanh chóng và chính xác các vật thể có trong ảnh nhờ vào sự phân tích các ảnh của vật thể nghiên cứu. Thực tế muốn có ñược khoá giải ñoán người ta phải phân loại thật rõ ràng các vật thể trên ảnh theo mục ñích cần nghiên cứu. Ví dụ: khi nghiên cứu về thảm thực vật rừng thì các nhà quân sự chỉ quan tâm ñến vấn ñề che khuất của các cây rừng cho việc ngụy trang và những thuận lợi khó khăn trong việc di chuyển quân, song mục ñích của những nhà lâm học nghiên cứu về rừng lại nghiên cứu sâu về khu hệ thực vật tự nhiên của rừng, các lớp thảm thực vật che phủ khác nhau có trong rừng hay các nhà thổ nhưỡng lại nghiên cứu về loại ñất và ñặc ñiểm của tính chất ñất ở bên dưới lớp phủ thực vật này Như vậy tuỳ theo các mục ñích nghiên cứu khác nhau ñòi hỏi phải có các khoá giải thích trong nghiên cứu cũng sẽ khác nhau. Tuy nhiên, ở mỗi chìa khoá giải ñoán xác ñịnh thường bao gồm 1 bộ không ảnh chụp từ vệ tinh hay máy bay và 1 bộ ảnh mô tả mặt ñất hoặc bằng hình vẽ ở mặt ñất hay những mô tả, nhận xét giải thích cho các ñiểm chuẩn trên các vị trí xác ñịnh ở không ảnh. Trong những khoá thường sử dụng trong giải ñoán ảnh thường gặp - Khoá tin tức về vật thể (Item): là những khoá liên quan tới việc tìm kiếm những thông tin riêng của vật thể hay trạng thái của chúng có trên ảnh. - Khoá bổ trợ (Subject): là tập hợp các khoá tin tức hoặc các khoá bổ trợ liên quan tới việc tìm thấy các vật thể cơ bản hay các trạng thái của chúng theo mục ñích ñã chọn . - Khoá vùng rộng (Regional): là tập hợp các khoá tin tức hoặc các khoá bổ trợ liên quan với việc tìm thấy các vật thể trong tính chất trạng thái riêng của vùng. - Khoá vùng hẹp (Area): là các khoá xác ñịnh cho một diện tích ñã ñiều tra ñược chúng cho phép ngoại suy trong việc giải ñoán các vật thể và trạng thái tương tự các vùng khác. Ðặc trưng và bản chất của các khoá giải ñoán ảnh ñược chia ra thành 2 loại chính sau: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 58 - Các khoá trực tiếp: là những khoá giải ñoán cơ bản ñể tìm thấy vật hoặc trạng thái của chúng trên các tấm ảnh. - Các khoá liên hợp (khoá gián tiếp): gồm những khoá mô tả hay những phác hoạ cơ bản dùng ñể suy luận giải ñoán những ñặc tính không trực tiếp thấy rõ trên ảnh Ví dụ: khi ñiều tra ñất bằng không ảnh trên khu vực rừng ngập mặn (sú, vẹt) ven biển tư liệu giải ñoán cho chúng gồm các không ảnh ñược chụp từ trên vệ tinh hoặc máy bay thể hiện hình ảnh về thảm rừng tại các thời ñiểm ñiều tra. Kèm theo các không ảnh là những ảnh về phong cảnh và những mô tả thực trạng mà người ta chụp ñược trên mặt ñất ở các khu vực ñó vào các thời ñiểm có thủy triều lên và xuống. Những ñặc ñiểm mô tả thường ñược diễn giải theo vị trí xác ñịnh như sau: + Vị trí của khu rừng thuộc vùng ven biển có tên ñịa danh mức ñộ lắng ñọng bùn trên mặt. + Những mô tả chính các loại cây có trong rừng về chiều cao như: cao khoảng 3m- 10m, ñặc ñiểm mọc xen kẽ chằng chịt, lá có màu xanh ñậm dày với các rễ chùm cắm xuống ñất. + Lúc thủy triều rút trong rừng có nhiều các kênh, rạch chạy quanh co, mặt ñất lộ những lớp bùn ñen Qua những mô tả và hình ảnh kiểm chứng từ mặt ñất sẽ giúp cho việc xác ñịnh hình dạng, phân bố khu rừng trên không ảnh: có màu sắc hơi ñậm, phân bố các mảng màu không ñều nhau nằm dọc các vùng bùn lầy ở cửa sông giáp biển Tóm lại, nhờ vào các mã khoá giải ñoán không ảnh chúng ta có thể xác ñịnh trực tiếp những ñặc ñiểm của vật thể về vị trí, hình dáng, màu sắc của chúng có trong ảnh ñồng thời cũng có thể suy luận một số vấn ñề có thể không xác ñịnh một cách trực tiếp ñược trên ảnh, cụ thể như ở những không ảnh chụp rừng cây sú, vẹt ta không thể thấy ñược sự hiện diện của các lớp ñất do sự che phủ của các tán cây rừng dày ñặc, song chúng ta cũng có thể suy ñoán ñược ñất ở ñây phải thuộc loại ñất mặn hay chua mặn chứ không thể là ñất loại ñỏ vàng hay ñất bạc màu ñược. d. Ứng dụng của không ảnh trong xây dựng bản ñồ ñất Sử dụng không ảnh và giải thích chúng là việc xem xét những vật thể có trong ảnh ñể nhận biết ñối tượng là những vật thể gì trên mặt ñất và ñóng vai trò thể hiện như thế nào trong bản ñồ. Việc xem xét và ñối chiếu không ảnh dược ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực ñịa lý, ñịa chất, hiện trạng rừng, hiện trạng sử dụng ñất và kiểm tra, lập bản ñồ thổ nhưỡng Các không ảnh ñược chụp theo các tỷ lệ và theo các thời ñiểm khác nhau nên tuỳ theo mục ñích mà người ta phải sử dụng các tỷ lệ không ảnh khác nhau ñể kiểm chứng các chi tiết bản ñồ chụp ñược trong ảnh. Việc nghiên cứu giải thích không ảnh thường ñược người ta quan tâm tới những vấn ñề chính sau: Kiểm chứng, xác ñịnh các chi tiết có trong không ảnh: dựa vào các tiêu chuẩn riêng của từng chi tiết ñể phân biệt các vật thể có trong không ảnh. Cụ thể như ruộng nương, hồ ao, sông suối, bờ ñê, rừng cây theo các khoá giải ñoán và qua những nghiên cứu không ảnh giúp chúng ta xác ñịnh các ñối tượng cụ thể ñể thể hiện hay chỉnh sửa những gì mới quan sát thấy và cập nhật chúng lên bản ñồ. Dựa vào kết quả nghiên cứu không ảnh cũng có thể giúp chúng ta ñi sâu giải thích các chi tiết thu ñược từ chúng theo các mục ñích khác nhau, ví dụ: khi có không ảnh về khu vực rừng người ta cũng có thể xác ñịnh rừng cây thuộc loại cây gì? trên cơ sở ñi sâu nghiên cứu về thực thể hình dạng, màu sắc, ñường kính tán cây giúp cho việc xác ñịnh dung lượng gỗ có khả năng khai thác. những không ảnh chụp ñể theo dõi những biến ñộng về nước mặt trong mùa khô và mùa mưa cũng có thể giúp cho việc ñánh giá mức ñộ hạn hán Xác ñịnh giải thích tổng thể các chi tiết của không ảnh hay kết hợp nhiều không ảnh ñể xác ñịnh một cách tổng thể các vật thể có trong các không ảnh và mối tương quan giữa Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 59 chúng với nhau, cụ thể như khi xác ñịnh ñược ñiều kiện ñất ñai ở những nơi có ñịa hình và ñộ dốc cao thì cũng ñồng thời xác ñịnh ñược ñiều kiện thoát thủy của vùng, khi xác ñịnh ñược một số loại thực vật rừng ñặc trưng người ta cũng có thể tìm hiểu ñược mối liên quan ñến một số ñặc tính ñất có trong khu vực ñó. Ví như việc nhận biết ra các khu vực ñất mặn và chua mặn dưới các tán rừng sú vẹt, ñất chua dưới các thảm thực vật sim mua, sự hiện diện của ñất xám trong các khu rừng Khộp ở Tây Nguyên Tuy nhiên, việc giải ñoán không ảnh luôn cần thiết có sự kết hợp, kiểm chứng bổ sung với những kết quả ñiều tra ñược ở ngoài thực ñịa (ngoài ñồng) ñể xem chúng có phù hợp với thực tiễn hay không. Việc ñiều tra xây dựng bản ñồ thổ nhưỡng khác với việc nghiên cứu các ñối tượng trên bề mặt như ñiều tra sử dụng ñất, tìm hiểu thảm thực vật rừng, phân bố các khu vực chứa nước, phân bố vùng dân cư, ñường xá những ñối tượng này luôn ñược thể hiện rõ trên bề mặt ảnh do ñó người ta có thể quan trắc trực tiếp ñược ñối tượng cần xác ñịnh. Nhưng ñối với việc xây dựng bản ñồ thổ nhưỡng do ñối tượng nghiên cứu là các lớp ñất dưới sâu, thường bị che lấp bởi các lớp phủ trên bề mặt nên muốn xây dựng ñược loại bản ñồ này người ta phải tiến hành ñiều tra trực tiếp ngoài ñồng trên cơ sở nghiên cứu các phẫu diện, lấy mẫu ñất phân tích ñể phân loại và thể hiện chúng. Song ñối với các mục ñích tham khảo, xây dựng các bản ñồ nền thì việc sử dụng không ảnh là rất có ý nghĩa trong việc giảm bớt những chi phí và thời gian trong ño ñạc và vẽ bản ñồ. Người ta còn nghiên cứu không ảnh ñể chỉnh sửa những chi tiết thiếu chính xác và bổ sung những ñối tượng còn thiếu trên bản ñồ nền hay xác ñịnh các khoanh phân loại ñất sau khi ñiều tra. Ðặc biệt, ở những vùng chưa có bản ñồ gốc hoặc bản ñồ gốc có tỷ lệ quá nhỏ không thể sử dụng cho việc dã ngoại, người ta cũng có thể sử dụng không ảnh tỷ lệ lớn ñược chụp từ máy bay ñể xác ñịnh, phân chia vị trí các lưới phẫu diện cần ñiều tra hay sử dụng ñể ñiều tra trực tiếp ngoài ñồng. Tuy nhiên, khi sử dụng không ảnh ñể bổ sung cho bản ñồ hay ñiều tra phải hết sức lưu ý tới tỷ lệ của chúng và người ta cũng thường chỉ sử dụng không ảnh trong việc xây dựng các bản ñồ ñất ở mức ñộ bán chi tiết (<1/50.000) còn ñối với những bản ñồ ñất chi tiết thì chúng cũng chỉ ñược sử dụng ñể làm các tài liệu tham khảo. Sử dụng không ảnh trong xây dựng bản ñồ ñất còn giúp cho việc nhận ñịnh và giải thích một số mối tương quan rất cơ bản giữa ñất và ñiều kiện môi trường và các yếu tố hình thành chúng, ví dụ như: thông qua nghiên cứu ảnh giúp ta có cái nhìn tổng thể và phân biệt rõ hơn về ranh giới của ñịa hình (núi, ñồi, bình nguyên, thung lũng ) trong vùng ñiều tra ñể từ ñó có thể sơ bộ xác ñịnh ñược các quá trình hình thành ñất và sự biến ñổi có liên quan ñến các quá trình rửa trôi, tích tụ, ngập úng ở trong vùng. Dựa vào lớp phủ của thảm thực vật tự nhiên quan sát ñược trên không ảnh giúp cho việc tìm hiểu ñược mối tương quan giữa các thảm thực vật này ñối với ñất. Ví dụ: khi thấy xuất hiện các dải rừng ngập mặn ven biển (sú, vẹt, ñước) có thể cho chúng ta liên hệ tới sự hiện diện của các loại ñất mặn hoặc chua mặn. Những vùng thung lũng có những loại thực vật tự nhiên lau sậy có liên quan ñến các loại ñất ñầm lầy, glây. Vùng cao nguyên ở những nơi có rừng Khộp thưa thớt thường có liên quan ñến ñiều kiện khô hạn khốc liệt về mùa khô và sự hình thành ñất xám. Việc quan sát, tìm hiểu về tỷ lệ ñất ñược sử dụng và các loại hình sử dụng cũng sơ bộ giúp cho việc nhìn nhận về loại ñất và một số ñặc tính của chúng, cụ thể như ở những vùng rừng núi xuất hiện nhiều nương rẫy và ruộng bạc thang cho chúng ta thấy ñược về khả năng ñộ phì, ñộ ẩm và khả năng cung cấp nước của ñất và ngược lại ở những nơi ñất dốc, cây cối thưa thớt với những loại cây ñặc trưng như sim, mua giúp cho nhận ñịnh về khả năng thoái hoá của ñất (ñất có tầng mỏng, chua, rửa trôi ) ở tại những nơi này. Hình ảnh ở những vùng trồng lúa nước rộng lớn có thể liên quan ñến ñất phù sa ở ñồng bằng châu thổ hay thung lũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 60 Qua quan sát màu sắc ñất kết hợp với thảm thực vật có trên không ảnh ñôi khi cũng có thể giúp cho việc nhận diện một loại ñất cụ thể nào ñó. Ví dụ như: màu trắng của ñất với những thảm thực vật thưa thớt trên ảnh chụp ở vùng ven biển giúp cho việc xác ñịnh các loại ñất cát nằm ở bên dưới. Mức ñộ ñỏ xẫm, vàng nhạt hay xám sáng của các ảnh màu chụp ở vùng ñồi núi giúp chúng cho việc phân chia ranh giới của những loại ñất có các ñặc tính khác nhau dễ dàng hơn rất nhiều so với việc khảo sát trực tiếp chúng ngoài thực ñịa. Tuy nhiên, cũng phải hết sức thận trọng trong các suy ñoán ñối với các ñặc ñiểm hay tính chất ñất. Những nghiên cứu trên không ảnh phải ñược kết hợp với những ñiều tra trực tiếp ngoài ñồng chứ không thể chỉ dựa vào quan trắc ảnh và kinh nghiệm ñơn thuần. 4.2. Ứng dụng GIS trong xây dựng bản ñồ Trong kỹ thuật ñể xây dựng bản ñồ nếu chúng ta mới chỉ nói ñến ứng dụng viễn thám mà không ñề cập tới những ứng dụng rất rộng lớn của kỹ thuật tin học trong hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) ñể xây dựng, lưu trữ và thể hiện bản ñồ thì thì hoàn toàn thiếu sót trong việc nhìn nhận về việc áp dụng những thành tựu kỹ thuật mới của khoa học trong xây dựng bản ñồ. Viễn thám mới chỉ cho chúng ta những bức tranh chân thực, rời rạc của bề mặt những thông qua xử lý của hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) chúng sẽ ñược liên kết lại một cách có hệ thống và qua ñó người ta có thể xử lý, tính toán, phân tích, tổng hợp hoặc bóc tách ñược các ñối tượng cũng như các chi tiết mà chúng ta quan trắc ñược có liên quan tới việc xây dựng bản ñồ. a. Khái niệm hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) Hệ thống thông tin ñịa lý (GIS) là chữ viết tắt (Geographic Information System). Ðây là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng, dữ liệu ñể trợ giúp con người trong việc tính toán, phân tích, thể hiện các thông tin ñược gắn với từng vị trí không gian trên bề mặt ñất. Những thành phần cấu thành GIS gồm có 5 hợp phần chính bao gồm phần cứng, phần mềm tin học, cơ sở dữ liệu, con người và phương pháp, trong ñó: - Phần cứng: là các thiết bị ngoại vi như máy tính, như bàn số hóa, máy vẽ, máy quét, máy in ñể nhập và xuất dữ liệu. - Phần mềm: bao gồm nhiều modul khác nhau chúng giúp cho khả năng lưu trữ, quản lý những dữ liệu không gian bằng hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu ñịa lý ñây là phần quan trọng nhất của GIS. Các modul phần mềm thường ñược sử dụng làm công cụ phân tích dữ liệu, làm báo cáo, truyền tin trong lập bản ñồ các phần mềm thường ñược sử dụng như Arc/Info, ArcView, Map/Info - Dữ liệu: bao gồm các dữ liệu thống kê gắn kết các ñặc tính tự nhiên của ñất ñai ñược thể hiện theo thuộc tính hay không gian. Ví dụ: bảng số liệu về diện tích các ñặc ñiểm thành phần cơ giới: cát mịn, cát thô, thịt và sét pha cát; hệ thống số liệu sử dụng ñất có trong vùng ñiều tra, bảng thống kê diện tích ngập mặn, số liệu số hoá Trong GIS luôn có các công cụ lưu trữ dữ liệu thuộc tính (cơ sở dữ liệu) cùng với dữ liệu không gian (bản ñồ) và những nối kết logic giữa hai loại dữ liệu này và ñây chính là thế mạnh của GIS quan trọng nhất mà ở các hệ thống riêng lẻ không thể có. - Con người: Là nhân tố thao tác, ứng dụng và xử lý dữ liệu, chúng ñược xác ñịnh trong hệ thống chuyên gia trên các lĩnh vực chuyên môn khác nhau và các chuyên gia GIS cùng hợp tác làm việc nhằm vận hành tốt có hiệu quả cao trong việc giải quyết các vấn ñề không gian và xây dựng bản ñồ. - Phương pháp: Giúp người sử dụng dễ dàng áp dụng các thao tác trong quá trình xử lý các số liệu liên quan ñến thông tin ñịa lý. Sơ ñồ dưới ñây phản ánh khái quát ứng dụng công nghê thông tin ñịa lý trong xây dựng bản ñồ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 61 b. Khả năng ứng dụng của GIS Công nghệ GIS ngày càng ñược sử dụng rộng rãi và khả năng ứng dụng chúng trong thực tế là rất rộng lớn bởi GIS ưu việt hơn các hệ thống thông tin khác ở chỗ nó có khả năng thu nhận cả dữ liệu không gian (liên quan tới bản ñồ) và các dữ liệu thuộc tính (các bảng thể hiện các tính chất thuộc tính), ñồng thời mạnh hơn nữa GIS còn có khả năng phối hợp các loại dữ liệu ñược thể hiện ở trên với nhau nhằm ñáp ứng cho các mục ñích khai thác, sử dụng cụ thể chúng có thể trả lời ñược các câu hỏi của người sử dụng sự nhận biết ñối tượng là gì? vị trí ñối tượng ở ñâu và kích cỡ của chúng là bao nhiêu? những thông tin về thuộc tính liên quan tới ñối tượng. Ví dụ cụ thể như ta có thể khai thác thông tin từ một bản ñồ ñất về loại ñất mà chúng ta muốn tìm hiểu ñược (mà bản ñồ này ñược thiết lập từ GIS) thì chúng ta có thể xem ñược phân bố về mặt vị trí trong không gian của loại ñất cần xác ñịnh trên bản ñồ với cả các ñặc tính liên quan ñến diện tích, tính chất vật lý hoặc một số tính chất hoá học cơ bản ñã ñược người ta phân tích, ñiều kiện ngập úng hay hiện trạng và khả năng sử dụng của loại ñất này Chính vì vậy mà GIS là một công cụ ñắc lực cho việc xây dựng và quản lý bản ñồ, và ñặc biệt hơn nữa GIS lại là một công cụ rất ñắc lực trong việc thành lập và xây dựng bản ñồ từ kỹ thuật ảnh viễn thám bởi tính ưu việt của GIS là có khả năng phân tích về mặt không gian và xử lý số liệu một cách linh hoạt của chúng. Dưới ñây là một vài ứng dụng của GIS thường gặp trong thực tế: - Dịch vụ khẩn cấp: áp dụng trong hệ thống an ninh, cứu hỏa. - Quản lý và lập kế hoạch: trong xây dựng các mạng lưới giao thông ñường phố với các chức năng tìm kiếm vị trí, ñịa chỉ khi biết trước ñịa chỉ ñường phố, ñiều khiển hệ thống ñèn thành phố, lập kế hoạch lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn ñịa ñiểm xây dựng các công trình công cộng, lập kế hoạch phát triển hệ thống ñường giao thông. - Giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường: với những chức năng như quản lý hệ thống sông, ngòi, kiểm soát các vùng lũ lụt, sử dụng và khai thác các quặng, mỏ, theo dõi PHẦN CỨNG CƠ Së d÷liÖu CƠ SỞ TRI THỨC Thế giới thực Viễn thám Xử lý ảnh GIS CÁC QUYẾT ðỊNH Workstation Plotter Scanner Laser printer Modem Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 62 ñộng thái mưa, mực nước sông, suối, phân tích tác ñộng môi trường, giám sát và mô hình hoá các khu vực dân cư - Quản lý ñất ñai: bao gồm các chức năng lập bản ñồ, ñánh giá ñất ñai, xây dựng kế hoạch sử dụng ñất, quy hoạch sử dụng ñất, quản lý nguồn nước (tưới, tiêu), tìm hiểu sự biến ñộng về sản xuất nông, lâm nghiệp - Quản lý và lập kế hoạch các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm ñịa ñiểm cho các công trình ngầm, ống dẫn, ñường ñiện, cân ñối tải ñiện, lập kế hoạch bảo dưỡng các công trình công cộng - Phân tích: tổng ñiều tra dân số, lập bản ñồ các dịch vụ y tế, bưu ñiện và nhiều các ứng dụng khác c. Hệ thống thông tin ñịa lý và cơ sở ứng dụng cho việc xây dựng bản ñồ ñất Sự phát triển rộng rãi và mạnh mẽ của kỹ thuật vi tính cả về phần cứng lẫn phần mềm ñã tạo ñiều kiện cho việc thể hiện các số liệu ñịa lý ở dạng bản ñồ phát triển nhanh chóng. Mặt khác, do nhu cầu cần thiết về lưu trữ, phân tích và sử lý các số liệu ñịa lý trong việc xây dựng bản ñồ cho một vùng rộng lớn và phức tạp ñã dẫn ñến sự cần thiết phải có sự hỗ trợ của hệ thống máy tính nhằm lưu giữ và sử lý ñược các hệ thống thông tin chi tiết, tỷ mỷ trong xây dựng bản ñồ. GIS có thể giúp chúng ta quản lý sử dụng các nguồn dữ liệu tài nguyên thiên nhiên một cách hợp lý và có hiệu quả, bởi GIS là “một hệ thống liên hợp” với các chức năng thu thập, lưu dữ liệu và người sử dụng và khai thác chúng có thể thao tác trực tiếp với các dữ liệu ñược lưu giữ (như: cập nhật, sửa chữa, lưu trữ và khai thác dữ liệu), phân tích không gian và hiển thị dữ liệu. Các chức năng này có mối quan hệ mật thiết với nhau ñược mô tả khái quát qua sơ ñồ 5.2 dưới ñây. Sơ ñồ 5.2. Thu thập và quản lý dữ liệu trong xây dựng bản ñồ của GIS PHÂN TÍCH CHUYÊN ðỀ - Cập nhật - Sửa chữa - Lưu trữ - Khai thác Hiển thị - Màn hình - ðồ thị - Bản ñồ - Tệp tin - Ả nh vệ tinh - Số hoá - Quét ảnh - Nhập bằng bàn phím PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN PHÂN TÍCH T ỔNG HỢP KHÔNG GIAN - THU THẬP CƠ S Ở DỮ LIỆU Vector/Raster/Bảng THAO TÁC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 63 d. Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin ñịa lý trong xây dựng bản ñồ Cơ sở dữ liệu (CSDL) bản ñồ là một tập hợp có tổ chức các thông tin nhằm ñáp ứng một số mục tiêu kỹ thuật hoặc quản lý trong sử dụng bản ñồ. Những thông tin hay cơ sở dữ liệu của bản ñồ ñược người ta phân loại, mã hoá và lưu trữ có thể dễ dàng tìm kiếm ñược theo một trình tự logic. Các cơ sở dữ liệu ở ñây thường ñược xây dựng dưới dạng tập hợp các thông tin (các tệp dữ liệu) ở dạng Vector, Raster hoặc các bảng số liệu văn bản chúng bao gồm 2 loại cơ sở dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính trong ñó: - Cơ sở dữ liệu không gian: ñược dùng ñể mô tả vị trí, hình dạng và kích thước của ñối tượng trong không gian, chúng bao gồm toạ ñộ và các ký hiệu dùng ñể xác ñịnh các ñối tượng trên bản ñồ. Hệ thống thông tin ñịa lý dùng các số liệu không gian ñể tạo ra bản ñồ hay hình ảnh bản ñồ trên màn hình máy tính hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi in ấn. Dữ liệu không gian bao gồm 3 loại ñối tượng: ñiểm (point), ñường (polyline) và vùng (polygon). Các ñối tượng không gian này ñược lưu trữ ở 2 dạng mô hình dữ liệu Vector và Raster (Hình 5.3). + Mô hình dữ liệu Raster: Thực thể không gian ñược biểu diễn thông qua các ô (cell) hoặc ô ảnh (pixel) của một lưới các ô (Hình 5.3). Trong máy tính, lưới ô này ñược lưu trữ ở dạng ma trận trong ñó mỗi cell là giao ñiểm của một hàng hay một cột trong ma trận. Trong cấu trúc này, ñiểm ñược xác ñịnh bởi cell, ñường ñược xác ñịnh bởi một số các cell kề nhau theo một số các cell mà trên ñó thực thể phủ lên. Mô hình raster còn ñược xây dựng trên cơ sở hình học Ơcơlit. Mỗi một cell sẽ tương ứng với một diện tích vuông trên thực tế. Ðộ lớn của cạnh ô vuông này còn ñược gọi là ñộ phân giải của dữ liệu. Sự thể hiện hình ảnh của một số khoanh ñất ñai từ không ảnh (hình 5.5), trên ñó mỗi vùng ñược ñánh dấu bằng các ô theo các giá trị ñược mã hoá khác nhau và khi tổng hợp toàn bộ các ô ñã mã hoá ta thu ñược một lưới liên kết các ô có giá trị khác nhau, trong ñó mỗi khoanh thể hiện trên bản ñồ gắn với các giá trị vật thể tương ứng như: nước = 1; rừng = 2 và ñất nông nghiệp = 3. Như vậy, trong cấu trúc raster sự biểu diễn hai chiều của dữ liệu không gian là không liên tục nhưng ñược ñịnh lượng hoá ñể có thể dễ dàng tính toán ñược chiều dài và diện tích của ñối tượng trong không gian. Không gian càng ñược chia nhỏ thành nhiều cell thì việc tính toán càng chính xác. Ngoài ra, dữ liệu ñịa lý dạng raster còn ñược biểu diễn theo phương pháp ô chữ nhật phân cấp. Theo phương pháp này, người ta chia diện tích vùng dữ liệu ra thành các ô chữ nhật không ñều nhau bằng cách lần lượt chia ñôi các cell bắt ñầu từ hình chữ nhật lớn, Cơ sở dữ liệu không gian của GIS E D C B A Hình 5.4. Tổ chức theo dạng vestor Hình 5.5. T ổ chức theo dạng raster Hình 5.3 Bản ñồ số với các ñường cong Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 64 bao phủ diện tích dữ liệu. Quá trình chia cứ tiếp tục ñến khi nào các cell ñủ nhỏ ñể ñạt ñược ñộ chính xác cần thiết (Hình 5.6). Hiện nay các dữ liệu bản ñồ lưu trữ trong cơ sở dữ liệu thường ñược ñể dưới cấu trúc vector. Các dữ liệu số hoá từ các bản ñồ giấy cũng thường ñược thể hiện dưới dạng này. Nguyên nhân dạng cấu trúc này ñược áp dụng rộng rãi là do ñộ chính xác, khả năng cập nhật dễ dàng và chiếm ít không gian lưu trữ. + Mô hình vector: ñược chia thành 2 dạng cấu trúc là cấu trúc dữ liệu toàn ña giác và cấu trúc cung- nút. Mỗi tầng trong cơ sở dữ liệu của cấu trúc toàn ña giác ñược chia thành tập các ña giác. Mỗi ña giác ñược mã hoá thành trật tự theo các vị trí hình thành ñường biên của vùng khép kín theo hệ trục toạ ñộ nào ñó (hình 5.7). Một khía cạnh quan trọng của mô hình vector là có khả năng tách biệt các thành phần ñể thực hiện ño ñạc và ñể xác ñịnh các quan hệ không gian giữa các thành phần. Mô hình không gian GIS có chứa các quan hệ nói trên thì ñược mô tả như cấu trúc tôpô. ở các tập dữ liệu có cấu trúc tôpô ñầy ñủ, mỗi khi ñường hay vùng cắt nhau thì các giao ñiểm sẽ là nút và các vùng mới ñược tạo ra. H ì nh 5.6 : Bi ể u di ễ n raster d ữ li ệ u theo l ư ớ i ñ i ể m 3333322111 3333332211 3113333221 3111333222 3111113322 2111113331 2222212333 332222222 2 Nhà ở 3 20 2 210 211 21 212 213 1 0 Th ươ ng m ạ Khu công nghiệp C « n g v iªn Nông thôn a b Bi ểu di ễ n ô ch ữ nh ậ t ph â n c ấp Bản ñồ hiện trạng sử dụng ñất H×nh 5.7: BiÓu diÔn raster d÷ liÖu theo cÊu tróc « ch÷ nhËt phân cấp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 65 - Cơ sở dữ liệu thuộc tính: Dữ liệu thuộc tính là các thông tin ñi kèm với các dữ liệu không gian chỉ ra các tính chất ñặc trưng cho mỗi ñối tượng ñiểm, ñường và vùng trên bản ñồ. Mối quan hệ giữa cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính là ñặc ñiểm khác biệt của các thông tin trong GIS so với các thông tin trong các hệ ñồ hoạ máy tính khác, chúng thể hiện sự liên kết chặt chẽ không tách rời giữa các thông tin thuộc tính với các ñối tượng bản ñồ (sơ ñồ 5.8). Một bản ñồ số hoá khác với một bản ñồ giấy thông thường là ở ñặc tính nó không chỉ cho biết các thông tin hình hoạ về các ñối tượng trên bản ñồ mà còn có khả năng hiển thị kèm theo các thông tin thuộc tính về các tính chất và nội dung của chúng. Sự liên kết giữa hai dạng dữ liệu này chính là ñiểm mạnh của các hệ thống thông tin ñịa lý trong việc tạo những khả năng cho các quá trình hiển thị, phân tích và xử lý các số liệu. Những phần mềm ñang ñược ứng dụng nhiều cho xây dựng bản ñồ hiện nay Phần mềm ARC/INFO: là phần mềm GIS, có khả năng xử lý ñồ hoạ mang tính tự ñộng rất cao cùng với tốc ñộ và ñộ chính xác cho thành lập các bản ñồ số trên máy tính. Những chức năng phân tích dữ liệu như chồng xếp, làm việc theo hệ thống có khả II I III Ða giác 1 Ða giác 2 Ða giác 3 1,4 4,3 4,2 7,2 4,2 4,0 6,1 0 2 4 6 0 2 4 6 Hình 5.8: Cấu trúc toàn ña giác Cơ sở dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu GIS Cơ s ở dữ liệu thuộc tính Mô hình m ạng l ư ới Mô hình th ứ b ậc Mô hình quan h ệ Mô hình vector Mô hình raster Kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Sơ ñồ 5.8: Tổ chức các dữ liệu trong GIS [...]... hình và vai trò ng d ng c a b n ñ ñ a hình? 2 Áp d ng nh k thu t vi n thám trong xây d ng b n ñ ? 3 Nh ng cơ s ñ xây d ng b n ñ thông qua vi c gi i ñoán không nh? 4 Khái ni m v h th ng thông tin ñ a lý (GIS) và kh năng ng d ng chúng? 5 Cơ s d li u không gian và d li u thu c tính c a GIS trong xây d ng b n ñ ñ t? Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Phân lo i ñ t và xây d ng b n ñ ñ t ………… 66 ... ngành khác ñ xây d ng h qu n tr cơ s d li u b n ñ , thành l p các lo i b n ñ chuyên ñ , qui ho ch, xác ñ nh các bài toán t i ưu - Ph n m m AcrView: Hi n ñang là m t trong nh ng ph n m m ñ ng ñ u trong h GIS ñ xây d ng b n ñ Cũng như m t s ph n m m trong GIS, AcrView có kh năng ch ng x p b n ñ , x lý d li u không gian và có th ng d ng trong nhi u lĩnh v c c a ngành Qu n lý ñ t ñai như xây d ng b n . Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 56 b. Những cơ sở ñể xây dựng bản ñồ thông qua giải ñoán ảnh Khi chúng ta có ñược. dụng công nghê thông tin ñịa lý trong xây dựng bản ñồ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 61 . ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Phân loại ñất và xây dựng bản ñồ ñất ………… 62 ñộng thái mưa, mực nước sông, suối, phân tích tác ñộng môi trường, giám sát và mô hình hoá các khu vực dân