Chương III HỆ TOAN ĐỘ DÙNG TRONG GIS

Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Trường hợp phép chiếu trụ cát tuyến, hình trụ

cắt hình cầu tại hai đường tròn nhỏ (đường tròn

hình thành trên bề mặt trái đất do một mặt

phẳng cắt không đi qua tâm trái đất)



Khi hình trụ thẳng góc với trục trái đất (đường

nối hai cực) thì ta có hệ chiếu hình trụ ngang.



Khi hình trụ nằm với một góc chéo, không trực

giao với trục trái đất, ta có hệ chiếu hình trụ

chéo.



Hình 3.1: Nhóm chiếu hình trụ

3.1.2. Nhóm chiếu hình nón:

Hình thành với việc chiếu hình cầu lên hình nón. Phép chiếu hình nón được phân loại

theo kích thước của bản thân hình nón cũng như vị trí của nó đối với trái đất.



Hình nón tiếp xúc với hình cầu tại một

đường tròn nhỏ



Trong trường hợp dưới đây, hình nón cắt

hình cầu tại một đường nhỏ và tiếp xúc tại

đường tròn lớn.



Hình 3.2: Nhóm chiếu hình nón



121



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



3.1.3. Nhóm chiếu góc phương vị

Chiếu góc phương vị được tạo lên khi khối cầu được chiếu lên một mặt phẳng.

Khi mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu tại một

điểm



Khi mặt phẳng cắt khối cầu tại một đường

tròn nhỏ



Hình 3.3: Nhóm chiếu góc phương vị

Các hệ chiếu khác: bao gồm tất cả các hệ chiếu khác không thuộc một trong ba nhóm chiếu hình

trụ, chiếu hình nón và chiếu góc phương vị như trên.

3.2. Các hệ toạ độ cơ bản:

Các hệ toạ độ cơ bản có thể hiện các điểm trên không gian hai chiều hoặc ba chiều.

René Descartes (1596-1650) đưa ra những hệ toạ độ dựa trên các toạ độ vuông góc.

Những hệ thống toạ độ hai chiều và ba chiều này được sử dụng trong hình học giải tích và được

gọi là hệ toạ độ Đêcactơ

Những hệ toạ độ tương tự dựa trên các góc với các đường cơ sở và được gọi là hệ toạ độ

địa cực.

3.2.1. Hệ toạ độ phẳng:

o



Hệ toạ độ hai chiều được xác định trên một mặt phẳng



Hình 2.3: Điểm trong toạ độ Đề cactơ



Hình 3.5: Đường trong toạ độ Đêcactơ

122



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Điểm được xác định theo toạ độ Đêcactơ

trên mặt phẳng X, Y (+7, +6)



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Đường được xác định bởi hai điểm trên

mặt phẳng



Hình 3.6: Xác định khoảng cách trong toạ độ

Đềcactơ



Hình 3.7: Toạ độ cực



Khoảng cách giữa hai điểm hoặc chiều dài đoạn

thẳng được xác định theo công thức Pitago



Điểm được biểu diễn trong toạ độ địa cực

trên mặt phẳng



Hình 3.8: Chuyển đổi toạ độ cực

sang toạ độ Đêcactơ



Chuyển đổi từ toạ độ địa cực sang toạ độ Đêcactơ trên mặt phẳng:

r = 3,5; θ = 60o

(3,5; 60o)

X = r cos(θ) = 1.75

Y = r sin(θ) = 3.03

(1.75; 3.03)



123



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



3.2.2. Hệ toạ độ ba chiều

Hệ toạ độ ba chiều có thể được xác định với ba mặt phẳng vuông góc



Hình 3.9: Điểm thể hiện trong toạ độ

Đêcactơ ba chiều X, Y, Z



H ình 3.10: Tính khoảng c ách gi ữa 2

điểm trong hệ toạ độ Đêcactơ 3 chiều

Khoảng cách giữa hai điểm được mô tả

trong hệ toạ độ Đêcactơ ba chiều:

KC = Căn bậc hai [(X1-X2)2 +

(Y1-Y2)2 + (Z1-Z2)2]



Hình 3.11: Điểm mô tả trong hệ toạ độ địa

cực ba chiều (Φ,θ,r)



124



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



H ình 3.12: Chuyển đổi từ hệ toạ

độ địa cực sang hệ Đêcac tơ ba

chiều

Toạ độ của một điểm khi chuyển

đổi từ hệ toạ độ địa cực ba chiều

sang hệ Đêcactơ ba chiều như

sau:

X = r cos(Φ) cos(θ)

Y = r cos(Φ) sin(θ)

Z = r sin(Φ)



3.3.



Elipxoit tham chiếu



Hình dạng trái đất có thể được xấp xỉ bằng một hình elipsoid với các trục lớn a và trục

nhỏ b như hình 2.13 dưới đây. Mô hình Elipxoit trái đất cần thiết cho việc tính toán miền và

phương diện một cách chính xác trên những khoảng rộng. Loran-C và bộ thu GPS sử dụng

môhình Elipxoit trái đất để tính toán vị trí và hướng.

Elipxoit tham chiếu được xác định bởi các trục nhỏ (bán kính xích đạo) và trục lớn (bán

kính địa cực). Các thông số elipxoit tham chiếu khác như độ dẹt, độ lệch tâm được tính toán từ

hai tham số này.

Các thông số của Elipxoit tham chiếu như sau:

Trục nhỏ = Bán kính địa cực = b (trị giá WGS-84 = 6356752,3142m)

Trục lớn = Bán kính xích đạo = a (trị giá WGS-84 = 6378137.0m)

Độ dẹt = f = (a-b)/a (trị giá WGS-84 = 1/298,257223563)

Bình phương độ lệch tâm bậc một = e2 = 2f-f2 (trị giá WGS-84 = 0,00669437999013)



Hình 3.13: Elipixoit tham chiếu



125



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Các quốc gia và cơ quan khác nhau sử dụng nhiều elipxoit tham chiếu khác nhau. Việt

Nam sử dụng elipsoid Krasovsky cho hệ toạ độ GAUSS và elipsoid Everest cho hệ toạ độ UTM.

Phép chiếu UTM – Universal Transverse Mercator về thực chất tương đương với phép chiếu

Gauss chỉ có điểm khác biệt là bề rộng của các múi là 6 độ trong khi đó ở lưới chiếu Gauss là 3

độ.

•



3.4.



Hệ toạ độ



3.4.1. Vĩ độ, Kinh độ và Độ cao

o



Hệ toạ độ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là hệ vĩ độ, kinh độ và độ cao.



o



Kinh tuyến gốc (kinh độ 0) và xích đạo (vĩ độ 0) được sử dụng để xác định vĩ độ và kinh



độ.



Hình 3.14: Kinh tuyến gốc và xich đạo

Vĩ độ trắc đạc (có nhiều loại vĩ độ khác) của một điểm là góc từ mặt phẳng xích đạo đến hướng

thẳng đứng của đường trực giao với elipxoit tham chiếu.

Kinh độ trắc đạc của một điểm là góc giữa mặt phẳng tham chiếu (đi qua kinh độ gốc) và

mặt phẳng đi qua điểm. Hai mặt phẳng này vuông góc với mặt phẳng xích đạo.

o



Độ cao trắc đạc tại một điểm là khoảng cách từ elipxoit tham chiếu đến đểm theo hướng

vuông góc với elipxoit này.



o



126



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



H ình 3.15: Vĩ độ, kinh độ và độ cao trắc đạc

3.4.2.



Hệ toạ độ UTM



Hệ toạ độ UTM (Universal Transverse Mercator) xác định vị trí nằm ngang hai chiều. Số

của vùng UTM tương ứng với dải 6 độ kéo dài từ 80o vĩ độ Nam đến 84o vĩ độ Bắc.



o



Hình 3.16: Minh hoạ phân chia các vùng trong hệ chiếu UTM

Có những vùng UTM đặc biệt giữa kinh độ 0o và 36o phía trên vĩ độ 72o và vùng đặc biệt

số 32 giữa vĩ độ bắc 56o và 64o.

o



127



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 3.17: Lưới phân chia vùng trong hệ chiếu UTM

Mỗi vùng có một kinh tuyến trung tâm. Ví dụ như

vùng 14 có kinh tuyến trung tâm 99o kinh độ tây. Vùng

này nằm từ kinh độ tây 99o đến 102o.

o



Hướng đông được đo từ kinh tuyến trung tâm

(cộng 500km để có toạ độ dương).

o



Hướng bắc được đo từ xích đạo (công 10.000km

đối với những vị trí nam xích đạo).

o



o



Ví dụ về toạ độ UTM

Hình 3.18: Minh hoạ 1 vùng cho hệ chiếu



UTM

3.5.



Mốc đo đạc



Mốc đo đạc xác định hệ tham chiếu mô tả kích

thước và hình dạng trái đất. Có hàng trăm mốc khác nhau

đã từng được sử dụng kể từ khi Aristotle lần đầu tiên tính toán kích thước trái đất. Mốc đo đạc

được hoàn thiện từ việc mô tả trái đất theo mô hình elipxoit sử dụng sự đo đạc vệ tinh qua nhiều

năm.

Mốc đo hiện nay có từ mô hình trái đất phẳng được sử dụng trong đo vẽ mặt phẳng đến

các mô hình phức tạp sử dụng trong các ứng dụng quốc tế mô tả một cách đầy đủ kích thước,

hình dạng, hướng, trọng trường, và vận tốc góc của trái đất. Trong khi các bộ môn bản đồ, khảo

sát đo vẽ, hàng hải, và thiên văn học đều sử dụng mốc đo thì khoa học trắc địa là bộ môn trung

tâm của chủ đề này.

Việc gắn kết tham chiếu toạ độ với một mốc đo sai sẽ có thể dẫn tới những lỗi hàng trăm

mét. Các quốc gia và tổ chức khác nhau sử dụng các mốc đo khác nhau như là cơ sở của các hệ

toạ độ được sử dụng để xác định vị trí trong GIS, hệ thống định vị chính xác, và hệ thống hàng



128



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



hải. Sự đa dạng của mốc đo sử dụng ngày nay và sự tiến bộ của công nghệ đã cho phép đo đạc

định vị với độ chính xác dưới 1 m trong việc lựa chọn các mốc tính và việc chuyển đổi toạ độ

giữa các mốc một cách thận trọng.



Câu hỏi chương III.

1. Các phép chiếu ứng dụng trong GIS.

2. Các hệ toạ độ cơ bản.



129



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Chương IV THU THẬP DỮ LIỆU CHO GIS

4.1 Giới thiệu

Thu thập dữ liệu cho GIS là một trong những công việc tốn kém, đòi hỏi nhiều thời gian,

nhưng cũng là quan trọng nhất trong chu trình GIS. Thu thập dữ liệu và quản lý cập nhật dữ liệu

luôn là khâu tốn kém nhất trong việc thành lập cơ sở GIS, nó có thể lên đến 60%-80% tổng chi

phí, trong khi chi phí thiết bị chỉ chiếm 10%-30% (Burrough & McDonnell, 1998).

Nguồn dữ liệu cho GIS rất phong phú, và có nhiều phương pháp để thu nạp chúng vào

GIS. Các nguồn dữ liệu này bao gồm:

dạng kỹ thuật số, như vector, raster, các cơ sở dữ liệu khác nhau, bảng excel, ảnh vệ

tinh,…

dạng phi kỹ thuật số như bản đồ giấy, ảnh chụp, bản vẽ phác thảo, sơ đồ nguyên tắc

các tài liệu dạng thông thường như hồ sơ,…

tập hợp các báo cáo khoa học

Ghi chép

trên máy

tính



Dữ liệu

số hoá



Bản

đồ

giấy



Các hồ

sơ ghi

chép tay



Đo đạc

thực

địa



Thu thập dữ

liệu và sắp

xếp dữ liệu

tập hợp kết quả các phép đo đạc dưới dạng toạ độ,…

Hình 4.1: Nguồn dữ liệu cho GIS

Các phương pháp tạo ra dữ liệu số không gian cơ bản bao gồm:

Số hoá bản đồ cho trước dùng máy digitiser (digitising)

Quét bản đồ giấy có sẵn (scannning)

Đo đạc thực địa và thu nạp toạ độ thủ công

Ảnh hàng không và phân tích ảnh hàng không

Xây dựng bản đồ ảnh 3D

Dữ liệu viễn thám

Chuyển đổi dữ liệu từ Raster sang Vector hoặc ngược lại



130



Ảnh

vệ

tinh



Các

nguồn

khác