Đề tài Ứng dụng công nghệ thông tin thành lập bản đồ trên cơ sở dữ liệu đo của máy toàn đạc điện tử

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 1 Tin học Trắc địa K47 Đề tài: “Ứng dụng công nghệ thông tin thành lập bản đồ trên cơ sở dữ liệu đo của máy toàn đạc điện tử” Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 2 Tin học Trắc địa K47 MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................... 1 MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BĐĐH VÀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA HÌNH ......................................................................................... 6 1.1 Bản đồ địa hình .................................................................................... 6 1.2 Nội dung của tờ bản đồ địa hình ........................................................... 7 1.2.1 Điểm khống chế trắc địa ................................................................. 7 1.2.2 Địa vật ............................................................................................ 7 1.2.3 Dáng đất ......................................................................................... 9 1.3 Bản đồ số địa hình .............................................................................. 10 1.3.1 Khái niệm chung........................................................................... 10 1.3.2 Những đặc điểm cơ bản của bản đồ số địa hình ............................ 10 1.3.3 Các đối tượng của bản đồ số ......................................................... 11 1.4 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình ....................................... 12 1.4.1 Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ....... 13 1.4.2 Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp chụp ảnh................ 15 1.4.3 Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp biên tập trên cơ sở các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn .................................................................... 16 1.4.4 Quy trình thành lập bản đồ số địa hình.......................................... 16 CHƯƠNG 2 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA HÌNH TỪ DỮ LIỆU ĐO CỦA CÁC MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ ............................................................. 20 2.1 Máy toàn đạc điện tử .......................................................................... 20 2.1.1 Giới thiệu chung ........................................................................... 20 2.1.2 Máy toàn đạc điện tử của hãng Leica - TC 305 ............................ 21 2.1.3 Máy toàn đạc điện tử của hãng Nikon ........................................... 27 2.2 Thành lập BDDH từ số liệu đo của máy toàn đạc điện tử ................... 31 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 3 Tin học Trắc địa K47 2.2.1 Quy trình thành lập bản đồ số địa hình từ dữ liệu máy toàn đạc điện tử. .......................................................................................................... 31 2.2.2 Cấu trúc dữ liệu và sơ đồ thuật toán của các máy toàn đạc điện tử 32 CHƯƠNG 3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL BASIC 6.0 .................... 40 3.1 Giới thiệu chung ................................................................................. 40 3.2 Làm việc với Visual basic 6.0 ............................................................. 42 3.2.1 Thanh tiêu đề (Title bar) ............................................................... 43 3.2.2 Thanh Menu (Menu bar) ............................................................... 43 3.2.3 Thanh công cụ (Tool bar) ............................................................. 43 3.2.4 Hộp công cụ(Tool box) ................................................................. 44 3.2.5 Cửa sổ Properties Window- cửa sổ thuộc tính: ............................. 45 3.2.6 From Layout Window................................................................... 46 3.2.7 Project Explorer Window ............................................................. 47 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ................................................ 49 4.1 Thiết kế giao diện ............................................................................... 49 4.1.1 Giao diện chính của chương trình ................................................. 49 4.1.2 Thanh menu .................................................................................. 50 4.1.3 Form xử lý số liệu ......................................................................... 53 4.1.4 Form tính tọa độ điểm chi tiết ....................................................... 58 4.1.5 Hiển thị điểm chi tiết trên nền đồ họa ........................................... 62 4.1.6 Biên tập bản đồ ............................................................................. 66 KẾT LUẬN.................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69 PHỤ LỤC .................................................................................................... 70 Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 4 Tin học Trắc địa K47 MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay việc áp dụng các tiến bộ của khoa học công nghệ vào sản xuất là một yêu cầu cấp thiết, nhằm nâng cao năng suất lao động, giảm sức lao động của con người và góp phần tự động hoá quá trình sản xuất. Ngày nay, công nghệ điện tử-tin học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội nói chung và trong lĩnh vực nghành trắc địa nói riêng. Trong Trắc Địa các ứng dụng của công nghệ điện tử-tin học cũng đang được sử dụng rộng rãi trong cả công tác ngoại nghiệp lẫn nội nghiệp bằng cách thay thế dần các công cụ đo vẽ cũ bằng các thiết bị mới với công nghệ tiên tiến như: các máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao, máy vi tính và các phần mềm tiện ích, công nghệ GPS .v.v. Các máy móc và phần mềm tiện ích đó đã và đang dần dần thay thế các loại máy quang học cũ và các phương pháp đo đạc cổ truyền với độ chính xác không cao mà năng suất lao động thấp. Là một sinh viên thuộc nghành Tin học Trắc Địa việc nắm bắt các tiến bộ của khoa học công nghệ mới vào trong công việc của mình là tối cần thiết. Để làm quen với công nghệ mới và tạo hành trang cho mai sau ra trường khỏi bỡ ngỡ trước công viêc thực tế, em đã được hướng dẫn làm đồ án tốt nghiệp với đề tài là: " Ứng dụng công nghệ tin học thành lập bản đồ trên cơ sở dữ liệu đo của máy toàn đạc điện tử." Mục đích của đề tài là nghiên cứu tìm hiểu khuôn dạng dữ liệu đo của một số máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rộng rãi trong thực tế tại Việt Nam của các hãng sản xuất như: Lei ca, Nikon, Sokki…và một số phần mềm đồ họa như Autocad, Microstation để từ đó thành lập modul xử lý file số liệu ứng dụng cho công tác thành lập bản đồ địa hình. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 5 Tin học Trắc địa K47 Sau một thời gian nghiên cứu, với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo Ts. Đinh Công Hoà và các thầy cô trong bộ môn, em đã hoàn thành bản đồ án. Nội dung đồ án được trình bày như sau: Phần Mở đầu Chương 1 Tổng quan về bản đồ địa hình và công tác thành lập bản đồ số địa hình Chương 2 Thành lập bản đồ số địa hình từ dữ liệu đo của các máy toàn đạc điện tử Chương 3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0 Chương 4 Thiết kế chương trình Phần Kết luận Đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành tại trường đại học Mỏ -Địa chất. Có được kết quả này em một lần nữa chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đinh Công Hoà là người đã trực tiếp hướng dẫn, đưa ra những gợi ý có giá trị về mặt khoa học và thực tiễn sản xuất, giúp em hoàn thành bản đồ án và em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em trong suốt thời gian em học tập tại trường cũng như trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng nhưng lượng kiến thức còn hạn hẹp nên bản đồ án còn nhiều sai sót rất mong các thầy cô và bạn bè thông cảm và góp ý. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Nguyễn văn Trường Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 6 Tin học Trắc địa K47 Lớp Tin học trắc địa K47 Ch­¬ng 1 TỔNG QUAN VỀ BĐĐH VÀ CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA HÌNH 1.1 Bản đồ địa hình Bản đồ địa hình là loại bản đồ thể hiện một khu vực trên bề mặt của trái đất, trên đó bản đồ thể hiện những thành phần của thiên nhiên và kết quả hoạt động thực tiễn của con người mà mắt ta có thể cảm nhận được. Trên bản đồ địa hình, không đưa lên tất cả mọi hình ảnh có trên mặt đất mà chỉ thể hiện các đối tượng chứa đựng lượng thông tin phụ thuộc vào không gian, thời gian và mục đích sử dụng. Tính không gian giới hạn (xác định) khu vực được tiến hành đo vẽ và thành lập bản đồ. Tính thời gian quy định ghi nhận trên bản đồ địa hình hiện trạng của bề mặt trái đất tại thời điểm tiến hành đo vẽ. Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác của bản đồ. Yếu tố không gian và mục đích sử dụng có liên quan đến việc lựa chọn tỉ lệ bản đồ. Các đối tượng địa hình trên bề mặt trái đất được đưa lên bản đồ thông qua phép chiếu bản đồ. Về bản chất bản đồ địa hình nói chung còn được định nghĩa: “ Là một mô hình đồ họa về mặt đất, cho ta khả năng nhận biết bề mặt đó bằng cái nhìn bao quát, tổng quát đọc chi tiết hoặc đo đếm chính xác”. Dựa vào bản đồ địa hình có thể nhanh chãng xác đinh tọa độ, độ cao của điểm bất kỳ nào trên mặt Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 7 Tin học Trắc địa K47 đất, khoảng cách và phương hướng của hai điểm, chu vi, diện tích, khối lượng của vật, vùng, cùng hàng loạt các thông số khác. 1.2 Nội dung của tờ bản đồ địa hình Nội dung bản đồ địa hình bao gồm các yếu tố của là điểm khống chế trắc địa, địa vật (địa vật định hướng, các điểm dân cư , thuỷ hệ, giao thông, lớp phủ vật, ranh giới.v.v…) và dáng đất (địa hình). Tất cả các đối tuợng nói trên được thể hiện trên bản đồ địa hình cần phải đầy đủ, chính xác. Mức độ tỷ mỉ của nội dung bản đồ phải phù hợp với mục đích sử dụng bản đồ và đặc điểm của khu vực. 1.2.1 Điểm khống chế trắc địa Các điểm toạ độ và độ cao các cấp phải được biểu thị đầy đủ và chính xác lên bản đồ. Đây là yếu tố dạng điểm cần thể hiện chính xác đến 0.1mm trên bản đồ. Dùng các ký hiệu tương ứng để thể hiện các điểm toạ độ nhà nước và điểm toạ độ cơ sở. Đối với bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, có thể hiển thị các điểm khống chế đo vẽ. Thông thường các điểm khống chế được ghi chú số hiệu và độ cao của chúng. 1.2.2 Địa vật 1. Địa vật định hướng Khi sử dụng bản đồ địa hình thi việc định hướng có ý nghĩa quan trọng. Do vậy, các địa vật định hướng cũng là yếu tố tất yếu của nội dung bản đồ địa hình. Đó là những đối tượng của khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng và chính xác trên bản đồ như các cây độc lập, toà nhà cao, nhà thờ, đình chùa, cột cây số…Các địa vật định hướng còn bao gồm một số địa Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 8 Tin học Trắc địa K47 vật không nhô cao so với mặt đất nhưng dễ dàng nhận biết như ngã ba đuờng, ngã ba sông... 2. Các điểm dân cư Các điểm dân cư là một trong những yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình. Các điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư trú, số người và ý nghĩa hành chính - chính trị của nó. Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ phải giữ được đặc trưng về quy hoạch, cấu trúc. Trên các bản đồ tỷ lệ lớn thì sự biểu thị các điểm dân cư càng tỉ mỉ, phạm vi dân cư phải biểu thị khép kín bằng các ký hiệu tương ứng, nhà trong vùng dân cư phải biểu thị tính chất (chịu lửa, kém chịu lửa), quy mô (lớn, nhỏ, số tầng). Các công trình công cộng phải biểu thị tính chất kinh tế, xã hội, văn hoá của chúng như nhà máy, trụ sở uỷ ban, bưu điện… 3. Thuỷ hệ và các công trình phụ thuộc Các yếu tố thuỷ hệ được biểu thị tỉ mỉ, trên bản đồ địa hình biểu thị các đường bờ biển, bờ hồ, sông, ngòi, mương, kênh, rạch,…Các đường bờ nước được thể hiện trên bản đồ theo đúng đặc điểm của từng kiểu đường bờ. Đồng thời còn phải thể hiện các thiết bị phụ thuộc thuỷ hệ như các bến cảng, trạm thuỷ điện, đập… Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng như độ mặn của nước, độ sâu và rộng của sông, tốc độ dòng chảy… 4. Mạng lưới đường giao thông Trên các bản đồ địa hình mạng lưới đường được thể hiện tỉ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái của đường. Mạng lưới đường được thể hiện chi tiết hoặc khái lược và tuỳ thuộc vào tỷ lệ của bản đồ, cần phải phản ánh đúng Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 9 Tin học Trắc địa K47 mật độ của lưới đường, hướng và vị trí của các con đường, chất lượng của chúng. Khi lựa chọn phải xét đến ý nghĩa của đường. Phải biểu thị những con đường đảm bảo mối liên hệ giữa các điểm dân cư với nhau, với các ga xe lửa, các bến tàu, sân bay… Trên các bản đồ tỷ lệ lớn phải biểu thị tất cả các con đường như : đường sắt, đường ô tô, đường rải nhựa, đường đất lớn-nhỏ, đường mòn, chú ý biểu thị vị trí hạ hoặc nâng cấp đường, biển chỉ đường, cầu cống, cột cây số… 5. Lớp phủ thực vật Trên các bản đồ địa hình biểu thị các loại rừng, vườn cây, đồn điền, ruộng, đồng cỏ, tài nguyên, cát, đất mặn, đầm lầy… Ranh giới các khu thực phủ và của các loại đất được biểu thị bằng các đường nét đứt hoặc dãy các dấu chấm, ở diện tích bên trong đường viền thì vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại thực vật hoặc đất. Ranh giới của các loại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ hoạ, thể hiện rõ ràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng. 6. Ranh giới phân chia hành chính - chính trị Ngoài đường biên giới quốc gia, còn phải thể hiện ranh giới của các cấp hành chính. Các đường ranh giới phân chia hành chính - chính trị đòi hỏi phải thể hiện rõ ràng, chính xác và theo đúng quy định trong quy phạm. 1.2.3 Dáng đất Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ. Những yếu tố dáng đất mà đường bình độ không thể hiện được thì biểu thị bằng các ký hiệu riêng, ngoài ra trên bản đồ địa hình còn ghi chú độ cao. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 10 Tin học Trắc địa K47 1.3 Bản đồ số địa hình 1.3.1 Khái niệm chung Bản đồ số là loại bản đồ trong đó các thông tin về mặt đất như toạ độ, độ cao của các điểm chi tiết, của địa vật, địa hình được biểu diễn bằng số và bằng thuật toán, có thể xử lý chúng để giải quyết nhiệm vụ kỹ thuật. - Bản đồ số là sản phẩm bản đồ được biên tập, thiết kế, lưu trữ và hiển thị trong hệ thống máy vi tính và các thiết bị điện tử. - Bản đồ số là một tập hợp có tổ chức các dữ liệu bản đồ trên những thiết bị có khả năng đọc bằng máy tính và được thể hiện dưới dạng hình ảnh bản đồ. 1.3.2 Những đặc điểm cơ bản của bản đồ số địa hình - Bản đồ số chứa đựng thông tin không gian, được quy chiếu về mặt phẳng và được thiết kế theo các tiêu chuẩn của bản đồ học như độ chính xác toán học, mức độ đầy đủ về nội dung theo tỷ lệ, sử dụng các phương pháp ký hiệu truyền thống. - Dữ liệu bản đồ được thể hiện theo nguyên lý số. - Bản đồ số có thể hiển thị dưới dạng bản đồ truyền thống, thể hiện trên màn hình, hoặc in ra giấy hoặc các vật liệu phẳng. - Tính linh hoạt của bản đồ số rất cao: thông tin thường xuyên được cập nhật và hiện chỉnh, có thể in ra ở các tỷ lệ khác nhau, có thể sửa đổi ký hiệu hoặc điều chỉnh kích thước mảnh bản đồ so với kích thước ban đầu, có thể tách lớp hoặc chồng xếp thông tin bản đồ. - Cho phép tự động hoá quy trình công nghệ thành lập bản đồ từ khi nhập số liệu đến khi in ra bản đồ. - Khâu nhập số liệu và biên vẽ ban đầu có nhiều khó khăn, phức tạp, Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 11 Tin học Trắc địa K47 nhưng khâu sử dụng về sau có nhiều thuận lợi và mang lại hiệu quả cao cả về thời gian, kinh phí. 1.3.3 Các đối tượng của bản đồ số Dưới dạng bản đồ số, các đối tượng của bản đồ được phân biệt ra làm ba kiểu: kiểu điểm, kiểu đường, kiểu vùng, ngoài ra còn có thành phần ký tự để thể hiện nhãn hoặc ghi chú thuyết minh, lưu trong các file đồ hoạ như DXF, DGN. Mỗi yếu tố riêng biệt bao hàm hai loại dữ liệu: dữ liệu định vị và dữ liệu thuộc tính. - Dữ liệu định vị cho biết vị trí của các yếu tố trên mặt đất hoặc trên bản đồ và đôi khi bao gồm cả hình dạng. - Dữ liệu thuộc tính bao gồm thông tin về các đặc điểm cần có của yếu tố. (ví dụ thuộc tính của yếu tố điểm có thể là địa danh, tên đường...). Có hai loại thuộc tính là thuộc tính định lượng bao gồm kích thước, diện tích, độ nghiêng; thuộc tính định tính gồm phân lớp, kiểu, tên, ... * Thể hiện đối tượng bản đồ số trong File DXF. - Về phân lớp đối tượng: trong File DXF phân lớp đối tượng được thể hiện dưới dạng tên lớp (Layer). - Về mô tả kiểu đối tượng: + Đối tượng kiểu điểm thể hiện dưới dạng POINT. + Đối tượng kiểu đường thể hiện dưới dạng Line, Polyline. + Đối tượng kiểu vùng thể hiện dưới dạng Shape. + Nhãn và ký tự thể hiện dưới dạng Text. * Thể hiện đối tượng bản đồ số trong file DGN. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 12 Tin học Trắc địa K47 - Về phân lớp đối tượng: trong file DGN phân lớp đối tượng được thể hiện dưới dạng đối Level, một Level bao gồm chỉ số và tên. - Về mô tả kiểu đối tượng: + Đối tượng kiểu điểm thể hiện dưới dạng Cell. + Đối tượng kiểu đường thể hiện dưới dạng Line, Line string. + Đối tượng kiểu vùng thể hiện dưới dạng Complexchain, Shape. + Nhãn và ký tự thể hiện dưới dạng Text. Theo đặc điểm, cấu trúc file đồ hoạ, các đối tượng bản đồ cũng được phân biệt ra thành kiểu ký hiệu đối tượng: - Các ký hiệu kiểu điểm. - Các ký hiệu kiểu đường. - Các ký hiệu kiểu vùng. - Các ký hiệu kiểu TEXT. Trong mỗi phần mềm đồ hoạ đều có thư viện ký hiệu chuẩn và các công cụ hỗ trợ thiết kế ký hiệu. 1.4 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình Để thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Hiện nay thường sử dụng một trong 3 phương pháp sau: - Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa - Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp chụp ảnh - Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp biên tập trên cơ sở các bản đồ có tỷ lệ lớn hơn. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 13 Tin học Trắc địa K47 Hình 1.1 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình 1.4.1 Thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp 1.5.1.1 Phương pháp toàn đạc kinh vĩ Đây là phương pháp truyền thống. Máy đo là các dạng máy kinh vĩ thông thường như : Theo - 020, 010A, Delta - 020... Số liệu thu được thông qua việc đọc số trên bàn độ của máy và vạch khắc trên mia. Ưu điểm của phương pháp này được phát huy khi diện tích khu đo nhỏ, địa hình bằng phẳng đơn giản và ít bị địa vật che khuất. Nhược điểm lớn nhất là khâu xử lý số liệu, vì phải trải qua nhiều bước thủ công do đó không tránh khỏi những sai lầm. Ngoài ra, khi áp dụng phương pháp này hiệu quả kinh tế thấp, thời gian kéo dài, độ chính xác không cao và phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện tự nhiên. Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa Nguyễn Văn Trường 14 Tin học Trắc địa K47 1.5.1.2Phương pháp toàn đạc điện tử Phương pháp này đang được áp dụng rộng rãi hiện nay dưới sự trợ giúp của máy toàn đạc điện tử và công nghệ máy tính (công nghệ bản đồ số) và là phương pháp cơ bản trong việc đo vẽ thành lập các loại bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Ưu điểm điển hình là các khâu xử lý số liệu hoàn toàn tự động, khả năng cập nhật các thông tin cao, đạt hiệu suất kinh tế, tiết kiệm thời gian, độ chính xác cao và khả năng lưu trữ quản lý bản đồ thuận