Bài giảng Bản đồ học và Hệ thống thông tin địa lý(GIS) - Phần I: Bản đồ - Nguyễn Hiếu Trung

Nội dung text: Bài giảng Bản đồ học và Hệ thống thông tin địa lý(GIS) - Phần I: Bản đồ - Nguyễn Hiếu Trung

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG LƯU HÀNH NỘI BỘ Bản đồ học và Hệ thống thông tin địa lý(GIS) Biên soạn MSc. NGUYỄN HIẾU TRUNG Cần Thơ, tháng 7 năm 2000
2. MỤC LỤC I. KHÁI NIỆM VỀ BẢN ĐỒ 4 II. TRÁI ĐẤT-QUẢ CẦU ĐỊA LÝ 4 HÌNH DẠNG - KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT: 4 2. CÁC QUI ƯỚC VỀ ĐIỂM VÀ ĐƯỜNG CƠ BẢN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CÁC ĐỐI TƯỢNG ĐỊA LÝ TREN BỀ MẶT TRÁI ĐẤT 5 3. TỌA ĐỘ ĐỊA LÝ 6 III. CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BẢN ĐỒ 6 1. TỈ LỆ .6 2. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ .7 3. HỆ THỐNG PHÂN MẢNH VÀ DANH PHÁP BẢN ĐỒ 9 IV. PHƯƠNG PHÁP THỂ HIỆN BẢN ĐỒ 11 1. PHÂN LOẠI BẢN ĐỒ 11 2. THÀNH PHẦN CỦA BẢN ĐỒ .13 THÀNH PHẦN CHÍNH 14 THÀNH PHẦN THỨ HAI 14 THÀNH PHẦN PHỤ TRỢ 14 3. ĐỘ CHÍNH XÁC .14 A. CHÍNH XÁC VỀ VỊ TRÍ 14 CHÍNH XÁC VỀ CHỦ ĐỀ 14 CHÍNH XÁC VỀ CACH THỂ HIỆN .14 4. CHÚ GIẢI TRÊN BẢN ĐỒ - NGÔN NGƯ' BẢN ĐỒ .14 5. PHƯƠNG PHÁP THỂ HIỆN THÔNG TIN TRÊN BẢN ĐỒ 16 A. PHƯƠNG PHÁP KÝ HIỆU: .16 B. PHƯƠNG PHÁP BIEU ĐỒ ĐỊNH VỊ: .17 C. PHƯƠNG PHÁP CHẤM ĐIEM: 17 D. PHƯƠNG PHÁP KÝ HIỆU ĐƯỜNG CHUYEN ĐỘNG: 18 E. PHƯƠNG PHAP ĐƯỜNG ĐANG TRỊ: 18 F. PHƯƠNG PHAP NEN CHẤT LƯỢNG: 19 G. PHƯƠNG PHÁP CARTOGRAM: 19 6. SỰ KHÁI QUÁT HÓA (GENERALIZATION) VÀ SỰ PHÓNG ĐẠI (AXAGGERATION) .20
3. I. TỔNG QUÁT . 21 1. GIS LÀ GÌ ? 21 2. ỨNG DỤNG CỦA GIS 21 3. THÀNH PHẦN CỦA GIS 22 II. CẤU TRÚC DƯ' LIỆU TRONG GIS 23 2
4. 1. DƯ' LIỆU KHÔNG GIAN 24 2. DƯ' LIỆU PHI KHÔNG GIAN 24 3. DƯ' LIỆU VÀ CƠ SỞ DƯ' LIEU 25 4. LIÊN KẾT DƯ' LIỆU TRONG CSDL 25 III. MÔ HÌNH DƯ' LIỆU KHÔNG GIAN 25 1. MÔ HÌNH DƯ' LIỆU RASTER .27 A. PHƯƠNG PHÁP RUN-LENGTH ENCODING: 27 B. PHƯƠNG PHAP VALUE POINT ENCODING: 28 C. PHƯƠNG PHÁP QUATREES: .28 2. MÔ HÌNH DƯ' LIỆU VECTOR .29 A. SPAGHETTI DATA MODEL (SDM): 29 B. TOPOLOGICAL MODEL: 30 C. TRIANGULAR IRREGULAR NETWORK (TIN): 31 CƠ SỞ DƯ' LIỆU KHÔNG GIAN(CSDLKG) . 33 1. ĐỐI VỚI MÔ HÌNH DƯ' LIỆU RASTER 34 2. ĐỐI VỚI MÔ HÌNH DƯ' LIỆU VECTOR 35 V. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DƯ' LIỆU KHÔNG GIAN CƠ BẢN (BASIC SPACIAL OPERATIONS) 36 1. THUẬT TOÁN TRÊN VECTOR 36 A. PHÂN LOAI (RECLASSIFY) 36 B. VÙNG ĐỆM (BUFFER) .37 C. CHỒNG BẢN ĐỒ (OVERLAY) 38 2. THUẬT TOÁN TRÊN RASTER 39 A. CÁC PHÉP TOÁN ĐẠI SỐ TREN BẢN ĐỒ (+ , - , *, /) 39 B. CÁC PHÉP TOÁN LUẬN LÝ TRÊN BẢN ĐỒ (BOLEAN OPERATION) 40 C. PHÂN TÍCH LAN CẬN (NEIGHBOURHOOD) .40
5. PHẦN I: BẢN ĐỒ I. KHÁI NIỆM VỀ BẢN ĐỒ Bản đồ là một mô hình của các thực thể và các hiện tượng trên trái đất, trong đó các thực thể được thu nhỏ, đơn giản hóa và các hiện tượng được khái quát hóa để có thể thể hiện được trên mặt phẳng bản vẽ. Bản đồ chứa các thông tin về vị trí và các tính chất của vật thể và các hiện tượng mà nó trình bày. Thế giới thực rất rộng lớn và phức tạp, ngoài ra thế giới thực có quá nhiều kích thước để chúng ta có thể thấy bao quát được. Nếu một phần không gian được chọn để trình bày dưới một tỉ lệ nhỏ hơn thực tế thì chúng ta có thể thấy được cấu trúc và dạng của phần không gian đó dễ hơn nhiều và từ đó có thể hiểu thấu đáo được khu vực nghiên cứu và có thể đưa ra được quyết định đúng đắn (như việc tìm đường đi, việc qui hoạch một tuyến đường, việc tìm kiếm một vị trí thích hợp để xây dựng khu công nghiệp, ) Thông thường bản đồ là một mô hình theo tỉ lệ. Có nghĩa là tỉ lệ của khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên thực tế sẽ bằng nhau ở mọi vị trí trên bản đồ, mặc dù có một vài sai số không thể tránh khỏi nếu một phần của mặt cầu được thể hiện trên mặt phẳng. Chúng ta thường gặp vấn đề này trong bản đồ có tỉ lệ nhỏ trình bày một khu vực rộng lớn. Thực chất bản đồ là một hệ thống thông tin về không gian vì nó có khả năng truyền đổi thông tin như báo chí, sách hay vô tuyến truyền hình. Chúng ta có thể xem bản đồ và tìm thấy các thông tin mà người vẽ bản đồ muốn truyền tải, ví dụ như bản đồ bản đồ địa hình, bản đồ dân số, bản đồ quy hoạch sử dụng đất, bản đồ địa chất thủy văn, bản đồ địa chất môi trường, II. TRÁI ĐẤT-QUẢ CẦU ĐỊA LÝ 1. Hình dạng - kích thước trái đất: Bề mặt tự nhiên trái đất rất phức tạp về mặt Màût âëa hçnh hình học và không thể biểu thị nó bởi một qui luật xác định, hình dạng trái đất được hình thành và bị Màût ellipsoid chi phối bởi hai lực là lực hấp dẫn và lực ly tâm tạo nên hình dạng ellipsoid của trái đất (hình II.1) Màt geoid BÃ MÀÛT TRẠI ÂÁÚT Trong trắc địa người ta dùng mặt geoid, bề mặt này được tạo bởi mặt nước biển trung bình yên Hçnh II.1 tĩnh keo dài qua các lục địa và hải đảo tạo thành một mặt cong khép kín, có đặc điểm là ở bất kỳ điểm nào nằm trên pháp tuyến cũng trùng với phương dây dọi . Ngoài ra, do tác dụng của trọng lực, sự phân bố không đồng đều của vật chất có tỉ trọng khác nhau trong lớp vỏ của trái đất làm cho bề mặt geoid bị biến đổi phức tạp về mặt hình học. Như vậy, bề mặt hoàn chỉnh của trái đất không phải là bề mặt đúng toán học, mà chỉ là mặt sẵn có của chính trái đất. Trong khoa học trắc địa bản đồ, để tiện lợi cho các bài toán đo đạc, người ta lấy mặt ellipsoid tròn xoay có hình dạng và kích thước gần giống mặt geoid làm bề mặt toán học thay cho mặt deoit gọi là ellipsoid trái đất. Ellipsoid có khối lượng bằng khối lượng geoid, tâm của nó trùng với trọng tâm trái đất, mặt phẳng xích đạo trùng
6. với mặt phẳng xích đạo trái đất. Kích thước và hình dạng của ellipsoid trái đất được xác định bởi giá trị các phần tử của nó (hình II.2): Độ dẹt ( = (BK trục lớn a - BK trục nhỏ b) / BK trục lớn a cỉûc b a = 1/298,3 a= 6.378.425 xêch âao b = 6.356.864 CẠC THAM SÄÚ CUA GEOID Hçnh II.2 Nhiều công trình ngiên cứu khoa học nhằm xác định (, a, b của ellipsoid trái đất nhưng kết quả không thống nhất, ở nước ta các trị số của F.N Kraxovski năm 1946 được dùng làm trị số chính thức đo đạc: ( = 1/298,3; a = 6.378.425; b = 6.356.864 Các số liệu kích thước trái đất được tính như sau: Bán kính trung bình trái đất: 6.371,166 km Độ dài vòng kinh tuyến: 40.008,5 km Chu vi xích đạo: 40.075,5 km Diện tích bề mặt trái đất 510,2 triệu km2 Thể tích trái đất: 1083 x 102 km3 Tỉ trọng trung bình: 5,52 g/cm3 Trọng lượng của trái đất: 5,977 x 1021 tấn Vì độ dẹt của ellipsoid trái đất nhỏ, nên trong trường hợp đo đạc khu vực nhỏ, người ta có thể coi trái đất như một khối cầu có bán kính gần trùng với trục quay của trái đất, R, theo F.N Kraxovski là 6371,116 km. 2. Các qui ước về điểm và đường cơ bản để xác định vị trí các đối tượng địa lý trên bề mặt trái đất a. Cực trái đất: Giao điểm giữa bán kính trục nhỏ (trục trái đất) và mặt ellipsoid trái đất gọi là các cực. Trái đất có hai cực là cực Bắc (P) và cực Nam (P'). b. Các kinh tuyến: Các mặt phẳng chứa trục trái đất và hai cực là mặt phẳng kinh tuyến. Giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến và mặt ellipsoid trái đất là kinh tuyến. c. Các vĩ tuyến: Các mặt phẳng thẳng góc với trục trái đất được gọi là mặt phẳng vĩ tuyến. Mặt phẳng đi qua tâm trái đất chia trái đất thành hai bán cầu: bán cầu bắc và bán cầu nam, là mặt phẳng xích đạo. Mặt phẳng xích đạo cắt mặt ellipsoid trái đất thành một
7. vòng tròn lớn gọi là xích đạo. Các vòng tròn tạo nên bởi các mặt phẳng song song với mặt phẳng xích đạo gọi là vĩ tuyến. 5
8. 3. Tọa độ địa lý Tất cả các điểm trên bề mặt ellipsoid trái đất đều được xác định vị trí bằng phương pháp tọa độ. Có nhiều hệ thống tọa độ, trong đó có hệ tọa độ địa lý. Cơ sở để xác định tọa độ địa lý là kinh tuyến và vĩ tuyến. Tọa độ địa lý một điểm được xác định bằng vĩ độ (() và kinh độ (() của điểm đó. (hình II.3) - Vĩ độ địa lý: của một điểm là góc hợp bởi đường dây dọi đi qua điểm đó và mặt phẳng xích đạo. Những vĩ độ được tính từ xích đạo (0o)về phía bắc đến 90o gọi là vĩ độ Bắc (N), và về phía nam đến 90o là vĩ độ Nam(S) - Kinh độ địa lý: của một điểm là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó. Để tiện xác định vị trí các điểm trên địa cầu, người ta qui định trên địa cầu có 360 đường kinh tuyến các đều nhau. Khoảng cách giữa hai đường kinh tuyến là một cung tròn có góc ở tâm là 1o . Hội nghị thiên văn Quốc Tế họp ở Wasington (1884) đã lấy đường kinh tuyến đi qua đài thiên văn Grinwish gần London, thủ đô Anh, làm kinh tuyến gốc (0o) thống nhất cho toàn thế giới. Các kinh độ được tính từ kinh tuyến gốc về phía đông đến 180o là những kinh độ Đông (E), Âiãøm M Kinh tuyãún gäúc O0 Xêch âao Kinh âä Vé âä cua âiãømM cua âiãøm M Hçnh II.3 và về phía tây là những kinh độ tây (W) Thành phố Hà Nội có tọa độ là 105o52' E và 21o02' N III. CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BẢN ĐỒ Cơ sở toán học của bản đồ gồm có: cơ sở trắc địa ( như hệ thống lưới tọa độ mặt bằng và độ cao chuẩn của nhà nước), lưới chiếu, tỉ lệ bản đồ, khung bản đồ, bố cục bản đồ, danh pháp và chia mảnh, 1. Tỉ lệ Tỉ lệ (map scale) là tỉ số của khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách thực tế mà nó thể hiện, thí dụ tỉ lệ bản đồ 1:25.000 thì là 1 cm trên bản đồ bằng 250 m ngoài thực địa. Các yếu tố được chú ý khi chọn tỉ lệ bản đồ là: - Mục tiêu sử dụng của bản đồ - Yêu cầu của người sử dụng bản đồ - Thành phần của bản đồ - Kích thước của vùng được thể hiện - Kích thước lớn nhất của bản đồ (xét yếu tố dễ sử dụng)
9. - Độ chính xác yêu cầu 6
10. Một vài hạn chế trong việc lựa chọn tỉ lệ bản đồ cần chú ý là: - Tỉ lệ quá lớn: yêu cầu nhiều thông tin chi tiết cho thành phần chính của bản đồ dẫn đến tăng công việc vẽ bản đồ, tăng thời gian và giá thành sản phẩm - Tỉ lệ quá nhỏ: bản đồ khó đọc khi có nhiều thông tin cần trình bày, có thể làm người sử dụng bản đồ đọc sai thông tin. Tỷ lệ bản đồ thường được thể hiện ở 3 dạng: tỷ lệ số, tỷ lệ chữ và thước tỷ lệ ngang. 2. Phép chiếu bản đồ Hệ qui chiếu (map projection) có thể được định nghĩa như là sự sắp đặt một cách có hệ thống các kinh tuyến và vĩ tuyến, miêu tả bề mặt cong của hình cầu theo mặt phẳng. Đối với một bề mặt có diện tích 30km x 30km, thì ta có thể xem bề mặt trái đất là phẳng(độ cong quả đất <1/1.000.000). Do đó nếu một bản đồ phải thể hiện một diện tích nhỏ hơn diện tích này thì chúng ta có thể vẽ các thực thể trưüc tiếp lên mặt phẳng dựa trên số liệu đo đạc. Khi chúng ta phải thể hiện một vùng lớn hơn thì lúc đó chúng ta phải chọn hệ qui chiếu hợp lý. Sự lựa chọn hệ qui chiếu được dựa trên các yếu tố sau: - Mục tiêu của bản đồ - Yêu cầu của người sử dụng bản đồ - Vị trí của vùng được thể hiện - Hình dạng và kích thước của khu vực được thể hiện Sự lựa chọn hệ qui chiếu cho một quốc gia phụ thuộc vào điều kiện mà nó đặt ra cho bản đồ, đó là hình dạng của quốc gia đó trên bản đồ phải giống thực tế, cùng diện tích bề mặt (theo tỉ lệ), các góc phải bằng nhau, khoảng cách cũng bằng nhau và khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm phải là đoạn thẳng. Tuy nhiên tất cả các điều kiện trên không thể cùng thỏa mãn một lúc, do đó chúng ta phải chấp nhận với một trong số các điều kiện đó Hệ qui chiếu có thể được phân loại dựa trên tính chất của nó: - Hệ qui chiếu đồng góc(Conformal projections): góc đo được trên mặt đất bằng với góc trên bản đô.ư - Hệ qui chiếu đồng diện tích (Equivalent projections): Diện tích bề mặt trên mặt đất bằng diện tích trên bản đồ. - Hệ qui chiếu đồng khoảng cách (Equidiatance projections): Khoảng cách từ tâm hệ qui chiếu đế các điểm khác trên bản đồ là thực. - Các hệ qui chiếu trung gian khác (không thuộc các hệ qui chiếu trên nhưng cho phép thể hiện một khu vực) Dựa trên mặt chiếu hình hỗ trợ có các phép chiếu sau:
11. - Phép chiếu hình CẠC DẢNG MÀÛT CHIÃÚU nón: là phép chiếu mà bề mặt hình học hỗ trợ là hình nón tiếp xúc (chiếu tiếp tuyến) hoặc cắt quả địa cầu (chiếu pháp tuyến) Màût trủû Màût non Màût phàng - Phép chiếu hình CẠC DẢNG VË TRÊ MÀÛT CHIÃÚU phương vị: là phép chiếu mà bề mặt hình học hỗ trợ là mặt phẳng tiếp xúc (chiếu tiếp tuyến) hoặc cắt quả địa cầu Ngang Nghiãng Tiãúp xuc Càõt (chiếu pháp tuyến) Hçnh III.1 - Phép chiếu hình trụ: là phép chiếu mà bề mặt hình học hỗ trợ là hình trụ tiếp xúc (chiếu tiếp tuyến) hoặc cắt quả địa cầu (chiếu pháp tuyến) Căn cứ theo vị trí của mặt chiếu hình hỗ trợ với trục của quả địa cầu, có các phép chiếu: - Phép chiếu thẳng (hay phép chiếu đứng): Trục của mặt chiếu (mặt phẳng, nón hay trụ) trùng với trục quay của quả địa cầu. - Phép chiếu ngang (hay phép chiếu xích đạo): Đối với phép chiếu phương vị, mặt chiếu hình hỗ trợ tiếp xúc ở một điểm hay một đường bất kỳ trên xích đạo. Ở phép chiếu hình nón và phép chiếu hình trụ, trục của mặt nón và mặt trụ nằm trongmặt phẳng xích đạo, vuông góc với trục quay của quả địa địa cầu. - Phép chiếu nghiêng: Ở phép chiếu phương vị, mặt phẳng chiếu tiếp xúc với quả địa cầu tại một điểm nào đó giữa xích đạo và cực. Đối với phép chiếu hình nón và hình trụ, trục của mặt nón và mặt trụ có vị trí nghiêng so với mặt phẳng xích đạo Người hoa tiêu, hay bộ đội pháo binh thường sử dụng bản đồ theo hệ qui chiếu đồng dạng, nhà kinh tế, hay nhà địa chất học muốn thể hiện các kết quả tính toán thống kê thì dùng bản đồ có hệ qui chiếu tương đương. Phép chiếu Mercator cho hình cầu (hình II. 5) Là phép chiếu đồng dạng mặt cầu lên một mặt trụ tiếp xúc theo xích đạo (mặt chiếu (mặt chiếu hình trụ, chiếu thẳng, tiếp tuyến, đồng góc), sau đó triển khai mặt trụ thành mặt phẳng. Ở phép chiếu này tỉ lệ theo lưới
12. chiếu các kinh tuyến và vĩ tuyến thay đổi như nhau, liên tục tăng dần từ xích đạo đến cực. Xích đạo 8
13. có bề dài 2R và nó là vĩ tuyến duy nhất không có sai số về độ dài, từ xích đạo về cực các vĩ tuyếnlần lượt bị kéo dài ra. Phép chiếu Mercator có tính đồng góc: góc trên bản đồ có độ lớn bằng góc tương ứng trên quả địa cầu. Vì thế các bản đồ theo lưới chiếuMercator được dùng rộng rãi trong hàng hải và hàng không. (hình II. 6) Phép chiếu Gauss cho hình cầu và hệ tọa độ vuông góc Gauss-Kruger Phép chiếu Gauss thực chất là một sự biến đổi của phép chiếu Mercator. Để giảm sự biến dạng, trước hết người ta chia mặt cầu thành các múi chiếu 6o theo các kinh tuyến (hình II. 7). Các múi được đánh số từ 1 đến 60 kể từ kinh tuyến gốc hết Đông sang Tây bán cầu. Kinh tuyến gốc là giới hạn phía tây (trái) của múi thứ nhất. Mỗi múi được giới hạn bởi kinh tuyến phía Tây (trái) LT và kinh tuyến phía Đông (phải) LP . Kinh tuyến giữa của múi (kinh tuyến trục) là Lo . Các độ kinh này được tính như sau: LT = 6o(n-1); LP =6on; Lo=6on-3; với n là số thứ tự của múi Dựng mặt trụ nằm ngang ngoại tiếp với mặt cầu trái đất theo kinh tuyến trục của múi. Lấy tâm hình cầu làm tâm chiếu để chiếu múi này lên mặt trụ. Lần lượt chiếu các múi liền kề nhau bằng cách xoay cho kinh tuyến giữa của từng múi tiếp xúc với mặt trụ 3. Hệ thống phân mảnh và danh pháp bản đồ Việc chia mảnh và đặt tên cho bản đồ chủ yếu do điều kiện ấn loát, in ấn, và giúp việc sử dụng bản đồ ngoài thực địa, treo tường, để bàn và bảo quản bản đồ được thuận tiện. Có hai cách chia mảnh và đánh số bản đồ: - Chia mảnh vuông góc: Khung của bản đồ hoặc trùng với đường của lưới tọa độ vuông góc hoạc theo đường phân chia khác. Bản đồ được chia thành các mảnh hình chữ nhật, đánh số thứ tự theo hàng ngang từ trái sang phải và từ trên xuống dưới theo hàng dọc có sơ đồ kèm theo - Hệ chia thành hình thang: Cách chia mảnh nàydùng đường kinh tuyến và vĩ tuyến biên của mỗi mảnh bản đồ để làm khung. Hệ thống bản đồ cơ bản ở nước ta và các nước Đông Âu đều sử dụng hệ chia mảnh này. Nguyên tắc chia mảnh hình thang được tiến hành như sau: - Theo chiều kinh tuyến chia bề mặt trái đất thành 60 dải đánh số từ 1-60, mỗi dải cách nhau 6o . Thứ tự các dải được đánh số lần lược bắt đầu từ kinh tuyến 180-174 T là dải số 1, 174-168T là dải số 2 dải 60 từ 174 - 180o - Theo chiều vĩ tuyến từ xích đạo trở về hai cực, cứ 4o chia thành 1 đai có đánh số thứ tự bằng chữ in hoa A,B,C,D,
14. Như vậy, bề mặt trái đất được chia thành các mảnh hình thang có độ chênh lêch kinh độ 6 o và độ chênh lệch vĩ độ là 4o. Mỗi hình thanh biểu thị trên một bản đồ 1:1.000.000. Danh pháp của nó được ghi rõ theo đai và dải. Ví dụ: Bản đồ nghi F-48 là tờ bản đồ có tỷ lệ 1:1.000.000, F biểi thị của đai từ 20-24o vĩ độ, 48 là tên của dải thứ 48 từ kinh tuyến 102o Đ đến 108o Đ. Nếu tờ bản đồ thể hiện phần bắc bán cầu thì nghi thêm chữ N (north) và ở nam bán cầu thì ghi thêm chữ S (south), ví dụ NF-48 Lãnh thổ Việt nam nằm ở trong các đai C,D,E,F và các dải 48,49. - Bản đồ tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:100.000 được chia mảnh và ghi số hiệu theo bản đồ 1:1.000.000. - Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:50.000 đến 1:10.000 được chia mảnh và ghi số hiệu theo bản đồ 1:100.000. - Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5.000 đến 1:2.000 thể hiện vùng đất lớn hơn 20km2 được chia mảnh và ghi số hiệu theo bản đồ 1:1.00.000. - Đối với vùng đất nhỏ hơn 20km2 ta có thể chia mảnh và ghi số hiệu theo tọa độ ô vuông với kích thước là 40x40 km cho bản đồ tỉ lệ 1:5.000 và 50x50km cho bản đồ tỷ lệ 1:2000 đến 1:500
15. Sơ đồ phân mảnh bản đồ: F-48 A B I II III I VI 1 12 F-48 F-48 F-48 F-48 (2x2) (3x3) (6x6) (12x12) C D VI VIII IX XXXI XXXVI 133 144 1:500.000 1:300.000 1:200.000 1:100.000 F-48-D IX-F-48 F-48-XXXVI F-48-144 1:50.000 A B F-48-144-D 1 16 F-48-144 1:25.000 F-48-144 (16x16) b F-48-144-d (16x16) D 241 C c d 1:10.000 256 F-48-144-D-d-4 1:5.000 F-48-144-(256) IV. PHƯƠNG PHÁP THỂ HIỆN BẢN ĐỒ 1. Phân loại bản đồ Bản đồ đường nét (line maps) và bản đồ ảnh (photo and image map) Bản đồ “ đường nét” là loại bản đồ thường sử dụng nhất, trong đó thể hiện các ký hiệu (symbols) và các ký tự chú giải. Nó dược dùng để thể hiện các thông tin tóm lược về khu vực được vẽ (hình IV.1). Hình IV.1 Bản đồ đường nét Bản đồ ảnh là một dạng bản đồ mà người ta sử dụng ảnh chụp từ máy bay hay từ vệ tinh xuống khu vực cần thể hiện, sau đó người ta vẽ thêm vào các phần chính muốn thể hiện (như đường biên hành chánh, đường đồng mức, lưới tọa độ, ) hoặc nhấn mạnh một số chi tiết (như đường, sông, sử dụng đất hay thực vật, ) cùng với tiêu đề, tỉ lệ và chú thích (Hình IV.2).
16. Ưu điểm của bản đồ ảnh là vẽ nhanh hơn bản đồ “đương nét” vì ta chỉ cần vẽ thêm vào ảnh chụp một số ký hiệu và ghi chú, hơn nữa bản đồ ảnh thể hiện chi tiết hơn do các vật thể được chụp trực tiếp chứ không phải là được vẽ lại. Bản đồ ảnh rất thích hợp cho những vùng không thể thể hiện tốt bởi bản đồ đường nét như vùng sa mạc, băng tuyết, đầm lầy, Tuy nhiên nhược điểm của bản đồ ảnh là vấn đề giải đoán vật thể trên ảnh (như phân biệt các loại cây hay sử dụng đất) và đôi khi tán lá, mây hay các vùng núi dốc cao và vùng thành phố có nhà cao tầng có thể che khuất các vật thể ở dưới. Do đó, bản đồ ảnh thích hợp cho một số trường hợp nhưng không thể hoàn toàn thay đế được bản đồ “đương nét” Hình IV.2 Bản đồ ảnh Bản đồ địa hình (topographic) vàbản đồ chủ đề(thematic map) Một cách phân loại bản đồ khác thường gặp là phân biệt giữa bản đồ địa hình và bản đồ chủ đề. Bản đề chủ đề là bản đồ được thiết kế nhằm trình bày các thực thể hay các khái niệm cụ thể, bản đồ chủ đề thường được dùng khi muốn nhấn mạnh một hay nhiều chủ đề nào đó . Tùy theo nội dung bản đồ chủ đề thường được dùng trong việc: - Tìm phương hướng, hoa tiêu - Qui hoạch - Dự đoán sự phát triển - Khai thác tài nguyên, khoáng sản - Quản lý - Phân tích khoa học và so sánh - Giáo dục,v.v Theo định nghĩa của hiệp hội bản đồ thế giới (ICA) thì bản đồ địa hình là:” bản đồ mà mục tiêu chính là để miêu tả và xác định các thực thể của bề mặt trái đất một cách trung thực nhất mà nó có thể trong Hình IV.3 Bản đồ địa hình sự giới hạn của tỉ lệ bản đồ” , các thực thể này có thể là thực thể tự nhiên hay thực thể nhân tạo. Các thực thể được trình bày trên bản đồ địa hình dưới dạng vị trí, hình dạng và cao độ. Bản đồ địa hình thông thường là bản đồ sử dụng cho nhiều mục tiêu ví dụ như: - Quản lý hành chánh quốc gia
17. - Quân sự 12
18. - Du lịch và giải trí - Qui hoạch - Quản lý tài nguyên - Địa chính hay định cư - Giáo dục Hình IV.4 Bản đồ chuyên đề 2. Thành phần của bản đồ Thành phần của bản đồ rõ ràng liên quan đến mục tiêu sử dụng của nó. Các thành phần trong bản đồ là: - Thành phần chính (chủ đề chính)
19. - Thành phần thứ hai (bản đồ nền, thông tin cơ bản của bản đồ) - Thành phần phụ trợ ( thông tin lề như chú thích, tỉ lệ, tiêu đề ) 13
20. Thành phần chính Là phần chủ đề của bản đồ, ví dụ như địa lý, địa chất, dân số. Đối với bản đồ địa hình, phần chính là tất cả các thông tin được vẽ, bao gồm cả tên của các vùng Thành phần thứ hai Đối với bản đồ chủ đề, thành phần này là phần địa hình, bao gồm lưới toạ độ. Thành phần phụ trợ Bao gồm các thông tin lề như tiêu đề, chú thích, thanh tỉ lệ, 3. Độ chính xác Ba vấn đề của độ chính xác cần quan tâm là: - Chính xác về vị trí - Chính xác về chủ đề - Chính xác về cách thể hiện a. Chính xác về vị trí Độ chính xác của vị trí được vẽ trên bản đồ liên quan đến vị trí thực tế của nó trên thực tế. Độ chính xác này ảnh hưởng bởi: - Phép chiếu - Độ chính xác của việc thu thập dữ liệu và việc vẽ bản đồ - Tỉ lệ của bản đồ - Công cụ và độ ổn định của vật liệu được sử dụng trong việc vẽ bản đồ Chính xác về chủ đề Độ chính xác về chủ đề liên quan đến thông tin chủ đề được thể hiện. Độ chính xác này ảnh hưởng bởi: - Việc thu thập thông tin thuộc tính: chất lược của dữ liệu thống kê và phương pháp thống kê - Việc chuyển đổi dữ liệu: Dữ liệu của một phần của vùng đôi khi được dùng để thể hiện cho toàn vùng, ví dụ như trượng hợp bản đồ mật độ dân số (một huyện có mật độ 50 người/km2 không có nghĩa mọiì km2 của huyện đều có 50 người. Chính xác về cách thể hiện Sự thể hiện của các biểu tượng trên bản đồ rất quan trong, nếu dùng sai biểu tượng thì có thể đánh lạc hướng của người sử dụng, hay làm mờ ranh giới của các vùng trên bản đồ. 4. Chú giải trên bản đồ - ngôn ngữ bản đồ Ngôn ngữ bản đồ: Hệ thống ký hiệu bản đồ có thể xem như là một ngôn ngữ, nó thỏa mãn ba chức năng cơ bản sau: - Dạng (hoặc cấu trúc): hình vẽ ký hiệu ghợi cho ta liên tưởng đến đối tượng cần phản ánh - Bản thân ký hiệu phải chứa trong đó một nội dung nào đó về số lượng, chất lượng, cấu trúc, động lực phát triển của đối tượng cần phản ảnh trên bản đồ - Ký hiệu trên bản đồ phải phản ảnh vai trò của đối tượng trong không gian và vị trí tương quan của nó đối với các yếu tố khác. Các ký hiệu được sắp xếp theo một quy
21. định nhất định trong không gian. 14
22. Ngôn ngữ bản đồ là phương tiện tư duy và diễn đạt kết quả tư duy, là phương tiện liên lạc và trao đổi nhận thức, là công cụ để xây dựng mô hình thực tế khách quan, là phương tiện thể hiện những tri thức của loài người trên bản đồ. Hệ thống ký hiệu qui ước bản đồ: các phương tiện chủ yếu được sử dụng trong ngôn ngữ bản đồ là các dạng đồ họa, màu sắc, chữ và con số. Ứng với những đặc tính của hiện tượng (chủ yếu là hiện tượng địa lý) với những tính chất và đặc điểm của đồ họa và màu sắc, các ký hiệu trên bản đồ thường ở các dạng ký hiệu điểm, ký hiệu tuyến và ký hiệu diện tích. - Ký hiệu điểm (point): đối với đối tượng địa lý phân bố theo những điểm riêng biệt (cột mốc trắc địa, đối tượng diện tích nhỏ khi biểu hiện trên bản đồ không thể theo đường biên của nó như nhà, trụ điện, ) được thể hiện trên bản đồ bằng ký hiệu điểm. Các ký hiệu này dùng để xác định về vị trí của hiện tượng do đó lấy vị trí của hiện tượng làm tâm để vẽ, và kích thuớc ký hiệu đó không cần theo tỉ lệ. - Ký hiệu tuyến (polyline): thường dùng thể hiện ranh giới (quốc gia, tỉnh, huyện, xã) hay đường giao thông, sông ngòi, đường dây điện là loại đối tượng phân bố theo chiều dài. Ngoài ra còn có dạng tuyến tính đặc biệt như đường đẳng trị (đồng cao độ, đẳng mặn, đẳng nhiệt ), các ký hiệu này khi thể hiện trên bản đồ phải thể hiện đúng tỷ lệ theo chiều dài, chiều rộng có thể tăng rộng ra hai bên đường trung tâm. - Ký hiệu diện tích (hay vùng: region): được dùng để thể hiện các hiện tượng phân bố theo vùng như các khu vực sử dụng đất đai (rừng, nông nghiệp, đầm lầy, ). Toàn khu vực phải vẽ theo tỷ lệ bản đồ và giới hạn bởi đường biên ngoài của nó, đường biên ngoài được thể hiện theo ký hiệu dạng đường (nét liền, chấm gạch, màu ). Trong khu vực thể hiện bằng một mẫu tô nào đó phản ảnh tính chất của đối tượng (khu trồng lúa có mẫu tô hình cây lúa màu xanh, khu đô thị tô màu đỏ sậm, ) Về mặt hình thức ký hiệu, người ta chia ra thành các dạng: - Ký hiệu tượng hình: Thể hiện một cách sinh động các hình dạng bên ngoài của đối tượng, giúp người đọc dễ nhận ra sự phân bố không gian của đối tượng thể hiện. Dạng ký hiệu này khó so sánh và khó xác định vị trí chính xác của đối tượng. - ký hiệu hình học và - ký hiệu chữ.
23. 5. Phương pháp thể hiện thông tin trên bản đồ a. Phương pháp ký hiệu: - Dùng các ký hiệu đặt vào vị trí của đối tượng mà nó thể hiện. - Thường dùng cho đối tượng dạng điểm - Hình thức của ký hiệu: Chữ, hình học, tượng hình - Các ký hiệu có khả năng thể hiện đặc điểm phân bố, số lượng, chất lượng, cấu trúc và động lực (xu hướng phát triển, xu hướng thay đổi) của đối tượng hay hiện tượng - Thể hiện số lượng hiện tượng: + Thể hiện bằng độ lớn của ký hiệu + Thể hiện bằng màu sắc + Thể hiện bằng nét gạch trong ký hiệu + Thể hiện bằng độ dài của ký hiệu (ít sử dụng) + Thể hiện qua diện tích ký hiệu - Thể hiện động lực của hiện tượng (sự phát triển dân số): + Ký hiệu tăng trưởng: các ký hiệu được đặt trùng lên nhau
24. b. Phương pháp biểu đồ định vị: - Dùng thể hiện các hiện tượng phân bố liên tục hoặc trên toàn bộ mặt đất có sự biến đổi theo chu kỳ và việc nghiên cứu chúng được tiến hành ở những điểm nhất định như các hiện tượng trong khí quyển - Đặt biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa các đặc trưng đo đạc hay tính chất của hiện tượng muốn thể hiện vào vị trí của hiện tượng đó - Thường dùng cho đối tượng dạng điểm c. Phương pháp chấm điểm: - Thể hiện sự phân tán của hiện tượng trên một vùng (phân bố dân cư). - Dùng cho các đối tượng dạng vùng
25. - Mỗi điểm (hay một ký hiệu) sẽ tương đương với một số lượng hiện tượng qui ước. - Không đòi hỏi sự chính xác về mặt địa lý, chỉ thể hiện sự phân bố về mặt số lượng và sự phân bố của hiện tượng - Có thể dùng màu sắc hay các loại ký hiệu điểm khác nhau để thể hiện chất lượng và động lực của hiện tượng (chấm đỏ: nam, chấm xanh: nữ) 17
26. d. Phương pháp ký hiệu đường chuyển động: - Thể hiện sự di chuyển của cac1 đối tượng, hiện tượng trên bản đồ(dòng sông, tuyến đường, gió) - Dùng cho đối tượng dạng tuyến - Dạng vector (mũi tên) a. theo hình dạng b. theo độ lớn c. theo mào sắc d. theo cấu trúc bên trong e. Phương pháp đường đẳng trị: - Đường nối các điểm có cùng chỉ số về số lượng của hiện tượng trên bản đồ(đồng cao độ, đẳng mưa, đẳng nhiệt ) - Kết hợp với màu sắc để tăng tính trực quan và thể hiện về mặt số lượng (cường độ màu phản ánh hướng và trình tự chuyển tiếp từ các trị số thấp nhất đến các trị số cao nhất)
27. - Điểm đẳng trị phải bảo đảm được tính chính xác về mặt địa lý. 18
28. f. Phương pháp nền chất lượng: - Thể hiện các hiện tượng phân bố liên tục trên bề mặt đất (lớp phủ thực vật, loại đất, ) hay các hiện tượng phân bố theo khối (dân cư, phân vùng lãnh thổ) - Thể hiện sự khác nhau vềchất lượng của các hiện tượng - Dùng màu sắc, mẫu tô hay đánh số khu vực trong ranh giới của hiện tượng - Vị trí, hình dạng phải bảo đảm tính chính xác về mặt địa lý - Dùng cho đối tượng dạng vùng g. Phương pháp Cartogram: - Dùng cho đối tượng dạng vùng - Đặt biểu đồ thể hiện mối liên quan của các đặc trưng của hiện tượng vào trong biên của hiện tượng đó - Thể hiện số lượng, cấu trúc, động lực của hiện tượng
29. 6. Sự khái quát hóa (generalization) và sự phóng đại (axaggeration) Vì bản đồ là sự thu nhỏ của thế giới thực nên ta không thể trình bày một cách chính xác tuyệt đối hình dạng và kích thước thực thể. Do đó thường người ta dùng hai kỹ thuật sau đây để thể hiện thực thể trên bản đồ: - Khái quát hóa là sự chọn lựa và đơn giản hóa sự thể hiện của thực thể trên bản đồ theo một tỉ lệ và mục đích thích hợp nhằm giúp cho bản đồ dễ đọc. - Sự phóng đại là kỹ thuật nhằm phóng to vật thể cần thể hiện hơn là tỉ lệ thực của nó nhằm giúp cho bản đồ dẽ dọc hay nhằm nhấn mạnh vật thể đó. Sự khái quát hóa yêu cầu chú ý đến các yếu tố sau: - Sự chọn lựa: Mục tiêu của bản đồ là yếu tố chính để chọn lựa thực thể nào nên vẽ trên bản đồ. Sự chọn lựa thường liên quan đến tỉ lệ bản đồ. - Sự đơn giản hóa: Các thực thể phải được trình bày trên bản đồ nhưng qua nhỏ hay quá phức tạp mà không thể trình bày được chi tiết nếu không bỏ bớt hay đơn giản hoá. Tỉ lệ là yếu tố tham gia chính. - Lược bỏ: Để duy trì tính dễ đọc và sạch sẽ của bản đồ, một vài thực thể sẽ không được thể hiện, ngay cả nó rõ ràng. Tỉ lệ vẫn là yếu tố ảnh hưởng chính nhưng yếu tố tự nhiên và địa hình cũng quan trọng. Mối liên hệ giữa sự khái quát hóa và sự phóng đại rất gần, thực ra chính sự phóng đại hóa là sự khái quát hóa. Ví dụ trong trường hợp bản đồ đường xá tỉ lệ 1/50000, nếu ta vẽ theo đúng tỉ lê con đường rộng 10m thì nét vẽ thể hiện con đường này chỉ rộng 0.2mm cho tất cả các đoạn rẽ hay đoạn xoắn, nhưng trong bản đồ chúng ta phải dùng nét vẽ 1mm để thể hiện. Tuy nhiên với nét vẽ này ta không thể thể hiện chính xác được các đoạn rẽ và đoạn xoắn Khái quát hóa vơi cac tỉ le: a. Tỉ le 1:25.000; b. 1:50.000; c. 1:100.000; d. 1:1.000.000 Như vậy sự lựa chọn biểu tượng để trình bày thực thể rất quan trọng. Nên tránh sự phóng đại quá đáng cũng như sự đơn giản hình dạng không cần thiết Tài liệu tham khảo: - PTS Lê Huỳnh, 1998, Bản Đồ Học, NXBGD - Nguyễn Thế Thuận, Nguyễn Thạc Dũng N.T, 1999, Trắc Địa và Bản Đồ Kỹ Thuật Số Trong Xây Dựng, NXNBGD - C.A.Blok, et.al. 1993, Cartographic Visualzation for GIS Postgraduate diploma courses ITC, Hà Lan.