Bài giảng Hệ thống thông tin Địa lý (Gis) - Chương 2: Hệ thống tham chiếu không gian

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 
 (CH2 – HỆ THỐNG THAM CHIẾU KHÔNG GIAN) 
Phan Trọng Tiến 
Bộ môn Công nghệ phần mềm – Khoa CNTT 
Học Viện Nông nghiệp Việt Nam 
Website:  
Email: phantien84@gmail.com 
Tại sao chúng ta cần biết Hệ tọa độ? 
q Biết được Hệ tọa độ có thể giúp bạn hiểu 
được: 
q Tại sao hai bản đồ cùng kích thước lại không chồng 
khớp lên nhau. 
q Tại sao kích thước được đo trên bản đồ này có thể 
khác với kích thước được đo của cùng một miền trên 
bản đồ khác. 
q Tại sao một đối tượng có thể xuất hiện trên bản đồ 
này mà lại không xuất hiện trên bản đồ khác. 
q Và các vấn đề với dữ liệu không gian  
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 2 
Bản đồ là gì? 
q Theo Robinson (1984): 
q Là sự trình bày thu nhỏ về diện tích 
q Là sự chuyển đổ toạ độ của một bề mặt không gian 
bằng phẳng trên trái đất về một lưới chiếu phẳng 
q Là sự khái quát hoá thế giới thực 
q Là sự truyền tải hữu hiệu các mối quan hệ không gian 
q Bản đồ địa hình có thể coi là loại thông tin nền cho 
mọi bản đồ chuyên môn khác 
q Bản đồ số có khả năng lưu trữ, cập nhật và phân 
tích 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 3 
Nguyên tắc đầu tiên 
q Làm cách nào để thể hiện dữ liệu đo được trên 
trái đất lên bản đồ. 
q Cách nào để mô hình hóa trái đất để mọi thứ 
trên trái đất đều được thể hiện trên bản đồ. 
q Cách nào để thông tin 3 chiều (chiều dài, chiều 
rộng và chiều cao) thành 2 chiều (chiều dài và 
chiều rộng) 
q Để thực hiện việc trên -> Liên quan đến khoa 
đo đạc (geodesy). 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 4 
Khoa đo đạc 
q Là gốc của việc tạo bản đồ và phân tích dữ liệu 
không gian. 
q Là khoa học nghiên cứu cách đo đạc hình dáng 
và kích thước của trái đất. 
q Nhà đo đạc luôn luôn cố gắng áp dụng các mô 
hình toán để tăng độ chính xác hình dạng của 
trái đất. 
q -> Giúp làm các bản đồ tốt hơn 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 5 
Các nhà đo đạc làm việc với gì? 
q Trái đất (Earth) 
q Thể địa cầu (Geoid) 
q Và các mô hình hóa trái đất (Ellipsoids và 
Spheroids) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 6 
Trái đất (Earth) 
q Là cái  chúng ta sống trên nó 
q Nhưng nó không phải là hình cầu hoặc elip 
q Nó quá phức tạp để mô hình hóa một cách 
chính xác nó 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 7 
Thể địa cầu (Geoid) 
q Là một bề mặt hấp dẫn bằng nhau của trái đất 
q Có rất nhiều thể địa cầu 
q Một thể địa cầu thường được sử dụng tại điểm 
trung bình của mực nước biển. 
q Thể địa cầu là ít phức tạp hơn trái đất, nhưng 
vẫn khó khăn trong việc mô hình hóa nó. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 8 
Ellipsoid / Spheroid 
(dạng elip/ dạng cầu) 
q Các mô hình hóa trái đất đưa về các dạng Elip 
và dạng hình cầu. 
q Với một bản đồ, dạng Ellipsoid / Spheroid 
được chấp nhận là phù hợp nhất với quả địa 
cầu tại vị trí làm bản đồ đó. 
q Ví dụ với bản đồ thế giới, elippsoid thích hợp 
nhất để mô tả toàn bộ quả địa cầu. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 9 
Mối quan hệ giữa trái đất, thể địa cầu, và ellipsoid 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 10 
ELLIPSOID 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 11 
Các elippsoid đã được sử dụng cho các bản đồ Viêt 
nam 
q Everest ellipsoid 
q Clarke ellipsoid 
q Krassovsky ellipsoid 
q World Geodetic Spheroid 1984 (WGS84) 
q Có 100 elippsoid cho trái đất. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 12 
Một Elippsoid 
q là một đối tượng 3 chiều 
q Phép đo trên một Elippsoid được tạo bởi vĩ độ 
- latitude (= north/south) và kinh độ - 
longtitude (= east/west) 
q Để thuận tiện: 
q 0 ứng với north/south là đường xích đạo. 
q 0 ứng với east/west kinh tuyến Greenwich (GMT), 
English 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 13 
Kinh độ và vĩ độ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 14 
Đường kinh độ (Kinh tuyến) 
N 
S 
W E 
Phạm vi: 180ºW - 0º - 180ºE 
Đường vĩ độ (Vĩ tuyến) 
N 
S 
W E 
Phạm vi: 90ºS - 0º - 90ºN 
(0ºN, 0ºE) 
Đường xích đạo, Đường kinh tuyến gốc 
Kinh độ và vĩ độ 
q Vĩ độ (φ): là góc tạo bởi 
đường thẳng nối điểm 
đó với tâm hình cầu và 
măt phẳng xích đạo 
q Kinh độ(λ): là góc tạo 
bởi mặt phẳng kinh 
tuyến đi qua điểm đó và 
kinh tuyến gốc 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 15 
Các biến của Elipsoid 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 16 
Một số ellipsoid sử dụng chính 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 17 
Mốc tọa độ (datum) 
q  Mốc tọa độ cần được định nghĩa để cho phép thực hiện 
các phép đo trên trái đất tương ứng với một vị trí trên 
ellipsoid. 
q  Mốc tọa độ định nghĩa kích thước và hình dáng của trái 
đất với gốc và hướng của tọa độ hệ thống được sử dụng 
trên bản đồ. 
q  Có 1000 mốc tọa độ cho trái đất – hầu hết mỗi nước có 
một hoặc nhiều mốc tọa độ riêng. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 18 
Hệ tọa độ Vietnam 
q Được xây dựng lần đầu tiên bởi người Pháp 
năm 1887 
Bây giờ bạn có thể tìm: 
q Pulkovo 
q Indian 
q Hanoi 72 
q WGS 84 
q VN 2000 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 19 
Một mốc tọa độ có 
q Thông tin liên quan đến 
vị trí được định nghĩa 
trong các biến của mốc. 
q Là một vị trí ba chiều. 
q Có thể được chiếu tới 
không gian hai chiều. 
q Có rất nhiều phép chiếu 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 20 
Cơ sở phép chiếu 
q Bề mặt trái đất là xấp xỉ dạng cầu 
q Nếu một phần bề mặt trái đất được chiếu tới 
mặt phẳng thì nó sẽ bị biến dạng 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 21 
Phép chiếu bản đồ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 22 
Theo McDonnell 
Phép chiếu bản đồ 
q  Phép chiếu bản đồ được xác 
định bởi một hàm quan hệ 
giữa các điểm (x,y) trên bề 
mặt phẳng (map) và (φ,λ) 
trên globe mà mỗi cặp (x,y) 
tương ứng với duy nhất một 
cặp (φ,λ) và ngược lại 
q φ = latitude 
q λ = longitude 
q x = f(φ,λ) 
q y = g(φ,λ) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 23 
Một vài khái niệm 
q  Giả sử trái đất được coi như một mặt cầu 
q  Kinh tuyến (meridian) miêu tả kinh độ (longtitude) của 
một điểm 
q  Vĩ tuyến (Parallel) miêu tả vĩ độ (lattitude) của một điểm 
q  Giao các đường kinh độ và vĩ độ tạo thành một lưới địa lý 
(graticule) 
q  Đường xích đạo (great circle) được hình thành bởi giao 
điểm của bề mặt trái đất với một mặt phẳng đi qua trung 
tâm của trái đất (= đường bay ngắn nhất). 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 24 
Phép chiếu bản đồ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 25 
Bề mặt cong trái đất 
Tọa độ địa lý: φ, λ
(Latitude & Longitude) 
Bản đồ phẳng 
Tọa độ Đề các: x,y 
(Easting & Northing) 
Earth tới Globe tới Map 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 26 
Miêu tả bởi phân số 
Globe distance 
Earth distance 
= 
Tỷ lệ bản đồ: Phép chiếu bản đồ: 
Hệ số tỷ lệ 
Map distance 
Globe distance = 
(vd: 1:24000) 
(vd: 0.9996) 
Phép chiếu biến dạng ->Bản đồ biến dạng 
q Một số phép chiếu biến dạng hình dạng 
q Một số phéo chiếu biến dạng diện tích 
q Một số phép chiếu biến dạng khoảng cách 
q Một số phép chiếu biến dạng hướng 
q Cần lựa chọn phép chiếu khi sử dụng trong 
trường hợp cụ thể. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 27 
Chỉ số Tissot 
q Miêu tả sự biến dạng đồ hoạ tại một vị trí đặc biệt 
trên bản đồ 
q Chỉ số này đánh giá kết quả hình dáng của một 
vòng tròn trên bề mặt trái đất được vẽ tương ứng 
lên bản đồ 
q Hình dáng, kích thước và hướng của chỉ số phụ 
thuộc vào phép chiếu được sử dụng 
q Ví dụ phép chiếu bảo toàn hình (conformal) hình 
tròn sẽ được bảo toàn 
q Dùng để đánh giá trực quan hiệu quả của phép 
chiếu 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 28 
Chỉ đồ Tissot 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 29 
Phép chiếu bằng diện tích (Equal Area) 
q Diện tích của chỉ số Tissot 
trên bề mặt là giống trên 
globe 
q Do đó, hình dáng sẽ bị thay 
đổi 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 30 
Phép chiếu bảo toàn hình (conformal) 
q Hình dáng của chỉ số Tissot trên bề mặt là 
giống như trên globe 
q Do đó, diện tích thay đổi 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 31 
Phép chiếu cách đều (Equidistant) 
q Độ dài của chỉ số Tissot là không thay đổi theo 
một hướng 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 32 
Biểu diễn bề mặt lên bản đồ 
q là cách biểu diễn mặt cầu (globe) chiếu lên bề 
mặt bản đồ 
q Các kiểu cơ bản: Góc phương vị (Azimuthal 
hay planar), Hình nón (Conic), Hình trụ 
(cylindrical) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 33 
Các phép chiếu 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 34 
Đường chuẩn (Standard line) 
q Đường chuẩn là một đường thẳng có chiều dài 
là giống nhau trên globe và trên bản đồ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 35 
Phép chiếu góc phương vị 
q Lưới địa lý được chiếu 
vào mặt tiếp xúc hoặc 
mặt cắt 
q Biến dạng tăng dần từ vị 
trí tâm 
q Thường dùng cho các 
bản đồ của vùng cực 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 36 
Phép chiếu hình trụ 
q Lưới địa lý được chiếu 
vào một hình trụ 
q Tiếp tuyến các phép chiếu 
luôn luôn có một đường 
chuẩn không thay đổi 
q Độ biến dạng tăng dần từ 
đường chuẩn 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 37 
Phép chiếu hình nón 
q Được chiếu vào mặt tiếp 
xúc hoặc mặt cắt của 
hình nón 
q Biến dạng ít nhất trên 
toàn bộ bản đồ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 38 
Phép chiếu theo vị trí 
q Thẳng đứng (regular), Chiếu xiên (oblique) và 
chiếu ngang (transverse) 
q Hướng chiếu của bề mặt xác định bởi đường 
chuẩn 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 39 
Một vài phép chiếu được chọn 
q Mercator Projection 
q Transverse Mercator Projection 
q Lamberts conformal conic projection 
q Albers equal area projection 
q Và nhiều phép chiếu khác... 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 40 
Albers equal area conic 
q Phép chiếu hình nón 
q  Đường chuẩn là vĩ tuyến 
q  Bằng về diện tích 
q  Thường dùng cho atlas 
q  Diện tích bảo toàn trên diện tích 
lớn 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 41 
Lambert conformal conic 
q  Hình nón 
q  Bảo toàn hình dáng (conformal) 
q  Đường chuẩn là vĩ tuyến 
q  Sử dụng cho atlas, biểu đồ hàng 
không 
q  Được sử dụng trong bản đồ hàng 
hải 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 42 
Mercator projection 
q  Hình trụ 
q  Đường chuẩn là đường xích đạo 
q  Đường kinh tuyến thẳng đứng 
q  Bảo toàn hình 
q  Dùng cho bản đồ thế giới 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 43 
Tranverse Mercator 
q  Hình trụ 
q  Bảo toàn hình 
q  Đảo ngược (xoay 90 độ) 
q  Đường chuẩn là đường kinh tuyến 
q  Dùng cho các bản đồ khu vực 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 44 
Universal Transverse Mercator (UTM) 
o  Mercator đã lập ra phép chiếu 
vào thế kỷ 16 
o  60 múi (zone) 
o  Mỗi zone là 6° rộng (≈ 660,000 
m) và chạy từ 80° S tới 84° N 
o  Đơn vị đo bằng meter 
o  Các toạ độ sử dụng là northings 
và eastings 
o  Ở bán cầu bắc, northing được 
đo từ đường xích đạo, eastings 
từ đường kinh tuyến trung tâm 
(có giá trị 500000 m) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 45 
Chi tiết lưới UTM 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 46 
Đăng ký tọa độ cho bản đồ 
 Bản đồ chưa đăng ký tọa độ. Bờ biển dựa 
trên Lambert Conformal Conic, trong khi 
sông suối dựa trên Polyconic projection, 
ranh giới dựa trên Mercator 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 47 
Bản đồ tương tự đã được đăng ký tọa 
độ dựa trên hệ quy chiếu Lambert 
Conformal Conic. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 48 
H×nh d¹ng tr¸i ®Êt rÊt phøc t¹p. B¶n ®å nµy chØ ra ®é lÖch cña geoid tõ h×nh d¹ng ®¬n gi¶n h¬n. 
World Geodetic Data System ellipsoid n¨m 1984. MiÒn cña ®é lÖch n»m tõ 75 m (mµu ®á) -New 
Guinea ®Õn 104 m (mµu tÝm, ë Ên ®é d­¬ng). 
Source: U.S. National Geodetic Survey. 
Hệ thống tọa độ 
(coordinate system) 
q Quyết định vị trí bắt đầu và đo mọi thứ nó có 
q Tọa độ hệ thống có thể chọn: 
q Latitude và longitude (độ, phút, giây) 
q Dạng lưới (như UTM, UPS, Gaussian) 
q Tọa độ hệ thống có: 
q Mốc 
q Đơn vị đo lường 
q Hướng 
q (Phạm vi) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 49 
Hệ thống tọa độ 
q Hệ thống tọa độ hai chiều được định nghĩa bởi 
một cặp trục (x,y) trực giao vẽ qua một gốc. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 50 
(φo,λo) 
(xo,yo) 
X 
Y 
Origin 
Hệ thống tọa độ được sử dụng tại VN 
q Latitude / Longitude (geographic) 
q Gaussian Grid 
q UTM Grid 
q Local Coordinate Systems (cho các bản đồ 
riêng như các bản đồ về du lịch ) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 51 
Việt nam nằm ở zone 48 và 49 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 52 
Hệ quy chiếu VN2000 
q Trước khi có VN2000, Việt nam từng sử dụng 
Ellipsoid Clark do Pháp xây dựng cho vùng 
Đông Dương, Ellipsoid Everest của Mỹ cho 
vùng Nam Á, Ellipsoid Kravsoky của Liên xô 
(HN 72) 
q VN 2000 là hệ quy chiếu WGS-84 
q Bán trục lớn a = 6378137,0 m 
q Độ dẹt f = 1: 298,257223563 
q Gốc đặt tại Viện Địa chính VN 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 53 
Hệ qui chiếu VN 2000 
q Lưới chiếu hình nón cho bản đồ 1/1.000.000 
q Lưới chiếu trụ ngang đồng góc UTM với múi 
chiếu 6o cho bản đồ địa hình, bản đồ nền, bản 
đồ hành chính quốc gia ở tỉ lệ 1/500.000 đến 
1/25.000 
q Lưới chiếu trụ ngang đồng góc UTM với múi 
chiếu 3o cho bản đồ địa hình, bản đồ nền, bản 
đồ hành chính quốc gia từ 1/10.000 tới 1/2.000 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 54 
 Tỷ lệ bản đồ là gì? 
q  Tỷ lệ bản đồ chỉ mức độ thu nhỏ của bản đồ so với thực tế. Cần phải 
có một tỷ lệ bản đồ thích hợp và thống nhất cho các đối tượng địa lý 
trong một CSDL GIS. Tùy theo quy mô, tính chất của bản đồ để 
chọn tỷ lệ thích hợp. 
q  Tỷ lệ của một bản đồ phụ thuộc vào lượng thông tin và độ lớn của vùng sẽ 
được thể hiện trên bản đồ. Bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ trình bày các đặc tính địa 
lý một cách chi tiết hơn nhưng chỉ thẻ hiện được vùng nhỏ hơn vì số thu 
nhỏ của bản đồ lớn hơn. (vd: bản đồ tỷ lệ 1:10000). Bản đồ có tỷ lệ nhỏ 
(1:250000) có thể trình bày được một vùng rộng lớn nhưng mức độ thể 
hiện chi tiết sẽ nhỏ hơn vì hệ số thu nhỏ sẽ lớn hơn. 
 Có 3 cách thể hiện tỷ lệ 
1.  Thanh tỷ lệ 
2.  Mô tả tỷ lệ bằng lời 
3.  Miêu tả bằng phân số 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 55 
Tỷ lệ bản đồ 
Tû lÖ b¶n ®å 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 56 
Tû lÖ ¶nh hµng kh«ng 
 Tỷ lệ là gì? 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 57 
Thanh tỷ lệ 
Tỷ lệ là gì? 
q  Tỷ lệ bằng lời: tỷ lệ của một bản đồ mà thể hiện mối 
quan hệ giữa khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách 
trên bề mặt trái đất được sử dụng bằng lời. 
 Ví dụ: ‘Một cm đại diện cho 10 km’ 
q  Phân số miêu tả: tỷ lệ của một khoảng cách trên bản đồ 
với một khoảng cách tương đương được đo cùng một đơn 
vị trên bề mặt Trái đất 
 Ví dụ: 
 Một tỷ lệ bản đồ 1:50 000 có nghĩa là một cm trên bản đồ 
bằng 50 000 cm trên bề mặt Trái đất. 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 58 
Tỷ lệ là gì? 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 59 
q  Mức độ chi tiết của dữ liệu không gian 
Tỷ lệ là gì? 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 60 
Các tỷ lệ thông dụng 
q Với phép chiếu Robinson, v.v 
q 1:2,000 = tỉ lệ bản đồ lớn 
q 1:1,000,000 = tỉ lệ bản đồ nhỏ 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 61 
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 62 
1.  Một vùng được thể hiện bằng một pixel trên ảnh 
Độ phân giải không gian 
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) 
2. Độ phân giải phổ: Những phần của phổ điện từ mà được 
đo bởi hệ thống viễn thám. 
 .Landsat TM: blue, green, red, nir, mir, tir 
 .SPOT: giải sóng nhìn thấy, green, red, ir 
3. Độ phân giải về thời gian (Chu kỳ): tần số xuất hiện mà 
các ảnh được thu thập tại cùng một vùng trên bề mặt của 
Trái đất bởi hệ thống viễn thám. 
 .Landsat TM: 16 ngày 
 .SPOT: 28 ngày 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 63 
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 64 
q  4. Sự chi tiết của các bản đồ mà mô tả vị trí và hình dạng 
của các đối tượng địa lý. 
Độ phân giải cao Độ phân giải thấp hơn 
Mối quan hệ giữa tỉ lệ và độ phân giải 
q Giả sử độ phân giải tối thiểu là 0.5 mm là độ 
phân giải có thể phân biệt được đối tượng 
Ch2 - Hệ thống tham chiếu không gian 65 
Scale Effective Resolution Min Resolvable Area
1:2000 1 m 1 m2
1:10,000 5 m 25 m2
1:24,000 12 m 0.0144 ha
1:50,000 25 m 0.0625 ha
1:100,000 50 m 0.25 ha
1:250,000 125 m 1.56 ha
1:500,000 250 m 6.25 ha
1:1,000,000 500 m 25 ha
1:10,000,000 5 km 2500 ha
 Lo & Yeung p. 114