Tài liệu Bài giảng bản đồ học

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ ………***……… BÀI GIẢNG BẢN ĐỒ HỌC (Dành cho sinh viên chuyên ngành Quản lý Đất đai) GV. Bùi Thị Thúy Đào Bộ môn Ảnh – Bản đồ Hà Nội 12/2015 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BẢN ĐỒ HỌC 1.1.1. Khái niệm Định nghĩa chặt chẽ và hoàn chỉnh do Giáo sư K.A. Salishev đưa ra, được nhiều người thừa nhận: “Bản đồ học là khoa học về sự nghiên cứu và phản ánh sự phân bố không gian, sự phối hợp và sự liên kết lẫn nhau của các hiện tượng tự nhiên và xã hội (cả những biến đổi của chúng theo thời gian) bằng các mô hình ký hiệu hình tượng đặc biệt - sự biểu hiện bản đồ” - Phân tích định nghĩa + Định nghĩa đã bao hàm trong nó những bản đồ địa lí về Trái Đất và bản đồ các hành tinh khác. + Mở rộng đối với tất cả các sản phẩm bản đồ khác như Quả cầu địa lí, bản đồ nổi, biểu đồ khối, bản đồ số v.v... + Định nghĩa này không những xác định "Bản đồ học" là một khoa học độc lập thuộc lĩnh vực các khoa học tự nhiên mà còn chỉ ra Phương pháp bản đồ là một dạng đặc biệt của mô hình hoá. - Năm 1995, tại Bacxêlôna - Tây Ban Nha, đại hội lần thứ 10 Hội Bản đồ thế giới đã đưa ra định nghĩa: "Bản đồ học là ngành khoa học giải quyết những vấn đề lí luận, sản xuất, phổ biến và nghiên cứu về bản đồ". Với định nghĩa này, vai trò và chức năng của Bản đồ học được phản ánh rõ ràng và mở rộng hơn. - Phân biệt khái niệm. + “Bản đồ học” và “Bản đồ” không phải là đồng nhất. + Bản đồ học là một môn khoa học trong đó có hệ thống kiến thức lí luận được tạo ra với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau, là các tác phẩm khoa học. + Bản đồ là sự hiện diện điều kiện rất cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của Bản đồ học. Định nghĩa chặt chẽ và hoàn chỉnh do Giáo sư K.A. Salishev đưa ra, được nhiều người thừa nhận. 2 1.1.2. Đối tượng nghiên cứu. Bản đồ học có đối tượng nhận thức là không gian cụ thể của các đối tượng địa lí và sự biến đổi của chúng theo thời gian. Bản đồ học là khoa học về các bản đồ địa lí. Bản đồ địa lí là đối tượng nhận thức của khoa học bản đồ. 1.1.3. Mối quan hệ giữa bản đồ học với các môn khoa học khác. Bản đồ học có liên quan chặt chẽ với nhiều môn khoa học khác, đặc biệt là với các môn Trắc địa, Thiên văn học, Địa lý học… Những mối liên hệ đó có tính chất hai chiều. Bản đồ học dùng kết quả nghiên cứu của các môn khoa học khác để soạn thảo nội dung bản đồ hoặc làm cơ sở toán học để thiết kế nội dung bản đồ + Môn trắc địa cao cấp, thiên văn học cung cấp cho bản đồ những số liệu về hình dạng, kích thước Trái đất, toạ độ các điểm của lưới khống chế đo đạc. + Trắc địa cơ sở, trắc địa ảnh bằng phương pháp đo vẽ khác nhau cung cấp cho bản đồ học những tài liệu bản đồ đầu tiên để nghiên cứu bề mặt Trái đất và là tài liệu gốc để xây dựng, thành lập các bản đồ khác. + Địa lý học nghiên cứu bản chất của các hiện tượng tự nhiên – kinh tế - xã hội, nguồn gốc của chúng, những mối liên quan và sự phân bố của chúng trên bề mặt đất. Ngoài ra, bản đồ học còn liên hệ với các ngành khoa học khác: Địa chất, thổ nhưỡng, lịch sử… 1.2. KHÁI QUÁT VỀ BẢN ĐỒ 1.2.1. Khái niệm, nội dung a. Khái niệm Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ bề mặt tự nhiên của trái đất hoặc bề mặt của các thiên thể khác lên trên mặt phẳng theo một quy luật toán học nhất định, thông qua việc khái quát hoá và sử dụng một hệ thống ký hiệu quy ước nhằm phản ánh sự phân bố, trạng thái, các đặc điểm về số lượng, chất lượng và mối liên quan giữa các hiện tượng tự nhiên và xã hội. Nói một cách khác, bản đồ là sự biểu thị thu gọn toàn bộ mặt đất hoặc một phần rất lớn của bề mặt trái đất, của các thiên thể, các hành tinh khác hay bầu trời lên mặt phẳng. Nó có thể biểu thị toàn thế giới, một châu lục, một quốc gia hay một khu vực nào đó của bề mặt đất, hay các hành tinh khác. 3 b. Nội dung Mỗi bản đồ đều được xây dựng theo một quy luật toán học nhất định, trên đó, sự thể hiện nội dung bản đồ là bộ phận chủ yếu của bản đồ. Đó là sự phân bố, các tính chất, những mối quan hệ giữa các đối tượng và các hiện tượng được biểu thị. Cụ thể, nội dung của bản đồ địa lý bao gồm các yếu tố sau: - Yếu tố cơ sở toán học. Bao gồm: Khung bản đồ, lưói kinh vĩ tuyến, lưới toạ độ vuông góc, phiên hiệu, tỷ lệ bản đồ, các điểm khống chế đo đạc và một số thành phần khác. - Các yếu tố địa lý tự nhiên + Hệ thống thuỷ hệ bao gồm các đối tượng như biển, sông ngòi, hồ ao, kênh rạch, mương máng, nguồn nước. + Địa hình mặt đất (còn gọi là dáng đất) và chất đất: biểu thị mức độ mấp mô lồi lõm của bề mặt trái đất, như các dạng địa hình, các dãy núi, đồi, cao nguyên, đồng bằng, địa hình khe rãnh, vách đá, đầm lầy, bãi cát, xa mạc... + Lớp phủ thực vật: Biểu thị các loại rừng, cây trồng, lúa, rau, màu, vườn cây ăn quả - Các yếu tố kinh tế, văn hoá, xã hội + Dân cư: biểu thị các thành phố, thị xã, thị trấn, các làng bản, thôn xóm, số dân... + Các đối tượng thuộc lĩnh vực kinh tế, văn hoá, xã hội như các trung tâm công nghiệp, nông nghiệp, các công trình văn hoá công cộng như các viện bảo tàng, nhà hát, sân vận động, các di tích lịch sử, lăng tẩm, đình chùa, nhà thờ, tượng đài kỷ niệm, nghĩa trang liệt sỹ v.v.... + Hệ thống đường giao thông bao gồm tất cả các loại đường như đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không. + Các đường ranh giới bao gồm: mạng lưới địa giới hành chính các cấp như đường biên giới, đường địa giới tỉnh, huyện, xã và các loại đường ranh giới khác như ranh giới giữa các khu vực kinh tế, văn hoá, xã hội, ranh giới khu vực cấm v.v... - Các yếu tố hỗ trợ, bổ sung. Ngoài cơ sở toán học và nội dung bản đồ, trên bản đồ còn có các yếu tố hỗ trợ, giúp cho việc sử dụng bản đồ được dễ dàng, nhanh chóng. Yếu tố hỗ trợ gồm bảng chú giải bản đồ, là “chìa khoá ” để người đọc tìm hiểu và khám phá nội dung bản đồ. Bảng chú giải là bảng ký hiệu có kèm theo những lời giải thích ngắn gọn. 4 Hình 1.1. Một phần của bảng chú giải cho bản đồ địa hình Ở một số bản đồ, đặc biệt là các bản đồ chuyên đề, để làm tăng thêm tính phong phú của nội dung bản đồ, những người thành lập bản đồ đưa thêm vào chỗ trống nằm trong khung bản đồ những bản đồ phụ tỷ lệ nhỏ hơn và các cấu trúc đồ thị như mặt cắt, các biểu đồ, bảng biểu tra cứu... có nội dung gần gũi và quan hệ với nội dung bản đồ. Những nội dung này được xem là yếu tố bổ sung. 1.2.2. Đặc điểm và tính chất. a. Đặc điểm. - Bản đồ được thành lập trên một cơ sở toán học nhất định. Cơ sở toán học của bản đồ nhằm thiết lập mối quan hệ hàm số giữa tọa độ địa lý của các điểm trên bề mặt đất và tọa độ vuông góc của các điểm tương ứng đó trên mặt phẳng tức là trên tờ bản đồ. Cơ sở toán học của bản đồ gồm có: tỷ lệ bản đồ, các phép chiếu hình bản đồ, khung và bố cục bản đồ,... trong đó tỷ lệ bản đồ và phép chiếu hình bản đồ là hai yếu tố quan trọng nhất. Thiết lập cơ sở toán học của bản đồ (chủ yếu là lưới chiếu bản đồ) thực hiện theo trình tự sau: + Chiếu mặt đất và các đối tượng trên bề mặt đất lên mặt toán học của Trái đất. Bề mặt toán học đầu tiên của Trái đất là mặt Geoid. Về sau, người ta thay mặt Geoid bằng mặt Ellipsoid hoặc mặt cầu tùy thuộc vào độ chính xác của bản đồ. + Chuyển mặt ellipsoid hay mặt cầu lên mặt phẳng. Quá trình này làm xuất hiện những khe hở gây ra hiện tượng biến dạng và không liên tục. Để đảm bảo tính liên tục khi chuyển từ mặt ellipsoid hay mặt cầu lên mặt phẳng người ta áp dụng các phương pháp biểu diễn bằng toán học mà thường được gọi là các phép chiếu hình bản đồ. Kết quả chúng ta nhận được là lưới chiếu bản đồ 5 - Bản đồ sử dụng ngôn ngữ hình ảnh - ký hiệu. Các yếu tố địa hình, địa vật trên bề mặt đất rất phức tạp và đa dạng. Có địa vật hình dạng giống nhau nhưng bản chất lại khác nhau, hoặc có hình dạng khác nhau, hoặc có hình dạng khác nhau nhưng lại có bản chất giống nhau, đồng thời lại có những đối tượng, hiện tượng mà ta không nhìn thấy được. Vì vậy, để biểu diễn chúng được đúng đắn trên bản đồ ta phải sử dụng những ký hiệu đặc biệt, gọi là ký hiệu quy ước. Ký hiệu quy ước là tập hợp các hình vẽ, đồ thị, ghi chú và màu sắc dùng để biểu diễn hình dạng, kích thước, đặc tính và mối quan hệ của các đối tượng, hiện tượng trên mặt đất lên bản đồ. Ký hiệu quy ước cung cấp cho người đọc bản đồ những hiểu biết về các hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội đồng thời thiết lập trên bản đồ một mô hình phản ánh thực tế khách quan của bề mặt Trái đất. Khi dùng ký hiệu quy ước để thể hiện bản đồ có nhiều ưu điểm sau đây: + Giảm bớt trọng tải bản đồ mà vẫn giữ được những chi tiết cần thiết nhất và quan trọng nhất. Điều này những bức tranh hay bức ảnh thông thường không thể biểu hiện được, vì đối với các bức tranh, tỷ lệ càng nhỏ thì các chi tiết của địa vật càng nhỏ và trở nên khó đọc, đặc biệt khi ở tỷ lệ 1:6.000 - 1:7.000 thì thực tế không thể nào đọc được. + Biểu diễn độ cao, độ sâu địa hình bằng các đường đồng mức. + Biểu diễn được đặc tính bên trong của đối tượng, hiện tượng (nhiệt độ, áp suất, độ mặn của nước biển, tính chất của đất và động thực vật,...). + Biểu diễn những hiện tượng mà ta không tri giác được bằng các giác quan thông thường như: trọng trường Trái đất, độ lệch từ thiên,... + Loại bỏ các chi tiết ít quan trọng đồng thời nhấn mạnh những dấu hiệu đặc trưng quan trọng của đối tượng, hiện tượng (ví dụ: vùng dân cư theo số dân, vùng dân cư theo ý nghĩa hành chính v.v…) - Bản đồ có sự tổng quát hóa. Trên mặt đất, tồn tại rất nhiều chi tiết tự nhiên, kinh tế, văn hóa, xã hội mà ta không thể biểu diễn tất cả chúng trên tờ bản đồ. Mặt khác, khi tỷ lệ bản đồ càng nhỏ thì mức độ thu nhỏ càng lớn. Vì vậy, những đối tượng hiện tượng được đưa lên bản đồ cần phải được chọn lọc có ý thức, cần loại bỏ những đối tượng và những khía cạnh không cần thiết, chỉ giữ lại và nêu bật những đối tượng, hiện tượng với những nét đặc trưng chủ yếu, điển hình, quan trọng nhất trên cơ sở mục đích, chủ đề, tỷ lệ bản đồ và đặc điểm lãnh thổ thể hiện. Quá trình đó gọi là quá trình “Tổng quát hóa bản đồ”. 6 Tổng quát hóa bản đồ chỉ giữ lại và làm nổi bật những khía cạnh, những nét đặc trưng nhất của đối tượng, cho phép phân biệt được trên bản đồ những cái chủ yếu, cái thứ yếu, tìm thấy ở những đối tượng riêng lẻ những đặc tính chung, cho phép ta hiểu được những hình ảnh rõ ràng và sâu sắc của địa phương. Tổng quát hóa, trừu tượng hóa bản đồ để nhận thức, đem đến cho bản đồ một phẩm chất mới, làm cho những bản đồ với mục đích, chủ đề, tỷ lệ khác nhau có nội dung khác nhau. Như vậy, khác với các loại hình nghệ thuật khác mô tả hình ảnh Trái đất: ảnh hàng không, ảnh vũ trụ, tranh ảnh, các văn bản mô tả… Bản đồ có các đặc điểm riêng sau: Mỗi bản đồ đều được xây dựng trên một cơ sở toán học xác định. Các đối tượng, hiện tượng được biểu thị trên bản đồ phải trải qua quá trình lựa chọn và khái quát nhất định. Các đối tượng, hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ, đó là hệ thống ký hiệu qui ước. b. Tính chất. Bản đồ có 11 tính chất: Tính trừu tượng, Tính lựa chọn, Tính tổng hợp, Tính đo được, Tính đơn trị, Tính liên tục của sự biểu hiện, Tính trực quan, Tính bao quát, Tính tương tự về không gian và thời gian, Sự phù hợp nội dung, Tính logic. Nhưng có 3 tính chất cơ bản là: Tính trực quan, tính đo được và tính thông tin. - Tính trực quan của bản đồ: Bản đồ cho ta khả năng bao quát và nhận biết nhanh chóng những yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất của nội dung bản đồ. Một trong những tính chất ưu việt của bản đồ là khả năng bao quát, biến cái không nhìn thấy thành cái nhìn thấy được. Bản đồ tạo ra mô hình trực quan của lãnh thổ, nó phản ánh các tri thức về các đối tượng hoặc các hiện tượng biểu thị. Bằng bản đồ, người sử dụng có thể tìm ra được những quy luật của sự phân bố các đối tượng và hiện tượng trên mặt đất. - Tính đo được: Đó là một tính chất quan trọng của bản đồ. Tính này có liên quan chặt chẽ với cơ sở toán học của nó. Trên bản đồ, người sử dụng có khả năng xác định được rất nhiều các trị số khác nhau như: Tọa độ, độ cao, khoảng cách, diện tích, thể tích, góc, phương hướng và nhiều trị số khác. - Tính thông tin của bản đồ: Đó là khả năng lưu trữ và truyền đạt cho người đọc những tin tức khác nhau về các đối tượng và các hiện tượng được biểu thị. 7 1.2.3. Phân loại. Để tiện lợi trong việc nghiên cứu, sử dụng và bảo quản các bản đồ thì cần thiết phải tiến hành phân loại chúng. Ngày nay, khối lượng các ấn phẩm bản đồ không chỉ rất lớn về số lượng mà còn rất phong phú về nội dung và thể loại. Sự phong phú và tính nhiều vẻ của các bản đồ đã đặt ra vấn đề phải phân loại chúng - phân chia các bản đồ thành các lớp, các hệ, các nhóm theo những dấu hiệu, tiêu chí nhất định. Mỗi sự phân loại có ý nghĩa khoa học nhất định, nhưng những dấu hiệu phân loại phổ biến nhất, có thể kể đến một số cách phân loại sau: a. Phân loại theo đối tượng thể hiện. Theo các đối tượng thể hiện thì các bản đồ được phân thành 2 nhóm: Các bản đồ địa lý và các bản đồ thiên văn. - Các bản đồ địa lý: là các bản đồ thể hiện các đối tượng, hiện tượng liên quan đến trái đất. - Các bản đồ thiên văn: bao gồm các bản đồ bầu trời sao, bản đồ các thiên thể và bản đồ các hành tinh khác Trong đó, các bản đồ địa lý là loại bản đồ phổ biến nhất. b. Phân loại theo tỷ lệ. Phân loại bản đồ theo tỷ lệ là sự phân loại căn cứ vào mức độ thu nhỏ đối tượng biểu hiện trên bản đồ so với thực tế. Theo dấu hiệu này, các bản đồ được phân thành ba loại: Bản đồ tỷ lệ lớn, bản đồ tỷ lệ trung bình và bản đồ tỷ lệ nhỏ. - Bản đồ tỷ lệ lớn: là các bản đồ có tỷ lệ  1: 200.000. - Bản đồ tỷ lệ trung bình: là các bản đồ có tỷ lệ từ 1: 200.000 đến 1:1.000.000. - Bản đồ tỷ lệ nhỏ: là các bản đồ có tỷ lệ  1: 1.000.000. Riêng đối với các bản đồ địa lý chung, theo tỷ lệ chia ra làm ba loại: + Các bản đồ địa lý chung tỷ lệ lớn ( 1: 200.000) được gọi là các bản đồ địa hình. + Các bản đồ địa lý chung tỷ lệ trung bình (1: 200.000  1: 1000.000) được gọi là các bản đồ địa hình khái quát. + Các bản đồ địa lý chung tỷ lệ nhỏ ( 1: 1.000.000) được gọi là các bản đồ khái quát. c. Phân loại theo nội dung. Theo nội dung thì các bản đồ địa lý được phân thành hai nhóm: các bản đồ địa lý chung và các bản đồ chuyên đề. 8 - Các bản đồ địa lý chung gồm những bản đồ có nội dung rộng, biểu hiện cả những đối tượng tự nhiên và kinh tế - xã hội có trên bề mặt đất trong lãnh thổ thể hiện. Những đối tượng đó bao gồm: thuỷ văn, dáng đất, dân cư, giao thông, lớp phủ thực vật và đất, các đường ranh giới và các đối tượng kinh tế - văn hoá. Những đối tượng này được biểu hiện một cách đồng đều theo cùng một mức độ tổng quát hóa, và chủ yếu phản ánh các đặc trưng bề ngoài của đối tượng. - Các bản đồ chuyên đề là loại bản đồ mà nội dung của nó được quyết định bởi từng đề tài cụ thể. Tuỳ thuộc vào đề tài, bản đồ sẽ phản ánh chi tiết về một chuyên đề nào đó, có thể là một yếu tố hoặc một nhóm yếu tố địa lý tự nhiên hay kinh tế - xã hội trên bề mặt đất. Ví dụ: Bản đồ công nghiệp, bản đồ địa chất, bản đồ văn hoá giáo dục, bản đồ khí hậu, bản đồ kinh tế chung... Bản đồ chuyên đề gồm những bản đồ có nội dung hẹp, chỉ biểu hiện một vài yếu tố, một vài đối tượng có hoặc không có trên bản đồ địa lý chung nhưng được phản ánh một cách sâu sắc, thể hiện nhiều khía cạnh của nội dung đối tượng theo chủ đề bản đồ. Nội dung bản đồ được chia ra thành nội dung chính và nội dung phụ. Các nội dung chính được biểu hiện sâu và nổi bật, các nội dung phụ được tổng quát hóa cao hơn. d. Phân loại theo mục đích sử dụng. Theo mục đích sử dụng, cho đến nay thì các bản đồ chưa có sự phân loại chặt chẽ, bởi vì đại đa số các bản đồ được sử dụng rộng rãi cho những mục đích rất khác nhau. Đáng chú ý nhất trong sự phân loại theo dấu hiệu này là phân ra thành 2 nhóm: Các bản đồ được sử dụng cho nhiều mục đích và các bản đồ chuyên môn. Các bản đồ nhiều mục đích thường được áp dụng cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, để giải quyết những nhiệm vụ có ý nghĩa kinh tế quốc dân và quốc phòng, để nghiên cứu lãnh thổ, để thu nhận những tư liệu tra cứu… Các bản đồ chuyên môn là các bản đồ được dùng để giải quyết những nhiệm vụ nhất định và đáp ứng cho những đối tượng sử dụng nhất định, ví dụ: Bản đồ giáo khoa, các bản đồ hàng hải, các bản đồ hàng không… e. Phân loại theo lãnh thổ thể hiện trên bản đồ. Theo lãnh thổ thì các bản đồ được phân ra: - Bản đồ thế giới - Bản đồ bán cầu - Bản đồ các châu lục 9 - Bản đồ quốc gia - Bản đồ tỉnh, huyện, xã… f. Phân loại theo các đặc tính phụ khác. Ngoài các cách phân loại chủ yếu trên, đôi khi người ta còn phân loại bản đồ theo các dấu hiệu khác như: - Theo số màu in: bản đồ 1 màu, bản đồ nhiều màu... - Theo tính chất sử dụng: Bản đồ treo tường, bản đồ để bàn, bản đồ bỏ túi... - Theo số tờ: bản đồ 1 tờ, nhiều tờ. 1.2.4. Vai trò và ý nghĩa của bản đồ. Bản đồ được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân. Nó được dùng để phục vụ cho việc thiết kế các công trình, xây dựng mạng lưới đường giao thông và xây dựng cơ bản. Bản đồ là tài liệu không thể thiếu được trong công tác xây dựng các dự án, phân vùng, quy hoạch, quản lý đất đai, xây dựng hệ thống thuỷ lợi, cải tạo đất, quy hoạch và khai thác rừng. Bản đồ là công cụ và phương tiện cần thiết trong công tác quản lý hành chính, là tài liệu không thể thay thế được của sự nghiệp giáo dục trong và ngoài nhà trường. Chúng không chỉ là kho tàng lưu trữ những kiến thức địa lý đã tích luỹ được mà còn là công cụ để truyền bá một cách có hiệu quả những kiến thức đó, để nâng cao trình độ văn hoá chung, giới thiệu cho đông đảo quần chúng về đất nước, quê hương và các quốc gia khác trên thế giới. Trong quân sự, bản đồ có một ý nghĩa rất lớn, nhất là trong thời đại ngày nay, việc sử dụng kỹ thuật quân sự hiện đại đòi hỏi phải giải quyết những nhiệm vụ khó khăn, phức tạp do đó phải có sự nghiên cứu những khu vực địa lý lớn có tính chất toàn cầu. Ngày nay với nền kinh tế đang được toàn cầu hoá, việc giải quyết những nhiệm vụ trọng tâm của loài người đã vượt ra ngoài khuôn khổ của từng quốc gia: Bố trí hợp lý lực lượng lao động, sử dụng đúng đắn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường sinh thái... Thì bản đồ ngày càng có một vai trò quan trọng hơn trong việc phát triển kinh tế, xã hội nói chung. 10 1.3. TỔNG QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 1.3.1. Khái niệm. Tổng quát hoá bản đồ là sự lựa chọn (lấy, bỏ) và khái quát các đối tượng được biểu thị trên bản đồ phù hợp với tỷ lệ, nội dung của bản đồ và những đặc điểm riêng của nội dung bản đồ, đặc điểm địa lý vùng lãnh thổ. Thực chất của tổng quát hoá bản đồ là truyền đạt lên bản đồ những đặc điểm cơ bản và điển hình của các đối tượng và những mối liên hệ giữa chúng. 1.3.2. Nội dung của vấn đề tổng quát hóa bản đồ. Quá trình tổng quát hoá bản đồ bao gồm: Phân loại các đối tượng và các hiện tượng, lựa chọn các đối tượng cần thể hiện, khái quát các đặc trưng chất lượng, khái quát các đặc trưng số lượng, khái quát hình dạng, thay đổi các đối tượng riêng biệt bằng các ký hiệu tập hợp của chúng. a. Phân loại các đối tượng và hiện tượng cần biểu thị Tức là phân chia chúng thành các nhóm, mỗi nhóm bao gồm các đối tượng cùng loại. Quá trình phân loại được tiến hành trước khi biên vẽ bản đồ. b. Lựa chọn các đối tượng biểu thị Đó là sự hạn chế nội dung bản đồ ở những đối tượng cần thiết phù hợp với mục đích đề tài, tỷ lệ của bản đồ và những đặc điểm địa lý của lãnh thổ. Khi lựa chọn phải tuân theo trình tự hợp lý, trước hết thể hiện những đối tượng quan trọng nhất, sau đó mới lựa chọn thể hiện những đối tượng ít quan trọng hơn. Những đối tượng có kích thước nhỏ nhưng có ý nghĩa quan trọng về phương diện nào đó thì cũng phải thể hiện. Sự lựa chọn phải tuân theo tiêu chuẩn hoặc chỉ tiêu lựa chọn. Tiêu chuẩn lựa chọn là giá trị giới hạn quy định kích thước hoặc ý nghĩa của các đối tượng cần phải giữ lại trên bản đồ khi tiến hành tổng quát hoá. Ví dụ: Trên bản đồ quy định vẽ tất cả các hồ, ao có diện tích từ 2mm2 trở lên, hoặc trên bản đồ vẽ tất cả các đường ranh giới hành chính từ cấp huyện trở lên. Chỉ tiêu lựa chọn là chỉ số quy định mức độ lựa chọn. Ví dụ quy định khi chuyển từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:200.000 sang tỷ lệ 1:500.000 thì số điểm dân cư giữ lại là 1/3 đối với những vùng có mật độ dân cư dày đặc, là 1/2 đối với vùng có mật độ trung bình và vẽ hết các điểm dân cư đối với những vùng quá thưa thớt. Khi xác đinh các chỉ tiêu lựa chọn và 11 khi vận dụng chúng để biên vẽ bản đồ thì không được gây ra những sai lệch về tương quan mật độ của các khu vực khác nhau. c. Khái quát hình dạng Tức là bỏ đi những chi tiết nhỏ, không quan trọng của hình dạng đường viền. Việc khái quát hình dạng cũng thường tuân theo các tiêu chuẩn về kích thước. Đối với những chi tiết nhỏ hơn tiêu chuẩn quy định nhưng lại quan trọng xét về phương diện nào đó thì phải phóng to tới kích thước nào đó đã quy định để vẽ. Khi biên vẽ bản đồ thì cũng thường phải liên kết các đối tượng nhỏ cùng loại vào đường viền chung. d. Khái quát đặc trưng số lượng Là quá trình chuyển từ thang liên tục sang thang phân cấp và tiếp tục tăng dần khoảng cách giữa các bậc. Ví dụ: Trên các bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ thì khoảng cao đều lớn. e. Khái quát đặc trưng chất lượng Là nhằm giảm bớt những sự khác biệt về chất trên những phương diện nào đó của các đối tượng. Ví dụ: Trên bản đồ phân bố đất nông nghiệp tỷ lệ trung bình thể hiện một cách chi tiết sự phân bố các loại đất, đất trồng lúa, đất trồng khoai, sắn, đất trồng ngô... Khi lập bản đồ tỷ lệ nhỏ thì ba loại đất nói trên được thể hiện thống nhất trong một loại là đất trồng cây lương thực hay đất nông nghiệp... f. Thay đổi các đối tượng riêng biệt bằng các ký hiệu tập hợp của chúng. Khi chuyển dần từ bản đồ tỷ lệ lớn sang bản đồ tỷ lệ nhỏ hơn thì mức độ tổng quát hoá càng lớn. Khi mà các đối tượng cần thể hiện không biểu thị được bằng ký hiệu đường viền riêng biệt thì người ta phải dùng ký hiệu tập hợp của chúng. Ví dụ: Trên các bản đồ tỷ lệ nhỏ các điểm dân cư không thể biểu thị bằng các ký hiệu đường viền mà dùng các ký hiệu tập hợp có dạng hình học chung (ví dụ vòng tròn) để thể hiện. Việc phân chia tổng quát hoá bản đồ thành những kiểu chủ yếu nói trên có ý nghĩa về mặt phương pháp, nó chỉ ra đường lối để tiến hành tổng quát hoá. Các kiểu đó của tổng quát hoá có quan hệ khăng khít, chặt chẽ với nhau, khó có thể tách riêng. Tiến hành đánh giá tổng quát hoá bản đồ phải dựa trên các chỉ tiêu cơ bản, độ chính xác hình học và độ tin cậy địa lý. 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng quát hóa bản đồ. Những nhân tố cơ bản quyết định tính chất và mức độ tổng quát hoá là: Tỷ lệ bản đồ, mục đích của bản đồ, đề tài (nội dung) của bản đồ và đặc điểm của các yếu tố nội dung trên lãnh thổ cần biểu thị. 12 a. Ảnh hưởng của mục đích của bản đồ Trên bản đồ chỉ cần biểu thị những đối tượng và hiện tượng phù hợp với mục đích của nó. Những bản đồ có cùng đề tài và cùng tỷ lệ nhưng có mục đích khác nhau thì mức độ chi tiết và đặc điểm của sự biểu thị các yếu tố nội dung cũng khác nhau nên việc tổng quát hoá cũng khác nhau. b. Ảnh hưởng của tỷ lệ bản đồ Những bản đồ có cùng đề tài và mục đích sử dụng nhưng tỷ lệ khác nhau thì mức độ tổng quát hoá khác nhau. Bản đồ có tỷ lệ càng lớn thì thể hiện nội dung càng chi tiết, ngược lại tỷ lệ càng nhỏ thì nội dung biểu thị càng khái lược. c. Ảnh hưởng của đề tài bản đồ Đề tài bản đồ quyết định các yếu tố nội dung nào cần thể hiện, quyết định những yếu tố nào thể hiện chi tiết nhất, những yếu tố nào thể hiện sơ lược. d. Ảnh hưởng của đặc điểm địa lý lãnh thổ biểu thị của bản đồ Khi tổng quát hoá bản đồ cần phải xét đến đặc điểm địa lý của lãnh thổ bản đồ, bởi vì cùng là những đối tượng như nhau nhưng chúng lại có ý nghĩa khác nhau trong những điều kiện địa lý khác nhau. Ví dụ: Một giếng nước ở vùng hoang mạc thì có ý nghĩa rất lớn, nhưng đối với những vùng có nguồn nước phong phú thì thì ý nghĩa của nó rất nhỏ trên bản đồ không cần biểu thị. e. Các tư liệu dùng để thành lập bản đồ Các hệ thống ký hiệu quy ước và chữ ghi chú trên bản đồ cũng ảnh hưởng đến tổng quát hoá bản đồ.Một trong những ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình tổng quát hoá bản đồ đó là sự cung cấp của tài liệu, tư liệu bản đồ. Quá trình thiết kế và thành lập bản đồ nếu được cung cấp đầy đủ tư liệu, các thông tin của tư liệu mới, chính xác, tài liệu tư liệu càng chi tiết, đầy đủ bao nhiêu càng tạo sự thuận lợi cho quá trình tổng quát hoá bấy nhiêu. Hơn nữa có thể thông qua các tài liệu đó để xét bản chất của đối tượng Vd: Trên bản đồ dân cư, tài liệu đầy đủ cho phép ta vạch được sự phân bố cụ thể của từng điểm dân cư và xu hướng phát triển của chúng Nguồn tài liệu tư liệu thành lập bản đồ càng mới, càng hiện đại, càng phù hợp với xu hướng phát triển của KHKT hiện nay thì bản đồ càng trở thành công cụ đắc lực trong việc tích luỹ và truyền đạt thông tin hiện đại nhất 13 Chương 2 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BẢN ĐỒ 2.1. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG DÙNG TRONG ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ 2.1.1. Hệ tọa độ vuông góc. Một trong những cách được dùng để xác định chính xác vị trí địa lí của các đối tượng trên mặt phẳng bản đồ là phủ lên đó một hệ thống toạ độ vuông góc, dựa trên nguyên tắc của toạ độ Đề các trong Toán học. Hình ảnh Trái Đất được chuyển lên mặt phẳng bản đồ thông qua các phép chiếu hình bản đồ. Người ta chọn trên bản đồ một điểm gốc toạ độ. Vị trí địa lí của một đối tượng được xác định trong hệ toạ độ vuông góc phẳng gọi là toạ độ vuông góc của điểm đó A(x,y). Hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu được thiết kế cho các bản đồ tỷ lệ lớn. Cơ sở để xác lập hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu tương tự như hệ tọa độ vuông góc Đề các, đầu tiên người ta chọn trục theo hướng Bắc làm trục cơ sở (trục X) rồi theo chiều kim đồng hồ dựng trục theo hướng Đông (trục Y) vuông góc với trục X, gốc tọa độ O là giao điểm giữa hai trục X và Y. Để tránh giá trị âm, người ta dịch chuyển gốc tọa độ O về phía Tây 500km, đối với các nước Nam bán cầu, dịch chuyển thêm gốc tọa độ về phía Nam 10.000km. Tọa độ của một điểm bất kỳ trong hệ tọa độ vuông góc được xác định bằng các giá trị tung độ X và hoành độ Y. Để tránh sự nhầm lẫn với hệ tọa độ vuông góc trong Toán học, người ta thường gọi là trục Bắc và trục Đông thay vì gọi trục X và trục Y. Hệ tọa độ vuông góc Đề các Hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM múi 48 Bắc Hình 2.6. Hệ toạ độ vuông góc Hiện nay, các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở Việt Nam sử dụng hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu được thành lập từ lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM (hệ VN2000) thay thế cho lưới chiếu Gauss - Kruger (hệ HN-72) đã được sử dụng trước đây. Kinh 14 tuyến trục của múi chiếu được chọn làm trục X, xích đạo làm trục Y, giao điểm giữa đường xích đạo và kinh tuyến trục là gốc tọa độ O. Tọa độ của một điểm là giá trị của X và Y thường tính theo đơn vị mét. Ví dụ, trong lưới chiếu UTM, múi 48 Bắc, thành phố Hồ Chí Minh có tọa độ (1211,720km; 648,143km) có nghĩa là thành phố Hồ Chí Minh nằm cách xích đạo 1211,72km và cách kinh tuyến 105o Đông (kinh tuyến trục của múi 48) 148,143km. Ví dụ: Điểm A’ có toạ độ: X = 2366 km Y = 18 588 km Ta hiểu điểm A’ nằm ở Bắc bán cầu cách xích đạo 2366 km và nằm ở múi thứ 18 cách gốc tọa độ đã dịch chuyển 588km. 2.3.1. Hệ tọa độ địa lý. Hệ tọa độ địa lý được tạo ra bởi hai nhóm các đường cong tham số là các đường kinh tuyến và các đường vĩ tuyến, toạ độ địa lý của một điểm trên bề mặt Elipxoid được xác định bởi kinh độ () và vĩ độ () (tương ứng với hệ tọa độ (B,L) trong trắc địa). - Kinh tuyến và kinh độ Một mặt phẳng bất kỳ đi qua trục PP 1 sẽ cắt mặt Elipxoid theo một giao tuyến, giao tuyến đó gọi là vòng kinh tuyến, một nửa của giao tuyến đó từ cực bắc xuống cực nam là một đường kinh tuyến. 15 Hình 2.5 .Các đường kinh tuyến Trước đây các nước lấy kinh tuyến gốc khác nhau nên kinh độ của cùng một điểm trên mặt đất có thể khác nhau, do vậy gây ra nhiều khó khăn. Năm 1884 hội nghị quốc tế ở Washington đã thông qua nghị quyết lấy kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenweek gần Luânđôn làm kinh tuyến gốc ( = 0) thống nhất cho toàn thế giới, kinh độ của các đường kinh tuyến khác được xác định bằng góc nhị diện tạo bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng của kinh tuyến đã cho.  = từ 00 1800 Đ từ kinh tuyến gốc về phía đông là kinh độ đông. = từ 00 1800T từ kinh tuyến gốc về phía tây là kinh độ tây. - Vĩ tuyến và vĩ độ: Một mặt phẳng bất kỳ vuông góc với PP1 cắt mặt Elipxoid tạo nên một giao tuyến hình tròn đó là đường vĩ tuyến. Vĩ tuyến lớn nhất là xích đạo. Tại điểm A nào đó trên mặt Elipxoid thì vĩ độ của điểm A là góc lệch giữa đường pháp tuyến của mặt Elipxoid tại A với mặt phẳng xích đạo:  = từ 00  900 : từ xích đạo về phía bắc gọi là vĩ độ bắc  = từ 00 900 : từ xích đạo về phía nam gọi là vĩ độ nam 2.2. TỶ LỆ BẢN ĐỒ 2.2.1. Khái niệm. Tỷ lệ bản đồ là tỷ số giữa độ dài một đoạn thẳng trên bản đồ với hình chiếu nằm ngang tương ứng của nó ở ngoài thực địa và được ký hiệu dưới dạng phân số có tử số là 1, M được gọi là mẫu số tỷ lệ bản đồ: 1/M. Các bản đồ tỉ lệ lớn, không ảnh hưởng của độ cong Trái Đất, thì hình chiếu ngang bằng chiều dài tuyến tính. Vì vậy có thể gọi tỉ lệ bản đồ là tỉ số độ dài một đoạn trên bản đồ với độ dài tương ứng của nó trên thực địa. Như vậy tỉ lệ là mức độ thu nhỏ các đối tượng thực địa để đưa lên bản đồ. Hệ quả của sự lựa chọn tỉ lệ cho bản đồ là diện mạo của bản đồ và khả năng truyền tin của nó. Tỉ lệ được vận hành liên tục từ lớn đến nhỏ. Bản đồ tỉ lệ lớn biểu hiện phần nhỏ của 16 bề mặt Trái Đất, thông tin biểu thị rất chi tiết. Ngược lại, bản đồ tỉ lệ nhỏ biểu thị khu vực lớn của Trái Đất nên các chi tiết bị giới hạn khi đưa lên bản đồ. Tỉ lệ cuối cùng được lựa chọn để thiết kế bản đồ phụ thuộc vào mục đích của bản đồ và kích thước chung của lãnh thổ được biểu thị. Mức độ chi tiết địa lí cần thiết để thoả mãn mục đích của bản đồ sẽ là một chuẩn mực khi lựa chọn tỉ lệ. Hệ quả quan trọng thứ hai của sự lựa chọn tỉ lệ là ảnh hưởng của nó tới kí hiệu hoá. Khi thay đổi từ tỉ lệ lớn sang tỉ lệ nhỏ, đối tượng của bản đồ phải được tái biểu thị với các kí hiệu không còn giống thực theo tỉ lệ và được tổng quát hoá nhiều hơn. Tỉ lệ, kí hiệu bản đồ và lưới chiếu bản đồ phụ thuộc lẫn nhau và sự lựa chọn từng yếu tố sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến bản đồ cuối cùng. Sự lựa chọn tỉ lệ là sự quyết định quan trọng nhất trong quá trình thiết kế bản đồ. 2.2.2. Các loại tỷ lệ trên lưới chiếu bản đồ. Mỗi tờ bản đồ có một tỷ lệ nhất định nhưng sau khi thực hiện các phép chiếu hình thì việc biểu thị mặt cong của trái đất lên mặt phẳng đều có biến dạng. Dù thực hiện bằng bất kỳ phép chiếu nào thì biến dạng tại các điểm trên mặt phẳng bản đồ cũng không đồng đều. Do đó có thể nói rằng: tỷ lệ bản đồ không phải là một hằng số mà là biến số. Tại những điểm khác nhau trên bản đồ sẽ có tỷ lệ khác nhau, thậm chí trên một điểm theo các hướng khác nhau cũng có tỷ lệ khác nhau. Như vậy, tỷ lệ bản đồ phụ thuộc vào tọa độ của điểm và phương vị của hướng từ điểm đó đến các điểm khác. Trên bản đồ cần phân biệt hai dạng tỷ lệ: Tỷ lệ chung và tỷ lệ riêng. a. Tỷ lệ chung (tỷ lệ chính) Đó là tỷ số thu nhỏ của kích thước Elipxoid hoặc mặt cầu Trái đất để biểu thị lên mặt phẳng, đó gọi là tỷ lệ bản đồ và được ghi rõ lên trên bản đồ. Tỷ lệ chung không ảnh hưởng đến biến dạng của phép chiếu. Để đơn giản trong quá trình nghiên cứu về biến dạng của phép chiếu ta gọi tỷ lệ chung là 1:1. Trên bản đồ chỉ ghi chú biểu thị tỷ lệ chung, thường ở phía dưới khung Nam của tờ bản đồ. Tỷ lệ chung chỉ được đảm bảo ở tại những điểm và những đường không có biến dạng độ dài. Ví dụ: + Trên lưới chiếu Gauss, tỷ lệ chung tồn tại trên đường kinh tuyến giữa múi. 17 + Trên lưới chiếu UTM, tỷ lệ chung tồn tại ở giao tuyến giữa mặt cầu và hình trụ nằm ngang... Trên bản đồ tỷ lệ chung được biểu thị dưới ba dạng: - Tỷ lệ dạng phân số: được xác định bằng một phân số có tử số là 1 và mẫu số thường là một số chẵn thể hiện số lần được thu nhỏ trên bản đồ của một đoạn d so với khoảng cách D trên thực địa. Ví dụ: 1: 50 000 ; 1/ 10 000... - Tỷ lệ chữ: Cụ thể hóa tỷ lệ dạng phân số bằng lời, ví dụ: 1cm trên bản đồ tương ứng với bao nhiêu m (km) trên thực địa. Tỷ lệ chữ thường có trên bản đồ địa hình và bình đồ. Ví dụ: 1cm trên bản đồ tương ứng với 500m trên thực địa - Tỷ lệ thước: bao gồm thước tỷ lệ thẳng và thước tỷ lệ xiên (hay thước tỷ lệ ngang) a b Hình 2.3. a. Thước tỷ lệ thẳng b. Thước tỷ lệ xiên Trong hai loại thước tỷ lệ đồ thị có cùng đơn vị cơ sở thì thước tỷ lệ xiên có độ chính xác gấp 10 lần so với thước tỷ lệ thẳng. b. Tỷ lệ riêng (tỷ lệ bộ phận) Trên tất cả các phần còn lại của bản đồ, tỷ lệ sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn tỷ lệ chung được gọi là tỷ lệ riêng. 2.3. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 2.3.1. Khái niệm. Phép chiếu bản đồ là sự biểu thị hoặc ánh xạ bề mặt Elipxoid hoặc mặt cầu lên mặt phẳng theo một quy luật toán học xác định. Quy luật toán học đó xác định sự phụ thuộc hàm số giữa tọa độ địa lý (, ) hoặc tọa độ khác của điểm trên mặt Elipxoid hoặc mặt cầu Trái đất và tọa độ vuông góc x,y hoặc tọa độ khác của điểm tương ứng trên mặt phẳng. 18 Hình 2.7. Mô tả phép chiếu bản đồ Nếu trên mặt Elipxoid hoặc mặt cầu ta dùng tọa độ địa lý (, ) và trên mặt phẳng ta dùng tọa độ vuông góc (x,y) thì phương trình của phép chiếu có dạng chung như sau: x = f1(, ) (2.21) y = f2(, ) Các hàm f1, f2 phải thoả mãn điều kiện: đơn trị, liên tục và hữu hạn trong phạm vi của bề mặt cần biểu thị. Tính chất của phép chiếu hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất và đặc trưng của các hàm f1, f2, có vô số các hàm khác nhau do đó cũng có vô số các phép chiếu khác nhau. 2.3.2. Sai số trong phép chiếu bản đồ. a. Khái niệm hình học của sai số - Khái niệm về elip sai số (elip biến dạng) + Trên bề mặt của Elipxôid, ta lấy một hình tròn có bán kính vô cùng bé. Hình chiếu của nó lên trên mặt phẳng bản đồ sẽ bị biến dạng. Gọi m và n là tỷ lệ độ dài theo kinh tuyến và vĩ tuyến, ta có: x’ = mx y’ = ny Ta biết phương trình của vòng tròn là x2 + y2 = r2 Lại có x = x’/m; y = y’/n. Suy ra (x’/m)2 + (y’/n)2 = r2 Hay (x’/mr)2 + (y’/nr)2 = 1 trong đó mr là bán trục lớn của elip a; nr là bán trục nhỏ của elip b. Vì vậy phương trình có dạng: x’2/a2 + y’2/b2 = 1. Đây là phương trình elip. Hình dạng và kích thước của các elip sai số trong các phép chiếu khác nhau thì khác nhau. 19 + Tại mỗi điểm, tỷ lệ riêng của độ dài có thể thay đổi phụ thuộc vào phương hướng. Có hai hướng vuông góc với nhau tại một điểm bất kỳ cho trước mà trong đó, một hướng có tỷ lệ riêng của độ dài lớn nhất và hướng kia có tỷ lệ riêng của độ dài là nhỏ nhất. Hai hướng đó được gọi là những hướng chính, thường ký hiệu là a, b. b. Các dạng sai số trên bản đồ. - Có ba loại biến dạng thường được nói đến trong toán bản đồ, đó là biến dạng về góc, biến dạng về diện tích và biến dạng về độ dài. Có những phép chiếu không có biến dạng về diện tích và có những phép chiếu không có biến dạng về góc. Nhưng không có phép chiếu nào không có biến dạng độ dài. Chỉ có những phép chiếu mà độ dài không biến dạng ở một số điểm hay một vài đường nào đó trên lưới chiếu. - Tỷ lệ chính của bản đồ chỉ được bảo toàn tại một số điểm hoặc đường nào đó khi diễn giải bề mặt Elipxôit lên mặt phẳng bản đồ. Tỉ lệ riêng của bản đồ có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn tỷ lệ chính . Nếu ta coi tỷ lệ chính của bản đồ là 1 thì độ chênh lệch giữa tỷ lệ chính và tỷ lệ riêng sẽ là đại lượng để xác định sai số trên bản đồ. Đối với biến dạng độ dài, ta có các khái niệm sau: Tỷ lệ riêng của độ dài là tỷ số giữa độ dài của một đoạn vô cùng bé trên bản đồ với khoảng cách tương ứng của nó trên bề mặt Elipxôit Trái Đất. μ = ds’/ds Như vậy, ds’ ≠ ds; chỉ khi μ = 1 = μ0, khi đó ds’ = ds. Tỷ lệ riêng của độ dài là một hàm số với các biến là toạ độ địa lí của điểm cần xác định và góc phương vị theo hướng mà ta muốn xác định tỷ lệ riêng của điểm đó. μ = F1 (φ, λ, α). Sai số độ dài (νμ): Là hiệu số giữa tỷ lệ riêng của độ dài và 1, được biểu diễn dưới dạng phần trăm. Ví dụ: m = 1,30 νm = (m – 1) 100% = +30% n = 0,80 νn = (n – 1) 100% = -20% Tương tự như trên, ta có các công thức để tính tỷ lệ riêng của diện tích, sai số diện tích và sai số góc. 20