Bài giảng Bản đồ học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2017 ThS. HỒ VĂN HÓA ThS. NGUYỄN THỊ OANH B¶N §å HäC 1 THS. HỒ VĂN HÓA, THS. NGUYỄN THỊ OANH Bài Giảng BẢN ĐỒ HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2017 2 3 LỜI NÓI ĐẦU Trong các thời đại, bản đồ luôn giữ một vai trò rất quan trọng. Vì vậy, việc học tập và nghiên cứu lĩnh vực khoa học kỹ thuật về bản đồ là hết sức cần thiết. Nhằm phù hợp với chương trình giảng dạy mới, phục vụ học tập và nghiên cứu, nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên trong các trường đại học, chúng tôi đã biên soạn cuốn bài giảng “Bản đồ học”. Bài giảng gồm 6 chương với các nội dung chính: - Chương 1: Tổng quan về bản đồ học; - Chương 2: Cơ sở toán học của bản đồ; - Chương 3: Ngôn ngữ bản đồ; - Chương 4: Tổ chức thành lập và tổng quát hoá bản đồ; - Chương 5: Bản đồ địa hình - Tập bản đồ; - Chương 6: Sử dụng bản đồ. Bài giảng do các tác giả biên soạn: - ThS. Hồ Văn Hóa biên soạn chương 1, 2, 3; - ThS. Nguyễn Thị Oanh biên soạn chương 4, 5, 6. Bài giảng này nhằm phục vụ sinh viên ngành Quản lý đất đai và các ngành học khác có liên quan, quan tâm tới công nghệ sản xuất bản đồ. Với mục tiêu trang bị cho người đọc những kiến thức cơ bản về khoa học bản đồ, nắm chắc hệ thống khái niệm cơ bản trong bản đồ học, nội dung về cơ sở toán học, ngôn ngữ bản đồ, tổng quát hoá bản đồ, phân loại bản đồ và quy trình thành lập, sử dụng bản đồ. Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã cố gắng diễn đạt xúc tích, cập nhật những thông tin mới, những thay đổi liên quan tới lĩnh vực bản đồ do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành. Song do thời gian và khả năng có hạn nên tài liệu vẫn không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc để tài liệu này được hoàn chỉnh hơn. Mọi góp ý xin gửi về Bộ môn Trắc địa, bản đồ và GIS, Viện Quản lý đất đai và Phát triển nông thôn, Trường Đại học Lâm nghiệp hoặc có thể gửi qua địa chỉ Email: hovanhoa1988@gmail.com, oanhnguyen.humg@gmail.com Xin chân thành cảm ơn! Nhóm tác giả 4 5 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ HỌC...................................................11 1.1. Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ của bản đồ học .................................... 11 1.1.1. Đối tượng nghiên cứu bản đồ học ............................................................. 11 1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu bản đồ học .............................................................. 11 1.2. Định nghĩa và các đặc điểm, tính chất bản đồ ............................................. 13 1.2.1. Định nghĩa bản đồ ..................................................................................... 13 1.2.2. Đặc điểm cơ bản của bản đồ ..................................................................... 13 1.2.3. Tính chất cơ bản của bản đồ ..................................................................... 14 1.3. Phân loại bản đồ ........................................................................................... 15 1.3.1. Ý nghĩa và nguyên tắc phân loại bản đồ ................................................... 15 1.3.2. Các hệ thống phân loại bản đồ ................................................................. 16 1.4. Các yếu tố của bản đồ .................................................................................. 22 1.4.1. Các yếu tố nội dung của bản đồ ................................................................ 22 1.4.2. Cơ sở toán học bản đồ .............................................................................. 22 1.4.3. Các yếu tố hỗ trợ và bổ sung bản đồ ........................................................ 23 1.5. Sơ lược lịch sử phát triển của bản đồ học .................................................... 24 1.5.1. Sơ lược lịch sử phát triển bản đồ học trên thế giới .................................. 24 1.5.2. Sơ lược lịch sử phát triển ngành đo vẽ bản đồ ở Việt Nam ...................... 32 1.6. Vai trò, ý nghĩa của bản đồ đối với khoa học và thực tiễn .......................... 34 Chương 2. CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BẢN ĐỒ ................................................ 37 2.1. Những yếu tố hình học của Elipxoid trái đất và các hệ tọa độ cơ bản ......... 37 2.1.1. Các yếu tố hình học của Elipxoid trái đất ................................................ 37 2.1.2. Các hệ tọa độ thường dùng trên mặt Ellipsoid trái đất ............................ 39 2.2. Phép chiếu bản đồ ........................................................................................ 43 2.2.1. Những khái niệm cơ bản về phép chiếu và lưới chiếu bản đồ .................. 43 2.2.2. Phân loại phép chiếu bản đồ ..................................................................... 45 2.2.3. Các phép chiếu thường dùng .................................................................... 54 2.2.4. Các phép chiếu dùng cho bản đồ địa hình ở Việt Nam ............................ 57 2.3. Tỷ lệ bản đồ .................................................................................................. 61 2.3.1. Khái niệm .................................................................................................. 61 2.3.2. Cách thức thể hiện ..................................................................................... 61 2.3.3. Ý nghĩa của tỷ lệ bản đồ ............................................................................ 62 6 2.4. Phân mảnh và đánh số bản đồ địa hình ........................................................ 62 2.4.1. Ý nghhĩa của hệ thống phân mảnh và danh pháp bản đồ ......................... 62 2.4.2. Hệ thống phân mảnh và danh pháp bản đồ trong hệ HN72 ..................... 63 2.4.3. Hệ thống phân mảnh và danh pháp bản đồ trong hệ VN2000 .................. 64 Chương 3. NGÔN NGỮ BẢN ĐỒ ..................................................................... 71 3.1. Khái quát ngôn ngữ bản đồ .......................................................................... 71 3.2. Ký hiệu bản đồ.............................................................................................. 73 3.2.1. Cấu tạo kí hiệu bản đồ .............................................................................. 74 3.2.2. Yêu cầu đối với ký hiệu bản đồ .................................................................. 78 3.2.3. Ý nghĩa của hệ thống ký hiệu .................................................................... 79 3.2.4. Chuẩn hóa ký hiệu bản đồ ......................................................................... 82 3.3. Màu sắc trên bản đồ ...................................................................................... 83 3.3.1. Vai trò màu sắc trên bản đồ ...................................................................... 83 3.3.2. Lý thuyết về màu sắc ................................................................................. 84 3.3.3. Tạo thang phân tầng màu .......................................................................... 85 3.4. Ghi chú trên bản đồ ...................................................................................... 87 3.4.1. Mục đích và ý nghĩa của chữ ghi chú trên bản đồ .................................... 87 3.4.2. Đặc điểm và tính chất của chữ ghi chú trên bản đồ ................................. 89 3.4.3. Sắp xếp ghi chú trên bản đồ ...................................................................... 90 Chương 4. TỔNG QUÁT HÓA VÀ TỔ CHỨC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ......... 93 4.1. Tổng quát hoá bản đồ ................................................................................... 93 4.1.1. Khái niệm chung về tổng quát hoá bản đồ ................................................ 93 4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới tổng quát hoá bản đồ ....................................... 94 4.1.3. Quá trình tổng quát hoá bản đồ ................................................................ 97 4.1.4. Đặc điểm của quá trình tổng quát hóa nội dung bản đồ địa lý chung ... 100 4.2. Công tác tổ chức thành lập bản đồ ............................................................. 103 4.2.1. Giới thiệu chung về qui trình thành lập bản đồ ...................................... 103 4.2.2. Nội dung thành lập bản đồ ...................................................................... 106 Chương 5. BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH - TẬP BẢN ĐỒ ........................................... 112 5.1. Bản đồ địa hình ........................................................................................... 112 5.1.1 Mục đích sử dụng và yêu cầu đối với bản đồ địa hình ............................ 112 5.1.2. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình ....................................................... 113 5.1.3. Nội dung của bản đồ địa hình ................................................................. 114 5.1.4. Hệ thống ký hiệu quy ước cho bản đồ điạ hình ....................................... 120 7 5.1.5. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình ......................................... 122 5.1.6. Hiệu chỉnh các bản đồ địa hình .............................................................. 126 5.2. Tập bản đồ địa lý ........................................................................................ 129 5.2.1. Khái niệm ................................................................................................ 129 5.2.2. Phân loại các tập bản đồ ........................................................................ 130 5.2.3. Đặc điểm thành lập tập bản đồ ............................................................... 131 5.2.4. Những bài thuyết minh trong tập bản đồ và chỉ dẫn địa danh ............... 133 Chương 6. SỬ DỤNG BẢN ĐỒ ....................................................................... 134 6.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của bản đồ, thông tin bản đồ ...... 134 6.1.1. Sai số của bản đồ tư liệu ......................................................................... 134 6.1.2. Độ chính xác của bản đồ biên vẽ, thể loại bản đồ .................................. 134 6.1.3. Sai số cơ sở toán học của bản đồ ............................................................ 135 6.1.4. Sai số do quá trình chuẩn bị in và in bản đồ .......................................... 136 6.2. Các phương thức và phương pháp phân tích bản đồ .................................. 136 6.2.1. Các phương thức phân tích bản đồ ......................................................... 136 6.2.2. Các phương pháp phân tích sử dụng bản đồ .......................................... 137 6.3. Xác định tọa độ, đo độ dài trên bản đồ địa hình ........................................ 138 6.3.1. Đo tọa độ địa lý và tọa độ vuông góc trên bản đồ địa hình ................... 138 6.3.2. Đo tính độ dài đoạn thẳng trên bản đồ ................................................... 141 6.3.3. Đo tính mật độ sông ngòi ........................................................................ 142 6.3.4. Đo độ cao, độ dốc, đo diện tích trên bản đồ ........................................... 142 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................142 8 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa của từ BĐĐH Bản đồ địa hình BTNMT Bộ Tài nguyên - Môi trường HN-72 Hà Nội 72 UTM Universal Transverse Mecator QĐ Quyết định TT Thông tư ĐC Địa chính DTM Mô hình số địa hình DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Một số ellipsoid phổ biến ................................................................... 39 Bảng 2.2: Kích thước khung trong của các tỷ lệ bản đồ trong hệ HN72 ............ 64 Bảng 2.3: Kích thước khung trong của các tỷ lệ bản đồ trong hệ VN2000 ........ 68 Bảng 5.1: Quy định biểu thị đối tượng sông trên bản đồ địa hình .................... 115 Bảng 5.2: Quy định khoảng cao đều trên bản đồ địa hình ................................ 117 Bảng 6.1: Độ chính xác vị trí mặt bằng của bản đồ địa hình 1:50 000 ............. 134 Bảng 6.2: Khoảng cách giữa các đường lưới km trên bản đồ theo tỷ lệ ........... 140 9 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ bố cục một trang bản đồ ........................................................... 24 Hình 1.2: Một phần bản đồ thế giới trong sách địa lý học của K. Ptôlêmê ........ 26 Hình 1.3: Một phần bản đồ trong Atlas Nga do Viện hàn lâm Nga ................... 29 thành lập năm 1748 ............................................................................................. 29 Hình 1.4: Sơ đồ chia mảnh Bản đồ địa lý chung tỉ lệ 1:2 500 000 ..................... 31 Hình 2.1: Mặt Geoid ............................................................................................ 37 Hình 2.2: Mối quan hệ giữa Geoid, Ellipsoid và bề mặt địa hình ...................... 38 Hình 2.3: Mô hình mô phỏng Geoid và Ellipsoid ............................................... 38 Hình 2.4: Mô hình ellipsoid trái đất và ellipsoid địa phương ............................. 39 Hình 2.5: Hệ tọa độ địa lý ................................................................................... 40 Hình 2.6: Các đường kinh tuyến ......................................................................... 40 Hình 2.7: Các đường vĩ tuyến ............................................................................. 41 Hình 2.8: Hệ tọa độ Đề Các ................................................................................ 41 Hình 2.9: Hệ tọa độ vuông góc ........................................................................... 42 Hình 2.10: Hệ tọa độ cực cầu .............................................................................. 43 Hình 2.11: Mô tả phép chiếu bản đồ ................................................................... 44 Hình 2.12: Phép chiếu hình trụ đứng .................................................................. 46 Hình 2.13: Phép chiếu hình trụ giả kinh tuyến hình sin ...................................... 47 Hình 2.14: Phép chiếu Robinson ......................................................................... 47 Hình 2.15: Phép chiếu hình nón đứng ................................................................. 47 Hình 2.16: Phép chiếu hình nón giả Bonne ........................................................ 48 Hình 2.17: Phép chiếu nhiều hình nón ................................................................ 48 Hình 2.18: Phép chiếu phương vị đứng bắc cực ................................................. 49 Hình 2.19: Phép chiếu phương vị giả .................................................................. 49 Hình 2.20: Phép chiếu Goode ............................................................................. 50 Hình 2.21: Mô tả các phép chiếu hình nón đứng, hình trụ đứng ........................ 50 và phương vị đứng ............................................................................................... 50 Hình 2.22: Phép chiếu hình nón đứng ................................................................. 51 Hình 2.23: Phép chiếu hình trụ đứng .................................................................. 51 Hình 2.24: Phép chiếu phương vị đứng .............................................................. 51 Hình 2.25: Mô tả phép chiếu hình nón nghiêng, hình trụ nghiêng ..................... 52 và phương vị nghiêng .......................................................................................... 52 Hình 2.26: Phép chiếu hình nón ngiêng .............................................................. 52 10 Hình 2.27: Phép chiếu phương vị ngiêng ............................................................ 52 Hình 2.28: Mô tả các phép chiếu hình nón ngang, hình trụ ngang ..................... 53 và phương vị ngang ............................................................................................. 53 Hình 2.29: Phép chiếu hình nón ngang ............................................................... 53 Hình 2.30: Phép chiếu hình trụ ngang ................................................................. 53 Hình 2.31: Phép chiếu phương vị ngang ............................................................. 54 Hình 2.32: Phép chiếu hình nón đứng ................................................................. 55 Hình 2.33: Phép chiếu hình trụ đứng .................................................................. 56 Hình 2.34: Các phép chiếu phương vị đứng với điểm tiếp xúc là cực Bắc và cực Nam ..................................................................................................................... 56 Hình 2.35: Phép chiếu Gauss và hệ tọa độ vuông góc Gauss ............................. 59 Hình 2.36: Phép chiếu UTM và hệ tọa độ vuông góc UTM ............................... 60 Hình 2.37: Các kiểu thước tỷ lệ bản đồ ............................................................... 62 Hình 2.38: Sơ đồ phân mảnh và đánh số mảnh bản đồ địa hình cơ bản ............. 69 Hình 3.1: Một số ký hiệu trên bản đồ địa hình .................................................... 73 Hình 3.2: Cấu tạo của ký hiệu bản đồ ................................................................. 74 Hình 3.3: Các kiểu phần tử đồ họa (biến trị trực quan) ...................................... 78 Hình 3.4: Sự tương ứng giữa sắc mầu và bước sóng .......................................... 84 Hình 4.1: Ảnh hưởng của mục đích bản đồ ........................................................ 95 Hình 4.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ bản đồ ................................................................. 96 Hình 6.1: Tính tọa độ địa lý .............................................................................. 139 Hình 6.2: Tính tọa độ vuông góc ....................................................................... 141 Hình 6.3: Xác định độ cao trên bản đồ .............................................................. 143 Hình 6.4: Thước đo độ dốc ................................................................................ 144 Hình 6.5: Độ dốc ............................................................................................... 145 Hình 6.6: Đo diện tích bằng lưới ô vuông ......................................................... 146 Hình 6.7: Đo diện tích bằng các đường thẳng song song ................................. 146 Hình 6.8: Xác định diện tích theo phương pháp hình học ................................ 147 11 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ HỌC 1.1. Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ của bản đồ học 1.1.1. Đối tượng nghiên cứu bản đồ học Bản đồ học là lĩnh vực khoa học kỹ thuật về bản đồ, về các tính chất, phương pháp thành lập và sử dụng bản đồ. Đối tượng nhận thức của bản đồ là không gian cụ thể của các đối tượng và hiện tượng của thực tế khách quan và những biến đổi của chúng theo thời gian. Đối tượng của Bản đồ học là các sản phẩm bản đồ: Bản đồ giấy, Bản đồ điện tử, Bản đồ mạng (Web-map), Bản đồ đa phương tiện (Multimedia map) Bản đồ học là khoa học về các bản đồ địa lý. Bản đồ địa lý là đối tượng nhận thức của khoa học bản đồ. 1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu bản đồ học Nhiệm vụ của Bản đồ học là nghiên cứu cấu trúc không gian, phản ánh các qui luật phân bố không gian địa lý các hiện tượng và đối tượng tự nhiên, kinh tế, xã hội, mối tương quan và quá trình phát triển của chúng và thể hiện chúng lên bản đồ bằng những phương pháp và ngôn ngữ đặc biệt. Ngoài ra, nhiệm vụ của Bản đồ học còn nghiên cứu đề xuất các phương pháp, công nghệ sản xuất bản đồ; nghiên cứu những phương hướng, phương pháp sử dụng các bản đồ và đánh giá độ tin cậy, độ chính xác của các kết quả, thông tin thu nhận được từ bản đồ. Bản đồ là sản phẩm khoa học của Bản đồ học để phản ánh những kết quả nghiên cứu của khoa học địa lý. Bản đồ tạo ra những tri thức mới