Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG………
TIỄU LUẬN
Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng
dụng của GIS
Trang 2
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Thông tin , trường đại học Giao Thông vận tải TP HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp này
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Đặng Nhân Cách đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong quá trình thực hiện đề tài
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin
đã tận tình giảng dạy , trang bị cho em những kiến thức quý báu trong năm vừa qua Chúng con xin chân thành cảm ơn Ông Bà, Cha Mẹ đã luôn động viên ủng hộ vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua
Chúng em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và ủng hộ của các anh chị bạn bè trong quá trình thực hiện khóa đề tài
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ ko tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được
sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn
TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Quốc Phòng - Nguyễn Mạnh Cường
Trang 3và các kiểu cơ sở dữ liệu khác nhau nhằm đưa ra một bộ cơ sở dữ liệu cho phép người sử dụng có thể lưu trữ, xử lý, phân tích, lựa chọn, loại trừ thông tin v.v…, nói chung là hàng loạt các thao tác liên quan đến thông tin, để phục vụ cho một mục đích chuyên biệt nào đó Hiện tại ở các nước tiên tiến GIS có thể nói là phát triển ngày càng mạnh tuy nhiên ở Việt Nam GIS còn hạn chế và ít phổ biến vì vậy chúng
em đã thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng dụng của GIS”
Mục đích của đề tài là tìm hiểu rõ hơn về GIS và các ứng dụng của GIS, tác dụng của GIS trong cuộc sống hiện nay Giới thiệu cho mọi người biết về GIS và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực Từ đó nhận ra tầm quan trọng của nó trong
cuộc sông hiện đại với kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ …
Trang 4MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2
Chương 1: GIỚI THIỆU 9
1.1 GIS là gì 9
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển đến nay: 10
1.2.1 GIS với Việt Nam: 11
1.3 Giới thiệu mô hình công nghệ GIS: 12
Chương 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA GIS 14
2.1 Phần cứng : 14
2.2 Phần mềm : 14
2.3 Dữ liệu : 15
2.4 Con người : 15
2.5 Phương pháp: 16
Chương 3: CÁCH THỨC LÀM VIỆC CỦA GIS 17
3.1 Tham khảo địa lý: 17
3.2 Mô hình vector và Raster: 17
3.2.1 Mô hình vector: 18
3.2.2 Mô hình raster: 18
3.2.3 Phân tích các yếu tố: 18
Chương 4: NHIỆM VỤ CỦA GIS 28
4.1 Thu thập dữ liệu: 29
4.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu 30
4.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian 32
4.3.1 Buffer ( Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian ) 32
4.3.2 Geocoding ( Tìm kiếm theo địa chỉ ) 34
4.3.3 Network ( phân tích mạng ) .35
4.3.4 Overlay ( phủ trùm hay chồng bản đồ ) 37
4.3.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề) 39
4.4 Hiển thị bản đồ 40
Trang 54.5 Xuất dữ liệu 42
Chương 5 : DỮ LIỆU CHO GIS 43
5.1 Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS: 43
5.1.1 Mô hình dữ liệu vector 43
5.1.2 Mô hình dữ liệu raster 49
5.1.3 Mô hình dữ liệu TIN 54
5.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS 58
5.3 Các thành phần dữ liệu bản đồ chức năng 60
Chương 6: CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN 61
6.1.Thành lập bản đồ: 61
6.1.1 Desktop mapping: 61
6.1.2 Mapinfo: 61
6.1.3 ArcGIS desktop: 62
6.2.CAD ( trợ giúp thiết kế nhờ máy tính ) 63
6.3.Viễn thám và GPS ( hệ thống định vị toàn cầu) 63
6.4 DBMS ( hệ quản trị cơ sở dữ liệu): 64
6.5 Internet và network computer ( mạng máy tính và truyền thông) 64
Chương7: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG GIS 65
7.1.Các lĩnh vực dùng chung, chia sẽ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS 65
7.1.1 Trắc địa: 65
7.1.2 Bản đồ: 65
7.1.3 Viễn Thám: 65
7.2.Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý , phân tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định 66
7.2.1 Quản lý và điều tra tài nguyên: 66
7.2.2 GIS với môi trường: 71
7.2.3 Hoạt động về nghiên cứu khoa học trong các trường đại học và viện nghiên cứu: 72
Chương 8: PHÁT TRIỂN GIS TRONG ỨNG DỤNG TƯƠNG LAI 74
Trang 68.1 GIS trên Internet ( ArcGIS Server ) 74
8.2 Khung GIS chuẩn 75
8.3 Chi phí thấp 75
8.4 Các ứng dụng web 75
8.5 Các mẩu ứng dụng web 75
8.6 Hỗ trợ đa miền 76
8.7 Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình .76
8.8 Các phần mở rộng của Arc GIS server 76
8.9 Cung cấp nhiều tài nguyên cho các lập trình viên 76
Chương 9: KẾT LUẬN 79
Trang 7DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mô hình công nghệ GIS
Hình 3.1: Định dạng dữ liệu Vector và Raster
Hình 3.2: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan
Hình 3.3: Mặt Cầu và mặt Elip
Hình 3.4: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu
Hình 3.4: Minh họa cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng
Hình 3.5: Mặt chiếu hình tròn
Hình 3.6: Mặt chiếu hình trụ
Hình 3.7: Các vị trí của mặt phẳng phương vị
Hình 4.1: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
Hình 4.2: Buffer bên trong một hình có bán kính xác định
Hình 4.3: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ
Hình 4.4: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông
Hình 4.5: Phép hợp
Hình 4.6: Phép giao
Hình 4.7: Phép đồng nhất
Hình 5.1: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector
Hình 5.2: Đối tượng point trên bản đồ
Hình 5.3: Đối tượng line trên bản đồ
Hình 5.4: Đối tượng polyon trên bản đồ
Hình 5.5: Buffer
Hình 5.6: Defference
Trang 8Hình 5.17: Biểu diễn các đối tượng cơ sở trong Raster
Hình 5.18: Chuyển đổi dữ liệu raster sang vector
Hình 5.19: Bản đồ với mô hình dự liệu TIN
Hình 5.20: Mô hình cấu trúc mạng TIN
Hình 5.21: Biểu diễn TIN từ trước đối tượng cơ bản
Hình 5.22: Tam giác trong mạng
Hình 5.23: Độ dốc bề mặt tam giác
Hình 5.24: Các đối tượng hình học cơ bản trong TIN
Hình 7.1: bản đồ kiểm soát mực nước ngầm
Hình 7.2: Kiểm soát và phục hồi mực nước ngầm
Hình 7.3: Phân tích hệ thống song ngòi
Hình 7.4: Quản lý các lưu vực sông
Hình 7.5: Kiểm soát các nguồn nước
Trang 9Hình 7.6: TP Brno
Hình 7.7: Mô phỏng tài nguyên đất
Hình 7.8: Phân tích xu hướng xây dựng
Hình 7.9: Tài nguyên đất
Trang 10Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 GIS là gì
Hệ Thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các
sự vật, hiện tượng thực trên trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)
Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng
Khi xác định một công việc kinh doanh mới (như tìm một khu đất tốt cho trồng chuối, hoặc tính toán lộ trình tối ưu cho một chuyến xe khẩn cấp), GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn
đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trước đây không thực hiện được GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề
Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định
Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS GIS là một hệ thống
Trang 11có ứng dụng rất lớn Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa
ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhất :
- GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trng một hệ toạ độ quy chiếu GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó
- GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất
- GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển đến nay:
Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không được cụ thể lắm bởi lẽ những khái niệm tương tự GIS đã tồn tại ngay từ khi xuất hiện con người, từ khi con người có nhu cầu đi lại, sinh hoạt, buôn bán, Mặc dù vậy, sự đóng góp rất
lớn và rất tích cực của Giáo sư Roger Tomlinson vào năm 1963 đã khiến thế giới
phải công nhận ông chính là cha đẻ của GIS (Father of GIS)
Roger Tomlinson là người xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL)
đầu tiên trên thế giới Đó là Hệ thống thông tin địa lý quốc gia Canada (Canada Geographic Information System) Ngoài ra, ông còn được biết đến như là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ GIS
Chúng ta cùng nhau đi ngược lại lịch sử để thấy sự ra đời kỳ diệu của GIS
Như chúng ta cũng biết, năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer Graphics) bắt
đầu hình thành và phát triển Sự khó khăn trong việc sử dụng các thiết bị kinh điển
để khảo sát những bài toán phức tạp hơn đã dẫn đến hình thành ngành Bản đồ máy
tính (Computer Cartographic) vào những năm 1960 Cũng thời gian này, nhiều bản
đồ đơn giản được xây dựng với các thiết bị vẽ và in Tuy nhiên, chỉ khoảng 10 năm
Trang 12sau, năm 1971 khi chip bộ nhớ máy tính được phổ biến, các ngành liên quan đến đồ
họa trên máy tính thật sự chuyển biến và phát triển mạnh
Tuy nhiên, nói đến GIS, chúng ta cũng có thể nghĩ đến việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian đồ sộ Những lý thuyết và thực tế về cơ
sở dữ liệu và hệ thống thông tin ra đời vào cuối những năm 60, đầu những năm 70
là một đóng góp khác cho sự ra đời của GIS
Vào những năm 1950, các lực lượng quân sự bắt đầu sử dụng viễn thám môi
trường (Environmental Remote Sensing) trong các công tác đặc biệt Sự "chuyển nhượng" công nghệ viễn thám từ quân sự sang dân sự vào những năm 1960 là một động lực khác thúc đẩy GIS
GIS sẽ không là GIS nếu nó không thực hiện các bài toán phân tích không gian (Spatial Analysis) Một lớp bài toán phân tích không gian kinh điển đó là chồng lớp (Overlay) Những lý luận ứng dụng đại số bản đồ (map algebra) vào
những năm 60 trong các ứng dụng quy hoạch giúp bổ sung thêm một "bệ phóng"
nữa cho "tên lửa" GIS
Tất cả những ý tưởng trên dường như được hội tụ vào cùng một thời điểm Roger Tomlinson là một trong những người nhạy bén đón nhận những tinh hoa đó
và chuyển thành một GIS
GIS ngày nay không chỉ dừng lại ở mức công nghệ mà nó đã tiến lên nhiều nấc đến khoa học (Geographic Information Science - GISci) và dịch vụ (Geographic Information Services)
1.2.1 GIS với Việt Nam:
Tại Việt Nam, mặc dù được biết đến từ khá sớm, nhưng mãi phải đến sau
năm 2000, tức sau khi có được những kết quả đầu tiên về việc tổng kết chương trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự được chú ý đến và bước đầu phát triển Hàng loạt chương trình GIS với sự tham gia của các trường đại học, các viện nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước đã được triển khai Trong đó tiêu
Trang 13biểu phải kể đến Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước ở Hoà Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong Nha hay Dự án hợp tác với đại học Quảng Nam làm về GIS của các chuyên gia Nhật Bản Đó là chưa kể một số dự án tư nhân, quy mô nhỏ lẻ, phát triển tự phát theo nhu cầu đã bắt đầu phát triển và khá rầm rộ trong thời gian gần đây
1.3 Giới thiệu mô hình công nghệ GIS:
Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:
Hình 1.1: mô hình công nghệ GIS
Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…
Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau
Trang 14Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì Kết quả của
xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ
Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của GIS Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và định lượng thông tin đã thu thập
Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý bằng GIS Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều
Trang 15Chương 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA GIS
2.1 Phần cứng :
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng
Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng GIS cũng đòi hỏi các thiết
bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá (digitizer), máy
vẽ (plotter), máy quét (scanner)…
2.2 Phần mềm :
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Mỗi công ty xây dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các công ty phải xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý dưới dạng các đối tượng hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: + Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
+ Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
+ Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
Trang 162.3 Dữ liệu :
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu
không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS (Database
Management System ) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu
Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:
Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất
Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng
2.4 Con người :
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc
Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia
Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu
Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng xuất khác nhau
Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí… Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…
Trang 17Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý
Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể
2.5 Phương pháp:
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức
Trang 18Chương 3: CÁCH THỨC LÀM VIỆC CỦA GIS
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề
có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý Ðiều này đơn giản nhưng vô cùng quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường phân phối của các chuyến xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự lưu thông khí quyển toàn cầu
3.1 Tham khảo địa lý:
Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện (chẳng hạn như kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham khảo địa lý ẩn (như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng hoặc tên đường) Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là những mô tả, như địa chỉ) Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như khu vực rừng hay địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả đất phục vụ mục đích phân tích
3.2 Mô hình vector và Raster:
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau về cơ bản - mô hình vector và mô hình raster Trong mô hình vector, thông tin
về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y Ðối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm Ðối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ
Trang 19Mô hình vector rất hữu ích đối với việc mô tả các đối tượng riêng biệt,
nhưng kém hiệu quả hơn trong miêu tả các đối tượng có sự chuyển đổi liên tục như kiểu đất hoặc chi phí ước tính cho các bệnh viện Mô hình raster ddược phát triển cho mô phỏng các đối tượng liên tục như vậy Một ảnh raster là một tập hợp các ô lưới Cả mô hình vector và raster đều được dùng để lưu dữ liệu địa lý với nhưng ưu điểm, nhược điểm riêng, Các hệ GIS hiện đại có khả năng quản lý cả hai mô hình này
3.2.1 Mô hình vector:
Trong mô hình vector, thông tin về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y Ðối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm Ðối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ
3.2.2 Mô hình raster:
Một ảnh raster là một tập hợp các ô lưới Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc
tỷ lệ bản đồ Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định Polygon để xác định các vùng, miền trên mặt đất Trong định dạng này, thông tin được mô tả có tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ Thông tin lưu trong định
Trang 20dạng vector chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng, hệ thống thông tin đất đai
Trong định dạng raster, các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi các điểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua chỉ số hàng và cột trong lưới Trong raster, point sẽ được biểu diễn bởi một điểm ảnh đơn, line được biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau, và polygon xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau Dữ liệu được lưu trong định dạng này rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn Raster phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng Raster được ứng dụng nhiều trong phân tích bề mặt liên tục
Hình 3.1: Định dạng dữ liệu Vector và Raster
3.2.3.1 Hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu
Vị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ toạ độ Trong GIS, để biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ toạ độ: hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu
Hệ toạ độ địa lý là hệ toạ độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở Một điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu
Trang 21Hệ toạ độ quy chiếu là hệ toạ độ hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu bản đồ nằm trên hệ toạ độ địa lý về một mặt phẳng
3.2.3.2 Hệ toạ độ địa lý
Hệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên trái đất
Đơn vị đo của hệ là độ
Vì đây là hệ tọa độ gắn liền với trục trái đất nên để xác định vị trí của đối tượng người ta chia bề mặt trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến Kinh tuyến là các đường cong cách đều nhau chạy qua hai điểm cực Bắc và Nam, vĩ tuyến là các đường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái đất Giao điểm giữa kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới
Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai đường quan trọng nhất được lấy làm gốc toạ độ đó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là đường xích đạo và kinh tuyến chạy qua vùng Greenland nước Anh Giao điểm giữa hai đường này là gốc toạ độ Hai đường này cũng đồng thời chia trái đất làm 4 phần bằng nhau: nửa Bắc và Nam nằm phía trên và dưới của đường xích đạo; nửa Đông và Tây nằm ở phía bên phải và trái của kinh tuyến gốc
Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị toạ độ là kinh độ và vĩ độ được xác định như trong hình vẽ trên Giá trị này có thể được đo bằng độ theo cơ số 10 hoặc theo độ, phút, giây
Miền giá trị của vĩ độ: -900 ÷ 900
kinh độ: -1800 ÷ 1800
Trang 22Hình 3.2: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan
Chú ý: chỉ trên đường xích đạo thì khoảng cách một độ của vĩ tuyến mới
bằng khoảng cách một độ trên kinh tuyến Trên các vĩ tuyến khác khoảng cách này khác nhau rất nhiều Người ta tính rằng một độ trên kinh tuyến dài khoảng 111,321
km trong khi 600 trên vĩ tuyến chỉ có độ dài 55,802 km Chính vì sự khác nhau này nên ta không thể đo chính xác được chiều dài và diện tích của đối tượng khi dữ liệu bản đồ được chiếu lên mặt phẳng
Mặt cầu và mặt Ellipsoid
Trong hệ toạ độ địa lý có hai bề mặt hình cầu được sử dụng đó là: mặt cầu
(tuyệt đối) và mặt Ellipsoid
Vì bề mặt của trái đất của ta không phải là hình cầu tuyệt đối mà nó gần với
hình Ellipsoid nên mặt Ellipsoid thường được dùng để biểu diễn Tuy nhiên đôi khi
người ta cũng sử dụng mặt cầu để công việc tính toán dễ dàng hơn Khi tỷ lện bản
đồ rất nhỏ < 1:5000.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt
cầu và mặt Ellipsoid là không thể phân biệt được bằng mặt thường Lúc này, mặt
cầu được dùng Nhưng khi tỷ lệ > 1:1.000.000 thì người ta cần thiết phải dùng mặt
Ellipsoid để đảm bảo độ chính xác Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt Ellipsoid
phụ thuộc vào mục đích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu
Trang 23Hình 3.3: Mặt Cầu và mặt Elip Nếu mặt cầu dựa trên hình tròn thì mặt Ellipsoid lại có cơ sở là hình Ellip Hình Ellip được xác định bởi hai bán trục mà ta hay gọi là: bán trục lớn và bán trục
nhỏ Ta cho Ellip xoay quanh bán trục nhỏ ta sẽ thu được hình Ellipsoid
Kích thước và hình dạng của Ellipsoid được xác định bởi bán trục lớn a và bán trục
3.2.3.3 Hệ toạ độ quy chiếu
Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái đất lên trên mặt phẳng của bản đồ Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng và hệ toạ độ quy chiếu ra đời Hệ toạ độ này luôn lấy hệ toạ độ địa lý làm cơ sở
Hệ toạ độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x theo phương ngang và y theo phương thẳng đứng Gốc toạ độ là giao điểm của hai trục này Hai trục giao nhau đồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ toạ độ địa
lý Một điểm trên mặt được xác định được xác định bởi cặp giá trị (x, y)
Trang 24Hình 3.4: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu
Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song về cơ bản ta có thể hiểu như sau Lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ toạ độ địa lý theo một hình trụ đứng Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các điểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ Thực chất của việc này là chiếu các ô lưới lên bề mặt phẳng Mở tờ bìa ra ta có kết quả của phép chiếu Nhìn vào tấm bìa ta nhận thấy, các ô lưới đã thay đổi khá nhiều (biến dạng),
co lại hoặc dãn ra Càng xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn Điều này gây nên sự thay đổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian
Trang 25Hình 3.4: Minh họa cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng
Sau đó người ta dùng các công thức toán học để tương ứng toạ độ của bề mặt cong lên toạ độ mặt phẳng chiếu
Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc
sử dụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu
Các phép chiếu cơ bản
Trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản và thường được sử dụng
nhất đó là phép chiếu với mặt chiếu: mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng
phương vị
Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các điểm tiếp xúc Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay là tiếp tuyến (trong trường hợp là đường thẳng) Các điểm này có vai trò rất quan trọng, vì độ biến dạng của phép chiếu trên những điểm này bằng không Độ biến dạng sẽ tăng khi khoảng cách giữa điểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng
Trang 26Mặt hình nón
Để thực hiên phép chiếu này người ta cho dùng một mặt hình nón “úp” lên
bề mặt cầu Đường thẳng tiếp xúc giữa mặt nón và mặt cầu là một vĩ tuyến và được gọi là vĩ tuyến chuẩn Các đường kinh tuyến sau khi chiếu mặt nón sẽ thành những đường thẳng đứng, các đường vĩ tuyến sẽ tạo thành những đường tròn
Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt hình nón dọc theo một kinh tuyến bất
kỳ, lúc này ta sẽ được kết quả của phép chiếu trên bề mặt nón Sự giao nhau giữa những đường thẳng và cung tròn sẽ tạo nên một mặt lưới Đường thẳng đối diện với đường cắt được gọi là kinh tuyến trung tâm
Càng xa vĩ tuyến chuẩn độ biến dạng càng tăng Do đó để tăng độ chính xác người
ta cắt bỏ phần đỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này Phép chiếu này thường được dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình
chạy qua và hướng theo chiều đông - tây
Hình 3.5: Mặt chiếu hình tròn
Mặt hình trụ
Giống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một đường thẳng tiếp tuyến Khi sử dụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tuỳ thuộc vào vị trí tương đối của mặt trụ so với mặt cầu:
Hình trụ được đặt theo phương thẳng đứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một
vị tuyến, thường là đường xích đạo Gọi là phép chiếu Mercator
Trang 27 Hình trụ được đặt theo phương nằm ngang, đường thẳng tiếp xúc là một
kinh tuyến Gọi là phép chiếu Transverse
Hình trụ đặt xiên và tiếp xúc với mặt cầu theo một đường tròn có bán kính
lớn nhất (bằng với bán kính đường xính đạo) Gọi là phép chiếu Oblique
Phép chiếu thường được sử dụng nhất là Mercator Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành những đường thẳng đứng cách đều nhau, các đường vĩ tuyến sẽ trở thành những đường nằm ngang khoảng cách không đều nhau; tăng dần về phía hai cực Do đó biến dạng sẽ tăng dần về phía hai cực Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt mặt hình trụ dọc theo một kinh tuyến, trải
ra trên mặt phẳng ta sẽ thu được kết quả
Hình 3.6: Mặt chiếu hình trụ
Mặt phẳng phương vị
Là phép chiếu dữ liệu bản đồ lên một mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu Điểm tiếp xúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại đường xích đạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằm giữa Vị trí của điểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương đối của mặt phẳng chiếu
với mặt cầu và tạo nên ba kiểu chiếu khác nhau: polar, equatorial và oblique
Trang 28Hình 3.7: Các vị trí của mặt phẳng phương vị
Mặt phẳng chiếu tiếp xúc với cực của mặt cầu là kiểu chiếu đơn giản nhất và cũng hay dùng nhất Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành một chùm đường thẳng giao nhau ở điểm cực, vĩ tuyến là các đường tròn có
cùng tâm là cực của mặt cầu Góc giữa các đường kinh tuyến được bảo tồn
Trang 29Chương 4: NHIỆM VỤ CỦA GIS
Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:
o Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản
đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…
o Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster
o Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ
o Analyze: phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi
o Display: hiển thị Hiển thị bản đồ
o Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định dạng: giấy in, Web, ảnh, file …
Hình 4.1: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
Trang 30Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫu tương tự Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hoá Ở mức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả các đặc trưng đó Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ Đầu ra của máy quét là ma trận của các giá trị điểm ảnh 2D, có thể được sử dụng cho công việc vector hoá để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có được dữ liệu phù hợp
Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS
Quá trình thu thập dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu Chúng ta
có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp Vì vậy cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để thích nghi với các yêu cầu khác nhau Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi
Trang 31phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS
Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệu raster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, quá trình này được gọi là raster hoá Một số công cụ phân tích khác lại làm việc chủ yếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hoá Raster hoá là quá trình phân tích đường (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel) Ngược lại, vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền Dữ liệu ban đầu của ta thông
thường là dưới dạng raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức tạp
Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hoá để biển đổi về cùng một phân lớp
Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu này không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục toạ độ
4.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu
Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ hoạ, bản đồ) Nội dung của CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất được
Trang 32dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học
Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc Việc lựa chọn mô hình raster hay mô hinh vector để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập
dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau Thông thường CSDL GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây dựng CSDL không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng
Theo thuật ngữ của hệ quản trị CSDL thì các mô hình vector và raster được xem như những thí dụ của mô hình quan niệm Chúng mô tả các quan niệm liên quan đến ứng dụng thế giới thực được biểu diễn trong CSDL Các mô hình quan niệm được mô tả theo nhiều cấp bậc trừu tượng, trong đó các mô hình vector và raster là ở mức trừu tượng thấp nhất Chúng gần với biểu diễn dữ liệu máy tính hơn các mô hình trên cơ sở dữ liệu đối tượng, mạng và bề mặt Khái niệm mô hình dữ liệu lôgic được sử dụng để đề cập đến cách mà DBMS tổ chức mô hình quan niệm thành tệp, bản ghi, chỉ số Ngày nay, công nghệ CSDL truyền thống không còn thích hợp với việc quản lý dữ liệu địa lý Một số hệ GIS được sử dụng rộng rãi đã xây dựng CSDL trên cơ sở tổ hợp mô hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học
và lựợc đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưu trữ, xử lý dữ liệu không gian Một vài GIS khác đã lợi dụng các phương tiện của lược đồ lưu trữ CSDL quan hệ để quản lý
cả hai loại dữ liệu hình học và phi hình học
Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian Do nhu cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số không gian
Trang 33đặc biệt Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập CSDL GIS
4.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian
Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng
đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS
Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các
phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một
số phương pháp được dùng phổ biến nhất:
4.3.1 Buffer ( Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian )
Buffer hay còn gọi là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian
giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối
tượng này với đối tượng kia Phương pháp buffer được chia làm nhiều loại (phép
toán) khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:
Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng gốc
Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan hệ đặc biệt với các đối tượng gốc
Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tính
Một số phép toán buffer thông dụng
Tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác Phép toán này xác định quan
hệ “bao kín” giữa các đối tượng không gian Đường thẳng bao gồm nhiều điểm, một
đa giác (polygon) có thể bao gồm nhiều đường thẳng hoặc gồm các đa giác con khác
Trang 34Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác Phép toán này xác định các đối
tượng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tượng khác Hai đa giác giao nhau nếu chúng có một miền chung Hai đường thẳng cắt nhau nếu chúng có một điểm chung Một đường thẳng giao với một đa giác khi nó nằm một phần hay toàn bộ trong đa giác
Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác Đây là kiểu tìm kiếm trong
đó các đối tượng có chung đường bao (biên) Quan hệ này chỉ áp dụng cho đường thẳng hoặc đa giác
Tìm các đối tượng nằm bên trong hoặc bên ngoài một khoảng cách xác định Kiểu tìm kiếm này được sử dụng trong việc xác định các đối tượng xung quanh một hay nhiều các điểm mốc Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tượng căn cứ vào vị trí của chúng so với vùng đệm tạo ra
Một bài toán rất điển hình cho phương pháp buffer này là bài toán về “Nhà
máy hoá chất và các bệnh viện” Mục đích của bài toán là xác định các vị trí thuận tiện nhất trên bản đồ cho việc di dời các bệnh viện trong trường hợp nhà máy hoá chất gặp sự cố Các nhà máy hoá chất và bệnh viện được biểu diễn trên bản đồ bằng các đối tượng điểm (points) Mỗi nhà máy bao gồm các thông tin chi tiết về loại hoá chất sản xuất và mức độ phát tán chất độc ra môi trường trong các điều kiện thời tiết khác nhau Khi có sự cố, vùng nguy hiểm cần di dời sẽ được thể hiện trên bản đồ
Từ đó, chúng ta có thể biết được nên chuyển bệnh viện đến vùng nào là an toàn và thuận tiện nhất
Trang 35Hình 4.2: Buffer bên trong một hình có bán kính xác định
4.3.2 Geocoding ( Tìm kiếm theo địa chỉ )
Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồ hoạ Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ
Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận…
Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các đối tượng
trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS
Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô tả
thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian
Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến
ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin không gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Các
gocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham chiếu khác nhau
Sau khi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào mô tả
không gian) Ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm Quy trình xử lý trải qua các bước sau:
Trang 36 Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành phần địa chỉ nhỏ
các đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào Mỗi kiểu
geocoding service sẽ quy định các định dạng của các thành phần địa chỉ này
Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúng nhất
bằng một đối tượng đồ hoạ
Hình 4.3: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ
4.3.3 Network ( phân tích mạng )
Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối
hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng
Trang 37đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng
Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần
tạo các topology cho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu Quan hệ topology giữa các đối tượng gần giống quan hệ
giữa các bảng (relationship)
Chúng ta có hai kiểu liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh Nút - cạnh là luật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng kiểu B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và một cạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút
Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình
thành Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng để giải quyết các bài toán đặt ra
Hình 4.4: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông
Trang 384.3.4 Overlay ( phủ trùm hay chồng bản đồ )
Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS Overlay cho phép ta
tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau Người ta định nghĩa:
“Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một lớp bản đồ mới” Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay là gộp hai lớp
trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp
thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp
Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:
Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point
Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line
Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon
Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”
Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào
overlay phải có sự thống nhất với nhau Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về
tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được
Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước:
Trang 39 Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao điểm này
Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ
Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity)
Phép hợp
Hoạt động như toán tử Or , Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon
Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu dầu vào
và dữ liệu thuộc tính của chúng Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon
Hình 4.5: Phép hợp
Phép giao
Hoạt động như toán tử And
Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào
Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào
Hình 4.6: Phép giao
Phép đồng nhất
Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào
Trang 40Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít
Hình 4.7: Phép đồng nhất
4.3.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề)
Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean Có 3 phương pháp phân tích proximity:
Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp buffer Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm,
nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lập vùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread
Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhà máy
Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều Các mẫu thường là các điểm Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác Sơ đồ đa giác