Chương 3. Mô hình và cấu trúc dữ liệu không gian potx

Chương MÔ HÌNH VÀ CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3.1 GIỚI THIỆU Dữ liệu GIS liệ Thế giới thực Thế giớ thự -Truy vấn thông tin vấ -Cập nhật liệu nhậ liệ -Phân tích, mơ hình hóa tí hì hó -Hiển thị, xuất liệu Hiể thị xuấ liệ Thực thể không gian (spatial entity) vật, tượng tồn giới thực Đối tượng không gian (spatial object) thực thể không gian biểu diễn máy tính Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.1 GIỚI THIỆU Mô hình không gian đơn giản hoá giới thực, tập phần tử biểu diễn thực thể không gian giới thực Mô hình liệu không gian tương ứng với tập nguyên tắc để chuyển giới thực thành đối tượng không gian miêu tả cách logic Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.1 GIỚI THIỆU Dữ liệu số đối tượng không gian biểu diễn máy tính dạng nhị phân theo mô hình raster vector - Mô hình raster biểu diễn thực thể theo bề mặt liên tục - Mô hình vector biểu diễn thực thể theo bề mặt rời rạc Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.1 GIỚI THIỆU Mô hình raster: đối tượng không gian chia thành ô lưới gọi điểm ảnh (pixel), điểm ảnh có thuộc tính Mô hình vector: đối tượng không gian biểu diễn điểm, đường, vùng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.1 GIỚI THIỆU - Mô hình hóa liệu tiến trình xác định tổ chức liệu giới thực tập liệu số để có thông tin cần thiết - Mô hình liệu không gian tổ chức liệu giới thực cách logic theo sơ đồ - Cấu trúc liệu quy tắc xếp liệu máy tính phù hợp với mô hình liệu chọn, phục vụ cho việc quản lý, lưu trữ truy vấn - Định dạng liệu thực cấu trúc liệu theo giải thuật Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian phần tử tập mô hình không gian tượng trưng cho thực thể không gian giới thực Trong GIS, thực thể không gian biểu diễn thành đối tượng dạng điểm, đường, vùng, bề mặt khối Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Biểu diễn đối tượng không gian GIS Các đối tượng dạng điểm địa vật đặc trưng đồ tỉ lệ nhỏ biểu diễn không gian 0-D Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Biểu diễn đối tượng không gian GIS Các đối tượng dạng đường tim đường giao thông biểu diễn không gian 1-D Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Biểu diễn đối tượng không gian GIS Các đối tượng có dạng vùng phẳng sông hồ biểu diễn không gian 2-D Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Biểu diễn đối tượng không gian GIS Các đối tượng có dạng mặt cong bề mặt địa hình, biểu diễn không gian 2.5-D Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Biểu diễn đối tượng không gian GIS Các đối tượng dạng hình khối đường hầm, cầu vượt biểu diễn không gian 3-D Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Nhiều đối tượng tự nhiên có đặc tính tương đồng lúc quan sát phóng to, tính đồng dạng thay đổi tỷ lệ Trong giới thực, thực thể không gian liên tục không gian nhiệt độ, độ ẩm, gián đoạn không gian loại hình sử dụng đất, nhà ở, Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Các đối tượng không gian nhóm theo hai loại khác tùy theo chúng thuộc loại “tự nhiên” hay “ phi tự nhiên” Các đối tượng không gian tự nhiên tương ứng với thực thể không gian rời rạc nhận diện giới thực Các đối tượng phi tự nhiên thực thể người tạo đường bao đất đai hay pixel Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Phân loại đối tượng không gian               a) Dữ liệäu điểåm độ cao b) Dữ liệäu mẫu điểåm bao gồàm Dư lie ie Dư lie ie go làø đối tượng không gian đối tượng không gian tự nhiên la tư ng tư ng tự đươ tự nhiên giớùi hạïn theo giớùi hạïn theo mẫu kích thước vàø giơ giơ thư va định nghóa hình dáùng củûa đối tượng xáùc nghó dang cu tư ng đươ xa định bởûi mậät độ mẫu bơ ma Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Phân loại đối tượng không gian c) Dữ liệäu hàønh Dư lie hanh chí bao gồàm đối go tượng không gian phi tự ng tự nhiên không đồng ng d) Dữ liệäu khung lưới bao Dư lie lư gồàm đối tượng không go tư ng gian phi tự nhiên đồng tự ng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Phân loại đối tượng không gian Đối tượng không gian Phi tự nhiên Tự nhiên Giới hạn mẫu Giới hạn định nghóa Không đồng Đồng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian tự nhiên - Đối tượng không gian giới hạn theo mẫu (SamplingLimited Spatial Objects) đối tượng biểu diễn thực thể không gian tự nhiên mà thông tin hình dạng kích thước xác định thông tin tổng thể cho thực thể - Đối tượng không gian giới hạn theo định nghóa (Definition-Limited Spatial Objects) đối tượng biểu diễn thực thể không gian tự nhiên mà thông tin định nghóa Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.2 ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian phi tự nhiên - Đối tượng không gian phi tự nhiên không đồng (Irregular Imposed Spatial Objects) đối tượng biểu diễn thực thể không gian người đặt có hình dạng kích thước không đồng đều.Ví dụ: vùng hành chánh - Đối tượng không gian phi tự nhiên đồng (Regular Imposed Spatial Objects) đối tượng biểu diễn thực thể không gian người đặt có hình dạng kích thước giống pixel ảnh raster Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.1 Mô tả cấu trúc Cấu trúc liệu raster có hai đặc điểm cần lưu ý: - Mỗi điểm ảnh biểu diễn thuộc tính, xác định giá trị f(x,y) - Khi thay đổi độ phân giải (kích thước điểm ảnh thay đổi), dung lượng liệu thay đổi theo Dung lượng liệu tăng theo bình phương tỉ lệ gia tăng độ phân giải Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.2 Đặc tính hình học Đối tượng điểm (Point objects): Số pixel i Số hàng j (i,j) = (5,3);(7,5);(8,2) Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.2 Đặc tính hình học Đối tượng đường (Line objects): (1,3);(2,2);(3,2) ;(4,3); (5,4) ;(6,5) ;(7,5) ;(8,4) Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.2 Đặc tính hình học Đối tượng vùng (Polygon objects): Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.3 Định dạng file liệu không gian raster Cấu trúc liệu raster thực nhiều định dạng số khác nhau: - GRID: Định dạng ESRI dùng để lưu trữ xử lý liệu raster - Định dạng công nghiệp chuẩn: JPEG, TIFF MrSID dùng hiển thị không phân tích (phải chuyển thành GRID) Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.3 Định dạng file liệu không gian raster Khi hiển thị đồng thời với liệu vector, đòi hỏi phải có thông tin tọa độ tham chiếu (georeferencing information) - TIFF image.tiff image.tfw - Bitmap image.bmp image.bpw - BIL image.bil image.blw - JPEG image.jpg image.jpw Geotiff laø định dạng chứa ảnh thông tin tham chiếu file Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.3 Định dạng file liệu không gian raster Cấu trúc tập tin tham chiếu: dạng ASCII gồm dòng  Dòng 1: Kích thước theo hướng x pixel đơn vị đồ (A)  Dòng 2: Góc xoay quanh trục y (D)  Dòng 3: Góc xoay quanh trục x (B)  Dòng 4: Kích thước âm theo hướng y pixel theo đơn vị đồ (E)  Dòng 5: Tọa độ x tâm pixel trái (C)  Dòng 6: Tọa độ y tâm pixel trái (F) - Công thức tính chuyể:n: a độ pixel theo đơn vị đồ x , y tọ X1 = Ax + By + C Y1 = Dx + Ey + F 1 x, y: cột hàng pixel ảnh Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3.3 Định dạng file liệu không gian raster Ví dụ:  20.17541308822119  0.00000000000  0.00000000000  -20.17541308822119  424178.11472601280548  4313415.90726399607956 A D B E C F - Với pixel ảnh có tọa độ (3,4)  Pixel có tọa độ đồ là: (424238.640965277, 431335.20561164) Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.1 Mô tả cấu trúc Các đối tượng không gian biểu diễn cấu trúc vector thường tổ chức dạng điểm, đường vùng hệ thống tọa độ xác định Mỗi điểm xác định cặp toạ độ (x,y); đường xác định chuỗi liên tiếp điểm {(x1, y1),(x2, y2), ,(xn,yn)} vùng xác định đường khép kín Hai cấu trúc liệu Vector thông dụng cấu trúc Spaghetti cấu trúc Topology Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.2 Đặc tính hình học Các đối tượng không gian phân loại thành dạng: - Đối tượng điểm: Điểm dùng cho tất đối tượng không gian biểu diễn cặp tọa độ (x,y) - Đối tượng đường: Đường dùng để biểu diễn tất đối tượng có dạng tuyến, tạo nên từ hai nhiều cặp tọa độ (x,y) - Đối tượng vùng: Vùng đối tượng hình học hai chiều Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.2 Đặc tính hình học Điểm Vùng Đường Đường cong Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.3 Cấu trúc Spaghetti - Điểm xác định cặp tọa độ (x,y), - Đường biểu diễn chuỗi cặp toạ độ (xi,yi) - Vùng xác định cung khép kín biểu diễn chuỗi cặp tọa độ (xi,yi) có tọa độ đầu tọa độ cuối trùng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.3 Cấu trúc Spaghetti A(xA,yA) Đặc trưng Điểm A Vị trí (xA,yA) Cung AB (xA,yA), (x1,y1), , (xB,yB) Vuøng (x1A,y1A), (x11,y11), , (x1i,y1i), (x1B,y1B), (x1j,y1j), , (x1A,y1A) Vuøng (x2A,y2A), (x21,y21), , (x2i,y2i), (x2B,y2B), (x2j,y2j), , (x2A,y2A) B(xA,yA) Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.3 Cấu trúc Spaghetti Cấu trúc không ghi nhận đặc trưng kề hai vùng kề nhau, nghóa đường chung hai vùng kề có hai đường độc lập Cấu trúc Spaghetti sử dụng để lập đồ số tốt, không thích hợp cho toán phân tích GIS không mô tả quan hệ không gian Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.4 Cấu trúc Topology Cấu trúc topology gọi cấu trúc cungnút (arc-node) với phần tử cung Mỗi cung mô tả chuỗi đoạn thẳng nối liền nhau, điểm đầu cuối cung gọi nút (node), điểm cung gọi đỉnh (vertex) Nút điểm giao hai hay nhiều cung, cung độc lập, nút điểm cuối cung, không nối liền với cung khác Vùng chuỗi cung nối liền khép kín, cung đường biên vùng Một vùng giới hạn hai đường cong khép kín lồng vào không cắt Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.4 Cấu trúc Topology 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.4 Cấu trúc Topology 70 N4 60 a1 A 50 40 N1 a7 F a6 a3 N2 D a8 a5 N5 B a4 C E 20 N7 N9 a2 10 N8 a9 a12 30 N6 a10 a11 N3 0 10 20 30 40 50 Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 60 70 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.5 Định dạng file phổ biến Coverage: định dạng liệu vector ArcInfo, 1981 Shape file: ESRI giới thiệu với ArcView, 1993 Dạng bảng: MapInfo Geodatabase: định dạng với thiệu với ArcGIS 8.0, 2000 Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ điểm-điểm - “Trong giới hạn (is within)”: Nằm giới hạn khoảng cách cụ thể - “Gần với (is nearest to)”: Gần so với điểm cụ thể Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ điểm-đường - “Nằm đường (on line)”: điểm nằm đường - “Gần với (is nearest to)”: Điểm gần so với đường Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ điểm-vùng - “Chứa bên vùng (is contained in)”: Điểm chứa bên vùng - “Nằm biên (on border of area)”: Một điểm nằm đường biên vùng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ đường-đường - “Giao (intersects)”: Hai đường giao - “Băng qua (crosses)”: Hai đường băng qua mà không giao - “Chảy vào (flow into)”: Một nhánh sông chảy vào dòng sông Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ đường-vùng - “Giao (intersects)”: Một đường giao (cắt) với vùng - “Đường biên (borders)”: Đường phần biên vùng Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ topology đối tượng không gian Quan hệ vùng-vùng - “Chồng lớp (overlaps)”: Hai vùng chồng lên - “Nằm bên (is within)”: Một vùng nằm bên vùng khác - “Kế cận (is adjacent to)”: Hai vùng có đường biên chung Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4.6 Quan hệ đối tượng không gian Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.5 SO SÁNH GIỮA RASTER VÀ VECTOR Raster Vector Cấu trúc liệu Đơn giản Phức tạp Dung lượng Lớn Bé Chất lượng đồ họa Trung bình Tốt Chồng lớp Đơn giản Phức tạp Phân tích mạng Không Dễ dàng Độ xác hình học Thấp Cao Topology Khó khăn Dễ dàng Phân tích không gian Đơn giản Phức tạp Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng ... số tốt, không thích hợp cho toán phân tích GIS không mô tả quan hệ không gian Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4 .4 Cấu trúc Topology Cấu trúc topology gọi cấu trúc cungnút... khép kín Hai cấu trúc liệu Vector thông dụng cấu trúc Spaghetti cấu trúc Topology Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.4 CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.4 .2 Đặc tính hình học Các đối tượng không gian phân loại... LIỆU RASTER 3.3 .2 Đặc tính hình học Đối tượng vùng (Polygon objects): Biên soạn: GV Phạm Thế Hùng 3.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3.3 .3 Định dạng file liệu không gian raster Cấu trúc liệu raster