đồ án tốt nghiệp công nghệ gis

Với tính cấp thiết và những ứng dụng cũng như lợi ích từ công nghệ GIS mang lại, nội dung của khoá luận chủ yếu tập trung vào các vấn đề mang tính cơ bản của một hệ thống thông tin địa l

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

*******

BÁO CÁO KHAO HỌC

Đề bài:

CÔNG NGHỆ GIS

GV Hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Quốc Hưng

SV Thực hiện: Nguyễn Trọng Tư –K54C

Hà Nội 04/2008

MỤC LỤC

Trang

Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng 4

MỞ ĐẦU 5

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 7

1.1 GIS là gì? 7

1.2 Các thành phần cấu thành của GIS 7

1.3 Nền tảng GIS 8

1.3 GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý 9

1.3.1 Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất 9

1.3.2 Các tập hợp dữ liệu 9

1.3.3 Xử lý và làm mẫu luồng công việc 10

1.3.4 Làm mẫu dữ liệu 10

1.3.5 Siêu dữ liệu 10

1.4 Hệ thống thông tin địa lý thông minh 10

1.5 Ba cách hiển thị của GIS 13

1.5.1 Cách hiển thị CSDL: 14

1.5.2 Hiển thị trực quan địa lý ảo 19

1.5.3 Hiển thị mô hình 23

1.6 Xây dựng các yếu tố hình học GIS 26

1.6.1 Giới thiệu các yếu tố hình học GIS 26

1.6.2 Các yếu tố hình học của GIS 28

1.6.3 Thực thi vật lý tiêu chuẩn 30

1.6.4 Thực thi vật lý thay thế 35

Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 41

2.1 Các khái niệm về dữ liệu bản đồ và dữ liệu GIS 42

2.1.1 Các hệ toạ độ và phạm vi bản đồ 42

2.1.2 Dữ liệu Raster và Vector 44

2.1.3 Bản đồ cơ sở và các lớp dữ liệu theo chủ đề 45

2.1.4 Khai thác liệu GIS, tiếp cận và phân phối 46

2.2 CSDL địa lý 47

2.2.1 GIS với các loại tệp dữ liệu và hệ quản trị CSDL quan hệ 47

2.2.2 Hỗ trợ các định dạng dữ liệu 48

2.3 Siêu dữ liệu và GIS 49

2.3.1 Siêu dữ liệu là gì? 49

2.3.2 Tại sao siêu dữ liệu quan trọng đối với GIS? 51

2.3.3 Các ứng dụng GIS hỗ trợ siêu dữ liệu như thế nào? 53

2.4 Quản trị dữ liệu 57

Kết luận 58

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khao Công nghệ thông tin, trong chuyên ban Khoa học máy tính, đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Quốc Hưng đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt thời gian làm báo cáo khoa học

Do trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng

Các thuật ngữ, các cụm từ viết tắt Chú giải

UDDI Universal Description, Discovery, and Integration

WAN Wide Area Network

MỞ ĐẦU

Khoa học ngày nay ngày càng phát triển kéo theo đó nhu cầu tìm hiểu về khoa học,

về công nghệ và về thế giới ngày càng tăng cao

Việc tìm hiểu về thế giới xung quanh là sự tò mò cũng như là niềm mơ ước của bao nhiêu người Người ta có nhiều cách để khám phá thế giới như đi du lịch, thể thao thám hiểm, xem ti vi, hoặc biến thế giới trở thành một mô hình nhỏ nằm bên trong hệ thống máy tính để con người có thể xem chi tiết tất cả các vấn đề về địa lý, về thời tiết, địa hình, sông ngòi, hay chỉ đơn giản là đi du lịch qua màn ảnh vi tính các mô hình sống động dựa trên thế giới thực trên màn ảnh máy vi tính Công nghệ ngày nay phát triển đã biến những điều đó trở thành hiện thực và không đâu khác đó chính là công nghệ GIS một công nghệ mô phỏng thế thới thông tin địa lý một cách khoa học, chính xác và có hệ thống

Để làm được những điều trên đây, một bài toán lớn đặt ra là việc thu thập và xử lý

dữ liệu địa lý một cách chính xác và cập nhật thường xuyên Công việc tiếp theo là mô hình hoá các dữ liệu đó, xử lý và biểu diễn chúng trên các ứng dụng điện tử cũng như trên các dịch vụ Web

Ngày nay, có rất nhiều tổ chức nghiên cứu và đi sâu định hướng vào việc phát triển các mô hình địa lý thế giới dựa trên công nghệ GIS và các dịch vụ liên quan Vì vậy nghiên cứu về công nghệ thông tin địa lý nói chung và công nghệ GIS nói riêng đang là một xu hướng tất yếu của khoa học ngày nay Nó mang lại nhiều tiềm năng về khoa học cũng như các lợi ích về kinh tế, văn hóa, xã hội, cũng như nhiều mặt khác của một đất nước cũng như của toàn thể thế giới

Các ứng dụng của công nghệ GIS có hai loại chủ yếu đó là các phần mềm và các dịch vụ Web Các phần mềm dựa trên GIS có nhiệm vụ chủ yếu là xử lý thông tin địa lý

và biểu diễn mô hình hoá về bản đồ, về địa hình, khí hậu, thiên tai, khoáng sản…của tất

cả các vùng, các quốc gia, các châu lục, các đại dương và toàn cầu Các dịch vụ ứng dụng trên công nghệ GIS chủ yếu là các dịch vụ Web xử lý các yêu cầu về địa lý, cung cấp các thông tin về địa lý với nền Web nhúng các ứng dụng công nghệ GIS hỗ trợ xử lý

Với tính cấp thiết và những ứng dụng cũng như lợi ích từ công nghệ GIS mang lại, nội dung của khoá luận chủ yếu tập trung vào các vấn đề mang tính cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý, tập thu thập và tổng hợp thông tin, sự xử lý thông tin và biểu diễn thông tin của hệ thống đó Và đối tượng nghiên cứu cuối cùng của khoá luận này là môi trường truyền thông của các mạng địa lý cũng như các mạng ứng dụng công nghệ GIS, các dịch vụ Web dựa trên công nghệ GIS

Với cơ sở hạ tầng về kinh tế, xã hội cũng như về khoa học, công nghệ, truyền thông…thì việc tất yếu phải có một hệ thống ứng dụng GIS để quản lý các tài nguyên và ứng dụng địa lý là một bước ngoặt hết sức quan trọng thúc đẩy những lợi ích xã hội và kinh tế của nước ta nói riêng và của thế giới nói chung Và để làm được điều đó, trước tiên chúng ta phải làm quen dần với công nghệ GIS và các ứng dụng cũng như dịch vụ dựa trên công nghệ này, sau đó là sự triển khai vào thực tế

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 1.1 GIS là gì?

GIS là hệ thống thông tin địa lý, là công cụ máy tính bao gồm tập hợp phần cứng, phần mềm máy tính và dữ liệu địa lý nhằm chụp hình, quản lý, phân tích và hiển thị tất cả các dạng của thông tin liên quan đến địa lý

G, I, và S

• G: geographic – thuộc địa lý:

– Dữ liệu không gian– Các thành phần liên quan đến địa lý

• I: information – thông tin:

– Cơ sở dữ liệu– Hiển thị thông tin

• S: systems – Các hệ thống

– Người sử dụng– Phần cứng– Phần mềm

1.2 Các thành phần cấu thành của GIS

Hình 1.1 Các thành phần của GIS

1.3 Nền tảng GIS

Các yêu cầu GIS tác dụng như thế nào để phần mềm GIS được xây dựng và sử dụng GIS, giống như các công nghệ thông tin khác, phải được thực thi trong một phương thức đơn giản cho phép các ứng dụng hỗ trợ các luồng công việc của mỗi tổ chức và các yêu cầu thương mại Điều này đã được hoàn thành bằng việc cung cấp một nền tảng phần mềm chung để cung cấp các hỗ trợ đầy đủ cho các loại đầy đủ các yếu tố tri thức địa lý như là các công cụ đầy đủ cho việc quản lý dữ liệu, chỉnh sửa, phân tích, và hiển thị

Trong bối cảnh như vậy, phần mềm GIS có thể ngày càng tăng lên đối với cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin thu thập rộng rãi, và các hệ thống nhiều người sử dụng phức tạp

Một nền tảng GIS phải được cung cấp tất cả các khả năng cần thiết để hỗ trợ các tầm nhìn mở rộng.

 CSDL địa lý lưu trữ và quản lý tất cả các đối tượng địa lý

 Một mạng dựa trên Web phân phối việc quản lý và chia sẻ thông tin địa lý

 Các ứng dụng máy bàn và máy chủ cho:

o Biên dịch dữ liệu

o Truy vấn thông tin

o Phân tích và xử lý địa lý không gian

o Sản phẩm thuộc bản đồ học

o Hiển thị hình ảnh trực quan và khai thác các hình ảnh

o Quản lý dữ liệu GIS

 Mô đun hoá các thành phần phần mềm (các động cơ) để nhúng vào GIS một cách logic trong các ứng dụng khác và xây dựng các ứng dụng khách hàng

 Các dịch vụ thông tin địa lý cho nhiều lớp và tập trung nhiều hệ thống GIS

 Một nền tảng GIS tổng cho thấy tất cả các yêu cầu địa lý

1.3 GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý

GIS quản lý, phân tích và hiển thị về lĩnh vực địa lý mà được biểu diễn sử dụng một chuỗi các tập hợp thông tin Các tập hợp thông tin đó bao gồm:

1.3.1 Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất

Các hiển thị tương tác của dữ liệu địa lý để trả lời nhiều câu hỏi, các kết quả hiện hữu, và sử dụng nhưn là một bảng hiển thị cho công việc thực tế Tạo bản đồ mà mô hình cầu trái đất cung cấp các ứng dụng nâng cao của GIS cho việc tương tác với các dữ liệu địa lý

1.3.2 Các tập hợp dữ liệu

Các tệp cơ sở và các cơ sở dữ liệu của thông tin địa lý như là các tính năng, các mạng, các mô hình, các địa vật, các bề mặt và các tính chất

1.3.3 Xử lý và làm mẫu luồng công việc

Tập hợp các thủ tục xử lý địa lý cho việc tự động và lặp lại một số công việc cho việc phân tích

1.3.4 Làm mẫu dữ liệu

Các tập hợp dữ liệu GIS nhiều hơn là các bảng hệ quản lý CSDL Chúng kết hợp các hành vi tiên tiến và sự toàn vẹn như các hệ thống thông tin khác Lược đồ làm mẫu dữ liệu, hành vi, tính toàn vẹn của các tập hợp dữ liệu địa lý

1.3.5 Siêu dữ liệu

Các tài liệu miêu tả các yếu tố khác Một lô các tài liệu cho phép mọi người sử dụng tổ chức, khám phá tăng cường truy nhập để nhận thức về không gian địa lý được chia sẻ

1.4 Hệ thống thông tin địa lý thông minh

Về mặt lịch sử, con người đã học được các kiến thức, các quy tắc và chia sẻ nó qua nhiều dạng trừu tượng Chúng ta đã tiếp tục diễn tả các kinh nghiệm của con người và tập hợp các hiểu biết để sử dụng những sự trừu tượng này để tổng hợp vào cho kho tàng kiến thức lớn hơn Những sự trừu tượng, như là chữ, chữ tượng hình, ngôn ngữ, toán học, âm nhạc và nghệ thuật, vẽ, tạo hình và tạo bản đồ…được sử dụng để ghi lại và truyền thông với nền văn minh và văn hoá của chúng ta từ đời này sang đời khác

Hình 1.3 Trừu tượng thế giới

Là con người, chúng ta sử dụng nhiều sự trừu tượng để biểu diễn và truyền thông những hiểu biết của chúng ta về trái đất và các hệ thống của nó Địa lý học cung cấp một khung công việc chung cho sự trừu tượng và truyền thông về địa điểm.

Trong thời đại tính toán số, chúng ta đã năm bắt được mọi thứ chúng ta biết và chia

sẻ chúng qua mạng (Worl Wide Web) Các tập hợp kiến thức này nhanh chóng được kỹ thuật số hóa Đồng thời, GIS cũng được cải tiến để giúp chúng ta hiểu hơn, biểu diễn, quản lý và liên kết nhiều diện mạo của trái đất như một hệ thống

Hình 1.4 Công nghệ số ngày càng được sử dụng và được nắm bắt mọi thức mà chúng ta biết

Địa lý học theo truyền thông cung cấp một khung công việc và ngôn ngữ quan trọng cho việc tổ chức và liên kết các khái niệm chủ chốt về thế giới của chúng ta GIS cung cấp một kỹ thuật tương đối mới cho việc nắm bắt cá kiến thức về đồ hoạ địa lý trong năm yếu tố cơ bản: Lập bản đồ và mô hình cầu trái đất, các tập hợp dữ liệu đồ hoạ địa lý, làm mẫu khung công việc, làm mẫu dữ liệu, siêu dữ liệu

Năm yếu tố này cùng với toàn bộ lập luận phần mềm GIS, định dạng các khối toà nhà để lắp ráp lại các hệ thốn thông tin địa lý thông minh GIS thông minh có thể thực hiện được tóm lược số hoá các kiến thức về địa lý Những yếu tố này cung cấp một nền

tảng cho việc địa chỉ hoá nhiều thách thức sử dụng GIS (ví dụ như cải tiến hiệu quả, sự thông minh và tạo quyết đoán, lập kế hoạch có khoa học, tính toán tài nguyên, ước lượng, truyền thông).

Hình 1.5 Phần mềm GIS

GIS trừu tượng hoá địa lý trong năm yếu tố cơ bản được sử dụng cho việc hiển thị kiến thức về địa lý Các yếu tố này cùng với các phần mềm nâng cao cung cấp các khối nhà cho GIS thông minh

GIS thông minh cho phép nắm bắt và chia sẻ các hiểu biết về địa lý trong nhiều khuôn dạng – các tập hợp dữ liệu GIS tiên tiến, bản đồ hoá, làm mẫu dữ liệu, ý kiến của các nhà chuyên môn người phát triển các chuẩn hoá luồng công việc và quản lý mô hình của quy trình sử lý địa lý tiên tiến GIS thông minh cũng cho phép xây dựng và quản lý các kiến thức và có thể phổ biết đối với mọi người sử dụng nó

1.5 Ba cách hiển thị của GIS

Một hệ thống thông tin địa lý hỗ trợ vài cách biểu diễn thông tin địa lý, có ba cách chủ yếu sau:

 Hiển thị dữ liệu địa lý: Một hệ thống GIS là một CSDL không gian bao

gồm các tập hợp dữ liệu mà có thể biểu diễn thông tin địa lý trong các điều kiện của các dạng dữ liệu GIS tự nhiên.(các tính năng, Rasters, các hình học địa lý, mạng…)

 Hiển thị trực quan địa lý ảo: Một hệ thống GIS là một tập hợp các bản đồ

thông minh và các hiển thị khác được đưa ra các tính năng và các mối quan

hệ giữa các tính năng trên bề mặt trái đất Có rất nhiều hiển thị bản đồ dưới thông tin địa lý có thể được xây dựng và sử dụng như “các cửa sổ nhập liệu” để hỗ trợ các truy vấn, phân tích và chỉnh sửa thông tin

 Hiển thị xử lý thông tin địa lý: Một hệ thống GIS là các công cụ biến đổi

thông tin nhận được từ tập hợp dữ liệu địa lý mo ư í từ các tập hợp dữ liệu hiện có Các chức năng xử lý thông tin địa lý từ các tập hợp dữ liệu hiện có,

áp dụng các chức năng phân tích, và ghi lại kết quả vào các tập hợp dữ liệu mới thu thập được

Hình 1.6 Ba cách biểu diễn thông tin của GIS - sử dụng làm việc với các yếu tố của tri thức địa lý

Một hệ thống GIS thường được kết hợp với một bản đồ Tuy nhiên, một bản đồ chỉ

là một cách bạn có thể làm việc với dữ liệu địa lý trong một hệ thống GIS, và chỉ một

kiểu của sản phẩm tạo bở GIS Điều này rất quan trọng vì nó có nghĩa là một hệ thống

GIS có thể cung cấp sự phân phối lớn với nhiều khả năng giải quyết vấn đề hơn là sử dụng chương trình ánh xạ đơn giản hoặc thêm dữ liệu vào một công cụ ánh xạ trực tuyến

1.5.1 Cách hiển thị CSDL:

Một GIS là một loại CSDL riêng biệt của thế giới – một CSDL địa lý (geodatabase) Nó là một hệ thống thông tin về địa lý Về cơ bản, một GIS được dựa trên một CSDL có cấu trúc diễn tả thế giới trong về phương diện địa lý

1) Dữ liệu GIS: Một GIS là một CSDL không gian

Sự biểu diễn lại địa hình: Như là một phần của việc thiết kế CSDL địa lý Người

sử dụng chỉ định cách mà cách tính năng chắc chắn sẽ được hiển thị lại Ví dụ, các khoảng đất sẽ được diễn tả bởi các hình đa giác, các đường phố sẽ được ánh xạ như là các đường ở giữa các hình đa giác đó, và các sự vật như là các điểm…Tính năng này được tập hợp vào trong các lớp tính năng mà trong mỗi tập hợp có một sự biểu diễn địa lý chung

Mỗi tập hợp dữ liệu GIS cung cấp một sự biểu diễn của diện mạo thế giới bao gồm:

 Tập hợp sắp xếp của các tính năng dựa trên véc tơ (các tập hợp các

điểm, các đường, và các hình đa giác)

Hình 1.7 Tập hợp dữ liệu Vector

 Các tập hợp dữ liệu lưới như là các dạng hình chiếu kỹ thuật số và hình

 Thông tin địa lý khác như là các địa chỉ, tên địa điểm, các dạng xử lý

thông tin địa lý và các thông tin bản đồ

Hình 1.22 Các thông tin địa lý khác

Các tính chất miêu tả: Ngoài những sự trình bày địa lý, các tập hợp dữ liệu GIS

bao gồm các các tính chất được xếp thành các bảng truyền thống để miêu tả các đối tượng địa lý Nhiều bảng có thể được liên kết với các đối tượng địa lý bởi một chuỗi các trường chung(thường được gọi là các khoá) Các tập hợp thông tin và các mối quan hệ này đóng vai trò như chủ chốt trong mô hình dữ liệu GIS, đúng như chúng làm trong các ứng dụng CSDL truyền thống

Hình 1.23 Miêu tả các đặc tính địa lý

Các mối quan hệ không gian: hình học GIS và các mạng: các mối quan hệ, như

là các tô pô và các mạng, cũng là các phần quyết định chủ chốt của một CSDL GIS Tô pô được tận dụng để quản lý danh giới chung giữa các tính năng định nghĩa và làm cho có hiệu lực các quy tắc toàn vẹn dữ liệu, và hỗ trọ các truy vấn và định hướng tô pô (ví dụ, phát hiện các tính năng liền kề và liên hợp) Hình học cũng được sử dụng để hỗ trợ việc

chỉnh sửa phức tạp và các tính năng xây dựng từ các hình học không có cấu trúc (ví dụ như xây dựng các hình đa giác từ các đường thẳng).

2) Các tính năng chia sẻ về phương diện hình học

Tính năng hình học có thể được diển tả sử dụng các mối liên hệ giữa các nút

(Node), các cạnh (Edge) và các mặt (Face)

Hình 1.24 Hình học hoá địa lý

Mạng được mô tả như là một đồ thị gắn kết của các đối tượng GIS mà nó nắm bắt được Điều này là quan trọng cho việc mô hình hoá các con đường và định hướng cho giao thông vận tải, các đường ống dẫn, các tiện ích, các công trình thuỷ lợi, ao hồ, biển và nhiều các ứng dụng dựa trên mạng khác

 Trong ví dụ về mạng này, các con phố được được biểu thị như là các cạnh nối với nhau tại mỗi đầu cuối của nó (hay còn gọi là chỗ giao nhau) Mô hình các hướng quay để biểu thị hướng đi từ cạnh này sang cạnh khác

Hình 1.25 Biểu thị thế giới thực qua hình học

3) Tập hợp lớp và dữ liệu thuộc chủ đề

GIS tổ chức các dữ liệu địa lý trong một chuỗi các lớp và các bảng theo chủ đề Kể

từ khi các tập hợp dữ liệu địa lý trong GIS có các mối liên hệ địa lý với nhau, chúng có các định vị và và các lớp chồng nhau của thế giới thực

Trong một GIS, các homogenous tập hợp các đối tượng của địa lý và tổ chức thành các lớp như là các lô đất, các sự vật, các toà nhà, và các hình ảnh khác, và các mô hình độ cao kỹ thuật số dựa trên lưới Raster Định nghĩa chính xác các tập hợp dữ liệu địa lý là quyết định cho sự hữu dụng của các GIS, và khái niệm dựa trên lớp của tập hợp các thông tin theo chủ đề là quyết định cho các tập hợp dữ liệu GIS

GIS tích hợp nhiều loại dữ liệu không gian.

Hình 1.26 Các lớp dữ liệu GIS

Các tập hợp dữ liệu có thể được biểu diễn:

 Các số đo thuần túy (như là hình ảnh từ vệ tinh)

 Thông tin biên dịch và thông dịch

 Dữ liệu nhận được từ các hoạt động xử lý địa để phân tích và làm mô hình hoá

Nhiều mối quan hệ không gian giữa các lớp có thể đơn giản nhận được qua vị trí địa lý chung của chúng GIS quản lý các lớp dữ liệu đơn giản như các lớp đối tượng GIS

tự nhiên và tận dụng tập hợp phong phú các công cụ làm việc với cá lớp dữ liệu để đạt được nhiều mối quan hệ chủ chốt

Một GIS sử dụng các tập hợp dữ liệu chữ số với nhiều các thể hiện, thường là nhiều dạng số được tổ chức.

Vì vậy, nó rất quan trọng cho các tâp hợp dữ liệu GIS để:

 Đơn giản việc sử dụng và dễ hiểu

 Tiện dụng với các tập hợp dữ liệu địa lý khác

 Biên dịch hiệu quả và chuẩn xác

 Có tài liệu rõ ràng cho nội dung, sử dụng mong đợi, và cho các mục đíchBất cứ CSDL GIS nào hoặc cơ sở tệp nào cũng đều tuân theo những nguyên lý chung nay Mỗi GIS đòi hỏi có một cơ chế biểu diễn các dữ liệu địa lý trong các điều kiện này, cùng với toàn bộ tập hợp các công cù để sử dụng và quản lý các thông tin này

1.5.2 Hiển thị trực quan địa lý ảo

Một GIS là một tập hợp các bản đồ thông minh và các hiển thị khác để hiển thị các tính năng và các mối quan hệ về tính năng trên bề mặt trái đất Các bản đồ đằng sau những thông tin địa lý có thể được xây dựng và sử dụng như “một cửa đi vào CSDL” để

hỗ trợ các truy vấn, phân tích, và chỉnh sửa thông tin

Hình 1.27 Ứng dụng hiển thị đồ hoạ địa lý ảo

Một GIS bao gồm một bản đồ thông minh và các biểu diễn khác

Trực quan địa lý ảo làm việc với các bản đồ và các biểu diễn khác của thông tin địa

lý bao gồm các bản đồ tương tác, các hình ảnh ba chiều, tổng hợp các đồ thị và các bảng,

hiển thị dựa trên thời gian và các hiển thị dưới dạng biểu đồ của các mối quan hệ trong một mạng.

Một GIS bao gồm các bản đồ tương tác và các hiển thị khác cho phép thao tác trên các tập hợp dữ liệu địa lyls Các bản đồ cung cấp các hình tượng hữu dụng để định nghĩa

và chuẩn hoác làm sao cho người ta có thể sử dụng và tương tác với thông tin địa lý

Các bản đồ tương tác cung cấp một giao diện người sử dụng chính cho hầu hết các ứng dụng GIS và luôn hiện hữu với nhiều mức, từ các bản đồ trên thiết bị di động cho tới các bản đồ trên các trang Web trong các trình duyệt, và cuối cùng là các ứng dụng làm việc cuối cùng mức cao của GIS

 Các bản đồ được sử dụng để truyền tải thông tin địa lý một cách tốt nhất cho việc thực hiện một số công việc bao gồm biên dịch dữ liệu nâng cao, nghiên cứu bản đồ học, phân tích, truy vấn, và tập hợp các trường dữ liệuCác bản đồ GIS tương tự như các bản đồ tĩnh, các bản đồ in, trừ khả năng tương tác với nó

 Bạn có thể chọn lọc và phóng to thu nhỏ với một bản đồ tương tác mà trong

đó các lớp bản đồ được bật lên hoặc tắt bỏ với những phạm vi thích hợp

 Bạn có thể áp dụng các ký hiệu cho các lớp bản đồ dựa trên bất kỳ tập hợp tính chất nào Ví dụ, bạn có thể đánh bóng các lô đất với các màu dựa trên các vùng khác nhau hoặc chỉ định kích cỡ của các biểu tượng điểm sử vật dựa trên các mức độ sản xuất

 Bạn cũng có thể điểm hoá các đối tượng địa lý trong các bản đồ tương tác

để lấy thêm thông tin về đối tượng và thực hiện các truy vấn, các phân tích

về không gian Ví dụ, bạn có thể tìm thấy tất cả các thông tin lưu trữ về các trường học gần nhất (ví dụ như trong khoảng 200m) hoặc tìm các vùng nào

tương tác mà những người sử dụng GIS thực hiện các công việc chung về GIS từ đơn giản đến phức tạp.

 Hiển thị về thời gian được sử dụng để kiểm soát các thảm hoạ

Hình 1.28 Hiển thị theo thời gian thông tin địa lý

Đây là dạng thương mại chính trong GIS cho phép truy cập thông tin địa lý cho một tổ chức Những nhà phát triển thường nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn

và nhiều người sử dụng xuất bản các bản đồ Web trên Internet để tập trung được sự hữu dụng của GIS

 Nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn

Hình 1.29 Nhúng bản đồ trong ứng dụng GIS

 Bản vẽ sơ đồ được sử dụng để hiển thị các đường dẫn khí

Hình 1.30 Hiển thị các đường dẫn khí trên ứng dụng GIS

 Phân tích đồ hoạ 3 chiều

Hình 1.31 Đồ hoạ 3 chiều mô tả các tuyến đường chèo núi Everest

1.5.3 Hiển thị mô hình

Một GIS là một tập hợp các công cụ vận chuyển thông tin để nhận được các tập hợp dữ liệu địa lý mới từ các tập hợp dữ liệu có sẵn các chức năng xử lý địa lý này lấy chính các tập dữ liệu có sẵn, áp dụng các chức năng phân tích, và ghi lại các kết quả vào trong các tập hợp dữ liệu mới lấy được

Nói cách khác, bằng việc kết hợp dữ liệu và áp dụng trong một vài quy tác phân tích, bạn có thể tạo một mô hình mà có thể giúp trả lời các câu hỏi mà bạn đã đưa ra Trong ví dụ dưới đây, GPS và GIS đã được sử dụng để mô hình chính xác các vị trí và các phân bố của các mảnh vụn của tàu con thoi Columbia đã bị rơi ở phía đông bang Texas ngày 1 tháng 2 năm 2003

Hình 1.32 Hiển thị mô hình của GIS

1) Hiển thị mô hình là hiển thị quá trình xử lý địa lý

Các xử lý địa lý học ám chỉ các công cụ và các quá trình được đã phát sinh để nhận được các tập hợp dữ liệu Cách hiển thị khác của GIS là tập trung các tập hợp dữ liệu địa

lý và các hoạt động địa lý (gọi là cá công cụ) được sử dụng trên các tập hợp dữ liệu này Các tập hợp dữ liệu địa lý có thể diễn tả với các thông số đo lường thô (ví dụ như là các hình ảnh chụp từ về tinh), thông tin được biên dịch và thông dịch bằng cách phân tích (như là các con đường, các toà nhà và các vùng đất), hoặc thông tin được nhận được từ các nguồn dữ liệu khác sử dụng lý thuyết phân tích và mô hình hoá

Một GIS bao gồm các tập hợp phong phú các công cụ làm việc với các quá trình

xử lý thông tin địa lý Sự tập hợp này của các công cụ để hoạt động trên các đối tượng

thông tin địa lý như các tập hợp dữ liệu, các trường đặc điểm, và các yếu tố bản đồ cho việc in ấn các bản đồ Tổng hợp toàn bộ các lệnh này và các đối tượng dữ liệu với nhau từ

cơ bản thành một khung công việc xử lý địa lý phong phú

Dữ liệu + các công cụ = Dữ liệu mới

Các công cụ GIS là các khối xây dựng cho việc thu thập các hoạt động nhiều bước một công cụ áp dụng cho một hoạt động đối với dữ liệu có sẵn để nhận được dữ liệu mới Các khung công việc xử lý địa lý trong một GIS được sử dụng để diễn giải cùng nhau thành một chuỗi các hoạt động như vậy Sự diễn giải trong mỗi chuỗi các hoạt động cùng nhau định dạng hoá một mô hình xử lý và được sử dụng để tự động hoá và ghi lại một số các công việc xử lý địa lý trong GIS Sự xây dựng và ứng dụng như các thủ tục liên quan tới xử lý địa lý

 Một GIS hoàn chỉnh bao gồm các tập hợp thông tin tự nhiên và các tập hợp phong phú của các hoạt động GIS làm việc với thông tin

Hình 1.33 Các quá trình xử lý địa lý mô hình

Một kỹ thuật được sử dụng để xây dựng các luồng công việc xử lý địa lý là thực thi một số các lện trong một chuỗi cụ thể Những người dùng có thể soạn thảo như là xử lý

đồ hoạ xử dụng ứng dụng tạo mô hình trong các phần mềm hỗ trợ GIS ví dụ như ArcGIS,

và họ có thể soạn thảo các kịch bản xử dụng các công cụ viết kịch bản hiện đại như Python, VBScript, and JavaScript

Xử lý địa lý được sử dụng thực tế trong tất cả các khâu của GIS cho thông tin tự động, biên dịch và quản lý, phân tích, mô hình và cho cả việc nghiên cứu bản đồ cao cấp

 Các khối xây dựng của xử lý địa lý là các công cụ riêng biệt trong một thể thống nhất

Hình 1.34 Các khối xử lý địa lý

 Các công cụ hoạt động trên dữ liệu nhập vào để tạo ra thông tin mới

Hình 1.35 Các công cụ xử lý dữ liệu địa lý

GIS bao gồm tập hợp các công cụ và các loại dữ liệu có thể thu thập được cho xử

lý trong một xử lý địa lý thống nhất Nhiều hoạt động xử lý địa lý nhiều bước có thể được tạo ra, thực thi, va chia sẻ trong các ứng dụng GIS như là ArcGIS can be authored, executed, and shared in ArcGIS

Cùng với nhau, ba cách hiển thị này của GIS là các phần không thể thiếu được trong GIS thông minh và được sử dụng ở nhiều mức độ trong tất cả các ứng dụng GIS.

1.6 Xây dựng các yếu tố hình học GIS

1.6.1 Giới thiệu các yếu tố hình học GIS

Các mô hình dữ liệu được cấu trúc theo hình học thường hình thành nên lòng cốt của các CSDL không gian của nhiều người sử dụng Cấu trúc hình học là cái chính được

sử dụng để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu, nó diễn tả các đối tượng không gian chia sẻ như thế nào về mặt hình học Hỗ trợ lý thuyết hình học bên trong ngữ cảnh của của CSDL quan

hệ lợi dụng các yếu tố thêm vào – mô hình lý thuyết hình học liên hợp phải giữ tính toàn vẹn qua các danh giới chuyển giao Điều này có thể là yêu cầu mơ hồ đưa ra sự liên hợp rắc rối bên trong các cấu trúc toàn vẹn tham chiếu trong các CSDL quan hệ Các kỹ thuật thực thi chung như cho phép các điểm giao động (các khoá ngoài trống) làm phức tạp các vấn đề phát sinh cho các ứng dụng máy khách dùng những mô hình này Chúng ta đưa ra một cách tiếp cận khác để biểu diễn lại các mô hình để tránh nhiều vấn đề về CSDL quan

hệ truyền thống với sự duy trì các mô hình ngữ cảnh phức tạp

Các cấu trúc dữ liệu theo hình học đã được sử dụng để biểu diễn lại thông tin địa lý trong hơn 30 năm qua Mô hình hình học là cơ bản của một số hệ thống hoạt động Những

hệ thống này dựa trên các tệp nhị phân và trong các cấu trúc dữ liệu bộ nhớ hỗ trợ một mô hình chỉnh sửa đơn trên các thư viện địa lý tổ được tổ chức như tập hợp các bảng bản đồ hoặc các tựa đề đơn lẻ

Những sự phát triển hiện nay trong các hệ thống GIS đã đi tới các mô hình thông tin CSDL trung tâm Một vẻ diện mạo của công việc này là thay thế hệ thống tệp tin bằng một động cơ CSDL quan hệ như kỹ thuật duy trì thông tin địa lý Dù sao, sự thay thế này của lớp vào/ra vật lý chỉ là một mặt được xem xét khi thiết kế một CSDL GIS Các mặt khác của khái niệm CSDL cũng được đề cập tới

 Cái gì lá mô hình không gian tự nhiên và cái gì là các hoạt động không gian kết hợp?

 Làm thế nào để thiết kế hỗ trợ đa luồng, ghi vào cùng một lúc

 Toàn vẹn theo ngữ cảnh của mô hình dữ liệu được diễn tả, duy trì, và bảo vệ như thế nào?

 Thiết kế một hệ thống với sự thi hành tốt và có thể đo lường được để hỗ trợ hàng trăm người sử dụng một lúc như thế nào?

 Thiết kế một hệ thống mà có thể hỗ trợ nhiều CSDL không gian liên tục rộng lớn, bao gồm hành triệu các đối tượng địa lý có quan hệ với nhau như thế nào (ví dụ như mạng lưới đường xá, mạng lưới các con sông … )?

Sự tiến triển CSDL GIS cho ra một cách đơn giản hơn các cấu trúc dữ liệu GIS cổ điển tới một lược đồ quan hệ thông thường CSDL GIS phải được đánh địa chỉ các mặt chức năng của CSDL như: mô hình thực thể, mô hình chuyển giao, và các vấn đề phát sinh thực hiện/khả năng đo đếm được Mặt khác của thực thi CSDL GIS chạy các rủi ro của các kho chứa dữ liệu tách rời mạng (là tốt nhất) hoặc các CSDL chỉ ghi (tệ nhất) Sự biểu diễn lại của các mô hình dữ liệu tô pô sử dụng các khái niệm CSDL quan hệ và các động cơ được chú ý tới việc nghiên cứu tổng thể CSDL như khoa học về thông tin địa lý

Mô hình dữ liệu phục vụ như một trường hợp nghiên cứu xuất sắc cho các vấn đề được đưa ra của việc làm mẫu thông tin, và đặc biệt cho việc đánh giá các kiến trúc quản lý các thực thể ngữ cảnh Trong khoá luận này, chúng ta diễn tả sự thiết kế cho việc mô hình hoá hình học GIS sử dụng các khái niệm liên quan và các động cơ CSDL Việc thiết kế này được cơ bản cho sự thực thi hình học của chúng ta trong hệ thống ArcGIS Trong phần đầu, chúng ta giới thiệu về lý thuyết mô hình hoá các vấn đề hình học GIS Sau đó chúng

ta xem xét một CSDL vật lý thực thi sử dụng các khái niệm tiêu chuẩn cho việc ánh xạ các thực thể và các mối quan hệ đến các bảng và tiêu chuẩn hoá khoá chính/khoá ngoại có liên quan tới mô hình thực thể Các vấn đề bên trong sự tiếp cận này đã được thảo luận Chúng ta sẽ biểu diễn một sự thực thi thay thế của mô hình hình học để sử dụng một cách tiếp cận không theo quy ước tới các vấn đề của toàn vẹn CSDL và quản lý giao dịch

1.6.2 Các yếu tố hình học của GIS

Các cấu trúc dữ liệu thuộc hình học cho sự diễn tả lại các thông tin địa lý là một chủ đề tiêu chuẩn trong khoa học thông tin địa lý Về tổng quát, mô hình dữ liệu hình học diễn tả các đối tượng không gian (các điểm, đường, các đặc trưng vùng) sử dụng tập cơ bản ban đầu về hình học Các thành phần cơ bản đó cùng với các mối liên hệ của chúng tới thành phần khác và tới các tính năng được định nghĩa bằng việc gắn chặt vào các hình đặc trưng trong một đồ thị hai chiều đơn Như các tập hợp dữ liệu được nói tới “tính tích hợp hình học”

Mô hình kết hợp một hay nhiều các thành phần nguyên thủy của hình học với các

đối tượng không gian của nhiều loại hình(ví dụ như các nút – Node, các cạnh – Edge, các mặt – Face) Cụ thể hơn, một đặc tính của với một điểm hình học (Point) được kết hợp với một yếu tố nút đơn (Node), một đặc tính với một đường hình học (Line) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh (Edge), và một đặc tính với một hình đa giác (Polygon) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố mặt (Face) Điều này được mô tả

trong Hình 1.36 như mô hình hình học tự nhiên

Hình 1.36 Mô hình hình học tự nhiên

Có thêm các mối quan hệ giữa chính các yếu tố hình học với nhau như ở Hình 1.36

đã chỉ ra Một yếu tố nút có thể có hoặc có thể không kết hợp với một tập các yếu tố cạnh Một yếu tố mặt có thể được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh Cuối cùng, một yếu tố cạnh được kết hợp với hai yếu tố nút và hai yếu tố mặt Mối quan hệ giữa các nút

và các mặt có thể ẩn hoặc hiện rõ Chúng ta đã diễn tả các mối quan hệ này giữa các nút

và các mặt như là sự ẩn trong Hình 1.36 Một ví dụ cụ thể chỉ ra một thể hiện cụ thể của

mô hình này là Hình 1.37 CSDL bao gồm ba lớp được diễn tả các thực thể địa lý thực:

các lô đất (Parcel), các bức tường (Wall) và các toà nhà (Building) Trong ví dụ này, có

một thể hiện của mỗi lớp Trong thực tế, những lớp này có thể bao gồm hàng triệu thể hiện Bức tường và toà nhà có thể trùng khớp ở đường biên giới phía tây của lô đất như hình vẽ.

Hình 1.37 Một thể hiện của mô hình hình học tự nhiên

Thật thú vị để ghi nhớ rằng các đối tượng có cả hai tập hợp và các tính chất dựa trên danh sách Ví dụ, hình của một cạnh được định nghĩa bởi một danh sách các toạ độ

và đối tượng liên quan đến các cạnh cùng trong một đặc trưng đường (ví dụ W1) được

sắp xếp và được định hướng tới tính chất thể hiện sự định hướng của đặc tính đường Các cạnh và các đỉnh của các hình đa giác được định hướng theo kim đồng hồ (với phần trong của đa giác là ở bên phải) Để cho rõ ràng, chúng ta chỉ ra các đặc tính, như các hình đối tượng, các thành phần dư thừa trong nhiều lớp đối tượng Trong một vài thực thi vật lý của mô hình, các hình này chỉ nên được lưu trữ một lần, ví dụ trên một cạnh nguyên thủy,

và ví dụ cụ thể bằng các truy vấn đối với các đặc tính khác Sau ví dụ này, điều rõ ràng là

mô hình hình học lý thuyết là một mô hình đồ hoạ phức tạp, bao gồm những sự kết hợp đối tượng sắp xếp dựa trên hình học gắn chặt với các đối tượng trong không gian hai chiều Cũng thật rõ ràng khi các truy vấn, như là “vẽ một bản đồ tất cả các toà nhà” hoặc

“tìm các tính năng bao gồm bên trong các lô đất đưa ra” yêu cầu sắp xếp định hướng của các mối quan hệ, tập hợp các hoạt động không đơn giản Căn cứ vào sự phức hợp cố hữu