UNG DUNG CONG NGHE HUONG DOI TUONG TRONG CONG VIEC PHAT TRIEERNHEEJ THONG CO SO DU’
LIEU DAI LY TAI NGUYEN RUNG
LUAN VAN THAC SI
Công Nghệ Thong Tin
Hà Nội- 2007
Trang 2
UNG DUNG CONG NGHE HUONG DOI TUQNG TRONG VIEC PHAT TRIEN HE THONG CO SO DU LIEU
DAI LY TAI NGUYEN RUNG
Ngành: Công nghệ thong tin
Mã số: 1.01.10
Hà Nội- 2007
Trang 3MO DAU
Chuong 1.Téng quan vé hệ thông tin địa lý
Trang 41.2 Mô hình dữ liệu không gian
1.2.1 Các thành phân cơ bản trongGIS Vector
1.2.2 Dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian
1.3 Câu trúc dữ liệu không gian
1.3.1 Mô hình “mì ống”
1.3.2 Mô hình mạng
1.3.3 Mô hình tô pô
1.4.2 Một số thao tác tìm kiêm và phân tích không gian
1.4.2.1 Xác định điểm năm trong đa giác
1.4.2.2 Giao của hai đa giác
1.4.2.3 Cát xém đa giác
1.4.2.4 Tính diện tích đa giác
Trang 5Chương 2 Phát triển phần mền theo hướng đối tượng
2.1 Ngôn ngữ mơ hình hố thống nhất
2.1.1 thiết kế phần mền hướng đối tượng
2.1.2 Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất
2.2 Quy trình phat trién phan mén
2.2.1 Lịch sử phát triển của Rup
2.2.2 Giới thiệu chung về Rup
2.2.3 Cau tric tinh của quy trình
2.2.3.1 Lao động
2.2.3.2 Hoat dong
2.2.3.3 Artifact
2.2.3.4 Luông công việc
Trang 62.2.4.4 Pha chuyền giao
2.2.5 Các bước lặp
2.2.6 Các quy tắc
2.2.6.1 Quy tắc mô hình hóa nghiệp vụ
2.2.6.2 Quy tắc yêu cầu
2.2.6.3 Quy tắc phân tích và thiết kế 2.2.6.4 Quy tắc thự thi
2.2.6.5 Quy tắc kiểm tra 2.2.6.6 Quy tắc triển khai
2.2.6.7 Quy tắc cầu hình và quản lý thay đổi 2.2.6.8 Quy tắc quản lý dự án
Trang 73.1.1 Pha khởi đầu
3.1.1.1 Mô bài toán 3.1.1.2 Họat động của hệ thống 3.1.1.3 Các chức năng của hệ thống 3.1.1.4 Các thuộc tính của hệ thống 3.1.1.5 Xác định của tác nhan,cac UC và mô tả UC 3.1.2 Pha chỉ tiết
3.1.2.1 Giai đọan phân tích
3.1.2.2 Giai đọan thiết kế
3.2 Mô hình tổ chức lớp dữ liệu
3.2.1 Các lớp dữ liệu
3.2.2 Sơ đồ cầu trúc của các lớp dữ liệu
Trang 83.3 Cai đạt thử thách
3.3.1 Giao diện chính trong chương trình
3.3.2 Giao diện khi cho hiện mốt số tầng trong bản đồ
KÉT LUẬM
Trang 10GIS ODBMS OODBMS ORDBMS RDBMS RUP SDBMS SQL UC UML 2 Từ viết tắt tiếng Việt Bộ NN&PTNT CSDL
Geographic Information System Object DataBase Management System
Object Oriented DataBase Management System Object-Relational Database Management System Relational Database Management Systems
Rational Unified Process
Spatial Database Management Systems Structured Query Language
Use Case
Unified Modeling Language
Trang 11Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hinh 1.12 Hinh 1.13 Hinh 1.14 Hinh 1.15 Hinh 2.1 Hinh 2.2 Hinh 3.1 Hinh 3.2 Hinh 3.3 Hinh 3.4 Hinh 3.5 Hinh 3.6 Hinh 3.7 Hinh 3.8 Hinh 3.9 Hinh 3.10 Hinh 3.11 Hinh 3.12 Hinh 3.13 Hinh 3.14 Hinh 3.15 Hinh 3.16 Hinh 3.17 Hinh 3.18 Hinh 3.19 Hinh 3.20 Hinh 3.21 Hinh 3.22 Hinh 3.23 Hinh 3.24 Các thành phân hình học cơ sở Cấu trúc dữ liệu “mỳ ống” Mô hình mạng
Quy trình phát triển cơ sở đữ liệu không gian Câu trúc dữ liệu tôpô Định lý nửa đường thắng Cắt xén đa giác Đa giác lõm Vùng đệm Sự khác nhau giữa phép nỗi phi không gian và phép nối không gian Phương pháp Lọc - Tinh chế
Lịch sử phát triển của RUP Cấu trúc của quy trình Gói Lập bản đồ
Gói Quản lý tầng bản đô Gói Quản lý thông tin bản đồ
Gói Thao tác với bản đồ
Biểu đồ UC mức gộp
Biểu đồ trình tự Thêm tầng bản đồ Biểu đồ trình tự Tìm kiếm tầng bản đồ Biểu đồ trình tự Thêm thông tin bản đô
Biêu đồ trình tự Xem ban dé
Biểu đô trình tự Phóng to
Biêu đồ trình tự Thu nhỏ Biểu đồ trình tự Cắt xén
Biểu đô trình tự Lấy vùng đệm
Biểu đô trình tự Truy vẫn dữ liệu
Trang 12MỞ ĐÀU
Trong thời gian hiện nay, hàng loạt vẫn đề mang tính toàn câu đang được
đặt ra, đó là sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường, tai biến thiên
nhiên, dịch bệnh Trước thực tế đó, việc quản lý tài nguyên rừng, quản lý sự thay đối trong sử dụng đất, và các nguyên nhân của chúng là một trong những vẫn đề được đặt ra với các nhà khoa học nhằm giúp các nhà quản lý chính sách và người dân có cái nhìn đúng đắn hơn về việc sử dụng đất, sử dụng tài nguyên theo quan điểm bên vững và bảo vệ môi trường
Việc áp dụng Công nghệ thông tin nói chung và Hệ thông tin dia ly (GIS) nói riêng đã ngày càng phát triển và trở thành một nhu câu thiết yếu trong hầu hết các lĩnh vực Trong đó, quản lý tài nguyên rừng là một trong những hướng rất được quan tâm, đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển
Hiện nay, công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng găn với thông tin bản đồ băng việc ứng dụng công nghệ GIS đã trở thành một giải pháp quan trọng và cấp thiết nhăm nâng cao năng lực quản lý của tồn hệ thơng Việc ứng dụng công nghệ
này đã có được những thế mạnh sau:
e Giúp cho việc lưu trữ tin cậy, cung cấp, cập nhật thông tin một cách dễ đàng và nhanh chóng hơn e Tạo các khả năng mạnh trong tìm kiếm xử lý trực quan (thống kê diện tích, xếp chồng các tầng bản đỏ, in ấn thông tin bản đồ) e© Dũ liệu được quản lý và cập nhật một cách đồng bộ từ trung ương đến cấp cơ sở
Trang 13Do đó, việc tìm hiểu công nghệ hướng đối tượng để thiết kế và xây dựng hệ
thống cơ sở dữ liệu không gian quản lý tài nguyên rừng là một vẫn đề thực sự cần
thiết
Trong nội dung của luận văn này, tôi đã tập trung nghiên cứu công nghệ GIS và hướng đối tượng, sau đó đã ứng dụng các công nghệ này trong việc phát triển hệ thống quản lý tài nguyên rừng Đề tài đã được nghiên cứu là “Ứng dụng công nghệ hướng đối tượng trong việc phát triển hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý quản lý tài nguyên rừng”
Nội dung đề tài được trình bày như sau:
e Chương l: Tổng quan về hệ thông tin địa lý
e Chương 2: Phát triển phần mềm theo hướng đối tượng
e Chương 3: Phát triển ứng dụng GIS hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng
Trong quá trình thực hiện, tuy đã rất cố găng nhưng với khả năng kinh
nghiệm còn hạn chế, bản luận văn tốt nghiệp này chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót,
Trang 14CHƯƠNG | TONG QUAN VE HE THONG TIN DIALY
1.1 GIOI THIEU CHUNG VE HE THONG TIN DIA LÝ
1.1.1 Dinh nghia
Hé thong tin dia ly (GIS - Geographic Information System) được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ những năm cuối của thập niên 70 tại Canada với tên gọi CGIS (Canadian Geographical Information System) Đến nay, nhờ những thành tựu khoa học ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng thông tin trong nhiều lĩnh vực quản lý nên GIS cũng được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trong các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và quản lý các hoạt động kinh tế xã hội
Ở nước ta, trong những năm gần đây, nhiều ngành, nhiều địa phương đã bắt đầu ứng dụng các phần mềm GIS như Maplnfo, Arelnfo, Liwis, Wingis trong các lĩnh vực quản lý Nhà nước, quản lý tài nguyên, môi trường, qui hoạch đất đai,
đô thị, qui hoạch phát triển kinh tế xã hội
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi
trường ESRI của Mỹ dinh nghia “GIS la công cụ dựa trên máy tính đề lập bản đô và phân tích những cái đang tôn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất” Định nghia cua David Cowen, NCGIA, My: “GIS la hé thong phan cing, phan mém và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu gui chiếu không gian đề giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp `
Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác
hiển thị, truy vẫn, mô phỏng
Trang 15với 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)
Hệ thông tin địa lý được xem là một dạng đặc biệt của hệ thông tin, bao
hàm khái niệm dữ liệu không gian và việc liên kết giữa dữ liệu không gian với bản
đô Dữ liệu không gian có thể là các hình ảnh vệ tỉnh, hay thậm chí là việc giao dịch
trong siêu thị nếu giao dịch có sử dụng mã vùng (zip)
Về khía cạnh bản đồ học thì GIS là kết hợp của máy tính trợ giúp việc lập
bản đỗ và công nghệ cơ sở dữ liệu GIS có lợi thế hơn so với bản đô là thực hiện
tách biệt hai công việc lưu trữ dữ liệu và biểu diễn đữ liệu Do đó, GIS có khả năng
quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng một tập dữ liệu
Hệ thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ, thời
gian và các khuôn mẫu khác nhau Người sử dụng thông tin địa lý như các nhà khoa học, giám sát tài nguyên môi trường đều làm việc theo vùng hay lãnh thổ Ho
quan sát, đo đạc các tham số môi trường, xây dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc
tính Trái đất, giám sát sự thay đối xung quanh theo thời gian và không gian, mô hình hoá các tác động, tiến trình trong môi trường Hiệu quả cơ bản của các hoạt
động này sẽ được nâng cao nhờ sử dụng hệ thông tin địa lý, một hình thức của hệ
thong thong tin.[1]
GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau
như ngành địa lý, bản dé, công nghệ viễn thám, ảnh may bay, ban đồ địa hình, đo đạc, thống kê, khoa học tính tốn, tốn học
Cơng nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi GIS được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau:
e Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: Tìm đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ, phát triển giao thơng
Trang 16e© Mơ hình hoá các hệ sinh thái
e© Phân tích thị trường
e Điều tra dân số, các dịch vụ công cộng và nhiều ứng dụng khác
Trong các công việc cần quản lý và phân tích dữ liệu không gian:
e Người thường xuyên phải đi lại: Trạm xăng gần nhất ở đâu? Có cửa hàng ăn uống nào gần khu vực đang làm việc của họ không?
e Bộ giao thông vận tải: Mạng lưới đường phố có thể mở rộng để giảm thiểu tắc nghẽn giao thông như thế nào?
e Nong dan: Lap ké hoach cho viéc str dung thuốc trừ sâu trong trang trại
như thế nào?
e Cac dich vu khan cấp: Người gọi cần giúp đỡ ở vùng nào? Đường đi tốt
nhất đến chỗ đó là gì? [10]
Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn Do đó, để lưu trữ được dữ
liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm lượng dữ liệu đến mức
có thể quản lý được băng tiến trình trừu tượng hoá hay đơn giản hoá (hình 1.1)
` —¬ Trừu tượng hay Phần mềm CSDL đơn giản hố cơng cụ + Người sử dụng | Thế giới thực Kết quả
Hinh 1.1 Hệ thông tín địa lý
1.1.2 Các thành phân chính của hệ thống GIS
Trang 17Phan mém Phần cứng © Dữ liệu os ty Com người Phương pháp a Hình 12 Cúc thành phần chính của GIS 1.1.2.1 Phần cứng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động GIS đòi hỏi
các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hoá, máy vẽ, máy quét ảnh, máy In để
vào/ra di liệu Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền
tin hay mạng cục bộ
4.1.2.2 Phan mém
Một hệ thống GIS bao gồm nhiều modul phần mềm Phần mém GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, xử lý, quản lý, phân tích, tính
toán, làm báo cáo và hiễn thị thông tin địa lý bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý
theo yêu cầu người sử dụng Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: e Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
e Hệ quản trỊ cơ sở dữ liệu (DataBase Management Svstem - DBMS)
e Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
e Giao diện đồ hoạ người máy (Graphie User Interfaces - GUD dé truy cap các công cụ dễ dàng
1.1.2.3 Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ
Trang 18hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu đồ hoạ với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tô chức lưu trữ
và quản lý dữ liệu Các dữ liệu thu thập để sử dụng trong hệ thông tin địa lý thường là:
® Dưới dạng số như bản đồ số hoá, CSDL, bang tinh, anh vé tinh,
e Các ấn phẩm phi số hoá như bản đồ giấy, ảnh chụp, các bản vẽ khác trên giấy,
° Tổng hợp từ các báo cáo khoa học e© Dữ liệu trắc địa
1.1.2.4 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, các chuyên gia về
GIS, thao tac viên GIS, phát triển ứng dụng GIS, các nhà lãnh đạo sử dụng hệ thống
làm công cụ trợ giúp để hoạch định các chủ trương, kế hoạch trong quản lý và phát triển hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc
1.1.2.5 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 tô chức
1.1.3 Các chức năng của hệ thống GIS
GIS bao gồm năm loại chức năng: Thu thập dữ liệu, Xử lý sơ bộ dữ liệu,
Lưu trữ và truy nhập dữ liệu, Tìm kiếm và phân tích không gian, Hiến thị đồ hoạ và tương tác
Trang 19Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới
thực (Trắc địa mặt đất, định vị băng vệ tinh, chụp ảnh bằng máy bay hay vé tinh) va từ các tài liệu, bản đô giấy, hoặc có sẵn dưới dạng số Trước khi dữ liệu địa lý có
thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là q
trình số hố Cơng nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình
này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình số hố thủ cơng (dùng bàn số hoá) Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS Kết quả ta có tập “dữ liệu thô”, nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống Tuy nhiên, có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích
với một hệ thống nhất định Ví dụ, các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác
nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống đường phố được chỉ tiết hoá trong file về giao thông, kém chỉ tiết hơn trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng) Trước khi các thông tin này được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chỉ tiết) Đây có thể chỉ là sự chuyển
dạng tạm thời cho mục đích hiện thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích Công nghệ
GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ
dữ liệu không cần thiết
Một số phương pháp hay được sử dụng để thu thập dữ liệu không gian cho
hệ thống GIS bao gồm: trắc đạc mặt đất, đo đạc bằng vệ tinh, quang trắc, viễn thám
1.1.3.2 Xử lý sơ bộ dữ liệu
Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cầu
trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian Kết quả
Trang 20biệt của dữ liệu có câu trúc Hệ thống GIS phải có phần mềm công cụ để tổ chức và
lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải Phần mềm
công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ hoạ với tất cả các loại dữ liệu.[1]
1.1.3.3 Lưu trữ và truy nhập dữ liệu Quản lý dữ liệu
Truy vấn: “Đưa ra tên của tất cả các hiệu sách với hơn 1000 đầu sách” là một truy vấn phi không gian Tuy nhiên, truy vẫn: “Tên của tất cả các hiệu sách trong bán kính 5km đối với trung tâm thương mại Tràng Tiền Plaza” lại là một truy van không gian Như vậy, những truy vấn đặt ra đối với dữ liệu không gian được gọi là các truy vẫn không gian Hiện nay, dữ liệu thường được lưu trữ và quản lý thông qua các hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) Tuy nhiên, đa số các hệ quản trị cơ sở dữ liệu không đủ khả năng quản lý dữ liệu không gian hoặc không thân thiện khi sử dụng Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thông thường rất hiệu quả cho các truy vẫn như “Liệt kê 10 sinh viên có điểm trung bình cao nhất trong học kỳ vừa qua của trường” Tuy nhiên, một truy vẫn quan hệ đơn giản và cũng thường sử dụng là “Liệt kê tất cả các sinh viên sống quanh khu vực trường trong vòng 3km” sẽ làm cho cơ sở dữ liệu phức tạp rất nhiều Đề xử lý truy vẫn này, cơ sở dữ liệu sẽ phải đưa địa điểm của trường và địa chỉ nơi ở của sinh viên vào một hệ thống tham chiếu phù
hợp, có thể là kinh độ và vĩ độ để có thể tính và so sánh Sau đó, cơ sở dữ liệu sẽ
phải duyệt toàn bộ danh sách các sinh viên, tính khoảng cách từ khu vực trường tới
địa chỉ nơi ở của các sinh viên, và nếu khoảng cách này nhỏ hơn hoặc băng 3km, lưu lại tên những sinh viên đó Cơ sở dữ liệu sẽ không thể sử dụng một chỉ số để làm giảm việc tìm kiếm, bởi vì các chỉ số thông thường không đủ khả năng lưu trữ
theo thứ tự toạ độ nhiều chiều Vì vậy, cần phải có cơ sở dữ liệu được thiết kế để
Trang 21e Một hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian là một module phần mềm mà
có thê làm việc với một hệ quản trỊ cơ sở dữ liệu nên, như ORDBMS,
OODBMS
e SDBMS hỗ trợ các mô hình dữ liệu không gian phức tạp, ứng với các kiểu dữ liệu trừu tượng không gian (ADT - Abstract Data Type), và một ngôn ngữ truy vấn
e SDBMS hỗ trợ chỉ số không gian, các thuật toán hiệu quả cho các tốn tử khơng gian, và các quy tắc miền cho việc tối ưu truy vấn
GIS là một phần mềm để hiển thị và phân tích dữ liệu không gian sử dụng các hàm phân tích không gian như:
Tìm kiếm Tìm kiếm theo chủ đề, tìm kiếm theo vùng, phân lớp hoặc phân lớp lại
Phân tích vị trí Lay vùng đệm, xếp chồng
Phân tích địa hình Độ dốc/hướng, hệ thống thoát nước
Phân tích luông Đường đi ngắn nhất, đường liên kết
Phân tán Nhận dạng thay đổi, liền kẻ, láng giềng gần nhất Phân tích không gian Lấy mẫu, tôpô
/thống kê
Đo đạc Khoảng cách, hình dạng, hướng, chu vi
GIS cung cấp một tập các toán tử cho một số đối tượng và tầng bản đỗ Ví
dụ, GIS có thể liệt kê các nước láng giéng của một nước đã cho với các đường biên
hành chính của tất cả các nước Tuy nhiên, nó rất khó trả lời các truy vẫn như: danh sách các nước có nhiều nước láng giềng nhất hoặc danh sách các nước được bao
quanh hoàn toàn bởi nước khác Các truy vẫn dựa trên một tập dữ liệu có thể thực hiện được trong SDBMS GIS sử dụng SDBMS để lưu trữ, tìm kiếm, truy vấn, chia
sẻ các tập dữ liệu không gian lớn.[ 10]
SDBMS tập trung vào việc lưu trữ, truy vẫn, chia sẻ các tập dữ liệu không
Trang 22xếp chông tính khoảng cách, tìm các vùng liền kề Các SDBMS cũng được thiết kế để lưu trữ một lượng lớn dữ liệu không gian trong các thiết bị thứ cấp (như đĩa từ, CD-ROM ) sử dụng các chỉ số không gian và truy vấn tối ưu để tăng tốc độ truy vẫn trong một tập cơ sở dữ liệu lớn SDBMS kế thừa các chức năng của DBMS truyền thống trong việc cung cấp một cơ chế điều khién đồng bộ để cho phép nhiều người dùng truy cập đồng thời chia sẻ dữ liệu không gian, và đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu đó
Hình 1.3 biểu diễn kiến trúc để xây dựng một SDBMS trên nền của OR-
DBMS Đây là một kiến trúc ba tầng Tầng trên cùng (từ trái sang phải) là tầng ứng dụng, như GIS, MMIS (hệ thống thông tin đa phương tiện), hoặc CAD (Computer- Aided Design) Tầng ứng dụng không tương tác trực tiếp với OR-DBMS mà thông qua tầng giữa gọi là “cơ sở dữ liệu không gian” Tầng giữa gồm các đối tượng không gian được bao gói, và kết nỗi với OR-DBMS.[10] Spatm] Databa Spatm] Á pplhcation DBMS
Interface © Spate! Applaaton Core Interface to DBRS
Abstract Data (=) rs “¬»xA Type Pac Coe Popo) | Space Taxonomy
crs Index Structures Spatial! Data Types
Dat Model and Opermtions BES AN Spatial Query Fy a> — Interpretation, Langunagez Decret=ton, Spatml ®in Scale Resolution [l4 K Conssteny Algorrthcm for Spatm] a w) Networks ~™ | Rebtom!)
Trang 23Hoi dap va phan tich
GIS cung cap ca kha năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhắn" và các công cu
phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân
tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biỆt:
i Phan tich liền kề: GIS sử dụng phương pháp vùng đệm dé xác định mỗi quan hệ liền kể giữa các đối tượng
ii Phân tích xếp chong: Xếp chồng là quá trình tích hợp các lớp thông tin
khác nhau Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu
phải được liên kết vật lý Sự xếp chồng, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế
1.1.3.4 Tìm kiếm và phân tích không gian
Một số phép phân tích không gian tương đối đơn giản như tìm kiếm nội
dung trong vùng không gian, tìm kiếm trong khoảng cận kẻ, tìm kiếm hiện tượng và thao tác phủ Các loại truy vẫn sử dụng trong CSDL không gian bao gồm: tìm
kiếm đối tượng mà hình học của nó chứa điểm, tìm kiếm đối tượng mà hình học của
nó phủ lên chữ nhật, phép nối, giao, liền kê
1.1.3.5 Hién thi d6 hoa va tuong tac
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt
nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu trữ và trao đôi
thông tin địa lý Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh
ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện)
1.2 MOHINH DU’ LIEU KHONG GIAN
Mô hình dữ liệu địa lý là các qui tắc được sử dụng để biến đổi đặc trưng địa
Trang 24biểu diễn thực thể với mức độ phức tạp khác nhau Thực thể là nhận thức vì thế giới
thực quá phức tạp, không thé chi ra moi khía cạnh của chúng Việc lựa chọn mô hình dữ liệu phụ thuộc vào loại ứng dụng và kết quả mong đợi
Hệ thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn các đặc
trưng không gian: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector Mô hình dữ liệu
quyết định cách thức mà dữ liệu được cấu trúc, lưu trữ, xử lý, và phân tích trong một hệ thông tin địa lý Mô hình dữ liệu raster sử dụng lưới để thể hiện đặc trưng không gian Mô hình dữ liệu vector sử dụng các điểm và toạ độ của chúng để xây
dựng các đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng Các đặc trưng dựa trên mô hình dữ liệu vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong không gian
Nhiều hệ thông tin địa lý sử dụng cả hai mô hình dữ liệu vector và raster Trong
phạm vi của luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến mô hình dữ liệu vector
1.2.1 Các thành phân cơ bản trong GIS vector
Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở các vector với thành phần cơ
bản là điểm Các đối tượng khác được tạo ra bằng cách nối các điểm bởi các đường
thăng hoặc các cung Vùng bao gồm một tập các đường thăng Thuật ngữ đa giác đồng nghĩa với vùng trong cơ sở dữ liệu vector vì đa giác tạo bởi các đường thăng
nối với các điểm Như vậy, mô hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thăng hay
điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực (hình 1.4) Mô hình dữ liệu
Trang 25ThO giii thuc S-êng bĩ°n hụnh ghYnh / S«n g ° ° C,c c«ng trxnh Bin đa e công C,c tcng vectơ bĩn ®a
Hình 1.4 Biểu diễn bản đồ vector
Mô hình đữ liệu vector coi hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp giữa chúng Trong mô hình 2D thì thực thể sơ đăng bao gồm điểm, đường và vùng: mô hình 3D còn áp dụng bề mặt ba chiều và khói (hình 1.5) Các thực thể
SƠ đăng được hình thành trên cơ sở các vector hay tọa độ của các điểm trong một hệ trục tọa độ nào đó
Kiéu thanh ~ ` ` Ä x £
phần sơ cấp Biểu diễn bằng đồ hoạ Biêu diễn số
Điểm ° x A Toa dé (x,y) trong 2D + O và (x,y,z) trong 3D
1.Danh sách toạ độ Đường TH “Tt \ 2.Ham toan hoc
; <— 1.Đường có điểm đầu và cuối trùng nhau
Vùng CC? ở 2 Tập các đường nếu vùng có lễ hồng
1 Ma trận điểm 2 Tập các tam giác
Bê mặt 3 Hàm toán học 4 Đường bình độ
Khối Vin Tap bé mat
Trang 26
Điểm là thành phần SƠ cấp của đữ liệu địa lý ở mô hình này Các điểm được
nối với nhau băng đoạn thăng hay các đường cong để tạo thành các thực thể khác nhau như đường hay vùng Điểm được biểu diễn bang mot cap toa dé (x, y) trong hé
toạ độ Đecac Vị trí của mỗi điểm được lưu trữ bang cap toa do (x, y) cùng với bảng thuộc tính của nó
Dữ liệu được biểu diễn phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ hoặc chức năng để thực hiện phân tích sau này Ví dụ, với tỷ lệ bản đồ lớn một điểm biểu thị một toà nhà,
thành phố được biểu diễn bằng vùng, có đường ranh giới nhưng với tỷ lệ bản đồ nhỏ
một điểm biểu thị được một thành phó
Việc nhập và phân tích điểm đơn giản hơn đa giác Đa giác cần nhập vào
nhiều điểm nhưng cho phép ta tính được chu vi và một số thuộc tính địa lý khác Toạ độ của mỗi điểm được lưu trữ như hai thuộc tính Thông tin trong một tập các điểm có thể được xem như một bảng thuộc tính mở rộng trong đó, mỗi hàng chứa mọi thông tin về một điểm, mỗi cột là một thuộc tính, hai trong các cột là cặp
toạ độ Các điểm độc lập với nhau, được biểu diễn bởi một hàng trong mô hình
CSDL
Mỗi đường được lưu trữ một cách tuần tự từ điểm đầu đến điểm cuối cùng
với bảng thuộc tính liên quan của nó Đường dùng để biểu thị các mạng bao gồm
mạng cơ sở hạ tang (duong sat, đường cao tốc, đường nước, điện thoại, điện, øa,
tuyến bay ) và mạng tự nhiên (sông ngòi, hướng gió ) Các mạng nảy bao gồm các nút (các giao điểm hoặc các điểm đầu cuối của đường lơ lửng), các liên kết Bậc
của một nút là số các liên kết tại nút đó Thí dụ, điểm cuối của đường lơ lửng có bậc
1, nút bậc 3 thường gặp trong hệ thống thủy lợi, nút bậc 4 thường gặp trong mạng lưới đường phố Mạng hình cây là mạng chỉ có một đường nối giữa hai cặp nút bất kỳ không lặp Hầu hết các nhánh sông đều tạo nên mạng hình cây Hai thuộc tính
của dữ liệu đường bao gồm thuộc tính nút và thuộc tính liên kết Thuộc tính của các
Trang 27đường độ cao của cột điện, tong số đường ray, độ rộng đường ham, trong tai cac
cây cầu
Dữ liệu vùng trong CSDL được biểu diễn trên bản đồ để thể hiện các vùng Các đường biên của vùng hình thành từ các hiện tượng tự nhiên (hồ) hay do con người tạo ra (vùng điều tra, khu rừng)
Trên mặt phăng hai chiều, các đối tượng vùng trong một lớp hoặc một tầng không thé chồng lên nhau Mỗi đường biên đều là đường biên chung của hai vùng Đoạn đường biên chung giữa hai điểm nối có các cách gọi tên khác nhau: cạnh (edge) xâu (chain), và cung (are) Các cung có các thuộc tính để nhận ra các đa giác bên hai phía trái - phải của nó Các cung là phần tử cơ sở trong GIS vector
Vùng được biểu diễn trên các lớp vùng, các biên của chúng có thể là các
hiện tượng tự nhiên như hồ, vị trí rừng Một số thực thể thường được biéu diễn
bởi vùng như nguồn tải nguyên thiên nhiên/môi trường (loại đất trồng, các khu
rừng, đầm lây, đất nước, thành phố ) với đường biên chính được xác định bởi
chính các hiện tượng đó, hầu hết các điểm giao nhau đều có bậc 3: vùng kinh tẾ xã hội (mã vùng ) Đường biên được xác định độc lập với các hiện tượng Mọi đường
biên đều chia ra hai vùng, trừ các đường biên ngoài của bản đồ Các lỗ hỗng và đảo là các vùng năm trong một vùng khác và có các thuộc tính riêng Thí dụ: đảo của các tỉnh miễn biển (có thuộc tính A năm trong vùng có thuộc tính B) Các thực thể vùng có nhiều đảo, nhiều vùng có đường biên đơn được nhóm thành đối tượng vùng Thí dụ: các trung tâm thương mại của một công ty có nhiễu “đảo” nhưng có
cùng một tập thuộc tính
Đa giác là tập các đường thăng đóng nghĩa là bắt đầu và kết thúc tại cùng
một nút Sử dụng đa giác, một số thuộc tính địa lý như vùng và chu vi có thể tính
toán một cách dễ dàng
Có hai cách để lưu trữ các vùng gồm lưu trữ đa giác và lưu tr cung
eđâ Lu tr a giác: Các đa giác được lưu trữ tuần tự theo các toạ độ Các
Trang 28được mã hoá hai lần, mỗi lần cho một đa giác Hai tập toạ độ nhập vào
chung cho hai đa giác kề nhau có thể không trùng khớp Cách lưu trữ này
được sử dụng trong một số hệ thống GIS vector va trong nhiéu hé théng vẽ bản đồ tự động
® Lưu trữ cung: Các cung được lưu trữ tuần tự theo các toạ độ Các vùng được hình thành bởi việc liên kết các cung Cách lưu trữ này được sử
dụng trong hầu hết các GIS vector hiện nay
Mô hình dữ liệu vector cho phép tính chu vi, diện tích, khoảng cách của các đối tượng được thực hiện băng các tính toán hình học từ các tọa độ của các đối tượng Một số thao tác ở mô hình này thực hiện nhanh hơn mô hình raster như tìm
đường đi trong mạng lưới giao thông hay hệ thống thủy lợi Một số thao tác khác có chậm hơn như nạp chồng các lớp, các thao tác với vùng đệm Mô hình vector rất
hữu ích đối với việc mô tả các đối tượng riêng biệt, nhưng kém hiệu quả hơn trong mô tả các đối tượng có sự chuyển đồi liên tục
1.2.2 Dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian
Cơ sở dữ liệu (CSDL) không gian là tập hợp dữ liệu tham chiếu không gian,
có vai trò như mô hình của hiện thực Cơ sở dữ liệu GIS bao gồm tất cả các thông
tin không gian/địa lý (các bản đồ, hình ảnh) kết hợp với thông tin thuộc tính (các
bảng, báo cáo) mà ta có thể trích thông tin thuộc tính hoặc thông tin không gian
bang việc yêu cầu dựa trên vị trí hoặc đặc điểm của các đặc trưng dữ liệu hoặc quan
hệ với các đặc trưng khác
Dữ liệu không gian hay đữ liệu đồ hoạ là những hình ảnh, đường nét, điểm của bản đồ được số hóa thành dang vecto để quản lý trong máy tính Các yếu tô
không gian của dữ liệu được thể hiện dưới dạng điểm (Point), đường (Line), và đa
giác (Polygon) Dữ liệu không gian bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một khuôn dạng hiểu được của máy tính
Trang 29đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi Có 6 loại thông tin bản
đồ dùng để thể hiện hình ảnh bản đồ: điểm (Point), đường (Line), vùng (Polygon), ô
lưới (Grid cell), ký hiệu (Symbol), diém anh (Pixel)
Lớp đối tượng (Layer): Thành phần dữ liệu đồ hoạ của hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi là cơ sở dữ liệu bản đồ được quản lý ở dạng các lớp đối tượng
Mỗi một lớp chứa các hình ảnh bản đồ liên quan đến một chức năng, một ứng dụng
cụ thể Lớp đối tượng là tập hợp các hình ảnh thuân nhất dùng để phục vụ cho một ứng dụng cụ thể và vị trí của nó so với các lớp khác trong một hệ thống cơ sở dữ
liệu được xác định thông qua một hệ toạ độ chung Việc phân tách các lớp thông tin được dựa trên cơ sở của mối liên quan logic và mô tả đồ họa của tập hợp các hình ảnh ban dé phuc vu cho muc dich quan ly cu thé
Quan hệ không gian giữa các đối tượng rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thông tin địa lý Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay phức tạp như sự liên kết, khoảng cách, mối quan hệ tôpô giữa các đối tượng
Dữ liệu phi không gian hay dữ liệu thuộc tính thường là các bảng dữ liệu chứa thông tin về các thành phần không gian của GIS Chúng có thể là số liệu, bảng
biểu mô tả tính chất, đặc trưng và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa lý xác định mà
chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ của dữ liệu không gian như kiểu
rừng, kích thước đường liên quan đến bản đồ Các thuộc tính có thể được định tính (thu nhập thấp, trung bình, cao) hoặc định lượng (đo chính xác) Các thuộc tính có quan hệ với các đặc trưng không gian bằng việc sử dụng các định danh duy nhất được lưu trữ trong các bảng thuộc tính và các đặc trưng trong mỗi lớp đữ liệu không
gian Hệ thông tin địa lý có 4 loại dữ liệu thuộc tính:
Đặc tính của đối tượng liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ liệu
Trang 30đề trên cơ sở các giá tr thuộc tính Các thông tin thuộc tính này cũng có thể được hiển thị như các chi chú trên bản đồ hoặc các tham số điều khiển cho việc lựa chọn
hiển thị các thuộc tính đó như là các ký hiệu bản đô
Dũ liệu tham khảo địa lý mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một
vị trí xác định Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản thân
các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động
như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đỗ trong cơ sở dữ liệu của hệ thong Tuy
nhiên các bản ghi này chứa các yếu tô xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng
Chỉ số địa lý là các chỉ số vẻ tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị
liên quan đến các đối tượng địa lý, được lưu trữ trong hệ thông tin địa lý để chọn,
liên kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả băng các
chỉ số địa lý xác định
Mối quan hệ giữa dữ liệu đồ hoạ và dữ liệu thuộc tính: Hệ thông tin địa lý sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phân đồ thị và phi đồ thị Các bộ xác định có thể
đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay dữ liệu vị trí lưu trữ Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa tọa độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc là một con trỏ đến vị trí lưu trữ của dữ liệu
liên quan
1.3 CÂU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
Trang 31Cấu trúc dữ liệu không gian trong GIS là một dạng dữ liệu được lưu trữ và
thao tác trên máy tính Để đưa dữ liệu vào máy tính, dữ liệu phải được số hoá, biên
tập và chuyển thành dạng của GIS là dữ liệu vector hoặc raster
Có 3 mô hình thường được sử dụng để biểu diễn tập các đối tượng không gian là: “mỳ ống”, mạng, và tôpô
1.3.1 Mô hình “mỳ ống”
Mô hình “mỳ ống” lưu mỗi đối tượng gồm các đỉnh và toạ độ của chúng
Mỗi đường thăng được lưu lại thành một tập các điểm có thứ tự với các cặp toạ độ
tương ứng Mỗi đa giác gồm các đỉnh với điểm đâu và điểm cuối trùng nhau Đường thắng và đa giác được lưu trữ như các đối tượng riêng biệt Đối với các đa
giác liền kề thì đường biên giữa chúng được lưu hai lần
Lợi ích chính của cách tiếp cận này là đơn giản, các đối tượng được lưu trữ độc lập giúp người sử dụng làm việc dễ dàng khi thêm mới các đối tượng vào tập
các đối tượng Mặt khác sự hạn chế của mô hình này la thiếu thông tin ban đầu về
mối liên hệ tôpô giữa các đối tượng không gian, không có sự chia sẻ thông tin, dữ
liệu được lưu có một số thông tin dư thừa dẫn đến tập dữ liệu có xu hướng lớn, không có tính nhất quán khi thực hiện tái tạo tạo lại Ví dụ đường biên của hai nước
có thê khác nhau với hai nguồn thông tin khác nhau
Trang 321 2 3 4 s5 Hình 1.6 Câu trúc dữ liệu "mỳ ông” 1.3.2 Mô hình mạng
Ban đầu, mô hình không gian mạng được thiết kế để thể hiện các mạng trong các ứng dụng về mạng lưới như: các dịch vụ về giao thông, quản lý đường điện, điện thoại Mô hình mạng lưu trữ mối quan hệ tôpô giữa các điểm và các đường Tập các kiểu hình học trong mô hình mạng phức tạp hơn so với mô hình “mỳ ống” Trong mô hình nảy, có hai khái niệm là các nút và cung Nút là các điểm nối các cạnh và cung là các đường (bắt đầu tại nút và kết thúc cũng tại nút)
Câu trúc được minh hoạ như hình 1.7
đi
node `)
Trang 33Do đó có hai kiểu điểm: điểm thông thường (Point) và nút (Node) Nút có thể là điểm cuối của cung hoặc là liên hệ với một điểm trên mặt phẳng
Phụ thuộc vào từng thực thi mà mạng có thể phắng hoặc không phắng với
mạng phăng các cạnh giao nhau có thể được ghi nhan là một nút, thậm chí nút đó
không phản ánh đối tượng hình học mà để xác định thực thể từ thế giới thực Ở
mạng không phắng các cạnh có thể đi qua nhau mà không tạo điểm cắt
Ở mô hình “mỳ ống”, vùng được mô tả bởi danh sách thứ tự các cạnh các
đường biên đa giác, ở mô hình mạng các đối tượng quan tâm là: e Point: [x: real, y: real]
Node: [point, <arc>]
Arc: [node-start, node-end, <point> | Polygon: <point>
Region: {polygon}
Đặc trưng của cách tiếp cận nay là nó mô tả bản chất của tôpô mạng, các mối quan hệ giữa các đối tượng 2D không được lưu trữ theo mô hình này
1.3.3 Mô hình Tôpô
Mô hình tôpô giỗng mô hình mang, tuy nhiên mô hình tôpô có dạng phắng Các đối tượng được quan tâm thể hiện trong mô hình này bao gồm:
e Poin: [x-real, y-real] e Node: [poin, <arc>]
e Arc: [node-start, node-end, left-poly, right-poly, <point> | e Polygon: <point>
e Region: {polygon}
Trang 34Thuận lợi của mô hình này là hiệu quả tính toán của các truy vẫn tôpô, tăng tính nhất quán do sự chia sẻ đối tượng Với mô hình “mỳ ống” cạnh chung của hai
đa giác kể nhau được lưu hai lần ở dữ liệu của hai đa giác, mỗi khi cập nhật cạnh
phải thông báo cho cạnh kia Ngược lại, với mô hình tôpô mỗi cạnh được lưu đúng
một lần.[10]
Tuy nhiên cách tiếp cận này có thể làm chậm việc thực hiện một số toán tử
Ví dụ, để hiến thị bản đồ đòi hỏi phải quét tập các đoạn thăng, với mô hình tôpô
việc này thực hiện chậm hơn mô hình “mỳ ống”
1.4 CÁC THAO TÁC CƠ BẢN TRONG HỆ THÓNG GIS
Hệ thông tin địa lý được sử dụng để thực hiện một số toán tử phân tích
không gian cơ sở Tuy nhiên, hầu hết các phân tích không gian đều sử dụng sáu toán tử cơ bản sau: xếp chồng bản đồ tôpô, sinh vùng đệm, trích chọn đặc trưng, kết hợp các đặc trưng, và hai toán tử cơ sở dữ liệu quan hệ: Join và Relate Xếp chồng sử dụng các toán tử Bool Các toán tử Bool để phân tích các quan hệ không gian bao
gồm: bằng, tach roi, giao, tiép xuc, giao, nam trong, chứa, chồng, quan hệ Các
phương pháp hỗ trợ phân tích không gian trong hình học là: khoảng cách, vùng
đệm, bao lỗi, giao, hợp, khác
Trang 35Y Thu thập dữ liệu Kiểm tra, sửa lỗi “ ˆ NI Thuộc tính <> Liên kết bang ID lạ—> Dữ liệu hình học ¬ duy nhất Bổ sung ID Ỳ (thủ công) Đăng ký điểm Ỷ Ỷ điều khiến Liên kết thuộc Nhập vào file văn bản tính vào dữ liệu hình học Nẵn chỉnh hình học Vv Vv CSDL | Digitize | | Scan | — Xây dựng |_ tơpơ « Vv
Hình 1.8 Quy trình phát triển CSDL không gian
Việc tạo ra các cơ sở dữ liệu không gian bao gồm: nhập dữ liệu không gian,
nhập dữ liệu phi không gian, kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian
1.4.1 Nhập dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian được nhập vào băng việc số hoá các điểm và các đường, vector hoá các đường thăng băng bàn số hoá, máy quét hoặc lẫy từ các nguồn dữ
liệu số khác
Sau khi nhập toạ độ các điểm để tạo ra các đường địa lý thì phải xây dựng
Trang 36
Cung | Polygon | Polygon | Từ | Đến trai phai nut | nut e 1 A 0 c a ®_ Nút 2 A B b c A pol 3 C A b a ygon 4 0 C d a 6 B D e e 7 B 0 d c ZZ# Hướng của cung Danh sách -1, -2,3 2,-7, 5, 0, -6 3, -5,4 6
Hình 1.9 Cấu trúc dữ liệu tôpô
Trong quá trình xây dựng tôpô, vẫn đề các lỗi vượt quá, vẽ hụt, các gai nhọn và đa giác lạ có thể được biên tập bởi người sử dụng hoặc được thực hiện một cách tự động Biên tập tự động đòi hỏi sử dụng một giá tri sai SỐ, Sai SỐ này định
nghĩa độ rộng của vùng đệm quanh các đối tượng và các đối tượng liền kề có liên quan Thủ tục biên tập bao gồm các chức năng như snap, di chuyển, xoá, cắt, kết hợp
Số hoá và biên tập là hai công việc bố sung cho nhau Số hoá không tốt thi
cần phải biên tập số hoá tốt có thể tránh được biên tập Quá trình số hoá các đối
tượng vùng nhất thiết phải biên tập
Sau khi xây dựng tôpô thì phải nhập thuộc tính từ bàn phím hay từ các hệ thống khác Khi thuộc tính được bổ sung vào CSDL thì nó phải được liên kết vào
các đối tượng khác nhau, có thể liên kết thuộc tính bằng cách chỉ ra đối tượng tương
ứng trên màn hình và mã hóa ID đối tượng vào bảng thuộc tính Không như GIS
Trang 371.4.2 Một số thao tác tìm kiếm và phân tích không gian 1.4.2.1 Xac dinh diém nam trong da giac
Có nhiều thuật toán cho phép thực hiện việc xác định một điểm có nằm
trong đa giác hay không, tuy nhiên thuật toán dựa trên định lý nửa đường thăng của Jordan thường được sử dụng
Tự tưởng thuật toán
Vẽ một nửa đường thăng (một tia) I bắt đầu từ điểm P song song với trục x,
nếu số đoạn thăng thuộc G cat 1 1a chan thi P nam bên ngoai G, ngugc lai, P nam trong GŒ Thuật toán được thực hiện băng cách duyệt lần lượt các cạnh trong G xem
chúng cắt tia | hay không QHy ước
(1) Không đếm các cạnh đồng phăng với |
(2) Coi cạnh e như là một cạnh giao khi và chỉ khi tồn tại ít nhất một điểm
cuôi của e thực sự năm phía trên I
Hình 1.10 Định lý nửa đường thang
Trang 381.4.2.2 Giao của hai đa giác
Xác định giao điểm của hai đa giác là một thao tác rất quan trọng không chỉ trong các ứng dụng cơ sở dữ liệu không gian mà còn trong các ứng dụng
CAD/CAM và đồ hoạ máy tính
Trước tiên, cần kiểm tra xem hai đa giác có giao nhau hay không Cho hai đa giác, P và Q Vị trí tương đối của chúng có thể xảy ra ở một trong ba trường hợp Sau:
e P và Q cất nhau e© P nằm bên trong Q e Q nằm bên trong P
Trong trường hợp hai đa giác giao nhau, để đưa ra phần giao của chúng, người ta sử dụng một kỹ thuật đơn giản: “kỹ thuật phiến” Trong kỹ thuật này, mỗi đa giác được chia thành các phiến song song Các phiến được tạo ra bằng cách vẽ các đường thăng đi qua các đỉnh của đa giác song song với trục hoành Tiến trình này sẽ tạo ra các hình thang để so sánh, sau đó lẫy phần giao
1.4.2.3 Cắt xén đa giác
Cắt xén các đối tượng không gian trên bản đồ thường được sử dụng khi
chọn, hiền thị hoặc truy vấn thực thể trong một vùng hình chữ nhật xác định Một lý
do quan trọng để phép toán này trở nên thông dụng là do hình chữ nhật thuộc một trong số những đối tượng đơn giản nhất có thể vẽ trên màn hình bằng cách sử dụng
chuột
Có thể xảy ra các trường hợp sau đây:
Trang 39hién thi
Tư tưởng của thuật toán là quét lần lượt các cạnh của đối tượng vả kiểm tra
xem chúng có giao với cạnh nào của hình chữ nhật không Sau đó sẽ căt xén
a) b) c)
Hinh 1.11 Cat xén da gidc
1.4.2.4 Tinh dién tich da giac
Một trong những chức năng đơn giản nhất đối với các đối tượng không gian là tính diện tích của đa giác Chức năng này dựa trên việc tính diện tích tam giác
Goi P;, P2, P; là ba đỉnh của tam giác và có toạ độ lần lượt là: (XI.VI) (Xa.Va) (xa.ya) Diện tích của tam giác P¡P;P được đưa ra bởi công thức:
Trang 40area(P) — area, (P,, P,,P;)+ area, (P,,P;,P,)
Dién tich tam gidc P)P3Py 1a gia tri 4m néu duyét cdc dinh ngược chiều kim
đồng hồ và điện tích tam giác P¡P;P có giá trị dương Như vậy area(P) = ee ¬ ——" +13 — Š) res 5 tX3V4 — X43 _ X, Vo — XV, +X V3 —X3V.tNZVy —X4V3 4+ XV, — Xe 2
Như vậy, diện tích đa giác P với các đỉnh P., ,P, duyét theo tht tu ngugc chiều kim đồng hồ được tính bằng công thức:
= , `
area(P) = 32 —*,¡y,) trong đó: x„¡ = xị Và Vi =)
i=l
1.4.2.5 Vung dém
Thao tác không gian thực hiện tạo lập các đường biên bên trong hoặc bên
ngoài đa giác, song song với các cạnh đa giác và cách một khoảng nhất định: nếu đường biên bên trong đa giác được gọi là lõi (skeleton) còn nếu đường biên ở phía ngoài được gọi là đệm (buffer) Lỗi —————¬ Đa giác Hinh 1.13 Ving dém
Vùng đệm có thể được hình thành xung quanh một điểm, một đường hay