Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

15/10/2014 8:27 AM 7GIScience Toán học địa ly học Khoa học máy tính GIScience Vấn đề phát triển hệ thống thông tin địa lý Vấn đề mô tả đối tượng không gian Vấn đề truy xuất các dữ li

 Tỷ lệ điểm:

– Đồ án: 5/10

• Chuyên cần & bài tập (1/10)

• Báo cáo Đồ án giữa kỳ (1/10)

• Báo cáo Đồ án cuối kỳ (3/10)

– Thi cuối kỳ: 5/10– Seminar ++ cuối kỳ (tối đa 2 điểm)

15/10/2014 8:32 AM 3

Tài liệu tham khảo

1 Trần Vĩnh Phước, GIS đại cương - phần lý thuyết, NXB Đại học Quốc gia Tp

 Chương 1 Giới thiệu về GIS

 Chương 2 Cấu trúc dữ liệu không gian

 Chương 3 Truy vấn dữ liệu GIS

 Chương 4 Thống kê và phân tích trong GIS

 Chương 5 Hiển thị dữ liệu GIS

 Chương 6 Một vài ứng dụng của GIS

15/10/2014 8:27 AM 5

GI (Geographic Information)

GISystem

15/10/2014 8:27 AM 7

GIScience

Toán học địa ly học

Khoa học máy tính

GIScience

Vấn đề phát triển hệ thống thông tin địa lý

Vấn đề mô tả đối tượng không gian

Vấn đề truy xuất các dữ liệu đã mô tả

Vấn đề quan hệ giữa việc mô tả đối tượng và người dùng

Vấn đề mô hình và cấu trúc dữ liệu

Vấn đề hiển thị dữ liệu

Vấn đề về các công cụ phân tích GIS

GIScience

15/10/2014 8:27 AM 9

• Sử dụng các hệ thống thông tin địa lý như những công cụ để hiểu biết về thế giới thực bằng cách mô tả và giải thích mối quan hệ của con người với thế giới thực.

• Sử dụng và nghiên cứu các phương pháp, các công cụ để thu thập, lưu trữ, phân phối, phân tích, hiển thị và khám phá thông tin không gian.

• Khoa học thông tin địa lý hướng tới những bài toán phân tích, mô hình hóa và dự báo không gian

• Khoa học thông tin địa lý là một khoa học liên ngành của

khoa học máy tính, toán học và khoa học địa lý.

GIScience

GIService

Một vài ứng dụng

Ứng dụng GIS trong quản lý đô thị:

http://www.youtube.com/watch?v=A995Bu E1zuA

Đồ án tốt nghiệp tại đại học Nha Trang:

- Quản lý nhân khẩu bằng công nghệ GIS

- Quản lý ATM bằng công nghệ GIS

- Quản lý xe buýt thành phố Nha Trang bằng công nghệ GIS

…

Hội thảo ứng dụng GIS tồn quốc 2012, 2013

 Hệ thống thông tin địa lý trong các lĩnh vực của xã hội

THÔNG TIN ĐỊA LÝ DÙNG CHUNG

Liên quan đến con người Liên quan đến tự nhiên

Tài nguyên thiên nhiên

Hạ tầng

kỹ thuật

Môi trường

và điều kiện tự nhiên

Địa chính nhà đất

Quản

lý kinh

tế xã hội

 GIS trong lĩnh vực quản lý tài nguyên khoáng sản: dầu

mỏ, khí đốt, khoáng sản,thủy hải sản, rừng, đất trồng

điều kiện tự nhiên: quản lý ô nhiểm, quản lý nguồn nước, động thực vật, khí tượng thủy văn

P T

Observation Station

Center for storing and processing data

P O R

Data analysis Making decision

User

 GIS trong lĩnh vực quản lý hạ tầng kỹ thuật: Xây dựng, quy hoạch, giao thông, điện lực, viễn thông, cấp nước, thoát nước

dụng đất, quản lý tình hình thuế đất

 GIS trong lĩnh vực quản lý kinh tế xã hội

Ứng dụng GIS vào các chuyên đề

Tài nguyên – môi trường

15/10/2014 8:27 AM 21

1 Giới thiệu

I Khái quát về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 Hệ thống thông tin địa lý(GIS) là gì? (ESRI )

 Tiến trình phát triển của GIS

 Tổ chức dữ liệu không gian trong GIS

II Một số bài toán phân tích không gian đơn giản trong ArcView

Hệ thống thông tin địa lý là gì?

thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị

dữ liệu không gian (Clarke, 1995).

GI – System

– Science – Service – Society

15/10/2014 8:27 AM 23

Vài nét cơ bản về GIS

cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện xảy ra trên

trên cơ sở dữ liệu như: đưa ra các câu hỏi

phép phân tích địa lý

GIS có thể làm điều gì?

không gian : Phép đo lường ( đo lường khoảng cách, chu vi, diện tích ), hỏi đáp không gian…

bất cứ tỷ lệ nào một cách nhanh chóng.

Homes with public access must

be better protected from emergency fire incidents and other potential events.

It is very important to conduct inspections and other programs

to maintain current safety data.

Keeping our communities safe

is of vital importance Keep the safety programs as a high priority.

1 1

1 1 61 61

1201 Club StreetCAD drawings

GIS provides the capability to “layer” graphical information

15/10/2014 8:27 AM 27

 Tạo bản đồ trên nền bản đồ cũ nhanh và rẻ hơn.

 Cho phép biểu diễn bằng nhiều dạng khác nhau của cùng một dữ liệu.

 Thuận tiện trong việc tạo và cập nhật bản đồ khi dữ liệu đã ở dạng số.

 Đối với nơi không có nhân viên vẽ chuyên nghiệp thì tạo bản đồ vẫn có thể làm được với sự trợ giúp của máy tính.

 Có thể tạo ra bản đồ phức tạp khó vẽ bằng tay.

 Tối thiểu hóa việc sử dụng bản đồ như là nơi lưu trữ dữ liệu.

HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ

Hệ thống thơng tin địa lý là gì?

15/10/2014 8:27 AM 29

Hệ thống thơng tin địa lý là gì?

Thông tin địa lý

· Thông tin địa lý là những thông tin về các

mặt Trái Đất vào một thời điểm cụ thể.

· Dữ liệu GIS gồm hai thành phần

·Dữ liệu không gian

·Dữ liệu thuộc tính

 Xuất phát từ ứng dụng

- GIS là một hộp công cụ mạnh được dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burrough, 1986).

- GIS là một hộp công cụ mạnh được dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burrough, 1986).

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985).

15/10/2014 8:27 AM 31

 Xuất phát từ các chức năng

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983).

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian (Clarke, 1995).

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích, và hiển thị dữ liệu không gian (NCGIA = National Center for Geographic Information and Analysis, 1988).

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu ( bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu (Stan Aronoff, 1993).

 Xuất phát từ quan điểm hệ thống thông tin

- GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có tham chiếu tọa độ địa lý Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệu với những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán để làm việc trên dữ liệu đó (Star and Estes, 1990).

- Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ (subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích (Calkins và Tomlinson, 1977; Marble, 1984).

- GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt (Dueker, 1979).

15/10/2014 8:27 AM 33

Tiến trình phát triển của HTTTĐL

năng của GIS được quan tâm nhiều hơn.

Anh.

and Analysis) được thành lập do Hoa Kỳ cấp kinh phí.

Hà Lan cấp kinh phí hoạt động.

Tiến trình phát triển của HTTTĐL

Ở nước ta:

 GIS thâm nhập phát triển ở nước ta vào giữa thập niên 90

 1994: Trung tâm công nghệ thông tin địa lý (Ditagis) được thành lập

xây dựng

triển được triển khai

xây dựng

thông qua đề tài NCKH cấp nhà nước

địa bàn TP.HCM

15/10/2014 8:27 AM 35

Một số cơ quan đã đầu tư, thiết kế và xây dựng các phần mềm trong nước có chức năng của GIS như:

Viện Công nghệ Thông tin thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia (POPMAP)

 Công ty AIC (CAMAP)

 Công ty DOLSOFT (WINGIS)

 VidaGIS (http://vidagis.com)

 http://gis.chinhphu.vn

 Năm 1998: Hệ thống thông tin địa

lý phục vụ quản lý môi trường tỉnh Đồng Nai – DONAGIS được xây dựng.

15/10/2014 8:27 AM 37

 Năm 1999: Hệ thống thông tin địa lý phục vụ phát triển kinh tế

xã hội tỉnh Bình Dương –

BIDOGIS được triển khai.

 Năm 1999: Hệ Cao học chuyên ngành GIS được

tổ chức đào tạo tại trường Đại học Bách Khoa

Tp.HCM.

 Năm 2000:

Cấu trúc CSDL GIS quốc gia về môi trường

 Năm 2000:

Hệ thống thông tin địa

lý phục vụ quản lý hành chính nhà nước thành phố Đà Nẵng

15/10/2014 8:27 AM 39

 Năm 2001:

Cơ sở dữ liệu môi trường lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai được xây dựng thông qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước.

 Năm 2002:

Xây dựng CSDL nền TP.HCM.

 Lập dự án khả thi hệ thống thông tin địa lý TP.HCM – SAGOGIS

 Mô hình Hệ thống thông tin địa lý Tp HCM (HCM-GIS)

CÔNG VIỆC KHUNG HCM-GIS

SỞ XÂY DỰNG

VĂN PHÒNG UBND TP

SỞ KH&CN SỞ KH&ĐT SỞ TN&MT

SỞ GTCC

SỞ/NGÀNH CẤP TỈNH

KHÁC…

CẤP THOÁT NƯỚC ĐIỆN LỰC

BƯU ĐIỆN CÁC UBND

15/10/2014 8:27 AM 43

 Năm 2000: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước “Hệ thống thông tin địa lý phục vụ phát triển kinh tế xã hội ĐBSCL – MEKOGIS” được triển khai

và chất lượng nước vùng ĐBSCL (MEKOGIS.1)

P S T N

User

15/10/2014 8:27 AM 45

Quận/Huyện của TPHCM

Các thành phần của GIS

15/10/2014 8:27 AM 47

 Dữ liệu.

- dữ liệu không gian

- dữ liệu phi không gian

cấu trúc chuẩn, có thể liên thông trên mạng và được bảo quản theo một chế độ nhất định.

Phân tích và hiển thị

dữ liệu khơng gian

15/10/2014 8:27 AM 49

 Dữ liệu.

nền và cơ sở dữ liệu chuyên ngành.

cần thiết cho hầu hết các hệ thống thông tin địa lý như:

-dữ liệu về lưới tọa độ,

-dữ liệu về giao thông,

-dữ liệu về thủy văn,

-dữ liệu về độ cao,

-dữ liệu về hành chánh, v.v

các thực thể chuyên ngành như:

-tài nguyên thiên nhiên,

-môi trường,

-sử dụng đất,

-cơ sở hạ tầng kỹ thuật,

-các chuyên ngành kinh tế xã hội.

từng chủ đề riêng biệt Các phần mềm GIS cho phép lưu trữ dữ liệu theo từng lớp và theo loại đối tượng: điểm, đường, vùng và có tên gọi khác nhau tùy phần mềm.

-Arcview: Theme

-Arc/Info: Coverage

15/10/2014 8:27 AM 51

 Phần cứng.

- Phần cứng bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị thu thập, nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu.

- Bàn số hóa, máy in, máy quét, GPS

 Phần mềm.

trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian, phi không gian.

thể nâng cấp.

15/10/2014 8:27 AM 53

phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi xây dựng hệ thống.

thông tin địa lý: qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình truy vấn dữ liệu, qui trình xuất dữ liệu và qui trình hiển thị dữ liệu.

thống thông tin địa lý được tổ chức theo một

cơ chế nhất định và phát huy tính hiệu quả của hệ thống và đạt được mục tiêu.

sự hợp tác trong nội bộ một chuyên ngành và giữa các chuyên ngành với nhau nhằm thiết lập sự liên thông, trao đổi dữ liệu.

15/10/2014 8:27 AM 55

 Con người: 3 loại

cụ, xây dựng phần mềm GIS, thiết kế hệ thống GIS.

quản lý, bảo dưỡng dữ liệu.

các mục tiêu nghiên cứu của mình.

 Ngoài ra, con người có thể phân ra 2 loại như sau:

của hệ thống , những người làm việc trực

tiếp với hệ thống thiết bị phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu.

thành phần của hệ thống Nhóm người này sử dụng những kết quả phân tích của hệ thống để ra quyết định.

15/10/2014 8:27 AM 57

Cơ sở dữ liệu trong hệ thống GIS

Xử lý dữ liệu Nhập dữ

Người dùng trong hệ thống thông tin địalý (GIS)

Người dùng ngoài hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 Con người

ngoài hệ thống càng nhiều và/ hoặc người dùng ngoài hệ thống đặt ra nhiều bài toán yêu cầu hệ thống phải xử lý.

3 nhóm chính:

15/10/2014 8:27 AM 59

- Nhóm quản trị hệ thống: tiếp nhận và phân tích các yêu cầu, bài toán của những người dùng ngoài hệ thống và xây dựng thành các giải thuật cho nhóm chuyên viên thực hiện.

- Nhóm chuyên viên GIS : thực hiện phát triển

các giải thuật thành các ứng dụng trên cơ sở dữ liệu GIS.

- Nhóm kỹ thuật viên GIS: là những người làm việc, thao tác trực tiếp trên các thiết bị phần cứng phần mềm để thu thập, nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, hiển thị dữ liệu và thực hiện những tác nghiệp thường xuyên.

Nhóm một

Nhóm hai Nhóm ba

15/10/2014 8:27 AM 61

Tổ chức dữ liệu không gian

• Dữ liệu không gian được tổ chức theo từng lớp và theo từng chủ đề.

Đất Sông hồ Giao thông

Đất Sông hồ Giao thông



Địa vật độc lập

Dữ liệu chuyên ngành

15/10/2014 8:27 AM 63

Các chức năng của GIS

phân tích và hiển thị dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu

Phân tích &

Hiển thị dữ liệu

Dữ liệu số

Dữ liệu số Thông tin

Dữ liệu từ thế giới thực

15/10/2014 8:27 AM 65

 Thu thập dữ liệu (GIS Data Acquisition)

CSDL GIS

Bản đồ giấy Hồ sơ, bảng biểu

Aûnh viễn thám

GPS

SCADA

GDA

 Thu thập dữ liệu (GIS Data Acquisition)

- Trong giai đoạn đầu dữ liệu GIS chủ yếu được khởi tạo từ nguồn bản đồ giấy, và các bảng biểu, số liệu ghi nhận trên giấy qua các công đoạn số hóa bản đồ và nhập liệu.

- Tuy nhiên, thế mạnh của GIS nằm ở khả năng tích hợp GPS (Global position system) và RS (Remote sensing).

- Ngoài ra, GIS cũng sử dụng một số công nghệ thu thập dữ liệu khác như hệ thống thu thập dữ liệu tự động (SCADA:

Supervisory Control And Data Acquisition),

15/10/2014 8:27 AM 67

 Lưu trữ dữ liệu

CSDL GIS (geodata file)

Mô hình một người sử dụng

CSDL GIS (geodatabase)

Mô hình nhiều người sử dụng

SERVER

CSDL GIS (geodatabase)

CSDL GIS (geodatabase)

Mô hình mạng toàn cầu

- Dữ liệu thuộc tính có thể được lưu trữ liên kết với các

bảng thuộc tính của đối tượng không gian hoặc ở dạng

bảng độc lậpvà chỉ kết nối vào bảng thuộc tính của đốitượng không gian tạo thành dữ liệu địa lý khi cần thiết

x,y x,y x,y

15/10/2014 8:27 AM 69

tọa độ Descartes

- Điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x,y)

- Đường được tuyến tính hóa từng đoạn, biểu diễn bằngmột chuỗi các cặp tọa độ (xi,yi)

- Vùng được xác định bởi một vùng khép kín và biểu diễnbằng một chuỗi các cặp tọa độ (xi,yi) có điểm đầu vàđiểm cuối trùng nhau

pixel

thông tin địa lý được truy vấn theo hai phương thức:

1) Truy vấn theo các đối tượng không gian.

2) Truy vần theo các giá trị thuộc tính.

15/10/2014 8:27 AM 71

Phân tích trong GIS

- Phân tích trên dữ liệu thuộc tính: các phân tích này liên quan đến các phân tích thống kê, các truy vấn được thực hiện trên dữ liệu thuộc tính trong cơ sở dữ liệu GIS và không liên quan đến dữ liệu không gian.

- Phân tích trên dữ liệu không gian: các phân tích này liên quan đến các phép toán chỉ có thể được thực hiện trên các vị trí, các đối tượng trên bản đồ.

Hiển thị dữ liệu

các quá trình truy vấn,phân tích, cập nhật dữliệu là một chức năngquan trọng và là một thếmạnh của GIS

có thể biên tập tùy ý theongười sử dụng Tuy nhiên,trong quá trình biên tậpcác ký tự, các biểu mẫuphải gần gũi và dễ hiểuvới con người và tuântheo các chuẩn quy định

15/10/2014 8:27 AM 73

Khuynh hướng phát triển về lý thuyết

thơng tin địa lý,

gian, dữ liệu thuộc tính và dữ liệu thời gian

thực Phân tích thống kê dữ liệu khơng gian

khơng gian

bản đồ

7 Khuynh hướng phát triển GIS

Khuynh hướng phát triển phần mềm

· Hệ quản trị CSDL

· GIS với kỹ thuật đa mơi trường (multimedia): tích hợp

biểu diễn thơng tin với các dạng dữ liệu khác nhau như hình ảnh, âm thanh, chữ viết là thích hợp để trình diễn các hệ thống thơng tin địa lý phục vụ giảng dạy các mơn học cĩ liên quan đến thơng tin khơng gian, đánh giá tác động mơi trường, theo dõi diễn biến mơi trường , mơ phỏng các tiến trình địa lý - địa chất…

15/10/2014 8:27 AM 75

Khuynh hướng phát triển phần mềm

· GIS thông minh: tìm ra những cách tốt hơn để mô tả tính

bất thường của thế giới thực và những phương pháp mới để làm việc với các suy đoán không chính xác, những suy đoán của con người Áp dụng các kỹ thuật thông minh nhân tạo như logic mờ, hệ chuyên gia, mạng nơ-ron Xử lý ngôn ngữ

tự nhiên cũng có thể được phát triển trong GIS để tăng khả năng giao tiếp với người sử dụng.

· Mô phỏng và trợ giúp quyết định: Xác định những hệ

thống thông tin địa lý thời gian thực Đặc biệt, dự báo trong nhiều lĩnh vực khác nhau là bài toán được quan tâm trong các hệ thống thông tin địa lý trong thời gian tới.

Khuynh hướng phát triển ứng dụng

· Phát triển ứng dụng phục vụ mục đích cụ thể trong một lĩnh vực nào đó.

15/10/2014 8:27 AM 77

ArcView – Giới thiệu

1 Tìm các đối tượng gần các đối tượng khác

máy trong vòng bán kính 1km

2 Tìm những đối tượng nằm trong một vùng của lớp khác

bên trong một huyện nào đó để xem thông tin về chúng.

ArcView – Giới thiệu

học tại huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Nai

! Các khu vực tốt nhất phải thoả mãn điều kiện:

 Cách đường Liên tỉnh lộ 30 tối đa là 5km.

 Là đất ruộng lúa, lúa màu

Tìm Liên tỉnh lộ 30 (lớp dgt) Tạo vùng đệm 5km

Tìm đất ruộng lúa, lúa màu

(lớp sdd)

Tìm Huyện Hoà Bình

15/10/2014 8:42 AM 79

ArcView

 Tạo và hiệu chỉnh dữ liệu không gian

 Tạo và hiệu chỉnh dữ liệu thuộc tính

 Liên kết dữ liệu

 Truy vấn dữ liệu