Nghiên cứu và ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu Atlas hành chính thành phố Hà Nội

I.2.1.2 Đặc điểm của bản đồ số Từ những khái niệm về bản đồ số như trên ta có thể thấy rằng bản đồ số là thể loại bản đồ có những đặc điểm sau: - Có đầy đủ các đặc điểm của bản đồ truyền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I 5

TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ VÀ ATLAS 5

I.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ 5

I.1.1 Định nghĩa và đặc điểm cơ bản về bản đồ 5

I.1.2 Bản đồ kinh tế - xã hội 5

I.1.3 Bản đồ hành chính 7

I.1.4 Đặc điểm của việc thành lập bản đồ hành chính - chính trị 8

I.2 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ SỐ VÀ BẢN ĐỒ ĐIỆN TỬ 10

I.2.1 Khái quát về bản đồ số 10

I.2.2 Khái quát về bản đồ điện tử 11

I.3 TỔNG QUAN VỀ TẬP BẢN ĐỒ ( ATLAS) 12

I.3.1 Khái niệm về Atlas 12

I.3.2 Phân loại của Atlas 12

I.3.3 Đặc điểm của Atlas 14

CHƯƠNG 2 15

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 15

II.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐịA LÝ (GIS) 15

II.1.1 Khái niệm về GIS 15

II.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của GIS 15

II.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 17

II.2.1 Thiết bị (hard ware) 18

II.2.2 Chuyên viên (Expertise) 19

II.2.3 Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data) 19

II.3 CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS 20

II.3.1 Mô hình thông tin không gian 21

II.3.2 Mô hình thuộc tính không gian 28

II.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 30

II.4.1 Khả năng chồng xếp các bản đồ (Map Overlaying) 30

II.4.2 Khả năng phân loại các thuộc tính (Reclassification) 31

II.4.3 Khả năng phân tích (Spatial Analysis) 31

CHƯƠNG 3 33

ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA THÀNH PHỐ HÀ NỘI 33

III.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀ NỘI 33

III.1.1 Vị trí địa lý 34

III.1.2 Địa hình 35

III.1.3 Khí hậu 36

III.1.4 Sông ngòi 36

III.1.5 Dân cư 37

III.1.6 Giao thông 38

III.1.7 Kinh tế 39

III.1.8 Văn hoá 41

III.1.9 Giáo dục 42

III.2 SƠ LƯỢC VỀ HÀNH CHÍNH HÀ NỘI 42

III.2.1 Hành chính Hà Nội trước 01 tháng 08 năm 2008 42

III.2.2 Hành chính Hà Nội sau 01 tháng 08 năm 2008 43

CHƯƠNG 4 45

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ATLAS HÀNH CHÍNH HÀ NỘI 45

IV.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU SẢN PHẨM 45

IV.1.1 Mục đích 45

IV.1.2 Yêu cầu 45

IV.2 MÔ TẢ SẢN PHẨM 47

IV.3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG SẢN PHẨM 49

IV.3.1 Công tác chuẩn bị 49

IV.3.2 Thu thập và đánh giá tư liệu 55

IV.3.3 Thiết kế hệ thống ký hiệu 56

IV.3.4 Xây dựng các bản đồ nền 57

IV.4 TRÌNH BÀY VÀ CHUẨN BỊ IN BẢN ĐỒ 67

IV.5 IN THỬ, KIỂM TRA 68

IV.6 VẬN HÀNH THỬ HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU, KIỂM TRA VÀ SỬA CHỮA 68

IV.7 KẾT QUẢ XÂY DỰNG ATLAS HÀNH CHÍNH HÀ NỘI 71

CHƯƠNG V 72

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 72

V.1 KẾT LUẬN 72

V.2 KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

MỞ ĐẦU

Từ thời xa xưa cho đến ngày nay, vấn đề tranh giành đất đai, phân chia ranh giới giữa các quốc gia, các dân tộc, … vẫn là mối quan tâm nóng, có tầm quan trọng hàng đầu trong vấn đề chính trị của thế giới nói chung và mỗi quốc gia nói riêng Lịch sử phát triển của bản đồ đặc biệt là sự phát triển của bản đồ hành chính – chính trị đã bắt đầu từ rất sớm và gắn chặt với sự phân chia, ranh giới hành chính, chính trị của xã hội loài người Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ và nhiều ngành khoa học, thì bản đồ hành chính – chính trị không chỉ dừng lại ở mục đích phục vụ phân chia ranh giới lãnh thổ mà nó còn được mở rộng, chuyên sâu hơn đáp ứng nhu cầu của nhiều vấn đề xã hội khác

Kết hợp với các số liệu cụ thể thu thập được từ vùng cần thành lập bản đồ

và công nghệ GIS, bản đồ hành chính đang là nguồn dữ liệu mở không thể thiếu cho nhiều ngành khoa học khác nói riêng và sự phát triển của mỗi quốc gia nói chung

TÍNH CẤP THIẾT

Sau ngày 1/8/2008, diện tích của thủ đô Hà Nội đã mở rộng gấp 3 lần diện tích cũ Với một diện tích rộng lớn và dân số lên tới 6688600 người (theo Niên giám thống kê Hà Nội - 2010), điều này đã gây sức ép lớn lên mọi mặt đời sống cũng như sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố Một vấn đề cấp thiết đặt ra

là các ban ngành lãnh đạo của thành phố phải quản lý sao cho thật hợp lý, hiệu quả, tạo tiền đề cho sự phát triển kinh tế - xã hội của thủ đô Mà để làm được điều đó cần phải có những công cụ quản lý hiệu quả Trong khi đó, Bản đồ hành chính - với tư cách là mô hình không gian của lãnh thổ, tích hợp các thông tin đa dạng về nội dung theo lãnh thổ đã có sự trợ giúp của công nghệ thông tin - đã và đang và chắc chắn sẽ là một trong những công cụ hỗ trợ quản lý hiệu quả nhất

Trong thời gian học tập tại nhà trường và tìm hiểu tình hình thực tế ngoài sản xuất Chúng em nhận thấy đây là một vấn đề mới hình thành và cũng là vấn

đề đang rất được quan tâm của thành phố trong giai đoạn hiện nay Bên cạnh sự góp ý của các thầy cô trong bộ môn Bản đồ, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình

của Th.S Bùi Ngọc Quý, chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng GIS

trong xây dựng cơ sở dữ liệu Atlas hành chính thành phố Hà Nội” nhằm giải

quyết một phần nào những vấn đề trên

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ VÀ ATLASI.1 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ

I.1.1 Định nghĩa và đặc điểm cơ bản về bản đồ

I.1.1.1 Định nghĩa về bản đồ

Bản đồ là sự biểu thị khái quát, thu nhỏ bề mặt trái đất hoặc các hành tinh khác lên mặt phẳng trong một phép chiếu xác định (phép chiếu bản đồ) Nội dung của bản đồ thể hiện các đối tượng, hiện tượng tự nhiên và kinh tế xã hội thông qua hệ thống kí hiệu quy ước, có tính đến tổng quát hóa

I.1.1.2 Đặc điểm của bản đồ

Khác với các loại hình nghệ thuật khác mô tả hình ảnh trái đất: ảnh hàng không, ảnh vũ trụ, tranh ảnh, các bài văn mô tả…bản đồ có đặc điểm riêng:

- Mỗi bản đồ đều được xây dựng trên một cơ sở toán học xác định Cơ sở toán học này bao gồm: tỉ lệ và phép chiếu bản đồ, bố cục bản đồ, các điểm khống chế trắc địa…

- Các đối tượng và hiện tượng (nội dung bản đồ) được biểu thị theo một phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định ( tổng quát hóa bản đồ ) Tổng quát hóa bản đồ thì phụ thuộc vào mục đích của bản đồ, tỉ lệ bản đồ, đặc điểm địa lý của lãnh thổ…

- Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ - đó là

hệ thống kí hiệu quy ước

I.1.2 Bản đồ kinh tế - xã hội

I.1.2.1 Khái niệm bản đồ kinh tế - xã hội

Kinh tế - xã hội là khái niệm nói về các hoạt động sản xuất, dịch vụ và mọi mặt của đời sống vật chất tinh thần Kinh tế - xã hội là lĩnh vực rất rộng lớn,

là đối tượng và nội dung nghiên cứu của nhiều ngành khoa học

Các bản đồ kinh tế - xã hội là loại bản đồ thể hiện sự phân bố, những đặc điểm sản xuất, đời sống, sự phát triển và hoạt động của từng lĩnh vực kinh tế -

xã hội và toàn bộ nền sản xuất xã hội

Những bản đồ kinh tế - xã hội theo nghĩa rộng là những bản đồ nội dung bao gồm những đối tượng, những đặc trưng kinh tế - xã hội của nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội của lãnh thổ.

I.1.2.2 Phân loại bản đồ kinh tế - xã hội

Nội dung của các bản đồ kinh tế - xã hội rất phong phú, thuộc đủ các lĩnh vực sản xuất và đời sống Trong nghiên cứu và thành lập bản đồ, các bản đồ kinh tế - xã hội được chia thành nhiều hệ chủ đề khác nhau Mỗi hệ chủ đề bao gồm những bản đồ đặc trưng cho một ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân

- Phản ánh được tính chất cùng thời gian đặc trưng của các hiện tượng, đối tượng kinh tế - xã hội nhất là ở những vùng lãnh thổ trong thời điểm diễn

ra những biến đổi mạnh mẽ về sự phát triển kinh tế

- Các đối tượng, hiện tượng được phân loại một cách khoa học và đảm bảo chính xác

- Các bản đồ kinh tế - xã hội phản ánh được sự phân bố và các đặc trưng về

số lượng, về chất cũng như động lực phát triển của các đối tượng, hiện tượng kinh tế - xã hội Vì vậy, loại bản đồ này được thành lập trên cơ sở kết hợp giữa thống kê học, địa lý kinh tế và bản đồ học

- Các bản đồ kinh tế - xã hội được thành lập chủ yếu qua phương pháp thống kê – toán học Các số liệu thống kê không chỉ đơn thuần là lượng,

mà còn có mối quan hệ mật thiết với chất của đối tượng kinh tế - xã hội Thông qua sự phân tích và từ những mối liên hệ của các số liệu thống kê

có thể biết được bản chất, đặc điểm, và quy luật của các hiện tượng kinh

tế - xã hội

I.1.3 Bản đồ hành chính.

I.1.3.1 Khái niệm bản đồ hành chính.

Bản đồ hành chính – chính trị là bản đồ phản ánh sự phân chia chính trị trên thế giới, mối quan hệ chính trị và sự phân chia hành chính theo các đơn vị hành chính của mỗi một quốc gia hay một vùng lãnh thổ

Bản đồ hành chính – chính trị thể hiện các tư tưởng, các quan điểm chính trị rất rõ ràng, yêu cầu có tính hiện đại, có tính thời sự cao

Các bản đồ này thường để tìm hiểu hàng loạt các vấn đề về văn hóa của các nước, sự phân chia các khu vực hành chính, các vùng dân cư, mạng lưới đường sá, thủy văn Sự phân chia chính trị và hành chính của khu vực được phản ánh lên bản đồ bằng ký hiệu của các đường ranh giới, bằng tên các nước,

và các đơn vị hành chính, bằng cách tô màu cho các diện tích quốc gia, các đơn

vị hành chính Đồng thời các đường ranh giới được phủ thêm một vệt màu

I.1.3.2 Phân loại bản đồ hành chính.

- Theo lãnh thổ

+ Bản đồ hành chính thế giới

I.1.4 Đặc điểm của việc thành lập bản đồ hành chính - chính trị

I.1.4.1 Cơ sở toán học

Bản đồ hành chính – chính trị là một dạng bản đồ chuyên đề thuộc nhóm bản đồ kinh tế - xã hội vì vậy, nó mang đầy đủ các đặc điểm của bản đồ kinh tế

- xã hội

Bản đồ hành chính – chính trị được thành lập trên một cơ sở toán học chặt chẽ, khoa học tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ phụ thuộc vào mục đích hay diện tích lãnh thổ cần thể hiện bố cục phải có tính thẩm mĩ, xen lẫn các bảng biểu thuận lợi cho việc tra cứu đối sánh Có thể bao gồm các bảng thống kê về dân

số, diện tích hoặc các trung tâm hành chính – chính trị của khu vực thể hiện

I.1.4.2 Nội dung thể hiện

Thể hiện đầy đủ nền cơ sở địa lý:

- Các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ: trên bản đồ thể hiện lưới kinh vĩ

độ, mật độ các đường lưới phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ, ghi chú độ phút của các đường lưới

- Đường giao thông: trên bản đồ biểu thị các tuyến đường sắt và các tuyến đường bộ đối với bản đồ hành chính – chính trị có ý nghĩa quan trọng, cần biểu thị chính xác các tuyến đường giao thông đặc trưng cho liên vận quốc tế và trong nước, chỉ tiến hành chọn lọc đường sá đối với giao thông cấp huyện và các cấp thấp hơn

- Thủy hệ là yếu tố có ý nghĩa rất lớn trong đời sống kinh tế cảu nhân dân Vì vậy điều quan trọng là phản ánh được mạng lưới sông ngòi trên lãnh thổ, các loại hồ, đặc điểm của đường bờ biển và hồ

- Địa hình vùng núi trên bản đồ hành chính – chính trị được biểu thị bằng phương pháp vờn bóng hoặc các đường bình độ Các đặc trưng địa hình còn được bổ sung thêm bằng các điểm độ cao và ghi chú những đối tượng sơn văn chủ yếu ( các dãy núi, cao nguyên…)

Thể hiện các yếu tố chuyên đề:

- Điểm dân cư trên loại bản đồ này thường biểu thị thành một khối lớn đầu tiên biểu thị các thủ đô, các thành phố trực thuộc, các trung tâm hành chính, sau đó biểu thị các vùng dân cư lớn với số lượng dân cư đông hoặc quan trọng về kinh tế, về chính trị và các điểm dân cư nổi tiếng trong lịch sử…để hiểu rõ được ý nghĩa hành chính và tầm quan trọng của các điểm dân cư, người ta dùng các khuyên tròn có hình dạng và kích thước khác nhau, dùng kiểu chữ ghi chú khác nhau để biểu thị

- Thể hiện đầy đủ biên giới quốc gia, các tỉnh thành, các huyện vì đây là loại bản đồ hành chính – chính trị nên tuyệt đối không được khái quát hóa hình dạng đường ranh giới, phải thể hiện tỉ mỉ, chính xác, rõ ràng

- Biểu thị những vùng thực vật, đất đai chiếm diện tích lớn có ảnh hưởng đến đời sống kinh tế của vùng và một số yếu tố khác

- Thể hiện các đơn vị hành chính, tô màu nền cho đơn vị hành chính bằng các màu khác biệt

I.1.4.3 Phương pháp thể hiện nội dung

- các yếu tố giao thông, thủy hệ, các loại đường ranh giới được biểu thị bằng phương pháp ký hiệu đường tuyến trong khi đó, nền của sông, suối hồ được thể hiện là dạng vùng có tô nền màu đặc trưng

- địa hình được biểu thị bằng phương pháp đường đẳng trị và có ghi chú một số địa vật đặc trưng

- các điểm dân cư, vị trí của các địa vật quan trọng được thể hiện bằng phương pháp kí hiệu điểm có thể là ký hiệu dạng hình học đơn giản, dạng nghệ

thuật có hình dạng gần giống với hình dạng của đối tượng thể hiện chúng được đặt chính xác vào đối tượng và có ghi chú giải thích kèm theo.

- các khu vực đông dân cư được thể hiện bằng phương pháp khoanh vùng

Có thể dùng các đường nét liên tục hoặc đường nét đứt để khoanh đường viền, dùng nét gạch hoặc màu sắc để phủ lên diện tích đó hoặc dùng ký hiệu đặt vào

- để phân biệt các đơn vị hành chính với nhau, người ta thường dùng phương pháp nền chất lượng tô nền màu khác nhau cho từng đơn vị hành chính riêng lẻ có thể sử dụng kết hợp màu sắc với nét gạch hoặc kết hợp màu sắc với

ký hiệu quy ước

I.2 TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ SỐ VÀ BẢN ĐỒ ĐIỆN TỬ

I.2.1 Khái quát về bản đồ số

I.2.1.1 Khái niệm chung bản đồ số

- Theo stephanovic: “ Bản đồ số là tập hợp có tổ chức các dữ liệu bản đồ trên các thiết bị có khả năng đọc bằng máy tính điện tử và được thể hiện dưới dạng hình ảnh bản đồ ”

- Theo A.M Berliant: “Bản đồ số là mô hình số của bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề, bản đồ chuyên môn được thể hiện dưới dạng số đối với tọa độ mặt bằng x, y, độ cao và các số liệu thuộc tính đã mã hóa Bản đồ số được thành lập trong phép chiếu, hệ thống ký hiệu quy định đối với các bản đồ cùng kiểu đã biết, có tính đến tổng quát hóa và các yêu cầu về độ chính xác”

I.2.1.2 Đặc điểm của bản đồ số

Từ những khái niệm về bản đồ số như trên ta có thể thấy rằng bản đồ số là thể loại bản đồ có những đặc điểm sau:

- Có đầy đủ các đặc điểm của bản đồ truyền thống về tính thông tin, cơ sở toán học, có tính đến tổng quát hóa và sử dụng hệ thống ký hiệu nhưng mọi thông tin trên bản đồ được ghi ở dạng số…

- Thông tin được lưu trữ trên định dạng vector hoặc raster có kèm theo topology, tổ chức thành từng file riêng rẽ hoặc liên kết thành thư mục trong các cơ sở dữ liệu của bản đồ hoặc GIS, được lưu trữ trong một hệ

thống máy tính hoặc các thiết bị ghi thông tin có khả năng đọc bằng máy tính

- Bản đồ số có thể chuyển đổi và hiện thị thành hình ảnh bản đồ tương đồng, trên các phương tiện, vật liệu khác nhau như: giấy, màn hình…

- Để làm việc với bđs cần có các thiết bị chuyên dụng như máy tính, phần mềm chuyên dụng trong công tác thành lập bản đồ…

Ngoài các đặc điểm giống như bản đồ truyền thống thì bản đồ số còn rất nhiều các ưu điểm khác hơn hẳn bản đồ truyền thống:

- Cho khả năng giao diện trực tiếp, thuận lợi và linh hoạt giữa người dùng với thông tin bản đồ

- Khả năng chứa đựng thông tin rất phong phú, chi tiết nhưng không hề ảnh hưởng đến sự hiển thị nội dung thông tin bản đồ và các phương pháp thành lập bản đồ do đặc điểm tổ chức các lớp thông tin, và do khả năng của các thiết bị tin học ngày càng tinh xảo

- Có tính chuẩn hóa cao về: dữ liệu, tổ chức dữ liệu, thể hiện dữ liệu…

- Dễ chỉnh sửa cập nhật, hoặc thay đổi về thiết kế, trình bày, kí hiệu Do đó thông tin của bản đồ luôn luôn mới, hoặc theo ý muốn của người quản lý trong khi các thông tin cũ vẫn được bảo lưu

- Có thể bảo mật ở các mức độ khác nhau

I.2.2 Khái quát về bản đồ điện tử

I.2.2.1 Khái niệm về bản đồ điện tử

Bản đồ điện tử là một dạng của bản đồ số

- Theo A.M Berliant: “ Bản đồ điện tử là bản đồ số được hiển thị hóa (trực quan hóa) trên màn hình hay môi trường máy tính, được làm sẵn để nhìn trực quan ( đĩa quang hay vật ghi nào đó) nhờ sử dụng các phương tiện kỹ thuật và chương trình, trong phép chiếu, hệ thống ký hiệu, có xét đến độ chính xác đã đặt

ra và sự trình bày ”

I.2.2.2 Chức năng của bản đồ điện tử

Bản đồ điện tử có 2 chức năng chính là xem (view) và sử dụng bằng giao diện (interactive use )

Ngày nay chức năng nhìn chỉ mang tính chất thứ yếu, bản đồ điện tử được coi như một phương tiện giao diện Xu hướng mới là tạo ra mối quan hệ mới giữa bản đồ và người sử dụng – tính ứng dụng cao hơn như: người sử dụng có thể xem, đo đạc, tính toán… thậm chí có thể thành lập các bản đồ dẫn xuất trên cơ sở

dữ liệu của bản đồ số

I.2.2.3 Một số yêu cầu đối với bản đồ điện tử

Yêu cầu chủ yếu đối với bản đồ điện tử là sự rõ ràng về nội dung đã xác định, mà ta có thể đạt được bởi hệ thống ký hiệu hóa và phương pháp tổng quát hóa hình ảnh bản đồ dựa trên lý thuyết cảm thụ thị giác và mô hình hóa

Bản đồ điện tử là một dạng sản phẩm mới, có kiểu xuất bản mới ( trên cd hoặc internet ), hình ảnh không cố định, không tiếp xúc được, tiếp xúc với thông tin qua màn hình

Ngày nay, bản đồ điện tử còn được phát triển thành các dạng mô hình bản

đồ mới như: bản đồ 3D, 4D, bản đồ động, bản đồ đa phương tiện, bản đồ internet…

I.3 TỔNG QUAN VỀ TẬP BẢN ĐỒ ( ATLAS)

I.3.1 Khái niệm về Atlas

Tập bản đồ (Atlas) là các tác phẩm bản đồ phức tạp bao gồm nhiều bản đồ được tập hợp lại một cách có hệ thống với sự gắn kết hữu cơ tạo thành một tác phẩm hoàn chỉnh theo một đề cương chung dưới một sự chỉ đạo thống nhất

Cần phải hiểu rằng tập bản đồ không phải bao gồm những bản đồ được sắp xếp một cách máy móc, mà nó bao gồm một hệ thống các bản đồ có liên hệ chặt chẽ với nhau và bổ sung cho nhau được thành lập theo một chủ đề và có mục đích sử dụng nhất định

I.3.2 Phân loại của Atlas

I.3.2.1 Phân loại theo đối tượng thành lập bản đồ

I.3.3 Đặc điểm của Atlas

- “ Toàn bộ hệ thống các bản đồ của tập bản đồ là một thể thống nhất hoàn chỉnh mà mỗi bản đồ là một phần tử của hệ thống đó” – là đặc điểm quan trọng đầu tiên của tập bản đồ

- Tính hoàn chỉnh của tập bản đồ được thể hiện ở chỗ mỗi tập bản đồ có cấu trúc như một quyển sách, nó cũng có chương mục và các chương mục đều

có nội dung liệp tiếp theo một chuỗi logic để người đọc có thể hiểu được

+ Tập bản đồ được coi là hoàn chỉnh khi mà các đề tài của nó và những khía cạnh của đề tài của tất cả các đối tượng bản đồ nói chung và các bộ phận của nó nói riêng đều được làm sáng tỏ một cách đúng đắn và cần thiết phụ thuộc vào mục đích của việc thành lập bản đồ

- Tính thống nhất của tập bản đồ thể hiện ở sự đảm bảo thống nhất nội tại của nó Tính thống nhất của bản đồ được thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau:+ Tính thống nhất về nguyên tắc thể hiện và trình bày sự sắp xếp bản đồ+ Tính thống nhất ở sự lựa chọn hợp lý hệ thống các phép chiếu, hệ thống các tỉ lệ sử dụng cho tập bản đồ

+ Tính thống nhất ở các phương pháp biểu thị nội dung và tổng quát hóa bản đồ

+ Tính thống nhất ở sự trình bày ( màu sắc hệ thống kí hiệu quy ước cho tập bản đồ).Tính thống nhất của tập bản đồ đảm bảo sự bổ sung lẫn nhau của các bản đồ, đảm bảo sự phù hợp và so sánh giữa các bản đồ

- “ Cấu trúc của tập bản đồ ”- đặc điểm quan trọng thứ hai của tập Atlas

- Cấu trúc của tập bản đồ là cơ cấu chung, là trình tự sắp xếp các phần tử cơ bản của nó bao gồm cả tờ ngoài cùng, bảng kí hiệu và mục lục của tập bản đồ

- Sự biểu thị các đối tượng và hiện tượng của lãnh thổ trong tập bản đồ phải đi từ chung tới riêng Sự sắp xếp các bản đồ trong tập atlas trước hết là các bản đồ tỉ lệ nhỏ bao quát toàn bộ lãnh thổ hoặc các vùng rộng lớn của lãnh thổ, tiếp theo là các bản đồ thể hiện các vùng riêng biệt của chúng có tỉ lệ lớn hơn, các đối tượng được thể hiện một cách đầy đủ và chi tiết hơn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

II.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐịA LÝ (GIS)

II.1.1 Khái niệm về GIS

Về cơ bản, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát triển song song tự động hóa trong công tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình bày dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn như Trắc địa bản đồ, Địa chất, Nông Lâm nghiệp, Quy hoạch phát triển, Môi trường…do có nhiều công việc phải xử

lý các thông tin liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau nên cần phải có hệ thống quản lý, liên kết các dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như bản đồ các loại, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu quan trắc, điều tra, khảo sát… Hay nói cách khác là cần phải phát triển một hệ thống các công cụ để thu thập tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ những mục đích cụ thể và tập hợp các đối tượng từ thế giới thực thông qua các dữ liệu cơ bản như:

- Vị trí các đối tượng thông qua một hệ tọa độ

- Các thuộc tính của các đối tượng

- Quan hệ không gian giữa các đối tượng

Từ đó Theo ESRI (Environmental System Reseach Institute): Hệ thống

thông tin địa lý (Geographic Information System-GIS) được định nghĩa “là một

hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người nhằm thu thập, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin địa lý trên bề mặt Trái đất”

Hoặc theo một góc độ chuyên ngành hẹp khác thì có thể định nghĩa: Hệ thống thông tin địa lý là bộ công cụ để xây dựng bản đồ số cùng với các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị, phân tích và khai thác thông tin bản đồ

II.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của GIS

Từ xa xưa con người đã biết cách biểu diễn các thông tin địa lý bằng cách thu nhỏ các sự vật theo một kích thước nào đó, rồi vẽ lên mặt phẳng để đánh dấu các đặc tính của sự vật, người ta dùng các ký hiệu khác nhau như độ cao

được biểu diễn bằng những đường bình độ, một số đối tượng được biểu thị bởi các màu sắc tương ứng hoặc bằng chú thích cùng các loại màu sắc tương ứng sự biểu thị kết quả thể hiện các ý tưởng đó được gọi là bản đồ Dần dần, bản đồ chiếm một vị trí quan trọng không thể thiếu trong đời sống con người trong quá trình phát triển kinh tế kỹ thuật, bản đồ luôn được cải tiến sao ngày càng đầy đủ thông tin hơn, ngày càng chính xác hơn Khi khối lượng thông tin quá lớn trên một đơn vị diện tích bản đồ thì người ta tiến đến lập bản đồ chuyên đề Ở bản đồ chuyên đề chỉ biểu diễn những thông tin theo một chuyên đề sử dụng nào đó Trên một đơn vị diện tích địa lý sẽ có nhiều loại bản đồ chuyên đề: bản đồ địa hình, bản đồ hành chính, bản đồ địa chất…….

Trên cơ sở của hệ thông tin bản đồ, những năm đầu của thập kỉ 60 (1963 - 1964) các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi là GIS GIS kế thừa mọi thành tựu trong ngành bản đồ cả về ý tưởng lẫn thành tựu của kỹ thuật bản đồ GIS bắt đầu hoạt động cũng bằng việc thu thập

dữ liệu theo định hướng tùy thuộc vào mục tiêu đặt ra GIS có thể hiểu một cách đơn giản là tập hợp các thông tin có liên quan đến các yếu tố địa lý một cách đồng bộ và logic Như vậy về ý tưởng nó được xuất hiện rất sớm cùng với sự phát minh ra bản đồ Nhưng sự hình thành rõ nét của hệ thống thông tin địa lý một cách hoàn chỉnh, và đưa vào ứng dụng có hiệu quả thì cũng chỉ nghiên cứu phát triển trong một số năm gần đây

Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo

vệ môi trường và phát triển GIS Thời kỳ này hàng loạt thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của GIS, dặc biệt là sự gia tăng ứng dụng của máy tính với kích thước bộ nhớ và tốc độ tăng Chính những thuận lợi này mà GIS dần dần được thương mại hóa Năm 1977 đã có nhiều hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới bên cạnh GIS thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám Một hướng nghiên cứu kết hợp giữa GIS và viễn thám đặt ra Ở thời kỳ này những nước có đầu tư dáng kể cho việc phát triển ứng dụng làm bản

đồ, hay quản lý dữ liệu có sự trợ giúp máy tính là Canada và Mỹ sao đó đến Thụy Điển, Đan Mạch, Pháp…

Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng GIS ngày càng tăng với các quy mô khác nhau Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu thập kỷ này đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng GIS như: theo dõi sử dụng tối ưu các

nguồn tài nguyên, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, các bài toán giao thông…GIS trở thành một công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý và trợ giúp quyết định.

Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu hòa nhập giữa viễn thám và GIS Các nước Bắc Mỹ và Châu Âu thu được nhiều thành công trong lĩnh vực này Khu vực Châu Á Thái Bình Dương cũng đã thành lập nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và GIS Ở các nước như Trung Quốc, Nhật Bản đã chú ý nghiên cứu GIS chủ yếu vào lĩnh vực quản lý, đánh giá tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống thông tin địa lý cũng mới chỉ bắt đầu, và chỉ được triển khai ở những cơ quan lớn như tổng Cục Địa Chính, trường Đại học Mỏ - Địa chất, Viện Điều tra quy hoạch rừng, Viện Địa chất…đồng thời mức độ ứng dụng còn hạn chế, và mới chỉ có ý nghĩa nghiên cứu hoặc ứng dụng để giải quyết một số nhiệm vụ trước mắt

Như vậy hầu hết các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đều quan tâm nghiên cứu GIS và ứng dụng nó vào nhiều ngành Ngày nay, GIS đang tới đưa công nghệ GIS trở thành hệ tự động thành lập bản đồ và xử lý dữ liệu ngày càng đạt hiệu quả cao về tốc độ và độ chính xác

Nói chung, trong thời đại khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển với tốc độ chóng mặt như hiện nay, GIS có hướng tiến tới mang tính phổ cập đại chúng cho các công tác quản lý và khai thác thông tin bản đồ cho nhiều mục đích khác nhau Vì vậy phần cứng của GIS phát triển mạnh theo giải pháp máy tính để bàn và ngày càng gọn nhẹ, nhất là những năm gần đây ra đới các bộ vi

xử lý cực mạnh, thiết bị lưu trữ dữ liệu, hiển thị và in ấn tiên tiến đã làm cho công nghệ GIS thay đổi về chất có thể nói trong suốt quá trình hình thành và phát triển của mình, GIS đã luôn tự hoàn thiện từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp để phù hợp với các tiến bộ mới nhất của khoa học kỹ thuật

Theo định nghĩa, GIS được hiểu là một hệ thống và được kiến trúc từ các thành phần cơ bản là: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, con người và

phương pháp Các thành phần đó phải cân đối, liên quan mật thiết với nhau thì

hệ thống mới hoạt động tốt được

II.2.1 Thiết bị (hard ware)

Về cơ bản hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các phần chính là Bộ xử lý trung tâm (CPU), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện từ… các thiết bị lưu trữ ( bộ nhớ ngoài), thiết bị hiển thị ( màn hình ), thiết bị in ( máy vẽ )…

- Máy tính còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) được nối với các thiết bị chứa bộ nhớ ngoài (ổ đĩa) để chứa không gian lưu trữ số liệu và các chương trình

- Máy số hóa hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hóa các số liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính

- Máy vẽ (Plotter) hoặc các thiết bị tương tự khác được sử dụng để xuất

dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vât liệu in

- Sự liên kết nộ bộ bên trong máy tính giữa các cấu thành của phần cứng cũng có thể được thực hiện thông qua hệ thống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt

- Người sử dụng các tính bị máy tính và liên kết với các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ, máy số hóa và các thiết bị ngoại vi khác thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (Video Display Unit - VDU) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng

Hình 2.1: Sơ đồ tổ chức cấu thành một hệ thống phần cứng của HTTTĐL

II.2 2 Chuyên viên (Expertise)

Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia

- Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu

- Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng xuất khác nhau

- Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí…

- Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…

- Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt

- Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý

- Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể

II.2 3 Số liệu, dữ liệu địa lý (Geographic data)

Hệ thống thông tin địa lý bao gồm dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính:

II.2.3.1 Dữ liệu địa lý

Dữ liệu địa lý bao gồm:

- Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình

Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng vector hoặc raster hỗn hợp raster-vector Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector được

phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin Thông thường người

ta hay phân lớp theo tính chất thông tin: lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp giới hành chính v.v Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn, người ta sẽ phân lớp chuyên biệt hơn như trong lớp thuỷ văn được phân thành các lớp con các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ,v.v…

Các thông tin ở dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ, không gian quản lý như một đối tượng địa lý Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa lý Các đối tượng này thể hiện ở 3 dạng: điểm, đường và vùng hoặc miền Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, miền vị trí Vấn đề được đặt ra

là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để thoả mãn các yêu cầu sau:

- Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết

- Độ dư và đồ thừa thông tin là nhỏ nhất

- Truy cập thông tin nhanh

- Cập nhật thông tin dễ dàng và không sai sót (xoá bỏ thông tin không cần thiết, bổ sung thông tin mới, chỉnh lý các thông tin đã lạc hậu)

- Thuận lợi cho việc hiền thị thông tin

II.2.3.2 Dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính (Attribute): là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý gắn liền với hiện tượng địa lý Các thông tin này được lưu trữ dữ liệu thông thường Vấn đề đặt ra là là phải tìm mối quan hệ giữa thông tin địa lý

và thông tin thuộc tính Từ thông tin ta có thể tìm ra được các thông tin kia trong

cơ sở dữ liệu

II.3 CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG GIS

Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại

dữ liệu cơ bản: dữ liệu không gian và phi không gian Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ dữ liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ

Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản

đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi,

… Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các số liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung

II.3.1 Mô hình thông tin không gian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng

mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng,

số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian

mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống

II.3.1.1 Hệ thống Vector

II.3.1.1.1 Kiểu đối tượng điểm (Points )

Điểm được xác định bởi cặp giá trị X, Y Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm:

- Là toạ độ đơn (X,Y)

- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích

Hình 2.2: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point).

Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm Vì vậy, các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau

II.3.1.1.2 Kiểu đối tượng đường (Arc )

Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:

- Là một dãy các cặp toạ độ

- Một Arc bắt đầu và kết thúc bởi Node

- Các Arc nối với nhau và cắt nhau tại Node

- Hình dạng của Arc được định nghĩa bởi các điểm Vertices

- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ

Hình 2.3: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc II.3.1.1.3 Kiểu đối tượng vùng (Polygons )

Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng Các đối tượng địa lý

có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các đặc điểm sau:

- Polygons được mô tả bằng tập các đường (arcs) và điểm nhãn (label points)

- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng

- Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng

Hình 2.4: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon)

Hình 2.5: Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ.

II.3.1.2 Hệ thống Raster

Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixcel) Mô hình raster có các đặc điểm:

- Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

- Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị

- Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer)

- Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên

Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng

là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại; chồng xếp

Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm:

• Ảnh quét

• Ảnh máy bay, ảnh viễn thám

• Chuyển từ dữ liệu vector sang raster

• Lưu trữ dữ liệu dạng raster

Trong một hệ thống dữ liệu cơ bản raster được lưu trữ trong các ô (thường hình vuông) được sắp xếp trong một mảng hoặc các dãy hàng và cột Nếu có thể, các hàng và cột nên được căn cứ vào hệ thống lưới bản đồ thích hợp.

Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bị mất Với lý do này, hệ thống raster - based không được sử dụng trong các trường hợp nơi có các chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi

Hình 2.6: Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng Raster

II.3.1.3 Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster

Việc chọn của cấu trúc dữliệu dưới dạng vector hoặc raster tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu trữ sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đường contour sẽ chính xác hơn hệ thống raster Ngoài ra cũng tuỳ vào phần mềm máy tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay raster Tuy nhiên đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì nhất thiết phải

sử dụng dưới dạng raster

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, hay còn gọi là raster hoá Biến đổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector hoá, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh Raster hoá là tiến trình chia đường hay vùng thành các ô vuông (pixcel) Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixcel để tạo thành đường hay vùng Nếu dữ liệu raster không có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối tượng sẽ rất phức tạp

Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong không gian raster trùng khớp với vị trí của điểm, đường, đường cong hay đa giác trong

biểu diễn vector Tổng quát, tiến trình biến đổi là tiến trình xấp xỉ vì với vùng không gian cho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khả năng địa chỉ hoá các vị trí toạ độ nguyên Trong mô hình vector, độ chính xác của điểm cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học.

Hình 2.7: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa raster và vector (Nguồn : Tor

Bernhardsen, 1992)

II.3.1.4 Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector

II.3.1.4.1 Thuận lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu raster

- Vị trí địa lý của mỗi ô được xác định bởi vị trí của nó trong ô biểu tượng, hình ảnh có thể được lưu trữ trong một mảng tương xứng trong máy vi tính cung cấp đủ dữ liệu bất kỳ lúc nào Vì vậy mỗi ô có thể nhanh chóng và dễ dàng được định địa chỉ trong máy theo vị trí địa lý của nó

- Những vị trí kế cận được hiện diện bởi các ô kế cận, vì vậy mối liên hệ giữa các ô có thể được phân tích một cách thuận tiện

- Quá trình tính toán đơn giản hơn và dễ dàng hơn cơ sở hệ thống dữ liệu vector

- Đơn vị bản đồ ranh giới thửa được trình bày một cách tự nhiên bởi giá trị ô khác nhau, khi giá trị thay đổi, việc chỉ định ranh giới thay đổi

II.3.1.4.2 Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster

- Khả năng lưu trữ đòi hỏi lớn hơn nhiều so với hệ thống cơ sở dữ liệu vector.

- Kích thước ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện ở phương pháp đại diện Điều này đặc biệt khó dễ cân xứng với sự hiện diện đặc tính thuộc về đường thẳng

Thường hầu như hình ảnh gần thì nối tiếp nhau, điều này có nghĩa là nó phải tiến hành một bản đồ hoàn chỉnh chính xác để thay đổi 1 ô đơn Quá trình tiến hành của dữ liệu về kết hợp thì choáng nhiều chỗ hơn với 1 hệ thống cơ sở vector

Dữ liệu được đưa vào hầu như được số hoá trong hình thức vector, vì thế

nó phải chính xác 1 vector đến sự thay đổi hoạt động raster để đổi dữ liệu hệ số hoá vào trong hình thức lưu trữ thích hợp

Điều này thì khó hơn việc xây dựng vào trong bản đồ từ dữ liệu raster

II.3.1.4.3 Thuận lợi của hệ thống cơ sở vector

- Việc lưu trữ được đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster

- Bản đồ gốc có thể được hiện diện ở sự phân giải gốc của nó

- Đặc tính phương pháp như là các kiểu từng, đường sá, sông suối, đất đai có thể được khôi phục lại và tiến triển 1 cách đặc biệt

- Điều này dễ hơn để kết hợp trạng thái khác nhau của phương pháp mô

tả dữ liệu với 1 đặc tính phương pháp đơn

- Hệ số hoá các bản đổ không cần được khôi phục lại từ hình thức raster

- Dữ liệu lưu trữ có thể được tiến triển trong bản đồ kiểu dạng đường thẳng mà không 1 raster để sự khôi phục vector

II.3.1.4.4 Bất lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu vector

- Vị trí của điểm đỉnh cần được lưu trữ 1 cách rõ ràng

- Mối quan hệ của những điểm này phải được định dạng trong 1 cấu trúc thuộc về địa hình học, mà nó có lẽ khó để hiểu và điều khiển

- Thuật toán cho việc hoàn thành chức năng thì hoàn toàn tương đương trong hệ thống cơ sở dữ liệu raster là quá phức tạp và việc hoàn thành

có lẽ là không xác thực

- Sự thay đổi 1 cách liên tiếp dữ liệu thuộc về không gian không thể được hiện diện như raster 1 sự khôi phục để raster được yêu cầu tiến hành dữ liệu kiểu này.

II.3.2 Mô hình thuộc tính không gian

Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết

và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định

- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, …liên quan đến các đối tượng địa lý

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng)

Để mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tượng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả (annotation)

Annotation: Các thông tin mô tả có các đặc điểm:

- Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ

- Có thể chạy dọc theo arc

- Có thể có các kích thước, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau

- Nhiều mức của thông tin mô tả có thể được tạo ra với ứng dụng khác nhau

- Có thể tạo thông tin cơ sở dữ liệu lưu trữ thuộc tính

- Có thể tạo độc lập với các đối tượng địa lý ïcó trong bản đồ

- Không có liên kết với các đối tượng điểm, đường, vùng và dữ liệu thuộc tính của chúng

Bản chất một số thông tin dữ liệu thuộc tính như sau:

- Số 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 thuộc tính khác, 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, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … 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 chúng với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng

- Chỉ số địa lý: được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý Ví dụ: chỉ số địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó

- Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Các mối quan hệ không gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay lôgic, ví dụ tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà 103 nếu là số nhà bên lẻ hoặc nếu là bên chẵn thì cả hai đều phải

là các số chẵn kề nhau Quan hệ Topology cũng là một quan hệ không gian Các quan hệ không gian có thể được mã hoá như các thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ của các thực thể

- Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và phi không gian: thể hiện phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phần không gian và phi không gian Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay số liệu xác định vị trí lưu trữ chung Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa toạ

độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc con trỏ đến vị trí lưu trữ của số liệu liên quan Bộ xác định được lưu trữ cùng với các bản ghi toạ

độ hoặc mô tả số khác của các hình ảnh không gian và cùng với các bản ghi số liệu thuộc tính liên quan

II.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

Hệ thống thông tin địa lý trước hết là một hệ thống thông tin cũng như các

hệ thống thông tin khác, ví dụ như thương mại, pháp luật, ngân hàng, Các hệ thống thông tin nói chung đều bao gồm các phần:

- Hệ thống thiết bị phần cứng bao gồm máy tính hoặc hệ mạng máy tính, các thiết bị đầu vào, các thiết bị đầu ra

- Hệ thống phần mềm bao gồm phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần mềm ứng dụng

- Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống cập nhật thông tin

- Hệ thống CSDL bao gồm các loại dữ kiện cần thiết

- Hệ thống hiển thị thông tin và giao diện với người sử dụng

Sự khác nhau giữa hệ thống thông tin địa lý với các hệ thống thông tin khác chỉ ở hai điểm sau:

- CSDL bao gồm các dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu chữ - số, dữ liệu multimedial, ) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này

- Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi những đặc thù riêng về độ chính xác

Một hệ thống thông tin địa lý có thể bao gồm các đặc điểm chính sau:

II.4.1 Khả năng chồng xếp các bản đồ (Map Overlaying)

Việc chồng xếp các bản đồ trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ trước đây Dựa vào kỹ thuật chồngxếp các bản đồ mà ta có các phương pháp sau:

- Phương pháp cộng (Sum)

- Phương pháp nhân (Multiply)

- Phương pháp trừ (Substract)

- Phương pháp chia (Divide)

- Phương pháp tính trung bình (Average)

- Phương pháp hàm số mũ (Exponent)

- Phương pháp che (Cover)

- Phương pháp tổ hợp (Crosstabulation)

Hình2 8: Nguyên lý khi chồng xếp các bản đồ

II.4.2 Khả năng phân loại các thuộc tính (Reclassification)

Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc phân tích các thuộc tính số liệu thuộc về không gian là khả năng của nó để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ Nó là một quá trình nhằm chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về một cấp nhóm nào đó Một lớp bản đồ mới được tạo

ra mang giá trị mới, mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ trước đây

Việc phân loại bản đồ rất quan trọng vì nó cho ra các mẩu khác nhau Một trong những điểm quan trọng trong GIS là giúp để nhận biết được các màu đó

Đó có thể là những vùng thích nghi cho việc phát triển đô thị hoặc nông nghiệp

mà hầu hết được chuyển sang phát triển dân cư Việc phân loại bản đồ có thể được trên một hay nhiều bản đồ

II.4.3 Khả năng phân tích (Spatial Analysis)

- Tìm kiếm (Searching)

- Vùng đệm (Buffer zone)

- Nội suy (Spatial Interpolation)

- Tính diện tích (Area Calculation)

Tìm kiếm (Searching)

Nếu dữ liệu được mã hoá trong hệ vector sử dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ, thì dữ liệu được nhóm lại với nhau sau cho có thể tìm kiếm một lớp 1cách

dễ dàng

Trong GIS phương pháp này khó khăn khi mỗi một thành phần có nhiều thuộc tính Một hệ lớp đơn giản yêu cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp trước khi đưa vào

Vd: Tìm đường đi trên xe taxi, tìm đặc tính của một chủ hộ nào đó trên bản đồ giaothửa, theo dõi hướng bay của các loài chim di cư

Phép logic: Các thủ tục tìm kiếm dữ liệu sử dụng các thuật toán logic Boole để thao tác trên các thuộc tính và đặc tính không gian Đại số Boole sử dụng các toán tử AND, OR, NOT tuỳ từng điều kiện cụ thể cho giá trị đúng, sai

Các phép toán logic không có tính chất giao hoán, chỉ có mức độ ưu tiên cao hơn Nó không chỉ được áp dụng cho các thuộc tính mà cho các đặc tính không gian

Vùng đệm (Buffer zone)

Nếu đường biên bên trong thì gọi là lõi còn nếu bên ngoài đường biên thì gọi là đệm (buffer) Vùng đệm sử dụng nhiều thao tác phân tích và mô hình hoá không gian

Nội suy (Spatial Interpolation)

Trong tình huống thông tin cho ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì nội suy hay ngoại suy phải thực hiện để có nhiều thông tin hơn Nghĩa là phải giải đoán giá trị hay tập giá trị mới, phần này mô tả nội suy hướng điểm, có nghĩa 1 hay nhiều điểm trong không gian được sử dụng để phát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi không đo dữ liệu được trực tiếp

Trong thực tế nội suy được áp dụng cho mô hình hoá bề mặt khi cần phải giải đoán các giá trị mới cho bề mặt 2 chiều trên cơ sở độ cao láng giềng

Tính diện tích (Area Calculation)

- Phương pháp thủ công:

+ Đếm ô

+ Cân trọng lượng

+ Đo thước tỷ lệ

- Phương pháp GIS:

+ Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác

+ Dữ liệu Raster: tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với

- Ðiều kiện về thuộc tính của đối tượng: thông qua phân tích các dữ liệu không gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra tại một điểm nhất định hoặc xác định các đối tượng thoả mãn các điều kiện đặt ra

- Xu hướng thay đổi của đối tượng: cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các lãnh thổ trong vùng nghiên cứu theo thời gian

- Cấu trúc và thành phần có liên quan của đối tượng: cung cấp mức độ sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đã có từ các nguồn khác

- Các giải pháp tốt nhất để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu

- Các mô hình nhằm giả định các phương án khác nhau

CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

III.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀ NỘI

Hà Nội – thủ đô của nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội của cả nước Hà Nội vốn là kinh đô Thăng Long của nước Đại Việt đã trải qua gần 1000 năm lịch sử dựng nước và giữ nước Lại nằm trong vùng tam giác châu thổ sông Hồng có đất đai mầu mỡ, trù

phú, nơi đây đã sớm là một trung tâm chính trị và tôn giáo ngay từ những buổi đầu của lịch sử Việt Nam.

Trải qua 10 thế kỷ, Thăng Long – Hà Nội vẫn còn lưu trữ đến nay hàng trăm di tích lịch sử, kiến trúc cổ xưa, nhiều hiện vật không những có giá trị nghệ thuật mà còn là kho tàng vô giá để con cháu tìm hiểu về đời sống xã hội của cha ông và những công lao hiển hách, lẫy lừng của các bậc hiền nhân đã làm nên một Thăng Long – Hà Nội hào hùng

Hiện nay (từ ngày 01/08/2008 ) địa giới thành phố Hà Nội được mở rộng theo Quyết định của Quốc hội nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam Theo đó thành phố Hà Nội mới bao gồm toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của Hà Nội cũ (trước ngày 01/08/2008), toàn bộ diện tích tự nhiên và dân số của tỉnh Hà Tây, huyện Mê Linh – tỉnh Vĩnh Phúc và 4 xã thuộc huyện Lương Sơn – tỉnh Hòa Bình ( Yên Bình, Yên Trung, Đông Xuân, Tiến Xuân )

Như vậy, hiện nay thủ đô Hà Nội có 10 quận ( Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đống

Đa, Hai Bà Trưng, Cầu Giấy, Tây Hồ, Thanh Xuân, Long Biên, Hoàng Mai, Hà Đông ), 1 thị xã ( Sơn Tây ) và 18 huyện ngoại thành ( Gia Lâm, Đông Anh, Sóc Sơn, Mê Linh, Ba Vì, Phúc Thọ, Thạch Thất, Quốc Oai, Đan Phượng, Từ Liêm, Hoài Đức, Thanh Oai, Thanh Trì, Thường Tín, Phú Xuyên, Mỹ Đức, Ứng Hòa, Chương Mỹ) với tổng diện tích tự nhiên là 3.328,89 km² và dân số là 6.688.000 người ( tính đến 31tháng 12 năm 2010)

III.1.1 Vị trí địa lý

Hà Nội nằm ở tọa độ: 20°34' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°17' đến 106°02' kinh độ Đông, nằm trong vùng trung tâm đông bằng Bắc Bộ, được che chắn ở phía Bắc - Đông Bắc bởi dải núi Tam Đảo và ở phía Tây - Tây Nam bởi dãy núi

III.1.2 Địa hình

Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển Nhờ phù sa

bồi đắp, ba phần tư diện tích tự nhiên của Hà Nội là đồng bằng, nằm ở hữu ngạn

sông Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác Phần diện tích đồi núi phần lớn thuộc các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức, với các đỉnh như Ba Vì cao 1.281 m, Gia Dê 707 m, Chân Chim 462 m, Thanh Lanh 427 m, Thiên Trù 378 m Khu vực nội thành có một số gò đồi thấp, như gò Đống Đa, núi Nùng

Trong khu vực có dãy núi Ba Vì là một dãy núi đất và đá vôi lớn trải trên một phạm vi khoảng 5000 ha ở 3 huyện Ba Vì, Lương Sơn và Kỳ Sơn cách nội thành Hà Nội khoảng 60km trên dãy Ba Vì có nhiều ngọn núi nổi tiếng như: ngọn Tản Viên cao khoảng 1281m, núi Vua cao 1296m ở chân núi phía Tây có dòng sông Đà, phía Đông có hồ nhân tạo Suối Hai với rất nhiều đảo lớn nhỏ rất

kỳ thú…

Nằm trên hệ thống mạch núi Tam Đảo chạy xuống, dãy núi Sóc Sơn gồm nhiều ngọn nằm trên 2 huyện Mê Linh và Sóc Sơn tạo thành ranh giới thiên nhiên giữa Hà Nội và các tỉnh: Vĩnh Phúc, Thái Nguyên

Phía Nam của Hà Nội là dãy Hương Sơn với địa hình núi đã vôi xen kẽ với sông suối tạo nên một danh thắng tuyệt vời, có khu di tích chùa hương được coi như một vùng rừng núi còn in dấu phật

Ngoài ra, trong nội thành Hà Nội còn có núi Sưa (hiện còn trong vườn Bách Thảo) và núi Nùng nơi xây cất cung điện của vua Lý Thái Tổ

Phần diện tích còn lại của Hà Nội là đồng bằng với độ cao trung bình từ 15 – 20m so với mặt nước biển

Thủ đô Hà Nội có bốn điểm cực là:

• Cực Bắc là xã Bắc Sơn, huyện Sóc Sơn

• Cực Tây là xã Thuần Mỹ, huyện Ba Vì

• Cực Nam là xã Hương Sơn, huyện Mỹ Đức

• Cực Đông là xã Lệ Chi, huyện Gia Lâm

III.1.3 Khí hậu

Khí hậu Hà Nội tiêu biểu cho vùng Bắc Bộ với đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, ít mưa Thuộc vùng nhiệt đới, thành phố quanh nǎm tiếp nhận lượng bức xạ Mặt Trời rất dồi dào và có nhiệt độ cao

Và do tác động của biển, Hà Nội có độ ẩm và lượng mưa khá lớn, trung bình 114 ngày mưa một năm Một đặc điểm rõ nét của khí hậu Hà Nội là sự thay đổi và khác biệt của hai mùa nóng, lạnh Mùa nóng kéo dài từ tháng 5 tới tháng

9, kèm theo mưa nhiều, nhiệt độ trung bình 28,1 °C Từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau là khí hậu của mùa đông với nhiệt độ trung bình 18,6 °C Cùng với hai thời kỳ chuyển tiếp vào tháng 4 và tháng 10, thành phố có đủ bốn mùa xuân, hạ, thu và đông

Khí hậu Hà Nội cũng ghi nhận những biến đổi bất thường Vào tháng 5 năm 1926, nhiệt độ tại thành phố được ghi lại ở mức kỷ lục 42,8 °C Tháng 1 năm 1955, nhiệt độ xuống mức thấp nhất, 2,7 °C Đầu tháng 11 năm 2008, một trận mưa kỷ lục đổ xuống các tỉnh miền Bắc và miền Trung khiến 18 cư dân Hà Nội thiệt mạng và gây thiệt hại cho thành phố khoảng 3.000 tỷ đồng

III.1.4 Sông ngòi

Hà Nội được bao bọc bởi các con sông lớn: sông Đà, sông Hồng, sông Cà Lồ… ngoài ra còn có các con sông khác như: sông Đuống, sông Nhuệ, sông Tích, sông Bùi, sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu…

Sông Hồng là con sông chính của thành phố, bắt đầu chảy vào Hà Nội ở huyện Ba Vì và ra khỏi thành phố ở khu vực huyện Phú Xuyên tiếp giáp Hưng Yên Đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km, chiếm khoảng một phần ba chiều dài của con sông này trên đất Việt Nam Hà Nội còn có Sông Đà là ranh giới giữa Hà Nội với Phú Thọ, hợp lưu với dòng sông Hồng ở phía Bắc thành phố tại huyện Ba Vì Ngoài ra, trên địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Đuống, sông Cầu, sông Cà Lồ, Các sông nhỏ chảy trong khu vực nội thành như sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, là những đường tiêu thoát nước thải của Hà Nội

Hà Nội cũng là một thành phố đặc biệt nhiều đầm hồ, dấu vết còn lại của các dòng sông cổ Trong khu vực nội thành, hồ Tây có diện tích lớn nhất, khoảng 500 ha, đóng vai trò quan trọng trong khung cảnh đô thị, ngày nay được