Công nghệ GIS

Công nghệ GIS

Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 1 - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN ******* BÁO CÁO KHAO HỌC Đề bài: CƠNG NGHỆ GIS GV Hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Quốc Hưng SV Thực hiện: Nguyễn Trọng Tư –K54C Hà Nội 04/2008 THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 2 - MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN . 4 Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng . - 4 - MỞ ĐẦU . - 6 - Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS . - 8 - 1.1. GIS là gì? . - 8 - 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS - 8 - 1.3. Nền tảng GIS . - 9 - 1.3. GIS quản lý các tập hợp thơng tin địa lý - 10 - 1.3.1. Tạo bản đồ và mơ hình cầu trái đất - 10 - 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu - 10 - 1.3.3. Xử lý và làm mẫu luồng cơng việc - 11 - 1.3.4. Làm mẫu dữ liệu - 11 - 1.3.5. Siêu dữ liệu - 11 - 1.4. Hệ thống thơng tin địa lý thơng minh . - 11 - 1.5. Ba cách hiển thị của GIS - 14 - 1.5.1. Cách hiển thị CSDL: - 15 - 1.5.2. Hiển thị trực quan địa lý ảo - 20 - 1.5.3. Hiển thị mơ hình . - 24 - 1.6. Xây dựng các yếu tố hình học GIS - 27 - 1.6.1. Giới thiệu các yếu tố hình học GIS - 27 - 1.6.2. Các yếu tố hình học của GIS - 29 - 1.6.3. Thực thi vật lý tiêu chuẩn . - 31 - 1.6.4. Thực thi vật lý thay thế - 36 - Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ . - 42 - 2.1. Các khái niệm về dữ liệu bản đồ và dữ liệu GIS - 43 - THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 3 - 2.1.1. Các hệ toạ độ và phạm vi bản đồ . - 43 - 2.1.2. Dữ liệu Raster và Vector - 45 - 2.1.3. Bản đồ cơ sở và các lớp dữ liệu theo chủ đề - 46 - 2.1.4. Khai thác liệu GIS, tiếp cận và phân phối - 47 - 2.2. CSDL địa lý . - 48 - 2.2.1. GIS với các loại tệp dữ liệu và hệ quản trị CSDL quan hệ - 48 - 2.2.2. Hỗ trợ các định dạng dữ liệu - 49 - 2.3. Siêu dữ liệu và GIS . - 50 - 2.3.1. Siêu dữ liệu là gì? . - 50 - 2.3.2. Tại sao siêu dữ liệu quan trọng đối với GIS? . - 52 - 2.3.3. Các ứng dụng GIS hỗ trợ siêu dữ liệu như thế nào? - 54 - 2.4. Quản trị dữ liệu . - 58 - Kết luận . - 59 - Tài liệu tham khảo . Error! Bookmark not defined. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 4 - LỜI CẢM ƠN . Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong khao Cơng nghệ thơng tin, trong chun ban Khoa học máy tính, đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Quốc Hưng đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt thời gian làm báo cáo khoa học Do trình độ và thời gian có hạn nên trong q trình thực hiện đề tài khơng tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của q thầy cơ giáo và các bạn để đề tài được hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 5 - Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng Các thuật ngữ, các cụm từ viết tắt Chú giải CAD Computer Aided Design CSDL Cơ Sở Dữ Liệu ESRI Environmental Systems Research Institute FGDC Federal Geographic Data Committee GIS Geography Information System GML Geography Markup Language GSDI Global Spatial Data Infrastructure ISO International Organization for Standardization LAN Local Area Network NSDI National Spatial Data Infrastructure SDI Spatial Data Infrastructure SOAP Simple Object Access Protocol SANs Storage Area Networks TINs Triangulated Irregular Networks UDDI Universal Description, Discovery, and Integration WAN Wide Area Network WFS Web Feature Service WMS Web Map Service WSDL Web Services Description Language XML Extensible Markup Language THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 6 - MỞ ĐẦU Khoa học ngày nay ngày càng phát triển kéo theo đó nhu cầu tìm hiểu về khoa học, về cơng nghệ và về thế giới ngày càng tăng cao. Việc tìm hiểu về thế giới xung quanh là sự tò mò cũng như là niềm mơ ước của bao nhiêu người. Người ta có nhiều cách để khám phá thế giới như đi du lịch, thể thao thám hiểm, xem ti vi, hoặc biến thế giới trở thành một mơ hình nhỏ nằm bên trong hệ thống máy tính để con người có thể xem chi tiết tất cả các vấn đề về địa lý, về thời tiết, địa hình, sơng ngòi, hay chỉ đơn giản là đi du lịch qua màn ảnh vi tính các mơ hình sống động dựa trên thế giới thực trên màn ảnh máy vi tính. Cơng nghệ ngày nay phát triển đã biến những điều đó trở thành hiện thực và khơng đâu khác đó chính là cơng nghệ GIS một cơng nghệ mơ phỏng thế thới thơng tin địa lý một cách khoa học, chính xác và có hệ thống. Để làm được những điều trên đây, một bài tốn lớn đặt ra là việc thu thập và xử lý dữ liệu địa lý một cách chính xác và cập nhật thường xun. Cơng việc tiếp theo là mơ hình hố các dữ liệu đó, xử lý và biểu diễn chúng trên các ứng dụng điện tử cũng như trên các dịch vụ Web. Ngày nay, có rất nhiều tổ chức nghiên cứu và đi sâu định hướng vào việc phát triển các mơ hình địa lý thế giới dựa trên cơng nghệ GIS và các dịch vụ liên quan. Vì vậy nghiên cứu về cơng nghệ thơng tin địa lý nói chung và cơng nghệ GIS nói riêng đang là một xu hướng tất yếu của khoa học ngày nay. Nó mang lại nhiều tiềm năng về khoa học cũng như các lợi ích về kinh tế, văn hóa, xã hội, cũng như nhiều mặt khác của một đất nước cũng như của tồn thể thế giới. Các ứng dụng của cơng nghệ GIS có hai loại chủ yếu đó là các phần mềm và các dịch vụ Web. Các phần mềm dựa trên GIS có nhiệm vụ chủ yếu là xử lý thơng tin địa lý và biểu diễn mơ hình hố về bản đồ, về địa hình, khí hậu, thiên tai, khống sản…của tất cả các vùng, các quốc gia, các châu lục, các đại dương và tồn cầu. Các dịch vụ ứng dụng trên cơng nghệ GIS chủ yếu là các dịch vụ Web xử lý các u cầu về địa lý, cung cấp các thơng tin về địa lý với nền Web nhúng các ứng dụng cơng nghệ GIS hỗ trợ xử lý. Với tính cấp thiết và những ứng dụng cũng như lợi ích từ cơng nghệ GIS mang lại, nội dung của khố luận chủ yếu tập trung vào các vấn đề mang tính cơ bản của một hệ thống thơng tin địa lý, tập thu thập và tổng hợp thơng tin, sự xử lý thơng tin và biểu diễn THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 7 - thơng tin của hệ thống đó. Và đối tượng nghiên cứu cuối cùng của khố luận này là mơi trường truyền thơng của các mạng địa lý cũng như các mạng ứng dụng cơng nghệ GIS, các dịch vụ Web dựa trên cơng nghệ GIS. Với cơ sở hạ tầng về kinh tế, xã hội cũng như về khoa học, cơng nghệ, truyền thơng…thì việc tất yếu phải có một hệ thống ứng dụng GIS để quản lý các tài ngun và ứng dụng địa lý là một bước ngoặt hết sức quan trọng thúc đẩy những lợi ích xã hội và kinh tế của nước ta nói riêng và của thế giới nói chung. Và để làm được điều đó, trước tiên chúng ta phải làm quen dần với cơng nghệ GIS và các ứng dụng cũng như dịch vụ dựa trên cơng nghệ này, sau đó là sự triển khai vào thực tế. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 8 - Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 1.1. GIS là gì? GIS là hệ thống thơng tin địa lý, là cơng cụ máy tính bao gồm tập hợp phần cứng, phần mềm máy tính và dữ liệu địa lý nhằm chụp hình, quản lý, phân tích và hiển thị tất cả các dạng của thơng tin liên quan đến địa lý. G, I, và S • G: geographic – thuộc địa lý: – Dữ liệu khơng gian – Các thành phần liên quan đến địa lý. • I: information – thơng tin: – Cơ sở dữ liệu – Hiển thị thơng tin • S: systems – Các hệ thống – Người sử dụng – Phần cứng – Phần mềm 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS  Phần cứng – Hardware  Phần mềm – Software  Dữ liệu - Data  Con người - People  Các phương thức - Methods THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 9 - Hình 1.1 Các thành phần của GIS 1.3. Nền tảng GIS Các u cầu GIS tác dụng như thế nào để phần mềm GIS được xây dựng và sử dụng. GIS, giống như các cơng nghệ thơng tin khác, phải được thực thi trong một phương thức đơn giản cho phép các ứng dụng hỗ trợ các luồng cơng việc của mỗi tổ chức và các u cầu thương mại. Điều này đã được hồn thành bằng việc cung cấp một nền tảng phần mềm chung để cung cấp các hỗ trợ đầy đủ cho các loại đầy đủ các yếu tố tri thức địa lý như là các cơng cụ đầy đủ cho việc quản lý dữ liệu, chỉnh sửa, phân tích, và hiển thị. Trong bối cảnh như vậy, phần mềm GIS có thể ngày càng tăng lên đối với cơ sở hạ tầng cơng nghệ thơng tin thu thập rộng rãi, và các hệ thống nhiều người sử dụng phức tạp. Hình 1.2 Nền tảng GIS THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 10 - Một nền tảng GIS phải được cung cấp tất cả các khả năng cần thiết để hỗ trợ các tầm nhìn mở rộng.  CSDL địa lý lưu trữ và quản lý tất cả các đối tượng địa lý  Một mạng dựa trên Web phân phối việc quản lý và chia sẻ thơng tin địa lý  Các ứng dụng máy bàn và máy chủ cho: o Biên dịch dữ liệu o Truy vấn thơng tin o Phân tích và xử lý địa lý khơng gian o Sản phẩm thuộc bản đồ học o Hiển thị hình ảnh trực quan và khai thác các hình ảnh o Quản lý dữ liệu GIS  Mơ đun hố các thành phần phần mềm (các động cơ) để nhúng vào GIS một cách logic trong các ứng dụng khác và xây dựng các ứng dụng khách hàng  Các dịch vụ thơng tin địa lý cho nhiều lớp và tập trung nhiều hệ thống GIS  Một nền tảng GIS tổng cho thấy tất cả các u cầu địa lý 1.3. GIS quản lý các tập hợp thơng tin địa lý GIS quản lý, phân tích và hiển thị về lĩnh vực địa lý mà được biểu diễn sử dụng một chuỗi các tập hợp thơng tin. Các tập hợp thơng tin đó bao gồm: 1.3.1. Tạo bản đồ và mơ hình cầu trái đất Các hiển thị tương tác của dữ liệu địa lý để trả lời nhiều câu hỏi, các kết quả hiện hữu, và sử dụng nhưn là một bảng hiển thị cho cơng việc thực tế. Tạo bản đồ mà mơ hình cầu trái đất cung cấp các ứng dụng nâng cao của GIS cho việc tương tác với các dữ liệu địa lý. 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu Các tệp cơ sở và các cơ sở dữ liệu của thơng tin địa lý như là các tính năng, các mạng, các mơ hình, các địa vật, các bề mặt và các tính chất. THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN [...]... Báo cáo khoa hoc GIS bao gồm tập hợp các cơng cụ và các loại dữ liệu có thể thu thập được cho xử lý trong một xử lý địa lý thống nhất Nhiều hoạt động xử lý địa lý nhiều bước có thể được tạo ra, thực thi, va chia sẻ trong các ứng dụng GIS như là ArcGIS can be authored, executed, and shared in ArcGIS Cùng với nhau, ba cách hiển thị này của GIS là các phần khơng thể thiếu được trong GIS thơng minh và... tài ngun, ước lượng, truyền thơng) Hình 1.5 Phần mềm GIS GIS trừu tượng hố địa lý trong năm yếu tố cơ bản được sử dụng cho việc hiển thị kiến thức về địa lý Các yếu tố này cùng với các phần mềm nâng cao cung cấp các khối nhà cho GIS thơng minh GIS thơng minh cho phép nắm bắt và chia sẻ các hiểu biết về địa lý trong nhiều khn dạng – các tập hợp dữ liệu GIS tiên tiến, bản đồ hố, làm mẫu dữ liệu, ý kiến... giản hoặc thêm dữ liệu vào một cơng cụ ánh xạ trực tuyến 1.5.1 Cách hiển thị CSDL: Một GIS là một loại CSDL riêng biệt của thế giới – một CSDL địa lý (geodatabase) Nó là một hệ thống thơng tin về địa lý Về cơ bản, một GIS được dựa trên một CSDL có cấu trúc diễn tả thế giới trong về phương diện địa lý 1) Dữ liệu GIS: Một GIS là một CSDL khơng gian Sự biểu diễn lại địa hình: Như là một phần của việc thiết... số dựa trên lưới Raster Định nghĩa chính xác các tập hợp dữ liệu địa lý là quyết định cho sự hữu dụng của các GIS, và khái niệm dựa trên lớp của tập hợp các thơng tin theo chủ đề là quyết định cho các tập hợp dữ liệu GIS GIS tích hợp nhiều loại dữ liệu khơng gian Hình 1.26 Các lớp dữ liệu GIS Các tập hợp dữ liệu có thể được biểu diễn: Các số đo thuần túy (như là hình ảnh từ vệ tinh) Thơng tin biên... sử ụng GIS chỉnh sửa dữ liệu và trình diễn dữ liệu qua cá bản đồ tương tác Ngồi những bản đồ, những hiển thị tương tác khác, như thời gian, địa cầu, và các biểu đồ vẽ được sử dụng như những sự hiển thị của CSDL GIS Nó thơng qua một bản đồ Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 21 - THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc tương tác mà những người sử dụng GIS thực hiện các cơng việc chung về GIS từ... một cấu trúc khác để thực hiệ nhiều cơng việc chung của GIS – ví dụ, để nhập dữ liệu vào từ một số dạng tích hợp vào GIS, và thực hiện một số chuẩn hố kiểm tra hiệu quả chất lượng dữ liệu đã được nhập Khả năng tự động lặp lại các luồng cơng việc là khả năng hữu dụng trong GIS Nó được áp dụng rộng rãi trong một số các ứng dụng và các kịch bản của GIS Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 25 - THƯ VIỆN ĐIỆN... – Lớp K54C - CNTT - 14 - THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Một hệ thống GIS thường được kết hợp với một bản đồ Tuy nhiên, một bản đồ chỉ là một cách bạn có thể làm việc với dữ liệu địa lý trong một hệ thống GIS, và chỉ một kiểu của sản phẩm tạo bở GIS Điều này rất quan trọng vì nó có nghĩa là một hệ thống GIS có thể cung cấp sự phân phối lớn với nhiều khả năng giải quyết vấn đề hơn là sử... đường xá, mạng lưới các con sơng … )? Sự tiến triển CSDL GIS cho ra một cách đơn giản hơn các cấu trúc dữ liệu GIS cổ điển tới một lược đồ quan hệ thơng thường CSDL GIS phải được đánh địa chỉ các mặt chức năng của CSDL như: mơ hình thực thể, mơ hình chuyển giao, và các vấn đề phát sinh thực hiện/khả năng đo đếm được Mặt khác của thực thi CSDL GIS chạy các rủi ro của các kho chứa dữ liệu tách rời mạng... các lớp có thể đơn giản nhận được qua vị trí địa lý chung của chúng GIS quản lý các lớp dữ liệu đơn giản như các lớp đối tượng GIS tự nhiên và tận dụng tập hợp phong phú các cơng cụ làm việc với cá lớp dữ liệu để đạt được nhiều mối quan hệ chủ chốt Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 19 - THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Báo cáo khoa hoc Một GIS sử dụng các tập hợp dữ liệu chữ số với nhiều các thể hiện, thường... được tổ chức Vì vậy, nó rất quan trọng cho các tâp hợp dữ liệu GIS để: Đơn giản việc sử dụng và dễ hiểu Tiện dụng với các tập hợp dữ liệu địa lý khác Biên dịch hiệu quả và chuẩn xác Có tài liệu rõ ràng cho nội dung, sử dụng mong đợi, và cho các mục đích Bất cứ CSDL GIS nào hoặc cơ sở tệp nào cũng đều tn theo những ngun lý chung nay Mỗi GIS đòi hỏi có một cơ chế biểu diễn các dữ liệu địa lý trong các