Bài giảng hệ thống thông tin địa lý (GIS) – chương 2 khoa học thông tin địa lý

Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Chương KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Thông tin địa lý liên quan nhiều đến hoạt động người, thông tin liên quan với khu vực Trái đất, bao gồm phân bố nguồn tự nhiên (đất, nước, thực vật), sở hạ tầng (đường, công trình), vị trí kinh tế, trị, đường biên giới, kể liệu thống kê dân số, tội phạm Trong chương giới thiệu thông tin địa lý khái niệm liên quan tới Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Những định nghĩa mở đầu Thông tin địa lý - Geographic information Là thông tin vị trí bề mặt Trái đất Các thông tin chi tiết, ví dụ: Ê Thông tin vị trí tất - nhà thành phố Ê Thông tin riêng biệt khu rừng Có thể mang tính tổng quát (rộng), ví dụ: Ê Khí hậu vùng rộng lớn Ê Mật độ dân số toàn đất nước Trong ví dụ thể phân giải địa lý chúng khác Những đặc điểm khác thông tin địa lý thường thay đổi (tĩnh) Ê Những yếu tố tự nhiên yếu tố người tạo (đập thủy điện, hồ chứa vv…), không thay đổi nhanh Ê Chỉ thông tin tĩnh miêu tả đồ giấy Có thể đồ sộ 12 Ê Cỡ terabyte (10 bytes) liệu gửi từ vệ tinh ngày Ê Cỡ gigabytes (gigabyte = 10 bytes) liệu cần thiết mô tả mạng lưới đường xá Việt Nam Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Dữ liệu địa lý Hình 2.1 Ba hợp phần thông tin HTTTĐL (theo J.Dangermon, 1983) Dữ liệu địa lý mô tả thực thể có vị trí Dữ liệu địa lý gồm thông tin vị trí thông tin cần quan tâm, xem thuộc tính thực thể Dữ liệu không gian phi không gian Ê Dữ liệu không gian (trả lời cho câu hỏi vị trí - đâu ?) thể đồ HTTTĐL dạng điểm (point), đường (line) vùng (polygon) Dữ liệu không gian liệu đối tượng mà vị trí xác định bề mặt Trái đất Dữ liệu không gian sử dụng HTTTĐL xây dựng hệ thống tọa độ Tọa độ lưới chiếu hay hệ thống tọa độ phẳng vị trí mặt cong trái đất chiếu lên mặt phẳng, diện tích quan tâm nhỏ độ biến dạng gây nên lưới chiếu không đáng kể Tọa độ địa lý vị trí biểu diễn vĩ độ kinh độ Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Ê Dữ liệu phi không gian (Non-Spatial data hay attribute) (nó cá gì?) thể tính chất đối tượng chiều dài, rộng đường, độ cao rừng, dân cư thành phố…dữ liệu phi không gian mô tả thông tin đặc điểm đối tượng Ê Dữ liệu thời gian (Temporal data) (nó tồn nào?), thời điểm tồn hay xuất đối tượng Các thông tin không gian (thông tin có tọa độ) thông tin thuộc tính biến đổi không phụ thuộc vào tương đối theo thời gian Thuộc tính thay đổi theo thời gian mà giữ nguyên tọa độ ngược lại, tọa độ thay đổi mà giữ nguyên thuộc tính chúng Việc hiểu rõ tính chất mối quan hệ thông tin cho phép dễ dàng phân tích tượng, trình động lực không gian địa lý Ví dụ: di chuyển cồn cát làm thay đổi vị trí không gian chúng lại giữ nguyên thuộc tính “cồn cát” Hoặc ví dụ ngược lại; trình xói mòn làm thay đổi thuộc tính “độ cao” đồi lại nguyên vị trí tọa độ Thuật ngữ sở liệu Trong CSDL HTTTĐL, cần định nghĩa ngắn gọn súc tích, mô hình liệu mô tả mối quan hệ thực thể Xác định số thuật ngữ: Entity (Thực thể) Là “một tượng thực tế mà không phân chia nhỏ thành tượng loại Có tồn độc lập rõ ràng thực tế” Ví dụ: Ê Một thành phố thực thể (nó tồn độc lập chia nhỏ thành phần nhỏ phần không gọi thành phố, chúng gọi Quận) Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Ê Một khu rừng gồm mảnh rừng nhỏ thực thể Ê Các thực thể thực tế nhà cửa, đường xá, cầu cống Đối tượng ( Object) Là trình bày dạng số tất phần thực thể Là nhìn hay sờ được; hay dạng vật chất chiếm giữ không gian Ví dụ: Ê Một đối tượng ta quan tâm nghiên cứu Ê Một nhà Ê Một hồ nước Yếu tố (Feature) Cấu tạo, hình thù, dạng hay diện mạo người hay vật thể Thuật ngữ “yếu tố” có từ đồ học sử dụng rộng rãi ứng dụng đồ kí hiệu (symbol) dùng để mô tả đối tượng/thực thể đồ Ví dụ: Ê Các yếu tố (features) nhân tạo đường contour, ranh giới hành Ê Các yếu tố dạng số cấu trúc từ yếu tố đồ họa : điểm, đường vùng Phương pháp trình bày yếu tố phụ thuộc vào tỷ lệ Ví dụ: Ê Về phương diện địa lý thành phố trình bày điểm (point) diện tích nghiên cứu qui mô lục địa Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Ê Thành phố trình bày vùng diện tích nghiên cứu bang quốc gia Các kiểu thực thể (Entity types) Các tượng (phenomena) lưu trữ sở liệu xác định kiểu thực thể Một kiểu thực thể nhóm tượng tương tự thể lưu trữ kiểu Ví dụ: đường xá, sông suối, độ cao, thực vật Trong HTTTĐL xác định kiểu thực thể nhằm: Giúp cho việc chồng xếp nhóm thông tin Trợ giúp cho việc kiểm chứng nội dung sở liệu Lớp liệu (Layers) Mỗi lớp trình bày kiểu thực thể đơn lẻ nhóm kiểu thực thể quan hệ Ví dụ: lớp có đoạn sông có sông, hồ, bờ biển Một lớp đối tượng tập hợp đối tượng biểu diễn tập hợp thực thể Ví dụ; tập hợp điểm thể tập hợp lỗ khoan Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Hình 2.2 Tổ chức lớp liệu Thuộc tính (Attribute) Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Là mục liệu mô tả thực thể thường liệu phi không gian Giá trị thuộc tính Giá trị thực thuộc tính đo lường lưu trữ sở liệu Mỗi kiểu thực thể gán nhãn (label) biết thuộc tính Ví dụ: đường có tên xác định theo lớp như: hẻm hay đường ô tô Các giá trị thuộc tính thường tổ chức bảng liệt kê thực thể theo hàng, cột Mỗi kiểu thực thể phải mô tả số thuộc tính Ví dụ: thuộc tính cho thực thể “NGƯỜI” “CHỖ Ở” thực thể không gian KHU VỰC là: Kiểu thực thể Những thuộc tính Giá trị thuộc tính Tên "John Smith" Địa "14 High Street, Toytown" Ngày sinh "July 1937" Kiểu Separate house Địa "14 High Street, Toytown" Số lượng phòng Dân số 5, 134 Tuổi: 0-9 520 Tuổi: 10-19 724 Thực thể phi không gian NGƯỜI CHỖ Ở Thực thể không gian KHU VỰC Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Những kỹ thuật thông tin địa lý Là kỹ thuật-công nghệ để thu thập phân phối thông tin địa lý Có ba kiểu chính: Hệ thống định vị toàn cầu - (GPS) Là hệ thống vệ tinh quĩ đạo Trái Đất truyền tải tín hiệu nhằm định vị trí bề mặt Trái đất Đặc điểm hệ thống là: Ê Những tín hiệu nhận thiết bị điện tử đặc biệt Các thiết bị ngày nhỏ gọn Ê Cung cấp trực tiếp phép đo vị trí bề mặt Trái Đất Ê Định vị dạng (kinh, vĩ độ) hay hệ thống chuẩn khác Viễn thám Sử dụng vệ tinh quĩ đạo Trái Đất thu nhận thông tin bề mặt Trái Đất khí Thông tin thu nhận khác tùy thuộc vào độ phân giải không gian, phân giải phổ thu nhận Những tín hiệu truyền Trái Đất thu nhận trạm thu tín hiệu chuyển dạng phổ biến ảnh số Hệ thống thông tin địa lý HTTTĐL phối hợp phần mềm, phần cứng, liệu, người sử dụng vv , để giải vấn đề, cho phép định, giúp cho phát triển dự án Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý - HTTTĐL Định nghĩa Hệ thống thống tin địa lý Ủy ban tọa độ quốc gia liên ngành đồ số Mỹ, 1988 định nghĩa: Hệ thống thông tin địa lý tập hợp phần cứng, phần mềm thủ tục để lưu trữ, quản lý, điều khiển, phân tích, mô hình hóa hiển thị liệu địa lý Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ nhằm giải vấn đề quản lý qui hoạch phức tạp (Fischer and Nijkamp, 1992): Là hệ thống thông tin máy tính dùng tiếp nhận, lưu trữ, thao tác, phân tích hiển thị liệu không gian liệu thuộc tính liên quan, nhằm giải nghiên cứu phức tạp, vấn đề qui hoạch quản lý HTTTĐL đem lại thuận tiện nhờ phát triển nhanh kỹ thuật vi xử lý, sức chứa liệu khả phân tích liệu Dữ liệu liệu không gian liên quan với giới thực Trong giới thực bao gồm nhiều yếu tố địa lý thể lớp liệu quan hệ Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Hình 2.3 Thế giới thực gồm nhiều lớp liệu quan hệ Hệ thông tin địa lý công cụ quản lý, phân tích liệu Song song với phát triển kỹ thuật HTTTĐL phát triển khả ứng dụng Những yêu cầu kỹ thuật đồ, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, giám sát biến đổi môi trường sinh thái, quản lý rừng, quản lý nhân nhiều lĩnh vực khác biến HTTTĐL trở thành ứng dụng máy tính lớn Tại lại phát triển kỹ thuật (?) kỹ thuật HTTTĐL giúp tổ chức liệu vấn đề trên, cho phép tích hợp thông tin, tìm hiểu mối liên hệ yếu tố Rất nhiều chương trình máy tính sử dụng rộng rãi Lotus 1-2-3, Excel, Winword hiểu liệu (data) Auto CAD hiểu liệu đồ họa, HTTTĐL, khác HTTTĐL cho phép thực mô phỏng, vấn đáp, phân tích liệu, tạo sản phẩm dẫn xuất HTTTĐL đơn giản hệ thống máy tính tạo đồ với tỉ lệ khác nhau, phép chiếu khác hay với màu khác nhau, mà HTTTĐL công cụ phân tích Sức mạnh HTTTĐL cho phép mô hình hóa, phân tích, hợp miêu tả nhiều loại liệu, lưu trữ tạo sản phẩm HTTTĐL không lưu đồ để xem diện tích, chiều dài vv kỹ thuật HTTTĐL lưu liệu dạng mà nhà chuyên môn tạo cách nhìn riêng HTTTĐL mô phỏng, liên kết thông tin địa lý đối tượng đồ, thông tin lưu thuộc tính hay thông số hình học mô tả cho đối tượng Ví dụ đường thể đường trung tâm, điểm khoáng sản thể biểu tượng đặc trưng thông tin HTTTĐL ngày trở nên phổ biến với tính đồ họa bật cộng với mô hình chiều làm cho đồ hấp dẫn quan trọng Chức nối kết nhúng đối tượng (Object Lingking and Embedding - OLE) cho phép nhập đồ vào tài liệu Những sở liệu đồ sộ tạo Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ đối tượng đồ lớn Ví dụ; đồ nước Việt nam, bạn nhấn vào Tỉnh, thành phố, đường có đủ thông tin cần thiết HTTTĐL có thuận lợi từ tiến hai lĩnh vực lớn máy tính: Ê Phác thảo vẽ trợ giúp máy tính (CAD) thiết bị phục vụ cho đồ họa Ê Hệ thống quản lý sở liệu (DBMS) quản lý thuộc tính cột liệu Cả đồ thị thuộc tính thao tác HTTTĐL HTTTĐL mạnh CAD liệu đồ thị nối kết với với liệu thuộc tính điều khiển hệ quản trị liệu (DBMS) Mỗi hệ HTTTĐL bao gồm DBMS giao tiếp với DBMS Sự phân biệt rõ ràng hệ HTTTĐL CAD khả thực phân tích không gian Tổng hợp nhận thức cho thấy HTTTĐL không dụng cụ phác thảo mà dụng cụ quản lý phân tích, trợ giúp cho việc định với hệ thống sở liệu có chức mạnh [...].. .Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ Hình 2. 3 Thế giới thực gồm nhiều lớp dữ liệu quan hệ Hệ thông tin địa lý một công cụ quản lý, phân tích dữ liệu Song song với sự phát triển về kỹ thuật HTTTĐL đó là sự phát triển về các khả năng ứng dụng của nó Những yêu cầu mới về kỹ thuật bản đồ, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, giám sát sự biến đổi môi trường sinh thái, quản lý rừng, quản lý nhân... ra những Chương 2: KHOA HỌC THÔNG TIN ĐỊA LÝ đối tượng bản đồ lớn Ví dụ; trên bản đồ nước Việt nam, bạn có thể nhấn vào một Tỉnh, một thành phố, một con đường là có đủ thông tin cần thiết HTTTĐL có những thuận lợi từ sự tiến bộ trong hai lĩnh vực lớn về máy tính: Ê Phác thảo và vẽ trợ giúp bằng máy tính (CAD) là các thiết bị phục vụ cho đồ họa Ê Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) quản lý thuộc tính... nhà chuyên môn tạo ra cách nhìn riêng của mình HTTTĐL mô phỏng, liên kết thông tin địa lý bằng các đối tượng trên bản đồ, thông tin được lưu như là thuộc tính hay thông số hình học mô tả cho các đối tượng Ví dụ một con đường được thể hiện bằng đường trung tâm, điểm khoáng sản thể hiện bằng các biểu tượng đặc trưng và các thông tin về nó HTTTĐL ngày càng trở nên phổ biến với tính năng đồ họa nổi bật... các thông tin, tìm hiểu được mối liên hệ giữa các yếu tố Rất nhiều các chương trình máy tính được sử dụng rộng rãi như Lotus 1 -2- 3, Excel, Winword có thể hiểu như là dữ liệu (data) và Auto CAD hiểu là dữ liệu đồ họa, nhưng nó không phải là HTTTĐL, sự khác nhau là HTTTĐL cho phép thực hiện mô phỏng, vấn đáp, phân tích dữ liệu, tạo ra những sản phẩm dẫn xuất HTTTĐL không phải đơn giản chỉ là hệ thống. .. dữ liệu thuộc tính được điều khiển bởi hệ quản trị dữ liệu (DBMS) Mỗi hệ HTTTĐL bao gồm DBMS hoặc giao tiếp được với DBMS Sự phân biệt rõ ràng giữa hệ HTTTĐL và CAD là khả năng thực hiện các phân tích không gian Tổng hợp các nhận thức trên cho thấy HTTTĐL không chỉ là dụng cụ phác thảo mà còn là dụng cụ quản lý và phân tích, trợ giúp cho việc ra quyết định với hệ thống cơ sở dữ liệu có các chức năng