Các cấu trúc dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý

i LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đặng Văn Đức, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, người định hướng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trình thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên tận tình truyền đạt kiến thức, quan tâm, động viên thời gian học tập nghiên cứu Trường Tôi xin chân thành cảm ơn Trường THPT Chuyên Bắc Kạn đơn vị công tác tạo điều kiện để hoàn thành nhiệm vụ học tập Cho phép gửi lời cảm ơn tới bạn học CK12I - lớp chuyên ngành Khoa học máy tính, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp tài liệu hữu ích thời gian học tập, nghiên cứu Trường trong trình thực luận văn tốt nghiệp vừa qua Vì lượng kiến thức thực tế nên luận văn em khó tránh khỏi hạn chế khiếm khuyết, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn để thân em hoàn thành tốt kiến thức Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2015 Hạ Thị Thảo ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Các cấu trúc liệu hệ thống thông tin địa lý.” công trình nghiên cứu hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, tham khảo nguồn tài liệu rõ trích dẫn danh mục tài liệu tham khảo Các nội dung công bố kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố công trình Thái Nguyên, tháng 09 năm 2015 Hạ Thị Thảo iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Ký hiệu/từ viết tắt Viết đầy đủ CSDL Cơ sở liệu ESRI Environmental Ý nghĩa Cơ sở liệu Systems Viện nghiên cứu Hệ thống môi Research Institute trường Mỹ GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý I/O Input/Output Nhập/Xuất XUB X on Upper Bound X biên YUB Y on Upper Bound Y biên XLB X on Lower Bound X biên YLB Y on Lower Bound Y biên iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các trường hợp phép chèn vào tứ phân điểm 33 Bảng 2.2: Mô tả bốn cành nút N tứ phân MX 35 Bảng 3.1 Các nút lệnh công cụ 56 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hệ thông tin địa lý (ESRI) Hình 1.2: Sự ảnh hưởng lựa chọn kích thước tế bào Hình 1.3: Trật tự không gian Hình 1.4: Số liệu vectơ biểu thị dạng điểm (Point) Hình 1.5: Số liệu vectơ biểu thị dạng Arc Hình 1.6: Số liệu vectơ biểu thị dạng vùng (Polygon) Hình 1.7: Các nhóm chức GIS 12 Hình 2.1: Cây k-d tương ứng cho điểm có sẵn 20 Hình 2.2: Lưới đồ dựng 21 Hình 2.3: Trình tự chèn vào 2-d 22 Hình 2.4: Phép chèn k-d đồ 23 Hình 2.5: Cách phân hoạch mặt phẳng điểm xã tứ phân điểm 30 Hình 2.6: Tiến trình chèn vào tứ phân điểm 31 Hình 2.7: Mô hình tứ phân điểm 32 Hình 2.8: Trình tự chèn vào tứ phân MX 36 Hình 2.9: Phép chèn điểm vào tứ phân MX 37 Hình 2.10: Sơ đồ R - Tree 39 Hình 11: Bản đồ mẫu mô tả cách nhóm hình chữ nhật minh họa R 40 Hình 2.12: Ví dụ tập hợp đoạn thẳng nhúng với lưới x 41 Hình 2.13: Tập hợp đoạn thẳng không gian bao hình chữ nhật42 Hình 2.14: Trình tự chèn vào R 44 Hình 2.15: Bản đồ mô tả phép chèn R 45 Hình 2.16: Mô tả phép tách 47 Hình 3.1: Mô hình Use Case hệ thống 51 Hinh 3.2: Giao diện chương trình 55 Hình 3.3: Bản đồ sau hiển thị lớp đường lớp điểm 56 Hình 3.4 Bản đồ hiển thị lớp điểm 57 Hình 3.5 Truy vấn vùng đồ lớp điểm 57 Hình 3.6: Kết truy vấn hình 3.5 58 Hình 3.7: Truy vấn vùng đồ tổng thể 58 Hình 3.8: Kết truy vấn vùng đồ tổng thể 59 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH iv MỤC LỤC v MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 1.1 Một số khái niệm GIS 1.2 Cấu trúc liệu địa lý 1.2.1 Dữ liệu không gian 1.2.2 Dữ liệu phi không gian 1.3 Các chức GIS 11 1.4 Tìm kiếm phân tích liệu không gian 13 1.4.1 Tìm kiếm nội dung vùng không gian 13 1.4.2 Tìm kiếm khoảng cận kề 14 1.4.3 Tìm kiếm tượng thao tác bao phủ (overlay) 14 1.4.4 Nội suy mô hình hóa bề mặt 15 1.4.5 Phân tích đường đường dẫn 15 1.4.6 Mô hình hóa tương tác không gian 15 1.4.7 Đồ họa tương tác 16 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ CẤU TRÚC DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG GIS 17 2.1 Vấn đề lưu trữ mục liệu địa lý 17 2.2 Cây k-d (k-d tree) 18 2.2.1 Cấu trúc nút 19 2.2.2 Chèn tìm kiếm 2-d 20 2.2.3 Xóa 2-d 24 2.2.4 Truy vấn khoảng 2-d 25 2.2.5 Cây k-d với k≥2 28 2.3 Cây tứ phân điểm (Point quadtree) 28 2.3.1 Chèn tìm kiếm tứ phân điểm 30 2.3.2 Thao tác xoá tứ phân điểm 31 2.3.3 Truy vấn khoảng tứ phân điểm 33 vi 2.4 Cây tứ phân Matrix MX (MX-Quadtree) 34 2.4.1 Chèn tìm kiếm MX-Quadtree 35 2.4.2 Thao tác xoá MX-Quadtree 37 2.4.3 Truy vấn khoảng MX-Quadtree 38 2.5 Cây R (R - Tree) 39 2.5.1 Chèn tìm kiếm R-Tree 42 2.5.2 Xoá R-Tree 45 2.5.3 Thuật toán tách nút (Node Splitting ) 46 2.5.4 Cây R* (R*- Tree) 47 2.6 So sánh liệu 48 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 50 3.1 Lựa chọn toán thử nghiệm công nghệ sử dụng 50 3.1.1 Phát biểu toán 50 3.1.2 Cách giải 50 3.2 Mô tả liệu thử nghiệm 52 3.3 Phân tích thiết kế chương trình thử nghiệm 53 3.3.1 Công cụ xây dựng chương trình 53 3.3.2 Đặc tả chức chương trình 53 3.4 Đánh giá kết thu 54 3.4.1 Cài đặt thử nghiệm 54 3.4.2 Kết thử nghiệm 54 3.4.3 Nhận xét kết thu 59 3.4.4 Hiệu truy vấn sử dụng cấu trúc liệu 59 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 63 MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống thông tin địa lý – Geographic Information System(GIS) trở nên phổ biến yếu tố thiếu hầu hết chuyên ngành GIS đánh giá trạng trình, thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua chức thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích tích hợp thông tin Nó gắn với đồ số quán sở toạ độ liệu đầu vào Về chất GIS hệ thống Các yếu tố cấu thành GIS phần cứng, phần mềm, sở liệu, phương pháp người Trong yếu tố này, sở liệu có vai trò quan trọng hệ thống góp phần làm nên sức mạnh hệ thống Tình hình nghiên cứu, kết nghiên cứu có: Cấu trúc liệu thành phần quan trọng coi lõi hệ thống thông tin địa lý GIS Do vấn đề đề cập đến nhiều giới, nhiên cách tiếp xúc tiếp xúc vấn đề có nhiều khía cạnh khác đặc biệt Việt Nam Để hình thức hoá, trừu Tượng hoá liệu GIS người ta cần đến kỹ thuật k-chiều, tứ phân, R Đồng thời phải quan tâm đến phương pháp cài đặt kĩ thuật Các đề tài nghiên cứu có ứng dụng CSDL GIS để xây dựng ứng dụng chưa có đề tài nghiên cứu thể cấu trúc liệu GIS cụ thể Do tác giả tập trung nghiên cứu kỹ thuật liệu GIS Có thể nói cấu trúc liệu phần khung chất hệ thống GIS, sở giải thuật GIS nói đến khả lưu trữ khai thác, phát triển hệ thống liệu Những nghiên cứu luận văn so với giới, nước ta Xuất phát từ thực tế chọn đề tài “Các cấu trúc liệu hệ thống thông tin địa lý.” Trong khuôn khổ luận văn, trình bày số vấn đề hệ thống thông tin địa lý (GIS), kỹ thuật truy vấn không gian GIS Mô tả cấu trúc, phép toán xây dựng, chèn, xóa, duyệt, truy vấn cấu trúc liệu sử dụng GIS Trong đó, tập trung nghiên cứu cài đặt thử nghiệm số cấu trúc liệu không gian Bố cục luận văn bao gồm phần mở đầu, phần kết luận ba chương nội dung tổ chức sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin địa lý Chương trình bày tổng quan hệ thống thông tin địa lý, kỹ thuật truy vấn không gian GIS, khả GIS Chương 2: Một số cấu trúc liệu sử dụng GIS Chương mô tả cấu trúc, phép toán chèn, xoá, duyệt, truy vấn kỹ thuật mục tìm kiếm không gian như: k-d (k-d Tree), tứ phân(Quadtree), R (R Tree), R* Tree so sánh chúng Chương 3: Xây dựng chương trình thử nghiệm Cài đặt thử nghiệm tứ phân điểm Chương trình cài đặt từ sở liệu có định dạng Shapefile, với ngôn ngữ lập trình C#.NET với thư viện hỗ trợ SharpMap CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) 1.1 Một số khái niệm GIS GIS - Geographic Information System hay hệ thống thông tin địa lý hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin hệ thống Khái niệm “địa lý” liên quan đến đặc trưng không gian, vị trí Các đặc trưng liên kết trực tiếp đến đối tượng không gian Chúng vật lý, văn hoá, kinh tế, tự nhiên Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần liệu quản lý GIS Đó liệu thuộc tính không gian đối tượng GIS có tính “hệ thống” tức hệ thống GIS xây dựng từ module Việc tạo module giúp thuận lợi việc quản lý hợp Hình 1.1 Hệ thông tin địa lý (ESRI) [1] GIS hệ thống có ứng dụng lớn Từ năm 1980 đến có nhiều định nghĩa đưa ra, nhiên định nghĩa khái quát đầy đủ GIS phần lớn chúng xây dựng khía cạnh ứng dụng cụ thể lĩnh vực Có ba định nghĩa dùng nhiều nhất: GIS hệ thống thông tin thiết kế để làm việc với liệu hệ toạ độ quy chiếu GIS bao gồm hệ sở liệu phương thức để thao tác với liệu đó.GIS hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích hiển thị liệu quy chiếu cụ thể vào trái đất GIS chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích hiển thị liệu đồ 1.2 Cấu trúc liệu địa lý Một sở liệu hệ thống thông tin địa lý chia làm loại liệu bản: liệu không gian phi không gian Mỗi loại có đặc điểm riêng chúng khác yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý hiển thị 1.2.1 Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian mô tả số hình ảnh đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật ký hiệu dùng để xác định hình ảnh đồ cụ thể đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng số liệu không gian để tạo đồ hay hình ảnh đồ hình giấy thông qua thiết bị ngoại vi Hệ thông tin địa lý sử dụng hai mô hình liệu để biểu diễn đặc trưng không gian: mô hình liệu raster mô hình liệu vectơ Mô hình không gian đặc biệt quan trọng cách thức biểu diễn thông tin ảnh hưởng đến khả hiển thị đồ họa hệ thống 1.2.1.1 Mô hình liệu raster Đây phương pháp biểu diễn đặc trưng địa lý điểm ảnh Được hình thành dựa sở quan sát giới thực Mô hình liệu raster hay gọi lưới tế bào hình thành cho số hệ thông tin địa lý Các hệ thống sở raster hiển thị, định vị lưu trữ liệu đồ họa nhờ sử dụng ma trận hay lưới tế bào Độ phân giải liệu raster phụ thuộc vào kích thước tế bào hay điểm ảnh, chúng khác từ vài đêximet đến vài kilômet Trong cấu trúc liệu raster, point biểu diễn cell Line biểu diễn tập cell có hướng xác định, độ rộng line chiểu rộng cell Polygon biểu diễn đãy cell nằm kề sát Tiến trình xây dựng lưới tế bào mô tả sau đây:[1] Giả sử phủ lưới lên đồ, liệu raster lập cách mã hóa tế bào giá trị dựa theo đặc trưng đồ, độ xác đối tượng phụ thuộc vào kích thước hay độ phân giải tế bào lưới 60 Chìa khóa để thực tìm kiếm truy nhập nhanh Sau nghiên cứu số liệu GIS ta thấy: Các kỹ thuật lưu trữ liệu n-chiều sử dụng việc tách “phân cấp” không gian biểu diễn Gốc biểu diễn toàn vùng Nút biểu diễn vùng, cành biểu diễn việc phân hoạch vùng tiểu vùng Có nhiều cấu trúc liệu khác sử dụng để biểu diễn việc tách phân cấp vùng Mỗi chúng thực tách không gian theo cách khác có ưu điểm nhược điểm riêng Hiệu hệ thống thấp phải tải khối lượng liệu lớn vào nhớ máy tính để xử lý Tổ chức liệu theo dạng nhằm giảm số lần xâm nhập đĩa Tìm kiếm chậm Mỗi nút có kích thước tương ứng blốc I/O liệu Một hai tầng nên để thường trú nhớ để tăng tốc độ xâm nhập 61 KẾT LUẬN Tại Việt Nam công nghệ GIS thí điểm sớm, theo thống kê có đến 80% hoạt động kinh tế - xã hội có liên quan đến GIS Muốn có GIS tốt, việc tìm hiểu giải pháp quản trị CSDL hệ GIS quan trọng chủ chốt, có giải pháp hợp lý chi phí, đáp ứng vừa đủ nhu cầu thuận tiện phát triển GIS cho công việc chuyên môn Xuất phát từ thực tế luận văn nhằm tìm hiểu tổng quan hệ thống thông tin địa lý sở liệu không gian, tìm hiểu sâu cấu trúc liệu GIS ứng dụng chúng Cụ thể luận văn đạt kết sau:  Trình bày tổng quan hệ thống thông tin địa lý sở liệu không gian  Hệ thống hóa cấu trúc liệu CSDL không gian  Trình bày số ứng dụng cấu trúc liệu CSDL không gian cài đặt kỹ thuật tứ phân điểm (Point Quadtree) Trong khuôn khổ luận văn hướng đến việc cài đặt kỹ thuật tứ phân điểm để hiểu rõ hoạt động tìm hiểu tính hiệu liệu khía cạnh cho phép tìm kiếm liệu ngẫu nhiên tìm tiếm tuyến tính Đây điểm khác với luận văn tìm hiểu hệ thông tin địa lý có Một số vấn đề tồn luận văn chưa đánh giá hiệu suất lưu trữ kỹ thuật nêu Hướng nghiên cứu cài đặt kỹ thuật lại xây dựng phương pháp phân cụm liệu sở liệu không gian Trong tương lai, em cố gắng để hoàn thiện hạn chế phát triển vấn đề nêu Em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn bè để luận văn ngày hoàn thiện 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đặng Văn Đức, Hệ thống thông tin địa lý (2001), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh: [2] Jacqueline Stoilkovic, The Design and Analysis of Spatial Data Structures (2014), Addison-Wesley Publishing Company, Inc, USA [3] Paul A Longley, Michael F Goodchild, David J Maguire, David W Rhind, Geographic Information Systems and Science 2nd Edition (2005), John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England, pp.231-235 [4] Philippe Rigaux, Michel Scholl, Agnès Voisard, Spatial Databases With Application to GIS (2002), Elsevier Science, USA, pp 237-251 [5] Samet Hanan, Applications of Spatial Data Structures (1990), Addison-Wesley Publishing Company, Inc, USA [6] Samet Hanan, The Design and Analysis of Spatial Data Structures (1990), Addison-Wesley Publishing Company, Inc, USA 63 PHỤ LỤC PL1 THUẬT TOÁN ĐIỀU CHỈNH ĐƯỜNG ĐI; CHIA, ĐIỀU CHỈNH NÚT TRONG R-TREE ADJUSTPATH (node: Node) begin if (node is the root) return else // Tìm cha nút parent =G ETPARENT (node) // Điều chỉnh mục nút cha if (ADJUSTENTRY (parent, [node.mbb, node.id])) then // Các mục sửa; điều chỉnh đường nút cha ADJUSTPATH (parent) end if end if end SPLITANDADJUST (node: Node) begin //Tạo nút phân phối mục new-node =S PLIT (node) if (node is the root) then CREATENEWROOT (node, new-node) else // Lấy cha nút parent =GETPARENT (node) // Điều chỉnh mục nút cha ADJUSTENTRY (parent, [node.id, node.mbb]) 64 // Chèn nút cha INSERTINNODE (parent, [new-node.mbb, new-node.id]) if (parent over ows) then SPLITANDADJUST(parent) else ADJUSTPATH (parent) end if end if end 65 PL2 GIỚI THIỆU SHARPMAP SharpMap thư viện mã nguồn mở hỗ trợ chức đồ dành cho ứng dụng desktop ứng dụng web SharpMap hỗ trợ hiển thị kiểu liệu Shapefile, PostGreSQL/PostGIS, OLEDB, SQLServer, Oracle, SpatiaLite kiểu liệu khác thông qua thư viện chuyển đổi GDAL/OGR Phiên ổn định SharpMap 1.1 Phiên phát triển SharpMap Mã nguồn SharpMap quản lý theo hệ thống Subversion (SVN), lưu trữ địa http://sharpmap.codeplex.com/SourceControl/latest Phiên thử nghiệm đặt tên SharpGIS (Hình PL2.1), công bố vào tháng năm 2005 Ở này, thư viện hiển thị nhiều kiểu liệu vector, liệu PostGIS Tuy nhiên chưa hiển thị liệu ảnh công cụ thao tác đồ sơ sài Hình PL2.1 : Lược đồ phiên SharpMap Kiến trúc SharpMap phiên v2.0 Hình PL2.2 Đây kiến trúc thiết kế trước, phần mã nguồn thực thi phát triển để hoàn thiện thiết kế 66 Hình PL2.2 : Kiến trúc SharpMap Phần giao diện hiển thị bao gồm control có chức hiển thị đồ Có loại control dành cho ứng dụng sử dụng framework WPF Windows Form Có control dành cho ứng dụng web Phần giao diện hiển thị tách riêng kiến trúc thể linh động mã nguồn bên nhân SharpMap Phần trình diễn đóng vai trò người điều phối vùng liệu hiển thị lên control phần giao diện hiển thị Bên cạnh đó, đối tượng trình diễn đảm nhận việc thể màu sắc, nhãn đối tượng thuộc tính đối tượng Phần đồ bao gồm đối tượng hiển thị đồ gọi lớp đồ công cụ thao tác đồ xây dựng sẵn Đối tượng liệu đối tượng lưu trữ thông tin liệu đọc vào từ nguồn Dữ liệu đọc vào thông qua “Provider” 67 Phiên ổn định tháng 12/2014 SharpMap v1.1 Kiến trúc phiên thiếu phần giao diện hiển thị so với phiên v2 Do đó, lập trình viên cần xây dựng riêng cho control đóng vai trò hiển thị đồ thông tin liên quan khác tọa độ, tỷ lệ, … Phần trình diễn tách riêng đối tượng đảm nhận việc hiển thị liệu vector, thành phần khác nhãn, màu sắc, liệu ảnh điều phối bên nhân SharpMap 68 PL3 CẤU TRÚC FILE SHAPEFILE PL3.1 Main file header Main file header có độ dài 100 bytes trường file header với vị trí byte, giá trị, kiểu thứ tự byte chúng Trong bảng này, vị trí tương đối tính từ vị trí bắt đầu file Bảng P-1 Mô tả Main file header Position Field Value Type Byte Order Byte File Code 9994 Integer Big Byte Unused Integer Big Byte Unused Integer Big Byte 12 Unused Integer Big Byte 16 Unused Integer Big Byte 20 Unused Integer Big Byte 24 File Length File Length Integer Big Byte 28 Version 1000 Integer Little Byte 32 Shape Type Shape Type Integer Little Byte 36 Bounding Box Xmin Double Little Byte 44 Bounding Box Ymin Double Little Byte 52 Bounding Box Xmax Double Little Byte 60 Bounding Box Ymax Double Little Byte 68* Bounding Box Zmin Double Little Byte 76* Bounding Box Zmax Double Little Byte 84* Bounding Box Mmin Double Little Byte 92* Bounding Box Mmax Double Little * Không dùng có giá trị 0.0, không độ đo kiểu Z Giá trị độ dài file tổng độ dài file theo đơn vị từ 16-bit, bao gồm 50 từ (tức 100 byte) file header Tất hình dạng 69 không null shapefile phải có kiểu shape Các giá trị kiểu cho Bảng P-2 Bảng P-2 Các giá trị shape type Giá trị Kiểu Shape Null Shape Point PolyLine Polygon MultiPoint 11 PointZ 13 PolyLineZ 15 PolygonZ 18 MultiPointZ 21 PointM 23 PolyLineM 25 PolygonM 28 MultiPointM 31 MultiPatch Hộp biên (Bounding Box) main file header chứa phạm vi thực shape file: Hình chữ nhật bé phủ toàn shape có cạnh song song với trục X Y (và có khả mở rộng với trục M Z) Nếu shapefile rỗng (không có ghi nào) giá trị Xmin, Ymin, Xmax, Ymax không xác định PL3.2 Các header ghi Header cho ghi chứa số hiệu ghi độ dài nội dung ghi Các header ghi có độ dài cố định byte Bảng P-3 mô tả trường header ghi, với vị trí tính từ đầu ghi tương ứng 70 Bảng P-3 Mô tả header ghi Position Field Value Type Byte Record Number Số hiệu ghi Byte Content Length Byte Order Integer Big Độ dài nội dung Integer Big Số hiệu ghi Độ dài nội dung ghi độ dài phần nội dung ghi theo đơn vị từ 16-bit Do đó, ghi đóng góp số lượng từ 16bit (4 + độ dài nội dung) vào tổng độ dài file (được chứa Byte 24 file header) PL3.3 Nội dung ghi Nội dung ghi shapefile bao gồm kiểu shape, theo sau liệu hình học shape Độ dài nội dung ghi phụ thuộc vào số thành phần số đỉnh shape Tiếp sau trình bày số nội dung ghi theo kiểu shape hệ quy chiếu X, Y Kiểu Point (điểm) Một điểm bao gồm cặp tọa độ kiểu double-precision theo thứ tự X, Y Point { Double X // X coordinate Double Y // Y coordinate } Bảng P-4 Nội dung ghi biểu diễn điểm Position Field Value Type Number Byte Order Byte Shape Type Integer Little Byte X X Double Little Byte 12 Y Y Double Little 71 Kiểu MultiPoint (đa điểm) Biểu diễn tập điểm, sau: MultiPoint { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumPoints // Number of Points Point[NumPoints] Points // The Points in the Set } Hộp Biên (Bounding Box) lưu theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax Bảng P-5 Nội dung ghi biểu diễn đa điểm Position Field Value Type Number Byte Order Byte Shape Type Integer Little Byte Box Double Little Byte 36 NumPoints NumPoints Integer Little Byte 40 Points Points Box Point NumPoints Little Kiểu PolyLine (đa đoạn) Một PolyLine tập có thứ tự đỉnh bao gồm nhiều thành phần Một phần thành phần liên thông gồm hai đỉnh Các phần không liên thông với phần khác Các phần không cắt với phần khác Do đặc tả không cấm điểm liên tục với tọa độ trùng nhau, nên đọc shapefile phải kiểm soát trường hợp Việc dẫn tới phần thoái hóa có độ dài không không phép PolyLine { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumParts // Number of Parts Integer NumPoints // Total Number of Points Integer[NumParts] Parts // Index to First Point in Part Point[NumPoints] Points // Points for All Parts 72 } Các trường PolyLine mô tả chi tiết sau đây:  Box: Hộp Biên cho PolyLine lưu theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax  NumParts: Số phần PolyLine  NumPoints: Tổng số điểm tất phần PolyLine  Parts: Một mảng có độ dài NumParts chứa số điểm mảng điểm Các số mảng đánh từ  Points: Một mảng cú độ dài NumPoints  Bảng P-6 Nội dung ghi chi tiết đa đoạn Position Field Value Type Number Byte Order Byte Shape Type Integer Little Byte Box Box Double Little Byte 36 NumParts NumParts Integer Little Byte 40 NumPoints NumPoints Integer Little Byte 44 Parts Parts Integer NumParts Little Byte X Points Point NumPoints Little Points Chú ý: X = 44 + * NumParts Kiểu Polygon (Đa giác) Một đa giác bao gồm một vành Một vành chuỗi đóng liên thông điểm, không tự cắt Một đa giác chứa nhiều vành Thứ tự định hướng vành mặt vành phía đa giác Lân cận bên phải người quan sát dọc theo vành theo thứ tự đỉnh thuộc vùng phía đa giác Các đỉnh vành định nghĩa lỗ rỗng đa giác theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Các đỉnh vành đơn có thứ tự thuận chiều kim đồng hồ Các vành đa giác cho part (phần) 73 Lưu ý điểm liên tiếp không thiết phải phân biệt, nên đọc shapefile phải xử lý tình Cấu trúc đa giác giống cấu trúc đa đoạn, sau Polygon { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumParts // Number of Parts Integer NumPoints // Total Number of Points Integer[NumParts] Parts // Index to First Point in Part Point[NumPoints] Points // Points for All Parts } Các trường đa giác mô tả chi tiết sau:  Box: Hộp biên đa giác theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax  NumParts: Số vành đa giác  NumPoints: Tổng số điểm tất vành  Parts: Một mảng gồm NumParts phần tử, chứa số điểm vành mảng Points  Points: Một mảng gồm NumPoints phần tử Các điểm cho vành nối tiếp điểm vành Một ví dụ đa giác gồm vành 10 điểm sau: Hình P-1 Ví dụ đa giác gồm hai vành 74 Thứ tự đỉnh lưu trữ shape file minh họa Hình P-2 Hình P-2 Lưu trữ đa giác shapefile Bảng P-7 Nội dung ghi đa giác Position Field Value Type Number Byte Order Byte Shape Type Integer Little Byte Box Box Double Little Byte 36 NumParts NumParts Integer Little Byte 40 NumPoints NumPoints Integer Little Byte 44 Parts Parts Integer NumParts Little Byte X Points Point NumPoints Little Points Chú ý: X = 44 + * NumParts Ngoài shapefile có cấu trúc shape khác như: PointM, MultiPointM, PolyLineM, PolygonM (M độ đo), PointZ, MultiPointZ, PolyLineZ, PolygonZ (trong hệ quy chiếu X, Y, Z) cấu trúc MultiPatch (đa mảnh) [...]... quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các dữ 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 Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: 10 - Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các. .. 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 trường học và địa chỉ địa lý liên quan đến trường học 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... 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 11 - 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... 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 tệp độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản đồ trong. .. thập dữ liệu - Xử lý sơ bộ dữ liệu - Lưu trữ và truy cập dữ liệu - Tìm kiếm và phân tích không gian - Hiển thị đồ họa và tương tác Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau Kỹ 12 thuật xây dựng các chức năng trên cũng khác nhau Hình 1.7 mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS [1] Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan... và đưa ra các quyết định Khi nói đến GIS, chúng ta cũng có thể nghĩ đến việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian đồ sộ và CSDL không gian trong GIS chiếm vai trò trung tâm Việc phân tích một số cấu trúc dữ liệu trong GIS sẽ được trình bày rõ hơn trong chương tiếp theo 17 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ CẤU TRÚC DỮ LIỆU SỬ DỤNG TRONG GIS 2.1 Vấn đề lưu trữ và chỉ mục dữ liệu địa lý Chỉ mục... được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc Hệ thống GIS phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả loại dữ liệu. [1] Hình 1.7: Các nhóm chức năng trong GIS 13 Khả năng... 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 có 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... các số lẻ 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. .. sở dữ liệu không gian để tối ưu truy vấn không gian Có nhiều cấu trúc dữ liệu khác nhau được sử dụng để biểu diễn việc tách phân cấp vùng 2.2 Cây k-d (k-d tree) Cây k-d được sử dụng để lưu trữ dữ liệu điểm k-chiều không sử dụng nó để lưu trữ dữ liệu vùng Như vậy, cây 2-d (khi k=2) lưu trữ dữ liệu điểm 2-chiều, cây 3-d lưu trữ dữ liệu điểm 3-chiều 19 2.2.1 Cấu trúc nút Trong cây 2-d, mỗi nút có cấu trúc