Lập trình arcgis engine và ứng dụng trong xây dựng công cụ hỗ trợ biên tập bản đồ số1

Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từmáy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên thiên nhiênvà đo vẽ bản đồ địa hình.Đa số nguồn gốc thông

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian gần 5 năm học tập tại trường Đại học Công nghệ thông tin và truyềnthông Thái Nguyên, đến nay em cũng đã hoàn thành gần hết quá trình học tập tạitrường Trong quá trình học tập tại trường, ngoài sự cố gắng của bản thân, em đã nhậnđược rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, gia đình, bạn bè

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình: bố, mẹ, và các anh chị luôn quantâm chăm sóc, tạo điều kiện tốt cho việc học tập của em

Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô trong ban lãnh đạo trường, các thầy côtrong bộ môn và toàn thể các thầy cô đang công tác tại trường là người đã trực tiếp dạy

em trong các môn học, đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em học tập và rèn luyệntrong suốt thời gian học tập tại trường

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Đặng Văn Đức và ThS Nguyễn Sơn – Viện Công nghệ thông tin – Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng

dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Đỗ Đình Sĩ

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

1 Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Sơn – Viện Công nghệ thông tin – Viện khoa học và Công nghệ Việt nam.

2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tài liệu, tên tác giả, năm phát hành.

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Sinh viên

Đỗ Đình Sĩ

Trang 3

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Kỹ thuật "Thông tin Địa lý" (Geograpgic Information System) đã bắt đầu được sửdụng rộng rãi ở các nước phát triển từ những năm 80, đây là một dạng ứng dụng côngnghệ tin học (Information Technology) nhằm mô tả thế giới thực (Real world) mà loàingười đang sống - tìm hiểu - khai thác Với những tính năng ưu việt, kỹ thuật GIS ngàynay đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và quản lý, đặc biệt trongquản lý và quy hoạch sử dụng - khai thác các nguồn tài nguyên một cách bền vững vàhợp lý

Hệ thống thông tin địa lý là một kỹ thuật ứng dụng hệ thống vi tính số hoá, xuấthiện trong những năm 60 cho đến nay công nghệ này được biết đến như là một kỹ thuậttoàn cầu Trong sự phát triển của đất nước ta hiện nay, việc tổ chức quản lý thông tinđịa lý một cách tổng thể có thể đóng góp không nhỏ vào việc sử dụng có hiệu quả hơnnguồn tài nguyên của đất nước

Với sự phát triển vượt bậc và có nhiều hứa hẹn trong tương lai của hệ thống thông

tin địa lý và công nghệ thông tin như hiện nay, em chọn đề tài “Lập trình ArcGIS Engine và ứng dụng trong xây dựng công cụ hỗ trợ biên tập bản đồ số” làm đồ án tốt

nghiệp với mục đích tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về GIS, bộ thư viện ArcGISEngine và xây dựng công cụ hỗ trợ việc xây dựng và biên tập bản đồ

2 Phạm vi đề tài

Đề tài tập chung vào tìm hiểu tổng quan về GIS và ArcGIS Engine, xây dựng công

cụ thực hiện các phép toán xử lý trong GIS trên nền thư viện ArcObjects của ArcGISEngine

Trang 4

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỞ ĐẦU 3

1 Giới thiệu 3

2 Phạm vi đề tài 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM) 8

1.1 Khái niệm GIS 8

1.1.1 Mô hình công nghệ 8

1.1.2 Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS 9

1.1.3 Một số ứng dụng của GIS 10

1.1.4 Các hệ thống tương tác 11

1.2 Các thành phần của GIS 11

1.2.1 Con người 12

1.2.2 Dữ liệu 13

1.2.3 Phần cứng 13

1.2.4 Phần mềm 13

1.3 Chức năng của GIS 14

1.3.1 Thu thập dữ liệu 15

1.3.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu 16

1.3.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian 18

1.4 Vector và Raster trong GIS 24

1.5 Hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu 25

1.5.1 Hệ toạ độ địa lý 25

1.5.2 Hệ toạ độ quy chiếu 27

CHƯƠNG 2: ARCGIS 32

2.1 Giới thiệu bộ thư viện ArcGIS 32

Trang 5

2.1.1 ArcGIS 9 32

2.1.2 ArcGIS Engine 34

2.1.3 Ai có thể sử dụng ArcGIS Engine? 38

2.1.4 ArcGIS Engine có thể làm gì? 40

2.2 Kiến trúc của ArcGIS 43

2.2.1 Kiến trúc phần mềm ArcGIS 43

2.2.2 Giao diện lập trình ArcGIS 45

2.2.3 Thư viện ArcGIS Engine 47

2.3 Các điều khiển trong ArcGIS 55

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ BIÊN TẬP BẢN ĐỒ SỐ 60

3.1 Mục đích và ý nghĩa của việc xây dựng công cụ hỗ trợ biên tập bản đồ số 60

3.1.1 Mục đích 60

3.1.2 Ý nghĩa 61

3.2 Quy trình công nghệ xây dựng công cụ sử dụng thư viện ArcGIS Engine 62

3.3 Tích hợp công cụ vào ArcMap và các ứng dụng khác 64

3.4 Minh họa công cụ biên tập bản đồ đã xây dựng 66

3.4.1 Giới thiệu phép toán tạo vùng đệm bản đồ 66

3.4.2 Các bước xây dựng công cụ và các hàm đã sử dụng 67

3.4.3 Một số hình ảnh minh họa công cụ 75

KẾT LUẬN 77

1 Kết quả đạt được 77

2 Hướng phát triển 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Trang 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Mô hình công nghệ GIS 8

Hình 1 2: Các thành phần của GIS 12

Hình 1 3: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS 14

Hình 1 4: Buffer bên trong một vùng có bán kính xác định 19

Hình 1 5: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ 20

Hình 1 6: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông 21

Hình 1 7: Phép hợp 22

Hình 1 8: Phép giao 23

Hình 1 9: Phép đồng nhất 23

Hình 1 10: Định dạng dữ liệu Vector và Raster 25

Hình 1 11: Hệ toạ độ địa lý 26

Hình 1 12: Mặt cầu và mặt Elipsoid 27

Hình 1 13: Minh hoạ cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng 29

Hình 1 14: Mặt chiếu hình nón 30

Hình 1 15: Mặt chiếu hình trụ 31

Hình 1 16: Các vị trí trong mặt phẳng phương vị 31

Hình 2 1: Mô hình các thành phần của ArcGIS 32

Hình 2 2: Các công cụ trong ArcGIS 33

Hình 2 3: Kiến trúc ArcGIS Engine 34

Hình 2 4: Phát triển ứng dụng sử dụng ArcGIS 38

Hình 2 5: Mô hình ArcGIS Server 39

Hình 2 6: Mô hình hoá không gian 41

Hình 2 7: Xem bản đồ 3D 42

Hình 2 8: Các thư viện trong ArcGIS Engine 47

Hình 2 9: Các thư viện trong ArcGIS Engine - tiếp 52

Hình 2 10: Xây dựng ứng dụng sử dụng MapControl 56

Hình 2 11: Xây dựng ứng dụng với PageLayoutControl 56

Hình 3 1: Minh họa trực quan các đối tượng đường phố có độ rộng khác nhau 62

Trang 7

Hình 3 2: Cài đặt thư viện ArcGIS Engine 62

Hình 3 3: Import các thư viện ArcGIS vào ứng dụng 63

Hình 3 4: Sử dụng các thư viện đã thêm vào ứng dụng 63

Hình 3 5: Đóng gói công cụ thành dll 64

Hình 3 6: Lựa chọn công cụ trong ArcMap để sử dụng 64

Hình 3 7: Công cụ được đưa lên thanh công cụ để sử dụng 65

Hình 3 8: Công cụ được sử dụng trong ứng dụng tự xây dựng 65

Hình 3 9: Minh họa phép toán tạo vùng đệm 66

Hình 3 10: Cài đặt ArcGIS Engine Runtime 67

Hình 3 11: Tạo Class Library mới 68

Hình 3 12: Thêm các thư viện ArcGIS vào ứng dụng 69

Hình 3 13: Tạo một công cụ mới 70

Hình 3 14: Các lớp bản đồ được tải vào trong công cụ 71

Hình 3 15: Công cụ được tích hợp vào ArcMap 75

Hình 3 16: Công cụ được tích hợp vào ứng dụng tự phát triển 75

Hình 3 17: Bản đồ trước khi xử lý biên tập 76

Hình 3 18: Bản đồ sau khi thực hiện biên tập 76

Trang 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA

LÝ (GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM)

1.1Khái niệm GIS

Hệ thống thông tin địa lý – Geographic Information System (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiện thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý GIS có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý.

1.1.1 Mô hình công nghệ

Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:

Hình 1 1: Mô hình công nghệ GIS

- Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi giữacác cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…

- Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấpcác thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tíchhợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì GIS lưu thông tin thế giớithực thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trụctoạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau

Trang 9

- Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin Nógiúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì Kết quả của xử lý

dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ

- Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của GIS.Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính vàđịnh lượng thông tin đã thu thập

- Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của cácphương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lýbằng GIS Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấpbằng các bản đồ và ảnh 3 chiều

1.1.2 Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS

GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhấtcác số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích Vì vậy cóthể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau đểtạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể Các ngành này bao gồm [1]:

- Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và vị trícủa đối tượng trong thế giới Nó có truyền thống lâu đời về phân tích khônggian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu

- Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ Ngành bản

đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là khuânmẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS

- Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa lýquan trọng cho hệ GIS Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữliệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh cóthể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS

Trang 10

- Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy bay lànguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào.

- Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đấtđai, nhà cửa…

- Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS.Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi hoặc tínhkhông chắc chắn trong số liệu của GIS

- Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thịbiểu diễn dữ liệu Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thể hiện, quản lý cácđối tượng đồ hoạ Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu diễn dữ liệu dưới dạngsố, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật

- Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệGIS và phân tích dữ liệu không gian

1.1.3 Một số ứng dụng của GIS

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi GIS có khả năng sử dụng dữ liệukhông gian và thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phântích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng Một số ứng dụng cụ thể củaGIS thường thấy trong thực tế là:

- Quản lý hệ thống đường phố, bao gồm các chức năng: tìm kiếm địa chỉ khi xácđịnh được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết trước địa chỉ phố.Đường giao thông và sơ đồ; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ.Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe…Lập kế hoạch phát triển giao thông

- Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các chức năng:quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đấtnông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi

Trang 11

trường… Xác định ví trí chất thải độc hại Mô hình hoá nước ngầm và đường ônhiễm Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tính.

- Quản lý quy hoạch: phân vùng quy hoạch sử dụng đất Các hiện trạng xu thếmôi trường Quản lý chất lượng nước

- Quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm Xác định tải trọngcủa lưới điện Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường điện

- Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiềuứng dụng khác

1.1.4 Các hệ thống tương tác

Các hệ thống xử lý số liệu: số liệu vào từ các bản đồ, ảnh hoặc đo đạc hiện trườngcần được xử lý để đưa vào CSDL số Sau đó là quá trình lưu trữ số liệu, cách sử dụng,cập nhật…

Hệ phân tích dữ liệu: rút ra và phân tích, có thể đơn giản để đáp ứng yêu cầu hoặccác phân tích thống kê tổng hợp dữ liệu Thông tin ra hay cách hiển thị kết quả có thểlà bản đồ, bảng biểu và cũng có thể dùng để đưa vào một hệ dữ liệu số khác Hệ sửdụng thông tin: người dùng có thể là các nhà điều tra, quy hoạch, quản lý Sự tương táccần thiết giữa các nhóm GIS và người sử dụng để lập kế hoạch cho các thủ tục phântích và hệ thống quản lý cấu trúc dữ liệu

Trang 12

- Phần cứng

Hình 1 2: Các thành phần của GIS

Các thành phần này kết hợp với nhau nhằm tự động quản lý và phân phối thông tinthông qua biểu diễn địa lý

1.2.1 Con người

Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các thao tác điềuhành sự hoạt động của hệ thống GIS Người dùng GIS là những người sử dụng cácphần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ Họ thườnglà 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 khácnhau, 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 địnhdạng xuất khác nhau

- Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí… Ngườixây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cáchkhác 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

Trang 13

- 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 nhucầu cụ thể

1.2.2 Dữ liệu

Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:

- Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của cácđối tượng trên bề mặt trái đất

- Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêmthông tin thuộc tính của đối tượng

1.3 Chức năng của GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

Trang 14

- Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản

đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…

- Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster

- Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiểnthị trên bản đồ

- Analyze: phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng.Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

- Display: hiển thị Hiển thị bản đồ

- Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định dạng:giấy in, Web, ảnh, file…

Hình 1 3: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS

Trang 15

bản đồ Trong thực tế, nhiều kỹ thuật trắc địa được áp dụng để thu thập dữ liệu thô, baogồm thu thập dữ liệu về bề mặt trái đất như địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờtrắc địa đo đặc hay ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay Các dữ liệu như kinh tế - xã hội thuthập từ điều tra phỏng vấn hay chuyển đổi từ các bài tư liệu viết Bản đồ vẽ bằng taytrên giấy phải được số hoá sang dạng raster Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từmáy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên thiên nhiênvà đo vẽ bản đồ địa hình.

Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫutương tự Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hoá Ởmức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả cácđặc trưng đó Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ bằng máy quét ảnh đểphát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ Đầu ra của máy quét là ma trận của các giá trị điểmảnh 2D, có thể được sử dụng cho công việc vector hoá để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu,kiểm chứng và sửa lỗi để có được dữ liệu phù hợp

Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khókhăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS Quá trình thu thập dữ liệuluôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu Chúng ta có ba mô hình quan niệm của thôngtin không gian là: mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên

cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phùhợp Vì vậy cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệuđể thích nghi với các yêu cầu khác nhau Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năngthay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu,biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ Cácthao tác này được xem là tiền phân tích không gian Mức độ xử lý dữ liệu thô khácnhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệuraster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster,

Trang 16

quá trình này được gọi là raster hoá Một số công cụ phân tích khác lại làm việc chủyếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ raster sang vector, haycòn gọi là vector hoá Raster hoá là quá trình phân tích đường (line) hay miền(polygon) thành các điểm ảnh (pixel) Ngược lại, vector hoá là quá trình tập hợp cácđiểm ảnh để tạo thành đường hay miền Dữ liệu ban đầu của ta thông thường là dướidạng raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phứctạp.

Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử dụng haihay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khácnhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hoá đểbiển đổi về cùng một phân lớp

Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của chúngđược đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu này không thểtích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục toạ độ

1.3.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ hoạ, bản đồ) Nội dungcủa CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và dữ liệu raster, dữ liệuthuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian Thông thường dữ liệu thuộctính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa khoá chính là mộtchỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệuthuộc tính khác Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa

dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng Trong bảng thuộc tính cũng có thểbao gồm cả giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫnxuất từ biểu diễn dữ liệu hình học

Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đếnlớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc Việc lựa chọn mô hình rasterhay mô hình vector để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập dữ liệu

Trang 17

vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau Thông thường CSDL GIS chokhả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây dựng CSDL không gianthì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng.

Theo thuật ngữ của hệ quản trị CSDL thì các mô hình vector và raster được xemnhư những thí dụ của mô hình quan niệm Chúng mô tả các quan niệm liên quan đếnứng dụng thế giới thực được biểu diễn trong CSDL Các mô hình quan niệm được môtả theo nhiều cấp bậc trừu tượng, trong đó các mô hình vector và raster là ở mức trừutượng thấp nhất Chúng gần với biểu diễn dữ liệu máy tính hơn các mô hình trên cơ sở

dữ liệu đối tượng, mạng và bề mặt Khái niệm mô hình dữ liệu lôgic được sử dụng đểđề cập đến cách mà DBMS tổ chức mô hình quan niệm thành tệp, bản ghi, chỉ số Ngàynay, công nghệ CSDL truyền thống không còn thích hợp với việc quản lý dữ liệu địa

lý Một số hệ GIS được sử dụng rộng rãi đã xây dựng CSDL trên cơ sở tổ hợp mô hìnhquan hệ quản lý thuộc tính phi hình học và lựợc đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưutrữ, xử lý dữ liệu không gian Một vài GIS khác đã lợi dụng các phương tiện của lược

đồ lưu trữ CSDL quan hệ để quản lý cả hai loại dữ liệu hình học và phi hình học

Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn của CSDLquan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông tin mà giá trị củachúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệtoạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian Do nhu cầu khai thác thông tin trênCSDL không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số không gian đặc biệt Câu hỏikhông gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữnhật Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nềntảng của thâm nhập CSDL GIS

Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian Đây là chức năng đóng vai trò rất quantrọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác.Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo cácđiều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS

Trang 18

1.3.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian

Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, cácphương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một sốphương pháp được dùng phổ biến nhất:

a Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian (Buffer)

Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian (buffer) trên cơ sở các quan hệ khônggian giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đốitượng này với đối tượng kia Phương pháp buffer được chia làm nhiều loại (phép toán)khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:

- Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng gốc

- Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan hệđặc biệt với các đối tượng gốc

- Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tính

Hình 1 4: Buffer bên trong một vùng có bán kính xác định

Một số phép toán buffer thông dụng Tìm các đối tượng nằm bên trong các đốitượng khác Phép toán này xác định quan hệ “bao kín” giữa các đối tượng không gian.Đường thẳng bao gồm nhiều điểm, một đa giác (polygon) có thể bao gồm nhiều đườngthẳng hoặc gồm các đa giác con khác Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác Phéptoán này xác định các đối tượng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tượng khác

Trang 19

Hai đa giác giao nhau nếu chúng có một miền chung Hai đường thẳng cắt nhau nếuchúng có một điểm chung Một đường thẳng giao với một đa giác khi nó nằm một phầnhay toàn bộ trong đa giác Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác Đây làkiểu tìm kiếm trong đó các đối tượng có chung đường bao (biên) Quan hệ này chỉ ápdụng cho đường thẳng hoặc đa giác Tìm các đối tượng nằm bên trong hoặc bên ngoàimột khoảng cách xác định Kiểu tìm kiếm này được sử dụng trong việc xác định cácđối tượng xung quanh một hay nhiều các điểm mốc Quá trình thực hiện bao gồm việctạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tượng căn cứvào vị trí của chúng so với vùng đệm tạo ra.

b Tìm kiếm theo địa chỉ (Geocoding)

Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồhoạ Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Tuynhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạbiểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tảvị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận… Geocoding (hay address matching) làmột tiến trình nhằm xác định các đối tượng trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây làmột kỹ thuật rất nổi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS Người ta gọi mộtgeocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô tả thuộc tính về vị trí sang mô tảkhông gian Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếuđến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tinkhông gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Cácgeocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham chiếu khác nhau Saukhi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào mô tả khônggian) Ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm Quy trình xử lý trải qua các bướcsau:

- Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành phầnđịa chỉ nhỏ

Trang 20

- Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn dữ liệu tham chiếu để xác địnhcác đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào Mỗikiểu geocoding service sẽ quy định các định dạng của các thành phần địa chỉnày.

- Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúngnhất

- Geocoding service sẽ đánh dấu đối tượng vừa được tìm thấy trên bản đồ bằngmột đối tượng đồ hoạ

Hình 1 5: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ

c Phân tích mạng (Networks)

Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối hànghoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thôngtin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thịmột chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang đượchiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng TrongGIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các topologycho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữliệu Quan hệ topology giữa các đối tượng gần giống quan hệ giữa các bảng(relationship) Chúng ta có hai kiểu liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh Nút - cạnh làluật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đốitượng kiểu B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và mộtcạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút Khi đã tạo topology và xác lập luật liên

Trang 21

kết, một mạng lôgic đã được hình thành Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán vềmạng để giải quyết các bài toán đặt ra.

Hình 1 6: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông

d Chồng phủ bản đồ (Overlay)

Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS Overlay cho phép ta tíchhợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau Người ta định nghĩa: “Overlay làquá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một lớp bản đồ mới”.Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn haibảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo rabản đồ mới Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này vớimột lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp

Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:

- Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point

- Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line

- Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớppolygon

Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước:

Trang 22

- Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giaođiểm này.

- Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ

Các phép toán overlay bao gồm:

- Phép hợp (Union): Hoạt động như toán tử or, đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu làpolygon Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữliệu đầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng (Điều kiện: miền dữ liệu phải làpolygon)

Hình 1 7: Phép hợp

- Phép giao (Intersect): Hoạt động như toán tử and, tạo ra một vùng bao phủ mớibằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệuthuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào

Hình 1 8: Phép giao

- Phép đồng nhất (Identity): Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay haitập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiênvà chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít

Hình 1 9: Phép đồng nhất

e Tìm kiếm trong khoảng cận kề (Proximity)

Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đốitượng Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean Có 3 phương phápphân tích proximity [1]:

Trang 23

- Phương pháp thứ nhất: tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếmđược xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương phápbuffer Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đốitượng cho trước theo một khoảng cách cho trước Trong GIS vùng này đượcgọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượngđường hay đối tượng vùng Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lậpvùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread.

- Phương pháp thứ hai: tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác địnhtrước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhàmáy

- Phương pháp thứ ba: xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tậpcác vị trí mẫu phân tán không đều Các mẫu thường là các điểm Tìm kiếm nàythực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanhmỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác Sơ đồ đa giác Thiessen cònđược gọi là sơ đồ Voronoi Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử dụng từcác mẫu đất cách biệt

1.4 Vector và Raster trong GIS

Có hai phương pháp chính để lưu trữ thông tin bản đồ: GIS lưu các đối tượng bản

đồ trong định dạng vector và trong định dạng raster:

- Định dạng vector: các đối tượng bản đồ được biểu diễn bởi các đối tượng hìnhhọc cơ bản point (điểm), line (đường), polygon (vùng) Point dùng xác định cácđối tựợng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay có kích thước quá nhỏ sovới tỷ lệ bản đồ Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định Polygonđể xác định các vùng, miền trên mặt đất Trong định dạng này, thông tin được

mô tả có tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ Thông tinlưu trong định dạng vector chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng, hệthống thông tin đất đai

Trang 24

- Định dạng raster: các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi cácđiểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật Mỗi điểm ảnh được xác định thông quachỉ số hàng và cột trong lưới Trong raster, point sẽ được biểu diễn bởi mộtđiểm ảnh đơn, line được biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau,và polygon xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau Dữ liệu được lưutrong định dạng này rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn.Raster phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng Raster đượcứng dụng nhiều trong phân tích bề mặt liên tục.

Hình 1 10: Định dạng dữ liệu Vector và Raster

1.5 Hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu

Vị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ toạ độ Trong GIS,để biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ toạ độ: hệ toạ độ địa lý vàhệ toạ độ quy chiếu

Hệ toạ độ địa lý là hệ toạ độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở.Một điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu Hệ toạ độ quychiếu là hệ toạ độ hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu bản đồ nằm trên hệ toạđộ địa lý về một mặt phẳng

Trang 25

Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai đường quan trọng nhất được lấy làmgốc toạ độ đó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là đường xích đạo và kinh tuyếnchạy qua vùng Greenland nước Anh Giao điểm giữa hai đường này là gốc toạ độ Haiđường này cũng đồng thời chia trái đất làm 4 phần bằng nhau: nửa Bắc và Nam nằmphía trên và dưới của đường xích đạo; nửa Đông và Tây nằm ở phía bên phải và tráicủa kinh tuyến gốc.

Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị toạ độ là kinh độ và vĩ độ được xácđịnh như trong hình vẽ trên Giá trị này có thể được đo bằng độ theo cơ số 10 hoặc theođộ, phút, giây

Miền giá trị: Vĩ độ: -900 ÷ 900

Kinh độ: -1800 ÷ 1800

Trang 26

Hình 1 11: Hệ toạ độ địa lý

< 1:5000.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt cầu và mặtEllipsoid là không thể phân biệt được bằng mặt thường Lúc này, mặt cầu được dùng.Nhưng khi tỷ lệ > 1:1.000.000 thì người ta cần thiết phải dùng mặt Ellipsoid để đảmbảo độ chính xác Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt Ellipsoid phụ thuộc vào mụcđích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu

Hình 1 12: Mặt cầu và mặt Elipsoid

Trang 27

Nếu mặt cầu dựa trên hình tròn thì mặt Ellipsoid lại có cơ sở là hình Ellip HìnhEllip được xác định bởi hai bán trục mà ta hay gọi là: bán trục lớn và bán trục nhỏ Tacho Ellip xoay quanh bán trục nhỏ ta sẽ thu được hình Ellipsoid.

Kích thước và hình dạng của Ellipsoid được xác định bởi bán trục lớn a và bán trụcnhỏ b, hay bởi a và hệ số dẹt f

f = (a - b)/a

Vì hệ số f rất nhỏ nên người ta thường dùng giá trị 1/f

a = 6378137.0 m1/f = 298.25722563

1.5.2 Hệ toạ độ quy chiếu

Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái đấtlên trên mặt phẳng của bản đồ Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của tráiđất lên mặt phẳng và hệ toạ độ quy chiếu ra đời Hệ toạ độ này luôn lấy hệ toạ độ địa lýlàm cơ sở

Hệ toạ độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x theo phương ngang và y theophương thẳng đứng Gốc toạ độ là giao điểm của hai trục này Hai trục giao nhau đồngthời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ toạ độ địa lý Một điểmtrên mặt được xác định được xác định bởi cặp giá trị (x, y)

Trang 28

Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song về cơ bản tacó thể hiểu như sau Lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ toạ độ địa

lý theo một hình trụ đứng Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các điểm giao giữakinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ Thực chất của việc này là chiếucác ô lưới lên bề mặt phẳng Mở tờ bìa ra ta có kết quả của phép chiếu Nhìn vào tấmbìa ta nhận thấy, các ô lưới đã thay đổi khá nhiều (biến dạng), co lại hoặc dãn ra Càng

xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn Điều này gây nên sự thay đổi về hìnhdạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian

Hình 1 13: Minh hoạ cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng

Sau đó người ta dùng các công thức toán học để tương ứng toạ độ của bề mặt conglên toạ độ mặt phẳng chiếu

Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc sử dụngphép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu

Các phép chiếu cơ bản:

Trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản và thường được sử dụng nhất

đó là phép chiếu với mặt chiếu: mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng phương vị

Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các điểm tiếpxúc Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay là tiếp tuyến (trong trườnghợp là đường thẳng) Các điểm này có vai trò rất quan trọng, vì độ biến dạng của phép

Trang 29

chiếu trên những điểm này bằng không Độ biến dạng sẽ tăng khi khoảng cách giữađiểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng.

1 Mặt hình nón

Để thực hiên phép chiếu này người ta cho dùng một mặt hình nón “úp” lên bề mặtcầu Đường thẳng tiếp xúc giữa mặt nón và mặt cầu là một vĩ tuyến và được gọi là vĩtuyến chuẩn Các đường kinh tuyến sau khi chiếu mặt nón sẽ thành những đường thẳngđứng, các đường vĩ tuyến sẽ tạo thành những đường tròn

Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt hình nón dọc theo một kinh tuyến bất

kỳ, lúc này ta sẽ được kết quả của phép chiếu trên bề mặt nón Sự giao nhau giữanhững đường thẳng và cung tròn sẽ tạo nên một mặt lưới Đường thẳng đối diện vớiđường cắt được gọi là kinh tuyến trung tâm

Càng xa vĩ tuyến chuẩn độ biến dạng càng tăng Do đó để tăng độ chính xác người

ta cắt bỏ phần đỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này Phép chiếunày thường được dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình chạy qua vàhướng theo chiều đông – tây

Hình 1 14: Mặt chiếu hình nón

2 Mặt hình trụ

Giống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một đường thẳng tiếptuyến Khi sử dụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tuỳ thuộc vào vị trí tương đối củamặt trụ so với mặt cầu:

Trang 30

 Hình trụ được đặt theo phương thẳng đứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một vịtuyến, thường là đường xích đạo Gọi là phép chiếu Mercator

 Hình trụ được đặt theo phương nằm ngang, đường thẳng tiếp xúc là một kinhtuyến Gọi là phép chiếu Transverse

 Hình trụ đặt xiên và tiếp xúc với mặt cầu theo một đường tròn có bán kính lớnnhất (bằng với bán kính đường xính đạo) Gọi là phép chiếu Oblique

Phép chiếu thường được sử dụng nhất là Mercator Trong phép chiếu này, cácđường kinh tuyến sẽ được chiếu thành những đường thẳng đứng cách đều nhau, cácđường vĩ tuyến sẽ trở thành những đường nằm ngang khoảng cách không đều nhau;tăng dần về phía hai cực Do đó biến dạng sẽ tăng dần về phía hai cực Sau khi thựchiện phép chiếu, người ta sẽ cắt mặt hình trụ dọc theo một kinh tuyến, trải ra trên mặtphẳng ta sẽ thu được kết quả

Hình 1 15: Mặt chiếu hình trụ

3 Mặt phẳng phương vị

Là phép chiếu dữ liệu bản đồ lên một mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu Điểm tiếpxúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại đường xích đạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằmgiữa Vị trí của điểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương đối của mặt phẳng chiếu với mặtcầu và tạo nên ba kiểu chiếu khác nhau: polar, equatorial và oblique

Trang 31

Hình 1 16: Các vị trí trong mặt phẳng phương vị

Trang 32

- ArcGIS Desktop: bao gồm các ứng dụng GIS nâng cao.

- ArcGIS Engine: là bộ thư viện phục vụ cho việc xây dựng và tuỳ chỉnh các ứngdụng GIS

- ArcGIS Server: là nền tảng để xây dựng các ứng dụng GIS server – side, sửdụng cả dịch vụ web và ứng dụng web

- ArcIMS: là máy chủ để tạo bản đồ, dữ liệu và siêu dữ liệu thông qua giao thứcinternet

Hình 2 1: Mô hình các thành phần của ArcGIS

Trang 33

Mỗi một hệ thống phần mềm GIS được xây dựng bằng ArcGIS cũng đều bao gồmmột hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý là ArcSDE.

ArcGIS là một nền tảng để xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS), ArcGIS 9 mởrộng thêm với các tính năng: xử lý dữ liệu theo vùng, bản đồ 3D, hình ảnh trực quan vànhiều công vụ cho các lập trình viên

Khi làm việc với ArcGIS, lập trình viên có thể:

- Cấu hình/tuỳ chỉnh các ứng dụng ArcGIS như ArcMap, ArcCatalog

- Mở rộng thêm kiến trúc và mô hình dữ liệu của ArcGIS

- Nhúng bản đồ và các chức năng của GIS vào một ứng dụng khác với ArcGISEngine

- Xây dựng và triển khai một ứng dụng desktop với ArcGIS Engine

- Xây dựng một ứng dụng web và dịch vụ web với ArcGIS Server

Một hệ thống ArcGIS được xây dựng và sử dụng các thành phần trong bộ thư việnArcObjects ArcObjects bao gồm nhiều thành phần khác nhau như: các đối tượng hìnhhọc riêng lẻ, các đối tượng dữ liệu thô như: đối tượng bản đồ, có thể được sử dụng đểtương tác với các dữ liệu ArcMap đã có sẵn, những thành phần tổng hợp toàn bộ cácchức năng của GIS hỗ trợ cho các lập trình viên

Hình 2 2: Các công cụ trong ArcGIS

Trang 34

Một hệ thống ArcGIS có thể được phát triển với C++, Component Object Model(COM), NET và Java Một phần mềm GIS được xây dựng bằng ArcGIS sử dụng bộthư viện ArcObjects có thể thay thế cả một hệ thống phần mềm GIS khác bao gồm:ứng dụng Desktop, hệ thống nhúng, và máy chủ.

Hình 2 3: Kiến trúc ArcGIS Engine

ArcGIS Server cho phép các lập trình viên có thể xây dựng máy chủ trung tâm đểlưu trữ các chức năng của GIS được truy cập bởi nhiều người dùng, ghi nhận và phảnhồi trở lại người dùng dữ liệu được xử lý trên cơ sở dữ liệu GIS server

2.1.2 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine là một thư viện gồm đầy đủ các thành phần của GIS cho các nhàphát triển xây dựng và tuỳ chỉnh ứng dụng Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể nhúngcác chức năng của GIS vào một ứng dụng đã tồn tại Ví dụ như các công cụ trong bộMicrosoft Office như Word và Excel, hoặc các ứng dụng GIS nâng cao, được nhiềungười sử dụng

Trang 35

ArcGIS Engine bao gồm 5 phần [3]:

- Các dịch vụ cơ bản: Thư viện ArcObjects là nền tảng cho hầu hết tất cả các ứngdụng GIS, ví dụ như các đối tượng hình học và hiển thị

- Truy cập dữ liệu: ArcGIS Engine cho phép truy cập đến tất cả các định dạngraster và vector, đó là điểm mạnh và tính linh hoạt của cơ sở dữ liệu GIS

- Hiển thị bản đồ: ArcObjects cho phép tạo và hiển thị bản đồ với các nhãn, kýhiệu, và có khả năng tạo ra các bản đồ theo từng chủ để với các ứng dụng có thểtuỳ chỉnh

- Phát triển component: ArcGIS Engine là môi trường cho các lập trình viên pháttriển các thành phần với giao diện người dùng, giúp xây dựng các ứng dụng GISmột cách nhanh chóng và dễ dàng và hiệu quả

- Extentions: ArcGIS Engine Runtime để triển khai một phần mềm GIS với cácchức năng chuẩn, hoặc thêm thành phần mở rộng cho các ứng dụng nâng cao.Những thành phần kể trên, bao gồm cả các chức năng mở rộng đều đã được xâydựng sẵn trong ArcGIS Engine Developer Kit ArcGIS Engine Runtime và các thànhphần mở rộng của nó là các yếu tố không thể thiếu trong sự phát triển của một ứngdụng GIS

ArcGIS Engine Developer Kit

ArcGIS Engine Developer Kit là một thành phần cơ bản cho việc xây dựng vàtriển khai các sản phẩm phần mềm GIS ArcGIS Engine Developer Kit không phải làsản phầm dành cho người dùng cuối mà là bộ công cụ cho các nhà phát triển ứng dụng.Nó có thể dùng để xây dựng một ứng dụng xem bản đồ cơ bản, hoặc một công cụ biêntập, chỉnh sửa GIS nâng cao Với ArcGIS Engine Developer Kit, lập trình viên có thể

dễ dàng tạo ra các giao diện tuỳ biến cho bản đồ, sử dụng các API của ArcGIS engine

hỗ trợ để tạo ra một ứng dụng duy nhất hoặc kết hợp các thành phần ArcGIS Enginevới các thành phần của phần mềm khác

Trang 36

ArcGIS Engine Developer Kit cho phép truy cập đến tập hợp nhiều các thành phầnGIS, với các thành phần mở rộng (components) hỗ trợ cho việc tạo ra bản đồ với giaodiện người dùng chất lượng cao Dưới đây là các điều khiển ArcGIS, các thành phần(components) trực quan được cung cấp để phát triển ứng dụng:

- Tập hợp các lệnh, công cụ và menu cho người dùng với ToolbarControl

ArcGIS Engine Runtime

Thành phần cuối cùng của ArcGIS Engine là các thành phần mở rộng (extentions).Tất cả các ứng dụng GIS được xây dựng với ArcGIS Engine Developer Kit đều phảicần đến ArcGIS Engine Runtime ArcGIS Engine Runtime là một nền tảng để xâydựng các ứng dụng GIS, cho phép người dùng ứng dụng ArcGIS Desktop có thể chạyvà tuỳ chỉnh ứng dụng trên ArcGIS Engine nếu như được sự cho phép của người lậptrình ứng dụng ArcGIS Engine

Một số thành phần mở rộng ArcGIS Engine:

- Standard ArcGIS Engine functionality: cung cấp các chức năng cơ bản của tất

cả các ứng dụng GIS Ở mức độ này ArcGIS Engine Runtime cung cấp khảnăng làm việc với một số định dạng raster và vector khác nhau, hiển thị bản đồvà tạo dữ liệu Các tính năng tìm kiếm theo không gian hay theo thuộc tính Ởmức độ này cho phép tạo ra, chỉnh sửa dữ liệu cơ bản, tạo và chỉnh sửa cơ sở

dữ liệu địa lý (bản đồ) và xử lý dữ liệu GIS

Trang 37

- Geodatabase Update extension: Thành phần cập nhật cơ sở dữ liệu bản đồ

(Geodatabase Update Extension) cho ArcGIS Engine Runtime có khả năng tạovà cập nhật cơ sở dữ liệu địa lý đa người dùng được quản lý bằng ArcSDE, nócó khả năng làm việc với các lược đồ và các phiên bản cũ của cơ sở dữ liệu địa

lý Geodatabase Update Extension kết hợp với thư viện ArcObjects có khảnăng chạy và chỉnh sửa các giải pháp nâng cao về cơ sở dữ liệu địa lý, các ứngdụng nâng cao này gồm các ứng dụng tự động hoá dữ liệu GIS, xây dựng, biênsoạn và bảo trì các chức năng của cơ sở dữ liệu địa lý Geodatabase UpdateExtension cung cấp khả năng lập trình để tạo ra các hành vi của cơ sở dữ liệunhư: cấu trúc liên kết, phân nhóm, và mạng lưới hình học

- Spatial extension: cung cấp các chức năng mạnh mẽ cho phép ứng dụng tạo,

truy vấn, xử lý đến từng ô nhỏ nhất trong mô hình dữ liệu dạng raster Điều nàycho phép người dùng có thể lấy được thông tin về dữ liệu của họ, xác định cácmối quan hệ trong không gian, tìm địa điểm, tính toán đường đi ngắn nhất giữa

2 điểm

- 3D extension: 3D extension cho phép xem hình ảnh 3D trực quan, 3D

extension kết hợp với các thành phần ArcGIS Engine chuẩn để xem một vị trí

từ nhiều điểm khác nhau và xác định những gì có thể nhìn thấy ở mỗi vị trí.Điều khiển SceneControl và GlobeControl cung cấp giao diện để xem nhiềulớp bản đồ 3D và dữ liệu toàn cầu trực quan, tạo ra các bề mặt và phân tích bềmặt

- Network Analyst extension: Network Analyst Extension có khả năng định

tuyến, phân tích dữ liệu theo từng khu vực, tạo và quản lý mạng dữ liệu.Network Analyst Extension cho phép lập trình viên tạo và triển khai ứng dụngchuyên về: giao thông, phản ứng khẩn cấp, hoả hoạn, quân sự và một số lĩnhvực khác

Trang 38

2.1.3 Ai có thể sử dụng ArcGIS Engine?

Nhà phát triển ứng dụng độc lập

Có nhiều khách hàng tiềm năng sử dụng ứng dụng GIS, nhưng họ không phải làchuyên gia về GIS, không biết được lợi thế của các công cụ có sẵn Để cung cấp giảipháp cho người dùng GIS, các nhà phát triển ứng dụng cần phải xây dựng ứng dụngthân thiện và dễ sử dụng với người dùng Với ArcGIS Engine và các thành phần mởrộng, bạn có thể xây dựng một ứng dụng dễ dàng và chuyên nghiệp với giao diện ngườidùng thân thiện

Hình 2 4: Phát triển ứng dụng sử dụng ArcGIS

Người dùng ArcGIS Desktop

Trang 39

ArcMap là một ứng dụng Desktop trong bộ thư viện ArcGIS, với ArcMap bạn cóthể tạo ra một ứng dụng GIS với dữ liệu một cách chuyên nghiệp MapControl vàPageLayoutControl cung cấp để có thể làm việc với các tài liệu được tạo trongArcMap, SceneControl và GlobeControl dùng để hiện thị tài liệu.

Dùng ArcGIS Desktop để tạo và quản lý các bản đồ giúp bạn tiết kiệm rất nhiềuthời gian ArcGIS Desktop cũng cung cấp công cụ để xây dựng và quản lý cơ sở dữliệu địa lý, shapefile, các dữ liệu không gian…

Các thành phần cơ bản của ArcGIS Desktop cũng tương tự như các thành phầnArcObjects Điều này cho phép mỗi người dùng ArcGIS Desktop đều có thể sử dụngứng dụng ArcGIS Engine Có thể triển khai một ứng dụng GIS trên cả ArcGIS Enginevà ArcGIS Desktop

Người dùng ArcGIS Server

ArcGIS Server cung cấp Web server cho các ứng dụng ArcGIS Engine, nó chophép bạn tích hợp các chức năng ở ứng dụng ArcGIS Desktop với các chức năng ởserver, bởi vì tất cả các ứng dụng trong bộ thư viện ArcGIS đều giao tiếp với nhau quaArcObjects

Hình 2 5: Mô hình ArcGIS Server

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	4,82 MB