Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối
hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao
đổi thông tin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học. Mạng hình học này bao gồm các đối tượng
đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong
mạng.
Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần
tạo các topology cho cơ sở dữ liệu. Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu. 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 là luật
liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng kiểu B. Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và một cạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút.
Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình thành. Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng để giải quyết các bài toán
đặt ra.
4.3.4 Overlay ( phủ trùm hay chồng bản đồ ).
Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS. Overlay cho phép ta
tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau. Người ta định nghĩa:
“Overlay là quá 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 hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay là gộp hai lớp
trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới. Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp
thông tin một lớp này với một 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 lớp
polygon
Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai. Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai. Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của
chúng khác nhau. Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến
hành chồng khít hai lớp bản đồ. Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được
lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các
thông tin này. Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào
overlay phải có sự thống nhất với nhau. Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về
tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được.
Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao điểm này
Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ.
Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép
đồng nhất (Identity)
Phép hợp
Hoạt động như toán tử Or , Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon
Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu dầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng. Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon
Hình 4.5: Phép hợp.
Phép giao
Hoạt động như toán tử And .
Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào
Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào
Hình 4.6: Phép giao.
Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít.
Hình 4.7: Phép đồng nhất.
4.3.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề).
Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng. Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean. Có 3 phương
pháp phân tích proximity:
Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp
buffer. Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước. Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng
vùng. Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lập vùng đệm dược thực hiện
nhờ chức năng spread.
Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ
xây dựng nhà máy.
Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những
vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều. Các mẫu thường là các
điểm. Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiessen còn được gọi là sơ đồ Voronoi. Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử
dụng từ các mẫu đất cách biệt.
4.4 Hiển thị bản đồ
Trong GIS, các đối tượng cơ sở dữ liệu không gian trong thế giới thực được
mô tả dưới dạng bản đồ . Điểm mạnh của các hệ thống GIS là khả năng thể hiện nội dung địa lý các mối quan hệ về không gian giữa chúng . Cách mà GIS hiển thị các đối tượng thực thể được quy ra làm 4 loại đối tượng số cơ bản:
Đối tượng kiểu điểm (point)
Đối tượng kiểu đường (line, polyline)
Đối tượng kiểu vùng (area, polygon)
Đối tượng kiểu mô tả (annotation, text, symbol).
Cách phản ánh các đối tượng trên bản đồ:
* Bản đồ thể hiện các đối tượng địa lý thông qua mô tả bằng tập hợp các thành phần của: đường, màu sắc, ký hiệu và từ ngữ
* Các thông tin đồ hoạ và mô tả cho chúng ta biết về vị trí địa lý và các thuộc
tính của các đối tượng địa lý.
* Mô hình dữ liệu số phản ánh lại các vị trí, tính chất và các quan hệ không gian dưới dạng số
* Bản đồ số lưu trữ dữ liệu theo loại đối tượng. Bản đồ số lưu theo loại đối tượng dưới đây:
* Điểm (Points): Đối tượng đơn có vị trí.Ví dụ Trạm cứu hoả, nhà Giếng
* Vùng (Polygons): Vùng có diện tích, định nghĩa bởi đường bao . Ví dụ thửa
loại đất .
Để phản ánh toàn bộ các thông tin cần thiết của bản đồ dưới dạng đối tượng
số, các đối tượng địa lý còn được phản ánh theo cấu trúc phân mảnh và phân lớp
thông tin.
Cấu trúc phân mảnh:
Một đối tượng địa lý về mặt không gian có thể liên tục trên một phạm vi
rộng. Tuy nhiên trong cơ sở dữ liệu GIS, do hạn chế về các lý do kỹ thuật như khả năng lưu trữ, xử lý, quản lý dữ liệu mà các đối tượng địa lý lưu trữ dưới dạng cách
mảnh (mapsheet, tile). Tuy nhiên khái niệm chia mảnh trong cơ sở dữ liệu GIS không hoàn toàn đồng nhất với khái niệm chia mảnh bản đồ thông thường. Một
mảnh (tile) trong cơ sở dữ liệu GIS có thể có hình dạng bất kỳ miễn sau cho phù hợp với khả năng quản lý và xử lý của hệ thống. Trong một số hệ thống GIS đã có,
người dùng phải tự quản lý cách chia mảnh của mình. Tuy nhiên xu hướng hiện
nay, các hệ thống GIS đã cung cấp những công cụ cho phép người sử dụng tự động
quản lý các mảnh trong cơ sở dữ liệu. Một số GIS tiến bộ hơn, dựa trên các kỹ thuật
mới của công nghệ hướng đối tượng, về mặt vật lý, các đối tượng địa lý bị chia cắt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
theo từng mảnh, nhưng đối với người sử dụng, các đối tượng là liên tục không bị
chia cắt.
Cấu trúc phân lớp thông tin:
Một trong những bước quan trọng xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là phân loại
các lớp thông tin (layer, class). Hệ thống GIS lưu trữ các đối tượng địa lý theo các
lớp thông tin. Mỗi lớp thông tin lưu trữ một loại các đối tượng có chung một tính
chất, đặc điểm giống nhau. Thiết kế các lớp thông tin rất quan trọng đối với bất kỳ
một hệ thống GIS nào. Cách phân lớp thông tin sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính hiệu
quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của cơ sở dữ liệu không gian.
- Có các lớp thông tin cơ bản: các ứng dụng khác nhằm cần đến những lớp thông tin cơ bản (thông tin nền) Ví dụ như:
+ Lớp thông tin cơ sở toán học bản đồ: điểm khống chế, khung, điểm độ cao, trắc địa nhà nước, v..v..
+ Lớp thông tin về địa hình
+ Lớp thông tin về hệ thống thuỷ văn
+ Lớp thông tin về hệ thống đường giao thông
Đủ các lớp thông tin chuyên đề: Tuỳ từng ứng dụng và yêu cầu cụ thể trước mắt,
việc chọn lựa các lớp thông tin chuyên đề được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và thứ tự
nhập vào là quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và thời gian xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
Gộp các đối tượng thành một lớp thông tin: không quá chi tiết (để tránh có quá
nhiều lớp thông tin phải quản lý) cũng như không quá tổng quát (khó khăn khi
muốn xử lý riêng biệt).
4.5 Xuất dữ liệu .
Hầu hết các phần mềm GIS đều hỗ trợ việc kết nối và truy xuất dữ liệu dưới
Chương 5 : DỮ LIỆU CHO GIS
Trong các mô hình biểu diễn dữ liệu của GIS, chúng ta thường nhắc đến một
khái niệm là feature. Theo định nghĩa của ISO (International Standard
Organization): “Feature là sự trừu tượng hoá của một sự vật trong thế giới thực. Trong đó, thuộc tính của feature chính là đặc điểm mô tả feature đó”.
5.1 Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS:
Modelling with vector data: mô hình dữ liệu vector
Modelling with taster data: mô hình dữ liệu raster
Modelling with triangulated data: mô hình TIN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.1.1 Mô hình dữ liệu vector.
Mô hình dữ liệu vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp của chúng. Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở bao gồm: điểm (point), đường (line), vùng (polygon). Các thực thể sở đẳng được hình thành trên cở sở các vector hay toạ độ của các điểm trong một hệ trục toạ độ nào đó.
Loại thực thể cơ sở được sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức độ khái
quát. Với bản đồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố được biểu diễn bằng điểm (point), đường đi, sông ngòi được biểu diễn bằng đường (line). Khi tỷ lệ thay đổi kéo theo
sự thay đổi về thực thể biểu diễn. Thành phố lúc này sẽ được biểu diễn bởi vùng có
đường ranh giới. Khi tỷ lệ lớn hơn, thành phố có thể được biểu diễn bởi tập các thực
thể tạo nên các đối tượng nhà cửa, đường sá, các trình tiện ích,… Nói chung mô
hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng hay các điểm rời rạc để nhận biết các vị
trí của thế giới thực.
Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi chúng là các feature (như phần đĩnh nghĩa ở mục 2.1). Các feature được biểu diễn
bằng các đối tượng hình học: point, line, polygon. Các biểu diễn này áp dụng cho
những đối tượng đơn có hình dạng và đường bao cụ thể.
Hình 5.1: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector.
Trong cách biểu diễn này, người ta định nghĩa:
Feature là một đối tượng trên bản đồ có hình dạng và vị trí xác định, có các thuộc
tính cùng với hành vi cụ thể.
Feature Class là một tập các feature có cùng kiểu tức là tập các point, line, hay polygon. Các feature class tương đương với một lớp trên bản đồ.
Feature Dataset là tập các feature class hay tập hợp các lớp trên cùng một hệ toạ độ. Feature dataset tương đương với một bản đồ.
Các thành phần dữ liệu
Trong feature dataset, mỗi point được lưu dưới một toạ độ đơn tương ứng, line được lưu dưới một chuỗi các điểm có toạ độ x, y cho trước, polygon được lưu thành một
tập các điểm có toạ độ x, y xác định những đoạn thẳng và đóng kín.
Points :biểu diễn các feature không có miền bao hay độ dài, nhiều khi nó biểu diễn
Lines : dùng để biểu diễn các feature có chiều dài xác định nhưng không có miền
bao hay những feature rất hẹp so với tỷ lệ bản đồ
Hình 5.3: Đối tượng line trên bản đồ.
Polygons : được dùng để biểu diễn các feature có miền bao xác định: ruộng đất, ao,
hồ hay các đơn vị hành chính…
Hình 5.4: Đối tượng polyon trên bản đồ.
Các phép toán phân tích không gian trên mô hình Vector
GIS cung cấp rất nhiều phép toán phân tích không gian trên mô hình dữ liệu vector. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các phép toán này dựa trên cơ sở so sánh lôgic tập các đối tượng này với tập đối tượng khác.
5.1.1.1. Buffer
Cho trước một đối tượng và một giá trị khoảng cách, phép toán buffer sẽ tạo ra một vùng đệm là một polygon bao phủ xung quanh tất cả các điểm mà khoảng cách từ
chúng đến đối tượng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách đề ra.
Hình 5.5: Buffer
5.1.1.2. Defference
Cho trước hai đối tượng giao nhau là đối tượng cơ sở và đối tượng so sánh. Phép
toán difference sẽ tạo ra một đối tượng mới trong đó giữ nguyên phần của đối tượng cơ sở không nằm trong đối tượng so sánh.
Hình 5.6: Defference
5.1.1.3. Clip
Cho trước một đối tượng và một hình chữ nhật. Phép toán clip sẽ tạo ra một đối tượng mới bằng cách cắt đối tượng đầu vào theo hình chữ nhật.
5.1.1.4. Intersect
Cho trước hai đối tượng. Phép toán intersect sẽ tạo ra một đối tượng mới
chính là phần giao giữa hai đối tượng.
Hình 5.8: Intersect
5.1.1.5. convex hull.
Hình 5.9: Convex hull
Cho trước một đối tượng, phép toán convex hull sẽ tạo ra một đối tượng mới
là một polygon bằng cách nối tất cả các điểm ở biên của đối tượng đó. Nói cách khác, đây là polygon nhỏ nhất bao kín đối tượng.
5.1.1.6. Symmetric difference
Phép toán symmetric difference sẽ tiến hành so sánh vị trí hai đối tượng và tạo ra một đối tượng mới từ hai đối tượng ban đầu và bỏ đi phần giao giữa chúng.
5.1.1.7. Cut.
Cho một đường cong và một đối tượng, phép toán cut sẽ tách đối tượng này thành hai phần nửa phải và nửa trái theo hướng của đường cong.
Point và multipoint không được áp dụng. Line và polygon phải cắt đường cong.
Hình 5.11: Cut
5.1.1.8. Union.
Phép toán này tiến hành so sánh vị trí tương đối của hai đối tượng và trả về
một đối tượng trên cơ sở hợp hai đối tượng ban đầu.
Hình 5.12: Union
Mô hình dữ liệu vector cho ta nhiều thao tác hơn trên các đối tượng so với (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mô hình raster. Việc tính diện tích, đo khoảng cách của các đối tượng được thực
hiện bằng các tính toán hình học từ toạ độ của các đối tượng thay vì việc tính toán trên các điểm ảnh của mô hình raster. Các thao tác trong mô hình này nói chung