7. Về mặt cấu trỳc luận văn
1.4.2. Cơ sở dữ liệu hệ thụng tin địa lý
1.4.2.1. Đặc thự của thụng tin địa lý
Hệ thụng tin địa lý chỉ cú thể hoạt động đƣợc khi nú cú cỏc thụng tin đƣợc tổ chức thành một cơ sở dữ liệu phự hợp với khả năng phõn tớch của hệ thụng tin địa lý. Cỏc thụng tin địa lý là cỏc thụng tin về đối tƣợng địa lý.
Cỏc đối tƣợng địa lý là những vật thể định vị trờn bề mặt trỏi đất hay ở gần trỏi đất và trong khụng gian. Cỏc đối tƣợng địa lý cú nhiều thể loại khỏc nhau. Những đối tƣợng tự nhiờn nhƣ sụng, suối,… Những đối tƣợng nhõn tạo nhƣ đƣờng, cầu, cống,… Dự đa dạng nhƣng tất cả cỏc đối tƣợng địa lý đều cú 2 đặc trƣng cơ bản sau đõy:
- Đặc trƣng phõn bố khụng gian: Phản ỏnh vị trớ địa lý, hỡnh dạng, kớch thƣớc của đối tƣợng phõn bố trong khụng gian. Đặc trƣng khụng gian cũn thể hiện đặc điểm quan hệ trong khụng gian giữa đối tƣợng này với đối tƣợng khỏc.
- Đặc trƣng thuộc tớnh: Phản ỏnh bản chất của đối tƣợng.
Khi cỏc thụng tin địa lý đƣợc đƣa vào quản lý trong cơ sở dữ liệu của GIS nú đƣợc gọi là dữ liệu địa lý và đƣợng ngầm hiểu là cỏc thụng tin địa lý đƣợc xử lý bằng cụng nghệ số và đảm bảo đƣợc cỏc đặc trƣng trờn của cỏc đối tƣợng địa lý.
1.4.2.2. GIS quản lý cỏc dữ liệu địa lý
Quản lý cỏc thụng tin khụng gian: Nhƣ chỳng ta đó biết dữ liệu địa lý muốn lƣu trữ trong CSDL thỡ chỳng cần đƣợc cấu tạo chặt chẽ và tuõn theo những nguyờn tắc phự hợp với nguyờn lý số của mỏy tớnh. Dạng cấu tạo đú đƣợc gọi là mụ hỡnh dữ liệu Trong GIS, cỏc dữ liệu khụng gian thƣờng đƣợc hiển thị theo 2 phƣơng phỏp. Thứ nhất thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng cỏc đơn vị bản đồ, phƣơng phỏp thứ 2 biểu diễn dƣới dạng số hay cỏc ma trận. Cú hai dạng mụ hỡnh dữ liệu là mụ hỡnh raster và mụ hỡnh vector.
- Mụ hỡnh dữ liệu raster: Cấu trỳc dữ liệu raster 2-D đƣợc xem nhƣ 1 ma trận cỏc ụ lƣới. Mỗi cell (ụ lƣới) đặc trƣng cho một ụ vuụng bề mặt đất. Độ phõn giải của dữ liệu raster đƣợc xỏc định bởi kớch thƣớc ụ lƣới, nhƣ vậy số liệu raster đặc trƣng cho khụng gian rời rạc trong đú độ chớnh xỏc vị trớ phụ thuộc vào kớch thƣớc ụ lƣới. ễ càng nhỏ thỡ độ chớnh xỏc càng cao, và yờu cầu bộ nhớ càng lớn. Ngƣợc lại ụ càng to, độ phõn giải càng thấp yờu cầu bộ nhớ càng giảm.
Hỡnh 1.7. Mụ hỡnh dữ liệu raster
Mỗi ụ lƣới chỉ cú một giỏ trị duy nhất ứng với một thuộc tớnh nào đấy. Mỗi giỏ trị thuộc tớnh cú thể đặc trƣng cho phộp một điểm (nhƣ độ cao) hoặc cho phộp một vựng đƣợc chia nhỏ. Cỏc thuộc tớnh cho nhiều đối tƣợng địa ý cú thể đƣợc khỏi niệm nhƣ nhiều lớp ảnh quột
Cấu trỳc dữ liệu raster Cột Hàng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 1 n n n n n n n n 2 n n n n n n n n 3 n n n n n n n n 4 n n n n n n n n 5 n n n n n n n n 6 y y n n n n n n 7 y y y n n n n n Điểm Đƣờng Vựng Khụng lầy Lầy
Trong cấu trỳc ảnh quột, cỏc điểm đƣợc coi nhƣ những ụ độc lập, cỏc đƣờng và cỏc vựng đƣợc đặc trƣng nhƣ cỏc ụ liờn tục. Độ chớnh xỏc tọa độ của số liệu ảnh quột là do kớch thƣớc ụ quyết định. Sự cõn nhắc rừ ràng cỏc đặc tớnh khụng gian (điểm, đƣờng, vựng) và cỏc đặc điểm địa hỡnh, hỡnh học khụng gian sẵn cú trong số liệu raster, nhƣng cú thể trớch ra từ cấu trỳc nếu cần thiết.
Mụ hỡnh dữ liệu raster thƣờng đƣợc ỏp dụng để thể hiện cỏc đối tƣợng, hiện tƣợng phõn bố liờn tục trong khụng gian, để lƣu trữ thụng tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, ảnh mỏy bay, ảnh vệ tinh) trong CSDL. Cấu trỳc dữ liệu raster đƣợc xem nhƣ một ma trận cỏc ụ lƣới (cell_pixels hay phần tử ảnh).
- Mụ hỡnh vector: Mụ hỡnh dữ liệu vector sử dụng cỏc điểm tọa độ trong mộ hệ quy chiếu để biểu diễn đối tƣợng. Cỏc kiểu đối tƣợng dạng điểm, dạng đƣờng, dạng vựng trong cấu trỳc vector đƣợc cấu thành từ cỏc phần tử hỡnh học cơ sở. Trong cấu trỳc vector, cỏc đƣờng đƣợc xỏc định bởi độ dày và khụng thay đổi nếu nhƣ vựng đƣợc mở rộng.
Trong cấu trỳc vector, khụng gian 2D đƣợc coi nhƣ liờn tục và biểu diễn chớnh xỏc vị trớ, độ dài, khoảng cỏch và diện tớch. Vị trớ đƣợc mụ tả bởi cỏc cặp tọa độ. Cỏc điểm đƣợc biểu diễn bằng cặp tọa độ x,y. Cỏc đối tƣợng đƣờng đƣợc tạo thành từ cỏc đoạn thẳng nối 2 cặp tọa độ (xi, yi), (xi+1, yi+1). Cỏc quan hệ khụng gian quan trọng đối với hệ thống cỏc đƣờng và đa giỏc là tạo bởi cỏc cung - nỳt (arc- node).
Cỏc giỏ trị thuộc tớnh đối với cỏc điểm, đƣờng và đa giỏc đƣợc lƣu trữ độc lập với cỏc quan hệ khụng gian của thực thể.
Độ chớnh xỏc của dữ liệu dạng vector phụ thuộc vào yờu cầu và cũng chỉ đỳng với một số nhúm dữ liệu.
+ Điểm trong cấu trỳc vector gọi là nỳt (node). Cỏc đối tƣợng đơn, thụng tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trớ sẽ đƣợc phản ỏnh là đối tƣợng điểm. Cỏc đối tƣợng kiểu điểm cú đặc điểm: Là toạ độ đơn (x,y). Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm (Point). Tỷ lệ trờn bản đồ tỷ lệ lớn, đối tƣợng thể hiện dƣới dạng vựng. Tuy nhiờn trờn bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tƣợng này cú thể thể hiện dƣới dạng một điểm. Vỡ vậy, cỏc đối tƣợng điểm và vựng cú thể đƣợc dựng phản ỏnh lẫn nhau.
+ Đƣờng nối 2 nỳt gọi là cạnh (edge). + Chuỗi cỏc cạnh (chain) gọi là polyline.
+ Segment là một polyline khụng chứa cỏc nỳt là điểm điểm gặp nhau của hơn 2 cạnh. điều này khụng đƣợc ỏp dụng cho 2 điểm nỳt đầu và điểm nỳt cuối của segment.
+ Tổ hợp của một polyline tạo nờn một vũng khộp kớn (loop) đƣợc gọi là một polygon (đa giỏc).
+ Một polygon bao bọc một vựng (area).
- Đối tƣợng địa lý trong mụ hỡnh dữ liệu vecto đƣợc thể hiện theo cỏc cỏch sau :
+ Vị trớ và hỡnh dạng cỏc đối tƣợng đƣợc biểu thị dƣới dạng đồ họa kiểu điểm, đƣờng, vựng trong hệ tọa độ đó lựa chọn. Một số thụng tin về đối tƣợng đƣợc thể hiện qua cấu trỳc, màu sắc, hỡnh dạng,... quy ƣớc.
+ Cỏc thụng tin về quan hệ khụng gian giữa cỏc đối tƣợng địa lý nhƣ kề nhau, giao nhau,... đƣợc mụ tả theo mụ hỡnh topology dựa trờn quan hệ toỏn học. Topology là một mụ hỡnh hỡnh toỏn học quy định mối quan hệ hoặc sự kết nối giữa cỏc đối tƣợng : trong - ngoài, nối nhau, kề nhau. Việc tạo lập và lƣu trữ cỏc mối quan hệ topo sẽ rất hiệu quả trong việc xõy dựng hệ thụng tin địa lý. Nú cho phộp xử lý dữ liệu nhanh hơn trờn một tập dữ liệu lớn hơn.
+ Cỏc thụng tin mang tớnh liờn thụng chẳng hạn nhƣ giao thụng, thủy văn đƣợc mụ tả theo mụ hỡnh geometric networks.
Bảng 1.1 . So sỏnh cỏc phộp biểu diễn raster và vector
Biểu diễn raster Biểu diễn vector
Ƣu điểm
Dễ thực hiện phộp chồng phủ (overlay) Xử lý hỡnh ảnh hiệu quả
Cho phộp biểu diễn mạng lƣới đƣờng Cho phộp liờn kết với dữ liệu thuộc tớnh dễ dàng
Nhƣợc điểm
Cấu trỳc dữ liệu cồng kềnh Khú biểu diễn topology
đƣờng bao của ụ khụng trựng với đƣờng bao của đối tƣợng
Nhƣợc điểm:
Cấu trỳc dữ liệu phức tạp
Khú thực hiện phộp chồng phủ (overlay)
Khụng hiệu quả cho việc xử lý ảnh Cập nhật thụng tin khú khăn hơn
Việc lựa chọn cấu trỳc dữ liệu vector hoặc raster tựy thuộc vào yờu cầu của ngƣời sử dụng. Đối với hệ thống vector, dữ liệu đƣợc lƣu trữ nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời cỏc đƣờng contour cũng chớnh xỏc hơn hệ thống raster. Ngoài ra cũng tựy vào phần mềm mỏy tớnh đang sử dụng mà nú cho phộp nờn lƣu trữ dữ liệu dƣới dạng vecto hay raster. Tuy nhiờn với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thỡ nhất thiết phải sử dụng dữ liệu raster.
Một số cụng cụ phõn tớch của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mụ hỡnh dữ liệu raster, do vậy cần qua quỏ trỡnh biến đổi dữ liệu từ mụ hỡnh dữ liệu vecto sang dữ liệu raster, hay cũn gọi là raster húa. Biến đổi từ dữ liệu raster sang mụ hỡnh vector, hay cũn gọi là vector húa, đặc biệt cần thiết khi tự động quột ảnh. Raster húa là tiến trỡnh chia đƣờng hay vựng thành cỏc ụ vuụng (pixel). Ngƣợc lại, vector húa là tập hợp cỏc pixel để tạo thành đƣờng hay vựng. Nếu dữ liệu raster khụng cú cấu trỳc tốt, thớ dụ ảnh vệ tinh việc nhận dạng đối tƣợng sẽ rất phức tạp.
Mụ hỡnh biểu diễn bề mặt: Mụ hỡnh biểu diễn bề mặt đƣợc ỏp dụng biểu diễn mụi trƣờng địa lý liờn tục nhƣ độ cao bề mặt đƣợc ỏp dụng biểu diễn trƣờng địa lý liờn tục nhƣ độ cao bề mặt địa hỡnh khu vực. Cú một số cỏch biểu diễn mụ hỡnh số độ cao, trong đú biểu diễn bằng lƣới tam giỏc khụng đều (triangulated networks) do Peuker và cộng sự thiết kế cú ƣu điểm là trỏnh đƣợc sự dƣ thừa dữ liệu của ma trận độ cao và giỳp cho việc thực hiện cỏc phộp toỏn thuận lợi. Mụ hỡnh TIN là một cấu trỳc topo dạng vector gần nhƣ khỏi niệm của cấu trỳc topo đầy đủ để biểu diễn cỏc mạng đa giỏc.
Cơ sở dữ liệu thuộc tớnh (hay cũn gọi là dữ liệu phi khụng gian) là cơ sở dữ liệu phản ỏnh tớnh chất của cỏc đối tƣợng khỏc nhau, vớ dụ : cỏc thụng tin về chủ đất, chất lƣợng đất, thể loại đất... là cỏc dữ liệu thuộc tớnh.
Dữ liệu thuộc tớnh bao gồm dữ liệu thuộc tớnh định tớnh và dữ liệu thuộc tớnh định lƣợng và thƣờng đƣợc cấu trỳc theo dạng hàng, cột. Mỗi hàng bao gồm nhiều loại thụng tin về một đối tƣợng nào đú nhƣ tờn, diện tớch,... Mỗi loại thụng tin khỏc nhau này gọi là một trƣờng, mỗi trƣờng đƣợc sắp xếp tƣơng ứng với một cột. Việc sắp xếp dữ liệu phi khụng gian nhƣ trờn rất thuận lợi cho quỏ trỡnh tỡm kiếm, cập nhật, sắp xếp thụng tin.
Dữ liệu thuộc tớnh cú thể dựng cỏc hệ quản trị dữ liệu cơ sở nhƣ Exel, arcgis để vào giỏ trị cỏc bảng dữ liệu, cỏc tệp văn bản hoặc thu nhận từ cỏc phần mềm khỏc nhau.