đIỀU HÀNH PHẦN CỨNG PHẦN MỀM CƠ SỞ DỮ LIỆU
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 20
2.1.3.3. Phần cứng (máy tắnh và thiết bị ngoại vi)
Phần cứng của một GIS bao gồm các hợp phần sau: bộ xử lý trung tâm, thiết bị nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, thiết bị hiển thị và xuất dữ liệụ
- Bộ xử lý trung tâm: hệ thống ựiều khiển, bộ nhớ, tốc ựộ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPỤ
- Các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu: bàn số hóa, máy quét ựể chuyển ựổi dữ liệu tương tự thành dạng số. Các phương tiện lưu trữ thông dụng là ổ ựĩa cứng, ổ ựọc băng, ổ ựĩa quang có thể ghi hình và xóa dữ liệụ Thiết bị hiển thị và xuất dữ liệu bao gồm màn hình, máy in. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và công nghệ thông tin, ựặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ các chức năng và trao ựổi giữa những người sử dụng, càng tạo ựiều kiện cho GIS phát triển.
2.1.3.4. Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có ựầy ựủ hai hợp phần, ựó là tự ựộng hóa thành lập bản ựồ và quản lý cơ sở dữ liệụ Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện ựại liên quan ựến sự phát triển của hai hợp phần nàỵ
Bản ựồ học là môn khoa học về ựịa lý, về tắnh chất, phương pháp xây dựng và sử dụng chúng, bản ựồ học bao gồm nhiều bộ môn khoa học và kỹ thuật quan hệ chặt chẽ với nhaụ Do ựó, tự ựộng hóa thiết lập bản ựồ là thành lập bản ựồ với sự trợ giúp của máy tắnh. Bản ựồ là sự thể hiện bằng ựồ họa mối quan hệ không gian và là sự mô hình hóa thực tế theo những tỷ lệ nhất ựịnh thông qua các công ựoạn: lựa chọn, phân loại, làm ựơn giản hóa và tạo mẫu ký tự.
Các phần mềm tiện ắch thông qua máy tắnh trợ giúp cho việc thành lập bản ựồ trên nhiều phương diện như sau:
- Thứ nhất, bản ựồ trong máy tắnh là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa làm cho bản ựồ ựược hoàn thiện và lượng thông tin sẽ ựược nâng lên. đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản ựồ cũng dễ dàng thực hiện ựược.
- Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn trên bản ựồ ựược thao tác với tốc ựộ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm ựơn giản hóa các
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 21 ựặc ựiểm bản ựồ cũng ựược thực hiện một cách khoa học. Các chức năng cụ thể của phần mềm trợ giúp cho phép quá trình thiết kế và khái quát hóa bản ựồ ựược thực hiện. Kết quả như mong muốn có thể ựạt ựược bởi nhiều cán bộ bản ựồ hoặc do chắnh một cán bộ bản ựồ làm trong nhiều thời gian khác nhaụ
- Thứ ba, thiết kế bản ựồ có thể ựược hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗị Kắch thước, hình dạng hoặc vị trắ của chữ hoặc ký hiệu trên bản ựồ có thể dễ dàng thay ựổi ựược và ựưa về vị trắ chắnh xác như mong muốn.
Chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu (DBMS). GIS phải có khả năng ựiều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu ựịa lý ựồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu theo một trật tự rõ ràng.
Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự ựộng hóa bản ựồ và quản lý cơ sở dữ liệụ Các tài liệu mô tả cho một vị trắ bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trắ không gian của chúng. Sự liên kết ựó là một ưu thế của việc vận hành GIS:
+ Một là: các dữ liệu thuộc tắnh nhất thiết phải ựược thể hiện liên kết với các ựối tượng trên bản ựồ. Vắ dụ, số liệu về dân số của một thành phố cũng ựược gọi ra một cách tự ựộng mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác. đối với bản ựồ truyền thống thì công việc tra cứu thường phải làm ựộc lập, không thực hiện tự ựộng ựược. Ngoài ra, việc bổ sung số liệu cũng ựòi phải ựược cập nhật thường xuyên nên chỉ GIS mới có thể ựáp ứng ựược ựầy ựủ.
+ Hai là: sự thay ựổi về hình học của các ựối tượng nội dung trên bản ựồ nhất thiết phải phù hợp với sự thay ựổi về thông tin thuộc tắnh. Vắ dụ, sự thay ựổi về diện tắch ựô thị về số liệu phải tương ứng với sự thay ựổi về ựường ranh giới thành phố. Khi thay ựổi ranh giới thì số liệu tắnh toán về diện tắch cũng tự ựộng ựược thay ựổị
2.1.3.5. Các chức năng cơ bản của phần mềm GIS
Một phần mềm GIS có các chức năng cơ bản như sau: nhập và bổ sung dữ liệu, chuyển ựổi dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, ựiều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở ựịa lý và ựưa ra quyết ựịnh. Có thể khái quát về các chức năng ựó như sau:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 22
ạ Nhập và bổ sung dữ liệu
Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu mà công việc ựó không thể tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệụ
Việc nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tư liệu dưới dạng số hoặc dạng tương tự. Dạng tư liệu không gian như bản ựồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải ựược chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu khác cũng phải chuyển ựổi ựược ựể tương thắch với cơ sở dữ liệu trong hệ thống ựang sử dụng.
b. Chuyển ựổi dữ liệu
Chuyển ựổi dữ liệu là chức năng cần ựược làm ngay sau khi thực hiện việc thu thập, bổ sung và cập nhật dữ liệụ Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ ựộc quyền bằng cách hạn chế ựưa các khuôn dạng dữ liệu theo hai loại phổ cập. Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn ựể hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu ựang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhaụ
c. Lưu trữ dữ liệu
Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự ựa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: ựa dạng về thuộc tắnh, về khuôn dạng, về ựơn vị ựo, về tỷ lệ bản ựồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho ựảm bảo ựộ chắnh xác và không mất thông tin; và các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về ựơn vị ựoẦ thì phải ựược ựịnh vị chắnh xác. đối với tư liệu quốc gia không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tắnh riêng biệt mà cần phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tắnh chất phổ biến ựể sử dụng ựược trong nhiều ứng dụng khác nhaụ Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển ựổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhaụ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 23
d. điều khiển dữ liệu
Do nhiều GIS hoạt ựộng ựòi hỏi tư liệu không gian phải ựược lựa chọn với một chỉ tiêu nhất ựịnh ựược phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những ựặc ựiểm riêng của hệ thống, do ựó GIS phải ựảm nhiệm ựược chức năng ựiều khiển thông tin không gian. Khả năng ựiều khiển cho phép phân tắch, phân loại và tạo lập các ựặc ựiểm bản ựồ thông qua các dữ liệu thuộc tắnh và thuộc tắnh ựịa lý ựược nhập vào hệ thống. Các thuộc tắnh khác nhau có thể ựược tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể ựược xác ựịnh, ựược tắnh toán, ựược can thiệp và biến ựổị
ẹ Trình bày và hiển thị
đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một GIS. Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu ựược xử lý cần ựược thể hiện dưới các khuôn dạng như: chữ và số, dạng bảng biểu hoặc dạng bản ựồ. Các tắnh toán chung và kết quả phân tắch ựược lưu trữ ở dạng chữ và số ựể dễ dàng in ra hoặc trao ựổi giữa các phần mềm khác nhaụ Các dữ liệu thuộc tắnh có thể ựược lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố ựịnh khác. Bản ựồ ựược thiết kế ựể hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng ựiểm ựể in. Như vậy, hiển thị và in ra cũng là những chức năng rất cần thiết của một GIS.
g. Phân tắch không gian
Trước ựây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là ựược tập trung, phát triển do những người xây dựng GIS. Chức năng thứ 6 là phân tắch không gian ựược phát triển dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thật sự hữu ắch cho người ứng dụng. Những ựịnh nghĩa về GIS trước ựây trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tắch không gian. Theo quan ựiểm hiện nay thì chức năng ựó cần thiết phải có ựối với một hệ thống ựược gọi là GIS. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau ựối với từng hệ thống, song ựối với một GIS sử dụng tư liệu bản ựồ thì chức năng ựó là bắt buộc.
Phân tắch không gian của GIS bao gồm 3 bộ phận chắnh: giải quyết các câu hỏi về thuộc tắnh, các câu hỏi về phân tắch không gian và tạo nên các tập dữ liệu
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 24 mới từ các cơ sở dữ liệu ban ựầụ Mục tiêu của phân tắch không gian là từ việc giải quyết các câu hỏi ựơn giản về các hiện tượng, các vấn ựề trong không gian ựi ựến hợp thành các thuộc tắnh một hay nhiều lớp và phân tắch ựược sự liên quan giữa các dữ liệu ban ựầụ
Trong ứng dụng của GIS, các ựặc ựiểm và thuộc tắnh về không gian là rất phổ biến. Câu hỏi về thuộc tắnh có chứa ựựng cả tắnh chất thông tin về không gian. Vắ dụ trong cơ sở dữ liệu của một thành phố, ở ựó mỗi mảnh bản ựồ ựều có mã thuộc tắnh về sử dụng ựất, một bảng thuộc tắnh ựơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng ựất có trong bản ựồ. Vì không có thông tin không gian ựể trả lời cho câu hỏi này nên bảng ựó ựược xem như bảng thuộc tắnh. Trong vắ dụ này, toàn bộ bảng thuộc tắnh có chứa các mã của sử dụng ựất ựã ựược xác ựịnh. Các thông tin khác có thể ựược tạo nên vắ dụ như số mảnh ựơn vị của loại hình sử dụng ựất này, hoặc tổng diện tắch của loại hình sử dụng ựất này trong thành phố,Ầ Tất nhiên những bài toán xử lý thông tin cho một lớp là rất cần thiết, song trong ứng dụng việc xử lý thông tin của nhiều lớp cũng là công việc rất quan trọng và ựòi hỏi nhiều công sức trong lập trình. Vắ dụ, giải bài toán về hai lớp thông tin về tắnh toán diện tắch của các loại hình sử dụng ựất theo các cấp ựộ dốc khác nhau,Ầ Những bài toán ựó ựặt ra ựối với nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà phần mềm chuyên tự ựộng hóa bản ựồ hay quản lý dữ liệu không ựáp ứng ựược. Tất nhiên do mục ựắch của GIS mà tập trung vào xử lý không gian nên một số chức năng của tự ựộng hóa bản ựồ hoặc tắnh toán thống kê chuyên ựề thì có thể GIS không ựáp ứng ựược.
Một số vấn ựề cơ bản trong xử lý không gian ựược cụ thể hóa như sau:
+ Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn ựề thuộc tắnh các ựối tượng trong một lớp, ựo ựạc các giá trị, phân tắch sự liên quan giữa các ựối tượng trong một lớp bản ựồ. Vắ dụ xác ựịnh tên, tắnh diện tắch chu vi của từng khoanh vi bản ựồ, xác ựịnh khoảng cách, tạo các vùng ảnh hưởng.
+ Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép tạo ra nhiều lớp bản ựồ mới trên cơ sở làm chi tiết hóa thông tin của từng phần trong
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ... 25 một ựối tượng bản ựồ. Vắ dụ, hai lớp thực vật và ựất khi chồng xếp sẽ cho bản ựồ phân bố thực vật trên các loại ựất khác nhaụ
+ Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không gian cần phải tắnh toán ựược mối quan hệ giữa chúng.
+ Phân tắch các mẫu ựiểm: một số ựối tượng tự nhiên hoặc hiện tượng tự nhiên có sự phân bố bằng các ựiểm tập trung theo các quy luật nhất ựịnh. Vắ dụ, phân bố của ựồng cỏ, hệ thống các ựiểm sụt KarstẦ trong xử lý không gian, sự phân bố những ựiểm ựó cần ựược nhận diện và phân loạị
+ Phân tắch mạng: thiết lập một mạng hữu ắch giữa các diện tắch có sự phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: Vắ dụ tạo tuyến xe buýt gần nhất nối các ựiểm ựón khách trong thành phố, mở hệ thống ựường nối giữa các khu dân cư, thiết kế một tuyến ựường ống dẫn dầuẦ tất nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau vắ dụ ựịa hình, sử dụng ựấtẦ
+ Phân tắch xử lý theo ô lưới: bài toán xử lý ô lưới rất phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành; vắ dụ tắnh toán mức ựộ lan truyền ô nhiễm, lập các ựường ựẳng trị, dự báo cháy rừngẦ
+ Phân tắch xử lý nhiều lớp thông tin theo ựiều kiện: ựây là chức năng phức tạp và ựa dạng nhất của xử lý không gian. Nhiều bài toán ựược áp dụng ựể biến ựổi lớp thông tin ban ựầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới; vắ dụ tắnh ựộ dốc, hướng dốc, tắnh mật ựộ, bài toán logic, các phép phân chia, Ầ bản ựồ.
Có hai khái niệm ựược bổ sung cho ựịnh nghĩa trên, ựó là pixel và ô lưới ựơn vị. Pixel là ựơn vị nhỏ nhất của hình ảnh không thể chia nhỏ ựược. Ô lưới ựơn vị là ựối tượng thể hiện một yếu tố của bề mặt có kắch thước ựều ựặn.