Đối với một GIS cụ thể, mỗi một mơ-đun có thể cung cấp nhiều hoặc chỉ một vài chức năng. Bên cạnh việc nhập dữ liệu, lưu trữ và bảo trì, phân tích và xuất dữ liệu, các cơng đoạn trong xử lý thơng tin địa lý cịn liên quan đến việc trao đổi thông tin, cũng như các vấn đề gắn với việc xử lý dữ liệu một cách có hiệu quả trong bối cảnh của tổ chức.
1.6.2.3 Các bước xử lý dữ liệu không gian
- Thu thập và chuẩn bị dữ liệu: Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là q trình số hố.
Cơng nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hồn tồn q trình này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn địi hỏi một số q trình số hố thủ cơng (dùng bàn số hố). Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS.
Ngày nay dữ liệu dạng số lưu trong nhiều phương tiện khác nhau và trên máy tính đang được sử dụng ngày càng nhiều. Dữ liệu sau khi được số hố theo một khn dạng nào đó, chưa chắc đã sử dụng được trong một hệ thống xác định vì khn dạng dữ liệu được tạo ra trong quá trình thu thập dữ
liệu chưa chắc đã là khuôn dạng cần thiết để lưu trữ và sử dụng trong các bước tiếp theo. Vì vậy cần phải có cách chuyển đổi dữ liệu.
Các chức năng biến đổi khuôn dạng: cho phép biến đổi dữ liệu từ khuôn dạng này sang khuôn dạng khác giữa các hệ thống khác nhau hoặc các cách biểu diễn khác nhau, chẳng hạn như chuyển đổi tệp tin từ DXF vào một GIS nào đó.
Nắn hình học hỗ trợ tạo dữ liệu bằng cách số hóa từ nguồn là bản đồ trên giấy đã được nắn về hệ tọa độ toàn cầu. Các thao tác này chuyển đổi tọa độ từ tọa độ của thiết bị (tọa độ của bàn số hóa hoặc của màn hình) sang tọa độ tồn cầu (tọa độ địa lý, tọa độ phẳng đo bằng mét...)
Lưới chiếu bản đồ cung cấp các phương tiện để đưa tọa độ địa lý về mặt phẳng (trong thành lập bản đồ và ngược lại).
Tiếp biên là quá trình nối ghép hai tờ bản đồ, chẳng hạn, sau khi chúng đã được số hóa một cách riêng biệt. Tại các biên bản đồ, các phần của một đối tượng phải khớp nhau và được nối liền thành một.
Biên tập các đối tượng đồ họa cho phép chỉnh sửa các đối tượng đã được số hóa nhằm loại bỏ các lỗi, chuẩn bị cho việc làm sạch dữ liệu để tạo các topo (topology buiding).
Lược điểm là quá trình thường được áp dụng để loại bỏ những đỉnh thừa hoặc giảm số đỉnh không cần thiết từ các đường đã được số hóa.
Các chức năng trên đây hỗ trợ cho việc thu thập và chuyển đổi dữ liệu cho phù hợp với khuôn dạng đã được xác định để lưu trữ dữ liệu không gian.
1.6.2.4 Lưu trữ và bảo trì dữ liệu khơng gian
Lưu trữ một cách đúng đắn là cực kỳ quan trọng đối với mọi việc xử lý và tìm hiểu nó sau này. Trong phần lớn những hệ thống hiện có, dữ liệu khơng gian được tổ chức thành các lớp (layer) theo những chuyên đề hay tỷ lệ khác nhau. Chẳng hạn, dữ liệu có thể được tổ chức theo hạng mục chuyên đề như sử dụng đất, địa hình và hành chính, hoặc theo tỷ lệ bản đồ. Một nhu cầu
hoặc một nguyên tắc cơ bản quan trọng là sự biểu diễn thế giới thực cần phải thiết kế sao cho phản ánh được hiện tượng và các mối quan hệ của chúng càng chân thực càng tốt.
Trong CSDL không gian, các đối tượng được thực hiện theo thuộc tính (đồ họa và phi đồ họa) và những mối quan hệ của chúng. Tính hình học của những đối tượng được biểu diễn theo dạng nguyên thủy của chiều tương ứng: Cối xay gió có thể biểu diễn là một điểm, cánh đồng có thể biểu diễn là một vùng. Dạng nguyên thủy hoặc tuân theo phương pháp vector, như ví dụ trên, hoặc tuân theo phương pháp raster.
Các loại dữ liệu vector mơ tả một đối tượng theo đường bao của nó, do đó chúng chia khơng gian thành các phần bị bao phủ bởi đối tượng tương ứng. Phương pháp raster chia không gian thành các ô (đều nhau) trong 2D (2chiều), và gọi là voxel ( phần tử thể tích) trong 3D (3chiều). Dữ liệu sẽ biểu thị cho từng ô mà đối tượng của thế giới thực bao phủ, trong trường hợp nó biểu diễn trường rời rạc. Bảng 1.2 liệt kê những điểm mạnh và điểm yếu của việc biểu diễn dạng raster và vector.
Bảng 1.3. So sánh các phép biểu diễn Raster và Vector
Biểu diễn dạng raster Biểu diễn dạng vector
Ưu điểm
Cấu trúc dữ liệu đơn giản Dễ thực hiện phép trồng phủ (overlay)
Xử lý ảnh hiệu quả
Biểu diễn topology hiệu quả Phù hợp với việc thay đổi tỷ lệ
Cho phép biểu diễn mạng lưới đường Cho phép liên kết với dữ liệu thuộc tính một cách dễ dàng
- Cấu trúc dữ liệu cồng kềnh - Khó biểu diễn topology
- Đường bao của ô không trùng với đường bao của đối tượng
- Cấu trúc dữ liệu phức tạp - Khó thực hiện phép chồng phủ - Không hiệu quả cho việc sử lý ảnh - Cập nhật khó khăn hơn
Những nguyên tắc, lưu trữ dạng raster là đơn giản. Tệp tin raster có thể là một bộ dữ liệu khá lớn.
- Dữ liệu không gian (vector) là dữ liệu thuộc tính thường được lưu trữ theo những cấu trúc riêng biệt. Một vài kiểu mơ hình đường bao, như đã trình bày ở trên được dùng đối với dữ liệu không gian, trong khi dữ liệu thuộc tính được lưu ở một khn dạng kiểu bảng nào đó. Thơng thường các đối tượng vecter được gán những giá trị để nhận biết, và các giá trị thuộc tính trong bảng sẽ sử dụng những giá trị đó để tham chiếu. Đó là cách để liên kết dữ liệu thuộc tính với dữ liệu vector
- Các gói phần mềm GIS đảm bảo hỗ trợ cho cả dữ liệu không gian và dữ liêu thuộc tính, nghĩa là chúng hỗ trợ việc lưu trữ dữ liệu không gian theo phương pháp vector, và lưu dữ liệu thuộc tính bằng các bảng. Tuy nhiên về mặt lịch sử, những hệ quản trị CSDL ( database management system-DBMS) mới dựa trên các bảng để lưu trữ dữ liệu. Ngày nay, hầu hết các GIS đều cho phép liên kết với DBMS và trao đổi dữ liệu thuộc tính với nó.
- Việc bảo trì dữ liệu (khơng gian) có thể được định nghĩa như là những hoạt động phối hợp nhằm dữ cho dữ liệu luôn được cập nhật kịp thời và hỗ trợ ở mức tốt nhất. Nó liên quan tới việc thu thập dữ liệu mới và nhập chúng vào thành hệ thống, thay thế dữ liệu đã lạc hậu khi cần. Mục đích là sẵn sàng cập nhật, lưu trữ tập dữ liệu.
1.6.2.5 Truy vấn và phân tích khơng gian
Phần khác biệt nhất của GIS là những chức năng phân tích khơng gian, nghĩa là các phép tính tốn sử dụng dữ liệu không gian để tạo được những
thông tin địa lý mới. Truy vấn khơng gian và mơ hình sử lý đóng vai trị quan trọng trong việc thỏa mãn nhu cầu người dùng. Sự liên kết CSDL, phần mềm GIS, quy tắc và cơ chế suy luận (reasoning mechanism) để đi đến một hệ thống hỗ trợ ra quyết định không gian (spatial decision support system – SDSS).
Trong GIS, dữ liệu được lưu trong các lớp (hay các chuyên đề). Các chức năng phân tích của GIS sử dụng những thuộc tính khơng gian và phi không gian của dữ liệu trong CSDL không gian nhằm trả lời những câu hỏi của người dùng. Các chức năng GIS được sử dụng để bảo trì dữ liệu, phân tchs dữ liệu để từ đó rút ra các thơng tin.
1.6.2.6 Phân tích tích hợp dữ liệu khơng gian và thuộc tính
Phân tích dữ liệu khơng gian có thể được định nghĩa như là sự tính tốn từ những dữ liệu hiện có đã được lưu trữ đã được lưu trữ để đưa ra những thông tin mới, nhằm thấu rõ sự vật, hiện tượng hơn. Những loại chức năng này thao tác được với cả thuộc tính khơng gian và phi khơng gian của dữ liệu, và có thể nhóm thành những loại hình dưới đây.
- Các chức năng phân loại, truy hồi và đo lường
+ Chức năng phân loại cho phép phân chia các đối tượng vào từng lớp (class) dựa trên những giá trị thuộc tính hoặc những dải thuộc tính (xác định các loại dữ liệu). Trên cơ sở các đặc tính phản ánh được tìm thấy ở raster, các pixel có thể được phân loại để thể hiện các vùng khác nhau.
+ Chức năng truy hồi cho phép tìm kiếm dữ liệu một cách có lựa chọn. + Khái quát hóa là chức năng lên kết những lớp khác nhau của những đối tượng có những nét đặc trưng chung vào một lớp (đã được khái quát) ở mức cao hơn.
+ Chức năng đo lường cho phép tính tốn các khoảng cách, chiều dài và diện tích.
a. Chức năng chồng lớp: Là chức năng hay dùng nhất trong các ứng
không gian bằng cách so sánh vị trí với vị trí, và xác định những vùng gối nhau và không gối nhau một cách rõ ràng. Bằng cách này chúng ta có thể xác định được những chỗ giao nhau, những chỗ hợp nhất, những chỗ khác biệt và những chỗ bù nhau của các vùng trong không gian.
b. Các chức năng láng giềng: Thao tác với vùng lân cận của một (hoặc
vài) đối tượng định trước. Điều này có thể liên quan đến những đối tượng ở gần. + Chức năng tìm kiếm: cho phép truy hồi những đối tượng nằm gọn trong cửa sổ tìm kiếm đã định(co thể là hình chữ nhật, hình trịn, hoặc hình đa giác)
+ Tạo vùng đệm: Là một trong số những chức năng láng giềng tốt nhất. Vùng đệm được tạo lập có thể có độ rộng định sẵn hoặc tuỳ biến, phụ thuộc vào đặc tính của vùng.
+ Chức năng nội suy: tiền định những giá trị chưa biết bằng việc sử dụng những giá trị đã biết tại những vị trí cận kề. Điều này thường được thực hiện với các đối tượng là trường liên tục, như độ cao
c. Chức năng kết nối: Tích luỹ các giá trị mà chúng xuyên suốt đối tượng hay xuyên suốt tập hợp đối tượng.
1.6.2.7. Cơ sở dữ liệu
a. Biểu thị các dữ liệu không gian trong cơ sở dữ liệu
Để phản ánh không gian từ thế giới thực các đối tượng được mã hoá theo các mơ hình dữ liệu. Trong cơ sở dữ liệu hồ sơ địa giới hành chính chứa các dạng dữ liệu sau đây:
- Các dữ liệu theo mơ hình vector: - Các dữ liệu theo mơ hình raster:
- Các dữ liệu định vị địa chỉ và vị trí (locators)
b. Mơ hình dữ liệu vector
Theo mơ hình vector, Mọi đối tượng địa lý trong không gian được chia làm 3 dạng cơ bản sau:
- Dạng biểu thị Đường (line)
- Dạng Biểu thị Vùng ( Polygon, Area)
Để mô tả các đối tượng địa lý trong mơ hình dữ liệu vector thể hiện theo các cách sau;
- Vị trí và hình dạng các đối tượng được biểu thị theo các dạng đồ hoạ điểm, đường, vùng, theo hệ toạ độ nào đó. Một phần thơng tin về đối tượng được thể hiện qua cách trình bày cấu trúc, hình dạng, màu sắc...
- Các thơng tin khơng biểu thị dưới dạng đồ hoạ (thuộc tính) được mơ tả dưới các bảng theo mơ hình cơ sở dữ liệu quan hệ.
- Các thông tin về quan hệ không gian của các đối tượng địa lý như kề nhau, giao nhau, ... được mơ tả theo mơ hình topology dựa theo quan hệ tốn học.
- Các thơng tin mang tính liên thông chẳng hạn như giao thơng, thuỷ văn được mơ tả theo mơ hình geometric networks
c. Mơ hình dữ liệu Raster
Mơ hình raster biểu thị khơng gian như ma trận số nguyên. Không gian được chia thành nhiều phần tử nhỏ. Mỗi phần tử được biểu diễn như một điểm và đồng nhất thuộc tính. Các dữ liệu racter thường các dạng sau:
- Các ảnh tạo bởi scaner map - Ảnh hàng không, ảnh vệ tinh...
- Các ảnh được tạo ra trong q trình phân tích xử lý các dữ liệu vector - Các ảnh được tạo ra biểu diễn bề mặt (grided thematic data, sufaces) . Trong các ảnh này giá trị các điểm ảnh thường được gán thuộc tính bề mặt chẳng hạn như độ cao Z....
1.7. Quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu
1.7.1. Các quan điểm nghiên cứu
a. Quan điểm hệ thống
Đất đai là hệ thống phức tạp của các hợp phần cấu tạo thành (cấu trúc đứng) và một hệ thống quan hệ giữa các đơn vị cảnh quan cấp nhỏ hơn với các
đơn vị cấp lớn hơn (cấu trúc ngang). Giữa các thành phần và bộ phận tạo nên hệ thống đều có mối quan hệ mật thiết với nhau thơng qua các dòng vật chất - năng lượng và thơng tin. Chính vì vậy, khi có những tác động vào mọi thành phần hay một bộ phận nào đó thì các thành phần hay bộ phận khác sẽ bị thay đổi theo phản ứng dây chuyền. Do đó nghiên cứu biến động sử dụng đất cần nhìn nhận và xem xét phản ánh tự nhiên một cách đầy đủ các nhân tố, khía cạnh có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp trong một thể thống nhất hữu cơ.
Sự biến động sử dụng đất là những dấu hiệu thể hiện sự phát triển của thị trấn Sóc Sơn do nhiều tác động khác nhau của quá trình phát triển kinh tế - xã hội nói chung. Bên cạnh đó, những thay đổi về chính sách, chiến lược phát triển của thị trấn cũng là yếu tố quan trọng cần cân nhắc trong quá trình nghiên cứu.
b. Quan điểm tổng hợp
Trên bất kỳ lãnh thổ nào, khi nghiên cứu biến đổi không gian đều phải tiến hành nghiên cứu một cách toàn diện, đầy đủ về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, kinh tế xã hội. Từ đó đưa ra được các mơ hình biến đổi khơng gian hợp lý. Vậy nghiên cứu đánh giá tổng hợp lãnh thổ được sử dụng như một công cụ phục vụ đắc lực cho việc nghiên cứu biến động sử dụng đất.
c. Quan điểm lịch sử
Sử dụng đất được tạo thành từ nhiều hợp phần. Các hợp phần này đều tồn tại và phát triển theo một quy luật riêng của nó, song sự tồn tại và phát triển của các hợp phần đó có mối quan hệ chặt chẽ và tác động qua lại lẫn nhau.
Hiện nay sử dụng đất do sự phát triển kinh tế xã hội làm chúng biến động. Do vậy nghiên cứu sử dụng đất trên quan điểm lịch sử chúng ta sẽ biết được lịch sử phát sinh, phát triển và tồn tại của chúng trong mối tương quan giữa các yếu tố với nhau, trên cơ sở đó dự báo sự phát triển trong tương lai. Những thay đổi của khu vực nghiên cứu.
Ngày nay, thuật ngữ PTBV đã trở nên khá quen thuộc với cuộc sống thường ngày, được sử dụng rộng rãi trong các văn bản pháp quy và trong các tài liệu nghiên cứu khoa học. Khái niệm này lần đầu tiên được đưa ra năm 1980 trong cuốn sách “Chiến lược bảo tồn thế giới” do Liên minh Bảo tồn Thế giới (IUCN) phát hành. Năm 1987, sau khi tài liệu “Báo cáo Bruntland” được Ủy ban Thế giới về Môi trường và Phát triển công bố đã đưa ra được một phương pháp đánh giá mới về sự phát triển, tiến bộ của một quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Từ đó, thuật ngữ PTBV đã trở thành thuật ngữ chuyên môn đối với nhiều chuyên ngành khoa học liên quan đến môi trường và phát triển.
Tháng 6 năm 1992, Hội nghị Thượng đỉnh về Môi trường và Phát triển họp tại Rio de Janeiro đã đưa ra bản tuyên ngôn “Về Môi trường và Phát
triển” và “Chương trình nghị sự 21” (Agenda 21-Action Plan for Sustainable
Development for the 21st Century) thống nhất định nghĩa về PTBV : “Phát
triển bền vững là sự phát triển nhằm thoả mãn các nhu cầu hiện tại của con