1.1.2.4. Các kiểu đối tượng không gian
* Điểm
Điểm là đối tượng có kích thước bằng 0 về mặt hình học. Do đó các đối tượng điểm chỉ dùng để xác định vị trí. Trong cấu trúc dữ liệu vector, mỗi điểm được thể hiện bằng một cặp toạ độ (x,y) trong một hệ trục toạ độ xác định. Còn trong cấu trúc dữ liệu raster, mỗi điểm là một pixel. Điểm khơng có ý nghĩa trong việc đo về kích thước. Mặc dù trên bản đồ, các điểm được biểu thị bằng kích thước khác nhau nhưng diện tích của các điểm là khơng có ý nghĩa thực tế. Một số khái niệm về "điểm" như sau:
- Điểm thực tế (entity point): dùng để xác định vị trí của các đối tượng dạng điểm như: các tồ nhà, các cột. Trường hợp đó, xác định chính xác vị trí của các điểm là điều rất quan trọng.
- Điểm chỉ tên (label point) được sử dụng để hiển thị một tập hợp chữ viết cho các đối tượng bản đồ. Đối với những điểm nào thì độ chính xác của vị trí phụ thuộc vào quan niệm bản đồ học. Nghĩa là vị trí các điểm chỉ tên cho các đối tượng trên bản đồ được xác định sao cho khơng có sự lẫn lộn với nhau.
- Điểm có diện tích (area point) dùng để xã định một vị trí có thơng tin về diện tích. Ví dụ có thể dùng điểm để thể hiện vị trí một quốc gia và độ lớn của điểm chứa đựng thông tin về đất nước đó.
- Điểm giao nhau (node) thể hiện vị trí một diện với các dấu hiệu về hình học, ví dụ: nơi giao nhau hoặc điểm cuối của các yếu tố đường.
* Đường
Đường là các yếu tố có một kích thước và thể hiện cả vị trí và hướng. Độ dài là dấu hiệu đo đạc về kích thước của đối tượng đường. Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là nút (node). Ở dạng vector, đường đơn giản nhất là đường nối giữa hai điểm bất kỳ có tọa độ (xi,, yI) và (xj, yj ). Còn ở dạng raster đường là tập hợp của các pixel.
Hình 1.7. Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu vector (a) và raster (b) trong việc thể hiện các đối tượng không gian dạng đường
Mặc dù các yếu tố đường thường có khơng gian hai kích thước trên bản đồ nhưng độ rộng của đường là khơng được xem xét đến trong tính tốn hướng của bản đồ.
Đường (line): là các đối tượng có một kích thước.
Đoạn thẳng (line segment): là đường nối trực tiếp giữa hai điểm.
Đường gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hướng song khơng có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái). Đường gấp khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đường khác.
Cung (arc) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đường cong mà đường cong đó được xác định bằng một hàm toán.
Đoạn nối (link) là đối tượng có một kích thước nối giữa hai nút. Đoạn nối cũng được hiểu là đường gờ (edges) hay đường viền.
Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hướng nhất định.
Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung. Các nút có thể nằm ở bên phải hay bên trái là không bắt buộc.
* Vùng
vector. Vùng được hiểu là một diện tích giới hạn bởi một đường khép kín và phần bên trong đó có những tính chất cụ thể.
Ở dạng vector vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ (X,Y) trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.
Nói chung khơng có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu tố đường và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường. Nhưng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu định vị kèm theo kiểu yếu tố được biểu thị (điểm, đường, vùng). Ngồi ra cũng có khả năng ngầm hiểu ví dụ như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt là yếu tố đường....Đường bao của một vùng khép kín (tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau). Ngược lại một đường khép kín khơng phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ, đường bình độ khơng là yếu tố vùng).
A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C D D D D D D D D D D D D D B B B D B A B C D Raster Vector
Hình 1.8. Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector
1.2.2.5. Toạ độ không gian trong GIS
* Hệ tọa độ
Có nhiều hệ tọa độ được dùng trong GIS. Hai hệ tạo độ chính có thể kể đến là hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ phẳng (planar).
- Tọa độ địa lý: là tọa độ mà mặt cầu được định vị bởi trục ngang x là vĩ độ
bằng các đường song song với xích đạo Trái Đất và trục đứng là các đường kinh độ bằng các đường tròn qua hai cực Bắc và Nam Trái Đất. Tọa độ địa lý đo bằng giá trị góc là độ, phút, giây. Trục tọa độ đường gốc được dùng là đường tròn kinh tuyến qua Greenwich. Trục tọa độ ngang là đường xích đạo. Vị trí của một điểm bất kỳ nào trên bề mặt cầu Trái Đất được đo bằng hai giá trị kinh độ- góc tạo bởi bán kính Trái Đất tại điểm đó và kinh tuyến Greawich, và vĩ độ đến góc của bán kính Trái Đất tại điểm đó với mặt phẳng qua tâm Trái Đất và đường xích đạo.
- Hệ toạ độ phẳng: được xác định bởi dòng và cột trên một lưới phẳng (x,
y). Điểm gốc của hệ tọa độ được nằm về hướng Nam và Tây của gốc lưới chiếu. Giá trị tọa độ tăng dần theo hướng Bắc và Đông. Gốc của lưới chiếu gọi là gốc giả định và được định bởi các giá trị giả Đông và Bắc. Các giá trị này đo bằng mét hoặc feet. Trên thực tế, nhóm hệ tọa độ mặt cầu bao gồm hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ 3 chiều Đê-các (x,y, z). Nhóm hệ tọa độ mặt phẳng có các kiểu sau: Mặt phẳng Đê- các (x,y); Raster ( c, r); phẳng cực (,), ô vuông (E, N); Graticull (x,y) hoặc Graticull (,).
* Lưới chiếu bản đồ
Tùy thuộc vào vị trí địa lý mà lưới chiếu bản đồ thích hợp được áp dụng. Trên thực tế có khoảng 21 kiểu lưới chiếu bản đồ khác nhau và 22 mặt cầu được dùng cho các lưới chiếu này. Hệ lưới chiếu thường được sử dụng ở Việt Nam, là lưới chiếu hệ tọa độ địa lý đối với bản đồ tỷ lệ nhỏ, lưới chiếu UTM thường được dùng cho các bản đồ tỉ lệ lớn hơn.
- Lưới chiếu dùng hệ tọa độ địa lý: Lưới chiếu địa lý là lưới chiếu dùng hệ tọa độ cầu bao gồm các vĩ độ song song với nhau và các kinh độ đi qua hai cực Bắc-Nam Trái Đất. Các đường kinh độ và vĩ độ chia bề mặt cầu Trái Đất ra 360 độ, và giá trị nhỏ hơn đó là phút, giây. Các đường kinh tuyến (kinh độ) là các đường trịn lớn vng góc với các đường vĩ tuyến. Đường xích đạo được coi như vĩ tuyến lớn nhất và là vĩ tuyến góc của hệ tọa độ địa lý. Giá trị độ kể từ xích đạo đi theo hướng bắc gọi là vĩ độ Bắc và có giá trị từ 0 đến 90 độ ; ngược lại từ đường xích
đạo hướng xuống phía nam gọi là vĩ độ Nam. Đường kinh tuyến gốc đi qua Greenwich (Anh) là đường kinh tuyến số 0 (trục tọa độ y ). Giá trị kinh độ tăng dần theo hướng Tây- Nam.
- Lưới chiếu ô vuông UTM: Lưới chiếu UTM là lưới chiếu Mercator ngang
phổ thông dùng hệ tọa độ phẳng quốc tế do quân đội Mỹ xây dựng bao phủ mặt cầu từ 80 độ nam đế 84 độ bắc. Bề mặt Trái Đất được chia ra 60 vùng, mỗi vùng 6 độ theo kinh độ. Tại mỗi vùng kinh tuyến nằm giữa được dùng làm trục tọa độ y, và trục y sẽ lệch về phía đơng 3 độ và về phía tây 3 độ. Đơn vị đo độ dài cho lưới UTM là mét. Trong mỗi vùng của hệ tọa độ UTM, phép chiếu Mercator ngang được áp dụng. Lưới chiếu ngang Mercator là một dạng của Mercator trụ thể hiện tính nguyên dạng và đúng hướng theo kinh tuyến. Chủ yếu dùng cho vùng ngoài vùng cực, dùng cho ngành hàng hải.
1.2. Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS
1.2.1. Khái niệm chuẩn CSDL
ISO định nghĩa chuẩn như sau: "Các thoả thuận trên văn bản chứa các đặc
tả kỹ thuật hoặc các tiêu chí chính xác khác được sử dụng một cách thống nhất như các luật, các chỉ dẫn, hoặc các định nghĩa của các đặc trưng, để đảm bảo rằng các vật liệu, sản phẩm, quá trình, và dịch vụ phù hợp với mục đích của chúng”.
Như vậy chuẩn về CSDL có thể được hiểu là: hệ thống các CSDL được thiết kế và xây dựng theo một quy định chung, tuân theo các tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật thống nhất, để có thể dễ dạng chia sẻ tuỳ theo nhu cầu sử dụng.
1.2.2. Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và xu hướng xây dựng 1.2.2.1. Hiện trạng chuẩn hoá dữ liệu GIS trên thế giới 1.2.2.1. Hiện trạng chuẩn hoá dữ liệu GIS trên thế giới
Thông tin địa lý ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong tất cả các hoạt động của con người trên Trái đất. Thu thập dữ liệu và sử dụng dữ liệu luôn chiếm phần lớn thời gian cũng như chi phí cho các dự án áp dụng hệ thống thơng tin địa lý. Do đó, vấn đề chuẩn hố dữ liệu như là một biện pháp thúc đẩy việc trao đổi dữ liệu đã được các tổ chức quốc tế, các quốc gia và khu vực phát triển xây dựng từ rất lâu (Tổ chức chuẩn hố thơng tin địa lý Mỹ - FGDC xây dựng năm 1994, Tiểu ban
TC211 của ISO năm 1994 v.v.)
Các tổ chức có ảnh hưởng lớn nhất hiện nay trong lĩnh vực thông tin địa lý bao gồm: Tổ chức chuẩn hoá quốc tế ISO (International Organization for Standardization) và Hiệp hội hệ thông tin địa lý mở OGC (Open GIS Comsosium).
ISO đã thành lập một tiểu ban để xây dựng chuẩn cho thông tin địa lý, cụ thể là tiểu ban ISO/TC211. ISO tập trung xây dựng hệ thống chuẩn và đặt vấn đề một cách đầy đủ và toàn diện nhất trong các khía cạnh của thơng tin địa lý. Sản phẩm chuẩn của Tiểu ban TC211 mang tính đồng thuận cao giữa các nước thành viên. Sản phẩm này là những chuẩn cơ bản và khái niệm về chuẩn để các tổ chức hoặc các nước xem xét xây dựng bộ chuẩn riêng của mình.
TC211 xây dựng chuẩn với tư tưởng chuẩn hố tất cả các khía cạnh của thông tin địa lý trừ khâu thu thập, quản lý, sử dụng, cung cấp, trao đổi. Nội dung chuẩn ln đứng từ hai góc độ thơng tin địa lý và công nghệ thông tin. Nội dung chuẩn OGC đề cập đến các góc độ về ứng dụng. Nhiệm vụ của tổ chức này là thúc đẩy sự phát triển và sử dụng các chuẩn hệ thống mở và các kỹ thuật thông tin liên quan. Tuy nhiên ranh giới giữa OGC và ISO trong lĩnh vực này khơng hồn tồn tách biệt. Hai tổ chức này đã thống nhất cùng hợp tác phát triển các chuẩn liên quan từ năm 1999.
Ngoài các tổ chức quốc tế nêu trên còn nhiều tổ chức quốc tế khác và quan trọng hơn là các quốc gia phát triển các chuẩn về hệ thông tin địa lý từ rất lâu cho những ứng dụng của quốc gia mình.
1.2.2.2. Xu hướng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới
Bộ chuẩn hoá ISO là bộ chuẩn đầy đủ và đề cập tất cả các khía cạnh của thông tin địa lý cũng như GIS nói chung. Tuy nhiên bộ chuẩn này chỉ là mang tính khái niệm và kiến trúc tổng thể của việc xây dựng chuẩn hơn là một chuẩn cụ thể nào đó có thể triển khai áp dụng được ngay.
Bộ chuẩn do FGDC triển khai áp dụng có ảnh hưởng lớn đến việc xây dựng chuẩn của các quốc gia khác, và ngay cả việc xây dựng chuẩn của ISO. Austalia được xem là một ví dụ thành cơng trong phát triển bộ chuẩn dựa trên FGDC và
ISO.
Các quốc gia phát triển và đang phát triển không tự xây dựng và phát triển bộ chuẩn riêng và thường dựa trên ISO hoặc một bộ chuẩn đã cơng nhận nào đó để quốc gia hố nội dung đó cho đất nước mình.
1.2.3.Thực trạng, nhu cầu và xu hướng chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam 1.2.3.1. Thực trạng xây dựng CSDL GIS ở Việt Nam
Công nghệ GIS là hệ thống cho phép quản lý thơng tin địa lý và phân tích các tiêu chí liên quan đến những thông tin này. Do đây là công nghệ chủ đạo trong việc sử dụng và quản lý liên quan đến thông tin địa lý cho nên phạm vi ứng dụng của nó vơ cùng to lớn. GIS đã được áp dụng trong tất cả các lĩnh vực từ qui hoạch sử dụng tài nguyên, nơng nghiệp, lâm nghiệp, địa chính, thuỷ hải sản, qn sự cho đến quản lý đô thị và giám sát thảm hoạ thiên nhiên. GIS đã được áp dụng ở Việt Nam từ những năm 1990. Đi cùng với sự phát triển ứng dụng trên thế giới, hàng loạt các phần mềm, các công nghệ xử lý trong GIS đã được đưa vào áp dụng tại Việt Nam. Các công nghệ của các hãng phần mềm hàng đầu như ESRI, Intergraph, Autodesk, MapInfo,v.v. đã được sử dụng thường xuyên trong các công ty, các đơn vị và tổ chức ở Việt Nam.
Tuy nhiên, các chuẩn về CSDL GIS trong nước lại do các đơn vị tự xây dựng và được sử dụng chủ yếu trong nội bộ đơn vị. Các chuẩn này được áp dụng trong các hệ thống ứng dụng độc lập và là chuẩn đóng. Được sử dụng rộng rãi hơn hiện nay là các quy định, quy phạm kỹ thuật về số hoá bản đồ nhưng những quy định quy phạm này chỉ tập trung vào xây dựng bản đồ bằng máy tính hay là chuyển bản đồ từ dạng giấy sang dạng số chứ không phải chuẩn về CSDL GIS. Các chuẩn CSDL GIS này thường có cấu trúc dữ liệu, phân loại đối tượng cũng như trình bày hiển thị khác nhau, do vậy hầu như không thể trao đổi dữ liệu được với nhau.
Trong lĩnh vực thông tin địa lý, ở Việt Nam hiện nay chuẩn về hệ quy chiếu và toạ độ quốc gia VN-2000 đã được ban hành, tạo nền tảng thống nhất về cơ sở qui chiếu cho dữ liệu đo đạc bản đồ nói chung và dữ liệu thơng tin địa lý nói riêng. Phạm vi áp dụng là cho tất cả các hệ thống toạ độ các cấp hạng, bản đồ địa hình,
bản đồ cơ sở, bản đồ địa chính, bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên dụng khác.
Bên cạnh đó hiện nay đã có một số các qui phạm, qui định về thành lập bản đồ hiện đang được áp dụng trong ngành được coi như là chuẩn của hệ thống bản đồ. Một số các qui phạm, qui định kỹ thuật có liên quan đến việc chuẩn hố hệ thống thơng tin địa lý cơ sở quốc gia bao gồm:
- Qui định kỹ thuật số hoá bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500, 1/25000, 1/50.000, 1/100.000 ban hành năm 1999. Trong đó có đề cập đến qui định về các lớp, nội dung thông tin, ký hiệu áp dụng cho cơng việc số hố bản đồ địa hình. Qui định được thực hiện trên khuôn dạng phần mềm MicroStation.
- Qui phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000, 1/10.000 và 1/25000 ban hành năm 1999. Trong đó có qui định các nội dung thơng tin và phân lớp trong xây dựng và thành lập bản đồ địa chính.
1.2.3.2. Nhu cầu chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam
Như đã biết, cơ sở dữ liệu trong GIS rất đồ sộ, phong phú, đa dạng cả về chủng loại và khuôn dạng, đến mức khơng một cơ quan chun ngành nào có thể