Chương 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
2.4.1. Mơ hình dữ liệu Vector
a) Khái quát vềmơ hình dữ liệu Vector
Xét về mặt tốn học, vector là một đoạn thẳng có hướng và có độ dài nhất định, vị trí của đối tượng khơng gian được ghi nhận chích xác bằng các tọa độ x, y trong một hệ tọa độ tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho Trái đất. Mơ hình dữ liệu vector mơ tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng.
Trong GIS mơ hình dữ liệu vector được biểu diễn bởi 3 dạng đối tượng: đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ x, y. Đường là một chuỗi các cặp tọa độ x, y liên tục. 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 phản ảnh bởi đường bao khép kín. Mơ hình dữ liệu vector coi vật thể tựnhiên là tập hợp các thực thểkhông gian cơ sở (điểm, đường và vùng) và tổ hợp giữa các thực thể này. Các thực thể sơ cấp này được thành lập trên cơ sởcác cặp tọa độ của các điểm trong một hệ tọa độ nhất định.
- Dạng đối tượng điểm (point): Trong mơ hình vector, điểm (thực thể địa lý) được thể hiện như một vector có độdài bằng không (không thể hiện chiều dài và diện tích)và vịtrí của nó được xác định bởi một cặp tọa độ (x, y) đơn nhất. Ngoài ra, các dữ liệu mô tảđiểm như ký hiệu, tên gọi,... cũng được lưu trữ cùng với cặp tọa độ. Trên những bản đồ tỷ lệ nhỏ, xét về khía cạnh tổng qt hóa các đối tượng vùng có thểđược thể hiện bằng một điểm (ví dụđiểm trường học, điểm bệnh viện,...).
- Dạng đối tượng đường (line): Đường được định nghĩa như là tập hợp các thực thể địa lý được xác định bằng những đoạn thẳng có ít nhất hai hay nhiều cặp tọa độ. Đường đơn giản nhất là đường nối giữa hai điểm bất kỳcó tọa độ (xi, yi) và (xj, yj) và có thể kèm theo dữ liệu ký hiệu thể hiện nó trên bản đồ. Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là nút (node). Một cung (arc), một kênh (chain) hay một chuỗi (string) là tập hợp của n cặp tọa độ biểu thị một đường cong phức tạp và liên tục. Dạng đối tượng đường trong mơ hình dữ liệu vector có hướng và có độ dài, chúng được ghi nhận hướng của đường theo một trật tự nhất định, có thể là bắt đầu từ nút i và kết thúc là nút j bất kỳ.
Đường có thể tồn tại kiểu đường thẳng, đường cong hoặc mạng lưới. Đường thẳng là kiểu đơn giản nhất được tạo thành bởi hai điểm có tọa độ. Đường cong hay cịn gọi là đường gấp khúc tạo nên bằng các đoạn thẳng nhỏ. Các đoạn thẳng nhỏnày được nối với nhau tại các điểm trung gian gọi là vertex và tọa độ của chúng cũng được ghi nhận trong GIS. Mạng lưới đường (line network) là tổ hợp các đoạn thẳng có mối quan hệ mạng lưới với nhau, chúng liên kết với nhau thông qua các điểm nút (node). Các node cho biết hướng và xác định góc mà mỗi đoạn cong gắn vào nút, tạo thành mối quan hệ khơng gian cho tồn bộ mạng lưới (topology). Trong thực tế các đối tượng được biểu diễn bằng mạng lưới đường khá điển hình như hệ thống sơng ngịi, hệ thống đường giao thông,...
- Dạng đối tượng vùng (polygon): Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều. Đối tượng không gian dạng vùng trong mơ hình dữ liệu vector được thể hiện là một đa giác (polygon) khép kín bởi các đường. Vậy vùng là tổ hợp của đường khép kín nên tọa độ của vùng tại ranh giới vùng chính là tọa độ của các điểm (nút hoặc vertex) nằm trong các đường hình thành nên vùng. Khi có bất kỳ tọa độ nào nằm trong vùng mà không được ghi nhận trong cơ sở dữ liệu vùng, GIS có thể cho phép đưa ra tọa độ của chúng bằng các modul nội suy một cách nhanh chóng và chính xác. Vùng có thểlà một đa giác đơn giản hay tập hợp của nhiều đa giác đơn giản. Do một vùng được cấu tạo từcác đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác phải ghi lại được sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên đa giác.
b) Phân loại cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng
Trong 3 dạng đối tượng của mơ hình dữ liệu vector, đối tượng dạng vùng có cấu trúc phức tạp nhất, mức độ sử dụng thường xuyên hơn đổi tượng điểm và đường.
Mục đích của cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng là nhằm biểu thịđược các tính chất topo không gian của các thực thể phân bố theo diện (như hình dạng, quan hệ kề cận và phân cấp). Trên bản đồ cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng thường được thể hiện bằng hệ thống mạng lưới các vùng. Mỗi một vùng sơ cấp trên bản đồ sẽcó một giá trị diện tích, chu vi và hình dạng duy nhất. Các dữ liệu vùng phải kèm theo dữ liệu về các thực thể giáp ranh tương tựnhư mạng lưới đường. Các vùng khác nhau trong một bản đồchuyên dụng không nhất thiết phải được thể hiện đồng mức. Các vùng kích thước nhỏ có thể nằm gọn trong các vùng lớn.
Trong mơ hình dữ liệu vector các phương pháp để thể hiện đối tượng dạng vùng có thể được phân loại như: thể hiện bằng các đa giác thông thường; thể hiện bằng điểm tương ứng duy nhất cho từng đa giác, chứa các cặp tọa độ của các đỉnh; thể hiện thành một hệ thống với các quan hệtopo rõ ràng; và cấu trúc mạng topo.