- Mấy chủ, mạng MT, máy tính,
1.3.4.Chức năng cơ bản của GIS:
b- Chuyên gia các chuyên ngành Các KH về Trái Đất
1.3.4.Chức năng cơ bản của GIS:
GIS là một hệ thống chặt chẽ được kết hợp bởi nhiều thành phần khỏc nhau, mỗi thành phần đều cú một chức năng riờng và khụng thể thiếu trong hệ thống. Cỏc thành phần này cú quan hệ mật thiết, gắn bú, hỗ trợ với nhau thành một thể thống nhất bảo đảm cho hệ thống hoạt động một cỏch nhịp nhàng, đạt hiệu quả cao về mặt khoa học, cụng nghệ và kinh tế. Một hệ thống GIS hoàn chỉnh sẽ mang lại những chức năng cần thiết và quan trọng cho người sử dụng. Khi đú, việc khai thỏc và sử dụng những chức năng này sẽ đem lại hiệu quả cụng việc cao cho người dựng.
Với những thành phần như trờn, GIS cú thể và phải đảm đương cỏc chức năng sau: thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, quản lý dữ liệu, phõn tớch dữ liệu, hiển thị dữ liệu và kết xuất dữ liệu.
* Thu thập dữ liệu: Trước khi dữ liệu địa lý cú thể được dựng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thớch hợp. Quỏ trỡnh chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang cỏc file dữ liệu dạng số được gọi là số hoỏ. Cụng nghệ GIS hiện đại cú thể thực hiện tự động hoàn toàn quỏ trỡnh này với cụng nghệ quột ảnh cho cỏc đối tượng lớn, những đối tượng nhỏ hơn đũi hỏi một số quỏ trỡnh số hoỏ thủ cụng [sử dụng bàn số hoỏ (Digitiser)]. Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý cú cỏc định dạng tương thớch GIS. Những dữ liệu này cú thể thu được từ cỏc nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS. Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ cỏc thiết bị như: bàn số hoỏ (Digitiser), mỏy quột (Scaner), bàn phớm (Keyboad) và cỏc chương trỡnh phần mềm hay mụ đun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS.
Nhập dữ liệu là quỏ trỡnh đưa dữ liệu vào mỏy tớnh một cỏch trực tiếp hay giỏn tiếp với sự trợ giỳp của cỏc phần mềm và cỏc thiết bị ngoại vi. Đõy là một chức năng quan trọng của GIS và là bước đầu tiờn để tạo ra cơ sở dữ liệu địa lý cần thiết cho cỏc dự ỏn phõn tớch và mụ hỡnh hoỏ khụng gian bằng GIS. GIS cú khả năng tiếp nhận cỏc loại dữ liệu về cỏc đối tượng tự nhiờn và xó hội từ nhiều nguồn, ở cỏc tỷ lệ
và khuụn dạng khỏc nhau như từ cỏc bản đồ, cỏc bảng, cỏc file dữ liệu toạ độ và dữ liệu thuộc tớnh. Dữ liệu về cỏc đối tượng địa lý bao gồm: dữ liệu khụng gian và phi khụng gian. Hai loại dữ liệu đú cú thể tồn tại ở dạng tương tự hay dạng số và luụn đi với nhau để biểu diễn đầy đủ về cỏc đối tượng địa lý. Mục đớch của việc nhập dữ liệu bằng GIS là để tạo ra trong mỏy tớnh một cơ sở dữ liệu số mới hay bổ sung, cập nhật một cơ sở dữ liệu số sẵn cú.
Ta cú thể nhập dữ liệu khụng gian vào trong mỏy tớnh theo một trong cỏc cỏch sau:
- Số hoỏ bản đồ bằng bàn số hoỏ (Digitiser) hoặc qua ảnh quột của bản đồ. - Quột bản đồ bằng mỏy quột (Scaner).
- Nhập tọa độ cỏc điểm bằng bàn phớm (Keyboad).
- Nhập dữ liệu số lưu trữ trờn băng, trờn đĩa vào mỏy tớnh. - Nhập dữ liệu từ cỏc mỏy tớnh khỏc thụng qua mạng.
Tương tự, ta cũng cú thể nhập dữ liệu thuộc tớnh vào mỏy tớnh bằng một trong cỏc cỏch sau:
- Đưa dữ liệu thuộc tớnh vào trong mỏy tớnh bằng bàn phớm.
- Nhập cỏc file dữ liệu thuộc tớnh sẵn cú trờn băng từ hay đĩa quang...
- Nhập cỏc file dữ liệu thuộc tớnh sẵn cú trờn mỏy khỏc thụng qua mạng nội bộ (LAN) hay Internet.
Nhập dữ liệu là một bước quan trọng trong việc tạo mới, bổ sung và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS. Do vậy, trước khi tiến hành nhập dữ liệu cần tiến hành so sỏnh cỏc phương phỏp hiện cú để tỡm ra phương phỏp thớch hợp nhất với mục đớch nhập và sử dụng dữ liệu GIS sau này. Cú thể so sỏnh, đỏnh giỏ cỏc phương phỏp nhập dữ liệu khỏc nhau trờn cơ sở xem xột cỏc yếu tố sau:
- Thời lượng cần để chuẩn bị dữ liệu. - Thời lượng cần để vào dữ liệu.
- Độ chớnh xỏc của dữ liệu và ảnh hưởng của nú đến cỏc quỏ trỡnh biờn tập và xử lý dữ liệu.
* Lưu trữ dữ liệu: Cú những trường hợp cỏc dạng dữ liệu đũi hỏi được chuyển dạng và thao tỏc theo một số cỏch để cú thể tương thớch với một hệ thống nhất định. Vớ dụ, cỏc thụng tin Địa lý cú giỏ trị biểu diễn khỏc nhau tại cỏc tỷ lệ khỏc nhau (hệ thống đường phố được chi tiết hoỏ trong file giao thụng sẽ kộm chi tiết hơn trong file điều tra dõn số). Trước khi cỏc thụng tin này được kết hợp với nhau, chỳng phải được chuyển về cựng một tỷ lệ, mức chớnh xỏc hoặc mức chi tiết. Đõy cú thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đớch hiển thị hoặc cố định cho nhu cầu phõn tớch. Cụng nghệ GIS cung cấp nhiều cụng cụ cho cỏc thao tỏc trờn dữ liệu khụng gian và cho phộp loại bỏ những dữ liệu khụng cần thiết.
Ngày nay, với sự phỏt triển mạnh mẽ của mỏy tớnh điện tử cỏc cụng nghệ mới liờn tục được ra đời và nõng cấp. Do đú, cỏc thiết bị lưu trữ dữ liệu càng hiện đại và tiện dụng. Chỳng ta cú thể lưu trữ những dạng siờu dữ liệu một cỏch đơn giản, hiệu quả và rất an toàn trong những ổ đĩa dung lượng lớn.
* Quản lý dữ liệu: Đối với những dự ỏn GIS nhỏ, cú thể lưu cỏc thụng tin địa lý dưới dạng cỏc file đơn giản. Tuy nhiờn, khi kớch cỡ dữ liệu trở nờn lớn hơn và số lượng người dựng cũng nhiều lờn thỡ cỏch tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để giỳp cho việc lưu trữ, tổ chức và quản lý thụng tin. Một DBMS đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Cú nhiều cấu trỳc DBMS khỏc nhau, nhưng trong GIS cấu trỳc quan hệ tỏ ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trỳc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ dưới dạng bảng. Cỏc thuộc tớnh chung trong cỏc bảng khỏc nhau được dựng để liờn kết những bảng này với nhau. Do linh hoạt nờn cấu trỳc đơn giản này được sử dụng và triển khai khỏ rộng rói trong cỏc ứng dụng cả trong và ngoài GIS.
Việc xõy dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng cỏc phương phỏp nhập dữ liệu khỏc nhau thường rất tốn kộm về thời gian, cụng sức và tiền bạc. Số chi phớ bằng tiền cho việc xõy dựng cơ sở dữ liệu cú thể lớn hơn hẳn chi phớ phần cứng và phần mềm GIS. Điều đú phần nào núi lờn ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu - một chức năng quan trọng của tất cả cỏc hệ thụng tin Địa lý. Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất.
Trong lĩnh vực quản lý dữ liệu cần phõn biệt giữa dữ liệu logic và dữ liệu vật lý. Dữ liệu logic là hỡnh ảnh logic về dữ liệu hiện ra trước người sử dụng cũn dữ liệu vật lý bao gồm cỏc chi tiết tổ chức dữ liệu trong bộ nhớ hay trờn mụi trường lưu trữ được giấu đi đối với người sử dụng thụng qua phần mềm quản lý dữ liệu. Như vậy, phần mềm quản lý dữ liệu cho phộp người sử dụng dữ liệu tiếp cận dữ liệu một cỏch cú hiệu quả và khụng bận tõm với cỏc chi tiết vật lý về lưu trữ và truy cập.
Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được trợ giỳp bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu, ngụn ngữ hỏi đỏp và giao diện người dựng. Cơ sở dữ liệu là một tập hợp dữ liệu cú cấu trỳc bao gồm cỏc file dữ liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là một phần mềm quản lý dữ liệu cho phộp một hoặc nhiều người làm việc với dữ liệu một cỏch cú hiệu quả. Cỏc hợp phần căn bản của hệ phải cung cấp cỏc phương tiện để xỏc định nội dung của cơ sở dữ liệu, đưa vào dữ liệu mới, xoỏ dữ liệu cũ, hỏi về nội dung cơ sở dữ liệu và thay đổi nội dung cơ sở dữ liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu giống như một ngụn ngữ mỏy tớnh bậc cao ở chỗ cỏc chức năng nguyờn thuỷ như cỏc chi tiết của hệ điều hành yờu cầu mở và đúng cỏc file được giấu kớn với người sử dụng.
Trong quản lý cơ sở dữ liệu GIS cần chỳ ý tới cỏc vấn đề sau:
- Cỏc dữ liệu bản đồ được quản lý theo hệ thống chồng ghộp (Overlay System) và dễ dàng truy cập từ bất kỡ lớp logic nào cựng với cỏc Topology của chỳng.
- Cỏc phương phỏp truy cập dữ liệu gắn liền với hệ thống tổ chức, quản lý chỳng.
- Cơ sở dữ liệu tập trung và cơ sở dữ liệu phõn tỏn của GIS. - Cỏc chuẩn dữ liệu và việc bảo trỡ, nõng cấp.
- Sự liờn kết giữa cỏc thành phần trong cơ sở dữ liệu và với cỏc hệ thống khỏc. - Bảo mật thụng tin và quyền truy cập vào hệ thống.
- Tớnh đa nhiệm của cơ sở dữ liệu trong GIS.
* Hỏi đỏp và phõn tớch: Phõn tớch dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS. GIS cung cấp những cụng cụ cần thiết để phõn tớch dữ liệu khụng gian, dữ liệu thuộc tớnh và phõn tớch tổng hợp cả hai loại dữ liệu đú trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thụng tin mới, làm cơ sở cho việc ra cỏc quyết định, đặc biệt là cỏc quyết định liờn
quan đến nhõn tố khụng gian; làm cơ sở cho việc nghiờn cứu, hoạch định cỏc chớnh sỏch, quyết sỏch về quy hoạch lónh thổ, sử dụng hợp lý lónh thổ.
Phõn tớch dữ liệu để rỳt ra cỏc thụng tin hữu ớch là chức năng của cỏc nhà chuyờn mụn thuộc cỏc lĩnh vực khỏc nhau. Phõn tớch dữ liệu và mụ hỡnh hoỏ khụng gian được xem như phần cốt lừi, phần trọng tõm và là chức năng quan trọng nhất của GIS. Chớnh chức năng này khiến GIS khỏc biệt hẳn với cỏc hệ thụng tin khỏc. Mục đớch của phõn tớch dữ liệu và mụ hỡnh hoỏ khụng gian của GIS là để thu được: dữ liệu hữu ớch hơn, cõu trả lời về thế giới thực, giải phỏp cho một vấn đề cụ thể. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dữ liệu địa lý bao gồm dữ liệu khụng gian và dữ liệu thuộc tớnh. Do vậy, việc phõn tớch dữ liệu địa lý bằng GIS sẽ bao gồm: phõn tớch dữ liệu khụng gian, phõn tớch dữ liệu thuộc tớnh và phõn tớch tổng hợp cả hai loại dữ liệu này. Mụ hỡnh hoỏ khụng gian là quỏ trỡnh phõn tớch tổng hợp dữ liệu khụng gian và thuộc tớnh để tạo ra cỏc mụ hỡnh về thế giới thực phục vụ cho việc lựa chọn và ra quyết định.
Ta cú thể tiến hành phõn tớch dữ liệu với GIS thụng qua cỏc thao tỏc sau:
- Cỏc thao tỏc logic: Cỏc thao tỏc tỡm kiếm trong cơ sở dữ liệu GIS thường được thực hiện trờn cơ sở sử dụng đại số tập hợp hay đại số Boolean. Đại số tập hợp dựng cỏc toỏn tử: =, >, <, >=, <=. Đại số logic sử dụng cỏc toỏn tử AND, OR, XOR và NOT để kiểm tra xem khai bỏo đỳng hay sai.
- Cỏc thao tỏc số học: cho phộp cộng, trừ, nhõn, chia, lũy thừa, khai căn và giải cỏc bài toỏn lượng giỏc đều được hỗ trợ bởi cỏc GIS. Chỳng cú thể được thực hiện trờn cả dữ liệu thuộc tớnh và hỡnh học.
- Cỏc thao tỏc hỡnh học: bao gồm cỏc tớnh toỏn về khoảng cỏch, diện tớch, thể tớch và hướng. Về nguyờn tắc, cỏc khoảng cỏch phải được đo bằng một đơn vị thống nhất và một quy trỡnh xỏc định. Trong đa số GIS, chiều dài, chu vi, diện tớch được tớnh tự động cho mỗi đường hay đa giỏc và được nối với cỏc đối tượng như cỏc thuộc tớnh. Thể tớch và hướng được tớnh trong cỏc mụ hỡnh cao độ như tớnh thể tớch đào, đắp, hướng, dốc.
- Cỏc thao tỏc thống kờ: được ỏp dụng chủ yếu đối với cỏc dữ liệu thuộc tớnh. Đa số cỏc GIS cho phộp thực hiện cỏc thao tỏc toỏn thống kờ như tớnh tổng, tớnh giỏ
trị cực đại, cực tiểu, trung bỡnh, tần suất phõn bố, độ lệch chuẩn. Cỏc hệ thụng tin Địa lý cú chức năng xử lý ảnh số cho phộp thực hiện cỏc thao tỏc thống kờ trờn dữ liệu vệ tinh.
- Cỏc thao tỏc mạng: mạng là một tập hợp cỏc đối tượng dạng tuyến kết nối với nhau. Hệ thống đường giao thụng, đường cấp điện, cấp nước, thoỏt nước là những vớ dụ về mạng. Mạng được dựng để di chuyển nguồn từ vị trớ này tới vị trớ khỏc. Năng lực phõn tớch mạng của cỏc phần mềm GIS hiện cú rất khỏc nhau, chỳng khỏc nhau ở quy mụ và tớnh phức tạp của mụ hỡnh mạng, mức độ thực hiện và mức độ điều khiển tương tỏc.
- Cỏc thao tỏc tiếp nối: một số hệ thụng tin địa lý hỗ trợ cỏc thao tỏc tiếp nối trờn dữ liệu Raster, một quỏ trỡnh đũi hỏi dịch chuyển từng ụ một được bắt đầu từ một điểm xuất phỏt. Cỏc thao tỏc tiếp nối cú thể được sử dụng để xỏc định khoảng cỏch đi lại trong một mạng giao thụng, để nhận biết cỏc khu vực cú hỡnh dạng, kớch thước cho trước để tớnh lượng nước chảy trờn bề mặt địa hỡnh...
- Cỏc thao tỏc tiếp giỏp: tất cả GIS đều hỗ trợ một dạng thao tỏc tiếp giỏp nhất định, trong đú cỏc giỏ trị thuộc tớnh được gỏn cho cỏc điểm mới trờn cơ sở cỏc giỏ trị của những điểm cận kề. Cỏc dữ liệu Raster rất thớch hợp với cỏc thao tỏc tiếp giỏp.
GIS cung cấp cả khả năng hỗ trợ hỏi đỏp đơn giản “chỉ và nhấn” và quản lý cỏc cụng cụ phõn tớch tinh vi để cung cấp kịp thời thụng tin cho những người quản lý và phõn tớch. Cỏc hệ GIS hiện đại cú nhiều cụng cụ phõn tớch hiệu quả, trong đú cú hai cụng cụ quan trọng là:
- Phõn tớch liền kề: GIS sử dụng phương phỏp vựng đệm để xỏc định mối quan hệ liền kề giữa cỏc đối tượng.
- Phõn tớch chồng xếp: chồng xếp là quỏ trỡnh tớch hợp cỏc lớp thụng tin khỏc nhau. Cỏc thao tỏc phõn tớch đũi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải cú liờn kết vật lý. Sự chồng xếp này cú thể là kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giỏ thuế...
Hỡnh 1.13. Chồng ghộp cỏc lớp thụng tin
* Hiển thị dữ liệu: với nhiều thao tỏc trờn dữ liệu địa lý, kết quả cuối cựng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ là mụi trường lưu trữ và trao đổi thụng tin địa lý rất hiệu quả. GIS cung cấp nhiều cụng cụ mới và mạnh để tăng cường tớnh nghệ thuật và khoa học của bản đồ và mở ra những hướng phỏt triển mới của khoa học bản đồ. Bản đồ cú thể kết hợp với cỏc bản bỏo cỏo, hiển thị được hỡnh ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khỏc (đa phương tiện), để thể hiện cỏc thụng tin đa dạng và phức tạp.
Dữ liệu địa lý (Geodata) được tổ chức trong một cơ sở dữ liệu địa lý (database). Cơ sở dữ liệu là một sưu tập dữ liệu quy chiếu khụng gian đúng vai trũ của một mụ hỡnh thế giới thực. Dữ liệu địa lý gồm hai phần quan trọng là vị trớ địa lý và cỏc thuộc tớnh của nú. Núi cỏch khỏc, cú thể phõn biệt dữ liệu khụng gian (nú ở đõu?) và dữ liệu thuộc tớnh (nú là cỏi gỡ?).
Bản đồ là dữ liệu khụng gian vỡ thụng tin bản đồ chứa đựng mối liờn hệ trực tiếp với cỏc vị trớ nhất định trờn mặt đất. Bảng khụng chứa thụng tin trực tiếp về vị trớ mà chỳng chứa thụng tin mụ tả. Nếu ta chỉ cú bảng thỡ dữ liệu sẽ khụng đầy đủ vỡ