Hiện nay trên thế giới cĩ nhiều cách tiếp cận khi phân tích, thiết kế, hai cách tiếp cận được sử dụng rộng rãi là cách tiếp cận truyền thống theo hướng thủ tục (hướng chức năng) và cách tiếp cận theo hướng đối tượng. Cách tiếp cận hướng đối tượng đặt trọng tâm vào việc xây dựng lý thuyết các hệ thống tổng quát như các khái niệm cơ sở. Hệ
thống được xem là một tập hợp các thực thể tác động qua lại với nhau để thể hiện được một số mục đích nào đĩ. Thực thể cĩ thể là các đối tượng vật lý như các thiết bị và con người hoặc cĩ thể là các khái niệm trừu tượng như các tệp dữ liệu và các hàm. Các thực thể của thế giới thực được biểu diễn trong mơ hình hệ thống là các đối tượng, gộp chung những dữ liệu và những hàm cần thiết vào một đơn vị cấu trúc được gọi là lớp (class) để
mơ tả về một thực thể thay vì tập trung vào chức năng như các cách tiếp cận khác. Các
đối tượng đĩng vai trị trọng tâm trong các bước của quá trình phát triển hệ thống nĩi chung và trong phân tích, thiết kế nĩi riêng. Các đối tượng trong mơ hình cĩ sự giao nhau và lặp lại giữa các bước.
Phân tích hướng đối tượng là phương pháp xác định các yêu cầu của hệ thống thơng qua các đối tượng, hành vi và sự tương tác của chúng trong thế giới thực. Nĩi một cách khác, phân tích hướng đối tượng làm nhiệm vụ xác định các đối tượng để xây dựng các
đơn nguyên của hệ thống. Nhiệm vụ của giai đoạn này là tìm hiểu kỹ bài tốn để phân tách nĩ thành các thành phần nhỏ hơn và xây dựng các sơ đồ trạng thái, sơđồ dịng dữ
liệu để mơ tả chức năng của tồn bộ hệ thống. Trong giai đoạn phân tích sẽ tiến hành theo các bước: tìm hiểu kỹ bài tốn, xác định rõ các đặc tả yêu cầu của người sử dụng, của hệ
thống, xác định các đối tượng và các thuộc tính của chúng, xác định các hành vi của đối tượng sẽ phải thực hiện, xác định mối quan hệ tương tác giữa các đối tượng.
Thiết kế hướng đối tượng là bước xây dựng các đặc tả cho các đối tượng, các lớp và xác
định cấu trúc phân cấp các lớp mà từđĩ các đối tượng cĩ thể được tạo ra. Nhiệm vụ của giai đoạn thiết kế là tìm sự tương ứng giữa các đối tượng của bài tốn với các đối tượng lời giải và xây dựng mơ hình kiến trúc (cấu trúc tổng thể) cấu trúc phân cấp các lớp mơ hình tốn học cho hệ thống. Trong giai đoạn thiết kế gồm 3 mức: mức ý niệm, mức logic và mức vật lý.
a) Mơ hình dữ liệu Geodatabase
Giới thiệu Geodatabase
Geodatabase là mơ hình dữ liệu hướng đối tượng, cho phép lưu trữ thống nhất dữ
liệu khơng gian và phi khơng gian khi ánh xạ mơ hình đã thiết kế xuống hệ quản trị cơ sở
dữ liệu, hỗ trợ nhiều người truy cập dữ liệu đồng thời tại một thời điểm. Trong mơ hình này, các thực thể được mơ tả như các đối tượng với các thuộc tính, hành động và các quan hệ. Geodatabase hỗ trợđược sự phức tạp của các loại đối tượng địa lý khác nhau, cho phép định nghĩa các quan hệ giữa các đối tượng với các luật cho việc duy trì tính ràng buộc tồn vẹn giữa chúng. Bảng 4.1. Mơ hình Geodatabase DBMS Client /server Object Giao tác xử lý Cập nhật Raster Kích cỡ Geodatabase nhiều người dùng Oracle Ms SQL server Infomix DB2 Cĩ Cĩ Cĩ Một hoặc nhiều người Cĩ Khơng giới hạn Geodatabase một
người dùng MS Access Khơng Cĩ Khơng Một người dùng Khơng Dưới 2GB Cấu trúc Geodatabase
Một số đặc tính quan trọng của Geodatase được đề cập gồm: feature dataset, object class, feature class, relationship class, spatial reference.
• Feature dataset
Feature dataset là tập các lớp dữ liệu khơng gian cùng dùng chung một hệ toạ độ. Người dùng cĩ thể tạo các lớp dữ liệu khơng gian ở bên trong hoặc bên ngồi của feature dataset. Nhưng cấu trúc topology hoặc mơ hình network được tạo ra chỉ khi chúng cùng trong một feature dataset.
• Object classes
Các đối tượng phi khơng gian (thuộc tính) cĩ cùng kiểu được lưu trữ chung trong một lớp gọi là object class. Ở mức vật lý nĩ là các bảng dữ liệu thuộc tính. Ví dụ object class là lớp lưu trữ tên chủ sở hữu của các mảnh đất.
Geodatabase
Feature datasets Spatial reference Object classes, subtypes Feature classes, subtypes Relationship classes Cĩ th n m trong ho c ngồi datasets Geometric network Planar topologies Domains Validation rule Raster datasets Raster TIN datasets Point Surface Edge Locators
• Feature classes
Các đối tượng khơng gian cĩ cùng dạng hình học (điểm, đường, vùng hoặc chú giải) cĩ cùng kiểu thuộc tính được lưu trữ chung trong một lớp gọi là Feature class. Ví dụ như
lớp sơng suối, ranh giới quốc gia,...
• Relationship classes
Relationship classes lưu trữ các quan hệ giữa các lớp khơng gian với khơng gian, khơng gian với thuộc tính hoặc thuộc tính với thuộc tính.
• Spatial reference
Mỗi dataset cĩ một spatial reference (tham chiếu khơng gian) riêng, các spatial reference này cĩ thể giống nhau hoặc khác nhau trong cùng một Geodatabase.
Tất cả các lớp đối tượng khơng gian trong cùng một feature dataset dùng chung một hệ toạđộ.
• Geometric network
Geometric network là một hệ thống mạng dạng đường như mạng tiện ích hoặc mạng truyền tải dùng giải quyết các bài tốn về phân tích mạng GIS.
• Planar topologies
Planar topologies cho phép chia sẻđường biên chung.
• Domain
Domain là tập các giá trị của một thuộc tính của đối tượng. Giá trị này cĩ thể là số
liên tục, rời rạc hoặc text. Các domain được tạo ra một lần và được dùng chung cho nhiều lớp khác nhau nếu trường thuộc tính của các lớp này giống nhau.
Ví dụ: Người dùng tạo domain tên là “Số giường” với giá trị là 1, 2, 3, 4, 5 hoặc 6, khi đĩ các bảng cĩ trường thuộc tính là “Số giường” cĩ thể dùng chung domain này.
• Subtype
Subtype là tập các giá trị của một thuộc tính của đối tượng. Giá trị này là trường số
kiểu integer.
Subtype và domain cĩ tính chất tương tự nhưng người dùng phải dùng subtype trong trường hợp :
- Các ràng buộc kết nối.
- Các ràng buộc quan hệ.
Ví dụ : Ta cĩ 2 đường ống nước : đường ống chính chịu mức áp lực từ 40 -100, đường
ống phân phối chịu được từ 50 – 75. Khi đĩ ta khơng thể tạo một domain để dùng chung cho 2 đối tượng này mà phải tạo riêng 2 subtype.
• Validation rules
Các ràng buộc giá trị là các luật được định nghĩa thơng qua relationship rules và connectivity rules để ràng buộc quan hệ và ràng buộc kết nối giữa các đối tượng khơng gian với khơng gian, khơng gian với phi khơng gian, phi khơng gian với phi khơng gian.
Như hình trên, ta cĩ ràng buộc kết nối được định nghĩa là đường ống 6 inch khi kết nối với đường ống 4 inch phải thơng qua một ống túm.
• Raster datasets
Rater datasets mơ tả hình ảnh của bản đồ, một bề mặt, hoặc hình ảnh của một đối tượng dưới dạng các cell hoặc pixel.
Một raster dataset chứa đựng một hoặc nhiều lớp gọi là band. Ví dụ một ảnh màu chứa 3 band (red, green và blue), mơ hình độ cao số (digital elevation model) thì lưu một band (lưu giữ giá trị độ cao) hoặc một ảnh quang phổ (multispectral image) thì cĩ nhiều band.
Các dạng Raster mà geodatabase hỗ trợ : + Grids (including Grid stacks) + TIFF
+ ERDAS® IMAGINE® Images + ERDAS .raw, .lan, and .gis files + ER Mapper® images
+ BIL/BIP/BSQ band interleaved and sequential files + MrSID™ encoded images (not encoded in geodatabase) + BMP + JPEG + GIF + ADRG + PNG + CIB + CADRG
+ DTED Level 1 & 2 + NITF
Các đối tượng khơng gian trong Geodatabase
Các đối tượng điểm dùng để mơ tả một vị trí nào đĩ trong khơng gian nhưđịa chỉ của một tồ nhà trong thành phố. Người dùng cĩ thể dựa trên các đối tượng điểm này để mơ tả thêm các thơng tin khác như: danh sách chủ của ngơi nhà, diện tích xây dựng, ảnh bề
mặt của ngơi nhà...
2) Network junction feature
Network junction feature là các đối tượng điểm đĩng vai trị như những topological role trong mạng network (giống node trong coverage). Cĩ hai loại network junction feature là simple junction và complex junction.
(1)Simple junction feature: được dùng như các điểm nối giữa hai đường (điểm nối giữa hai đường ống). Nĩ cũng cĩ các phương thức ràng buộc khi ta kết nối hai
đường ống khơng cùng bán kính.
(2)Complex junction feature: đĩng vai trị như các mối nối phức tạp trong mạng. Nĩ biểu diễn các bộ phận bên trong của một đối tượng hoạt động theo dạng logic. Ví dụ: một complex junction cĩ thể được dùng để mơ tả một cầu dao trong mạng điện, tại một thời điểm nĩ cĩ thể kết nối từ A sang B, trong khi tại thời điểm khác nĩ cĩ thể kết nối từ A sang C.
3) Line
Đối tượng khơng gian dạng line được xây dựng dựa trên các đối tượng cơ bản sau: line segment, circular arc, Bezier spline. Một đường đơn (khơng bị ngắt) cũng cĩ thể được xây dựng từ 3 đối tượng cơ bản trên.
Line được dùng để mơ tả các đối tượng hình học dạng đường như các đường giao thơng, các đường contour.
4) Network edge feature
Network edge feature là các đối tượng đường tham gia trong cấu trúc topology của mạng dùng trong bài tốn tìm kiếm đường (tracing) và phân tích dịng. Như hình dưới
đây biểu diễn đường nối giữa A và B:
Network edge cĩ hai loại: simple edge và complex edge
(1)Simple edge network là các đối tượng dạng đường kết nối với các junction feature tại các đầu cuối
(2)Complex edge feature là các đối tượng dạng đường trong mạng cĩ thể hỗ trợ
nhiều feature junction trong suốt chiều dài của nĩ.
5) Polygon
Polygon mơ tả các vùng, được tạo nên bởi các line, circular arc và Bezier spline segment. Polygon cĩ thể là một vịng đơn hoặc cĩ thể là các đoạn khơng liên tục, trong geodatabase các polygon cĩ thể lồng vào nhau như một đảo chứa một hồ.
Tính Planar Topology trong Geodatabase
Cấu trúc topology là một phương pháp tốn học dùng để xác định các quan hệ khơng gian. Topology trong Geodatabase cho phép biểu diễn các mối quan hệ hình học của các
đối tượng trong cùng một lớp và giữa các lớp với nhau. Trong Geodatabase cĩ hai dạng cấu trúc topology là planar topology và geometric network.
Geodatabase mơ tả cung như là chuỗi các đoạn thẳng nối liền nhau, điểm đầu và điểm cuối cung gọi là node, những điểm giữa cung gọi là các đỉnh (vertex). Nút là điểm giao nhau của hai hay nhiều cung. Đối với cung độc lập, nút là điểm đầu mút của cung, khơng nối liền với bất kỳ cung nào khác.
Như hình dưới ta cĩ: cĩ 3 cung được đánh dấu các nhãn 1, 2 và 3. Cung 1 bắt đầu từ node 10 đi đến node 20, cung này cĩ các vertex là a, b, c, d. Cung 2 liên kết với cung 1 tại các node 10 và 20.
2) Cấu trúc polygon – arc
Vùng là một chuỗi các cung nối liền nhau và khép kín, những cung này chính là
đường biên vùng. Một vùng cĩ thể được giới hạn bởi hai đường cong khép kín lồng vào nhau và khơng cắt nhau.
3) Cấu trúc left – right
Topology lưu trữ tính chất kề nhau bằng cách lưu trữ danh sách các polygon bên trái và bên phải của mỗi cung (arc). Các polygon cĩ chung cạnh thì kề nhau. Trong hình dưới polygon A và B kề nhau bởi vì A ở bên trái của cung 2 và B ở bên phải của cung 2.