Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông thƣờng hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:
- Đặc tính của đối tƣợng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích.
24
- Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phƣơng hƣớng định vị,… liên quan đến các đối tƣợng địa lý.
- Quan hệ giữa các đối tƣợng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tƣơng thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tƣợng).
Để mô tả một cách đầy đủ các đối tƣợng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tƣợng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả (annotation).
Các thông tin mô tả có các đặc điểm:
Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ Có thể chạy dọc theo arc
Có thể có các kích thƣớc, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau
Nhiều mức của thông tin mô tả có thể đƣợc tạo ra với ứng dụng khác nhau. Có thể tạo thông tin cơ sở dữ liệu lƣu trữ thuộc tính
Có thể tạo độc lập với các đối tƣợng địa lý ïcó trong bản đồ
Không có liên kết với các đối tƣợng điểm, đƣờng, vùng và dữ liệu thuộc tính của chúng
Bản chất một số thông tin dữ liệu thuộc tính như sau:
- Số liệu tham khảo địa lý: mô tả các sự kiện hoặc hiện tƣợng xảy ra tại một vị trí xác định. Không giống các thông tin thuộc tính khác, chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ. Thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động nhƣ cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí địa lý xác định. Các thông tin tham khảo địa lý đặc trƣng đƣợc lƣu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tƣợng.
- Chỉ số địa lý: đƣợc lƣu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã đƣợc mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định. Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau nhƣ là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý. Ví dụ: chỉ số địa lý về đƣờng phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó.
- Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý. Các mối quan hệ không gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay lôgic, ví dụ tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà 103
25
nếu là số nhà bên lẻ hoặc nếu là bên chẵn thì cả hai đều phải là các số chẵn kề nhau. Quan hệ Topology cũng là một quan hệ không gian. Các quan hệ không gian có thể đƣợc mã hoá nhƣ các thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ của các thực thể.
- Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và phi không gian: thể hiện phƣơng pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lƣu trữ đồng thời trong các thành phần không gian và phi không gian. Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay số liệu xác định vị trí lƣu trữ chung. Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa toạ độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc con trỏ đến vị trí lƣu trữ của số liệu liên quan. Bộ xác định đƣợc lƣu trữ cùng với các bản ghi toạ độ hoặc mô tả số khác của các hình ảnh không gian và cùng với các bản ghi số liệu thuộc tính liên quan.
Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thể hiện theo sơ đồ sau:
26
Chương 2 - KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 2.1. Khái niệm khái quát hóa bản đồ
Thuật ngữ “khái quát hóa” (generalization) đƣợc sử dụng trong nhiều ngành khoa học và cuộc sống hàng ngày. Trong khoa học, nó thƣờng có nghĩa là rút ra một nguyên tắc chung từ những sự kiện cụ thể, và nguyên tắc này là một lập luận khoa học trong việc nghiên cứu các vấn đề ứng dụng chung. Trong khoa học máy tính nó thƣờng đề cập đến quá trình mô hình ngữ nghĩa của khái niệm nhóm có liên quan đến các kiểu thực thể, hoặc các lớp, lên mức cao hơn, các kiểu trừu tƣợng hơn, nhƣ là thành phần của một lƣợc đồ phân loại kế thừa.
Khái quát hoá bản đồ là phƣơng pháp đặc biệt để lựa chọn và khái quát các yếu tố nội dung bản đồ, làm sáng tỏ và biểu thị lên bản đồ các đặc điểm đặc trƣng, những nét cơ bản, điển hình của đối tƣợng, hiện tƣợng và mối tƣơng tác giữa chúng với nhau, làm nổi bật các qui luật tự nhiên và kinh tế xã hội. Bản đồ phải phản ánh đƣợc đặc trƣng cơ bản của hình dáng, số lƣợng, chất lƣợng và mối quan hệ tƣơng hỗ của các yếu tố nội dung - phản ánh đƣợc các yếu tố địa lí tự nhiên và kinh tế xã hội của khu vực thành lập bản đồ. Khái quát hoá bản đồ giải quyết mâu thuẫn giữa tính vô hạn và phức tạp của các đối tƣợng nghiên cứu với tính có hạn và đơn giản của các phƣơng pháp biểu thị bản đồ.
Thuật ngữ “khái quát hóa” (generalization) - bắt nguồn từ tiếng latin generalis có nghĩa là cái chung, cái chủ yếu. Nhiều khái niệm, định nghĩa khác nhau về khái quát hóa bản đồ đã đƣợc các nhà bản đồ đƣa ra trong các công trình nghiên cứu. Có thể kể đến[5]:
- Sukhốp (1970): Khái quát hoá bản đồ là sự biểu hiện, sự chọn lọc, sự khái quát các đối tƣợng, các hiện tƣợng và liên kết chúng khi biên vẽ bản đồ.
- Dvorak (1964): Khái quát hóa bản đồ là quá trình giải quyết việc lựa chọn những đối tƣợng chính trong thế giới thực dựa trên cơ sở khoa học và phản ánh chúng trên lên bản đồ với những nét đặc trƣng.
- Weibel anh Dutton (1999): Khái quát hoá bản đồ có nhiệm vụ giảm bớt sự phức tạp trên một bản đồ trong quá trình thu nhỏ tỷ lệ bản đồ, làm nổi bật các yếu tố cần thiết trong khi loại trừ các yếu tố không quan trọng, duy trì mối quan hệ hợp lý và rõ ràng giữa các đối tƣợng bản đồ và bảo toàn tính thẩm mỹ cao.
- Xalisép (1971): Khái quát hoá bản đồ là chọn cái chính, cái cơ bản và khái quát nó theo hƣớng đề ra và để biểu thị lên bản đồ phần nào đó của thực tế những nét tiêu biểu, cơ bản, đặc trƣng tƣơng ứng với mục đích, đề tài và tỷ lệ bản đồ.
27
- Musti và nnk (2000): Quá trình khái quát hoá đi từ việc mô tả chi tiết một đối tƣợng địa lý, xem xét tới mỗi phần của đối tƣợng, tới việc mô tả đối tƣợng một cách trừu tƣợng hơn và chỉ giữ lại các đặc tính của đối tƣợng cần thiết cho ngƣời sử dụng bản đồ.
Hiệp hội bản đồ thế giới (ICA, 1973) đƣa ra khái niệm khái quát hoá bản đồ là chọn lựa và đơn giản hoá sự thể hiện các chi tiết để phù hợp với tỷ lệ và/hoặc mục đích của bản đồ.
Nhƣ vậy, Khái quát hoá bản đồ là sự lựa chọn và khái quát các đối tƣợng đƣợc thể hiện trên bản đồ phù hợp với mục đích sử dụng, nội dung, tỷ lệ bản đồ và đặc điểm lãnh thổ đƣợc thể hiện trên bản đồ. Bản chất của khái quát hoá là thể hiện trên bản đồ các đặc điểm cơ bản, các tính chất đặc trƣng của các đối tƣợng, hiện tƣợng và quan hệ. Khái quát hoá đƣợc thực hiện thông qua khái quát hoá các đặc trƣng chất lƣợng, số lƣợng của các đối tƣợng, hiện tƣợng, biến đổi các khái niệm riêng thành khái niệm chung, lƣợc bỏ các chi tiết thứ yếu để phản ánh các đặc điểm cơ bản.
Khái quát hoá bản đồ không chỉ đơn thuần là lƣợc bỏ những thông tin không cần thiết mà còn là sự tổng hợp tạo ra các thông tin mới đặc trƣng cho đối tƣợng. Mức độ khái quát hoá càng cao thì càng làm nổi bật những đặc điểm quan trọng của đối tƣợng, chỉ rõ các qui luật phân bố, phát triển và mối quan hệ tƣơng tác giữa các sự vật, hiện tƣợng. Chất lƣợng khái quát hoá bản đồ phụ thuộc vào trình độ hiểu biết, kinh nghiệm của ngƣời thành lập về các đối tƣợng và hiện tƣợng thể hiện trên bản đồ.
Hiện nay công nghệ số đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều công đoạn thành lập và hiệu chỉnh bản đồ, song nhiều hãng thành lập bản đồ quốc gia vẫn đang thực hiện khái quát hóa bằng các phƣơng pháp thủ công, hoặc với sự hỗ trợ của các công cụ trong một vài công đoạn. Đó là vì kiến thức tổng hợp và kinh nghiệm của các nhà bản đồ chƣa thể định nghĩa cho máy tính. Trong tƣơng lai gần, quá trình khái quát hoá tự động sẽ đƣợc sử dụng trong phạm vi rộng hơn, nhờ khả năng xử lý nhanh của máy tính, nhờ tính năng của phần mềm tốt hơn và cải thiện khả năng hoạt động của hệ thống.
Xuất phát từ định nghĩa của ICA về khái quát hóa bản đồ, McMaster và Shea (1992) đƣa ra một định nghĩa tổng quát hơn về khái quát hóa bản đồ trong ngữ cảnh công nghệ số : Khái quát hóa tự động có thể định nghĩa nhƣ quá trình dẫn xuất dữ liệu (deriving) từ các nguồn dữ liệu, các tệp dữ liệu bản đồ đƣợc biểu tƣợng hóa hoặc số hóa, thông qua các biến đổi không gian và thuộc tính.
Để phân biệt mức độ tự động trong khái quát hóa các nhà bản đồ đƣa ra thuật ngữ Khái quát hóa hoàn toàn tự động (On -the-fly, Real - time) và Khái quát hóa trên màn hình (On-screen) hoặc tƣơng tác (interactive). Các vấn đề của khái quát hóa hoàn toàn
28
tự động hiện chƣa đƣợc giải quyết trọn vẹn. Các phần mềm thƣơng mại thƣờng cung cấp các giải pháp khái quát hóa On screen đòi hỏi các mức độ can thiệp khác nhau của kỹ thuật viên trong quá trình khái quát hóa.
Từ những dẫn luận trên có thể đƣa ra khái niệm về khái quát hóa bản đồ nhƣ sau:
Khái quát hóa bản đồ là quá trình chọn lọc, biến đổi và thể hiện bằng ngôn ngữ bản đồ các tập dữ liệu địa lý dẫn xuất từ cơ sở dữ liệu chi tiết phù hợp với mục đích sử dụng.
Việc khái quát hóa bản đồ đƣợc thực hiện từ CSDL gốc thành các CSDL dẫn xuất và tiếp tục thực hiện khái quát hóa để đạt đƣợc CSDL theo tỷ lệ mong muốn. Khái quát hóa thƣờng đƣợc gắn với một việc giảm tỷ lệ biểu diễn dữ liệu, một ví dụ điển hình là việc thu đƣợc một bản đồ địa hình ở tỷ lệ 1:25.000 từ một bản đồ ban đầu ở tỷ lệ 1:10.000. Khái quát hóa bản đồ không có nghĩa chỉ là sự đơn giản hóa và giảm tỷ lệ. Mà ngƣợc lại, nó là kết quả của một quá trình rút gọn có hiểu biết và nhấn mạnh các điều chính yếu trong khi bỏ qua những điều không quan trọng, giữ lại tính logic và những mối quan hệ không nhầm lẫn giữa các đối tƣợng trong bản đồ, giữ lại tính rõ ràng của hình ảnh bản đồ, và tính chính xác nhiều nhất có thể.
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khái quát hóa bản đồ
Quá trình khái quát hóa bản đồ chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố, bao gồm mục đích sử dụng, nội dung, tỷ lệ bản đồ và đặc điểm đối tƣợng đƣợc thể hiện trên bản đồ. Ngoài ra còn có thể kể đến ảnh hƣởng của số lƣợng, chất lƣợng tƣ liệu dùng để thành lập bản đồ, phƣơng pháp trình bày bản đồ, cũng nhƣ kỹ thuật và công nghệ thành lập bản đồ.
Ảnh hƣởng của mục đích sử dụng thể hiện trƣớc hết ở sự lựa chọn các đối tƣợng, hiện tƣợng thể hiện trên bản đồ. Những bản đồ cùng đề tài, tỷ lệ nhƣng có mục đích sử dụng khác nhau thì mức độ chi tiết và phƣơng pháp biểu thị các yếu tố nội dung cũng khác nhau. Ví dụ trên bản đồ giáo khoa các yếu tố nội dung đƣợc giản lƣợc, các ký hiệu có kích thƣớc lớn hơn so với các bản đồ tra cứu cùng chủ đề. Tƣơng tự, bản đồ địa hình và bản đồ hành chính có mục đích sử dụng khác nhau. Do đó trong khi bản đồ địa hình biểu hiện chi tiết các yếu tố cơ bản của hệ thuỷ văn, dáng đất, thực vật, vùng dân cƣ, đƣờng giao thông, ranh giới hành chính, thì bản đồ hành chính chỉ biểu thị tỉ mỉ yếu tố ranh giới hành chính và vùng dân cƣ, còn yếu tố hệ thuỷ văn và giao thông chỉ biểu thị khái lƣợc, còn dáng đất, thực vật không biểu thị.
Tỷ lệ bản đồ quyết định mức độ chi tiết của nội dung bản đồ và là yếu tố ảnh hƣởng đến khái quát hoá đƣợc nhận biết rõ nhất. Những bản đồ có cùng đề tài, cùng
29
mục đích sử dụng nhƣng có tỷ lệ khác nhau thì mức độ khái quát hoá cũng khác nhau. Bản đồ tỷ lệ càng lớn thì nội dung càng chi tiết, ngƣợc lại tỷ lệ càng nhỏ thì nội dung càng khái lƣợc. Đây là điều không thể tránh khỏi vì từ tỷ lệ lớn sang tỷ lệ nhỏ diện tích vùng lãnh thổ trên bản đồ bị thu hẹp theo mức độ chuyển đổi tỷ lệ. Do đó tỷ lệ bản đồ càng nhỏ càng phải loại bỏ nhiều chi tiết. Ngoài ra tỷ lệ càng nhỏ thì phạm vi bao quát không gian của bản đồ càng lớn dẫn đến ý nghĩa của đối tƣợng trên bản đồ cũng thay đổi.
Đề tài bản đồ xác định phạm vi các yếu tố nội dung cần thể hiện, xác định những yếu tố nào cần đƣợc thể hiện chi tiết, những yếu tố nào chỉ thể hiện sơ lƣợc. Chẳng hạn, trên bản đồ địa lý chung và bản đồ địa lý tự nhiên cùng tỷ lệ đều có thể hiện các điểm dân cƣ, nhƣng nếu nhƣ trong trƣờng hợp đầu các điểm dân cƣ là một trong các yếu tố nội dung thì trên bản đồ địa lý tự nhiên chúng chỉ có ý nghĩa định hƣớng, vì vậy mà sẽ phải đƣợc lựa chọn và khái quát hóa với mức độ khác.
Trong quá trình khái quát hoá bản đồ cần xét đến các đặc điểm địa lý lãnh thổ và đối tƣợng lập bản đồ. Từng đối tƣợng đƣợc xem xét trong quan hệ với các đối tƣợng khác. Chẳng hạn một nguồn nƣớc, giếng nƣớc ở vùng sa mạc có ý nghĩa rất lớn nên bắt buộc phải thể hiện trên bản đồ địa hình, nhƣng ở vùng đồng bằng hay vùng ven biển có thể bỏ qua không thể hiện. Sự lựa chọn khoảng cao đều đƣờng bình độ cho bản đồ địa hình các địa hình khác nhau cũng là một ví dụ.
Số lƣợng, chất lƣợng tƣ liệu bản đồ ảnh hƣởng đến quá trình khái quát hoá và