Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS 1.1.1 Thu thập dữ liệu (Capture)
2.5.1.2. Mô hình dữ liệu Raster
Biểu diễn các đặc trưng địa lý bằng các điểm ảnh. Dữ liệu Raster gắn liền với dữ liệu dạng ảnh hoặc dữ liệu có tính liên tục cao. Dữ liệu Raster có thẻ biểu diễn được rất
nhiều đối tượng từ hình ảnh bề mặt đến hình nahr chụp từ vệ tinh, ảnh quét, ảnh chụp. Định dạng dữ liệu Raster rất đơn giản nhưng hỗ trợ rất nhiều kiểu dữ liệu khác nhau.
Hình 2.29 : Bản đồ dữ liệu Rester
a) Nguồn dữ liệu Raster
Ảnh chụp từ vệ tinh, từ máy bay, ảnh quét,…Trong đó ảnh từ vệ tinh là cách lấy dữ liệu tốn kém nhất nhưng lại có ý nghĩa to lớn trong việc nghiên cứu tình hình biến đổi của các sự vật trên trái đất theo thời gian. Ảnh chụp từ máy bay giúp ta vẽ bản đồ một cách chi tiết.
Ngoài ra Raster còn có thể được tạo ra bằng cách chuyển đổi từ nhiều nguồn dữ liệu khác như Vector hay TIN.
46
Hình 2.5.1.2.2: Biến đổi từ dữ liệu Vector sang
Raster.
b) Các thành phần dữ liệu
Raster được tạo bởi một mảng 2 chiều các điểm ảnh hay cell. Cell là một đơn vị đồng nhất biểu diễn một vùng xác định trên trái đất. Các cell đều có cùng kích thước. Gốc tọa độ của hệ được đặt tại cell nằm tại đỉnh góc trái. Mỗi cell được xác định bởi chỉ số dòng và chỉ số cột, đồng thời nó chứa một số nguyên ( hoặc số thực) biểu diễn kiểu hay giá trị thuộc tính xuất hiện trên bản đồ.
Hình 2.5.1.2.3: Bảng cell và các thuộc tính.
Kích thước của cell trong Raster phụ thuộc nhiều vào độ phân giải dữ liệu. Cell phải có kích thước đủ nhỏ để có thể thu thập được chi tiết dữ liệu, nhưng cũng phải có kích thước đủ lớn để có thể phân tích dữ liệu một cách thuận tiện.
Giá trị của cell sẽ định nghĩa các nhóm, lơp tại vị trí của cell. Cell tại những điểm có cùng một giá trị xác định một vùng, miền. Các cell trong cùng một miền không cần phải liên kết với nhau. Khi một số nguyên được chỉ định cho một tập các cell, thì số nguyên này có thể là mã phân biệt giữa các nhóm cell. Điều này tạo nên một quan hệ một – nhiều giữa mã và các cell có cùng giá trị. Mỗi cell trong một Raster đều có một giá trị. Giá trị này biểu diễn một trong bốn kiểu dữ liệu sau:
- Nominal (biến tên): một giá trị thuộc kiểu dữ liệu này sẽ xác định một thực thể từ một thực thể khác. Những giá trị này được phân loại để tạo thành các nhóm. Trong mỗi nhóm, thực thể địa lý sẽ liên kết với cell tại vị trí của cell đó. Nominal được dùng trong rất nhiều kiểu mã như mã sử dụng đất, kiểu đất trồng…
- Ordinal ( biến thứ tự): một giá trị thuộc dữ liệu này sẽ xác định vị trí một thực thể so với các thực thể khác như thực thể được đặt ở vị trí thứ nhất, thứ hai, thứ ba. Nhưng các giá trị này không thiết lập tỉ lệ tương quan giữa các thực thể. Chúng ta không thẻ suy luận được thực thể này lớn hơn, cao hơn, hay nặng hơn thực thể khác bao nhiêu được.
- Interval ( biến thời gian): biểu diễn một phép đo trên một tỉ lệ như thời gian trong ngày. Những giá trị này nằm trên một tỉ lệ xác định và không liên hệ với một điểm thực nào.
- Ratio ( biến tỉ lệ): biểu diễn một phép đo trên một tỉ lệ với một điểm cố định và mang ý nghĩa.
c) Biểu diễn Point, Line và Polygon trong Raster
Trong cấu trúc Raster, point có thể được biểu diễn bằng một cell. Line được biểu diễn bởi một tập các cell có hướng xác định, độ rộng của line bằng chiều rộng một cell. Polygon được biểu diễn bởi một dãy các cell nằm kề sát nhau.
Hình 2.5.1.2.4: Biểu diễn các đối tượng cơ sở
trong Raster.
Mặc dù ta có thể xác định các point, line, polygon trong Raster một cách trực quan, nhưng nếu ta mốn tương tác với các đối tượng này hiệu quả, cách tốt nhất là ta chuyển đổi chúng từ dữ liệu Raster sang dữ liệu Vector. Sự chuyển đổi này gọi là Vector hóa.
Hình 2.5.1.2.5: Chuyển đổi dữ liệu Raster sang
Vector.
Trên hình vẽ ta thấy một quá trình chuyển đổi từ Raster sang Vector. Độ phân giải của ảnh chụp sẽ ảnh hướng rất nhiều đến độ chính xác của dữ liệu Vector.
48
- Ưu điểm:
o Cấu trúc đơn giản.
o Dễ dàng chồng xếp và mô hình hóa. o Thích hợp cho việc thiết lập mô hình 3D. o Dễ thực hiện nhiều phép toán phân tích dữ liệu.
o Chi phí thấp cho việc thu thập thông tin đầu vào và có khả năng thực hiện tự động (ảnh vệ tinh).
- Nhược điểm:
o Dung lượng lưu trữ lớn, độ chính xác thấp. o Khó khăn với các bài toán phân tích mạng lưới. 2.5.2. DBMS của GIS
DBMS là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ CSDL. DBMS cũng cung cấp công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào CSDL. CSDL cho một hệ thống GIS gồm 2 CSDL thành phần chính:
- CSDL địa lý ( không gian).
- CSDL thuộc tính ( phi không gian).
Trong hệ thống GIS, DBMS GIS được xây dựng bao gồm 2 DBMS riêng cho từng phần hoặc xây dựng một DBMS chung cho cả 2 CSDL kể trên. Thông thường DBMS GIS được xây dựng gồm 3 DBMS con:
- DBMS cho CSDL địa lý.
- DBMS quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp. Hệ này được tích hợp cùng với DBMS địa lý cho phép người ta dùng truy cập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính đồng thời. Tuy nhiên, DBMS này cho thao tác trên CSDL thuộc tính bị hanh chế.
- DBMS thuộc tính. Thông thường các hệ thống GIS đều láy một DBMS quan hệ hiện có để quản trị và thực hiện các bài toán trên dữ liệu thuộc tính mà không liên quan đến dữ liệu không gian. Ví dụ: FOX, MS SQL, ORACLE. Về DBMS quản lý CSDL thuộc tính, chúng ta xem xét chi tiết trong phần “Hệ thống cơ sở dữ liệu”. Vì vậy, ở đây chúng ta chỉ đi sâu vào DBMS cho dữ liệu không gian.
DBMS cho dữ liệu không gian bao gồm các hệ con sau: - Hệ thống nhập bản đồ.
- Hệ thống hiển thị bản đồ.
- Hệ thống tra cứu, hỏi đáp CSDL. - Hệ thống phân tích địa lý.
- Hệ thống phân tích thống kê. - Hệ thống đầu ra.
2.5.3. Các thành phần dữ liệu bản đồ chức năng
Thành phần quan trọng trong DBMS GIS là bản đồ. Thông tin địa lý được mô tả khái quát trong các loại bản đồ địa lý:
- Bản đồ nền: bao gồm các bản đồ đường phố, đường quốc lộ, ranh giới hành chính, dân cư, sông hồ, mốc biên giới, tên địa danh và bản đồ Raster.
- Bản đồ và dữ liệu thương mại: bao gồm dữ liệu liên quan đến dân số, nhân khẩu, người tiêu thụ, dịch vụ thương mại, bảo hiểm sức khỏe,…
- Bản đồ và dữ liệu môi trường: bao gồm dữ liệu liên quan đến môi trường, thời tiết, sự cố môi trường, ảnh vệ tinh,…
- Bản đồ và dữ liệu tham khảo chung: bản đồ thế giới và các quốc gia, dữ liệu làm nền cho các dữ liệu riêng.
Mỗi loại bản đồ phục vụ cho một lĩnh vực hoặc nhiều lĩnh vực nghiên cứu trong hệ thống GIS, chúng đều diễn tả chi tiết hệ thống thông tin địa lý không gian thực. 2.6. Các công nghệ liên quan
- Thành lập bản đồ
o Desktop mapping. o Mapinfo.
o ArcGIS desktop.
- CAD (trợ giúp thiết kế nhờ máy tính). - Viễn thám và GPS.
- DBMS.
- Internet và network computer ( mạng máy tính và truyền thông). 2.7. Các bài toán ứng dụng GIS
2.7.1. Các lĩnh vực dùng chung, chia sẻ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS.
- Trắc địa: là khoa học về đo đạc và xác định vị trí của các đối tượng trên bề mặt trái đất.
- Bản đồ: một hệ thống GIS liên quan đến bản đồ địa lý, hơn thế bản đồ là yếu tố quan trọng nhất trong DBMS trong GIS.
- Viễn thám: cung cấp dữ liệu cho GIS. Viễn thám cho phép thu thập thông tin về trái đất từ vệ tinh, máy bay.
50
2.7.2. Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý, phân tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định
- Quản lý và điều tra tài nguyên thiên nhiên: o Tài nguyên nước.
o Quy hoạch sử dụng tài nguyên đất. o Phân tích xu hướng xây dựng. - GIS với môi trường:
- Ứng dụng trong hệ thống điện trong việc quản lý hệ thống thông tin điện lực. - …