Hệ thống thông tin địa lý và áp dụng trong hải dương học - ĐHQG Hà Nội

Chia sẻ: Lan Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:130

Thêm vào BST

Báo xấu

155
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn sách này sẽ giới thiệu với các bạn về công nghệ GIS. Và mặc dù đây là cuốn giáo trình biên soạn cho sinh viên khoa Khí tượng Thuỷ văn và Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, nó cũng có thể trở nên bổ ích cho những ai lần đầu tiên làm quen với khái niệm này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống thông tin địa lý và áp dụng trong hải dương học - ĐHQG Hà Nội

NguyÔn Hång Ph−¬ng, §inh v¨n ¦u HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý vμ mét sè øng dông trong h¶i d−¬ng häc Nhμ xuÊt b¶n ®¹i häc quèc gia Hμ néi 1
Môc lôc Lêi nãi ®Çu ............................................................................................................................. 8 PhÇn 1. C¬ së HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý............................................................ 9 Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS)............................... 10 1.1. Më ®Çu ............................................................................................................ 10 1.2. Nh÷ng cét mèc trong lÞch sö h×nh thμnh vμ ph¸t triÓn c«ng nghÖ GIS. ......................................................................................................................... 11 1.3. C¸c thμnh phÇn cña GIS............................................................................. 12 1.3.1. PhÇn cøng................................................................................................. 12 1.3.2. C¸c modul phÇn mÒm cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý.............................. 13 1.4. §èi t−îng cña GIS....................................................................................... 15 Ch−¬ng 2. D÷ liÖu sö dông trong GIS ................................................................... 16 2.1. C¸c d÷ liÖu ®Þa lý ......................................................................................... 16 2.2. C¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ c¸c d÷ liÖu thuéc tÝnh................................ 16 2.3. C¸c cÊu tróc d÷ liÖu ®Þa lý ......................................................................... 17 2.3.1. CÊu tróc d÷ liÖu Ph©n cÊp ....................................................................... 17 2.3.2. CÊu tróc d÷ liÖu M¹ng ............................................................................. 18 2.3.3. CÊu tróc d÷ liÖu Quan hÖ ........................................................................ 18 2.4. C¸c m« h×nh d÷ liÖu ®Þa lý ......................................................................... 19 2.4.1. Vector vμ Raster....................................................................................... 20 2.4.2. So s¸nh c¸c m« h×nh d÷ liÖu Vector vμ Raster ....................................... 20 2.5. C¸c líp th«ng tin ®Þa lý .............................................................................. 21 Ch−¬ng 3. C¸c PhÐp chiÕu b¶n ®å ........................................................................... 22 3.1. Më ®Çu ............................................................................................................ 22 3.2. KiÕn thøc c¬ së ............................................................................................. 22 3.3. HÖ to¹ ®é cÇu................................................................................................. 22 3.4. C¸c TÝnh chÊt cña phÐp chiÕu b¶n ®å..................................................... 24 3.5. Ph©n lo¹i c¸c phÐp chiÕu b¶n ®å.............................................................. 24 3.5.1. C¸c phÐp chiÕu nãn .................................................................................. 24 3.5.2. C¸c phÐp chiÕu trô ................................................................................... 25 3.5.3. C¸c phÐp chiÕu ph¼ng .............................................................................. 26 Ch−¬ng 4. øng dông GIS ................................................................................................ 27 4.1. VÒ c¸c øng dông GIS ................................................................................... 27 2
4.1.1. C¸c øng dông kiÓm kª ............................................................................. 27 4.1.2. C¸c øng dông ph©n tÝch ........................................................................... 27 4.1.3. C¸c øng dông qu¶n lý .............................................................................. 27 4. 2. øng dông GIS trong viÖc x©y dùng vμ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu tæng hîp27 4.2.1. C¬ së d÷ liÖu tæng hîp.............................................................................. 27 4.2.2. GIS trong viÖc thiÕt kÕ c¬ së d÷ liÖu ....................................................... 28 4.2.3. GIS trong viÖc x©y dùng vμ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu................................... 29 4.3. Mét sè kÕt qu¶ øng dông GIS trong nghiªn cøu h¶i d−¬ng häc vμ qu¶n lý tμi nguyªn m«i tr−êng biÓn ë ViÖt nam .......................................... 32 4.3.1. VÏ b¶n ®å biÓn §«ng vμ c¸c vïng biÓn ViÖt Nam................................... 32 4.3.2. X©y dùng m« h×nh dù b¸o c¸ khai th¸c phôc vô ®¸nh b¾t xa bê ë vïng biÓn ViÖt Nam .................................................................................................... 32 4.3.3. Nghiªn cøu t¸c ®éng cña qu¸ tr×nh ®« thÞ ho¸ lªn chÊt l−îng n−íc vÞnh H¹ Long .............................................................................................................. 33 4.3.4. Nghiªn cøu qu¶n lý tæng hîp tμi nguyªn m«i tr−êng vÞnh V¨n Phong, Kh¸nh Hßa ......................................................................................................... 34 4.4. Giíi thiÖu mét sè phÇn mÒm xö lý ®å ho¹ vμ GIS th«ng dông.......... 34 4.4.1. Ph©n biÖt c¸c phÇn mÒm xö lý GIS vμ c¸c phÇn mÒm ®å häa m¸y tÝnh34 4.4.2. C¸c phÇn mÒm xö lý ®å ho¹ b»ng m¸y tÝnh............................................ 35 4.4.3. C¸c phÇn mÒm xö lý GIS ......................................................................... 35 PhÇn 2. Giíi thiÖu phÇn mÒm ArcView GIS ......................................................... 38 Ch−¬ng 1. C¬ së cña phÇn mÒm ArcView GIS ..................................................... 39 1.1. ArcView lμ g×? ............................................................................................... 39 1.1.1.VÒ ESRI ..................................................................................................... 39 1.1.2. B¹n cã g× víi ArcView?............................................................................. 39 1.1.3. GIS ®Ó bμn lμ g×? ...................................................................................... 40 1.1.4. GIS ®Ó bμn lμm viÖc nh− thÕ nμo?........................................................... 40 I.2. T×m hiÓu Giao diÖn cña ArcView .............................................................. 41 1.2.1.C¸c cöa sæ tμi liÖu ..................................................................................... 41 1.2.2. C¸c tμi liÖu cña ArcView.......................................................................... 42 1.2.3. C¸c Dù ¸n cña ArcView ........................................................................... 44 I.2.4. Giíi thiÖu c¸c c¶nh (views) vμ c¸c líp th«ng tin (themes)...................... 44 1.2.5. C¸c thao t¸c víi theme............................................................................. 45 1.2.6. Giíi thiÖu c¸c b¶ng................................................................................... 45 1.2.7. Giíi thiÖu ®å thÞ ....................................................................................... 46 1.2.8. Giíi thiÖu B¶n vÏ trang trÝ ...................................................................... 47 1.2.9. Giíi thiÖu c¸c M· nguån .......................................................................... 47 3
1.2.10. Sö dông hÖ thèng trî gióp cña ArcView ............................................... 48 Bμi tËp cho ch−¬ng 1 .......................................................................................... 49 Ch−¬ng 2. §−a d÷ liÖu vμo ArcView ...................................................................... 50 2.1. T¹o c¸c C¶nh vμ c¸c líp th«ng tin ........................................................... 50 2.1.1. C¸c líp th«ng tin (Themes)...................................................................... 50 2.1.2. C¸c nguån d÷ liÖu kh«ng gian cho c¸c themes ....................................... 51 2.1.3. C¸c nguån d÷ liÖu bæ sung cho c¸c Themes ............................................ 52 2.1.4. T¹o míi mét View..................................................................................... 52 2.1.5. Thªm mét theme ®èi t−îng vμo mét View .............................................. 53 2.1.6. Thªm ¶nh vμo View.................................................................................. 54 2.1.7. Thªm mét theme chøa c¸c to¹ ®é x,y vμo mét View............................... 54 2.1.8. C¸c b¶ng cña theme ................................................................................. 55 2.1.9. CÊt gi÷ mét Dù ¸n.................................................................................... 56 2.2. Tham chiÕu c¸c View víi thÕ giíi thùc ................................................... 57 2.2.1. §Þnh vÞ b»ng kinh vμ vÜ ®é....................................................................... 57 2.2.2. X¸c lËp tÝnh chÊt cho view ....................................................................... 57 2.2.3. Khai b¸o hÖ chiÕu cña view b»ng chøc n¨ng ngÇm ®Þnh cña ArcView . 58 Bμi tËp cho ch−¬ng 2 .......................................................................................... 60 Ch−¬ng 3. HiÓn thÞ c¸c themes................................................................................. 61 3.1. X©y dùng c¸c b¶n ®å chuyªn ®Ò b»ng c«ng cô t¹o lËp chó gi¶i ........ 61 3.1.1. Më Legend Editor..................................................................................... 61 3.1.2. Chän lo¹i chó gi¶i..................................................................................... 61 3.2. Lùa chän ph−¬ng ph¸p ph©n líp ............................................................. 64 3.2.1. Sö dông ph−¬ng ph¸p ngÇm ®Þnh ........................................................... 64 3.2.2. Thay ®æi ph−¬ng ph¸p ph©n líp .............................................................. 64 3.2.3. ChuÈn ho¸ d÷ liÖu.................................................................................... 67 3.2.4. Thao t¸c víi c¸c líp .................................................................................. 67 3.3. ChØnh söa c¸c thμnh phÇn chó gi¶i ......................................................... 68 3.3.1. Lμm viÖc víi c¸c gi¸ trÞ rçng.................................................................... 69 3.3.2. Thay ®æi c¸c biÓu t−îng b»ng cöa sæ biÓu t−îng .................................... 69 3.3.3. CÊt gi÷ vμ t¶i c¸c chó gi¶i ....................................................................... 70 3.4. Qu¶n lý viÖc hiÓn thÞ Theme b»ng Theme Properties......................... 70 3.4.1. X¸c ®Þnh mét tËp con cña theme ............................................................. 71 3.4.2. X¸c lËp cËn trªn cho tû lÖ hiÓn thÞ........................................................... 72 3.4.3. T¹o nh·n cho c¸c ®èi t−îng cña theme ................................................... 73 3.4.4. Sö dông chøc n¨ng t¹o nh·n tù ®éng (Auto-Label)................................ 73 34.5. Nèi kÕt nãng c¸c ®èi t−îng cña theme ..................................................... 74 4
3.4.6. Kho¸ c¸c ®Æc tÝnh cña theme................................................................... 75 Bμi tËp cho ch−¬ng 3 .......................................................................................... 76 Ch−¬ng 4. Lμm viÖc víi c¸c b¶ng ............................................................................ 77 4.1. Sö dông c¸c b¶ng cña ArcView ................................................................ 77 4.1.1. T¹o b¶ng tõ c¸c nguån ®· cã s½n............................................................. 77 4.1.2. T¹o mét b¶ng vμ mét tÖp míi .................................................................. 78 4.1.3. Thªm tr−êng cho mét b¶ng...................................................................... 78 4.1.4. Thªm hμng vμo mét b¶ng ........................................................................ 79 4.1.5. ChØnh söa d÷ liÖu trong mét b¶ng .......................................................... 79 4.1.6. TÝnh to¸n víi c¸c tr−êng .......................................................................... 80 4.2. Tra vÊn c¸c b¶ng .......................................................................................... 81 4.2.1. HiÓn thÞ kÕt qu¶ chän .............................................................................. 82 4.2.2. BiÕn ®æi sù chän lùa ................................................................................. 82 4.2.3. HiÓn thÞ c¸c sè liÖu thèng kª ................................................................... 82 4.2.4. Tæng kÕt b¶ng........................................................................................... 83 4.2.5. KÕt qu¶ tæng kÕt c¸c sè liÖu thèng kª ..................................................... 84 4.3. ThiÕt lËp quan hÖ gi÷a c¸c b¶ng .............................................................. 85 4.3.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ c¬ së d÷ liÖu quan hÖ....................................... 85 4.3.2. Quan hÖ gi÷a c¸c b¶ng............................................................................. 86 4.3.3. Gép b¶ng................................................................................................... 86 4.3.4. KÕt qu¶ gép b¶ng ..................................................................................... 86 4.3.5. Nèi kÕt b¶ng ............................................................................................. 87 4.4. T¹o ®å thÞ tõ c¸c b¶ng................................................................................. 88 4.4.1. T¹o mét ®å thÞ .......................................................................................... 88 4.4.2. C¸c thμnh phÇn cña ®å thÞ....................................................................... 88 4.4.3. Chän lo¹i ®å thÞ ........................................................................................ 89 4.4.4. Söa ®æi c¸c thμnh phÇn cña ®å thÞ .......................................................... 90 4.4.5. Thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh cña chó gi¶i .......................................................... 91 4.4.6. Thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh cña trôc................................................................. 91 4.4.7. Thay ®æi ®é cao vμ thªm vμo c¸c ®−êng kÎ ............................................. 92 4.4.8. ChuyÓn ®æi gi÷a c¸c chuçi vμ c¸c nhãm.................................................. 92 Bμi tËp cho ch−¬ng 4 .......................................................................................... 93 Ch−¬ng 5. T¹o vμ chØnh söa shapefiles .............................................................. 94 5.1. Lμm viÖc víi c¸c shape-files ...................................................................... 94 5.1.1. ChuyÓn ®æi mét theme vÒ d¹ng Shape-file ............................................. 94 5.1.2. ChuyÓn ®æi c¸c ®èi t−îng ®· chän vÒ d¹ng shapefile ............................. 95 5.2. T¹o mét theme míi tõ shape-file .............................................................. 95 5
5.2.1. Thªm c¸c ®èi t−îng cho theme míi d¹ng shape-file.............................. 96 5.2.2. Thªm c¸c thuéc tÝnh................................................................................. 97 5.3. ChØnh söa c¸c shape-file............................................................................. 98 5.3.1. Thay ®æi h×nh d¹ng c¸c ®èi t−îng ........................................................... 99 5.3.2. Nèi (Snapping) c¸c ®èi t−îng................................................................. 100 5.3.3. X¸c lËp chøc n¨ng nèi ............................................................................ 100 5.3.4. C¾t c¸c ®−êng vμ ®a gi¸c........................................................................ 101 5.3.5. CËp nhËt thuéc tÝnh b»ng chøc n¨ng C¾t (Split).................................. 102 5.3.6. Gép c¸c ®èi t−îng b»ng Union............................................................... 103 5.3.7. CËp nhËt thuéc tÝnh b»ng chøc n¨ng Gép (Union)............................... 104 5.3.8. C¸c thao t¸c chØnh söa c¸c ®èi t−îng chång nhau................................ 104 5.3.9. Huû bá thao t¸c chØnh söa ..................................................................... 106 5.3.10. CÊt gi÷ c¸c kÕt qu¶ chØnh söa ............................................................. 106 Ch−¬ng 6. Tra vÊn vμ ph©n tÝch c¸c themes .................................................. 107 6.1. Ph©n tÝch c¸c mèi quan hÖ kh«ng gian................................................. 107 6.1.1. PhÐp chän theme trªn theme................................................................ 107 6.1.2. Chän c¸c ®iÓm gÇn mét ®−êng............................................................... 108 6.1.3. Chän c¸c ®a gi¸c n»m kÒ........................................................................ 109 6.1.4. PhÐp chän ®−êng trªn ®a gi¸c ............................................................... 110 6.1.5. PhÐp chän ®iÓm trong ®a gi¸c ............................................................... 111 6.2. Thùc hiÖn c¸c phÐp gép kh«ng gian kh¸c theme vμ cïng theme.. 111 6.2.1. PhÐp gép kh«ng gian kh¸c theme víi quan hÖ inside.......................... 112 6.2.2. PhÐp gép kh«ng gian kh¸c theme víi quan hÖ nearest ........................ 113 6.2.3. Gép c¸c ®èi t−îng ................................................................................... 113 6.2.4. Quy tr×nh gép ......................................................................................... 114 Bμi tËp cho ch−¬ng 6 ........................................................................................ 115 Ch−¬ng 7. T¹o c¸c b¶n vÏ trang trÝ (layouts) ............................................ 116 7.1. C¸c b¶n vÏ trang trÝ lμ g×?........................................................................ 116 7.1.1. T¹o mét B¶n vÏ trang trÝ ....................................................................... 116 7.1.2. X¸c ®Þnh trang vÏ ................................................................................... 117 7.2. X¸c ®Þnh c¸c lo¹i khung ........................................................................... 118 7.2.1. T¹o khung............................................................................................... 118 7.2.2. X¸c lËp c¸c tÝnh chÊt cña khung View .................................................. 119 7.2.3. X¸c lËp tû lÖ cho khung View................................................................. 120 7.2.4. KiÓm so¸t tû lÖ vμ ph¹m vi b¶n ®å trong khung View ......................... 121 7.2.5. VÏ l¹i b¶n vÏ trang trÝ............................................................................ 122 7.2.6. X¸c lËp c¸c tÝnh chÊt cña khung chó gi¶i ............................................. 123 6
7.2.7. X¸c lËp c¸c tÝnh chÊt khung th−íc tû lÖ................................................ 124 7.2.8. C¸c lo¹i khung kh¸c............................................................................... 125 7.3. Bæ sung ®å häa............................................................................................ 125 7.3.1. ChØnh söa ®å ho¹.................................................................................... 126 7.3.2. Sö dông vμ t¹o c¸c b¶n vÏ trang trÝ mÉu.............................................. 127 7.4. In mét b¶n vÏ trang trÝ ............................................................................. 128 Bμi tËp cho ch−¬ng 7 ........................................................................................ 129 7
Lêi nãi ®Çu Ngμy nay, khi mäi sù vËt trong thÕ giíi xung quanh ta, tõ ng«i nhμ, ®−êng phè, hμng c©y ®Õn khu rõng, d·y nói hay biÓn c¶, tÊt c¶ ®Òu cã thÓ ®−îc thu nhá l¹i vμ n»m gän trong tÇm tay cña chóng ta nhê mét c«ng cô v« cïng m¹nh mÏ: c«ng nghÖ HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (gäi t¾t theo tªn tiÕng Anh lμ GIS), th× ngμy cμng cã nhiÒu ng−êi ®Õn víi GIS. Cuèn s¸ch nμy sÏ giíi thiÖu víi c¸c b¹n vÒ c«ng nghÖ GIS. Vμ mÆc dï ®©y lμ cuèn gi¸o tr×nh biªn so¹n cho sinh viªn khoa KhÝ t−îng thuû v¨n vμ H¶i d−¬ng häc, tr−êng §¹i häc khoa häc tù nhiªn, nã còng cã thÓ trë nªn bæ Ých cho nh÷ng ai lÇn ®Çu tiªn lμm quen víi kh¸i niÖm nμy, vμ c¶ nh÷ng ai muèn n¾m b¾t c«ng nghÖ nμy vμ biÕn nã trë thμnh mét c«ng cô ®¾c lùc trong c«ng viÖc chuyªn m«n cña m×nh trong t−¬ng lai. Gi¸o tr×nh nμy bao gåm hai phÇn chÝnh. PhÇn thø nhÊt lμ phÇn lý thuyÕt, giíi thiÖu kh¸i niÖm vμ nh÷ng nguyªn lý c¬ b¶n nhÊt cña GIS. PhÇn thø hai lμ phÇn thùc hμnh, víi néi dung h−íng dÉn ng−êi ®äc sö dông phÇn mÒm ArcView GIS, mét trong nh÷ng c«ng cô xö lý m¹nh cho phÐp lμm viÖc trªn m«i tr−êng PC. Trong phÇn hai cßn cã c¸c bμi tËp thùc hμnh ®i kÌm theo mçi ch−¬ng. ViÖc gi¶i c¸c bμi tËp thùc hμnh nμy kh«ng chØ gióp cho c¸c häc viªn hiÓu s©u thªm vÒ nh÷ng vÊn ®Ò lý thuyÕt ®· ®−îc häc, mμ cßn cã thÓ sö dông thμnh th¹o phÇn mÒm nμy nh− mét c«ng cô m¹nh vμ cã ®−îc nh÷ng øng dông thiÕt thùc trong c«ng t¸c chuyªn m«n sau khi kÕt thóc kho¸ häc. Do ®©y lμ lÇn ®Çu biªn so¹n, gi¸o tr×nh kh«ng khái cã nh÷ng thiÕu sãt. Chóng t«i hoan nghªnh ý kiÕn ®ãng gãp tõ phÝa c¸c b¹n sinh viªn, nh÷ng ng−êi ®äc vμ sö dông cuèn gi¸o tr×nh nμy ®Ó cho chÊt l−îng cña gi¸o tr×nh vμ hiÖu qu¶ cña c¸c øng dông sau kho¸ häc ngμy cμng ®−îc n©ng cao. 8
PhÇn 1. C¬ së HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý 9
Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) 1.1. Më ®Çu Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn x· héi loμi ng−êi ®· n¶y sinh yªu cÇu giao l−u gi÷a nh÷ng ng−êi ®−¬ng thêi víi nhau vμ gi÷a ng−êi ®êi tr−íc vμ ng−êi ®êi sau. Nh÷ng néi dung hä th«ng tin víi nhau lμ phi vËt chÊt nh−ng cÇn ®−îc thÓ hiÖn th«ng qua mét h×nh thøc nμo ®ã nh− h×nh vÏ, m« h×nh, ch÷ viÕt... ViÖc sinh ra ch÷ viÕt lμ mét b−íc ngoÆt lín cña nh©n lo¹i vÒ kh¶ n¨ng th«ng tin. B»ng mét quyÓn s¸ch nhá hä cã thÓ miªu t¶ chi tiÕt mét sù vËt, mét hiÖn t−îng tù nhiªn hay x· héi vμ l−u tr÷ l¹i cho c¸c thÕ hÖ sau nμy nhËn thøc l¹i. ThÕ råi th«ng tin ch÷ viÕt vÉn ch−a tho¶ m·n ®−îc nhu cÇu ngμy cμng cao cña qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin kh«ng gian nhÊt lμ nhiÒu th«ng tin trªn mét diÖn réng th× viÖc biÓu diÔn b»ng v¨n b¶n ®· béc lé nh÷ng yÕu ®iÓm. Mét h×nh thøc th«ng tin kh¸c ®· ra ®êi, ®ã lμ b¶n ®å. Ng−êi ta biÓu diÔn c¸c th«ng tin kh«ng gian b»ng c¸ch thu nhá kÝch th−íc sù vËt theo mét tØ lÖ nμo ®ã råi vÏ lªn mÆt ph¼ng. §Ó biÓu diÔn ®é cao thÊp th× dïng c¸c d¹ng ký hiÖu riªng (mμu, ghi ®é cao, ®−êng b×nh ®é). Nh÷ng th«ng tin biÓu diÔn c¸c ®iÓm tÝnh chÊt cña sù vËt th× gi¶i thÝch b»ng ch÷ vμ sè kÌm theo c¸c sù vËt ®−îc biÓu diÔn. Sù cã mÆt cña hÖ th«ng tin b¶n ®å ®· lμm cho nhiÒu ngμnh khoa häc kÜ thuËt ph¸t triÓn thªm mét b−íc dμi, nhÊt lμ khoa häc qu©n sù. Tõ l©u b¶n ®å lμ mét c«ng cô th«ng tin quen thuéc ®èi víi loμi ng−êi. Trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn kinh tÕ kÜ thuËt, b¶n ®å lu«n ®−îc c¶i tiÕn sao cho ngμy cμng ®Çy ®ñ th«ng tin h¬n, ngμy cμng chÝnh x¸c h¬n. Khi khèi l−îng th«ng tin qu¸ lín trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch b¶n ®å th× ng−êi ta tiÕn ®Õn viÖc lËp b¶n ®å chuyªn ®Ò. ë b¶n ®å chuyªn ®Ò, chØ cã nh÷ng th«ng tin theo mét chuyªn ®Ò nμo ®ã ®−îc biÓu diÔn. Trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Þa lÝ sÏ cã nhiÒu lo¹i b¶n ®å chuyªn ®Ò: b¶n ®å ®Þa h×nh, b¶n ®å hμnh chÝnh, b¶n ®å ®Þa chÊt, b¶n ®å du lÞch, b¶n ®å giao th«ng, b¶n ®å hiÖn tr¹ng x©y dùng... Trong nh÷ng n¨m ®Çu thËp kØ 60 (1963-1964) c¸c nhμ khoa häc ë Canada ®· cho ra ®êi hÖ th«ng tin ®Þa lý. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý kÕ thõa mäi thμnh tùu trong ngμnh b¶n ®å c¶ vÒ ý t−ëng lÉn thμnh tùu cña kü thuËt b¶n ®å. HÖ th«ng tin ®Þa lý b¾t ®Çu ho¹t ®éng còng b»ng viÖc thu thËp d÷ liÖu theo ®Þnh h−íng tuú thuéc vμo môc tiªu ®Æt ra. Bªn c¹nh Canada, nhiÒu tr−êng ®¹i häc ë Mü còng tiÕn hμnh nghiªn cøu vμ x©y dùng HÖ th«ng tin ®Þa lý. Trong c¸c HÖ th«ng tin ®Þa lý ®−îc t¹o ra còng cã rÊt nhiÒu hÖ kh«ng tån t¹i ®−îc l©u v× nã ®−îc thiÕt kÕ cång kÒnh mμ gi¸ thμnh l¹i cao. Lóc ®ã ng−êi ta ®Æt lªn hμng ®Çu viÖc kh¾c phôc nh÷ng khã kh¨n n¶y sinh trong qu¸ tr×nh xö lý c¸c sè liÖu ®å häa truyÒn thèng. Hä tËp trung gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ®−a b¶n ®å, h×nh d¹ng, h×nh ¶nh, sè liÖu vμo m¸y tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p sè ®Ó xö lý c¸c d÷ liÖu nμy. Tuy kü thuËt sè hãa ®· ®−îc sö dông tõ n¨m 1950 nh−ng ®iÓm míi 10
cña giai ®o¹n nμy chÝnh lμ c¸c b¶n ®å ®−îc sè hãa cã thÓ liªn kÕt víi nhau ®Ó t¹o ra mét bøc tranh tæng thÓ vÒ tμi nguyªn thiªn nhiªn cña mét khu vùc. Tõ ®ã m¸y tÝnh ®−îc sö dông vμ ph©n tÝch c¸c ®Æc tr−ng cña c¸c nguån tμi nguyªn ®ã, cung cÊp c¸c th«ng tin bæ Ých, kÞp thêi cho viÖc quy ho¹ch. ViÖc hoμn thiÖn mét HÖ th«ng tin ®Þa lý cßn phô thuéc vμo c«ng nghÖ phÇn cøng mμ ë thêi kú nμy c¸c m¸y tÝnh IBM 1401 cßn ch−a ®ñ m¹nh. Giai ®o¹n ®Çu nh÷ng n¨m 60 ®¸nh dÊu sù ra ®êi cña HÖ th«ng tin ®Þa lý mμ nã chñ yÕu ®−îc phôc vô cho c«ng t¸c ®iÒu tra qu¶n lý tμi nguyªn. §Õn gi÷a thËp kû 60 th× HÖ th«ng tin ®Þa lý ®· ph¸t triÓn ®Õn viÖc phôc vô c«ng t¸c khai th¸c vμ qu¶n lý ®« thÞ nh− DIME cña c¬ quan kiÓm to¸n Mü, GRDSR cña c¬ quan thèng kª Canada, ... N¨m 1968, Héi ®Þa lý quèc tÕ ®· quyÕt ®Þnh thμnh lËp ñy ban thu thËp vμ xö lý d÷ liÖu ®Þa lý. Trong nh÷ng n¨m 70 ë B¾c Mü ®· cã sù quan t©m nhiÒu h¬n ®Õn viÖc b¶o vÖ m«i tr−êng vμ ph¸t triÓn HÖ th«ng tin ®Þa lý. Còng trong khung c¶nh ®ã, hμng lo¹t yÕu tè ®· thay ®æi mét c¸ch thuËn lîi cho sù ph¸t triÓn cña HÖ th«ng tin ®Þa lý, ®Æc biÖt lμ sù gi¶m gi¸ thμnh cïng víi sù t¨ng kÝch th−íc bé nhí, t¨ng tèc tÝnh tãan cña m¸y tÝnh. ChÝnh nhê nh÷ng thuËn lîi nμy mμ HÖ th«ng tin ®Þa lý dÇn dÇn ®−îc th−¬ng m¹i hãa. §øng ®Çu trong lÜnh vùc th−¬ng m¹i ph¶i kÓ ®Õn c¸c c¬ quan, c«ng ty: ESRI, GIMNS, Intergraph.... ChÝnh ë thêi kú nμy ®· x¶y ra “lo¹n khu«n d¹ng d÷ liÖu” vμ vÊn ®Ò ph¶i nghiªn cøu kh¶ n¨ng giao diÖn gi÷a c¸c khu«n d¹ng. N¨m 1977 ®· cã 54 HÖ th«ng tin ®Þa lý kh¸c nhau trªn thÕ giíi. Bªn c¹nh HÖ th«ng tin ®Þa lý, thêi kú nμy cßn ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c kü thuËt xö lý ¶nh viÔn th¸m. Mét h−íng nghiªn cøu kÕt hîp HÖ th«ng tin ®Þa lý vμ viÔn th¸m ®−îc ®Æt ra vμ cïng b¾t ®Çu thùc hiÖn. ThËp kû 80 ®−îc ®¸nh dÊu bëi c¸c nhu cÇu sö dông HÖ th«ng tin ®Þa lý ngμy cμng t¨ng víi c¸c quy m« kh¸c nhau. Ng−êi ta tiÕp tôc gi¶i quyÕt nh÷ng tån t¹i cña nh÷ng n¨m tr−íc mμ næi lªn lμ vÊn ®Ò sè hãa d÷ liÖu: sai sè, chuyÓn ®æi khu«n d¹ng... thêi kú nμy cã sù nh¶y vät vÒ tèc ®é tÝnh to¸n, sù mÒm dÎo trong viÖc xö lý d÷ liÖu kh«ng gian. ThËp kû nμy ®−îc ®¸nh dÊu bëi sù n¶y sinh c¸c nhu cÇu míi trong øng dông HÖ th«ng tin ®Þa lý nh− : kh¶o s¸t thÞ tr−êng, ®¸nh gi¸ kh¶ thi c¸c ph−¬ng ¸n quy ho¹ch, sö dông tèi −u c¸c nguån tμi nguyªn, c¸c bμi to¸n giao th«ng, cÊp tho¸t n−íc... Cã thÓ nãi ®©y lμ thêi kú bïng næ HÖ th«ng tin ®Þa lý. Nh÷ng n¨m ®Çu cña thËp kû 90 ®−îc ®¸nh dÊu b»ng viÖc nghiªn cøu sù hoμ nhËp gi÷a viÔn th¸m vμ HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. C¸c n−íc B¾c Mü vμ ch©u ¢u gÆt h¸i ®−îc nhiÒu thμnh c«ng trong lÜnh vùc nμy. Khu vùc ch©u ¸ - Th¸i B×nh D−¬ng còng ®· thμnh lËp ®−îc nhiÒu trung t©m nghiªn cøu viÔn th¸m vμ HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. RÊt nhiÒu héi th¶o quèc tÕ vÒ øng dông viÔn th¸m vμ HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®−îc tæ chøc nh»m trao ®æi kinh nghiÖm vμ th¶o luËn vÒ kh¶ n¨ng ph¸t triÒn c¸c øng dông cña c«ng nghÖ HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. HÖ th«ng tin ®Þa lý cã thÓ ®−îc ®Þnh nghÜa nh− lμ tËp hîp c¸c c«ng cô ®Ó thu thËp, l−u tr÷, chØnh söa, truy cËp, ph©n tÝch vμ cËp nhËt c¸c th«ng tin ®Þa lý cho mét môc ®Ých chuyªn biÖt. 1.2. Nh÷ng cét mèc trong lÞch sö h×nh thμnh vμ ph¸t triÓn c«ng nghÖ GIS. D−íi ®©y liÖt kª v¾n t¾t nh÷ng thêi ®iÓm, sù kiÖn lÞch sö, tªn tuæi c¸c tæ chøc vμ c¸c nhμ khoa häc ®· cã ®ãng gãp quan träng vμo qu¸ tr×nh h×nh thμnh vμ ph¸t 11
triÓn cña c«ng nghÖ GIS. • 1963 – Phßng ®å häa vi tÝnh cña tr−êng ®¹i häc tæng hîp Harvard (R. Fisher, J. Dangermond, D. Sinton, N. Chrisman, G. Dutton, S. Morehouse, T. Peuker). • 1963 – thμnh lËp HiÖp héi c¸c hÖ thèng th«ng tin ®« thÞ vμ khu vùc (URISA). • 1964 – Symap ra ®êi (HÖ thèng phÇn mÒm vÏ b¶n ®å c¬ së do §¹i häc tæng hîp Harvard x©y dùng). • Gi÷a nh÷ng n¨m 1960 – Tæng côc ®iÒu tra d©n sè cña Mü x©y dùng quy tr×nh vÏ b¶n ®å ®Þa chÝnh theo ®Þa chØ (D. Cooke, M. White x©y dùng lý thuyÕt vÒ quan hÖ kh«ng gian cho c¸c d÷ liÖu ®Þa lý). • 1967 – GIS Cana®a ra ®êi (R. Tomlinson lμ t¸c gi¶ cña thuËt ng÷ GIS). • 1967 – Thμnh lËp C¬ quan ®o vÏ b¶n ®å thùc nghiÖm ë Anh (Boyle, Rhind). • 1969 – Thμnh lËp Intergraph vμ ESRI (Dangermond vμ Morehouse). • 1973 – C¸c héi nghÞ vÒ HÖ thèng th«ng tin ®« thÞ (URPIS) ®−îc tæ chøc t¹i ¤xtr©ylia dÉn ®Õn sù thμnh lËp cña Tæ chøc c¸c hÖ thèng th«ng tin ®« thÞ ¤xtr©ylia (AURISA) n¨m 1975. • 1974 - C¸c héi nghÞ vÒ AutoCarto ®−îc tæ chøc. • 1973 – ODYSSEY (tiÒn th©n cña phÇn mÒm GIS do Tæng hîp Harvard x©y dùng) ra ®êi. 1978 – HÖ thèng hiÓn thÞ th«ng tin néi ®Þa Nhμ Tr¾ng (Mü) ra ®êi. • 1980 – PhÇn mÒm ArcINFO ra ®êi. 1987 - PhÇn mÒm MapINFO ra ®êi. • 1987- T¹p chÝ GIS quèc tÕ ra ®êi. 1.3. C¸c thμnh phÇn cña GIS HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý bao gåm bèn thμnh phÇn quan träng lμ phÇn cøng cña m¸y tÝnh, tËp hîp c¸c modul phÇn mÒm øng dông, c¬ së d÷ liÖu GIS vμ yÕu tè con ng−êi. YÕu tè con ng−êi ë ®©y bao hμm c¶ c¸c chuyªn gia trong lÜnh vùc GIS lÉn lÜnh vùc chuyªn m«n hÑp lμ ®èi t−îng cña c¸c øng dông GIS. §©y lμ thμnh phÇn quan träng nhÊt, v× chØ cã con ng−êi míi cã thÓ sö dông c¸c c«ng cô GIS ®Ó x©y dùng c¬ së d÷ liÖu vμ t¹o ra c¸c s¶n phÈm GIS. C¬ së d÷ liÖu GIS sÏ ®−îc ®Ò cËp ®Õn trong ch−¬ng II. D−íi ®©y sÏ giíi thiÖu chi tiÕt h¬n vÒ c¸c phÇn cøng vμ phÇn mÒm, vèn cã chøc n¨ng nh− lμ c¸c c«ng cô cña mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. 1.3.1. PhÇn cøng PhÇn cøng tæng qu¸t cña HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý gåm nh÷ng thiÕt bÞ ®−îc thÓ hiÖn theo s¬ ®å sau (H×nh 1.1): Bé phËn æ ®Üa sè hãa Bé xö lý trung t©m M¸y vÏ æ b¨ng tõ Bé phËn HiÓn thÞ H×nh 1.1. C¸c thµnh phÇn cøng chÝnh cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý 12
§¬n vÞ xö lý trung t©m ®−îc kÕt nèi víi ®¬n vÞ l−u tr÷ gåm æ ®Üa, b¨ng tõ ®Ó l−u tr÷ d÷ liÖu vμ ch−¬ng tr×nh. Bμn sè hãa hoÆc c¸c thiÕt bÞ t−¬ng tù kh¸c ®−îc xö lý dïng cho chuyÓn ®æi d÷ liÖu trong b¶n ®å thμnh d¹ng sè vμ göi vμo m¸y tÝnh. M¸y vÏ hoÆc c¸c thiÕt bÞ hiÓn thÞ kh¸c dïng ®Ó hiÓn thÞ c¸c kÕt qu¶ xö lý d÷ liÖu. B¨ng tõ cßn sö dông ®Ó truyÒn th«ng víi c¸c hÖ thèng kh¸c. ViÖc kÕt nèi truyÒn th«ng c¸c m¸y tÝnh ®−îc thùc hiÖn th«ng qua hÖ thèng m¹ng víi c¸c ®−êng d÷ liÖu ®Æc biÖt hoÆc ®−êng ®iÖn tho¹i qua modem. ThiÕt bÞ h×nh lμ thiÕt bÞ giao tiÕp hiÓn thÞ nh− mμn h×nh, th«ng qua ®ã ng−êi sö dông ®iÒu khiÓn m¸y tÝnh. 1.3.2. C¸c modul phÇn mÒm cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý C¸c thμnh phÇn phÇn mÒm c¬ b¶n cña HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®−îc thÓ hiÖn qua s¬ ®å trªn h×nh 1.2. HÖ thèng phÇn mÒm cña HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý l¹i bao gåm n¨m thμnh phÇn c¬ b¶n, thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng sau: • NhËp vμ kiÓm tra d÷ liÖu. • L−u tr÷ vμ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu. • XuÊt d÷ liÖu. • ChØnh söa d÷ liÖu. • T−¬ng t¸c víi ng−êi sö dông. D−íi ®©y tr×nh bμy chi tiÕt bèn chøc n¨ng chÝnh cña hÖ thèng phÇn mÒm sö dông trong mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. §ã lμ c¸c chøc n¨ng nhËp, l−u tr÷-qu¶n lý, biÕn ®æi vμ xuÊt d÷ liÖu. NhËp vμ kiÓm tra d÷ liÖu T−¬ng t¸c víi L−u tr÷ vμ qu¶n ng−êi sö dông lý d÷ liÖu XuÊt d÷ liÖu ChØnh söa d÷ liÖu H×nh 1.2. Thµnh phÇn phÇn mÒm c¬ b¶n cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý 1) NhËp d÷ liÖu. HÖ thèng nμy bao gåm tÊt c¶ c¸c c«ng cô vμ ph−¬ng ph¸p thùc hiÖn quy tr×nh biÕn ®æi d÷ liÖu ®· ë d¹ng b¶n ®å, d÷ liÖu quan tr¾c, c¸c d÷ liÖu ®o tõ c¸c bé c¶m biÕn (bao gåm ¶nh vò trô, ¶nh hμng kh«ng, thiÕt bÞ ghi) thμnh d¹ng sè t−¬ng thÝch. RÊt nhiÒu c«ng cô m¸y tÝnh s½n cã cho c«ng viÖc nμy bao gåm c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi t−¬ng t¸c, thiÕt bÞ hiÓn thÞ nh×n thÊy ®−îc, thiÕt bÞ sè hãa, thiÕt bÞ quÐt, c¸c d÷ liÖu trong tÖp v¨n b¶n. D÷ liÖu nhËp vμo sÏ ®−îc l−u tr÷ trªn thiÕt bÞ tõ nh− ®Üa b¨ng, b¨ng tõ. Qu¸ tr×nh nhËp vμ kiÓm tra d÷ liÖu rÊt cÇn thiÕt cho viÖc x©y dùng 13
c¬ së d÷ liÖu ®Þa lý. S¬ ®å hÖ thèng nhËp d÷ liÖu trong mét hÖ th«ng tin ®Þa lý ®−îc minh häa trªn h×nh 1.3. C¸c b¶n ®å §o ®¹c Bé c¶m ®· xuÊt b¶n ngoμi trêi biÕn §Çu Bμn sè TËp v¨n M¸y C¸c ph−¬ng t−¬ng t¸c hãa b¶n quÐt tiÖn tõ NhËp sè liÖu H×nh 1.3. S¬ ®å nhËp sè liÖu 2) L−u tr÷ vµ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu NhËp d÷ liÖu C¬ së d÷ liÖu C¸c yªu C¬ së d÷ liÖu ®Þa lý cÇu hái ®¸p VÞ trÝ §Þa h×nh Thuéc tÝnh HÖ thèng qu¶n lý T×m kiÕm ChØnh söa H×nh 1.4. M« h×nh cña modul qu¶n lý vµ l−u tr÷ c¬ së d÷ liÖu L−u tr÷ vμ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu ®Ò cËp ®Õn ph−¬ng ph¸p kÕt nèi c¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ th«ng tin thuéc tÝnh cña c¸c ®èi t−îng ®Þa lý (®iÓm, ®−êng, vïng ®¹i diÖn cho c¸c ®èi t−îng thùc trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt). C¶ hai lo¹i d÷ liÖu ®ã ®−îc cÊu tróc, tæ chøc liªn hÖ víi c¸ch chóng sÏ ®−îc thao t¸c trong m¸y tÝnh sao cho ng−êi sö dông hÖ thèng cã thÓ hiÓu ®−îc. M« h×nh cña modul qu¶n lý vμ l−u tr÷ c¬ së d÷ liÖu minh häa trªn h×nh 1.4. 3) ChØnh söa d÷ liÖu ChØnh söa d÷ liÖu gåm hai lo¹i thao t¸c nh»m môc ®Ých xo¸ bá lçi tõ d÷ liÖu 14
vμ cËp nhËt chóng. Modul nμy ¸p dông c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch d÷ liÖu kh¸c nhau ®Ó t×m ra c©u tr¶ lêi cho c¸c yªu cÇu, c¸c c©u hái cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. ViÖc chØnh söa d÷ liÖu cã thÓ thùc hiÖn riªng biÖt ®èi víi c¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ th«ng tin thuéc tÝnh hoÆc ®ång thêi ®èi víi c¶ hai lo¹i d÷ liÖu nμy. ChØnh söa d÷ liÖu cã thÓ hiÓu nh− c¸c hμnh ®éng ®−îc kÕt nèi víi viÖc thay ®æi tû lÖ, phï hîp d÷ liÖu khi chuyÓn sang l−íi chiÕu míi, tÝnh to¸n chu vi diÖn tÝch... Nãi chung c¸c thao t¸c ®ã phô thuéc vμo môc ®Ých cô thÓ cña øng dông hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. ChØnh söa L−u gi÷ Sö dông vμ ph©n tÝch H×nh 1.5. ChØnh söa d÷ liÖu 4) XuÊt d÷ liÖu Modul xuÊt d÷ liÖu (h×nh 1.6) ®−a c¸c b¸o c¸o kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh ph©n tÝch d÷ liÖu tíi ng−êi sö dông. D÷ liÖu ®−îc ®−a ra cã thÓ d−íi d¹ng b¶n ®å, b¶ng, biÓu ®å, l−u ®å ®−îc thÓ hiÖn b»ng h×nh ¶nh trªn mμn h×nh, m¸y in, m¸y vÏ hoÆc ®−îc ghi trªn c¸c thiÕt bÞ tõ d−íi d¹ng sè. HiÓn thÞ vμ b¸o c¸o ThiÕt bÞ hiÓn thÞ M¸y in M¸y vÏ ThiÕt bÞ tõ B¶n ®å B¶ng biÓu H×nh vÏ H×nh 1.6. XuÊt d÷ liÖu 1.4. §èi t−îng cña GIS • Hç trî hiÖu qu¶ cho viÖc lËp kÕ ho¹ch vμ ra quyÕt ®Þnh; • Cung cÊp c¸c c«ng cô m¹nh trong c¸c qu¸ tr×nh thu thËp, qu¶n lý vμ xö lý sè liÖu; • Kh¶ n¨ng tÝch hîp th«ng tin vμ d÷ liÖu tõ nhiÒu nguån kh¸c nhau; • Kh¶ n¨ng ph©n tÝch-tra vÊn tæng hîp, sö dông c¸c d÷ liÖu ®Þa lý ®· ®−îc tham chiÕu ®Þa lý ®Ó t¹o c¸c kÕt qu¶ míi. C¸c øng dông GIS cã thÓ ®¸p øng c¸c yªu cÇu sau ®©y: • §Þnh vÞ: ®èi t−îng nμo ®ang cã t¹i mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh? • §iÒu kiÖn: X¸c ®Þnh c¸c vÞ trÝ tho¶ m·n mét hoÆc nhiÒu ®iÒu kiÖn cô thÓ; • Xu thÕ: Nh÷ng biÕn ®éng theo thêi gian; • M« h×nh: Nh÷ng biÕn ®éng theo kh«ng gian; • KÞch b¶n: NÕu ... Th× ... 15
Ch−¬ng 2. D÷ liÖu sö dông trong GIS 2.1. C¸c d÷ liÖu ®Þa lý Th«ng th−êng, chi phÝ cho viÖc thu thËp vμ qu¶n lý d÷ liÖu trong c¸c dù ¸n GIS chiÕm mét tû lÖ kh¸ lín, trong nhiÒu tr−êng hîp ®¹t tíi 60 – 80% tæng kinh phÝ chi cho toμn bé dù ¸n. Thùc tÕ cho thÊy r»ng, c¸c d÷ liÖu sö dông trong mét HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý mang ®Æc tÝnh ®a kh¸i niÖm, hay nãi c¸ch kh¸c lμ chóng th−êng rÊt phøc t¹p vÒ thÓ lo¹i, khu«n d¹ng, tû lÖ, ®é tin cËy, v.v... ChÝnh v× vËy, vÊn ®Ò x©y dùng vμ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu GIS th−êng ®ãng vai trß quan träng trong toμn bé quy tr×nh thùc hiÖn mét Dù ¸n GIS. Trong ch−¬ng nμy, chóng ta sÏ lμm quen víi c¸c d÷ liÖu ®−îc sö dông trong mét HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. C¸c d÷ liÖu nμy ®−îc gäi lμ c¸c d÷ liÖu ®Þa lý. D÷ liÖu ®Þa lý ®−îc t¹o bëi thùc tÕ chøa ®ùng c¸c th«ng tin vÒ vÞ trÝ, vÒ nh÷ng mèi quan hÖ kh«ng gian tÊt yÕu vμ nh÷ng thuéc tÝnh cña c¸c ®èi t−îng ®−îc ghi nhËn l¹i. C¸c mèi quan hÖ kh«ng gian cña d÷ liÖu ®Þa lý ®−îc t¹o ra bëi nh÷ng hÖ thèng thiÕt kÕ cho ®å thÞ vμ b¶n ®å mét c¸ch ®Æc biÖt. KiÓu d÷ liÖu nμy kh¸c víi c¸c kiÓu hÖ thèng d÷ liÖu ®· ®−îc sö dông nh− hÖ thèng nhμ b¨ng, th− viÖn, hμng kh«ng.... D÷ liÖu ®Þa lý ®−îc tham chiÕu tíi c¸c vÞ trÝ trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt th«ng qua viÖc sö dông mét hÖ thèng c¸c täa ®é chuÈn. HÖ thèng nμy cã thÓ mang tÝnh chÊt côc bé nh− trong tr−êng hîp kh¶o s¸t mét khu vùc cã diÖn tÝch nhá, hoÆc còng cã thÓ ®−îc ®Þnh vÞ trong mét hÖ to¹ ®é mang tÝnh quèc gia hoÆc quèc tÕ (täa ®é ®Þa lý, to¹ ®é UTM, v.v...). D÷ liÖu ®Þa lý th−êng ®−îc c«ng nhËn vμ ®−îc miªu t¶ trong c¸c giai ®o¹n thiÕt lËp cña ®èi t−îng ®Þa lý hoÆc hiÖn t−îng. Mäi ngμnh häc cña ®Þa lý ®Òu sö dông nh÷ng kh¸i niÖm ®−îc hiÖn t−îng hãa nh− “thÞ trÊn”, “s«ng”, “b·i phï sa”, ... lμm c¬ së ®Ó ph©n tÝch vμ tæ hîp c¸c th«ng tin phøc t¹p ®Ó x©y dùng nªn c¸c khèi. C¸c khèi mang tÝnh hiÖn t−îng th−êng ®−îc nhãm l¹i hoÆc chia vμo c¸c nhãm d−íi nh÷ng gãc ®é kh¸c nhau dïng ®Ó ®Þnh nghÜa nh÷ng nguyªn t¾c ph©n cÊp. VÝ dô sù ph©n cÊp ®Êt n−íc-thμnh phè-thÞ trÊn-®Þa h¹t, sù ph©n cÊp cña c¸c líp ®éng thùc vËt... CÇn l−u ý r»ng, mÆc dï nhiÒu hiÖn t−îng ®Þa lý ®· ®−îc c¸c nhμ khoa häc miªu t¶ nh− lμ c¸c ®èi t−îng cô thÓ song ®é chÝnh x¸c vμ kÝch th−íc cña chóng cã thÓ thay ®æi theo thêi gian vμ cßn nhiÒu tranh c·i. 2.2. C¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ c¸c d÷ liÖu thuéc tÝnh C¸c d÷ liÖu ®Þa lý ®−îc ph©n ra thμnh c¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ d÷ liÖu thuéc tÝnh. C¸c d÷ liÖu kh«ng gian biÓu diÔn c¸c ®èi t−îng ®Þa lý øng víi nh÷ng sù vËt ®· ®−îc ®Þnh vÞ cña thÕ giíi thùc. Trong HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý, c¸c d÷ liÖu kh«ng gian ®−îc quy vÒ vμ biÓu diÔn d−íi d¹ng ba ®èi t−îng c¬ b¶n nhÊt lμ ®iÓm, ®−êng vμ miÒn. 16
C¸c d÷ liÖu thuéc tÝnh m« t¶ c¸c ®Æc ®iÓm cña c¸c ®èi t−îng ®Þa lý, ch¼ng h¹n: • Tªn cña mét ®−êng phè; • ChiÒu réng mét chiÕc cÇu, • Ph©n lo¹i líp phñ thùc vËt; • ChÊt liÖu lμm nªn mét con ®−êng... Trªn b¶n ®å, c¸c sù vËt trªn thÕ giíi thùc ®−îc biÓu thÞ qua c¸c tËp hîp ®iÓm, ®−êng vμ miÒn, trong khi c¸c ký hiÖu, nh·n vμ chó gi¶i truyÒn ®¹t c¸c th«ng tin vÒ thuéc tÝnh. Trong mét HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý, c¸c d÷ liÖu kh«ng gian vμ thuéc tÝnh ®−îc liªn kÕt víi nhau mét c¸ch chÆt chÏ, khiÕn cho mçi b¶n ®å cã thÓ trë thμnh mét c«ng cô tra vÊn kh«ng gian rÊt hiÖu qu¶. C¸c vÝ dô sau ®©y minh ho¹ cho mèi liªn hÖ gi÷a d÷ liÖu kh«ng gian vμ d÷ liÖu thuéc tÝnh: • BiÓu diÔn mét ®−êng phè vμ tªn gäi cña nã trªn b¶n ®å; • BiÓu diÔn mét c¸i cÇu vμ chiÒu réng cña nã trªn b¶n ®å; • BiÓu diÔn mét kho¶nh ®Êt vμ líp phñ thùc vËt cña nã trªn b¶n ®å; 2.3. C¸c cÊu tróc d÷ liÖu ®Þa lý Sau khi c¸c d÷ liÖu ®Þa lý ®· ®−îc nhËp vμo m¸y tÝnh, viÖc lùa chän mét cÊu tróc d÷ liÖu sÏ quyÕt ®Þnh hai yÕu tè rÊt quan träng lμ: kh«ng gian l−u tr÷ d÷ liÖu vμ hiÖu qu¶ cña c¸c phÐp xö lý. Cã nhiÒu c¸ch tæ chøc d÷ liÖu trong mét HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý, nh−ng phæ biÕn nhÊt hiÖn nay vÉn lμ: cÊu tróc d÷ liÖu ph©n cÊp, cÊu tróc d÷ liÖu m¹ng vμ cÊu tróc d÷ liÖu quan hÖ. 2.3.1. CÊu tróc d÷ liÖu Ph©n cÊp CÊu tróc d÷ liÖu ph©n cÊp l−u tr÷ d÷ liÖu theo mét trËt tù vÒ thø bËc ®−îc thiÕt lËp gi÷a c¸c môc cña d÷ liÖu. Mçi ®iÓm nót cã thÓ ®−îc chia ra thμnh mét hay nhiÒu ®iÓm nót con. Sè c¸c nót con t¨ng lªn tû lÖ thuËn víi sè cÊp, gièng nh− sù ph©n nh¸nh trªn mét c¸i c©y. Trªn h×nh 2.1. minh häa mét thÝ dô vÒ c¸ch tæ chøc d÷ liÖu ®Þa lý theo c¸c m« h×nh Ph©n cÊp vμ M¹ng cho b¶n ®å M, biÓu diÔn hai miÒn I vμ II d−íi d¹ng hai ®a gi¸c víi c¸c ®Ønh ®−îc ®¸nh sè (1, 2, 3, 4 cho ®a gi¸c I vμ 4, 3, 5, 6 cho ®a gi¸c II) vμ c¸c c¹nh ký hiÖu b»ng c¸c ch÷ (a, b, c, d cho ®a gi¸c I vμ c, e, f, g cho ®a gi¸c II). D÷ liÖu ph©n cÊp ®−îc tæ chøc theo quan hÖ cha/con hoÆc 1 - nhiÒu (VÝ dô nh− qu¶n lý nhμ ë d©n dông theo cÊp I, cÊp II, cÊp III, cÊp IV). CÊu tróc nμy t¹o thuËn lîi cho viÖc truy nhËp d÷ liÖu. HÖ thèng ph©n cÊp chÊp nhËn mçi phÇn cña cÊp ®−a ra sö dông mét khãa mμ nã thÓ hiÖn ®Çy ®ñ cÊu tróc d÷ liÖu. Cho phÐp cã mét sù t−¬ng quan gi÷a c¸c thuéc tÝnh kÕt hîp vμ môc d÷ liÖu cã thÓ cã. HÖ thèng nμy còng tiÖn lîi cho viÖc bæ sung, söa ®æi vμ më réng, tiÖn lîi cho viÖc truy nhËp d÷ liÖu theo thuéc tÝnh khãa, nh−ng khã kh¨n cho nh÷ng thuéc tÝnh kh«ng ph¶i lμ khãa. BÊt lîi cña cÊu tróc d÷ liÖu ph©n cÊp lμ tÖp chØ sè lín cÇn ph¶i ®−îc duy tr× vμ c¸c gi¸ trÞ cña thuéc tÝnh cÇn ph¶i ®−îc lÆp l¹i nhiÒu lÇn g©y ra d− thõa d÷ liÖu lμm t¨ng chi phÝ l−u tr÷ vμ truy nhËp. 17
2.3.2. CÊu tróc d÷ liÖu M¹ng CÊu tróc d÷ liÖu m¹ng t−¬ng tù nh− cÊu tróc d÷ liÖu ph©n cÊp, chØ cã kh¸c lμ trong cÊu tróc nμy mçi ®iÓm nót con cã thÓ cã nhiÒu h¬n mét ®iÓm nót cha. §ång thêi, mçi ®iÓm nót l¹i cã thÓ ®−îc chia ra thμnh mét hay nhiÒu ®iÓm nót con. Trong cÊu tróc d÷ liÖu ®Þa lý, viÖc thÓ hiÖn c¸c môc mμ t−¬ng øng trªn b¶n ®å hay s¬ ®å lμ gÇn nhau th× l¹i lμ c¸c phÇn kh¸c xa nhau cña c¬ së d÷ liÖu. HÖ thèng m¹ng rÊt cÇn thiÕt ®Ó thÓ hiÖn d¹ng nμy. CÊu tróc m¹ng phï hîp khi quan hÖ vμ mèi liªn kÕt ®· ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc, tr¸nh ®−îc d− thõa d÷ liÖu. BÊt tiÖn cho viÖc më réng bëi tæng sè c¸c ®iÓm. ViÖc söa ®æi vμ duy tr× c¬ së d÷ liÖu khi thay ®æi cÊu tróc c¸c ®iÓm ®ßi hái tæng chi phÝ lín... H×nh 2.1. C¸c cÊu tróc d÷ liÖu ®Þa lý M¹ng vµ Ph©n cÊp 2.3.3. CÊu tróc d÷ liÖu Quan hÖ CÊu tróc d÷ liÖu quan hÖ tæ chøc d÷ liÖu theo d¹ng c¸c b¶ng hai chiÒu, trong ®ã mçi b¶ng lμ mét tÖp riªng biÖt. Mçi hμng cña b¶ng lμ mét b¶n ghi, vμ mçi b¶n ghi cã mét tËp hîp c¸c thuéc tÝnh. Mçi cét cña b¶ng biÓu thÞ mét thuéc tÝnh. C¸c b¶ng kh¸c nhau cã thÓ ®−îc liªn hÖ víi nhau th«ng qua mét chØ sè chung th−êng ®−îc gäi lμ kho¸. C¸c th«ng tin ®−îc khai th¸c th«ng qua ph−¬ng thøc tra vÊn. Trong tr−êng hîp b¶n ®å M, c¸ch tæ chøc d÷ liÖu theo cÊu tróc quan hÖ ®−îc minh häa trªn h×nh 2.2. CÊu tróc d÷ liÖu quan hÖ rÊt mÒm dÎo, nã cã thÓ tháa m·n ®−îc tÊt c¶ c¸c yªu cÇu mμ ph¶i ®−îc c«ng thøc hãa bëi sö dông c¸c luËt cña logic bool vμ c¸c thao t¸c to¸n häc. Chóng cho phÐp c¸c lo¹i d÷ liÖu kh¸c nhau ®−îc t×m kiÕm, so s¸nh. ViÖc bæ sung vμ di chuyÓn c¸c môc d÷ liÖu dÔ dμng. Cã ®iÒu bÊt tiÖn lμ nhiÒu thao t¸c ®ßi hái t×m kiÕm tuÇn tù. §èi víi c¬ së d÷ liÖu lín mÊt nhiÒu thêi gian t×m kiÕm. Tuy nhiªn, víi nh÷ng m¸y tÝnh cã cÊu h×nh m¹nh hiÖn nay, ®©y kh«ng cßn lμ vÊn ®Ò lín ®èi víi viÖc qu¶n lý mét c¬ së d÷ liÖu GIS. 18
- B¶n ®å - §−êng M I II I a 1 2 I b 2 3 - Vïng I c 3 4 I a b c d I d 4 1 II c e f g II e 3 5 II f 5 6 II g 6 4 II c 4 3 H×nh 2.2. CÊu tróc d÷ liÖu quan hÖ 2.4. C¸c m« h×nh d÷ liÖu ®Þa lý M« h×nh d÷ liÖu ®Þa lý lμ sù h×nh dung thÕ giíi thùc ®−îc sö dông trong GIS ®Ó t¹o c¸c b¶n ®å, tr×nh diÔn c¸c tra vÊn gi÷a ng−êi vμ m¸y, vμ thùc hiÖn c¸c phÐp xö lý-ph©n tÝch. Hai m« h×nh d÷ liÖu ®Þa lý phæ biÕn nhÊt trong mét HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lμ d÷ liÖu vector vμ d÷ liÖu raster. Trªn h×nh 2.3 minh häa viÖc sö dông hai m« h×nh d÷ liÖu kh¸c nhau nμy ®Ó biÓu diÔn cïng mét sù vËt lμ c¸i ghÕ. G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G a b H×nh 2.3. C¸i ghÕ ®−îc biÓu diÔn ë d¹ng raster(a) vµ d¹ng vector (b) 19
2.4.1. Vector vμ Raster M« h×nh d÷ liÖu vector sö dông c¸c ®−êng hay ®iÓm, ®−îc x¸c ®Þnh t−êng minh b»ng c¸c to¹ ®é x, y cña chóng trªn b¶n ®å. C¸c ®èi t−îng rêi r¹c (trong ®ã cã c¶ c¸c ®èi t−îng ®a gi¸c), ®−îc t¹o bëi sù liªn kÕt c¸c ®o¹n cung (®−êng) vμ c¸c ®iÓm nót. • §iÓm nót: dïng cho tÊt c¶ c¸c ®èi t−îng kh«ng gian ®−îc biÓu diÔn nh− mét cÆp to¹ ®é (X,Y). Ngoμi gi¸ trÞ to¹ ®é (X,Y), ®iÓm cßn thÓ hiÖn kiÓu ®iÓm, mμu, h×nh d¹ng vμ d÷ liÖu thuéc tÝnh ®i kÌm. Do ®ã trªn b¶n ®å ®iÓm cã thÓ ®−îc biÓu hiÖn b»ng ký hiÖu hoÆc text • Cung: dïng ®Ó biÓu diÔn tÊt c¶ c¸c thùc thÓ cã d¹ng tuyÕn, ®−îc t¹o nªn tõ hai hoÆc h¬n cÆp to¹ ®é (X,Y). VÝ dô ®−êng dïng ®Ó biÓu diÔn hÖ thèng ®−êng giao th«ng, hÖ thèng èng tho¸t n−íc. Ngoμi to¹ ®é, ®−êng cßn cã thÓ bao hμm c¶ gãc quay t¹i ®Çu mót. • Vïng: lμ mét ®èi t−îng h×nh häc 2 chiÒu. Vïng cã thÓ lμ mét ®a gi¸c ®¬n gi¶n hay hîp cña nhiÒu ®a gi¸c ®¬n gi¶n. Môc tiªu cña cÊu tróc d÷ liÖu ®a gi¸c lμ biÓu diÔn cho vïng. Do mét vïng ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c ®a gi¸c nªn cÊu tróc d÷ liÖu cña ®a gi¸c ph¶i ghi l¹i ®−îc sù hiÓn diÖn cña c¸c thμnh phÇn nμy vμ c¸c phÇn tö cÊu t¹o nªn ®a gi¸c. M« h×nh d÷ liÖu raster sö dông mét tËp hîp c¸c «. CÊu tróc ®¬n gi¶n nhÊt lμ m¶ng gåm c¸c « cña b¶n ®å. Mçi « trªn b¶n ®å ®−îc biÓu diÔn bëi tæ hîp täa ®é (hμng, cét), vμ mét gi¸ trÞ biÓu diÔn kiÓu hoÆc thuéc tÝnh cña « ®ã trªn c¸c b¶n ®å. Trong cÊu tróc nμy mçi « t−¬ng øng lμ mét ®iÓm. Kh¸i niÖm ®−êng lμ mét d¹ng c¸c « liÒn nhau. MiÒn lμ mét nhãm c¸c « liÒn nhau. D¹ng d÷ liÖu nμy dÔ l−u tr÷, thao t¸c vμ thÓ hiÖn. CÊu tróc d÷ liÖu nμy còng cßn cã nghÜa lμ nh÷ng khu vùc cã kÝch th−íc nhá h¬n mét « th× kh«ng thÓ hiÖn ®−îc. D÷ liÖu raster cã dung l−îng rÊt lín nÕu kh«ng cã c¸ch l−u tr÷ thÝch hîp. VÝ dô trªn cho ta thÊy cã rÊt nhiÒu gi¸ trÞ gièng nhau, do ®ã cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p nÐn ®Ó tÖp d÷ liÖu l−u tr÷ trë nªn nhá. Th«ng th−êng ng−êi ta hay dïng c¸c ph−¬ng ph¸p nÐn TIFF, RLE, JPEG, GIF. . . Pixel lμ ®¬n vÞ phÇn tö nhá nhÊt mμ mét thiÕt bÞ cã thÓ hiÓn thÞ trªn mμn h×nh m¸y tÝnh, vμ h×nh ¶nh trªn mμn h×nh ®−îc x©y dùng nªn tõ c¸c phÇn tö ®ã. 2.4.2. So s¸nh c¸c m« h×nh d÷ liÖu Vector vμ Raster 1) D÷ liÖu Vector ¦u ®iÓm BiÓu diÔn tèt c¸c ®èi t−îng ®Þa lý D÷ liÖu nhá, gän C¸c quan hÖ topo ®−îc x¸c ®Þnh b»ng m¹ng kÕt nèi ChÝnh x¸c vÒ h×nh häc Kh¶ n¨ng söa ch÷a, bæ sung, thay ®æi c¸c d÷ liÖu h×nh häc còng nh− thuéc tÝnh nhanh, tiÖn lîi. Nh−îc ®iÓm CÊu tróc d÷ liÖu phøc t¹p 20