Nghiên Cứu Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Hệ Thống Thông Tin Địa Lý (Gis) Tỉnh Phú Thọ Phục Vụ Bảo Vệ Môi Trường Và Phát Triển Bền Vững 6731851.Pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 50 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------
Trần Thanh Hà
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THỐNG THÔNG
TIN ĐỊA LÝ (GIS) TỈNH PHÚ THỌ PHỤC VỤ BẢO VỆ MÔI
TRƢỜNG VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
-----------------------
Trần Thanh Hà
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN
ĐỊA LÝ (GIS) TỈNH PHÚ THỌ PHỤC VỤ BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG VÀ
PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 608502
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Trần Văn Thụy
Hà Nội - 2011
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng biểu, sơ đồ
Danh mục các hình vẽ, bản đồ
MỞ ĐẦU.............................................................................................................
1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊNCỨU........................................
4
1.1 Hệ thống thông tin địa lý(GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực
tiễn.............................................................................................................
4
1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển...............................................
4
1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)......................................
6
1.1.3 Các chức năng của GIS.......................................................................
8
1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS..........................................................................................
10
1.1.4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS.........................................................
10
1.1.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS...........................................................
11
1.1.4.3 Cơ sở dữ liệu thuộc tính ..............................................................
14
1.1.4.4 Mối liên kết dữ liệu......................................................................
1.1.4.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu...................................................................
14
15
1.1.4.6 Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS..............................................................
17
1.1.5 Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ tài nguyên - môi
trƣờng ……………………………………….………………………
18
1.1.5.1 Trên thế giới……………………………………………………
18
1.1.5.2 Ở Việt Nam …………….……………………………………… 22
1.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử
dụng hợp lý tài nguyên - môi trƣờng......................................................... 23
1.2.1 Các giải pháp cơng nghệ GIS...............................................................
23
1.2.2 Tích hợp tƣ liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.............
24
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
1
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu khơng gian và thuộc tính trong phân tích
dữ liệu...................................................................................................
25
1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS trong lĩnh vực tài nguyên môi
trƣờng tỉnh Phú Thọ..................................................................................
26
Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................
28
2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................
28
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu..........................................................................
28
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................
33
3.1 Đánh giá khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội..............................
33
3.1.1 Vị trí địa lý....................................................................................... 33
3.1.2 Đặc điểm tự nhiên............................................................................ 34
3.1.3 Kinh tế - xã hội…………………………………………………… 35
3.2 Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ....................... 37
3.2.1 Tài nguyên môi trƣờng đất.............................................................. 37
3.2.2 Tài nguyên môi trƣờng nƣớc...........................................................
39
3.2.3 Tài nguyên môi trƣờng khơng khí...................................................
48
3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ môi trƣờng và phát triển
bền vững.............................................................................................................
51
3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý................................................... 52
3.3.2 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý......................................
61
3.3.3Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi
trƣờng.................................................................................................................
64
3.3.4 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái môi trƣờng....
71
3.3.5 Phát triển ứng dụng GIS trong bảo vệ môi trƣờng và phát triển
bền vững..........................................................................................
73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................
85
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………...….……..............................
87
PHỤ LỤC...........................................................................................................
90
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
2
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BĐĐH: Bản đồ địa hình
BVMT: Bảo vệ mơi trƣờng
BVTV: Bảo vệ thực vật
CSDL: Cơ sở dữ liệu
CSHT: Cơ sở hạ tầng
DC: Dân cƣ
HTTĐL: Hệ thông tin địa lý
KCN: khu công nghiệp
PTTNMT: Phú Thọ tài nguyên môi trƣờng
RSH: Rác sinh hoạt
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
TNTN: Tài nguyên thiên nhiên
TNMT: Tài nguyên môi trƣờng
DBMS (Database Management System): Hệ thống quản trị dữ liệu
ESRI (Enviromental System Reseach Institute): Viện Nghiên cứu hệ thống Môi
trƣờng
GIS (Geographic Information System): Hệ thống thông tin địa lý
GEMS (Global environmental monitoring system): Hệ thống quan trắc tồn cầu
GML (Geography Markup Language): Ngơn ngữ đánh dấu địa lý mở rộng
GFM (General Feature Model): Mơ hình đối tƣợng địa lý tổng quát
UML (Unifield modeling language): Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất
XML (eXtensible Markup Language): Ngơn ngữ đánh dấu mở rộng
WRI (World Resources Institute): Viện Tài nguyên Thế giới
ISO (International Organization for Standardization): Tổ chức Quốc tế về tiêu
chuẩn hố.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Mơi trường K17
3
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU, SƠ ĐỒ
Trang
Biểu đồ 3.1 Dƣ lƣợng thuốc BVTV trong đất tại huyện Cẩm Khê...............
37
Biểu đồ 3.2 Diễn biến ô nhiễm BOD5 nƣớc ao, đầm, hồ………..…………
37
Biểu đồ 3.3 Diễn biến ô nhiễm COD nƣớc ao, đầm, hồ…………...………
37
Biểu đồ 3.4 Diễn biến ô nhiễm TSS nƣớc ao, đầm, hồ.................................
40
Biểu đồ 3.5 Diễn biến ô nhiễm NH4+ nƣớc ao, đầm, hồ..............................
41
Biểu đồ 3.6 Diễn biến ô nhiễm TSS, COD, BOD5 trên Sông Chảy……....
46
Biểu đồ 3.7 Diễn biến ô nhiễm NH4+ trên địa bàn huyện Phù Ninh…….....
47
Biểu đồ 3.8 Diễn biến ô nhiễm NH4+ trên địa bàn huyện Lâm Thao……....
47
Biểu đồ 3.9 Diễn biến ô nhiễm NH4+ trên địa bàn huyện Hạ Hòa................
48
Biểu đồ 3.10 Diễn biến độ cứng trong nƣớc ngầm huyện Cẩm Khê...........
48
Biểu đồ 3.11 Nồng độ bụi lơ lửng trong khơng khí .....................................
50
Bảng 1.1 Các ngun tắc topology…………………...................................
13
Bảng 3.1 Kết quả phân tích mơi trƣờng nƣớc sơng Hồng ……………..….
42
Bảng 3.2 Kết quả phân tích mơi trƣờng nƣớc sơng Lơ.................................
43
Bảng 3.3 Kết quả phân tích mơi trƣờng nƣớc sơng Đà……………….........
44
Bảng 3.4 Kết quả phân tích mơi trƣờng nƣớc sơng Bứa...............................
45
Bảng 3.5 Trữ lƣợng nƣớc dƣới đất trên địa bàn tỉnh Phú Thọ…………......
46
Bảng 3.6 Gộp nhóm dữ liệu…………….……………………………….....
54
Bảng 3.7 Chi tiết topology với từng đối tƣợng trong từng nhóm lớp….…..
57
Bảng 3.8 Dữ liệu thuộc tính của các đối tƣợng nền địa lý……………........
59
Sơ đồ 1.1 Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase..........................................
16
Sơ đồ 2.1 Qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS…………………………..
32
Sơ đồ 3.1 Mơ hình tổ chức dữ liệu trong cơ sở dữ liệu GIS tài nguyên môi trƣờng tỉnh Phú Thọ…………………………………………………...
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
4
51
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ
Trang
Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS…………….…………………...
8
Hình 1.2 Biểu diễn thơng tin dạng điểm, đƣờng, vùng theo cấu trúcvector
11
Hình 1.3 Minh họa thơng tin raster…………………………………….….
12
Hình 1.4 Liên kết dữ liệu khơng gian và thuộc tính.....................................
15
Hình 1.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu Shape files.................................................
17
Hình 1.6 Ảnh Viễn thám Sport....................................................................
25
Hình 3.1 Bản đồ hành chính tỉnh Phú Thọ...................................................
33
Hình 3.2. Một số hình ảnh về kinh tế - xã hội của tỉnh Phú Thọ……….…
36
Hình 3.3 Chât thải RSH vứt bừa bãi gây ơ nhiễm đất…………………..…
37
Hình 3.4 Bao bì đựng thuốc BVTV vứt bừa bãi .........................................
38
Hình 3.5 Một số hình ảnh ơ nhiễm khơng khí……………………….……
50
Hình 3.6 BĐĐH tỉ lệ 1:10.000 sử dụng để xây dựng CSDL nền địa lý.......
53
Hình 3.7 Nội dung dữ liệu Thủy hệ.............................................................
61
Hình 3.8. Nội dung dữ liệu Phủ bề mặt........................................................
61
Hình 3.9. Nội dung dữ liệu Giao thơng........................................................
62
Hình 3.10 Nội dung dữ liệu Địa hình...........................................................
62
Hình 3.11 Nội dung dữ liệu Dân cƣ cơ sở hạ tầng.......................................
Hình 3.12 Nội dung dữ liệu Biên giới địa giới............................................
63
63
Hình 3.13 Nội dung dữ liệu chuyên đề tài nguyên - mơi trƣờng đất...........
71
Hình 3.14 Nội dung dữ liệu chun đề tài ngun - mơi trƣờng nƣớc........
72
Hình 3.15 Nội dung dữ liệu chun đề mơi trƣờng khơng khí....................
72
Hình 3.16 Nội dung dữ liệu chuyên đề tài nguyên rừng..............................
73
Hình 3.17 Lựa chọn hàm lƣợng NH4>0.1mg/l trong nƣớc ngầm................
74
Hình 3.18 Các lớp thơng tin tài ngun mơi trƣờng....................................
75
Hình 3.19 Mơ hình số độ cao địa hình.........................................................
75
Hình 3.20, Hình 3.21 Các bƣớc lập lớp thông tin chuyên đề.......................
76
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
5
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
mơi trường và phát triển bền vững
Hình 3.22, Hình 3.23 Các bƣớc lập lớp thơng tin chun đề.......................
77
Hình 3.24, Hình 3.25 Các bƣớc lập lớp thơng tin chun đề.......................
78
Hình 3.25 Ví dụ minh họa cho lớp chuyên đề hiện trạng ơ nhiễm NH4......
78
Hình 3.26 Ví dụ minh họa cho lớp phủ thực vật..........................................
79
Hình 3.27 Ví dụ minh họa cho lớp hiện trạng sử dụng đất..........................
79
Hình 3.28 Lớp hiện trạng hàm lƣợng BOD mơi trƣờng nƣớc mặt tỉnh Phú
Thọ...............................................................................................................
80
Hình 3.29 Lớp hiện trạng hàm lƣợng COD môi trƣờng nƣớc mặt tỉnh Phú
Thọ...............................................................................................................
81
Hình 3.30 Lớp hiện trạng sử dụng đất tỉnh Phú Thọ 2011...........................
82
Hình 3.31 Lớp phủ thực vật tỉnh Phú Thọ 2011..........................................
83
Hình 3.32 Lớp hiện trạng ơ nhiễm NH4 mơi trƣờng nƣớc ngầm tỉnh Phú
Thọ...............................................................................................................
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
6
84
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
MỞ ĐẦU
Ngày nay, trên thế giới cùng với sự bùng nổ về dân số, là sự phát triển cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng nhƣ việc khai thác tài nguyên thiên nhiên một cách
quá mức, làm cho các nguồn tài nguyên dần dần cạn kiệt. Các q trình đó thải ra
mơi trƣờng một lƣợng lớn chất thải các loại làm cho môi trƣờng sống trên trái đất bị
mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm nguồn nƣớc, khơng khí, ơ nhiễm đất… gây nên tình
trạng lũ lụt, lở đất, hạn hán trên tồn thế giới. Chính vì vậy, ơ nhiễm mơi trƣờng là
vấn đề đang đƣợc sự quan tâm của toàn nhân loại. Với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ thông tin, đặc biệt trong việc thu nhận và xử lý số, việc tích hợp từ dữ
liệu Viễn thám (Remote Sensing-RS), hệ thống định vị toàn cầu (Global Possition
System - GPS), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) đã
và đang đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu tài nguyên môi trƣờng,
nghiên cứu các tai biến, thiên tai…và thu đƣợc những kết quả đáng ghi nhận
Phú Thọ là tỉnh thuộc vùng miền núi trung du Bắc Bộ, nằm trong khu vực
giao lƣu giữa vùng Đông Bắc, đồng bằng sơng Hồng và vùng Tây Bắc, Phú Thọ có
vị trí địa lý mang ý nghĩa là trung tâm của tiểu vùng Tây - Đông - Bắc; cách trung
tâm Hà Nội 80km, cách sân bay Nội Bài 60km, Phú Thọ nằm ở trung tâm các hệ
thống giao thông đƣờng bộ, đƣờng sắt và đƣờng sông từ các tỉnh thuộc Tây - Đơng
- Bắc đi Hà Nội, Hải Phịng và các nơi khác, là nơi trung chuyển hàng hóa thiết yếu,
cầu nối giao lƣu kinh tế - văn hóa - khoa học, kỹ thuật giữa các tỉnh của đồng bằng
Bắc Bộ với các tỉnh Trung du miền núi Bắc Bộ. Ngoài ra, Phú Thọ cịn có các yếu
tố khác để phát triển kinh tế - xã hội nhƣ con ngƣời, tài ngun, các khu cơng
nghiệp, khu du lịch văn hố lịch sử Đền Hùng, khu du lịch sinh thái Xuân Sơn…
Trong những năm gần đây, cùng với việc tăng thêm các cơ sở sản xuất, các
khu tập trung dân cƣ phát triển ngày càng nhiều, nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm
vật chất cũng ngày càng lớn, những điều đó tạo điều kiện kích thích các ngành sản
xuất, kinh doanh và dịch vụ mở rộng và phát triển nhanh chóng, nâng cao mức sống
chung của xã hội; mặt khác cũng gây ra sự ơ nhiễm, suy thối các thành phần tài
ngun - môi trƣờng ngày một nghiêm trọng. Trong thời gian tới, mục tiêu cơ bản
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
7
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
về bảo vệ môi trƣờng của Tỉnh Phú Thọ là tăng cƣờng công tác quản lý tài nguyên môi trƣờng, ngăn ngừa ô nhiễm mơi trƣờng nƣớc, khơng khí, quản lý chất thải rắn
... cải thiện hiện trạng sử dụng đất, phục hồi và bảo tồn đa dạng sinh học, từng bƣớc
nâng cao chất lƣợng môi trƣờng ở các khu công nghiệp, đô thị và nơng thơn, góp
phần phát triển bền vững.
Muốn có các hoạt động bảo vệ môi trƣờng và sử dụng tài nguyên thiên nhiên
hiệu quả, cần phải có một cơ sở dữ liệu đầy đủ và đƣợc xây dựng trong một hệ
thống thông tin hiện đại, đáp ứng đƣợc các nhu cầu diễn biến mạnh mẽ trong thời
đại hiện nay. Trong những năm gần đây, GIS đã đƣợc sử dụng phổ biến ở nƣớc ta.
Với ƣu điểm nổi trội về khả năng cập nhật, lƣu trữ, phân tích, hiển thị và chia sẻ
thông tin, GIS thực sự đã trở thành cơng cụ hiện đại và có hiệu quả nhất hỗ trợ công
tác xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng.
Với ý nghĩa khoa học và thực tiễn nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên
cƣ́u khoa ho ̣c cho luận văn thạc sỹ của mình là:
“ Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh
Phú Thọ phục vụ bảo vệ môi trường và phát triển bền vững”
Cơ sở dữ liệu GIS tỉnh Phú Thọ đƣợc xây dựng dựa trên nền cơ bản của bản
đồ địa hình, kết hợp xƣ̉ lý tƣ liệu ảnh viễn thám, số liệu thống kê hiện trạng môi
trƣờng và các nguồn tài liệu có liên quan, sẽ thể hiện đầy đủ và chi tiết tất cả các dữ
liệu, thông tin phục vụ đắc lực cho công tác bảo vệ môi trƣờng và sử dụng hợp lý
nguồn tài nguyên hiện tại và trong tƣơng lai, đảm bảo tính bền vững cho sự phát
triển kinh tế - xã hội của Tỉnh.
Đề tài luận văn nhằm đáp ứng các mục tiêu sau:
-Nghiên cứu cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu
nền địa lý cơ bản tỉnh Phú Thọ
- Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về sinh thái tài nguyên môi
trƣờng
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
8
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
-Phát triển các ứng dụng GIS bằng việc cập nhật, truy cập, và xử lý thông tin
nhằm phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng của tỉnh theo hƣớng phát triển
bền vững.
Trong quá trình thƣ̣c hiê ̣n luâ ̣n văn , chúng tơi đã hồn thành các nội dung
chính là:
- Thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tƣợng và phạm vi nghiên
cứu.
- Cơ sở khoa học và phƣơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
- Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử
dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng
- Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ.
- Xác định các chuyên đề về sinh thái tài nguyên - môi trƣờng.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trƣờng
Các tư liệu và thiết bị được sử dụng bao gồm:
- Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000 tỉnh Phú Thọ
- Ảnh viễn thám SPOT độ phân giải 5m và 2,5m toàn sắc và 10m đa phổ để
cập nhật các đối tƣợng địa lý mới xuất hiện (nguồn Trung tâm Viễm Thám Quốc
gia, năm chụp 2008).
- Tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, dữ liệu hiện trạng môi trƣờng
tỉnh Phú Thọ
- Một số đề tài đã nghiên cứu có liên quan.
Hy vo ̣ng nhƣ̃ng kế t quả nghiên cƣ́u của đề tài không nhƣ̃ng đáp ƣ́ng các yêu
cầ u của luâ ̣n văn tha ̣c sỹ mà còn góp phầ n xây dƣ̣ng các cơ sở khoa ho ̣c cho viê ̣c
biên tâ ̣p các chuyên khảo về tài nguyên môi trƣờng tin
̉ h Phú Tho ̣ .
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
9
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực
tiễn
1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển
Theo ESRI (Enviromental System Reseach Institute - Viện Nghiên cứu hệ
thống Môi trƣờng): Hệ thống thơng tin địa lí (Geographic Information System GIS) "Là một hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con ngƣời nhằm
thu thập, lƣu trữ, cập nhật, xử lí, phân tích và hiển thị các thơng tin địa lí trên bề mặt
trái đất " .
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để thu thập, lƣu trữ
và phân tích các sự vật, hiện tƣợng trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác
cơ sở dữ liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê,
phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất
từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thơng tin khác
và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân
tích các sự kiện, dự đốn tác động và hoạch định chiến lƣợc).
Ở mỗi khía cạnh khác nhau GIS đƣợc nhìn nhận một cách khác nhau:
- Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase): GIS là một cơ sở dữ liệu không gian
chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mơ hình dữ liệu GIS (yếu tố,
topology, mạng lƣới, raster,...).
- Hình tƣợng hố (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể
hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất. Dựa trên thơng tin địa lý có
thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng nhƣ là một cửa sổ vào trong cơ sở dữ
liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thơng tin.
- Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra
các thông tin mới từ thông tin đã có. Các chức năng xử lý thơng tin địa lý lấy thơng
tin từ các tập dữ liệu đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một
tập mới.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
10
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Những năm đầu của thập kỷ 60 (1963-1964), các nhà khoa học Canada đã
xây dựng hệ GIS đầu tiên với tên gọi “Canada Geographic Information System”,
đƣợc sử dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada. Ban đầu, GIS chủ yếu
dùng để phục vụ công tác điều tra và quản lý tài nguyên. Đến giữa thập kỷ 60, GIS
đã phát triển để phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị.
Trong những năm của thập kỷ 70, công nghệ phần cứng máy tính phát triển,
tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của GIS (giá thành máy tính giảm, tốc độ
xử lý và dung lƣợng bộ nhớ tăng lên…). Nhờ đó mà GIS dần đƣợc thƣơng mại hóa.
Trong thời kỳ này, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả năng xử
lý đồ họa trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện. Hàng loạt các chƣơng trình
phần mềm xử lý đồ họa và các phiên bản đầu tiên của các phần mềm GIS ra đời nhƣ
phần mềm ARC/INFOR.
Trong những năm 80, là thời kỳ bùng nổ GIS, công nghệ GIS phát triển
mạnh mẽ, trở thành một cơng nghệ có tính thƣơng mại, đƣợc ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khoa học và hoạt động thực tiễn có sử dụng thơng tin khơng gian. Đặc biệt
ở Mỹ, Canada và châu Âu, ngƣời ta đã xây dựng và khơng ngừng hồn thiện các
chƣơng trình phần mềm có uy tín quốc tế nhƣ ARC/INFOR, PCI, ILWIS, SPAN,
IDRISI,…
Sang đến những năm 90, con ngƣời đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn trong
kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global
Positioning System). Xu hƣớng tích hợp RS và GIS, tích hợp RS, GIS và GPS đã
xuất hiện. Việc tích hợp ba cơng nghệ này đã hỗ trợ cho các nhà khoa học và các
nhà quản lý trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau (qn sự, kinh tế, chính trị, văn hóa,
khoa học tự nhiên, khoa học vũ trụ, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng,
dự báo các tai biến…)[13].
Ở Việt Nam, công nghệ GIS đƣợc đƣa vào nghiên cứu và sử dụng khá sớm,
vào khoảng những năm 90. Từ đó trở đi, công nghệ GIS đã đƣợc nhiều cá nhân và
tập thể nghiên cứu, ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Các phần mềm GIS
đƣợc sử dụng ở nƣớc ta rất đa dạng và chủ yếu là các phần mềm thƣơng mại ngoại
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
11
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
nhập nhƣ: Arc/Info, ArView, ArcGIS (của ESRI), MGE, Geomedia (của
Intergraph), Mapinfo (của Mapinfo); GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổ
chức phát triển)…
Đến nay, ở nƣớc ta, GIS đã đƣợc ứng dụng trong khá nhiều ngành nhƣ quy
hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lƣu trữ tƣ liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa
chính, quản lý đơ thị… Tuy nhiên, các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở
các lĩnh vực lƣu trữ, in ấn các tƣ liệu bản đồ bằng công nghệ GIS. Các ứng dụng
GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu nhƣ mới dừng ở
mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tƣ mới có thể đƣa vào ứng dụng chính
thức.
1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thơng tin địa lý (GIS)
Phần cứng (Hardware)
Phần cứng của hệ thống GIS bao gồm các loại máy tính và các thiết bị ngoại
vi để nhập dữ liệu, in ấn và truy xuất kết quả. Máy tính có thể đƣợc nối mạng cục
bộ hoặc internet để chia sẻ thông tin. Trong số các thiết bị ngoại vi, bên cạnh máy
in, máy vẽ, v.v…, trong trƣờng hợp cần phải chuyển đổi thông tin từ ảnh tƣơng tự,
bản đồ sang dạng số cần có cả máy quét.
Phần mềm (Software)
Công cụ quan trọng trong công nghệ GIS là các phần mềm tin học. Mỗi loại
phần mềm có những chức năng và công dụng riêng. Một cách gần đúng, có thể chia
phần mềm GIS ra làm 3 nhóm:
Nhóm phần mềm đồ hoạ (Microstation, Autocad, v.v…). Là nhóm các phần
mềm đƣợc ứng dụng để biên tập, quản lý, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản đồ dạng
số.
Nhóm phần mềm quản trị bản đồ (Mapinfor, Arc/View, MGE, v.v…). Là
những phần mềm mà ngoài chức năng đồ hoạ, thành lập bản đồ số, nắn chỉnh hình
học, chuyển đổi toạ độ chúng có khả năng kết nối các thơng tin bản đồ (thơng tin
khơng gian) với thơng tin thuộc tính (thơng tin phi không gian) và quản lý chúng.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
12
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
mơi trường và phát triển bền vững
Nhóm phần mềm quản trị và phân tích khơng gian (Arc/Infor, Arc/View,
Softdesk, Arc/ViewGIS, v.v…). Là các phần mềm mà ngoài khả năng cập nhật và
quản lý thơng tin chúng có thêm chức năng phân tích dữ liệu khơng gian.
Các phần mềm GIS rất đa dạng có nhiều tính năng khác nhau. Các modul
phần mềm phải thực hiện đƣợc các nhiệm vụ, bao gồm: Nhập và kiểm tra dữ liệu,
phân tích và biến đổi dữ liệu, lƣu trữ và quản trị dữ liệu, hỏi đáp về dữ liệu và tƣơng
tác với ngƣời sử dụng, xuất và in ấn dữ liệu.
Các phần mềm ngày càng đƣợc hoàn thiện, phát triển với các chức năng đa
dạng hơn, thân thiện với ngƣời dùng hơn và khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả hơn.
Dữ liệu (Data)
Dữ liệu là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống GIS. Dữ liệu đƣợc
phân thành 2 loại: Dữ liệu không gian (spatial data) và dữ liệu phi không gian (nonspatial data). Dữ liệu khơng gian là thơng tin về vị trí của các đối tƣợng trong thế
giới thực trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nhất định (toạ độ). Dữ liệu phi khơng
gian là dữ liệu thuộc tính (attribute) hoặc dữ liệu mô tả các đối tƣợng địa lý, dữ liệu
này có thể là đinh lƣợng hoặc định tính. Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và phi
không gian là cơ sở để xác định chính xác các thơng tin của đối tƣợng địa lý và thực
hiện phép phân tích tổng hợp trong hệ thống GIS.
Con người (People)
Khơng thể có một hệ thống nào vận hành tốt mà khơng có sự tham gia của
con ngƣời. Con ngƣời đƣợc coi là bộ não của hệ thống. Con ngƣời thiết kế, thành
lập, khai thác và bảo trì hệ thống.
Bốn thành phần nêu trên tạo thành một hệ thống thống nhất hoàn chỉnh.
Ngƣời ta ví rằng: Thiết bị (phần cứng, phần mềm), quy trình xử lý và con ngƣời là
cơng cụ điều khiển và vận hành hệ thống, cơ sở dữ liệu là nguyên liệu tạo ra các sản
phẩm của hệ.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
13
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
mơi trường và phát triển bền vững
Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS
Phần cứng
Chuyên gia
Dữ liệu
Bản đồ
Kết quả
Báo cáo
Phƣơng pháp
Phần mềm
1.1.3 Các chức năng của GIS
Hệ thống GIS thực hiện các chức năng cơ bản sau đây:
Nhập dữ liệu
Bao gồm mọi khía cạnh của việc biến đổi các số liệu thu nhập đƣợc dƣới
dạng các bản đồ, số liệu đo đạc ngoại nghiệp, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các
thiết bị ghi thành một hình thức số tƣơng thích.
Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu cần thiết cho xây dựng một cơ sở dữ
liệu địa lý. Việc kiểm tra thông tin dữ liệu đầu vào có yêu cầu sau:
- Tất cả các thơng tin đầu vào phải đảm bảo tính chính xác duy nhất và
khơng có lỗi khi mơ tả thuộc tính.
- Kiểm tra các lỗi về sai lệch vị trí, tỷ lệ, độ méo hình, v,v... tính khơng đầy
đủ của các thông tin dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và so sánh
với các thông tin gốc.
- Kiểm tra các thơng tin sai sót đối với các thông tin không gian bằng cách in
ra và kiểm tra so với thơng tin đã có.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
14
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Lưu trữ và quản lý dữ liệu
Các chƣơng trình phần mềm đƣợc sử dụng để thực hiện nhiệm vụ tổ chức cơ
sở dữ liệu và có thể xem đây là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu. Các chƣơng trình
này sẽ lƣu trữ và quản lý dữ liệu theo cách thức chuẩn mẫu riêng hợp lý để đáp ứng
mọi nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất.
Xuất dữ liệu và trình bày
Sau các quá trình xử lý số liệu, kết quả thu đƣợc sẽ thể hiện theo nhiều
phƣơng thức khác nhau và các kết quả phân tích sẽ đƣợc báo cáo cho ngƣời sử dụng theo
nhiều dạng.
Các số liệu có thể biểu thị dạng bản đồ, các bảng biểu hay hình vẽ (đồ thị
hoặc sơ đồ khối) theo nhiều phƣơng thức. Số liệu sẽ đƣợc chuyển từ dạng hình ảnh
ln thay đổi theo thời gian trên một ống tia âm cực (Cathode Ray Tube - CRT)
thông qua một đầu ra để vẽ trên máy in hay máy vẽ.
Ngồi ra, các thơng tin đầu ra đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu đảm bảo
cho q trình chuyển đổi thơng tin giữa các hệ thống máy tính và chúng sẽ đƣợc
chuyển đổi nhờ các cơng cụ trung gian nhƣ băng từ, đĩa từ, các loại mạng thơng tin
khác
Xử lý và phân tích dữ liệu
Bao gồm hai loại hoạt động là:
+ Những biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các số liệu, sai sót
trong khâu số hố hay nhập dữ liệu thuộc tính, v.v...) hoặc đƣa chúng vào số liệu
mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác.
+ Xây dựng các phƣơng pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong
trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đƣa ra đối với hệ thống.
Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu
thuộc tính của các dữ liệu hoặc ở dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp. Việc kết nối
dữ liệu cũng có thể coi nhƣ q trình biến đổi dữ liệu.
Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn đề
nào đó trong hệ thống thì cần phải kết hợp nhiều loại thơng tin khác nhau với
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
15
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trƣờng hợp nhất để từ đó có đƣợc cách
nhìn riêng biệt hay tổng thể. Q trình này dẫn đến việc ngƣời sử dụng sẽ muốn đặt
một số lƣợng hầu nhƣ không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần
đƣợc trả lời bằng cách sử dụng các mơ hình tổ hợp tìm kiếm dữ liệu và các cách lựa
chọn phép biến đổi.
Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thơng tin địa lý thơng dụng có thể trả lời
đƣợc là: Có cái gì tại vị trí này? Mối quan hệ giữa các đối tƣợng nhƣ thế nào?Ở đâu
thoả mãn những điều kiện này? Cái gì đã thay đổi và thay đổi nhƣ thế nào từ thời điểm
này đến thời điểm khác? Những mẫu khơng gian nào tồn tại?
Nó sẽ nhƣ thế nào nếu quá trình diễn ra ?
Tương tác với người sử dụng
Trƣớc đây, một số phần mềm đồ họa hoặc của hệ thống thông tin địa lý đƣợc
đặt trong môi trƣờng điều hành DOS nhƣ AutoCad, Arc/Info, v.v... nên giao diện
giữa thao tác viên và hệ thống bị hạn chế, không linh hoạt.
Ngày nay, tất cả các phần mềm của hệ thống đều đƣợc đặt trong môi trƣờng
Windown với các thanh cơng cụ có đầy đủ các biểu tƣợng kích hoạt nên giao diện
giữa thao tác viên và hệ thống rất linh hoạt, hiệu quả. Với sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ tin học, khả năng giao diện giữa ngƣời và máy càng ngày càng hoàn
hảo.
1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS
1.1.4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS
Các tập dữ liệu chứa thơng tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ chức,
một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội đƣợc lƣu trữ trong máy tính theo
một qui định nào đó theo mục đích sử dụng đƣợc gọi là cơ sở dữ liệu (viết tắt
CSDL, tiếng Anh là Database).
Phần chƣơng trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ sở
dữ liệu (HQTCSDL - Database management system). Theo nghĩa này HQTCSDL
có nhiệm vụ rất quan trọng nhƣ là một bộ diễn dịch (interpreter) với ngôn ngữ bậc
cao nhằm giúp ngƣời sử dụng có thể dùng đƣợc hệ thống mà ít nhiều khơng cần
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
16
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy. Mục đích chính
của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung cấp một cách lƣu trữ và truy lục thông tin
trong cơ sở dữ liệu sao cho vừa thuận tiện vừa hiệu quả.
1.1.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS.
Cơ sở dữ liệu GIS gồm hai phần cơ bản là dữ liệu không gian (dữ liệu bản
đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi khơng gian). Mỗi một loại dữ liệu có đặc
trƣng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lƣu trữ, xử lý và hiển thị [7].
Dữ liệu không gian
Khái niệm: Là dữ liệu có chứa trong nó những thơng tin về định vị của đối
tƣợng. Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tƣợng có kích thƣớc vật lí
nhất định. Thực chất là những mơ tả số của hình ảnh bản đồ. Chúng bao gồm toạ
độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một
khuôn dạng hiểu đƣợc của máy tính. Hệ thống thơng tin địa lý dùng các dữ liệu
khơng gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy
thơng qua thiết bị ngoại vị. Có 6 loại thơng tin bản đồ dùng để thể hiện hình ảnh bản
đồ và ghi chú của nó trong hệ thống thơng tin địa lí nhƣ sau: Ðiểm (Point), Ðƣờng
(Line), Vùng (Polygon), Ô lƣới (Grid cell), Ký hiệu (Sympol), Ðiểm ảnh (Pixel)
Dữ liệu không gian có hai mơ hình lƣu trữ là Vector và Raster.
Dữ liệu dạng Vector là các điểm tọa độ (X,Y) hoặc là các quy luật tính tốn toạ độ
và nối chúng thành các đối tƣợng trong một hệ thống tọa độ nhất định.
Các kiểu đối tƣợng địa lý dạng vectơ:
Hình 1.2 Biểu diễn thông tin dạng điểm, đƣờng, vùng theo cấu trúc vector
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
17
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Dữ liệu Raster (ảnh đối tƣợng) là dữ liệu đƣợc tạo thành bởi các ơ lƣới có độ
phân giải xác định. Loại dữ liệu này chỉ dùng cho mục đích diễn tả và minh hoạ chi
tiết bằng hình ảnh thêm cho các đối tƣợng quản lý của hệ thống.
Hình 1.3 Minh họa thơng tin raster
Lớp đối tƣợng (layer): Thành phần dữ liệu đồ thị của hệ thống thơng tin địa
lý hay cịn gọi là cơ sở dữ liệu bản đồ đƣợc quản lí ở dạng các lớp đối tƣợng. Mỗi
một lớp chứa các hình ảnh bản đồ liên quan đến một chức năng, một ứng dụng cụ
thể.
Cách thức tổ chức:
Để tiện phân tích và tổng hợp, dữ liệu không gian thƣờng đƣợc tổ chức thành
các lớp (layer/theme); cũng thƣờng đƣợc gọi là các lớp dữ liệu chuyên đề (thematic
layer). Mỗi lớp dữ liệu thƣờng biểu diễn một tính chất liên quan đến vị trí trên mặt
đất.
Cách tổ chức dữ liệu thành các lớp chuyên đề cho phép thể hiện thế giới thực
phức tạp một cách đơn giản nhằm giúp hiểu biết các quan hệ trong thiên nhiên.
Cách thức lƣu trữ - Quan hệ không gian topology
Topology là mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tƣợng. Cấu trúc dữ liệu
thuộc topology có lợi vì chúng cung cấp một cách tự động hóa để xử lý việc số hóa,
xử lý lỗi; giảm dung lƣợng lƣu trữ dữ liệu cho các vùng vì các ranh giới giữa những
vùng nằm kề nhau đƣợc lƣu trữ chỉ một lần; và cho phép chúng ta cấu trúc dữ liệu
dựa trên các nguyên lý về tính kề cận (adjacency) và kết nối (connectivity) để xác
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
18
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
định các quan hệ không gian. Phần lớn cấu trúc dữ liệu mang tính topology là mơ
hình dữ liệu vectơ kiểu cung/nút (arc/node).
Bảng 1.1 Các nguyên tắc topology
Must Not Overlap
Một vùng không đƣợc chồng đè lên một vùng khác
trong cùng một Layer.
Mô ̣t đƣờng không đƣơ ̣c chồ ng đè lên mô ̣t đƣờng khác
trong cùng mô ̣t Layer.
Must Not Self-Overlap
Mô ̣t đƣờng không đƣơ ̣c cắ t hoă ̣c chồ ng đè lên chính nó .
Must Not Overlap With
Một vùng của layer này không đƣợc chồng đè nên một
vùng của layer khác.
Point must be covered by line
Một điểm của một layer phải nằm trên một đƣờng của
layer khác
Must be covered by boundary of
Một đƣờng của layer này phải trùng khớp với biên giới
của một vùng của một layer khác
Must be covered by feature class of
Một đƣờng của layer này phải trùng với một đƣờng của
layer khác
Must be covered by feature class of
Một vùng của layer này phải đƣợc phủ bởi một vùng
của layer khác
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
19
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
1.1.4.3 Cơ sở dữ liệu thuộc tính
Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay cịn gọi là dữ liệu phi khơng gian) là cơ sở dữ
liệu phản ánh tính chất của các đối tƣợng khác nhau. Ví dụ, các thơng tin về chủ
đất, chất lƣợng đất, thể loại đất, v.v... là những dữ liệu thuộc tính.
Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính
định lƣợng và thƣờng đƣợc cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột. Mỗi hàng
bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tƣợng nào đó nhƣ tên, diện tích, v.v... Mỗi
loại thông tin khác nhau này gọi là một trƣờng, mỗi trƣờng đƣợc sắp xếp tƣơng ứng
với một cột. Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng gồm các hàng các cột
nhƣ trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp dữ liệu phi khơng
gian.
Ngồi những đặc điểm nhƣ đã nêu trên, dữ liệu phi khơng gian có thể bao
gồm các hình thức trình bày chuẩn của mỗi yếu tố (màu sắc, lực nét, kiểu đƣờng,
v.v...) nhằm giúp cho các quá trình sử dụng các kí hiệu và dụng cụ vẽ đƣợc thuận
tiện. Điều này đặc biệt có lợi để biểu thị dữ liệu đồ hoạ có hiệu quả và nhanh chóng.
Dữ liệu thuộc tính có thể đƣợc vào trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các tệp văn
bản hoặc thu nhận từ các phần mềm khác nhau.
1.1.4.4 Mối liên kết dữ liệu
Cùng với dữ liệu khơng gian, các dữ liệu thuộc tính của cùng yếu tố cũng
đƣợc lƣu trữ và đều đƣợc liên kết với dữ liệu khơng gian của chính đối tƣợng đó.
Mối liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu khơng gian có thể đƣợc thực hiện
bằng cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu khơng gian. Cách thứ
hai để thực hiện mối liên kết này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc
tính theo cùng một trình tự, sau đó gán mã duy nhất cho cả hai loại dữ liệu.
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
20
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
mơi trường và phát triển bền vững
1
2
3
4
ID
Thuộc
tính 1
1
X
2
Thuộc
tính 2
…
X
3
X
X
...
Thuộc
tính n
X
X
Dữ liệu khơng gian
Dữ liệu thuộc tính
Hình 1.4 Liên kết dữ liệu khơng gian và thuộc tính
Mối liên kết dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin.
Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tƣợng bản đồ đều đƣợc gắn liền với các thông tin
thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tƣợng. Đồng
thời qua đó ngƣời sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tƣợng theo
yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index.
Sự liên kết giữa các thành phần dữ liệu khơng gian và thuộc tính đƣợc thể
hiện theo hình 1.4
1.1.4.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu là một gói dữ liệu đƣợc tổ chức dƣới dạng các Layer. Các
Layer có thể đƣợc tạo ra từ nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau nhƣ: Shape files,
personal geodatabase, ArcInfo cover datasets, CAD drawings, SDE databases,
photo, image. Hiện nay, theo các chuẩn dữ liệu ISO-TC 211 và chuẩn dữ liệu của
Bộ Tài Nguyên và Môi Trƣờng, dữ liệu đƣợc tổ chức theo khuôn dạng chuẩn là
GeoDatabase.
GeoDatabase: là một cơ sở dữ liệu đƣợc chứa trong một file có đuôi là
*.mdb. Khác với shape file, GeoDatabase cho phép lƣu giữ topology của các đối
tƣợng. Cấu trúc của GeoDatabase nhƣ sau:
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
21
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Sơ đồ 1 Tổ chức cơ sở dữ liệu - GeoDatabase
Feature dataset là tập dữ liệu đối tƣợng nằm ở bên trong của geodatabase cá
nhân và chứa các feature class có cùng phần mở rộng và cùng hệ tọa độ.
Feature class (nhóm đối tƣợng) là một trong các dữ liệu thƣờng hay sử dụng
nhất. Mỗi feature class bao gồm tập hợp nhiều đối tƣợng địa lý (geographic feature)
có cùng kiểu hình học (point, line, polygon) và có cùng thuộc tính. Các feature class
chứa đặc trƣng topology đƣợc xếp trong các feature dataset nhằm đảm bảo duy trì
hệ tọa độ chung cho dữ liệu bên trong. Dƣới feature class sẽ là các feature data.
Feature (đối tƣợng địa lý) là các spatial object (đối tƣợng khơng gian), có vị
trí địa lý (tọa độ xác định) và có quan hệ khơng gian.
Attribute Table là thuộc tính của từng lớp đối tƣợng, đƣợc lƣu giữ dƣới dạng
các bảng. Trong đó, các thuộc tính đƣợc thể hiện trong từng cột, mỗi đối tƣợng địa
lý ở trong mỗi hàng.
Bên cạnh đó cịn có một số định dạng của dữ liệu đầu vào khá phổ biến nhƣ
shape files Coverage. Thực chất các định dạng này là các định dạng chuẩn của các
phiên bản trƣớc đó của ArcGIS nhƣ ArcView, ArcInfo.
+ Shape files: Lƣu trữ cả dữ liệu không gian lẫn dữ liệu thuộc tính. Tuỳ
thuộc vào các loại đối tƣợng khơng gian mà nó lƣu trữ, Shape files sẽ đƣợc hiển thị
trong ArcCatolog bằng 1 trong 3 biểu tƣợng sau:
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
22
Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ
môi trường và phát triển bền vững
Về thực chất shape files không phải là 1 file mà là 5-6 file có tên giống nhau
nhƣng đi khác nhau, 3 file quan trọng nhất của shape files là các file có đi:
*.shp – chứa các đối tƣợng khơng
gian (Geometry).
Hình 1.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu
Shape files
*.dbf – bảng thuộc tính
*.shx – chỉ số để liên kết đối tƣợng
với bảng thuộc tính.
*.prj – xác định hệ quy chiếu của
shape file.
+ Coverages: lƣu trữ các dữ liệu khơng gian, thuộc tính và topology. Các dữ
liệu không gian đƣợc hiển thị ở dạng điểm, đƣờng, vùng và ghi chú.
1.1.4.6 Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS.
ISO (International Standard Organization): Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế đã
đƣa ra tiêu chuẩn ISO/TC211, bao gồm 32 tiêu chuẩn trong đó có các tiêu chuẩn về
hệ thơng tin địa lý, một số chuẩn thƣờng dùng nhƣ sau: Chuẩn định dạng dữ liệu
(data format); Chuẩn lƣới chiếu (projection); Chuẩn topology; Chuẩn phân loại dữ
liệu (data classification standards); Chuẩn nội dung dữ liệu (data content standards);
Chuẩn ký hiệu (data symbology standards): chuẩn ký hiệu hoặc hiển thị dữ liệu
chuẩn hóa ngôn ngữ mô tả ký hiệu; Chuẩn trao đổi dữ liệu (data transfer standards):
làm dễ dàng chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống. Có thể đƣợc hiểu là chuẩn khuôn
dạng dữ liệu; Chuẩn khả dụng dữ liệu (data useability standards): bao gồm chất
lƣợng dữ liệu, đánh giá, độ chính xác, v.v…
Theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
về việc ban hành áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia [2], trong đó có đƣa
ra các qui định cụ thể về các chuẩn thơng tin địa lý sau:Quy chuẩn mơ hình cấu trúc
dữ liệu địa lý; Quy chuẩn mơ hình khái niệm khơng gian; Quy chuẩn mơ hình khái
niệm thời gian; Quy chuẩn phân loại đối tƣợng địa lý; Quy chuẩn hệ quy chiếu tọa
Trần Thanh Hà - Lớp Cao học Môi trường K17
23
