Đồ án thiết kế và xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian PostGIS

1
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 5
1.1. Giới thiệu 5
1.2. Các thành phần của GIS 5
1.2.1. Đối tượng 5
1.2.2. Các thuộc tính 7
1.2.3. Hình ảnh 7
1.2.4. Bề mặt 9
1.3. Hiển thị dữ liệu địa lý 11
1.3.1. Ảnh Vector 11
1.3.2. Ảnh Raster 13
1.4. Tổ chức thông tin địa lý 15
1.4.1. Các lớp bản đồ 15
1.4.2. Chủ đề dữ liệu 16
1.5. Hệ tọa độ và tham chiếu địa lý 17
1.5.1. Tham chiếu địa lý 17
1.5.2. Hệ tọa độ trong GIS 18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POSTGIS RASTER 22
2.1. Giới thiệu 22
2.1.1. So sánh PostGIS Raster với Oracle GEORaster 23
2.2. Cơ sở nền tảng trong PostGIS Raster 33
2.2.1. Sự thực thi 33
2.2.2. Cấu trúc 34
2.2.3. Xác định tham chiếu không gian 36
2.2.4. Dữ liệu Raster 36
2.2.5. Độ phân giải không gian 46
2.2.6. Loại điểm ảnh 47
2.2.7. Giá trị Nodata 48
2.2.8. Các khối ảnh 48
2

2.2.9. Tháp ảnh 50
2.2.10. Sự sắp xếp lớp Raster 52
2.2.11. Lưu trữ vật lý 56
2.2.12. Chỉ mục 59
2.2.13. Chuyển đổi 61
2.2.14. Sự giao nhau 62
CHƯƠNG 3: THỰC THI POSTGIS RASTER 67
3.1. Lưu trữ và quản lý Raster 67
3.1.1. Nhập Raster 67
3.1.2. Lấy và thiết lập các thuộc tính Raster 68
3.1.3. Chuyển đổi Vector sang Raster 69
3.1.4. Chuyển đổi Raster sang Vector 70
3.2. Xuất Raster 70
3.3. Hiển thị Raster 71
3.4. Chỉnh sửa và tính toán Raster 71
3.5. Chuyển đổi Raster sang định dạng GDAL 73
3.5.1. Raster sang Tiff 73
3.5.2. Raster sang JPEG 73
3.5.3. Raster sang PNG 73
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 75
4.1. Giới thiệu 75
4.2. Một số hình ảnh của chương trình 76
4.3. Quantum GIS 79
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85
LỜI MỞ ĐẦU
3
Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội, lượng thông tin cần lưu trữ
cũng tăng theo cấp số nhân theo từng năm, từng thời kỳ, thì việc lưu trữ số
lượng thông tin đó trở nên vô cùng khó khăn, đặc biệt khi một lượng lớn thông

tin vẫn được lưu trữ trên những tài liệu, sổ sách qua thời gian cùng với các tác
động bên ngoài có thể làm cho những tài liệu đó bị hỏng hóc, khó phục hồi. Do
đó, nhu cầu sử dụng các phần mềm hỗ trợ khả năng lưu trữ các dữ liệu đảm bảo
các yếu tố an toàn và tiện lợi trong thao tác với dữ liệu đó là vô cùng cần thiết.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại hệ quản trị CSDL khác nhau : từ
phần mềm nhỏ chạy trên máy tính cá nhân cho đến những hệ quản trị phức tạp
chạy trên một hoặc nhiều siêu máy tính trong đó có thể kể tới các hệ quản trị
CSDL như: MySQL, Oracle, SQL Server, PostgreSQL…Mỗi loại trên có những
tính năng, lợi ích riêng. Đặc biệt hơn cả, hệ quản trị CSDL PostgreSQL có
những tính năng và lợi thế hơn hẳn các hệ quản trị CSDL khác.
PostgreSQL là sự lựa chọn sử dụng của nhiều người vì nó có nhiều
ưu điểm nổi trội so với các hệ quản trị CSDL khác. Thứ nhất, PostgreSQL là
phần mềm mã nguồn mở, miễn phí hoàn toàn trong sử dụng. Thứ hai, hiệu suất
làm việc của PostgreSQL chênh lệch so với các hệ quản trị khác trong sai số +/-
10%. Thứ ba, đây là hệ quản trị có độ tin cậy cao, bằng chứng là quá trình phát
triển của nó. Thứ tư, PostgreSQL còn có thể chạy được trên rất nhiều hệ điều
hành khác nhau như Window, Linux, Unix, MacOSX…Và cuối cùng, một tính
năng nổi trội của PostgreSQL là khả năng mở rộng hàm, kiểu dữ liệu, toán tử…
người sử dụng có thể tự định nghĩa hàm, kiểu dữ liệu, kiểu toán tử…và có thể
thêm những kiểu dữ liệu, toán tử…vào hệ quản trị CSDL PostgreSQL. Ngoài ra
PostgreSQL còn hỗ trợ kiểu dữ liệu hình học (geometry) như Point, Line,
Polygon…Và PostGIS chính là công cụ được bổ sung cho PostgreSQL để hỗ
trợ hiển thị đối tượng địa lý. PostGIS là một mã nguồn mở, mở rộng không gian
cho PostgreSQL giúp cải thiện được tốc độ truy cập, dễ dàng quản lý và đảm
bảo tính toàn vẹn dữ liệu khi thao tác với dữ liệu không gian.
4
Một đặc điểm nổi trội của PostGIS đó là trong khi hầu hết các hệ thống
thông tin địa lý khác chỉ cung cấp dữ liệu vector để thực thi thì PostGIS hỗ trợ
một kiểu dữ liệu mới cho phép miêu tả sự phân bố của các hiện tượng vật lý
thay đổi liên tục theo thời gian và không gian (gọi là các trường liên tục) như

nhiệt độ, áp suất, độ ẩm…Đây chính là cơ sở để chọn đồ án “Thiết kế và xây
dựng cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian
PostGIS”. Đóng góp lớn nhất của đồ án là đi nghiên cứu làm rõ một kiểu dữ liệu
mới PostGIS Raster- hỗ trợ các trường liên tục trong cơ sở dữ liệu PostgreSQL
đồng thời cũng mô tả một ứng dụng cho phép người dùng quản lý cơ sở dữ liệu
ảnh vệ tinh trong PostGIS Raster.
Đồ án chia làm 4 chương:
Chương 1: Cơ sở hệ thống thông tin địa lý: giới thiệu qua những thành
phần cơ bản nhất của một hệ thống thông tin địa lý.
Chương 2: Tổng quan về PostGIS Raster: tập trung giới thiệu về PostGIS,
so sánh với những hệ quản trị khác; những cơ sở kiến thức nền tảng về Raster
cũng được giới thiệu làm rõ trong chương này.
Chương 3: Thực thi PostGIS Raster: giới thiệu chi tiết cách thức làm việc
với dữ liệu Raster trong PostGIS.
Chương 4: Xây dựng chương trình ứng dụng: thiết kế, xây dựng chương
trình ứng dụng quản lý ảnh vệ tinh kết nối đồng thời cả PostGIS và Quantum
Gis.
5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Dữ liệu địa lý được lưu trữ, thao tác, phân tích bởi một hệ thống thông tin
địa lý GIS. Phần này sẽ đi mô tả các thành phần trong hệ thống này.
1.1. Giới thiệu
Dữ liệu địa lý nhiều hơn so với hình ảnh điện tử. Dữ liệu địa lý không chỉ
mô tả các đối tượng thật và các quan hệ trong không gian mà còn thể hiện tham
chiếu không gian , hình học và các thông tin chuyên đề. Tuy nhiên để khai thác
một cách đầy đủ các đặc trưng đó, cần có một công cụ bổ sung. Một hệ thống
thông tin địa lý là một hệ thống thông tin được thiết kế để tương thích, lưu trữ,
chỉnh sửa, phân tích, chia sẻ và hiển thị thông tin địa lý cho các nhà xây dựng,
thiết kế. Ứng dụng GIS là những công cụ cho phép người sử dụng tạo ra các truy
vấn tương tác, phân tích thông tin không gian, chỉnh sửa dữ liệu trong bản đồ và

hiển thị kết quả của tất cả các hoạt động đó.
Một hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) là sự kết hợp của bản đồ, phân
tích, thống kê và công nghệ cơ sở dữ liệu. Đó là thiết kế có thể tùy chỉnh cho
một tổ chức. Một HTTTĐL được phát triển với mục đích thẩm quyền hay các
doanh nghiệp có thể không nhất thiết phải tương thích hoặc tương thích với hệ
thống GIS đã được xây dựng cho các ứng dụng khác.
1.2. Các thành phần của GIS
Tất cả GIS cung cấp các cách xử lý cho việc hiển thị và quản lý thông tin
địa lý dựa trên bốn yếu tố cơ bản:
• Đối tượng
• Thuộc tính
• Hình ảnh
• Bề mặt
1.2.1. Đối tượng
Một đối tượng được sử dụng để mô tả một thực thể trong không gian –
thời gian. Bên cạnh một số đối tượng được thêm vào, các đối tượng địa lý cơ
6
bản là tập hợp các điểm, đường và vùng. Chúng thể hiện những điều xảy ra tự
nhiên, đối tượng rời rạc ( như sông, thảm thực vật) đối với các công trình xây
dựng (như đường sá, đường ống, giếng, các tòa nhà…) hay các khu đất ( quận,
khu vực chính trị và các mảnh đât…)
Điểm: xác định những vật rời rạc mà chúng quá nhỏ để mô tả theo kiểu
đường hay vùng như địa điểm, bốt điện thoại, và các điểm máy đo dòng chảy…
Điểm cũng có thể đại diện cho vị trí địa điểm nào đó, tọa độ GPS hay đỉnh núi.
Hình 1.1: Đối tượng điểm
Đường: đường thể hiện hình dạng của đối tượng địa lý quá hẹp để mô tả
theo kiểu một vùng (như đường phố, dòng chảy). Đường cũng được sử dụng thể
hiện các đối tượng có chiều dài nhưng không phải vùng như đường đồng mức và
địa giới hành chính.
Hình 1.2: đối tượng đường

Vùng: thể hiện hình dạng của các đối tượng lớn như các tiểu bang, quận
hạt, loại đất, hiện trạng sử dụng đất…
7
Hình 1.3: Đối tượng vùng thể hiện các thửa
1.2.2. Các thuộc tính
Dữ liệu địa lý truyền đạt các thông tin cần mô tả thông qua các kí hiệu,
màu sắc, và các nhãn. Ví dụ:
• Đường sá được hiển thị dựa trên lớp đường. Ví dụ, kí hiệu dạng đường
biểu diễn đường cao tốc được phân chia, đường chính, đường giao thông
không lát đá, đường mòn…
• Màu xanh dùng để thể hiện nước, dòng chảy.
• Đường phố thường được gán nhãn với tên của chúng và thường có thêm
một số địa chỉ nào đó
• Các điểm đặc biệt và các kí hiệu dạng đường biểu thị các đối tượng cụ thể
như các tuyến đường sắt, sân bay, trường học, bệnh viện …
1.2.3. Hình ảnh
Hình ảnh được tổ chức như một loại dữ liệu raster gồm các ô lưới (cell)
được xây dựng theo mạng lưới hàng và cột. Ngoài các giá trị của cell, một raster
cũng bao gồm kích thước cell và hệ tọa độ hiển thị (bên trái, phía trên hoặc dưới
của lưới). Những thuộc tính này cho phép một raster được biểu thị bằng một tập
các giá trị cell và bắt đầu ở góc trên bên trái. Vị trí mỗi cell có thể được đặt tự
động bằng cách sử dụng tọa độ tham chiếu, kích thước cell và số cột, số hàng.
8
Hình 1.4: Lưới cell trong dữ liệu raster
Ảnh hàng không có cấu trúc dữ liệu kiểu raster thu được từ các cảm biến
khác nhau trong vệ tinh và máy bay.
Hình 1.5: dữ liệu Raster
Hình ảnh được dùng để thu thập dữ liệu ở cả hai phần nhìn thấy và không
nhìn thấy của quang phổ. Một hệ thống máy quét đa phổ đặt trong vệ tinh đã ghi
lại hình ảnh 7 kênh cùng với quang phổ điện từ. Việc đo đạc với mỗi kênh được

ghi lại trong một mạng lưới riêng biệt.
Hình 1.6: Dữ liệu raster nhiều kênh.
9
1.2.4. Bề mặt
Một bề mặt mô tả một hiện tượng có một giá trị đối với từng điểm trong
không gian. Ví dụ, bề mặt độ cao là một vùng liên tục mà ở đó tất cả các vị trí
không gian có giá trị độ cao trên mực nước biển. Các ví dụ khác bao gồm bề mặt
lượng mưa, nồng độ ô nhiễm v.v…
Một vấn đề lớn trong bề mặt đó là không thể thể hiện tất cả các giá trị của
tất cả các vị trí trong một khu vực. Có nhiều lựa chọn khác nhau thay thế cho bề
mặt như sử dụng các đối tượng hay raster. Dưới đây là một số thay thế:
Đường đồng mức: đại diện cho một tập hợp các điểm có giá trị như nhau
chẳng hạn như độ cao.
Hình 1.7: Bề mặt thể hiện bởi các đường cong
Kênh
Mỗi kênh mô tả một vùng đặc biệt của các giá trị. Một vùng, nơi mà mỗi
giá trị của điểm thuộc 1 kênh, sẽ được thể hiện bởi một màu tương ứng. Ví dụ
kênh bao gồm tất cả lượng mưa trung bình hàng năm từ 25cm đến 50cm.
Dữ liệu Raster
Một ma trận các cell mà ở đó giá trị mỗi cell thể hiện việc đo đạc mỗi
điểm trong không gian.
Ví dụ, mô hình số độ cao thể hiện bởi lưới ô vuông, thường được sử dụng
để mô tả bề mặt độ cao.
10
Mạng lưới tam giác không đều
Một mạng lưới tam giác không đều (TIN): một cấu trúc dữ liệu thể hiện
bề mặt như một mạng lưới kết nối các tam giác. Mỗi nút tam giác có tọa độ x,y
và giá trị bề mặt z.
Raster và TIN có thể được sử dụng để ước tính giá trị bề mặt cho bất kì vị
trí nào sử dụng phép nội suy.

Hình 1.8: bề mặt được thể hiện bởi các kênh đồng mức
Hình 1.9: bề mặt được thể hiện bởi dữ liệu Raster
Hình 1.10: bề mặt thể hiện với mô hình TIN
11
1.3. Hiển thị dữ liệu địa lý
Theo truyền thống, đối tượng thực trong dữ liệu địa lý có thể được lưu trữ
dưới hai dạng: đối tượng rời rạc (như con đường, nhà, cây) sử dụng vector và
các đối tượng liên tục (như lượng mưa, độ cao) sử dụng raster. Một phương
pháp tổng hợp mới của đám mây lưu trữ dữ liệu là điểm xác định, kết hợp điểm
3 chiều với thông tin RGB tại mỗi điểm và trả lại ảnh màu 3D. Tuy nhiên, các
phần sau chỉ tập trung thể hiện raster và vector.
1.3.1. Ảnh Vector
Ảnh vector sử dụng các hình học nguyên thủy như điểm, đường thẳng,
đường cong và vùng, tất cả đều dựa trên biểu thức toán học để thể hiện hình ảnh
bằng đồ họa máy tính.
Mỗi hình học cơ bản được thể hiện bởi các đường và bề mặt. Tất cả các
đường, được xác định bởi điểm đặc trưng để xác định phương trình của nó. Các
điểm đặc trưng tạo thành một vector. Như vậy, vector biểu diễn các kí tự đường
và màu sắc bề mặt. Điều này dẫn đến khái niệm vẽ nhiều lớp – tức là đường
cong có thể được chồng phủ. Hiện tượng này có thể không xảy ra trong việc thể
hiện raster bởi vì nó có một lớp, sau đó điểm mới sẽ ghi đè điểm trước đó.
Lợi thế của việc biểu diễn bằng vector là tính tinh vi và độ chính xác của
kết quả. Các đường có thể được chỉnh sửa rất nhanh và cùng lúc. Thật vậy, việc
biểu diễn này liên quan đến số lượng đối tượng đồ họa giới hạn, vì vậy các tập
tin đồ họa là rất nhẹ.
Độ phân giải
Ảnh vector được xác định bởi các biểu thức toán học, chúng có thể được
thu nhỏ hoặc phóng to mà không làm giảm chất lượng. Cụ thể, sự mô tả toán
học của đối tượng chỉ đơn giản là nhân với một tỷ lệ. Ví dụ một đối tượng hình
vuông 1inch sẽ được nhân với 2 để tăng kích thước lên gấp đôi. Do đó biểu thức

toán học được tính toán lại để tạo ra đối tượng có kích thước gấp 2 lần đối tượng
ban đầu. Do vậy biểu thức toán học được tính toán lại để tạo ra một đối tượng có
kích thước gấp 2 lần đối tượng ban đầu. Vì vậy, hình ảnh vector có thể được tạo
12
ra với bất kì độ phân giải nào mà một máy in có thể tạo ra được. Không giống
với ảnh raster, chất lượng ảnh vector không giới hạn bằng cách quét độ phân
giải.
Hình 1.11: ảnh vector với các tỷ lệ khác nhau
Màu sắc
Từ khi các ảnh vector bao gồm các đối tượng, đối tượng vector màu giống
như được tô với bút màu trong sách màu. Sử dụng chương trình vẽ, người sử
dụng có thể dễ dàng thay đổi màu của các đối tượng riêng rẽ bằng cách kich vào
bên trong đối tượng và xác định màu của nó, cùng với việc xác định chiều rộng
của dòng. Ảnh màu vector thường dễ hơn ảnh màu raster
Kích thước tập tin
Lưu trữ hình ảnh vector chỉ cần mô tả toán học. Vì lý do này, các tập tin
vector thường rất bé trong kích thước của tập tin. Hầu hết các biểu tượng dựa
trên vector đều có kích thước dưới 100 kB. Vì lý do này, tập tin vector lý tưởng
cho việc chuyển giao qua Internet.
Định dạng tập tin
Các định dạng vector phổ biến bao gồm EPS (Encapsulated PostScript),
WMF (Windows Metafile), AI (Adobe Illustrator), CDR (CorelDraw), DXF
(AutoCAD), SVG (Scalable Vector Graphics) and PLT (Hewlett Packard
Graphics Language Plot File).
Màn hình hiện đại và máy in là các thiết bị raster, định dạng vector được
chuyển đổi sang định dạng raster trước khi chúng được hiển thị hoặc in ra. Hoặc
trong công việc đồ họa, các thiết bị như máy ảnh và máy quét thường cho ra các
13
đồ họa raster tông màu liên tục không thực để chuyển sang vector. Vì vậy một
chỉnh sửa hình ảnh được thực hiện trên điểm ảnh hơn là trên các đối tượng vẽ

được định nghĩa bởi biểu thức toán học.
1.3.2. Ảnh Raster
Một ảnh raster là một cấu trúc dữ liệu mảng 2 chiều thể hiện bởi lưới các
điểm ảnh, các chấm hoặc điểm màu. Một ảnh raster được đặc trưng bởi chiều
rộng và chiều cao của các pixel và số bit trên mỗi pixel. Con số này xác định số
lượng màu sắc có thể thể hiện trong ảnh.
Độ phân giải
Độ phân giải của ảnh raster thể hiện bằng số chấm trên mỗi inch hoặc dpi.
Độ phân giải máy in cũng được đo bằng số chấm trên mỗi inch. Máy in laze để
bàn thông thường in ở 300-600 dpi. Máy in với dpi cao hơn có khả năng tạo sản
phẩm mượt và sạch hơn. Tuy nhiên, chất lượng của một hình ảnh raster phụ
thuộc vào độ phân giải và khả năng của công nghệ in. Ví dụ, một ảnh raster
300dpi sẽ tạo ra kết quả cùng chất lượng trên máy in laze 300 dpi cũng như trên
một máy in 2500 dpi. Bằng cách tăng kích thước của một hình ảnh raster
300dpi, các hình vuông điểm ảnh nhỏ sẽ lớn hơn và tạo các mép sắc cạnh hơn và
không có thông tin nào được thêm vào. Trong trường hợp này, ảnh raster sẽ bị
giảm chất lượng. Ví dụ hình 1.12 thể hiện mép của ảnh raster thông qua hiệu
ứng phóng to. Ngược lại, khi giảm kích thước, các hình vuông nhỏ hơn và hình
ảnh vẫn giữ được cạnh ban đầu nhưng không mịn.
Hình 1.12: Bên trái là ảnh vector ban đầu. Ảnh bên phải minh họa sự
phóng đại 7x như vector và ảnh phía dưới minh họa sự phóng đại như raster.
14
Màu sắc
Ảnh raster là sự sao chụp lại thế giới thực, một số lượng lớn màu sắc sẽ
được yêu cầu làm cho ảnh raster chính xác như nguồn gốc ban của chúng. Ví dụ,
nếu máy quét hoạt động với 24bit màu (16 triệu màu), hầu như mắt người không
thể phân biệt sự khác biệt giữa ảnh gốc ban đầu và ảnh quét raster. Ngược lại,
nếu sử dụng bảng màu với 256 màu sắc, sẽ không tái tạo được màu sắc như gốc
ban đầu. Để làm được việc này, mày quét sử dụng một quá trình gọi là phối màu
tạo ra các màu sắc gần đúng không xuất hiện trong bảng màu hiện tại.

Hình 1.13: Ảnh raster phóng to.
Nhược điểm lớn nhất khi sử dụng ảnh raster nằm ở việc chỉnh sửa và thao
tác với màu sắc ảnh. Ảnh vector là hướng đối tượng trong khi đó ảnh raster là
điểm ảnh có định hướng, để thay đổi màu sắc điểm ảnh, một màu sắc cụ thể
hoặc nhiều màu sắc phải tách ra khỏi phần còn lại để thay đổi. Công việc này là
một thách thức đối với người dùng, thậm chí phải có kinh nghiệm.
Kích thước tập tin
Với mỗi tập tin ảnh raster, một số lượng lớn các thông tin, bao gồm vị trí
chính xác và màu sắc trong lưới điểm ảnh, cần phải được lưu trữ theo dõi để tái
tạo lại hình ảnh. Điều này dẫn đến kích thước tập tin ảnh raster lớn. Độ phân
giải cao (dpi) và độ sâu màu lớn (số bit cho mỗi điểm ảnh) tạo ra những tập tin
có kích thước lớn. Điển hình như logo ảnh đen và trắng sẽ có kích thước tập tin
nhỏ hơn 70kB. Tập tin tương tự lưu dưới dạng 300dpi 24 bit (hàng triệu màu),
logo ảnh raster có thể có kích thước gấp 100 lần (trên 7MB). Khi tạo và quét ảnh
raster, kích thước tập tin raster trở thành vấn đề quan trọng, các tập tin lớn có xu
15
hướng dùng cho bộ vi xử lý máy tính và ổ cứng. Việc chuyển giao các tập tin
lớn trên Internet (hơn 1MB) yêu cầu kết nối internet tốc độ cao trên cả hai đầu
để việc đưa lên và tải được đúng lúc.
Định dạng tập tin
Định dạng ảnh raster phổ biến bao gồm BMP (Window Bitmap), PCX
(Paintbrush), TIFF (TagInterleave Format), JPEG (Joint Photographics Expert
Group), GIF (Graphics Interchange Format), PNG (Portable Network Graphic),
PSD (Adobe PhotoShop) và CPT (Corel Photo PAINT).
Các công cụ đồ họa hoàn hảo sẽ kết hợp hình ảnh từ các nguồn vector và
raster và cung cấp các công cụ chỉnh sửa cho cả hai, từ một vài bộ phận của một
ảnh có thể đến một nguồn ảnh và hơn nữa có thể được vẽ sử dụng công cụ
vector.
1.4. Tổ chức thông tin địa lý
1.4.1. Các lớp bản đồ

GIS tổ chức thông tin địa lý thành các lớp. Một lớp là một sự thể hiện dữ
liệu địa lý trên bản đồ. Ví dụ, lớp vector là tập hợp các yếu tố địa lý đơn của
cùng một loại như mạng lưới đường (thể hiện bởi các đoạn), ranh giới các lô đất
(vùng)….Ví dụ lớp raster bao gồm một bề mặt độ cao, ảnh vệ tinh, sử dụng đất
v.v…Trong khung dữ liệu, mỗi lớp đại diện cho một dữ liệu địa lý cụ thể được
hiển thị và bao phủ bởi các lớp khác tạo thành một đại diện địa lý quan trọng
trong thế giới thực.
16
Hình 1.14: Biểu diễn nhiều lớp địa lý
1.4.2. Chủ đề dữ liệu
Dựa trên các khái niệm chủ đề dữ liệu, thông tin địa lý trong GIS được
phân chia thành một loạt các lớp thông tin địa lý theo logic chứ không phải một
tập hợp ngẫu nhiên các đối tượng. Do đó, người dùng có thể tổ chức thông tin
theo nhiều chủ đề dữ liệu khác nhau mô tả sự phân bố của một hiện tượng và
làm thế nào mỗi chủ đề thể hiện trên một phạm vi địa lý.
Nhiều chủ đề dữ liệu được thể hiện tốt nhất bởi một lớp dữ liệu duy nhất
như loại đất hoặc địa điểm tốt. Các chủ đề khác giống khung vận chuyển, được
thể hiện bởi nhiều lớp, trong đó mỗi đối tượng (như đường, nút giao, cầu, đường
dốc, đường cao tốc, đường sắt… ) được thể hiện bởi một lớp riêng biệt.
Hình 1.15: các chủ đề của một vùng
Mỗi hệ thống thông tin địa lý GIS có thể bao gồm nhiều chủ đề cho một
khu vực địa lý phổ biến. Tập hợp các chủ đề hoạt động như một ngăn xếp các
lớp. Mỗi chủ đề được quản lý như một thông tin độc lập với các chủ đề khác.
Mỗi một chủ đề có một sự thể hiện riêng và có thể là tập hợp các điểm, đường,
vùng, bề mặt, raster… Bởi vì các lớp được tham chiếu không gian, có thể
chúng chồng chéo lên nhau và được hiển thị trong một màn hình hiển thị bản đồ
17
phổ biến. Vì vậy các hoạt động phân tích GIS như phép giao vùng có thể kết hợp
thông tin giữa các lớp để khám phá và làm việc với các mối quan hệ không gian.
Các khái niệm chủ đề dữ liệu lớp cơ bản có thể hiểu rằng:

• Tất cả các lớp phải được tham chiếu địa lý đến một vị trí trên Trái đất vì
thế chúng có thể kết nối với nhau. Quá trình tham chiếu địa lý được thực
hiện bằng cách xác định hệ tọa độ địa lý của mỗi bộ dữ liệu.
• Các lớp có thể được kết hợp bằng nhiều cách như xếp theo thứ tự các lớp
trong một bản đồ hoặc khai thác sử dụng hoặc dùng lệnh. Các hoạt động
địa lý có thể làm việc với các mối quan hệ bên trong và giữa các lớp.
• Các lớp GIS có thể được kết hợp từ nhiều nguồn và nhiều người sử dụng.
Trong thực tế, hầu như người dùng phụ thuộc vào nhau về các phần dữ
liệu mà học muốn sử dụng. Vì thế, khả năng tương tác trở thành đối tượng
cơ bản trong GIS.
1.5. Hệ tọa độ và tham chiếu địa lý
1.5.1. Tham chiếu địa lý
Tất cả yếu tố trong bản đồ có một vị trí địa lý cụ thể và khả năng chúng
nằm trên bề mặt trái đất. Vì thế để tham chiếu địa lý một vật gì đó nghĩa là để
mô tả sự tồn tại của nó trên bề mặt trái đất. Thuật ngữ này được sử dụng khi
thiết lập mối quan hệ giữa ảnh raster hoặc vector và hệ tọa độ hoặc khi xác định
vị trí không gian của các đối tượng địa lý khác. Ví dụ bao gồm thiết lập vị trí
chính xác của một bức ảnh hàng không trong một bản đồ hoặc tìm kiếm tọa độ
địa lý của một địa chỉ đường nào đó. Vì thế tham chiếu địa lý là bắt buộc với mô
hình dữ liệu địa lý trong các lĩnh vực của hệ thống thông tin địa lý.
18
Hình 1.16: Thực hiện tham chiếu một đối tượng địa lý.
1.5.2. Hệ tọa độ trong GIS
Một hệ thống tọa độ là một hệ thống sử dụng tọa độ để xác định duy nhất
vị trí một điểm hoặc các yếu tố địa lý khác trên mặt đất. Có hai loại hệ tọa độ
phổ biến sử dụng trong GIS:
• Một hệ thống tọa độ toàn cầu như gồm kinh độ, vĩ độ. Hệ thống này
thường được gọi là hệ tọa độ địa lý.
• Một hệ quy chiếu dựa trên phép chiếu bản đồ. Tồn tại các phép chiếu bản
đồ khác nhau cung cấp các kĩ thuật khác nhau để chiếu bề mặt hình cầu

của trái đất lên mặt phẳng tọa độ hai chiều Descart. Hệ quy chiếu cũng
được gọi là phép chiếu bản đồ.
Hệ tọa độ địa lý
Một hệ tọa độ địa lý là hệ tọa độ cho phép tất cả các vị trí trên bề mặt trái
đất được xác định bởi một tập hợp các số. Tọa độ thường được chọn gồm một số
đại diện cho vị trí thẳng đứng, hai và ba con số đại diện cho vị trí nằm ngang.
Một lựa chọn phổ biến là kinh độ và vĩ độ.
Kinh độ và vĩ độ
Là những góc đo từ tâm trái đất đến một điểm nào đó trên bề mặt trái đất.
Vĩ độ là góc được đo theo hướng Bắc Nam. Đường xích đạo có góc 0. Thông
thường, phía Bắc bán cầu xác định vĩ độ bằng cách đo trực tiếp, còn ở Nam bán
cầu vĩ độ được xác định bằng cách lấy 180 trừ đi số đo được. Kinh độ là góc đo
theo hướng Đông Tây, cách đo kinh độ truyền thống dựa trên kinh tuyến gốc, đó
là một đường tưởng tượng chạy từ Bắc Cực, qua Greewich ở Anh rồi đến Nam
Cực. Đường này có kinh độ là 0.
19
Hình 1.17: Vị trí điểm đo là 40 độ vĩ và 50 độ kinh
Mặc dù kinh độ và vĩ độ có thể xác định vị trí chính xác trên bất kì vị trí
nào trên bề mặt toàn thế giới, nhưng chúng không thống nhất về đơn vị. Dọc
theo đường xích đạo, khoảng cách biểu diễn bởi 1 độ kinh tuyến gần bằng
khoảng cách biểu diễn bởi 1 độ vĩ tuyến.
Hình 1.18: các đường kinh tuyến và vĩ tuyến
Ở trên và dưới đường xích đạo, các vòng tròn xác định các đường song
song của vĩ tuyến dần trở nên nhỏ hơn cho đến khi chúng trở thành một điểm
duy nhất ở Bắc và Nam cực. Khi kinh tuyến hội tụ về các cực, khoảng cách thể
hiện bởi 1 độ kinh giảm xuống bằng 0. Ví dụ, một độ kinh ở xích đạo tương
đương với 111.321 km, trong khi đó ở 60 độ vĩ, nó chỉ khoảng 55.802km. Kinh
độ và vĩ độ không có tiêu chuẩn chiều dài, khoảng cách hoặc diện tích không thể
đo đạc chính xác hoặc hiển thị dữ liệu dễ dàng trên bản đồ phẳng. Hiệu quả việc
phân tích GIS và ứng dụng bản đồ đòi hỏi một khung tọa độ ổn định, được cung

cấp bởi hệ quy chiếu
Hệ quy chiếu sử dụng tọa độ Descart
Hệ quy chiếu là bất kì hệ tọa độ nào được thiết kế cho một bề mặt phẳng.
Hệ tọa độ Descart 2D và 3D cung cấp kĩ thuật mô tả vị trí địa lý của các đối
tượng địa lý sử dụng các giá trị x, y và z. x, y thể hiện vị trí trên bề mặt trái đất
và z thể hiện chiều cao so với mực nước biển.
Hệ tọa độ Descart 2 chiều
Là hệ tọa độ sử dụng 2 trục: trục ngang x đại diện 2 hướng Đông – Tây và
trục dọc y đại diện 2 hướng Bắc – Nam. Điểm giao nhau của các trục là gốc. Vị
20
trí các đối tượng được xác định tương đối so với vị trí gốc sử dụng các kí hiệu
(x,y), trong đó x nói tới khoảng cách dọc theo trục ngang và y nói tới khoảng
cách dọc theo trục đứng. Gốc được xác định là (0,0). Ví dụ, hình 1.19, kí hiệu
(4,3) cho thấy điểm cách 4 đơn vị trên trục x và 3 đơn vị trên trục y so với gốc.
Hình 1.19: Hệ tọa độ Descart 2D
Hệ tọa độ Descart 3 chiều
Là hệ tọa độ sử dụng thêm giá trị z để xác định độ cao so với mực nước
biển. Kí hiệu (2,3,4) hình 1.20 chỉ một điểm cách gốc tọa độ 2 đơn vị theo
hướng trục x, 3 đơn vị theo hướng trục y và có độ cao là 4 đơn vị so với bề mặt
trái đất, cũng như 4 đơn vị so với mực nước biển.
Hình 1.20: hệ tọa độ Descart 3D
Kể từ lúc trái đất hình cầu, một thách thức phải đối mặt là làm thế nào để
thể hiện thế giới thực sử dụng hệ tọa độ phẳng. Quá trình chuyển thế giới thành
bề mặt phẳng gọi là chiếu, do đó thuật ngữ chiếu bản đồ ra đời. Ví dụ các
phương pháp chiếu bản đồ khác nhau được minh họa trong hình 1.21.
21
Không giống như hệ tọa độ địa lý, một hệ quy chiếu có chiều dài không
đổi, các góc và khu vực trên hai chiều. Tuy nhiên, tất cả phép chiếu bản đồ thể
hiện bề mặt trái đất tạo ra sự biến dạng một số mặt như khoảng cách, diện tích, tỉ
lệ hoặc phương hướng (hình 1.22). Phụ thuộc vào ứng dụng người dùng, nhiều

phép chiếu bản đồ được thiết kế phục vụ các mục đích đặc biệt. Một phép chiếu
này có thể được sử dụng để giữ nguyên hình dạng và một phép chiếu khác có
thể được sử dụng để giữ nguyên diện tích.
`Các thuộc tính của phép chiếu bản đồ là những thông số quan trọng để
xác định hệ tọa độ cho mỗi bộ dữ liệu GIS và mỗi bản đồ. Với các thuộc tính
này, vị trí địa lý của các yếu tố tập dữ liệu có thể được chiếu lại và chuyển đổi
sang một hệ tọa độ thích hợp. Kết quả là nó có thể tích hợp và kết nối các thông
tin từ nhiều lớp GIS. Đây là một khả năng cơ bản của GIS vì vị trí chính xác là
cơ sở của hầu hết các hoạt động GIS.
Hình 1.21: Các phương pháp khác biệt của phép chiếu bản đồ.
Hình 1.22: Biến dạng trong phép chiếu bản đồ
22
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POSTGIS RASTER
2.1. Giới thiệu
ORACLE GEORaster là một thành phần hỗ trợ các đối tượng liên tục
trong ORACLE. Tuy nhiên, nó có vẻ phức tạp và rắc rối đối với người dùng ít
kinh nghiệm. Do đó PostGIS Raster được thiết kế để khắc phục nhược điểm này.
Thực tế này sẽ được chứng minh thông qua mục đích của PostGGIS Raster và
sự khác nhau giữa kiến trúc của PostGIS Raster và Oracle GEORasters, lưu trữ
vật lý, chỉ mục, chồng lớp, và một số hoạt động chủ yếu khi làm việc với dữ liệu
raster.
PostGIS Raster, một phần mở rộng của PostGIS, thực thi một loại dữ liệu
raster mới, phù hợp với sự đa dạng của các ứng dụng bằng cách đạt được 4 mục
tiêu:
Đơn giản và bổ trợ
Đầu tiên là một loại raster được thiết kế để thích hợp với sự đa dạng của
ứng dụng, sau đó mục tiêu đầu tiên của PostGIS Raster là cung cấp bộ nạp đơn
giản để nạp raster vào cơ sở dữ liệu. Bộ nạp cho phép người dùng nạp một hay
nhiều raster cùng lúc. Kiểu dữ liệu mới này bổ sung cho PostGIS đã có loại dữ
liệu vector và làm việc giống các loại vector khác, nhưng thay vì kết hợp các

yếu tố hình học, raster có liên quan đến một cấu trúc dữ liệu ma trận.
Tích hợp trong suốt với Vector
PostGIS Raster cung cấp một tập các hoạt động và các chức năng tương
tự những cái có sẵn cho vector để hổ trợ raster. Bằng cách này, người sử dụng có
thể sử dụng kiến thức về vector để thao tác tương tự khi sử dụng các hoạt động
và chức năng. Do đó sẽ tăng cường sự tương tác giữa người sử dụng với ứng
dụng địa lý.
Với các nhà phát triển, một mô hình SQL cho cả raster và vector sẽ giúp
chúng ta viết được các ứng dụng GIS tốt hơn. Các nhà phát triển sẽ xây dựng
một giao diện người dùng đồ họa độc đáo đối với cả hai loại dữ liệu vector và
raster.
23
Lưu trữ linh hoạt
Ngoài việc lưu trữ truyền thống (lưu trữ trong cơ sở dữ liệu), PostGIS
Raster cho phép người sử dụng đăng kí đơn giản dữ liệu của ảnh raster lưu trữ
trong tập tin hệ thống (lưu trữ ngoài cơ sở dữ liệu). Khi lấy những raster ngoài
cơ sở dữ liệu từ cơ sở dữ liệu, chúng truy cập trực tiếp từ file hệ thống.
Tính thừa kế và mở rộng của PostGIS Raster
PostGIS Raster sử dụng thư viện GDAL (Geospatial Data Abstraction
Library) để nạp raster vào cơ sở dữ liệu và làm việc với raster ngoài cơ sở dữ
liệu. Với GDAL, PostGIS Raster có thể làm việc với gần một trăm định dạng
file.
Những chức năng bổ sung làm cho PostGIS Raster không chỉ là một định
dạng raster mới mà còn là một sự bổ sung rất cần thiết cho PostGIS.
2.1.1. So sánh PostGIS Raster với Oracle GEORaster
a. Kiến trúc
Kiến trúc chung
Nhìn chung, công cụ hỗ trợ dữ liệu raster gồm 5 thành phần:
Đặc tính Oracle GeoRASTER PostGIS Raster
SQL API Chuẩn SQL

Một tập các chức năng SQL
dành cho dữ liệu vector và
raster
Truy cập vào dữ
liệu raster
Java, Oracle Call Interface (OCI),
Oracle C++ Call Interface
(OCCI), và GeoRaster SQL API
PostGIS SQL API
Các công cụ
nhìn thấy
Oracle Fusion Middleware
MapViewer, Open-JUMP
QGIS và gvGIS
Nhập/ xuất dữ
liệu
Trích xuất, chuyển đổi và nạp
(ETL)
GDAL cho phép nạp một
hay nhiều raster.
Định dạng dữ
liệu
6 tiêu chuẩn định dạng ảnh:
GeoTIFF, DEM, PNG, BMP, GIF,
Nhiều định dạng ảnh khác
như GDAL cho phép
24
and JPEG
Kiến trúc dữ liệu
25

Trong Oracle GeoRASTER, mỗi ảnh được lưu trữ như mội đối tượng
riêng của SDO_GEORASTER. Một bảng GeoRaster là bảng có ít nhất một cột
SDO_Georaster. Đối tượng SDO-GeoRaster bao gồm dữ liệu (metadata) và
thông tin về cách lấy dữ liệu Georaster được lưu trữ trong một bảng khác, gọi là
bảng dữ liệu Raster (RDT). Dữ liệu GeoRaster là một đối tượng SDO-Raster –
đối tượng bao gồm cột đối tượng nhị phân lớn Binary Larger Object (BLOB) gọi
là RASTERBLOCK lưu trữ các khối raster ( phần chính của dữ liệu raster có
thể được chia nhỏ thành nhiều khối nhỏ để lưu trữ và phục hồi tốt nhất).
Hình 2.1: Kiến trúc cơ sở dữ liệu Georaster
Các thông tin khác liên quan đến đối tượng GeoRaster có thể được lưu trữ
trong cột hay bảng riêng, ví dụ như bảng giá trị thuộc tính (VAT).
Đơn giản hơn, PostGIS Raster chỉ sử dụng một loại raster để lưu trữ một
ảnh raster, giống như một loại hình học, raster là một loại rất phức tạp, nó nhúng
thông tin raster của chính nó với tham chiếu địa lý.