TIỄU LUẬN: Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng dụng của GIS doc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG………………










TIỄU LUẬN

Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng
dụng của GIS

1

LỜI CẢM ƠN


Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Thông tin , trường đại học
Giao Thông vận tải TP. HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và
thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Đặng Nhân Cách đã tận tình
hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin
đã tận tình giảng dạy , trang bị cho em những kiến thức quý báu trong năm vừa qua.
Chúng con xin chân thành cảm ơn Ông Bà, Cha Mẹ đã luôn động viên ủng hộ
vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua.
Chúng em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và ủng hộ của các anh chị bạn bè
trong quá trình thực hiện khóa đề tài.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép
nhưng chắc chắn sẽ ko tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được
sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Quốc Phòng - Nguyễn Mạnh Cường
2


MỞ ĐẦU
Từ vài thập niên trở lại đây, công nghệ GIS (Geographical Information
Systems) đã có những bước phát triển và ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực địa lý,
mà trong nhiều lĩnh vực khác của khoa học và của cuộc sống hàng ngày như: đô thị

hóa, thương mại, phát triển cơ sở hạ tầng, bản đồ điện tử, hoạt động quân sự v.v
Hiểu theo cách đơn giản nhất, GIS bao gồm các lớp thông tin về một địa điểm nhằm
tăng thêm khả năng hiểu biết về địa điểm này. Từ một góc độ khác GIS là sự ứng
dụng liên giao giữa công nghệ thông tin và lý thuyết địa lý. Một trong những thế
mạnh của công nghệ địa tin học này là khả năng bản đồ hóa (mapping) các thông tin
và các kiểu cơ sở dữ liệu khác nhau nhằm đưa ra một bộ cơ sở dữ liệu cho phép
người sử dụng có thể lưu trữ, xử lý, phân tích, lựa chọn, loại trừ thông tin v.v…, nói
chung là hàng loạt các thao tác liên quan đến thông tin, để phục vụ cho một mục
đích chuyên biệt nào đó. Hiện tại ở các nước tiên tiến GIS có thể nói là phát triển
ngày càng mạnh tuy nhiên ở Việt Nam GIS còn hạn chế và ít phổ biến vì vậy chúng
em đã thực hiện đề tài “ Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng
dụng của GIS”.
Mục đích của đề tài là tìm hiểu rõ hơn về GIS và các ứng dụng của GIS, tác
dụng của GIS trong cuộc sống hiện nay. Giới thiệu cho mọi người biết về GIS và
ứng dụng của nó trong các lĩnh vực. Từ đó nhận ra tầm quan trọng của nó trong
cuộc sông hiện đại với kỹ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ ….

3

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2
Chương 1: GIỚI THIỆU 9
1.1 GIS là gì 9
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển đến nay: 10
1.2.1 GIS với Việt Nam: 11
1.3 Giới thiệu mô hình công nghệ GIS: 12
Chương 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA GIS 14
2.1 Phần cứng : 14
2.2 Phần mềm : 14
2.3 Dữ liệu : 15

2.4 Con người : 15
2.5 Phương pháp: 16
Chương 3: CÁCH THỨC LÀM VIỆC CỦA GIS 17
3.1 Tham khảo địa lý: 17
3.2 Mô hình vector và Raster: 17
3.2.1 Mô hình vector: 18
3.2.2 Mô hình raster: 18
3.2.3 Phân tích các yếu tố: 18
Chương 4: NHIỆM VỤ CỦA GIS 28
4.1. Thu thập dữ liệu: 29
4.2. Lưu trữ và truy cập dữ liệu 30
4.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian 32
4.3.1 Buffer ( Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian ) 32
4.3.2 Geocoding ( Tìm kiếm theo địa chỉ ). 34
4.3.3 Network ( phân tích mạng ). 35
4.3.4 Overlay ( phủ trùm hay chồng bản đồ ) 37
4.3.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề). 39
4.4 Hiển thị bản đồ 40
4

4.5 Xuất dữ liệu . 42
Chương 5 : DỮ LIỆU CHO GIS 43
5.1 Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS: 43
5.1.1 Mô hình dữ liệu vector 43
5.1.2 Mô hình dữ liệu raster 49
5.1.3 Mô hình dữ liệu TIN 54
5.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS 58
5.3 Các thành phần dữ liệu bản đồ chức năng 60
Chương 6: CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN 61
6.1.Thành lập bản đồ: 61

6.1.1 Desktop mapping: 61
6.1.2 Mapinfo: 61
6.1.3 ArcGIS desktop: 62
6.2.CAD ( trợ giúp thiết kế nhờ máy tính ) 63
6.3.Viễn thám và GPS ( hệ thống định vị toàn cầu) 63
6.4. DBMS ( hệ quản trị cơ sở dữ liệu): 64
6.5. Internet và network computer ( mạng máy tính và truyền thông) 64
Chương7: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG GIS 65
7.1.Các lĩnh vực dùng chung, chia sẽ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS 65
7.1.1 Trắc địa: 65
7.1.2 Bản đồ: 65
7.1.3 Viễn Thám: 65
7.2.Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý , phân
tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định 66
7.2.1 Quản lý và điều tra tài nguyên: 66
7.2.2 GIS với môi trường: 71
7.2.3 Hoạt động về nghiên cứu khoa học trong các trường đại học và viện
nghiên cứu: 72
Chương 8: PHÁT TRIỂN GIS TRONG ỨNG DỤNG TƯƠNG LAI 74
5

8.1 GIS trên Internet ( ArcGIS Server ) 74
8.2 Khung GIS chuẩn 75
8.3 Chi phí thấp. 75
8.4 Các ứng dụng web 75
8.5 Các mẩu ứng dụng web 75
8.6 Hỗ trợ đa miền. 76
8.7 Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình. 76
8.8 Các phần mở rộng của Arc GIS server. 76
8.9 Cung cấp nhiều tài nguyên cho các lập trình viên 76

Chương 9: KẾT LUẬN 79
6

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mô hình công nghệ GIS.
Hình 3.1: Định dạng dữ liệu Vector và Raster
Hình 3.2: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan.
Hình 3.3: Mặt Cầu và mặt Elip
Hình 3.4: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu
Hình 3.4: Minh họa cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng.
Hình 3.5: Mặt chiếu hình tròn.
Hình 3.6: Mặt chiếu hình trụ.
Hình 3.7: Các vị trí của mặt phẳng phương vị.
Hình 4.1: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
Hình 4.2: Buffer bên trong một hình có bán kính xác định.
Hình 4.3: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ.
Hình 4.4: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông.
Hình 4.5: Phép hợp.
Hình 4.6: Phép giao.
Hình 4.7: Phép đồng nhất.
Hình 5.1: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector.
Hình 5.2: Đối tượng point trên bản đồ.
Hình 5.3: Đối tượng line trên bản đồ.
Hình 5.4: Đối tượng polyon trên bản đồ.
Hình 5.5: Buffer
Hình 5.6: Defference
7

Hình 5.7: Clip
Hình 5.8: Intersect.

Hình 5.9: Convex hull.
Hình 5.10: Sysmetric diffence.
Hình 5.11: Cut.
Hình 5.12: Union.
Hình 5.13: Bản đồ với dữ liệu Raster.
Hình 5.14: Hình chụp từ máy bay.
Hình 5.15: Biến đổi từ dữ liệu vector sang raster.
Hình 5.16: Mảng cell và bảng thuộc tính.
Hình 5.17: Biểu diễn các đối tượng cơ sở trong Raster.
Hình 5.18: Chuyển đổi dữ liệu raster sang vector.
Hình 5.19: Bản đồ với mô hình dự liệu TIN.
Hình 5.20: Mô hình cấu trúc mạng TIN.
Hình 5.21: Biểu diễn TIN từ trước đối tượng cơ bản.
Hình 5.22: Tam giác trong mạng.
Hình 5.23: Độ dốc bề mặt tam giác.
Hình 5.24: Các đối tượng hình học cơ bản trong TIN.
Hình 7.1: bản đồ kiểm soát mực nước ngầm.
Hình 7.2: Kiểm soát và phục hồi mực nước ngầm.
Hình 7.3: Phân tích hệ thống song ngòi.
Hình 7.4: Quản lý các lưu vực sông.
Hình 7.5: Kiểm soát các nguồn nước.
8

Hình 7.6: TP Brno.
Hình 7.7: Mô phỏng tài nguyên đất.
Hình 7.8: Phân tích xu hướng xây dựng.
Hình 7.9: Tài nguyên đất.
9

Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 GIS là gì
Hệ Thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các
sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ
liệu thông thường (như 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 được cung cấp duy nhất từ các
bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và
khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích
các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược).
Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô
nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng.
Khi xác định một công việc kinh doanh mới (như tìm một khu đất tốt cho
trồng chuối, hoặc tính toán lộ trình tối ưu cho một chuyến xe khẩn cấp), GIS cho
phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn
đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trước đây không thực hiện
được. GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các
doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề.
Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực
thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ. Trước
công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông
tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định.
Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của
hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới. GIS được dạy trong các trường phổ thông,
trường đại học trên toàn thế giới. Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức
được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS. GIS là một hệ thống
10

có ứng dụng rất lớn. Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa
ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng
đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực. Có ba định

nghĩa được dùng nhiều nhất :
- GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trng
một hệ toạ độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để
thao tác với dữ liệu đó.
- GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác,
phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất.
- GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và
hiển thị dữ liệu bản đồ.
1.2 Lịch sử hình thành và phát triển đến nay:
Theo nhiều tài liệu cho thấy, lịch sử hình thành GIS không được cụ thể lắm
bởi lẽ những khái niệm tương tự GIS đã tồn tại ngay từ khi xuất hiện con người, từ
khi con người có nhu cầu đi lại, sinh hoạt, buôn bán, Mặc dù vậy, sự đóng góp rất
lớn và rất tích cực của Giáo sư Roger Tomlinson vào năm 1963 đã khiến thế giới
phải công nhận ông chính là cha đẻ của GIS (Father of GIS).
Roger Tomlinson là người xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL)
đầu tiên trên thế giới. Đó là Hệ thống thông tin địa lý quốc gia Canada (Canada
Geographic Information System). Ngoài ra, ông còn được biết đến như là người đầu
tiên đưa ra thuật ngữ GIS.
Chúng ta cùng nhau đi ngược lại lịch sử để thấy sự ra đời kỳ diệu của GIS.
Như chúng ta cũng biết, năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer Graphics) bắt
đầu hình thành và phát triển. Sự khó khăn trong việc sử dụng các thiết bị kinh điển
để khảo sát những bài toán phức tạp hơn đã dẫn đến hình thành ngành Bản đồ máy
tính (Computer Cartographic) vào những năm 1960. Cũng thời gian này, nhiều bản
đồ đơn giản được xây dựng với các thiết bị vẽ và in. Tuy nhiên, chỉ khoảng 10 năm
11

sau, năm 1971 khi chip bộ nhớ máy tính được phổ biến, các ngành liên quan đến đồ
họa trên máy tính thật sự chuyển biến và phát triển mạnh.
Tuy nhiên, nói đến GIS, chúng ta cũng có thể nghĩ đến việc lưu trữ và truy
vấn dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian đồ sộ. Những lý thuyết và thực tế về cơ

sở dữ liệu và hệ thống thông tin ra đời vào cuối những năm 60, đầu những năm 70
là một đóng góp khác cho sự ra đời của GIS.
Vào những năm 1950, các lực lượng quân sự bắt đầu sử dụng viễn thám môi
trường (Environmental Remote Sensing) trong các công tác đặc biệt. Sự "chuyển
nhượng" công nghệ viễn thám từ quân sự sang dân sự vào những năm 1960 là một
động lực khác thúc đẩy GIS.
GIS sẽ không là GIS nếu nó không thực hiện các bài toán phân tích không
gian (Spatial Analysis). Một lớp bài toán phân tích không gian kinh điển đó là
chồng lớp (Overlay). Những lý luận ứng dụng đại số bản đồ (map algebra) vào
những năm 60 trong các ứng dụng quy hoạch giúp bổ sung thêm một "bệ phóng"
nữa cho "tên lửa" GIS.
Tất cả những ý tưởng trên dường như được hội tụ vào cùng một thời điểm.
Roger Tomlinson là một trong những người nhạy bén đón nhận những tinh hoa đó
và chuyển thành một GIS.
GIS ngày nay không chỉ dừng lại ở mức công nghệ mà nó đã tiến lên nhiều
nấc đến khoa học (Geographic Information Science - GISci) và dịch vụ (Geographic
Information Services).
1.2.1 GIS với Việt Nam:
Tại Việt Nam, mặc dù được biết đến từ khá sớm, nhưng mãi phải đến sau
năm 2000, tức sau khi có được những kết quả đầu tiên về việc tổng kết chương
trình GIS quốc gia ở Việt Nam, GIS mới thực sự được chú ý đến và bước đầu phát
triển. Hàng loạt chương trình GIS với sự tham gia của các trường đại học, các viện
nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước đã được triển khai. Trong đó tiêu
12

biểu phải kể đến Dự án quản lý nước sạch ở Hà Nam, Dự án quản lý nước ở Hoà
Bình, Dự án thử nghiệm trong quản lý khách du lịch ở Động Phong Nha hay Dự án
hợp tác với đại học Quảng Nam làm về GIS của các chuyên gia Nhật Bản Đó là
chưa kể một số dự án tư nhân, quy mô nhỏ lẻ, phát triển tự phát theo nhu cầu đã bắt
đầu phát triển và khá rầm rộ trong thời gian gần đây

1.3 Giới thiệu mô hình công nghệ GIS:
Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:


Hình 1.1: mô hình công nghệ GIS

 Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi
giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…
 Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung
cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích
hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông tin thế giới thực
thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và
chúng có khả năng liên kết với nhau.
13

 Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông
tin. Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì. Kết quả của
xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ.
 Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của
GIS. Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và
định lượng thông tin đã thu thập.
 Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của
các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý
bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng
các bản đồ và ảnh 3 chiều.
14


Chương 2: CÁC THÀNH PHẦN CỦA GIS
2.1 Phần cứng :

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay,
phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung
tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị
mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các thiết
bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá (digitizer), máy
vẽ (plotter), máy quét (scanner)…
2.2 Phần mềm :
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Mỗi công ty xây dựng GIS đều có hệ
phần mềm riêng của mình. Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các công ty phải
xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý. Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao
khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định
nghĩa bảng, quản lý các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý dưới dạng
các đối tượng hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc
khác.
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:
+ Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
+ Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
+ Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
15

2.3 Dữ liệu :
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ
liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp
hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu
không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS (Database
Management System ) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:

 Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị
trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất.
 Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản
cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng.
2.4 Con người :
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể là
những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết
các bài toán không gian theo mục đích của họ. Họ thường là những người được đào
tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác
nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.
Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều
định dạng xuất khác nhau.
Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí…
Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng
các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…
16

Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt.
Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.
Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các
nhu cầu cụ thể.
2.5 Phương pháp:
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
17

Chương 3: CÁCH THỨC LÀM VIỆC CỦA GIS
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề
có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Ðiều này đơn giản nhưng vô cùng
quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong
việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường phân phối của các
chuyến xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự
lưu thông khí quyển toàn cầu.
3.1 Tham khảo địa lý:
Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện (chẳng hạn như
kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham khảo địa lý ẩn
(như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng
hoặc tên đường). Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra các
tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là những mô tả, như
địa chỉ). Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như khu vực rừng hay
địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả đất phục vụ mục
đích phân tích.
3.2 Mô hình vector và Raster:
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác
nhau về cơ bản - mô hình vector và mô hình raster. Trong mô hình vector, thông tin
về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y. Vị
trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y.
Ðối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới
dạng tập hợp các toạ độ điểm. Ðối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay
vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ.
18

Mô hình vector rất hữu ích đối với việc mô tả các đối tượng riêng biệt,
nhưng kém hiệu quả hơn trong miêu tả các đối tượng có sự chuyển đổi liên tục như
kiểu đất hoặc chi phí ước tính cho các bệnh viện. Mô hình raster ddược phát triển

cho mô phỏng các đối tượng liên tục như vậy. Một ảnh raster là một tập hợp các ô
lưới. Cả mô hình vector và raster đều được dùng để lưu dữ liệu địa lý với nhưng ưu
điểm, nhược điểm riêng, Các hệ GIS hiện đại có khả năng quản lý cả hai mô hình
này.
3.2.1 Mô hình vector:
Trong mô hình vector, thông tin về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu
dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y. Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể
được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y. Ðối tượng dạng đường, như đường giao
thông, sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm. Ðối tượng
dạng vùng, như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng
khép kín của các điểm toạ độ.
3.2.2 Mô hình raster:
Một ảnh raster là một tập hợp các ô lưới. Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc
tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các
đối tượng rời rạc.
3.2.3 Phân tích các yếu tố:
Có hai phương pháp chính để lưu trữ thông tin bản đồ: GIS lưu các đối tượng
bản đồ trong định dạng vector và trong định dạng raster.
Trong định dạng vector, các đối tượng bản đồ được biểu diễn bởi các đối tượng
hình học cơ bản point(điểm), line(đường), polygon(vùng). Point dùng xác định các
đối tựợng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay có kích thước quá nhỏ so với
tỷ lệ bản đồ. Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định. Polygon để xác
định các vùng, miền trên mặt đất. Trong định dạng này, thông tin được mô tả có
tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ. Thông tin lưu trong định
19

dạng vector chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng, hệ thống thông tin đất
đai.
Trong định dạng raster, các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi
các điểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật. Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua

chỉ số hàng và cột trong lưới. Trong raster, point sẽ được biểu diễn bởi một điểm
ảnh đơn, line được biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau, và polygon
xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau. Dữ liệu được lưu trong định dạng
này rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn. Raster phù hợp với các
dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng. Raster được ứng dụng nhiều trong phân
tích bề mặt liên tục.

Hình 3.1: Định dạng dữ liệu Vector và Raster.
3.2.3.1 Hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu
Vị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ toạ độ.
Trong GIS, để biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ toạ độ: hệ
toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu.
Hệ toạ độ địa lý là hệ toạ độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở. Một
điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu.
20

Hệ toạ độ quy chiếu là hệ toạ độ hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu
bản đồ nằm trên hệ toạ độ địa lý về một mặt phẳng.

3.2.3.2 Hệ toạ độ địa lý
Hệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên
trái đất.
Đơn vị đo của hệ là độ.
Vì đây là hệ tọa độ gắn liền với trục trái đất nên để xác định vị trí của đối
tượng người ta chia bề mặt trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến. Kinh
tuyến là các đường cong cách đều nhau chạy qua hai điểm cực Bắc và Nam, vĩ
tuyến là các đường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái đất. Giao điểm giữa
kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới.
Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai đường quan trọng nhất được lấy
làm gốc toạ độ đó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là đường xích đạo và

kinh tuyến chạy qua vùng Greenland nước Anh. Giao điểm giữa hai đường này là
gốc toạ độ. Hai đường này cũng đồng thời chia trái đất làm 4 phần bằng nhau: nửa
Bắc và Nam nằm phía trên và dưới của đường xích đạo; nửa Đông và Tây nằm ở
phía bên phải và trái của kinh tuyến gốc.
Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị toạ độ là kinh độ và vĩ độ được
xác định như trong hình vẽ trên. Giá trị này có thể được đo bằng độ theo cơ số 10
hoặc theo độ, phút, giây.
Miền giá trị của vĩ độ: -900 ÷ 900
kinh độ: -1800 ÷ 1800



21


Hình 3.2: Quan hệ tọa độ địa lý trực quan.

Chú ý: chỉ trên đường xích đạo thì khoảng cách một độ của vĩ tuyến mới
bằng khoảng cách một độ trên kinh tuyến. Trên các vĩ tuyến khác khoảng cách này
khác nhau rất nhiều. Người ta tính rằng một độ trên kinh tuyến dài khoảng 111,321
km trong khi 600 trên vĩ tuyến chỉ có độ dài 55,802 km. Chính vì sự khác nhau này
nên ta không thể đo chính xác được chiều dài và diện tích của đối tượng khi dữ liệu
bản đồ được chiếu lên mặt phẳng.
Mặt cầu và mặt Ellipsoid
Trong hệ toạ độ địa lý có hai bề mặt hình cầu được sử dụng đó là: mặt cầu
(tuyệt đối) và mặt Ellipsoid.
Vì bề mặt của trái đất của ta không phải là hình cầu tuyệt đối mà nó gần với
hình Ellipsoid nên mặt Ellipsoid thường được dùng để biểu diễn. Tuy nhiên đôi khi
người ta cũng sử dụng mặt cầu để công việc tính toán dễ dàng hơn. Khi tỷ lện bản
đồ rất nhỏ < 1:5000.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt

cầu và mặt Ellipsoid là không thể phân biệt được bằng mặt thường. Lúc này, mặt
cầu được dùng. Nhưng khi tỷ lệ > 1:1.000.000 thì người ta cần thiết phải dùng mặt
Ellipsoid để đảm bảo độ chính xác. Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt Ellipsoid
phụ thuộc vào mục đích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu.
22



Hình 3.3: Mặt Cầu và mặt Elip
Nếu mặt cầu dựa trên hình tròn thì mặt Ellipsoid lại có cơ sở là hình Ellip.
Hình Ellip được xác định bởi hai bán trục mà ta hay gọi là: bán trục lớn và bán trục
nhỏ. Ta cho Ellip xoay quanh bán trục nhỏ ta sẽ thu được hình Ellipsoid.
Kích thước và hình dạng của Ellipsoid được xác định bởi bán trục lớn a và bán trục
nhỏ b, hay bởi a và hệ số dẹt f :
f = (a - b) / a.
Vì hệ số f rất nhỏ nên người ta thường dùng giá trị 1/f
A = 6378137.0 m
1/f = 298.25722563
3.2.3.3 Hệ toạ độ quy chiếu
Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái
đất lên trên mặt phẳng của bản đồ. Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong
của trái đất lên mặt phẳng và hệ toạ độ quy chiếu ra đời. Hệ toạ độ này luôn lấy hệ
toạ độ địa lý làm cơ sở.
Hệ toạ độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x theo phương ngang và y
theo phương thẳng đứng. Gốc toạ độ là giao điểm của hai trục này. Hai trục giao
nhau đồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ toạ độ địa
lý. Một điểm trên mặt được xác định được xác định bởi cặp giá trị (x, y).
23

Hình 3.4: Mặt phẳng hệ tọa độ quy chiếu
Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song về cơ
bản ta có thể hiểu như sau. Lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ
toạ độ địa lý theo một hình trụ đứng. Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các
điểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ. Thực chất của
việc này là chiếu các ô lưới lên bề mặt phẳng. Mở tờ bìa ra ta có kết quả của phép
chiếu. Nhìn vào tấm bìa ta nhận thấy, các ô lưới đã thay đổi khá nhiều (biến dạng),
co lại hoặc dãn ra. Càng xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn. Điều này gây
nên sự thay đổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian.
24


Hình 3.4: Minh họa cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng.
Sau đó người ta dùng các công thức toán học để tương ứng toạ độ của bề mặt
cong lên toạ độ mặt phẳng chiếu.
Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc
sử dụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ
liệu.
Các phép chiếu cơ bản
Trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản và thường được sử dụng
nhất đó là phép chiếu với mặt chiếu: mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng
phương vị.
Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các
điểm tiếp xúc. Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay là tiếp tuyến
(trong trường hợp là đường thẳng). Các điểm này có vai trò rất quan trọng, vì độ
biến dạng của phép chiếu trên những điểm này bằng không. Độ biến dạng sẽ tăng
khi khoảng cách giữa điểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng.