Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ gis trong việc quản lý và điều tiết không gian phủ sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

— ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

DUONG SON LAM

NGHIEN CUU VA UNG DUNG CONG NGHE
GIS TRONG VIEC QUAN LY VA DIEU TIẾT
KHONG GIAN PHU SONG
CHUYEN NGANH:

KHOA HOC MAY TINH

MA SO: 8.48.01.01

LUAN VAN THAC SI KHOA HỌC
ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC:
PGS. TS. NGUYEN MAU HAN

Thừa Thiên Huế, 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực. TAt ca các tài liệu tham khảo

đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo qui định cho lời cam đoan của mình.

Tác giả luận văn

Dương Sơn Lâm


LOI CAM ON
wa

trinh hoc tap chương trình cao học Khoa Học Máy Tính tại trường

a Hoc
nghiệp của

- Đại học Huế,

đặc biệt là trong

q trong làm

luận văn tốt

nình, tơi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ rất nhiều của các thầy cơ,

gia đình, bạn bè và các cơ quan chun mơn.
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đặc biệt đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Mậu

Hân, người đã định hướng cho tôi lựa chọn để tài và trực tiếp hướng dẫn tơi

trong q trình thực hiện luận văn, giúp tơi rất nhiều để bản thân vượt qua những

khó khăn nhất định hồn thành luận văn đúng thời hạn.

Tơi xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại
học Khoa học - Đại học Huế đã day bảo tận tình cho tơi trong suốt thời gian học tập

tại trường: Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu nhà trường, phòng
Đào Tạo Sau Đại học, Ban Chủ Nhiệm

Khoa khoa Công Nghệ

Thông Tin đã tạo

nhiều điều kiện cho chúng tơi trong q trình học tập.
Đặc biệt, để hồn thành luận văn này, tơi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều

từ cơ quan chuyên môn là VNPT

Phú Yên. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Lãnh

đạo cơ quan, các bộ phận chức năng, các đồng nghiệp đã tạo điều

nhất có thé cho tơi và chia sẽ nhiều thông tin quý bau.

—*

loi

\

Cuối cùng, tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân đã

ln ln động viên và khuyến

khích tơi trong quá trình

văn của mình.

học tập và thực hiện luận

+
Thừa Thiên Huế, ngày 26 tháng 3 năm

L

Tác giả luận văn
Dương Sơn Lâm

2020


MỤC LỤC
.0J:8 ¡00190090 e1 .-.......,H,.....
ID. 0/28/1006 0001415

ý 00001011577 ..............

i
ii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ,........................
- 22 2° 2£ ©2s©+2+tExecxeexxecrxerxerrerrkerree iii

MODAU

1

Chuong 1. TONG QUAN VE GIS ....scsessessessssssssesssssessesssssecsscsssssssessussecsucsecsnssesans 3
1.1. DẪN NHẬP......................................2.22
2221221221221 2212212121212
xe 3

12. ĐỊNH NGHĨA GI§.......................2-52 512222211211212112112222212
re 3
1.3. CÁC THÀNH PHẦN CỦA GI§........................
52-52 5225221221121121121212222.22 e6 4
1.3.1. Phần cứng.........................
2-2222 12112112112112112112112121212121212222 xe 5
1.3.2. Phần mềm..........................
2 22212112111121121121121121121212121122122221 xe 6

1.3.3. Dữ liệu.................................2-2
12212 2221211211212
21222. 6
1.3.4.

tu on...

1...

7

1.3.5.

Phương pháp.......................c c nn nn nh HH Hy TH
Hà HH nu 7

1.4. CHỨC NĂNG CỦA GI§.........................-522225221221121121121121121121212212222
2e 7
1.4.1.

Thu thập dữ liệu.........................n1 nền nh hy nà Hà Hành gen nay 8

1.4.2. Lưu trữ dữ liệu........................-.25c 2222121112112...
re 9
1.4.3. Truy vấn dữ liệu.......................-.
52-2222 22221 21212222222
ye 10

1.4.4. Phân tích dữ liệu..........................-..
522 212ES1222221221122.21EEE..E.erre 10
1.4.5. Hiển thị đữ liệu...............................
52.22221221 2222222222
re 11
1.4.6. Xuất dit MQW

cele ce cce ese ese eensetitittittetsittittittitsittntntenteess 11

1.5. CƠ SỞ DỮ LIỆU TRƠNG GIS.......................
522222 2222221221221222222.22 2e 11
1;3.]:

J2 liệu Không: ø1aNiissaszessrisnsotoettirtitttitgtDDiSESIUEBODIHIRSWHEE-8PDSV8ESNH 12

1;5.2:

J2ữ liệu phi Không gIAD;zzesszissszoesuriinnitothoitGSESIUEBODIBIRSDHEDD-30PDSV8PSMH 15

1.5.3.

Mối quan hệ giữa dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính........................ 15

1.6. UNG DUNG GIS TRONG CÁC LĨNH VỰC.......................--- 5222222222226 16
1⁄7. TIỂU KÉT CHƯƠNG l..........................
52-222 2222122122121 22121222222 e 17


Chương2.
2.1.

CÁC KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG BẢN ĐÒ CHO GIS.......... 18

BẢN ĐỎ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÊ HIỆN BẢN ĐÒ................................... 18
2.1.1. Các đối tượng bản đồ.....................
S5 2S 21121221221221221221221222222 se 18
2.1.2. Phương pháp thể hiện bản đổ ........................
ee ee ee eee teteeeeeeeee 19

225

2.3.

KHA NANG PHAN TÍCH DỮ LIỆU TRONG GI§..............................------- 20

2.2.1. Tìm kiếm. . . . . . . . . . . -.

22-2212 22122122122122122122121212221221222222
re. 21

2.2.2. Vùng đệm. . . . . . . . . . .

2. 222212112211 2111121122122112212212
re 21

"50

on)... ............Ö5....

QA.

Tinh digi tach oo... cccccccccscsessssessvessessesssesseesetetsaresscsasetetssetsissretsnesees 29

CƠ SỞ XÂY DỰNG BẢN DO ooo ooo coos cece se sete teste 2222

22

rree 23

2.3.1. Cơ sở toán học của bản đồ........................
2 5 2S 2122122122122...
xe. 23
2.3.2. Phép chiếu bản đồ........................
22 S25 21121121221221221221221221221222222 re. 24
2.3.3. Nội dung của bản đồ........................

20: 25222 22 212211221211221222.11 1
xe 30
24.

2:55

CÁC THUẬT TOÁN XÉP CHÒNG BẢN ĐÒ............................... 222222 30
2.4.1.

Các phương pháp trong xếp chồng bản đồ.......................
2222 222222212222522 31

2.4.2.

Các phép toán trong xếp chồng bản đồ.......................
222 S2 212112122122222e2 31

2.4.3.

Thuật toán giao của hai đa giác .......................
cọc nhe
32

THUẬT TỐN VỮNG ĐỆM KHƠNG GIAN .........................--522 22222222 36
Ð.5:].

Ta@ vũng ÊM

ssssestesrrpngtitigtEDIDDIIOEDOUORRIUEBRDIERREUHBEUIDPDWSPNNASPNHM 36

2.5.2.

Một số phép tốn buffer thơng dụng.......................5-22 2212522122122122122222e2 37

2/9:3, 2XỮ lý trong DUÍÍGT ssssssrntoesbneSSEDLEPRDDEEHRVEEIONEIEESHBBRSAGBRIBINESHRE 37
2.6.

MOT SO THUAT TOAN TIM DUONG DI TOI UU UNG DUNG

TRONG GIS ooooccccccccsscsssesseessssssesetsessressitaretsssvessitaressstarersvessessearesieseesaveese 38
2.6.1. Phat bidu bai tod...

occ cece ese cseeseeeeetesentensettentetteneettetsensensenees 38

2.6.2.

“Thuadttoan Dij ksttavercecsnscecseonerna ennai

eee

38

2:63.

Thuattoan Bellman: Ford: cscccsseccmanmeneanemneennenenenn 39

2.6.4. Thuat tod A* oo.ccccccccccccccessssssessessessessressessetsisaressesaresitsseeteisareteesees 39
2i:

ARCVIEW TRONG THIẾT LẬP BẢN ĐỎ SỐ..................... 5222222222222

2.7.1. Giới thiệu VỀ ATCVI€W ............... 2c n TỰ HH1

HH

re

xe 39
39


2.7.2.

Quy trình cơng nghệ sản xuất bản đồ......................
2225 S3 2112122122122. 2e. 40

2.7.3.

Các khái niệm cơ bản trong ATCVI©W................. chen

re 44

2.8. TIỂU KẾT CHƯƠNG 2.......................
2. 2 22221221221221221221221221212222 re. 45
Chương 3. ỨNG DỤNG GIS QUẢN LÝ VÙNG PHỦ SÓNG............................... 46
3.1. THỰC TRẠNG VÙNG PHU SÓNG VINAPHONE TẠI PHÚ YÊN........... 46
3.2. YÊU CÂU ĐẶT RA............................Ặ222212212212122211222121122
ra 47
3.3. QUY TRINH XAY DUNG BAN DO VA CSDL CHUYEN DE QUAN

LÝ TRẠM BTS. . . . . . . . . . . -2

2522122121111

ya 49

3.3.1.

Thu thập nội dung thơng tin dữ liệu trạm BTS.............................--.-: 50

3.3.2.

Phân tích nội dung dữ liệu trạm BÏTS.........................se niiseireres 52

3.3.3. Thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu........................-.-252 22222212212212212222 2e 54
3.3.4.

Xây dựng danh mục và nhập siêu dữ liệu ............................--.--+55: 56

3.3.5.

Chuẩn hóa và chuyển đổi dữ liệu.......................--52-22222222 212212122226 60

3.4. XAY DUNG HE THONG QUAN LY THONG TIN VUNG PHU SONG

TẠI PHÚ YÊN. . . . . . . . . . .

2-22 2S22112151111122111111111121222221
2a 62

3.4.1. Giới thiệu hệ thống..........................

5222222222 212212212112222221
xe 62
3.4.2.

3.5.

Các chức năng chính của chương trỉnh.........................ccscscccscsscsrrssres 63

TIỂU KÉT CHƯƠNG3............................................Ặ.
2222222222222
e 70

KET LUẬN VA HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................
55555 S55 S5 Sxesxesxesxerxerrerx 71

IV. 08019000279 0804:701177 ..................
Phụ lục 1.

73

Giao diện khai thác ArCV€Ww......................
Ăn HH
HH
ngư, 74


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1

Bảng số trạm BTS trên địa bàn tỉnh...................
c2 2212222221211 khen
ky

Bang 3.2 Bảng dữ liệu trạm BTS
Bang 3.3

Bang thuộc tính cơ sở dữ liệu trạm BTS..........................càc
Si


DANH MUC TU VIET TAT
BO

Bentley — Ottmann — Thuat toan quét dong

BTS

Base Transceiver Station

CSDL

Cơ sở dữ liệu

ESRI

Environmental System Research Institute

GIS

Geographic Information System

UTM

Universal Transverse Mercator

il


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỊ THỊ

Hình I.I Hệ thống thơng tin địa lý (theo ESR])......................
5-22 22222122122122122122122 2e 4

Hinh 1.2 Các thành phần của GIS.......................-2-22 2222212212212212212112212112112121 212 2e6 5
Hinh 1.3 Sơ đồ tổ chức một hệ phần cứng của GIS........................
2-22 22222222122122122122xe6 5

Hình 1.4 Phần mềm GIĐ....................22-55: 2222222122222... E2 tre
Tỉnh 1ð

6

/Các:chữcnăng:của GIÁ seiriosoietiniotTltlo9BlÐBSEIGSSIBINEERDRNENREEENHERTNGSRRRS 8

Hình 1.6 Thu thập dữ liệu trong GIS...

eeeceneee eee eeeeeteenteeeresnteetenerenteens 9

Hình 1:7 1:ưu trữ dữ liễu trong GIẢ :zzszoesiisrnsgartiitiitiitiesyttBgiiitposvitoiffnitseayds 10

Hình 1.8 Hiển thị đữ liệu trong GI§.......................
522. 2222212212112122112112212222222.
xe. 11
Hinh 1.9 M6 hinh luu trét di ligu khong gianni...

ee eeeee ere eeeeerenteeeeeenes 13

Hình 1.10 Biểu diễn bản đồ vectơ....................
óc nhe
reo 13
Hình 1.11

Dé liéu Raster .....0..

coco ccceececceceseessecseeceeceesenentttsseteeeteesenensenaes 14

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và đữ liệu thuộc tính.................... 16
Hình 2.1

Ứng dụng thuật tốn logic trong tìm kiếm khơng gian.......................---5255¿ 21

Hiin.2 BS eure bên: ổƠunggeessnoinstiuinnttintitttrrirgtttotrdlDDT0G000001100020801/00800000008 24
Hinh 2.3

Cac dang mat vé va mat Chiéu trai GAC.

eee cccecccccccececesescsesescevsvseevevevseees 25

Hinh 2.4 Chia mặt cầu thành các múi chiếu 6° theo các kinh tuyến.......................-. 26

Hình 2.5

Cộng đồng sử dụng phần mềm GIS........................
2222222 12212E12222212222222222222e. 40

Hình 2.6

Sơ đỗ về quy trình cơng nghệ sản xuất bản đồ.......................
2222222 2E222c2E2222 41

Hình 2.7

Mơ hình cơ sở dữ liệu. . . . . . . . . . .

ce cecccccceeecceceesesenstssseeeeseeesesenseneaes 43

Hình 3.1 Lớp bản đồ trạm BTS. . . . . . . . . . .

. 22 2 21251211211211212212212222222222.
re. 48
1H


Hình 3.2 Mơ hình ứng dụng GIS trong quản lý các trạm BTS cấp cơ sở............... 49
Hình 3.3 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS Trạm BTS.................................. 50
Hình 3.4

Lược đồ CSDL Trạm BTS......................--:
22 22211 2222 trưng 54

Hình 3.5 Giao diện nhập siêu dữ liệu trạm BÏTS...........................
2c cà he
rrree 60
Hình 3.6 Mơ hình chuẩn hóa và chuyển đổi dữ liệu trạm BTS....................-ccscss5¿ 61
Hình 3.7 Lớp bản đỗ trạm BTS đã được chuẩn hóa ................-.
5.2 222251 23551525552 62
Hình 3.8

Giaor0iEn shnh/biện tị tannsnsntrgistitototg90S00905000000G0000000900090000001905000000 63

Hình 3.9 Giao diện đăng nhập hệ thống.......................2S 2S121121221221221221222.22 e6 64
Hình 3.10

Chức năng:quấn. TÌszz:sezsestaeentttretsiGESIEBAEISEIGMGHPDN3SPSSV8SAS3
tinh tia
64

Hình 3.11

Giao diện đổi mật khẩu .......................---:
222 22212 22 HH
hướng 65

Hình 3.12

Quản trị người sử dụng .......................óc
c2 S nhà nhà he

Hình 3.13

Chức năng tìm kiếm........................--22
22 22222222111111111111111111222222 1e 66

Hình 3.14

Tìm kiếm theo khơng gian......................
222222 22222225215113125111111111111.1. 1.12 67

Hình 3.15

Cap nhat tram, 3 TS weerses nun enmeseeneomnennyce
meee emer enermmse rem mnenteman

Hình 3.16

Giao diện Quy hoạch trạm BTS mới ...........................5c5: s cv
69

Hình 3.17

Thống kê trạm danh sách trạm BTS hết hạn kiểm định.......................---: 69

1V

65

68


MỞ ĐẦU

Hệ thống thông tin dia ly (Geographic Information Sestem - gọi tắt là GIS)
được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu khơng gian, có rất nhiều
ứng đụng trong các lĩnh vực khác nhau. Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng
vai trị như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động.

GIS bắt đầu thâm nhập vào Việt Nam từ thập niên 90:.Trong những năm gần
đây, Việt Nam đã có nhiều nỗ lực trong việc ứng đụng khoa học và cơng nghệ trong
đó có cơng nghệ thơng tin địa lý vào phục vụ cho việc xây dựng kế hoạch đầu tư,

quản lý và vận hành hệ thống trạm phát sóng thơng tin di động phục vụ cho nhu cầu
phát triển kinh tế xã hội hội nhập và sự chỉ đạo của các cấp chính quyền từ trung
ương đến địa phương. Trong chương trình phát triển cơng nghệ quốc gia của Việt
Nam, Đảng và Nhà nước luôn dành một vị trí quan trọng cho ứng dụng cơng nghệ
GIS nhằm

hồn thiện và tin học hóa quản lý nhà nước trong nhiều lĩnh vực, nhiều

ngành nghề, góp phần hồn thành mục tiêu cuộc cách mạng công nghệ 4.0 sâu rộng
trên tồn quốc.
Ở trong nước, có một số để tài đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả. Nỗi bật

với đề tài nghiên cứu, ứng dụng GIS nhằm quản lý quy hoạch đô thị, quản lý nhân
lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống cơng ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát
vùng biển, cứu hoả, bệnh tật...

Những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực Viễn thông cũng đang được nhiều
người quan tâm đến, ví dụ như việc chỉ ra được các điểm đen (vùng khơng có sóng
di động hay sóng yếu) trên cơ sở đó nhà quản trị định hướng quy hoạch vùng phủ
sóng để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho khách hàng.
Với sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà mạng Viễn

thông, chất lượng dịch

vụ là yếu tố mà các nhà lãnh đạo luôn đặt lên hàng đầu.

Vấn để đặt ra là làm thế nào để quản lý chất lượng sóng ở mọi vùng miễn,
đầu tư các trạm phát sóng (BTS — Base Tranceiver Sftation) đúng vị trí để phát huy


hiệu năng cao nhất, tối ưu vùng phủ sóng di động và giảm chỉ phí đầu tư, vận hành
dàn trải. Tại tỉnh Phú Yên, ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực này cịn khá
mới. Chính vì vậy, việc nghiên cứu lý thuyết và kế thừa các nghiên cứu trước đây là
rất cần thiết. Trước tình hình này, tơi thực hiện luận văn “Nghiên cứu và ứng dụng

công nghệ GIS trong việc quản lý và điều tiết không gian phủ sóng” để giúp đơn vị
và Ngành quản lý số liệu, dữ liệu vùng phủ sóng trong thời gian đến, phục vụ cho
việc quy hoạch và đầu tư đảm bảo chất lượng mạng lưới tốt nhất cho khách hàng,
giữ vững thương thiệu VNPT-Vinaphone tại Phú n nói riêng và tồn Tập đồn
nói chung.
Bồ cục luận văn gồm có 3 chương:
Chương l1: Trình bày tổng quan về cơng nghệ GIS: định nghĩa, giới thiệu về
các thành phần và chức năng cũng như cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý, ứng
dụng của công nghệ GIS, sự cần thiết và khả năng ứng dụng cơng nghệ GIS trong
quản lý vùng phủ sóng di động.
Chương 2: Trình bày các kĩ thuật trong xây dựng bản đồ cho GIS: các công
cu, cơ sở, phương pháp xây dựng bản đồ. Ngoài ra, trong chương này giới thiệu về
các thuật tốn về xếp chồng bản đơ, thuật tốn tìm đường đi tối ưu ứng dụng trong
GIS và giới thiệu sơ lược về phần mềm Arcview.
Chuong 3: Trinh bay tng dung GIS quản lý vùng phủ sóng mang di dong
VNPT Vinaphone.

TONG QUAN VE GIS
11.

DAN NHAP
Hệ thống thông tin dia ly GIS (Geographic Information Systems) la mét hé

thống thông tin trên máy tính được sử đụng để số hóa các đối tượng địa lý thực
cũng như các sự kiện liên quan (các thuộc tính phi khơng gian liên kết với khơng
gian địa lý) tạo thành đữ liệu địa lý, từ đó cung cấp các cơng cụ cho phép phân tích,
đánh giá và khai thác các dữ liệu địa lý đó, trong những năm gần đây đã có nhiều
ứng dụng cho nhiều ngành nghề khác nhau trong cuộc sống.
Công nghệ GIS với các chức năng như: thu thập, quản lý, phân tích và tích
hợp các thơng tin được gắn với bản đỗ trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào
được xem là công cụ đặc lực hỗ trợ tốt trong các hoạt động kinh tế, xã hội, đô thị, y

tế, quốc phịng...

đặc biệt là Ngành viễn thơng được áp dụng sớm và nhiều nhất

trong việc quản lý vùng phủ sóng đi động (các trạm BTS), cũng như các thiết bị
hoạt động trên mạng lưới.

GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ)
gắn với các thơng tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt
động theo lãnh thổ.
12.

ĐỊNH NGHĨA GIS

Một hệ thống thông tin địa lý là một công cụ cho việc tạo ra và sử dụng

thông tin khơng gian. Tuy nhiên, hiện nay có nhiều định nghĩa, quan niệm hay cách
nhìn nhận và cách hiểu khác nhau về GIS, do GIS là một công nghệ mới phát triển
nhanh, có ứng dụng trong nhiễu lĩnh vực hoạt động của con người. GIS có thể định

nghĩa như sau:
“Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phân hệ
(subsystem) có khả năng biển đôi các dữ liệu dia ly thành những thông tin có Ích” —
theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson,

1977.

3


“Hệ thông tin dia lý là một hệ thống quản trị cơ sở đữ liệu bằng máy tính đề
thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị khơng gian” — theo định nghĩa của National
Center for Geographic Information and Analysis, 1988.
“Hệ thơng tin địa lý là một tập hợp có tơ chức bao gồm phần cứng, phần
mém máy tính, đữ liệu địa lý và con người,

được thiết kế nhằm muc dich nam bdt,

lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích, kết xuất” — theo định nghĩa Environmental

System Research Institute (ESRI).
Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông
tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các

thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thơng tin địa lý để phục vụ
một mục đích nghiên cứu nhất định [1].

Hình 1 1 Hệ thống thông tin địa lý (theo ESRI)

13.

CAC THANH PHAN CUA GIS
Công nghé GIS bao gồm 5 thành phần chính như & Hinh

1.2: Phan mém;

Phần cứng, Dữ liệu, Con người và Phương pháp. Các thành phần này kết hợp với
nhau nhằm tự động hóa quản lý và phân phối thông tin thông qua biểu diễn địa lý.

4


Co sé Nit liên

Hinh 1.2 Cac thanh phan cia GIS
1.3.1. Phần cứng

Í

ì

=

Thiết b| nhận dạng

Kkláy Scan)

———.

a)

km

nỉ

lý thủng

tìm

SoCs

Thiết bị số hóa

S|

Trạm

xử

thất bước hon

đt

CD-ROM

Thiết hị đà họa
KwMláy

vế

Internce

Bg i"

Hình L3

—

—

Milby i

` las sige

Sơ đồ tổ chức một hệ phần cứng của GIS

Phần cứng thường là các máy vi tính. Ngồi ra, các thiết bị ngoại vi dùng cho
máy vẽ (plofters), máy in (printer), máy số hóa

nn

việc nhập và xuất dữ liệu như:

(digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners) và các phương tiện lưu trữ số liệu như C.D
ROM... cũng rất cần thiết.

1.3.2. Phần mềm
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng và đo nhiều hãng khác nhau sản xuất.
Theo thời gian, phần mềm GIS phát triển ngày càng thân thiện với người dùng, tồn
diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả hơn. Nó cung cấp các
chức năng và cơng cụ để phân tích, hiển thị, lưu trữ thơng tin địa lý.

Phần mềm GIS gồm (Hình 1.4)
Cơng cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Giao điện đồ họa người - máy
Cơng cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

Thu tha

=P

Giao dién
người dùng

Quan tri CSDL
Phan tich

Hiển thị,

báo cáo
thống kê

Hình 14 Phần mém GIS

1.3.3. Dữliệu

khơng gian


Dữ liệu trong GIS chứa các thông tin không gian và các thơng tin thuộc tính
kết hợp chặt chẽ với nhau. Dữ liệu không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng
trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nào đó. Nó có thể biểu diễn dưới dạng ô lưới

hay các cặp tọa độ hay cả hai, tùy vào khả năng của từng phần mềm cụ thể. Dữ liệu
thuộc tính hay cịn gọi là dữ liệu phi khơng gian thường được trình bày dưới dạng
bảng. Sự kết hợp giữa dữ liệu không gian và đữ liệu thuộc tính trong GIS là cơ sở
để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hop GIS [1].

1.3.4.

Con người
Con người tham gia vào việc thiết lập, khai thác và bảo trì hệ thống một cách

trực tiếp hay gián tiếp. Có hai nhóm người quan trọng quyết định sự tổn tại và phát
triển của GIS là người sử đụng và người quản lý sử dung GIS.
Người sử dụng GIS bao gồm các thao tác viên, kỹ thuật viên hỗ trợ kỹ thuật
và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau có sử dụng thơng tin địa lý. Người sử
dụng trở thành một thành phần của GIS khi tiến hành các thao tác phân tích khơng
gian và mơ hình hóa.
1.3.5.

Phương pháp
Một hệ GIS thành cơng theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được

mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tô chức.

1.4.

CHUC NANG CUA GIS
Chức năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý để giải quyết hiệu quả các

van dé trong thế giới thực [1] (Hình 1.5), đó là:
-

Thu thập dữ liệu
Lưu trữ dữ liệu

-

Truy vấn dữ liệu


-

Phân tích dữ liệu

-

Hiển thị dữ liệu

=

Xuất dữ liệu
Hiện tượng
quan sắt

Tài liệu và bản
đỗ giấy

Thu thập dữ
liệu

Dữ liệu
thô
Hiển thị và ` | Thiết bị đơ
tượng tắc

họa

Tìm kiếm và
phân tích

Diễn giải

Hinh 1.5 Cac chitc nang cua GIS

1.4.1. Thu thập dữ liệu
Dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu địa lý.
Việc thu thập dữ liệu là một vấn đề hết sức quan trọng. Một hệ thống thông tin địa

lý phải cung cấp các phương pháp đề nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu dạng bảng.

8


Hồ sơ, bảng biểu
:

\ Ze

2Š

ca
SS

ie

CSDL GIS

Anh vién tham

Hinh 1.6 Thu thap dit liéu trong GIS

1.4.2.

Luu tra da liéu
Để lưu trữ dữ liệu địa lý, có hai mơ hình cơ bản là vector và raster.
Trong mơ hình dữ liệu vector, đối tượng địa lý được biểu diễn tương tự như

cách biểu diễn trên bản đồ.
Mơ hình dữ liệu raster biểu diễn các đối tượng bằng cách sử dụng một lưới
được bao gồm

nhiễu ô. Giá trị của các ô mô tả vị trí các đối tượng. Định dạng dữ

liệu raster phù hợp với bài tốn phân tích khơng gian và lưu trữ các dữ liệu dạng
anh [1].

Dữ liệu dạng raster khơng thích hợp trong việc quản lý đất vì ranh giới của
các đối tượng chưa được phân biệt rõ ràng


CSDL GIS

LAN

CSDLGIS
{geodata file)

(geodatabase)

—_

C

CSDL GIS
SEPVEP
(geodatabase) 7 °”" °

Mơ hình một

Mỏ hình nhiều

người sử dụng

INTERNET

A

CSDL GIs
(geod atabase)
Mỏ hình mạng

người + dụng

tsän cầu

Hình 1.7 Lưu trữ đữ liệu trong GIS

1.4.3. Truy vấn dữ liệu
Người đùng có thể truy vấn thơng tin đồ họa hiển thị trên bản đồ. Các truy
vấn thường được tạo ra bởi các câu lệnh hoặc biểu thức logic, sử dụng để chọn ra

các đối tượng trên bản đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở đữ liệu.
1.4.4.

Phân tích dữ liệu
Đây là chức năng quan trọng nhất của GI§. GI§ cung cấp các cơng cụ cần

thiết để phân tích dữ liệu khơng gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai
dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới. Một hệ thống GIS có khả

năng phân tích các mối quan hệ không gian giữa các tập dữ liệu để trả lời câu hỏi và
giải quyết vấn đề mà người dùng đặt ra.
Có ba phương pháp phân tích thơng tin địa lý phổ biến [1]:
- _ Phân tích gần kể xấp xỉ: xác định mối quan hệ gần giữa các đối trong
-

Phân tích chồng xếp: kết hợp các đối tượng của 2 lớp dữ liệu để tạo ra
một lớp mới.

-

Phân tích mạng

lưới:

để giải quyết các bài tốn như mạng

thơng, mạng lưới thủy văn...
10

lưới giao


1.4.5. Hién thi dữ liệu
Công cụ này dùng để hiển thị các đối tượng địa lý sử dụng nhiều ký hiệu

khác nhau. Kết quả hiển thị đó là ban dé, đồ thị hoặc các báo cáo.

Hình L8

Hiển thị dữ liệu trong GIS

1.4.6. Xuất dữ liệu
GIS với càng nhiều dạng đầu ra khác nhau thì khả năng tiếp cận thơng tin và
đối tượng chính xác càng cao.
1.5.

COSO DU LIEU TRONG GIS
Cơ sở dữ liệu (Database) là một kho dữ liệu, phần lớn đữ liệu có thể truy cập,

lưu trữ và chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau.
Cơ sở dữ liệu GIS là thành phần quan trọng nhất của hệ thống thông tin địa
lý GIS. Dữ liệu được thu thập trong hệ thống thông tin địa lý thường là:
-

Dưới dạng số như bản đồ số hóa, CSDL, bang tinh, anh vé tinh...

-

Phi số hóa như bản đồ giấy, ảnh chụp, các bản vẽ...

-

Dữ liệu trắc địa

- _ Tổng hợp từ các nguồn khác.
11


Cơ sở dữ liệu trong GIS gồm 2 phần cơ bản: dữ liệu không gian (dữ liệu bản

đồ) và dữ liệu phi khơng gian (dữ liệu thuộc tính) [2].
1.5.1.

Dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của nó được xác định

trên bề mặt Trái Dat [6]. Dữ liệu không gian sử dụng trong hệ thống địa lý luôn xây
dựng trên một hệ thống tọa độ. Dữ liệu có thể khai thác từ các tư liệu như:
Ảnh vệ tinh
Bản đồ trực ảnh
Bản đồ nên địa hình lập từ ảnh vệ tinh

Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất
Bản đồ địa chính
Bản đồ địa lý tổng hợp từ các bản đồ địa hình.
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 lý:

Diém (Point)
Duong (Line)
Vung (Polygon)

Ô lưới (Grid cell)
Ký hiệu (Sympoll)

Điểm ảnh (Pixel)

12

Raster/Ảnh

Véc to

=

Thế giới thực

Hình 19 Mơ hình lưu trữ dữ liệu khơng gian
Dữ liệu khơng gian có 2 mơ hình lưu trữ là Vector và Raster (Hình 1.9). Mơ
hinh Raster str dụng lưới để thể hiện đặc trưng không gian. Mơ hình đữ liệu Vector
sử dụng các điểm và tọa độ của chúng để xây dựng các đặc trưng không gian như
điểm, đường, vùng. Nhiều hệ thống thông tin địa lý sử dụng cả hai mơ hình đữ liệu
Raster và Vector.

a.

Mơ hình dữ liệu Vector

Dữ liệu dạng Vector được trình bày dưới dạng điểm,

đường

và vùng, mỗi

dang có liên quan đến một số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu [Š].

W as __—aBiinh viện „

¢

we

View

/

:

„ —

Cáccơngình
cơng cộng

Hình 1.10 Biểu diễn bản đồ vecfơ

13


Mơ hình dữ liệu Vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không

gian cơ sở và tổ hợp của chúng (Hình 1.10). Ví đụ: với bản đồ có tỉ lệ nhỏ thì thành
phố được biểu diễn bằng điểm. đường đi, sơng ngịi được biểu diễn bằng đường.
Khi tỉ lệ thay đổi thì kéo theo việc biểu diễn các thực thể cũng thay đổi. Tỉ lệ lớn
hơn, thành phố được biểu diễn bởi vùng có ranh giới. Khi tỉ lệ lớn hơn nhiều, thành
phố có thể được biểu diễn bởi tập các thực thể tạo nên các đối tượng nhà cửa, đường
xa...
Mơ hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng

hay các điểm rời rạc để nhận

biết vị trí của thế giới thực.

b.

Mơ hình dữ liệu Raster

Dữ liệu dạng Raster là dữ liệu được tạo thành bởi các ơ lưới có độ phân giải
xác định. Dữ liệu này có thể là dữ liệu thơ như ảnh vệ tỉnh hay file ảnh hoặc là dữ

liệu không gian của một số phần mềm GIS.

Hinh 1.11

Dit liéu Raster

Mơ hình dữ liệu dang Raster phan anh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng
một lưới các ơ vng hay điểm ảnh

(Hình 1.11). Các nguồn dữ liệu xây dựng nên

dữ liệu Raster có thể là:

-

Qwét anh
14


- _ Ảnh máy bay, viễn thám

- _ Chuyển từ đữ liệu vector sang
- _ Lưu trữ dữ liệu dạng raster
Mơ

hình dữ liệu dạng raster là mơ

hình dữ liệu GIS

được dùng phổ biến

trong các bài tốn về mơi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên.
1.5.2.

Dữ liệu phi không gian
Dữ liệu phi khơng gian diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ giữa các hình

ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng.
Có hai loại dữ liệu thuộc tính:
- _ Dữ liệu thuộc tính định lượng: mơ tả các yếu tố định lượng như kích
thước, diện tích.
-_

Dữ liệu thuộc tính định tính: mơ tả các yếu tố định tính như phân lớp,
kiểu, tên, tính chất.

1.5.3.

Mối quan hệ giữa dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính
GIS sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại đữ liệu thông qua bộ

xác định hay chỉ số Index, đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đổ, đều được gắn các

thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng.
Qua đó, người dùng có thể tra cứu, tìm kiếm

và chọn lọc các đối tượng theo yêu

cầu.
Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thể hiện
theo so dé sau:

15