Chương 3. Mô hình và cấu trúc dữ liệu không gian potx

Chương 3
MÔ HÌNH VA
MÔ HÌNH VA
Ø
Ø
CA
CA
Á
Á
U TRU
U TRU
Ù
Ù
C
C
D
D
Ư
Ư
Õ LIE
Õ LIE
Ä
Ä
U KHÔNG GIAN
U KHÔNG GIAN
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.1. GIỚI THIỆU
Thực thể không gian (spatial entity) là sự vật, hiện
tượng tồn tại trong thế giới thực.
Đối tượng không gian (spatial object) là những thực
thể không gian được biểu diễn trong máy tính.

Th
Th
ế
ế
gi
gi
ớ
ớ
i th
i th
ự
ự
c
c
D
D
ữ
ữ
li
li
ệ
ệ
u GIS
u GIS
-
-
Truy v
Truy v
ấ
ấ

n thơng tin
n thơng tin
-
-
C
C
ậ
ậ
p nh
p nh
ậ
ậ
t d
t d
ữ
ữ
li
li
ệ
ệ
u
u
-
-
Phân t
Phân t
í
í
ch, mơ h
ch, mơ h

ì
ì
nh h
nh h
ó
ó
a
a
-
-
Hi
Hi
ể
ể
n th
n th
ị
ị
, xu
, xu
ấ
ấ
t d
t d
ữ
ữ
li
li
ệ
ệ

u
u
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.1. GIỚI THIỆU
Mô hình không gian là sự đơn giản hoá thế giới thực,
là tập những phần tử biểu diễn các thực thể không
gian trong thế giới thực.
Mô hình dữ liệu không gian tương ứng với tập các
nguyên tắc để chuyển thế giới thực thành các đối
tượng không gian được miêu tả một cách logic.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.1. GIỚI THIỆU
Dữ liệu số về các đối
tượng không gian được
biểu diễn trong máy tính
dưới dạng nhò phân theo
mô hình raster hoặc vector.
- Mô hình raster biểu diễn
các thực thể theo một bề
mặt liên tục
- Mô hình vector biểu
diễn các thực thể theo một
bề mặt rời rạc
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.1. GIỚI THIỆU
Mô hình raster: các đối
tượng không gian được
chia thành những ô lưới
bằng nhau gọi là điểm ảnh
(pixel), mỗi điểm ảnh chỉ có

một thuộc tính.
Mô hình vector: các đối
tượng không gian được
biểu diễn như những điểm,
đường, vùng.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.1. GIỚI THIỆU
- Mô hình hóa dữ liệu là tiến trình xác đònh và tổ chức
dữ liệu về thế giới thực trong những tập dữ liệu số để
có được những thông tin cần thiết.
- Mô hình dữ liệu không gian là tổ chức dữ liệu về
thế giới thực một cách logic theo một sơ đồ nào đó.
- Cấu trúc dữ liệu là quy tắc sắp xếp dữ liệu trong
máy tính phù hợp với mô hình dữ liệu đã chọn, phục
vụ cho việc quản lý, lưu trữ và truy vấn.
- Đònh dạng dữ liệu là hiện thực cấu trúc dữ liệu theo
một giải thuật nào đó.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Đối tượng không gian là phần tử của tập mô hình
không gian tượng trưng cho thực thể không gian trong
thế giới thực.
Trong GIS, mỗi thực thể không gian có thể được biểu
diễn thành những đối tượng dạng điểm, đường, vùng,
bề mặt hoặc khối.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng
dạng điểm như
những đòa vật đặc

trưng trong các bản
đồ tỉ lệ nhỏ được
biểu diễn trong
không gian 0-D
Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng
dạng đường như tim
đường giao thông
được biểu diễn
trong không gian 1-D
Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng có
dạng vùng phẳng
như sông hồ được
biểu diễn trong
không gian 2-D
Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng có
dạng của một mặt
cong bất kỳ như bề
mặt đòa hình, được
biểu diễn trong
không gian 2.5-D
Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS

Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng
dạng hình khối như
đường hầm, cầu
vượt được biểu diễn
trong không gian 3-D
Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Nhiều đối tượng tự nhiên có đặc tính tương đồng
trong lúc quan sát khi được phóng to, tính đồng dạng
khi thay đổi tỷ lệ.
Trong thế giới thực, các thực thể không gian có thể
liên tục trong không gian như nhiệt độ, độ ẩm, hoặc
gián đoạn trong không gian như loại hình sử dụng đất,
nhà ở,
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Các đối tượng không gian cũng có thể được nhóm
theo hai loại khác nữa tùy theo chúng thuộc loại “tự
nhiên” hay “ phi tự nhiên”.
Các đối tượng không gian tự nhiên tương ứng với
các thực thể không gian rời rạc có thể nhận diện được
trong thế giới thực.
Các đối tượng phi tự nhiên là các thực thể được con
người tạo ra như đường bao đất đai hay một pixel.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN















a) D
a) D
ư
ư
õ lie
õ lie
ä
ä
u
u
đ
đ
ie
ie
å
å
m

m
đ
đ
o
o
ä
ä
cao
cao
la
la
ø
ø
đ
đ
o
o
á
á
i t
i t
ư
ư
ơ
ơ
ï
ï
ng không gian
ng không gian
t

t
ự
ự
nhiên giơ
nhiên giơ
ù
ù
i ha
i ha
ï
ï
n theo
n theo
đ
đ
ònh ngh
ònh ngh
ó
ó
a
a
b) D
b) D
ư
ư
õ lie
õ lie
ä
ä
u mẫu

u mẫu
đ
đ
ie
ie
å
å
m bao go
m bao go
à
à
m nh
m nh
ư
ư
õng
õng
đ
đ
o
o
á
á
i t
i t
ư
ư
ơ
ơ
ï

ï
ng không gian t
ng không gian t
ự
ự
nhiên
nhiên
đư
đư
ơ
ơ
ï
ï
c
c
giơ
giơ
ù
ù
i ha
i ha
ï
ï
n theo mẫu v
n theo mẫu v
ì
ì
k
k
í

í
ch th
ch th
ư
ư
ơ
ơ
ù
ù
c va
c va
ø
ø
h
h
ì
ì
nh da
nh da
ù
ù
ng cu
ng cu
û
û
a
a
đ
đ
o

o
á
á
i t
i t
ư
ư
ơ
ơ
ï
ï
ng
ng
đư
đư
ơ
ơ
ï
ï
c xa
c xa
ù
ù
c
c
đ
đ
ònh bơ
ònh bơ
û

û
i ma
i ma
ä
ä
t
t
đ
đ
o
o
ä
ä
mẫu
mẫu
Phân loại các đối tượng không gian
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
c) D
c) D
ư
ư
õ lie
õ lie
ä
ä
u ha
u ha
ø
ø

nh ch
nh ch
í
í
nh
nh
bao go
bao go
à
à
m nh
m nh
ư
ư
õng
õng
đ
đ
o
o
á
á
i
i
t
t
ư
ư
ơ
ơ

ï
ï
ng không gian phi t
ng không gian phi t
ự
ự
nhiên không
nhiên không
đ
đ
o
o
à
à
ng
ng
đ
đ
e
e
à
à
u
u
d) D
d) D
ư
ư
õ lie
õ lie

ä
ä
u khung l
u khung l
ư
ư
ơ
ơ
ù
ù
i bao
i bao
go
go
à
à
m nh
m nh
ư
ư
õng
õng
đ
đ
o
o
á
á
i t
i t

ư
ư
ơ
ơ
ï
ï
ng không
ng không
gian phi t
gian phi t
ự
ự
nhiên
nhiên
đ
đ
o
o
à
à
ng
ng
đ
đ
e
e
à
à
u
u

Phân loại các đối tượng không gian
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Phân loại các đối tượng không gian
Đối tượng không gian
Tự nhiên
Phi tự nhiên
Giới hạn
mẫu
Giới hạn
đònh nghóa
Không
đồng đều
Đồng đều
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Đối tượng không gian tự nhiên
- Đối tượng không gian giới hạn theo mẫu (Sampling-
Limited Spatial Objects) là những đối tượng biểu diễn
các thực thể không gian tự nhiên mà thông tin về nó
như hình dạng và kích thước được xác đònh bởi những
thông tin tổng thể cho từng thực thể.
- Đối tượng không gian giới hạn theo đònh nghóa
(Definition-Limited Spatial Objects) là những đối tượng
biểu diễn các thực thể không gian tự nhiên mà những
thông tin về nó đã được đònh nghóa.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.2. ĐỐI TƯNG KHÔNG GIAN
Đối tượng không gian phi tự nhiên
- Đối tượng không gian phi tự nhiên không đồng đều

(Irregular Imposed Spatial Objects) là những đối tượng
biểu diễn các thực thể không gian do con người đặt ra
có hình dạng và kích thước không đồng đều.Ví dụ:
vùng hành chánh.
- Đối tượng không gian phi tự nhiên đồng đều
(Regular Imposed Spatial Objects) là những đối tượng
biểu diễn các thực thể không gian do con người đặt ra
có hình dạng và kích thước giống nhau như các pixel
trong một ảnh raster.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Cấu trúc dữ liệu raster có hai đặc điểm cần lưu ý:
- Mỗi điểm ảnh chỉ biểu diễn một thuộc tính, xác đònh
bởi giá trò f(x,y).
- Khi thay đổi độ phân giải (kích thước điểm ảnh thay
đổi), dung lượng dữ liệu thay đổi theo. Dung lượng dữ
liệu tăng theo bình phương tỉ lệ gia tăng độ phân giải.
3.3.1. Mô tả cấu trúc
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Đối tượng điểm (Point objects):
3.3.2. Đặc tính hình học
Số pixel i
Số hàng j
(i,j) = (5,3);(7,5);(8,2)
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Đối tượng đường (Line objects):
3.3.2. Đặc tính hình học
(1,3);(2,2);(3,2) ;(4,3); (5,4)

;(6,5) ;(7,5) ;(8,4)
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Đối tượng vùng (Polygon objects):
3.3.2. Đặc tính hình học
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Cấu trúc dữ liệu raster được thực hiện dưới nhiều
đònh dạng số khác nhau:
- GRID: Đònh dạng của ESRI dùng để lưu trữ và xử lý
dữ liệu raster.
- Đònh dạng công nghiệp chuẩn: JPEG, TIFF và MrSID
dùng trong hiển thò nhưng không phân tích được (phải
chuyển thành GRID).
3.3.3. Đònh dạng file đối với dữ liệu không gian raster
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Khi hiển thò đồng thời với dữ liệu vector, đòi hỏi phải
có thông tin tọa độ tham chiếu (georeferencing
information)
- TIFF image.tiff image.tfw
- Bitmap image.bmp image.bpw
- BIL image.bil image.blw
- JPEG image.jpg image.jpw
Geotiff là đònh dạng chứa cả ảnh và thông tin tham
chiếu trong cùng 1 file.
3.3.3. Đònh dạng file đối với dữ liệu không gian raster
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Cấu trúc của tập tin tham chiếu: dạng ASCII gồm 6

dòng
 Dòng 1: Kích thước theo hướng x của pixel đơn vò bản đồ (A)
 Dòng 2: Góc xoay quanh trục y (D)
 Dòng 3: Góc xoay quanh trục x (B)
 Dòng 4: Kích thước âm theo hướng y của pixel theo đơn vò bản đồ (E)
 Dòng 5: Tọa độ x của tâm pixel trên trái (C)
 Dòng 6: Tọa độ y của tâm pixel trên trái (F)
- Công thức tính chuyển:
X
1
= Ax + By + C
Y
1
= Dx + Ey + F
3.3.3. Đònh dạng file đối với dữ liệu không gian raster
x
1
, y
1
: tọa độ pixel theo đơn vò bản đồ
x, y: cột và hàng của pixel trên ảnh
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER
Ví dụ:
 20.17541308822119 A
 0.00000000000 D
 0.00000000000 B
 -20.17541308822119 E
 424178.11472601280548 C
 4313415.90726399607956 F

- Với pixel trên ảnh có tọa độ (3,4) thì
 Pixel có tọa độ bản đồ là:
(424238.640965277, 431335.20561164)
3.3.3. Đònh dạng file đối với dữ liệu không gian raster
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc
vector thường tổ chức dưới dạng điểm, đường và vùng
trên một hệ thống tọa độ xác đònh.
Mỗi điểm được xác đònh bởi một cặp toạ độ (x,y);
đường được xác đònh bởi một chuỗi liên tiếp các điểm
{(x1, y1),(x2, y2), ,(xn,yn)} và vùng được xác đònh bởi
những đường khép kín.
Hai cấu trúc dữ liệu Vector thông dụng là cấu trúc
Spaghetti và cấu trúc Topology.
3.4.1. Mô tả cấu trúc
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
Các đối tượng trong không gian được phân loại
thành 3 dạng:
- Đối tượng điểm: Điểm dùng cho tất cả các đối
tượng không gian được biểu diễn như một cặp tọa độ
(x,y).
- Đối tượng đường: Đường được dùng để biểu diễn
tất cả các đối tượng có dạng tuyến, được tạo nên từ
hai hoặc nhiều cặp tọa độ (x,y).
- Đối tượng vùng: Vùng là một đối tượng hình học hai
chiều
3.4.2. Đặc tính hình học
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng

3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.2. Đặc tính hình học
Điểm
Đường
Đường cong
Vùng
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
- Điểm được xác đònh bằng một cặp tọa độ (x,y),
- Đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp
toạ độ (xi,yi).
- Vùng được xác đònh bởi một cung khép kín và
được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xi,yi) có
tọa độ đầu và tọa độ cuối trùng nhau.
3.4.3. Cấu trúc Spaghetti
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.3. Cấu trúc Spaghetti
Đặc trưng Vò trí
Điểm A (x
A
,y
A
)
Cung AB (x
A
,y
A
), (x
1

,y
1
), . . . , (x
B
,y
B
).
Vùng 1 (x
1A
,y
1A
), (x
11
,y
11
), . . . ,
(x
1i
,y
1i
), (x
1B
,y
1B
), (x
1j
,y
1j
), .
. . , (x

1A
,y
1A
).
Vùng 2 (x
2A
,y
2A
), (x
21
,y
21
), . . . ,
(x
2i
,y
2i
), (x
2B
,y
2B
), (x
2j
,y
2j
), .
. . , (x
2A
,y
2A

).
1 2
A(x
A
,y
A
)
B(x
A
,y
A
)
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.3. Cấu trúc Spaghetti
Cấu trúc không ghi nhận đặc trưng kề nhau của hai
vùng kề nhau, nghóa là tại đường chung của hai vùng
kề nhau có hai đường độc lập.
Cấu trúc Spaghetti được sử dụng để lập bản đồ số
rất tốt, nhưng không thích hợp cho các bài toán phân
tích GIS vì không mô tả được các quan hệ không gian.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.4. Cấu trúc Topology
Cấu trúc topology còn được gọi là cấu trúc cung-
nút (arc-node) với phần tử cơ bản là cung.
Mỗi cung được mô tả như là một chuỗi những đoạn
thẳng nối liền nhau, điểm đầu và cuối cung gọi là nút
(node), những điểm giữa cung gọi là đỉnh (vertex).
Nút là điểm giao nhau của hai hay nhiều cung, đối

với những cung độc lập, nút là điểm cuối cùng của
cung, không nối liền với bất kỳ cung nào khác.
Vùng là một chuỗi những cung nối liền nhau và khép
kín, những cung này chính là đường biên của vùng.
Một vùng có thể được giới hạn bởi hai đường cong
khép kín lồng vào nhau và không cắt nhau.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.4. Cấu trúc Topology
0 10 3020 40 50 60 70
0
70
40
30
60
50
20
10
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.4. Cấu trúc Topology
0 10 3020 40 50 60 70
0
70
40
30
60
50
20
10

A
C
B E
a7
a12
a10
a1
a6
a2
a3
N2
N1
N3
N4
N9
N5
N6
N7
N8
D
F
a4
a5
a8
a9
a11
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.5. Đònh dạng file phổ biến
Coverage: đònh dạng dữ liệu vector của ArcInfo, 1981

Shape file: ESRI giới thiệu với ArcView, 1993
Dạng bảng: của MapInfo
Geodatabase: đònh dạng mới được với thiệu với
ArcGIS 8.0, 2000
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ điểm-điểm
- “Trong giới hạn (is within)”: Nằm
trong giới hạn một khoảng cách cụ
thể.
- “Gần nhất với (is nearest to)”:
Gần nhất so với một điểm cụ thể.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ điểm-đường
- “Nằm trên đường (on line)”:
điểm nằm trên một đường.
- “Gần nhất với (is nearest
to)”: Điểm gần nhất so với một
đường.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ điểm-vùng
- “Chứa bên trong vùng (is
contained in)”: Điểm chứa bên
trong vùng.
- “Nằm trên biên (on border of

area)”: Một điểm nằm trên
đường biên của vùng.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ đường-đường
- “Giao nhau (intersects)”:
Hai đường giao nhau.
- “Băng qua (crosses)”: Hai
đường băng qua mà không
giao nhau.
- “Chảy vào (flow into)”:
Một nhánh sông chảy vào
một dòng sông.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ đường-vùng
- “Giao nhau (intersects)”: Một
đường giao (cắt) với một vùng.
- “Đường biên (borders)”:
Đường là một phần biên của
vùng.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian
Quan hệ vùng-vùng
- “Chồng lớp (overlaps)”: Hai
vùng chồng lên nhau.
- “Nằm bên trong (is within)”:

Một vùng nằm bên trong một
vùng khác.
- “Kế cận (is adjacent to)”: Hai
vùng cùng có một đường biên
chung.
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR
3.4.6. Quan hệ giữa các đối tượng không gian
Biên soạn: GV. Phạm Thế Hùng
3.5. SO SÁNH GIỮA RASTER VÀ VECTOR
Raster Vector
Cấu trúc dữ liệu Đơn giản Phức tạp
Dung lượng Lớn Bé
Chất lượng đồ họa Trung bình Tốt
Chồng lớp Đơn giản Phức tạp
Phân tích mạng Không Dễ dàng
Độ chính xác hình học Thấp Cao
Topology Khó khăn Dễ dàng
Phân tích không gian Đơn giản Phức tạp