HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM docx

Hệ thống thông tin địa lý - GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM
Các kỹ thuật phân tích không gian (spatial analytical technicques) có
nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tợng hoặc
các yếu tố (tự nhiên - kinh tế - xã hội). Mối liên quan đó đợc cụ thể bằng trật
tự không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tợng và tính chất của các yếu tố cần
phải đợc bản đồ hóa.
Bản đồ là cách trình bày cụ thể nhất trong không gian hai chiều các tính chất, vị
trí, mối liên hệ và trật tự trong không gian của các đối tợng hoặc hiện tợng
cần nghiên cứu. Tuy nhiên do có nhiều cách trình bày bản đồ khác nhau nên
dẫn đến sự khó khăn trong việc xử lý mối quan hệ không gian giữa các lớp
thông tin.
Trong hơn một thập kỷ qua, hệ thống thông tin địa lý đã đợc phát triển mạnh
mẽ và ngày càng thêm hoàn thiện. Với những u thế của mình, hệ thông tin địa
lý- geographical information system ( HTTĐL) là một môi trờng có khả năng
quản lý hệ thống cơ sở dữ liệu và xử lý chính xác các lớp thông tin trong mối
quan hệ không gian giữa chúng. HTTĐL có khả năng bổ sung, đo đạc và tự
động tính toán chính xác về mặt định lợng các thông tin trên bản đồ, cùng các
thuộc tính của chúng, đồng thời có thể đa ra các tính toán dự báo.
1.1. Các khái niệm cơ bản về HTTĐL
1.1.1. Định nghĩa
Hệ thông tin địa lý (HTTĐL)- Geographical information system ( GIS) là một
tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, t liệu địa
lý và ngời điều hành đợc thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp
nhận, lu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý.
HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trờng không
gian địa lý. (Viện nghiên cứu môi trờng Mỹ - 1994).
Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: HTTĐL là một hệ thống
máy tính có chức nănng lu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính
của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho môt khả năng rộng lớn về việc xử lý thông
tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các

mô hình (antenucci 1991)
Một con đờng hoặc con sông, con suối thờng đợc biểu diễn bằng các yếu tố
đờng, mặc dù trong thực tế có thể đo đợc cả độ rộng và chiều dài của chúng
trên bản đồ. Các đối tợng tự nhiên thờng đợc thể hiện bằng các đờng,
cung, vùng, điểm, tuỳ theo các đặc trng cụ thể mà chúng đợc thể hiện theo
các hình mẫu cụ thể.


Hình 1. Mô tả một số khái niệm vector nguồn
Một số khái niệm chính đợc cụ thể trong định nghĩa này nh sau:
Đờng (line): là các đối tợng có một kích thớc.
Đoạn thẳng (line segment): là đờng nối trực tiếp giữa hai điểm.
Đờng gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hớng song
không có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái). Đờng gấp
khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đờng khác.
Cung (area) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đờng cong
mà đờng cong đó đợc xác định bằng một hàm toán.
Đoạn nối (link) là đối tợng có một kích thớc nối giữa hai nút. Đoạn nối
cũng đợc hiểu là đờng gờ (edges) hay đờng viền.
Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hớng nhất định.
Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau
hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung. Các nút có thể nằm ở bên phải
hay bên trái là không bắt buộc
Vùng: là đặc điểm thể hiện hai kích thớc cả vị trí và diện tích, là đối
tợng xác định về mặt ranh giới, liên tục và có hai kích thớc. Nó có thể bao
gồm cả phần bên hoặc không
1.1.2. Cấu trúc của HTTĐL
HTTĐL bao gồm các hợp phần cơ bản nh sau: tài liệu không gian, ngời
điều hành, phần cứng, phần mềm (hình 2).

Hình 2. Mô hình tổ chức của HTTĐL
Dữ liệu không gian: Dữ liệu không gian cỏ thể đến từ nhiều nguồn, có
các nguồn t liệu sau: số liệu tính toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực
địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ giấy (dạng analog). Kỹ thuật hiện đại về
viễn thám và HTTĐL có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các
thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Việc
tích hợp các t liệu địa lý từ nhiều nguồn khác nhau là đặc điểm cơ bản của một
phần mềm HTTĐL.
Thông thờng, t liệu không gian đợc trình bày dới dạng các bản đồ giấy với
các thông tin chi tiết đợc tổ chức ở một file riêng. Các t liệu đó không đáp
ứng đợc các nhu cầu hiện nay về t liệu không gian là vì những lý do sau:
Đòi hỏi không gian lu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn. Để nhập và khai thác
dữ liệu, nhất thiết phải liên kết đợc với các thông tin địa lý trên bản đồ và các
dữ liệu thuộc tính khác đợc lu trữ riêng biệt và điều này trở nên rất khó khăn
với hình thức lu trữ dạng kho hoặc th viện.
Các khuôn dạng lu trữ truyền thống thờng không tơng thích với các
tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay. Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống, hiện
nay t liệu dạng số với một khối lợng rất lớn có thể đợc lu trữ trong các đĩa
CD, tơng ứng với những khối lợng rất lớn của t liệu analoge. T liệu số còn
cho khả năng xử lý tự động trên máy tính.
Nh vậy, HTTĐL là sự phát triển đặc biệt để sử dụng công nghệ và nghệ thuật
máy tính trong việc xử lý t liệu không gian dạng số.
Ngời điều hành
Vì HTTĐL là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ thuật, do đó đòi
hỏi ngời điều hành phải đợc đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực.
Ngời điều hành là một phần không thể thiếu đợc của HTTĐL. Hơn nữa sự

phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi ngời
điều hành phải luôn đợc đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về ngời điều hành

bao gồm các vấn đề sau:
Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin:
Việc đào tạo cơ bản về địa lý cung cấp khả năng khai thác các đặc điểm
không gian (spatical process) và các quá trình không gian, đồng thời phát hiện
đợc mối quan hệ không gian giữa các hợp phần.
Bản đồ học cung cấp các hiểu biết về thiết kế bản đồ, lập bản đồ (ví dụ:
Lới chiếu bản đồ, hệ thống tọa độ, các mẫu ký tự trên bản đồ và các kỹ thuật
in ấn).
Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về phần
cứng máy tính và vận hành thông thạo các chơng trình liên kết phần cứng.
Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm HTTĐL: việc đào tạo
các phần mềm chủ yếu thờng tập trung vào việc xử lý HTTĐL, lập trình cơ
bản, quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan đến tích hợp
thông tin.
Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu: hiểu về nguồn dữ liệu, nội dung và
độ chính xác của dữ liệu, tỷ lệ bản đồ nguyên thủy và các số liệu đo đạc của tập
dữ liệu, cấu trúc của dữ liệu.
Có khả năng phân tích không gian. Yêu cầu đợc đào tạo về các phơng
pháp xử lý thống kê và xử lý định tính trong địa lý, việc đào tạo cho ngời xử lý
có thể lựa chọn phơng pháp tốt nhất để phân tích và áp dụng nhằm đa ra kết
quả tốt nhất.
Các yêu cầu trên là cần thiết đối với ngời điều hành HTTĐL. Các huấn
luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng nh khả năng của máy tính
và phần mềm để lực chọn những chơng trình đào tạo thích hợp.
Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi)
Phần cứng của một HTTĐL bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung
tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu.
Bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU): hệ thống điều khiển,
bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU. Hiện nay xử lý
HTTĐL trên nền unix là hệ thống có đủ các chức năng nhất, trong khi với máy

CP thì HTTĐL có những chức năng hạn chế hơn. Các hệ xử lý GIS trớc đây,
phần lớn đều chạy trong trạm Unix. Trạm Unix cho phép lu trữ cơ sở dữ liệu
lớn và nhiều chức năng xử lý khác nhau. Tất nhiên với sự trợ giúp của window
NT thì PC cũng có thể so sánh đợc với hệ unix. Ví dụ điểm hình về một hệ
thống có hiệu quả là một hệ Unix nhỏ có cài đặt phần mềm ARC/INFO để quản
lý và vận hành HTTĐL. Hiện nay, các hệ thống xử lý liên tục đợc nâng cấp và
khoảng cách giữa trạm Unix và PC càng hẹp dần.

Nhập, lu dữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập
dữ liệu là: Bàn số hoá, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số.
Hoặc đọc băng và đĩa CD - ROM có nhiệm vụ lấy thông tin hiện có trong băng
và đĩa. Các phơng tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có
thể ghi và xoá dữ liệu. Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in đen trắng và màu,
báo cáo, kết quả phân tích, máy in kim (plotter). Hiện nay, với sự phát triển của
công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ
các chức năng và trao đổi giữa những ngời sử dụng và càng tạo điều kiện cho
HTTĐL phát triển.
Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý HTTĐL yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự
động hoá bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Sự phát triển kỹ thuật HTTĐL hiện
đại liên quan đến sự phát triển của hai hợp phần này.
Tự động hoá bản đồ: bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật
thành lập bản đồ. Do đó, tự động hoá bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp
của máy tính. Một bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không
gian và các hình dạng (Pobinson và NNK, 1984) và mỗi một bản đồ là sự mô
hình hoá thực tế theo những tỷ lệ nhất định. Mô hình đó yêu cầu biến đổi các số
liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: Lựa chọn, phân loại,
làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự (Den - 1990).
Máy tính trợ giúp cho bản đồ học ở nhiều phơng diện nh sau:
Trớc hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa và việc

chỉnh lý đó tốn ít công sức hơn so với việc không có sự trợ giúp của máy tính.
Mặc dù việc số hóa có thể dẫn đến nhiều lỗi và làm giảm độ chính xác, song
các lỗi đó có thể sửa dễ dàng nếu phát hiện đợc. Khi đó, bản đồ sẽ đợc hoàn
thiện và lợng thông tin sẽ đợc nâng lên. Đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho
bản đồ cũng dễ dàng thực hiện đợc.
Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ đợc thao tác với tốc
độ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn giản hóa các
đặc điểm bản đồ cũng đợc thực hiện một cách khoa học. Quá trình thiết kế và
khái quát hóa bản đồ cũng đợc lập trình và tạo nên các chức năng cụ thể của
phần mềm. Kết quả nh mong muốn có thể đạt đợc bởi nhiều cán bộ bản đồ
hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều thời gian khác nhau.
Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể đợc hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa
lỗi. Kích thớc, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ có thể
dễ dàng đợc thay đổi và đa về vị trí chính xác nh mong muốn.
Quản lý dữ liệu: chức năng thứ hai của phần mềm HTTĐL là hệ thống
quản lý dữ liệu (data base management system DBMS). Hệ thống TTĐL phải
có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý đồng thời có thể
quản lý hiệu quả một khối lợng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng. Một yếu tố
rất quan trọng của phần mềm HTTĐL là cho khả năng liên kết hệ thống giữa
việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mô tả cho một vị
trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng. Sự
liên kết đó là một u thế nổi bật của việc vận hành HTTĐL:

Thứ nhất: các tài liệu liệu thuộc tính nhất thiết phải đợc thể hiện trên
những chi tiết của bản đồ. Ví dụ số liệu về dân số của một thành phố cũng đợc
gọi ra một cách tự động mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác. Đối với
bản đồ học thì công việc tra cứu thờng phải làm độc lập, không thực hiện tự
động đợc. Ngoài ra việc bổ sung số liệu cũng đòi hỏi phải đợc cập nhật
thờng xuyên nên chỉ HTTĐL mới có thể đáp ứng đợc đầy đủ.
Thứ hai: sự thay đổi về những chi tiết bản đồ nhất thiết phải phù hợp với

sự thay đổi về tự nhiên thuộc tính. Ví dụ, sự thay đổi về diện tích đô thị về số
liệu phải tơng xứng với sự thay đổi về đờng ranh giới thành phố. Khi thay đổi
ranh giới thì số liệu tính toán về diện tích cũng tự động đợc thay đổi.
1.2. Các chức năng của phần mềm HTTĐL
Một phần mềm HTTĐL các các chức năng cơ bản nh sau: nhập dữ liệu, lu trữ
dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý và đa ra những
quyết định (decision making) (Calkins và Tomlinson 1997). Có thể khái quát về
các chức năng đó nh sau:
Nhập và bổ sung dữ liệu (entry and updating): Một trong những chức năng
quan trọng của HTTĐL là nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc đó không tiến
hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ
liệu, nếu không có chức năng đó thì không đợc xem là một HTTĐL vì chức
năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có.
Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dới
dạng số hoặc dạng analog. Dạng t liệu không gian nh bản đồ giây hoặc ảnh
vệ tinh, ảnh máy bay phải đợc chuyển thành dạng số và các nguồn t liệu số
khác cũng phải chuyển đổi đợc để tơng thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống
đang sử dụng.
Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc
nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thơng mại cố gắng giữ độc quyền
bằng cách hạn chế đa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên
ngời sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu
hiện đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một t liệu nhng có thể tồn tại ở
nhiều khuôn dạng khác nhau. Vì vậy, đối với t liệu quốc gia, không thể chỉ lu
giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lu giữ ở nhiều khuôn
dạng có tích chất phổ biến để sử dụng đợc trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Nh vậy, một phần mềm HTTĐL cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi
nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
Lu giữ t liệu: Một chức năng quan trọng của HTTĐL là lu giữ và tổ
chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lợng lớn của dữ liệu không

gian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai
yêu cầu cơ bản trong việc lu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ
liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin, thứ hai là các tài
liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị
đo thì phải đợc định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể
xử lý hiệu quả.

Điều khiển dữ liệu (data manipulation): Do nhiều HTTĐL hoạt động đòi
hỏi t liệu không gian phải đợc lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định đợc phân
loại theo một phơng thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ
thống, do đó HTTĐL phải đảm nhiệm đợc chức năng điều khiển thông tin
không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các
đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý đợc
nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể đợc tổng hợp, nắm bắt
một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể đợc xác định, đợc tính toán
và đợc can thiệp, biến đổi.
Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của
một HTTĐL. Không gian dới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu đợc xử lý
cần đợc hiển thị dới các khuôn dạng nh: chữ và số (text), dạng bảng biểu
(tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích đợc lu
giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần mềm khác
nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể đợc lu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố
định khác. Bản đồ đợc thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lu dới dạng
điểm (plot file) để in. Nh vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết
của một HTTĐL.
Phân tích không gian: Trớc đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là đợc
tập trung, phát triển bởi những ngời xây dựng HTTĐL. Chức năng thứ sáu là
phân tích không gian đợc phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của
công nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho ngời ứng dụng. Những định nghĩa
về HTTĐL trớc đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức

năng phân tích không gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết
phải có đối với một hệ thống đợc gọi là HTTĐL. Tất nhiên các chức năng có
thể khác nhau đối với từng hệ thống song đối với một một hệ thống TTĐL sử
dụng t liệu bản đồ thì chức năng đó là băt buộc. Với một hệ thống nh vậy thì
các mô tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mô hình giải
thích, dự báo đều có thẻ thực hiện trong chức năng xử lý không gian.
1.2.1. Sử dụng HTTĐL cho phân tích không gian
Phân tích không gian HTTĐL Bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu
hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên tập dữ liệu
mới từ cơ sở dữ liệu ban đầu. Mục tiêu của việc phân tích không gian là từ việc
giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện tợng, các vấn đề trong không gian,
đi đến tập hợp thành các thuộc tính của một hay nhiều lớp và phân tích đợc sự
liên quan giữa các dữ liệu ban đầu.
Trong ứng dụng của HTTĐL, các đặc điểm và thuộc tính về không gian là rất
phổ biến. Câu hỏi về thuộc tính (attribute query) có chứa đựng cả tích chất
thông tin về không gian. Ví dụ: Trong cơ sở dữ liệu của một hành phố, ở đó mỗi
mảng bản đồ đều có Code thuộc tính về sử dụng đất, một bảng thuộc tính đơn
giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng đất có
trong bản đồ. Bảng thuộc tính đó có thể tạo đợc mà không hề có sự tham khảo
về các mảng trên bản đồ. Vì không có thông tin không gian đòi hỏi trả lời cho
câu hỏi này nên bảng đó đợc xem nh là bảng thuộc tính (attribute query).

Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có các Code của sử dụng đất đã đợc
xác định. Các thông tin khác có thể đợc tạo nên ví dụ nh số mảng đơn vị
(parcel) của loại hình sử dụng đất này, hoặc tổng diện tích của loại hình sử
dụng đất này ở trong thành phố Tất nhiên những bài toán xử lý thông tin cho
một lớp là cần thiết, song trong ứng dụng, việc xử lý thông tin của nhiều lớp
cũng là công việc rất quan trọng và đòi hỏi nhiều công sức trong lập trình. Ví
dụ gảii bài toán về 2 lớp không gian về tính toán diện tích của các loại hình sử
dụng đất theo các cấp độ dốc khác nhau Những bài toán đó đặt ra đối với

nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà những phần mềm chuyên tự động hóa
bản đồ hay quản lý dữ liệu không đáp ứng đợc. Tất nhiên do mục đích của
HTTĐL là tập trung vào xử lý không gian, nên một số chức năng của việc tự
động hóa bản đồ hoặc tính toán thống kê chuyên đề thì có thể HTTĐL không
đáp ứng đợc.
1.2.2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý không gian
Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn đề về thuộc tính các
đơn vị trong một lớp, đo đạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các đơn vị
trong một lớp bản đồ. Ví dụ xác định tên, tính diện tích, chu vi của từng khoanh
vi bản đồ, xác định khoảng cách, tạo các vùng ảnh hởng (buffer zone).
Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho
phép tạo ra nhiều đơn vị bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hoá thông tin của
từng phần trong một đơn vị bản đồ. Ví dụ hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp
sẽ cho bản đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau.
Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không
gian cần phải tính toán đợc mối quan hệ giữa chúng.
Phân tích các mẫu điểm: một số đối tợng tự nhiên hoặc hiện tợng tự
nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất định. Ví dụ:
phân bố của các đồng cỏ, hệ thống các điểm bố sụt cactor, phân bố của các loài
động vật, thực vật quý hiếm Trong xử lý không gian, sự phân bố về những
điểm đó cần đợc nhận diện và phân loại.
Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân
bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: ví dụ tạo tuyến
xe bus gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố, mở một hệ thống
đờng nối giữa các khu dân c, thiết kế một tuyến đờng ống dẫn dầu Tất
nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau, ví
dụ: địa hình, sử dụng đất
Phân tích, xử lý theo ô lới (grid analysis). Bài toán xử lý ô lới rất
phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành: ví dụ tính toán lan truyền ô
nhiễm, lập các đờng đẳng trị, dự báo cháy rừng

Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện. Đây là chức năng
phức tạp và đa dạng nhất của xử lý không gian. Nhiều bài toán đợc áp dụng để
biến đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới: ví dụ tính
độ dốc, hớng dốc, tính mật độ, bài toán boolean, bài toán logic, các phép phân
chia, tính căn bản đồ, những lớp thông tin mới.
Vùng bên trong là phần không bao gồm đờng biên. Polygon là diện
tích có vùng bên trong, một đờng viền bên ngoài, không có điểm giao cắt ở

bên trong và không có khoanh vi nào khác ở phía trong. Polygon phức tạp: là
polygon có một hoặc nhiều khoanh vi khác ở bên trong.
Có hai khái niệm đợc sử dụng bổ sung cho định nghĩa trên đó là
pixels và ô lới đơn vị (grid cells) Pixel là đơn vị hình ảnh có hai kích thớc, nó
là đơn vị nhỏ nhất của hình ảnh không thể chia nhỏ đợc. Ô lới đơn vị là đối
tợng có hai kích thớc, thể hiện một yếu tố của một bề mặt có cấu trúc đều
đặn bởi chúng.
Những khái niệm nêu ở trên là do bản đồ số của Mỹ đa ra (National comitee
for digital colorgaphic data standars - NCDCDS). Các khái niệm đó có thể đợc
gọi khác đi,tùy theo sự thiết kế về tên gọi trong từng hệ thống phần mềm
HTTĐL.
1.2.3. Các yếu tố cơ bản của thông tin không gian
Việc phân tích trật tự và tổ hợp không gian yêu cầu phải có ba thuộc tính cơ bản
sau: vị trí (location), dữ liệu thuộc tính (attribute data) và tính chất hình học
(topology).
Vị trí: là tính chất quan trọng mà mỗi đối tợng không gian phải có. Vị
trí đợc xác định bởi tọa độ X và Y trên mặt phẳng ngang (caitesian).
Dữ liệu thuộc tính: Cung cấp nhiều thông tin quan trọng về tính chát
của đối tợng đợc nghiên cứu. Ví dụ bản đồ có các đặc điểm thì bảng thuộc
tính phải nêu đợc tích chất các đặc điểm đó, ví dụ: giống cột điện hay hố
nớc với các thông tin cụ thể cho từng loại.
Dữ liệu hình học: đợc định nghĩa là mối quan hệ không gian giữa các

yếu tố bản đồ. Trong trờng hợp các polygon, có những polygon lại nằm trong
ranh giới của một polygon khác. Với các yếu tố đờng có, những đờng tạo nên
bởi hai đoạn thẳng (segment) nối với nhau trực tiếp hoặc nối gián tiếp qua một
đoạn thẳng thứ ba, hoặc hai đoạn thẳng hoàn toàn không nối với nhau. Với các
điểm, các điểm có thể ở cách nhau những khoảng cách khác nhau.
Nhìn chung, vị trí và dữ liệu thuộc tính là tơng đối dễ hiểu, song đặc
điểm hình học thì hơi khó hình dung hơn. Có một số khái niệm và thuộc tính
nh sau:
Tiếp giáp (adjacency): hai polygon ở liền nhau thì đợc gọi là tiếp giáp
với nhau. Khái niệm tiếp giáp đợc sử dụng khi phân tích sự liên quan của
những yếu tố ở liền kề nhau. Ví dụ: giá của một miếng đất sẽ cao hơn giá trung
bình của vùng nếu nh vùng đất đó nằm liền kề với công viên hoặc khu thơng
mại
Chứa đựng (containment): biểu thị một yếu tố nào đó nằm trong rang
giới của một polygon. Mối quan hệ này cũng quan trọng khi phân tích mối liên
quan giữa hai kiểu đối tợng. Ví dụ: một mảnh đất nằm trong vùng ngập lụt có
thể phải mua bảo hiểm với giá cao hơn.
Tiếp nối (connectivity): thể hiện cho hai đoạn thẳng đợc nối với nhau.
Khái niệm tiếp nối đợc xem xét cho việc phân tích giao thông, tuyến đi để có
thể tìm ra phơng án mở tuyến tốt nhất.
Giao nhau (intersection): đợc xem là một dạng phức tạp trong mối
quan hệ không gian của các yếu tố polygon. Giao cắt đối với polygon nghĩa là
hai polygon có cùng chung một vùng, vùng này có tính chất thuộc về cả hai

polygon. Khi xử lý chồng xếp bản đồ thì vùng giao nhau không cần xem xét
đến các tính chất hình học. Tuy nhiên thông dụng nhất là các vùng đợc bố trí
tách biệt nhau trong cơ sở dữ liệu.
Tóm lại, 3 yếu tố: vị trí, dữ liệu thuộc tính và đặc điểm của dữ liệu là rất quan
trọng trong xử lý không gian. Tự động hóa bản đồ sẽ giúp ích cho việc trình bày
và tổ chức dữ liệu không gian. Trong xử lý không gian, tổng hợp các đặc điểm

về mối liên hệ không gian giữa các yếu tố bản đồ đợc xử lý bởi HTTĐL và nó
cung cấp khả năng xử lý đồng thời cả ba yếu tố. Các đối tợng không gian đợc
trình bày dới dạng đặc điểm về đờng, điểm, hoặc polygon. Mỗi một đặc điểm
lại đợc thể hiện tập trung vào một số yêu cầu về mặt cơ sở dữ liệu.
1.2.4. Tổ chức dữ liệu không gian của HTTĐL
Trong một HTTĐL điển hình, các đối tợng không gian đợc liên kết để nghiên
cứu các hiện tợng thì nhất thiết phải đợc trình bày dới dạng bản đồ với mục
đích thiết lập đợc mối liên quan không gian giữa chúng. Cả vị trí và thuộc tính
đợc xử lý thông qua một loạt các chơng trình trong HTTĐL. Yêu cầu đầu
tiên để việc tạo lập dữ liệu một cách có hiệu quả là các đối tợng đợc thể hiện
ở ba yếu tố cơ bản là: điểm (point), đờng (line) và vùng (area hay polygon).
Theo quan điểm của tổ chức quốc gia Mỹ về dữ liệu bản đồ số thì các yếu tố đó
đợc giải thích nh sau.
Điểm: là đối tợng có kích thớc bằng 0 về mặt hình học. Do đó các
đối tợng điểm chỉ dùng để xác định vị trí. Điểm không có ý nghĩa trong việc
đo về kích thớc. Mặc dù trên bản đồ, các điểm đợc biểu thị bằng kích th
ớc
khác nhau nhng diện tích của các điểm là không có ý nghĩa thực tế. Một số
khái niệm về "điểm" nh sau:
Điểm thực tế (entity point): dùng để xác định vị trí của các đối tợng dạng
điểm nh: các toà nhà, các cột. Trờng hợp đó, xác định chính xác vị trí của các
điểm là điều rất quan trọng.
Điểm chỉ tên (label point) đợc sử dụng để hiển thị một tập hợp chữ viết
cho các đối tợng bản đồ. Đối với những điểm nào thì độ chính xác của vị trí
phụ thuộc vào quan niệm bản đồ học. Nghĩa là vị trí các điểm chỉ tên cho các
đối tợng trên bản đồ đợc xác định sao cho không có sự lẫn lộn với nhau.
Điểm có diện tích (area point) dùng để xã định một vị trí có thông tin về
diện tích. Ví dụ có thể dùng điểm để thể hiện vị trí một quốc gia và độ lớn của
điểm chứa đựng thông tin về đất nớc đó.
Điểm giao nhau (node) thể hiện vị trí một diện với các dấu hiệu về hình

học, ví dụ: nơi giao nhau hoặc điểm cuối của các yếu tố đờng.
Các thông tin về điểm các một kích thớc trong phân tích không gian mặc dù
chúng thể hiện cho các đối tợng có hai kích thớc ở trên bản đồ. Ví dụ: một
điểm biểu thị cho 1 giếng, một điểm biểu thị cho một cột. Mặc dù diện tích mà
giếng chiếm khác với diện tích của cột chiếm. Trong một bản đồ thì không thể
nêu đợc diện tích mà giếng hoặc cột chiếm trên thực tế - do tỷ lệ bản đó không

đáp ứng. Trong phân tích không gian, diện tích giữa các điểm là không tính (trừ
trờng hợp các điểm có diện tích, lúc đó điểm đã trở thành vùng)
Tính chất của điểm: đây là dạng đơn giản nhất của các đối tợng
không gian.
Khi nói về dữ liệu điểm, phải nói đến số lợng điểm tối thiểu cho một cơ sở dữ
liệu điểm. Nhìn chung, các yếu tố tối thiểu cho một cơ sở dữ liệu điểm là những
thuộc tính về toạ độ,ngoài ra, các tính chất khác của điểm đợc mô tả trong
hàm sau:
P
i
: ( X, Y, Z
1
Z
2
Z
3
Z
.m
)
ở đây:
i là Code xác định của mõi điểm ( identification Code -ID)
X, Y toạ độ của đIểm, đợc xác định theo toạ độ phẳng (x, y trong mặt
phẳng cartesian)

Z
1,
Z
2
Z
m
các đặc trng khác của điểm.



Vì điểm có kích thớc bằng không (= 0) nên nó không có khoảng trống ở giữa,
song nó phải có thuộc tính về mặt hình học, đó là toạ độ. Thông tin về mối liên
quan giữa các điểmcó thể xác định bằng công thức toán học. Trong trờng hợp
có nhiều điểm thì khoảng cach giữa các đIểm đợc xác định bởi vị trí của các
điểm đó với nhau.
Đờng: đờng là các yếu tố có một kích thớc và thể hiện cả vị trí và hớng.
Độ dài là dấu hiệu đo đạc về kích thớc của đối tợng đờng. Mặc dù các yếu
tố đờng thờng có không gian hai kích thớc trên bản đồ nhng độ rộng của
đờng là không đợc xem xét đến trong tính toán hớng của bản đồ.
Tính chất của đờng: Đờng đợc hiểu là tập hợp của rất nhiều điểm. Mỗi
đờng đều có thể chia thành nhiều đoạn thẳng và mmỗi đoạn đợc xác dịnh bởi
hai điểm ở hai đầu. Để cấu tạo nên yếu tố hình học của đòng thì yếu tố cơ bản
là hớng của đờng. Ngoài ra, còn một yếu tố khác, đó là sự tiếp nối giữa các
đờng. Để hiểu sự tiếp nối đó, ta có thể hình dung tới một đoạn thẳng nối giữa
một điểm này với một điểm khác.
Nh vậy, các yếu tố cơ bản của mỗi đờng gồm có:
L
j
: (P1, P2, Pn, Z1, Z2Zm, H
1

Hq)
ở đây: j Code của đờng ( ID)
P1 điểm thứ 1
Pn điểm thứ n
Z1 thuộc tính của đoạn thứ 1
Zn thuộc tính của đoạn thứ n
Hq - Code ID của đoạn thứ q đợc nối trong thứ tự của đờng
(1 n) là hớng của đờng từ 1 đến n của đờng.
Vùng: (area) hoặc (polygone)
Vùng là khái niệm phức tạp nhất trong 3 loại yếu tố không gian của cấu trúc
vector. Vùng đợc hiểu là một diện tích giới hạn bởi một đờng khép kín và
phần bên trong đó có những tính chất cụ thể.

Cáctính chất của polygon:Polygone dợc xác định bởi một loạt các
đờng vạch định ranh giới. Thêm vào đó, polygone là yếu tố có 2 kích thớc .
Mỗi polygone đợc xác định bởi một diện tích nhất định. Vì polygone không có
hình dạng và kích thớc




nhất định, nên mối quan hệ không gian sẽ khó xác định nếu không có những
thuộc tính đợc làm rõ. Hai polygone có thể nằm tách biệt với nhau, hoặc kề
nhau, hoặc cái nọ nằm trong cái kia.
Trong trờng hợp nằm tách biệt hẳn so với nhau thì lại có khả năng chúng đợc
nối với nhau bằng polygone thứ ba.
Yêu cầu về thuộctính của polygone bao gồm:
G. K (L
1
L

n,
Z
1
Z
m

1

r
,


1

s
,
1



t
)
ở đây: K là Code của polygone G, tần số kết nối của đờng từ L
1
đến L
n
và
nó xác định ranh giới của polygone G.
Z
n

xác định giá trị của thuộc tính thứ n

1

r
thể hiện một hoặc nhiều polygone kết nối với nhau tạo nên
polygone K

1

s
xác định có 1 hay nhiều polygone chứa trong polygone K

1



t
xác định có một hay nhiều polygone nằm trong polygone K
Các thông tin hình học bổ sung khác còn có thể là càn thiết đối với các
polygone phức tạp.nhiều thông tin hình học có thể đợc bổ sung ngay trong
những thông tin về đờng hoặc đợc làm đơn giản hoá đi. Ví dụ: hai polygone
nằm liền kề thì phải có thêm thông tin về một đoạn thẳng chung ở giữa làm
biên giới giữ hai polygone.
1.3. Các mô hình cấu trúc cơ sở dữ liệu
1.3.1. Khái quát chung
T liệu (data) đợc hiểu nh những sự hiện diện đã đợc kiểm tra về thế giới
thực (Graeme F Borinam Carter). Thông tin là t liệu đợc tổ chức theo những
mẫu thể hiện nhằm dễ dàng tìm kiếm và khai thác.
T liệu không gian phải đợc trình bày và lu trữ một cách riêng biệt trong

nhngx không gian của HTTĐL. Ví dụ: đờng, điểm, vùng, bề mặt phải
đợc lu trữ độc lập cùng các thuộc tính của chúng tạo thành những file dữ liệu
không gian hoặc phi không gian.
Cơ sở dữ liệu ( CSDL) là toàn bộ những thông tin cần thiết về đối tợng đợc
lu giữ dới dạng số. CSDL có thể là không gian hoặc phi không gian. Hệ
thống quản lý CSDL (Database management System - DBMS) là tập hợp một số
chức năng của phần mềm để lu giữ, bổ sung và thể hiện dữ liệu . Các hệ thống
quản lý cơ sở dữ liệu phi không gian hoặc không gian thờng tách biệt nhau.
Cũng có một số phần mềm tổ chức kết hợp để quản lý cả hai dạng dữ liệu hoặc
cung cấp khả năng liên kết với các phần mềm CSDL khác. Chơng trình này sẽ
tập trung giới thiệu các cấu trúc dữ liệu chính là cấu trúc phân nhánh, chia nhỏ
và cấu trúc mạng. Ngoài ra, các dữ liệu thuộc tính phi không gian trong mối
liên hệ với các thuộc tính không gian cũng đợc đề cập đến. Cấu trúc dữ liệu

không gian là sự tổ chức t liệu không gian dới một khuôn dạng phù hợp với
máy tính. Cấu trúc của dữ liệu phải đợc tổ chức để có sự liên hệ giữa các mô
hình dữ liệu và các khuôn dạng (format) dữ liệu. Thực tế, giữa khái niệm mô
hình và cấu trúc dữ liệu ít có sự phân biệt. Tuy nhiên khái niệm mô hình đợc
sử dụng ở phạm vi nguyên lý từ khái quát đến cụ thể, còn cấu trúc là khái niệm
mang tính chất kỹ thuật và minh hoạ một cách hệ thống về bản chất và sự liên
hệ giữa các thành phần của CSDL.
Cấu trúc của dữ liệu Raster đợc sử dụng rộng rãi trong hệ xử lý ảnh và xử lý
TTDL - raster, còn cấu trúc của dữ liệu vertor đợc sử dụng nhiều trong các hệ
CAD (Computer Aided Decizion - Máy tính thiết kế trợ giúp), hoặc trong
HTTĐL vertor với những khả năng mạnh về bản đồ. Trong thực tế áp dụng
nhiều HTTD có cả hai hệ thống cấu trúc dạng Raster và Vertor để có thể sử
dụng một cách linh hoạt và giao diện với nhau để đáp ứng cho những nhiệm vụ
cần giải quyết. Những sự giao diện đó đợc thể hiện cụ thể với việc xử lý một
hệ thống dữ liệu mẫu điểm là: có bảng thuộc tính về tính chất và toạ độ các
điểm, có khả năng nội suy thuộc tính mẫu thành các file Raster; có khả năng

tạo file vertor và contour của các trờng thuộc tính đã đợc nội suy; có khả
năng tạo các mặt phẳng hình học và các mô hình không gian với dữ liệu Raster
hoặc Vertor. Tuy nhiên do không phải là những HTTĐL chuyên đề mà các
HTTĐL tổng hợp thờng có một số u thế và những hạn chế nhất định.
1.3.2. Cấu trúc dữ liệu Raster
Raster đợc hiểu là ô hình vuông có kích thớc nhất định gọi là cell hoặc pixell
(picture element), cấu trúc Raster là cấu trúc hình ảnh. Mỗi ô vuông có chứa
thông tin về một đối tợng hay một sự hợp phần của đối tợng. Vị trí của đối
tợng đợc xác định bởi vị trí của các ô vuong theo trật tự hàng và cột. Cấu trúc
dữ liệu Raster đơn giản nhất là cấu trúc dạng bảng, ở đó có chứa các thông tin
về toạ độ và thuộc tính phi không gian. Thông tin về vị trí đợc thể hiện ở toạ
độ theo hàng và cột, tính theo trật tự sắp xếp của dữ liệu. Trờng hợp có nhiều
tính chất thì có thể gọi là thông tin nhiều chiều. Bảng thuộc tính hai chiều của
đối tợng đ
ợc gọi là bảng một chiều hay còn gọi là bảng thuộc tính Raster mở
rộng (expanded Raster table). Cấu trúc Raster đầy đủ là cấu trúc có đầy đủ số
lợng các pixell sắp xếp theo những vị trí xác định. Cấu trúc Raster rất tiện
lợicho việc áp dụng các chức nằng xử lý không gian dựa trên nguyên tắc chồng
xếp thông tin nhiều lớp. Các đặc điểm không gian là có thông tin về địa lý,
nghĩa là chúng có thể đợc trình bày trên bất cứ một bản đồ nào của một hệ toạ
độ đã biết. Cấu trúc Raster yêu cầu mỗi một đặc điểm phải đợc trình bày thành
dạng đơn vị hình ảnh (picture elemarts pixel). Trong trờng hợp này một bản đồ
đợc phân chia thành nhiều pixels, mỗi pixel có vị trí theo hàng và cột. Một
điểm nhỏ nhất đợc trình bày bởi một pixel đơn lẻ và nó chiếm một diện tích
bằng kích thớc của một pixel.


0
1
2

3
45
6
6
5
4
3
2
1
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
45
6
A
B

Hình 3. Một đờng có thể tổ chức trong cấu trúc Vector (A) và Raster (B)
Một đờng trong cấu trúc Raster là một loạt cácpixel nối với nhau và
một polygon là một đám (cluster) của các pixel có cùng một giá trị.
Sau đây là những u điểm cơ bản của cấu trúc Raster:
Đơn giản và dễ tham khảo
Việc chồng xếp các lớp bản đồ đợc thực hiện một cách thuận tiện đa

đến kết quả.
Đối với mô hình không gian, các đơn vị địa lý đợc xác định trong cấu
trúc Raster, bao gồm hình dạng và kích thớc. Nh vậy trong kết quả mối quan
hệ giữa các pixel là ổn định và dễ dàng vẽ ra đợc.
Dễ thiết lập một bề mặt liên tục bằng phơng pháp nội suy.
Đa số các t liệu không gian thờng đợc ghi ở dạng Raster nh ảnh
vệ tinh, ảnh máy bay chụp quét. Thông thờng các t liệu Raster đó dẽ dàng
nhập trực tiếp mà không cần một sự thay đổi nào.
Những nhợc điểm của cấu trúc dữ liệu Raster:
Tài liệu thờng bị tình trạng quá tải, làm tốn nhiều phần của bộ nhớ
trong máy tính. Trong rất nhiều trờng hợp, các yếu tố bản đồ không nhất thiết
phải đợc gắn thuộc tính (code hoá) thành các ô lới đặc trng. Trong cấu trúc
dữ liệu Raster, những vùng rất rộng lớn có đặc điểm giống nhau đợc tồn tại
một cách ngẫu nhiên với một giá trị nào đó và là tập hợp của rất nhiều ô lới.
Trong khi đó khi thể hiện về độ dốc thì ở vùng có độ dốc tơng đối giống nhau,
cấu trúc raster vẫn thể hiện sự khác nhau do kích thớc của các pixel tạo nên
đ
ờng gồ ghề.
Mối quan hệ về hình học giữa các yếu tố không gian thì khó vẽvà khó
thiết lập đợc, ví dụ với hai bản đồ đợc xác định bằng hàng, cột thì mối liên hệ
hình học giữa các đặc điểm của hai bản đồ đó là rất khó xác định.
Các bản đồ Raster thờng thô và kém vẻ đẹp hơn so với bản đồ vẽ
bằng đờng nét thanh của cấu trúc Vector. Trong bản đồ Raster, các yếu tố
đờng, sông, ranh giới thờng đợc biểu hiện bằng các pixel nên có dạng
răng ca.

Việc chuyển đổi các thuộc tính không gian của cấu trúc Raster thì dễ
bị nhiễu. Ví dụ một con đờng khi quay đi một góc nào đó rồi quay lại đúng
góc đó nhng nó có thể bị biến đổi so với hình dạng ban đầu.
Đối với phân tích không gian, hạn chế nhất của cấu trúc Raster là độ

chính xác thờng thấp so với mong muốn (ví dụ khi tính độ day của một đoạn
thẳng sai số thờng lớn hơn so với đo trực tiếp). Đây là điều khó tránh khỏi vì
kích thớc tính đợc liên quan đến kích thớc của các pixel và vị trí của một
đoạn thẳng hay của một điểm cũng đợc xác định tuỳ thuộc kích thớc của
pixel.Đây cũng là một điểm cần lu ý trong khi thể hiện bản đồ dạng Raster (
hình )

Hình 4. Mô phỏng cách thể hiện các khoanh vi theo cấu trúc Raster
1.3.3. Cấu trúc dữ liệu dạng Vector
Nh phàn trên đã giới thiệu,trong cấu trúc dữ liệu dạng Vector, các đối tợng
không gianđợc trình bày bằng một loạt các Vector. Trong khái niệm toán học,
một Vector đợc thể hiện bằng một điểm xuất phát (starting point) với toạ độ X
và Y đã cho, một hớng (direction) nghĩa là có một góc nào đó theo hớng
đông, tây, nam, bắc và một độ dài (length). Một điểm đợc thể hiện bởi một
Vector bị thoái hoá (degenerate) với cả hớng và độ dài của nó đều bằng 0.
Trong trờng hợp này điểm cũng không có cả diện tích.
Một đờng đợc thể hiện bởi sự lặp lại của các Vector, mà các Vector này là
các đoạn thẳng vì chiều rộng của các Vector cũng không đợc xác định nên về
ý nghĩa không gian, đờng chỉ có một kích thớc, đó là độ dài.
Một polygon đợc thể hiện bở một loạt các Vector tạo nên một vùng khép kín
và diện tích của vùng đó có thể đo đợc.


Hiình 5. cấu trúc dữ liệu vecter
Những u điểm của cấu trúc Vector:
ít trờng hợp t liệu bị đầy chặt bộ nhớ trong máy tính vì tổ chức dữ
liệu Vector thờng ở dạng nén, vì có thể chứa đợc một lợng dữ liệu Vector
rất lớn trong t liệu không gian.
Các đối tợng riêng biệt đợc thể hiện một cách rõ ràng và liên tục
bằng những đờng nét rõ ràng.

Các yếu tố không gian về mặt hình học thì dễ dàng đợc xác định.
Có độ chính xác cao trong việc tính toán và xử lý các yếu tố không
gian.
Nhợc điểm:
Nhợc điểm lớn nhất của cấu trúc dữ liệu Vector là xử lý chồng xếp
các lớp bản đồ rất khó thực hiện đợc, ngay cả những việc chồng xếp rất đơn
giản của dữ liệu Raster.
Ví dụ: Để xác định một điểm nằm trong một polygon không thì ở cấu trúc
Raster rất đơn giản khi biết vị trí của điểm theo hàng hay cột. Trong khi đó ở
cấu trúc Vector thì phải có một sự tính toán rất phức tạp.
Hình bên trái dễ dàng xác định vị trí pixel B ở hàng 7 và cột số 8
hình bên phải các polygon A, B, C, D đợc xác định bởi một loạt các toạ độ XY

AAA
A
A
AA
AA
AAAA
AAAAA
AAA
A
A
AA
A
A
B
B
B
BBB

B
BBBBB
B
BB
BBB
B
B
B
B
B
B
B
BBBB
B
C
CC
C
CC
C
C
C
C
C
C
C
CCC
CC
C
CC
CC

C
C
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
DD
D
B
B
B
D
B
A
B
C
D
Raster
Vector

Hình 6. So sánh giữa cấu trúc Raster và Vector
Rất phức tạp. Để xác định một điểm có toạ độ 8,4 (theo toạ độ phẳng)
(tơng ứng với điểm B ở hình bên trái có toạ độ hàng 7 cột 8) thì việc tính
toán là rất phức tạp mới xác định đợc điểm đó nằm ở polygon nào.

1.3.4. Mô hình cấu trúc dữ liệu cung và điểm nút (area-node)
Một mô hình dữ liệu là một cấu trúc cớ bản của dữ liệu đợc thiết kế để sao cho
việc khai thác và xử lý là thuận tiện nhất.
Mô hình cung và điểm nút (are-node) là môhình do cục thống kê của Mỹ thiết
kế theo các file dữ liệu địa lý từ năm 1980. Trên cơ sở mô hình này, các đờng
phố và yếu tố dạng tuyến khác của nớc Mỹ cũng đợc tổ chức theo hệ thống
file dữ dạng có hai thuộc tính độc lập về cung và điểm nối (dual independence
map encoding - DIME) (are-node Model- mô hình cung điểm nối). Theo mô
hình này, các cung tạo nên phần lớn các đơn vị cơ bản trên bản đồ. Khái niệm
về cung (area) ở đây khác với khái niệm về cung ở trong hội bản đồ của Mỹ
quy định. ở đây mỗi một cung bao gồm hai điểm nút: điểm đầu và điểm cuối.
Giữa các điểm nối và cung có thể không có hoặc có các giao điểm của các cung
khác. Hình dạng và độ dài của cung đợc xác định bởi vị trí của các điểm nối
và các giao điểm (vertice hoặc vertex). Một điểm nối khác với giao điểm về tính
chất hình học. Cụ thể: một điểm nối thì có toạ độ x và y và thuộc tính hình học,
còn giao điểm (vertex) thì chỉ có toạ độ x và y mà không có thuộc tính (hình 7)
102
103
104
101
102
Code của polygon
Điểm nối
35
Code của cung
35
38
34
39
37

36
Ghi chú

Hình 7. Cấu trúc một polygon đơn giản trong mô hình cung và điểm nối
Trên hình 3 có 4 polygon 101, 102, 103 và 104, các polygon đợc xác định bởi
7 cung (are) từ 33-39. Mỗi cung có một điểm nối là điểm đầu và điểm cuối.
Những cung thẳng là không có giao điểm còn những cung gấp khúc là có một
hoặc nhiều giao điểm (vertex). Một điểm quan trọng cần lu ý về mô hình cung
- điểm nối là một cung luôn đợc xác định bởi một điểm nối.

Hớng của một cung đợc hiểu một cách đặc biệt trong thứ tự của các điểm
nối, đó là điểm đầu và điểm cuối. Với một hớngđã biết thì hai phía (phải và
trái) của cung cũng đợc xác định. Những thông tin về một cung bao gồm:
Thuộc tính (ID) của cung
Thuộc tính (ID) của điểm nối đầu
Thuộc tính (ID) của điểm nối cuối
Thuộc tính (ID) của polygon bên trái của cung
Toạ độ x, y của điểm nối đầu
Toạ độ x, y của điểm nối cuối
Toạ độ của tất cả giao điểm
Ngoài ra trờng (field) bao gồm độ dài của một cung cũng đợc xác định.
Điểm nối có ý nghĩa về mặt hình học là nó thể hiện sự tiếp nối giữa hai yếu tố
mô hình cung - điểm nối (area-node), một điểm đợc thể hiện bằng một yếu tố
đờng bị thiếu hụt (degenerate) với điểm nối đầu trùng lên điểm nối cuối và
không có điểm giao cắt ở giữa.
Nh vậy, một điểm đợc thể hiện bằng một điểm nối (node) vì điểm nối đầu và
điểm nối cuối là giống nhau. Đối với polygon nh đã nêu ở trên thì mỗi
polygon là bao gồm tập hợp các cung và điểm nối. Để xác định mối quan hệ
không gian của polygon thì mọi điểm giao cắt phải đợc xácđịnh bằng một
điểm nối.

u thế cơ bản của mô hình cung cầu - điểm nối là luôn có thuộc tính không gian
và nh vậy mức độ chính xác sẽ rất cao, đồng thời dễ xác định đợc mối quan
hệ không gian của các yếu tố. Ví dụ sự tiếp giáp của hai polygon hay pplygon
này nằm trong polygon kia và cách đơn giản là xem ở bảng thống kê các cung
mà chúng ta tạo nên 2 polygon đó. Trong bảng thống kê nếu có một cung nào
đó là một phần của cả hai polygon thì 2 polygon đó là nằm liền kề nhau.
Phần mềm ERIS ARC/INFO là phần mềm điển hình có tổ chức vector theo mô
hình cung- điểm nối và nó tự động tính và thống kê các thuộc tính của cung,
điểm nối, từ đó dễ dàng cho việc tính toán và xử lý các mô hình không gian.
Trong ARC/INFO, có hai dạng bảng thống kêlà bảng thống kê thuộc tính của
các polygon (polygon attribute table - PAT) và bảng thống kê thuộc tính của
các cung are attribute table AAT.
Bảng 1. bảng thuộc tính của polygon PAT
# - ID N
0

Thuộc tính
Poly ID Thuộc
tính polygon
Perimeter
Chu vi
Area
Diện tích
1 0 8418 4,506
2 104 8596 2,078
3 102 4296 1,144
4 101 2233 0,301
5 103 4325 0,983
Bảng 2. Bảng thống kê thuộc tính của cung AAT
# - ID

Thứ tự
Area- ID
Thuộc
tính cung
F-node
điểm
đầu
T- node
điểm
cuối
I- Poly. P
bên trái
P-Poly. P
bên phải
Length
độ dài
1 38 3 1 2 1,1 51
2 33 4 3 5 1,0 40

3 35 4 1 3 2,1 50
4 37 2 2 4 2,2 33
5 36 1 5 2 4,1 20
6 39 5 3 2 1,0 93
7 34 4 5 1 2,1 93
Trên bảng PAT, mọi tính chất chi tiết của polygon đều đợc tính và thống kê,
các chi tiết đó gọi là coverage.
Polygon thứ nhất (#-ID: 1)đợc gọi là polygone tổng hợp (universe polygone),
nó thể hiện một vùng tổng hợp tất cả các polygon có bên trong và có diện tích
đợc quy định là âm và có giá ttrị tuyệt đối bằng tổng diện tích của các polygon
bên trong. Các polygon tiếp theo đợc gắn các thuộc tính và các giá trị: chu vi,

diện tích mà đợc tính tự động khi các tính chất chi tiết đợc thiết lập.
Bảng AAT mỗi cung đợc xác định bởi cả số thứ tự và thuộc tính của cung,
thuộc tính của điểm đầu, điểm cuối và thuộc tính của các polygone ở bên phải,
bên trái của cung. Và các polygon này cũng chính là các polygone ở trong bảng
PAT. Ví dụ: polygone số 3 trong bảng AAT có số thứ tự là 3 và thuộc tính là
102 t0 bảng PAT.
Cả 3 yếu tố quan trọng của vector về tính chất hình học (topology) là tính chất
nối tiếp (adracency), tính chất chứa đựng (containment) và tính chất nối
(conectivity) là những yếu tố rất quan trọng và là vấn đề cốt lõi của mô hình
cung - điểm nối (are - node). Các yếu tố này sẽ giúp ngời phân tích xác định
rõ đợc tính chất của các yếu tố trong bản đồ.
Ví dụ: để xác định hai polygon có tiếp giáp nhau hay không, ngời phân tích
chỉ cần xem các cung xác định nên hai polygon đó, nếu có một cung nào cùng
tính chất thì nó chính là vị trí tiếp giáp của hai polygon. Trong bảng TAB, hai
polygon có số 102 và 103 đợc tiếp giáp nhau bởi cung số 33 trong bảng AAT.
Để xác định tính chất chứa đựng, cách xác định cũng nh vậy. Muốn xác định
polygon A đợc chứa bởi polygon B hay không thì trớc hết phải xác định các
cung tạo nên polygon A và thuộc tính của cả hai bên các cung, nếu nh xác
định thấy A luôn ở mọi phía của cung thì A nhất thiết phải đợc chứa trong B.
Ví dụ cung số 37 trong hình 3 xác định nên polygon số 101, một phía của cung
luôn là polygon số 104 thì nhất thiết polygon số 101 phải đợc chứa trong
polygon số 104. Trong trờng hợp một polygon lớn chứa nhiều polygon nhỏ
bên trong cũng xác định một cách tơng tự.
Tính chất tiếp nối của một cung đợc xác định từ thuộc tính của điểm đầu (F)
và điểm cuối (T) trong bảng AAT. Hai cung đ
ợc xem là nối trực tiếp một khi
có chung điểm nối. Ví dụ trong bảng, cung 33, 38 và 39 là có chung một điểm
nối số 3.F. Trong khi đó cung số 37 là không đợc nối với một điểm nào cả vì
nó chỉ có một điểm nối riêng của nó (số 2) tạo nên polygon thứ 4 có thuộc tính
là 101.

Ví dụ trên là ví dụ cho một sự u điểm của mô hình cung - điểm nối, nó xác
định mối liên hệ hình học của các yếu tố và điều rất quan trọng trong xử lý
không gian. Mặt khác, vị trí (toạ độ x, y) của mỗi một điểm nối, điểm giao cắt
cũng đợc xác định. các thuộc tính đó cũng đợc thống kê rõ ràng trong bảng
PAT và AAT giúp cho ngời phân tích dễ dàng xử lý các thông tin. Trong thực
tế, các t liệu không gian là rất phức tạp, mô hình are-node là công cụ hữu hiệu
cho việc xử lý. Hiện nay các phần mềm ERSI-ARC/INF và INTERGRAPH
đợc xây dựng theo mô hình này, Trong khi đó, phần mềm MAP/ INFO không

đợc xây dựng theo mô hình cung-điểm nên giao diện giữa chúng không tơng
thích.
Tóm lại: nội dung phần này nhằm giới thiệu tập trung vào t liệu không gian,
đó là cơ sở cho việc xử lý HTTĐL. Công việc thống kê thuần tuý thì không cần
phải có các dữ liệu không gian, sự phân tích không gian thì lại rất cấn các thông
số đó, đặc biệt là các thông số về địa lý và bản đồ.
Các đối tợng không gian có thể đợc trình bày dới các dạng khac nhau là
đờng, điểm và polygon. Các yếu tố cơ bản của chúng cần đợc xác định đó là
vị trí, thuộc tính và tính chất hình học.
Việc tổ chức các yếu tố này ở hai dạng cấu trúc Raster và polygon là khác
nhau. Nhìn chung vị trí và thuộc tính thì đợc tổ chức tơng đối giống nhau
trongcả hai dạng cấu trúc dữ liệu, song tính chất không gian thì hết sức khác
nhau.
Trong xử lý không gian, các thông tin quan trọng nhất về hình học và tính chất
tiếp giáp, chứa đựng và nối tiếp, cấu trúc Raster có hạn chế cơ bản là không thể
hiện đợc mối quan hệ không gian. Thay vào đó, cấu trúc Vector và đặc biệt là
cấu trúc cung- điểm nối có u điểm là cung cấp đầy đủ các thông tin thuộc tính
của điểm, đờng và vùng nên nó giúp cho việc xử lý không gian đợc rõ ràng
và hiệu quả.
1.3.5. Mô hình mạng (network model)
Trong mô hình mạng , các cung trở thành mạng đợc thể hiện trong mạng giao

thông (đờng sắt, đờng bộ, đờng không), mạng lới điện , mạng thông tin ,
mạng ống gas, ống nớc. Các điểm nối trở thành các điểm nối, điểm dừng hoặc
điểm giữa của mạng giống nh hệ thống chạc 3 hoặc hệ thống van một cổng
dẫn.
Các điểm đó là nơi để dừng hoặc tiêp nhận các đối tợng hoặc đa ra các đối
tợng cần lu thông , tơng tự các điểm dừng xe, bến đổ, nơi chuyển tải Trung
tâm của mạng là nơi chuyển tải nguồn cung cấp hoặc là nơi có những hoạt động
có tính chất cung ứng cho mạng nh: siêu thị, bệnh viện, sân bay, trờng học
ở qui mô lớn hơn trung tâm có thể là cả một thành phố cung cấp , chuyển tải
cho cả một vùng rộng lớn. Nh vậy điểm liên hệ trong mạng là những đầu mối
và các đờng dẫn và mối liên hệ đó có hớng nhất định theo các điểm quay -
đổi chiều. Tóm lại những tính chất nh đờng nối , điểm nối , các điểm dừng ,
các trung tâm và các điểm quay là những thông tin thuộc tính của mô hình
mạng cơ sở dữ liệu vector. Còn một tính chất khác của mạng là sự cản trở
(tơng tự điện trở của mạch điện). Sự cản trở bởi khối lợng thông tin đợc
truyền và thời gian truyền tải. Sự cản trở có liên quan đến nhiều yếu tố của
mạng, đồng thời có liên quan đến cả năng lợng truyền. Trong mạng của
HTTDL với dữ liệu vector , những yếu tố quan trọng ảnh hởng đến sự liên kết
trong mạng đó là yếu tố hình học và sự nối tiép. Ngoài ra các thuộc tính khác
của đối tợng cũng phải đợc bố trí hợp lý cho từng mạng.

1.3.6. Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu
Trong xử lý HTTĐL, ngoài việc chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu (format) với
các phần mềm khác thì một trong những chức năng quan trọng cần thiết là
chuyển đổi từ vector sang Raster và ngợc lại. Chức năng này cho phép sử dụng
một cách linh hoạt những lớp thông tin có sẵn trong CSDL hoặc các lớp thông
tin mới tạo nên để đa vào xử lý nhanh chóng trong hệ thống.
Chuyển đổi dữ liệu thanhf Raster (Raster hoá) (Rasterisation hay Rasterising)
là quá trình chuyển đổi dữ liệu từ cơ sở pixel sang dạng vector. Công việc này
rất cần thiết cho nhiều mục đích, Khi mà các đờng contour của vector cần thiết

đợc xử lý phối hợp với tài liệu Raster.
Để Raster hoá cần thiết phải tạo lới với độ phân giải (kích thớc pixel) thích
hợp lên toàn bộ bản đồ và tính gia trị pixel bằng việc lựa chọn các vùng mẫu tại
nơi giao nhau của các đờng vector hoặc nơi tiếp giáp của các polygon, từ đó
gắn giá trị các pixel tại nơi tiếp giáp, sao cho nó phân biệt hẳn với các pixel ở
xung quanh. Nếu vector hoá với độ phân giải thấp thì sẽ làm giảm độ chính xác
của bản đồ đôi khi làm rối các đờng contour.
Nguyên nhân của việc làm rối, sai lệch các đờng là do lựa chọn độ phân giải
không thích hợp hoặc chọn vùng mẫu của lới cha đúng vị trí. Tuy nhiên,
trong thực tế áp dụng các chức năng này đã có sẵn trong các phần mềm nên khi
áp dụng ngời sử dụng ít phải can thiệp và khi cần thiết thì thao tác; quan trọng
là xác định độ phân giải và vị trí các ô lới.
Chuyển dữ liệu Raster thành vector (vector hoá) có nhiều phơng pháp vector
hoá. Công việc này chỉ thực hiện một khi tài liệu gốc có ở dạng Raster (ví dụ
nh ảnh vệ tinh hoặc các bản đồ nội suy) trong quá trình phân tích lại đòi hỏi ở
dạng vector. Vector hoá chỉ thực hiện đợc một khi chiều rộng của dải pixel
đợc xác định và có đờng nối giữa các pixel đó với nhau. Vector hoá là một
quá trình xử lý tỉ mỉ, nó đòi hỏi phải có sự xem xét và điều khiển quá trình xử
lý, đặc biệt là ở những chổ tiếp nối. Trong quá trình hai việc phải làm là: tẩy
sạch rìa của các đối tợng có chức năng tạo nên đ
ờng biên giới. Kết quả là các
đối tợng này trông sắc nét dạng răng ca vuông. Quá trình tẩy rửa đợc thực
hiện theo chiều kim đồng hồ. Quá trình tẩy cũng cho phép bổ sung các toạ độ
của các pixel một cách rõ ràng để phục vụ cho việc định vị các đờng vector
đợc lập.


Hình 8. chuyển đổi Raster và véctơ
Nối các pixel bằng đờng chạy qua chúng. Đây là quá trình xử lý đơn giản
giống nh việc số hoá. Quá trình này đợc thực hiện lần lợt, khi gặp vị trí có

sự chuyển thành nhiều hớng thì đó là các điểm. Quá trình này có sự can thiệp
của ngời điều hành thì kết quả sẽ tốt hơn. Cũng cần lu ý rằng chức năng
vector hoá chỉ nên áp dụng một khi cần thiết.
Tóm lại, những phần trên này đã tập trung giới thiệu để cung cấp một cách nhìn
rõ ràng về vấn đề cơ sở dữ liệu hình thành trong máy tính. Chúng ta cũng đã
nêu khái quát những đặc điểm của hai dạng dữ liệu cơ bản là Raster và vector,
đồng thời cũng giới thiệu về hai khái niệm quan trọng khác của HTTĐL là
mạng và các bề mặt.
Do dữ liệu Raster thờng chiếm khối lợng lớn nên cần thiết phải có các
phơng pháp nén dữ liệu .Có một số khái niệm nén số liệu phổ biến nh sau
- Mã hoá chạy theo dòng ( run lengh code)
Mã hoá theo chuỗi mắt xích ( chain codes)
Mã hoá theo khối ( bloch codes )
Mã hoá theo cách chia thành 4 ô nhỏ (quadtrees )
Nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn Raster. Tuy nhiên dù
sao khái niệm độ chính xác của các đối tợng trong HTTĐL vẫn chỉ là tơng
đối. Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai
dạng t liệu là điều cần thiết và là tất nhiên
Tóm tắt chung
Phần này đã tập trung giới thiệu để cung cấp một cách nhìn rõ ràng về vấn đề
cơ sở dữ liệu hình thành trong máy tính. Trong đó, đã nêu khái quát những đặc
điểm của hai dạng dữ liệu cơ bản là Raster và vector .Do dữ liệu Raster thờng
chiếm khối lợng lớn nên cần thiết phải có các phơng pháp nén dữ liệu
Nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn Raster, tuy nhiên dù
sao khái niệm độ chính xác của các đối tợng trong HTTDL vẫn chỉ là tơng
đối. Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai
dạng t liệu là điều cần thiết và là tất nhiên.Thông thờng , các mô hình xử lý

t liệu thờng là không gian hai chiều hoặc 3 chiều. Trong tơng lai, để theo
dỏi diễn biến của các đối tợng thì phải xử lý theo đa thời gian và dự báo - đó là

khái niệm về chiều không gian thứ 4 của mô hình xử lý HTTDL.
1.4. Tính chất định lợng của phân tích không gian
Ba yếu tố của thông tin không gian là: vị trí, thuộc tính và tính chất hình học có
những vai trò khác nhau trong phân tích không gian. Thông thờng, những
nghiên cứu đầu tiên là tập trung vào các thuộc tính của dữ liệu. Về sau, hớng
cần nghiên cứu là thiết lập mô hình để giải thích sự phân bố của các hiện tợng
hoặc các yếu tố tự nhiên trong mối quan hệ không gian nghĩa là phải xác định
mối quan hệ về vị trí và thuộc tính của chúng.
Mỗi một yếu tố không gian đều chiếm một vị trí nhất định trên bề mặt trái đầt.
Vì vậy muốn thể hiện một đối tợng nào đó lên bản đồ, nhất thiết phải đợc đặt
trong một hệ thống toạ độ qui định. Độ chính xác của vị trí tuỳ thuộc vào hệ
thống toạ độ sử dụng và phơng thức tổ chức của các đối tợng lên bản đồ. Bên
canh đó, việc xử lý không gian thờng có tham khảo, sử dụng nhiều nguồn t
liệu với các hệ thống toạ độ khác nhau, vì vậy độ chính xác của xử lý còn tuỳ
thuộc vào khả năng chuyển đổi giữa các hệ thống toạ độ đó.
Một số yêu cầu cơ bản về định lợng của việc phân tích không gian
Hệ thống toạ độ sử dụng phải tiện lợi cho quá trình tổ chức dữ liệu và xử lý
HTTĐL. Khi xử lý nhiều nguồn dữ liệu với các hệ toạ độ khác nhau thì hệ
thống phần mềm phải có khả năng chuyển đổi toạ độ một cách đa dạng.
Vì HTTĐL thờng sử dụng nhiều nguồn t liệu ở các hệ thống toạ độ khác
nhau, phần mềm phải có khả năng thiết lập và chuyển đổi toạ độ vào hệ thống
thờng đợc sử dụng. HTTĐL phải cho phép những ngời sử dụng khác nhau
có thể chuyển đổi toạ độ của dữ liệu nguồn về một hệ thống toạ độ chuyên để
đợc sử dụng với từng chuyên ngành, khi đó phải có các hàm toán chuyển đổi
tọa độ.
Việc đo đạc vị trí là bớc đầu tiên của xử lý không gian và điều cốt yếu là phải
thể hiện đợc vị trí của bất kỳ một đối tợng nào trong hệ thống toạ độ sử dụng
sử dụng xác định hệ thống tọa độ là hết sức quan trọng vì nó giúp cho việc xác
định tính chất và các thuộc tính về vị trí của dữ liệu.
Một trong những hệ thống toạ độ rất quan trọng cho việc xử lý không gian cũng

nh cho việc vẽ bản đồ là toạ độ lới (grid system) và hệ thống này đợc chấp
nhận một cách rộng rãi và có giá trị tham khảo cho toàn bộ các hệ toạ độ khác.
Ngoài ra còn sử dụng hệ toạ dộ UTM (Universal Transverse Mercator
projection).
1.4.1. hệ thống của toạ độ lới
Trong hệ thống toạ độ lới, vị trí của một nơi trên bề mặt trái đất đợc xác định
vào khoảng cách đến xích đạo và đờng kinh tuyến chính. Phơng Bắc địa lý
(cực Bắc) đợc xác định là điểm cuối phía Bắc của trục quay trái đất và tơng
tự nh vậy điểm Nam là điểm cuối trục quay trái đất. Xích đạo là nơi tập hợp
các điểm tạo nên. là cơ sở để đo vị trí của các điểm ở hai hớng Đông và Tây.
Nửa bán cầu phía đông của kinh tuyến chính, còn phần Tây bán cầu là ở phía
Tây. Kinh độ của một điểm bất kỳ đợc đo bởi khoảng cách góc giữa xích đạo
và điểm thứ hai tơng ứng có cùng vĩ độ và nằm ở kinh tuyến chính.

60
0
60
0
135
0
135
0
180
0
Đông
Tây
70
0
70
0

Cực Bắc (N)
Cực Nam (S)
Xích đạo
(N)
0
0
Kinh tuyến chính

Hình 9. các đờng kinh tuyến, vĩ tuyến trong hệ toạ độ lới
Việc xác định hớng Đông hay Tây tuỳ thuộc vào vị trí điểm nằm ở bán cầu
nào. Vì kinh độ và vĩ độ đợc xác định trên cơ sở của hệ thống lới và việc đo
đạc đợc thực hiện trên hình cầu thay vì đo trên mặt phẳng. Nh vậy, mỗi một ô
đợc xác định bỏi một cặp kinh tuyến và một cặp vĩ tuyến với một bề mặt cong.
Toạ độ dựa trên kinh độ và vĩ độ phải đợc chuyển đổi về một lới chiếu bản
đồ. Tóm lại lới địa lý là lới đợc chiều từ dạng mặt cầu lên một mặt phẳng để
tạo lập nên bản đồ. Dới dây là hai mối liên hệ quan trọng về mối quan hệ
không gian của kinh độ và vĩ độ.
Khoảng cách 1
o
của vĩ độ đợc xem là hằng số mặc dù trong thực tế khoảng
cách đó là khác nhau tuỳ thuộc vào vĩ độ. Trong khi đó khoảng cách 1
o
của
kinh độ là khác nhau khi ở các vĩ tuyến khác nhau.
Khoảng cách 1
o
kinh độ là khác nhau so với khoảng cách 1
o
vĩ độ và khác nhau
giữa hai điểm nằm cách nhau mặc dù ở trên cùng kinh tuyến. Do có sự không

nhất quán trong việc đó giữa kinh độ và vĩ độ mà việc đo khoảng cách dựa theo
kinh độ và vĩ độ không áp dụng chung đợc trong xử lý không gian.
Hệ thống lới địa lý thờng đợc dùng để tham khảo chung về vĩ trí trên bề mặt
trái đấi: vì hệ thống này xác định ví trí trên bề mặt cầu hơn là trên bề mặt phẳng
và một đặc điểm chính của hệ thống là sự khác biệt với việc thể hiển một vị trí
với hai chiều. Do đó trong việc áp dụng chính xác thì vị trí phải đợc chuyển
đổi về hệ thống toạ độ phẳng hai chiều. Ba vấn đề quan trọng trong việc thể
hiện một hệ thống toạ độ là xác định hớng bản đồ, tỉ lệ bản đồ và lới chiếu
bản đồ.
Định hớng bản đồ
Khi đã xác định hệ thống toạ độ, công việc đầu tiên là định hớng bản đồ.
Thông thờng chỉ thị định hớng cho bản đồ là mũi tên chỉ hớng bắc. Đối với
bản đồ địa chất của Mỹ, thông thờng có 3 hớng Bắc. Hớng Bắc thực (đúng),
hớng Bắc t tởng và hớng Bắc của lới. Hớng Bắc thực là chỉ đúng về
hớng cực Bắc của Trái đất. Hớng Bắc t tởng là xác định theo kim của nam
châm. Hớng Bắc của lới là đờng thẳng đứng chỉ tới điểm cuối cùng của lới
chiếu ô (Grid). Thông thờng, trục thẳng đứng của một hệ thống toạ độ chính là
cùng với hớng Bắc của lới. Vì vậy, hớng Bắc của lới có thể khác nhau tại
từng phần của Trái đất, nên đối với một hệ toạ độ khác thì cần hiểu rằng đó chỉ
là hớng Bắc của hệ toạ độ mà thôi.
Tỉ lệ bản đồ: tỉ lệ bản đồ đợc xác định bằng tỉ số giữa một đơn vị độ dài trên
bản đồ với khoảng cách thực, tơng ứng trên thực tế bản đồ có thể xác định
theo 3 cách: bằng lới thuyết minh, bằng toán học hoặc bằng biểu đồ.

Xác định bằng lời ,ví dụ : 1 cm bản đồ tơng ứng với 1000m thực tế hay 1
cm = 1000m
Thể hiện bằng toán học ví dụ : tỉ lệ 1: 100 000 hay 1/100 000 nghĩa là 1
cm bản đồ tơng ứng với 100 000 cm ngoài thực địa hay 1000 m
Thể hiện bằng đồ thị: đồ thị đợc biểu thị bằng một đoạn ngắn với một
giá trị lớn, trong đó ta chia nhỏ thành từng đoạn ngắn với chữ số bên dới. Một

bản đồ tỉ lệ lớn tuỳ chiếm một diện tích nhỏ trong thực tế song mức độ chi tiết
sẽ lại cao hơn so với bản đồ tỉ lệ nhỏ, nên khi xây dựng thớc tỉ lệ ở bản đồ tỉ lệ
phải lớn hơn so với bản đồ tỉ lệ nhỏ để thể hiện đợc nhiều chi tiết hơn.
Một số điểm chú ý
Trong xử lý không gian, ba cách thể hiện nói trên về tỉ lệ bản đồ là rất
quan trọng.
Tỉ lệ bản đồ xác định mức độ chính xác về vị trí của t liệu. Mức độ
chính xác đó liên quan đến một loạt yếu tố khác nh: độ chính xác của phần
cứng của máy tính hay độ phân giải của các thiết bị nhập và xuất dữ liệu (nghĩa
là độ phân giải của bàn số và máy in), độ chính xác của bản đồ nguồn, thiết kế
của cơ sơ dữ liệu, độ phân giải của phần mềm (nghĩa là sự xác định về sai khác
trong khái niệm, số nguyên hay điểm thị sai (floating point) hoặc mức độ chính
xác của điểm thị sai là bậc 1 và 2.

Cực Bắc
Cực Nam
Xích đạo
Kinh tuyến
Vĩ tuyến

Hình 10. Các yếu tố chính của trái đất
Vĩ tuyến là những vùng tròn bất kỳ trên bề mặt trái đất và song song với xích
đạo. Nh vậy số lợng vĩ tuyến là vô cùng mà mỗi điểm trên mặt đất đều rơi
chính xác vào một điểm đó. Kinh tuyến là một vùng tròn tởng tợng trên bề
mặt trái đất và chia đôi quả đất thành hai phần bằng nhau và nó chạy qua cả cực
Bắc và cực Nam của Trái đất. Nh vậy số lợng kinh tuyến là vô cùng nhiều.
Kinh tuyến và vĩ tuyến luôn vuông góc với nhau và góc giao của chúng luôn là
90
o
. Kinh tuyến chính đợc quy định một cách ngẫu nhiên là kinh tuyến đi qua

đài quan trắc thiên văn Greenwich ở Anh.
Xích đạo đợc sử dụng nh một đờng vĩ tuyến cơ sở để xác định hai hớng
Bắc và Nam và nó có giá trị là 0
o.
Vĩ độ của một điểm bất kỳ đợc đo bằng
khoảng cách góc (angular distance) giữa điểm đó và xích đạo và nó xác định
cho một góc giữa đờng thẳng nối từ điểm đó tới tâm Trái đất và đờng thẳng
từ tâm Trái đất đến một điểm có cùng kinh độ và năm trên đờng xích đạo. Nh