Đồ Án Tốt Nghiệp - Công Nghệ GPS Và Ứng Dụng Công Nghệ GPS Trong Việc Xây Dựng Bản Đồ Số

ĐỒ ÁN
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG
BẢN ĐỒ SỐ

GVHD :
LỚP : ĐH ĐT A
KHOA : ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
SINH VIÊN : LÊ TRỌNG DŨNG
Hà Nội – 0…/201…
Dung VP
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS
1.1. Giới thiệu về hệ thống GPS
1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống GPS….
1.2.1. Bộ phận người dùng
1.2.2. Bộ phận không gian
1.2.3. Bộ phận điều khiển
1.3. Thành phần tín hiệu GPS
1.4. Cách thức làm việc của hệ thống GPS
1.4.1 .Hoạt động của GPS
1.4.2 .Ý tưởng định vị của hệ thống GPS
1.4.3. Độ chính xác của hệ thống GPS
1.4.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây dựng bản đồ số
2.1. Tổng quan về hệ thống GIS
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống GIS
2.2 Các thành phần của hệ thống GIS
2.3. Nguyên lý làm việc của GIS
2.4. Cấu trúc dữ liệu của GIS
2.4.1 Dữ liệu kiểu không gian

2.4.2 Dữ liệu kiểu phi không gian ………
2.5. Mô hình dữ liệu trong GIS
2.5.1. Mô hình dữ liệu kiểu Raster
2.5.2. Mô hình dữ liệu kiểu Vector
2.6. Mô hình thông tin không gian
2.6.1. Hệ thống Vector
2.6.2. Hệ thống Raster
2.6.3. Chuyển đổi dạng Vector và Raster
2.5.3. Công suất tạp âm nhiễu
Chương 3 : Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS
3.1. Ưu, nhược điểm của công nghệ GIS
3.1.1.Ưu điểm của công nghệ GIS
3.1.2. Nhược điểm của công nghệ GIS
Dung VP
3.2. Ứng dụng của công nghệ GIS trong các ngành
3.4.1. Điều chế tín hiệu GPS
3.2.1. Môi trường …………
3.2.2. Khí tượng thủy văn ………
3.2.3. Nông nghiệp
3.6.4. Dịch vụ tài chính
3.6.5. Y tế ……
3.6.6 Chính quyền địa phương
3.6.7. Bán lẻ ………………………………………………
3.6.8. Giao thông ……………………………
3.6.9. Các dịch vụ khác ……………
3.3. Sự phát triển và ứng dụng của công nghệ GIS ở VN
3.3.1. Sự phát triển của công nghệ GIS
3.3.2. Ứng dụng của công nghệ GIS ở VN
3.4. Kết luận
Tài liệu tham khảo………………………………

Dung VP
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp
ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa
học kỹ thuật. Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ
trụ hay các thiết bị di chuyển mặt đất khác đòi hỏi 1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ
không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, đứng trước sự đòi
hỏi đó chính phủ Mỹ đã tài trợ 1 chương trình nghiên cứu hệ thống định vị trong
vũ trụ. Với mục đích khảo sát, nghiên cứu hệ thống định vị này, ứng dụng công
nghệ GPS trong kỹ thuật bản đồ số, sự phát triển của công nghệ này ở Việt Nam,
chính vì vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật
xây dựng bản đồ số”. Nội dung của đề tài gồm 3 phần
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS.
Chương 2:Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số.
Chương 3: Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS tại Việt Nam
Do kiến thức và trình bày của nhóm còn hạn chế nên đề tài vẫn còn nhiều
thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý thêm của Thầy, Cô và các
bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Lê Trọng Dũng
Dung VP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS
1.1 Giới thiệu về hệ thống GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của
các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ trên trái đất nếu
xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính được tọa độ
của vị trí đó.

GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ
Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch.
1.2 Thành phần cơ bản của hệ thống GPS
Hệ thống định vị GPS bao gồm 3 bộ phận: bộ phận người dùng, bộ phận
không gian và bộ phận điều khiển.
Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất
1.2.1 Bộ phận người dùng.
Dung VP
Bộ phận người dùng là thiết bị thu tín hiệu GPS và người sử dụng những
thiết bị này. Thiết bị thu tín hiệu GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc
biệt. Nó được thiết kế để thu tín hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và
tính toán vị trí dựa trên thông tin đó. Thiết bị thu tin hiệu GPS có nhiều kích cỡ
khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau.
Tính chất và giá cả của các Thiết bị thu tín hiệu GPS nói chung lệ thuộc vào
chức năng mà bộ phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng
hải và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản
đồ đi biển.
Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao
diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng.
1.2.2 Bộ phận không gian.
Bộ phận không gian gồm các vệ tinh GPS mà nó truyền tin hiệu về thời gian
và vị trí tới bộ phận người dùng. Tập hợp tất cả các vệ tinh này được gọi là “chòm
sao”.
Hệ thống NAVSTAR của Mỹ gồm 24 vệ tinh với 6 quỹ đạo bay. Các vệ tinh
này hoạt động ở quỹ đạo có độ cao 20.200 km (10,900 nm) ở góc nghiêng 55 độ và
với thời gian 12 giờ/quỹ đạo. Quỹ đạo bay không gian của các vệ tinh được sắp
xếp để tối thiểu 5 vệ tinh sẽ được bộ phận người dùng nhìn thấy và bao phủ toàn
cầu, với vị trí chính xác hoàn toàn (position dilution of precision PDOP) của 6 vệ
tinh hoặc ít hơn.
Dung VP

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 dải tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có
tần số 1227.6 MHz. Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định. tuy nhiên, tín
hiệu mỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng. L1 mang mã P
(precise code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code). L2 chỉ mang mã P (P
code).
Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này. Thông tin dữ liệu hàng
hải giốngnhau được mang cả 2 dải tần số. Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ
mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có
thể nhận được từ mã P. Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y. Mỗi vệ tinh có 2
số nhận dạng. Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc
biệt. Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number). Số này được ấn định để ra
lệch phóng vệ tinh. Thứ ba là số mã ồn giả ngẫu nhiên (the pseudo-random noise-
PRN). Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó.
Một vài máy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc
mã khác từ mã PRN.
1.2.3 Bộ phận điều khiển.
Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám
sát và điều khiển các vệ tinh. Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy,
Dung VP
nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống GPS. Bộ phận điều khiển
NAVSTAR, được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system
(OCS)) gồm các trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station
(MCS)) và anten quay.
Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các
vệ tinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh. Có 5
trạm giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego
Garcia và Kwajalein. Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý.
Trạm MCS được toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đông của
Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý. Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm
giám sát trong thời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các

vệ tinh đang khoá hoặc lịch thiên văn thay đổi và để phát hiện thiết bi trục trặc.
Thông tin về tàu thuỷ di chuyển và lịch thiên văn được tính toán từ tín hiệu
giám sát và chuyển đến vệ tinh một lần hoặc hai lần/ngày. Thông tin tính toán bởi
trạm MCS, cùng với các mệnh lệnh duy trì thường xuyên được truyền bởi anten
xoay trên mặt đất. Anten này toạ lạc tại đảo Ascencion, Diego Garcia và
Kwajalein. Anten có đủ phương tiện để truyền đến vệ tinh theo đường liên kết sóng
vô tuyến dải tần S.
1.3 Thành phần tín hiệu GPS
Mỗi vệ tinh GPS phát tín hiệu radio với tần số rất cao, bao gồm 2 tần số
sóng mang được điều chế bởi 2 loại mã (mã C/A và mã P-code) và thông tin định
vị. Hai sóng mang được phát ra với tần số 1,575.42MHz (sóng mang băng tần L1)
và 1,227.60MHz( song mang băng tần L2). Tức là bước sóng xấp xỉ 19cm và
24.4cm.Việc sử dụng 2 loại sóng mang này cho phép sửa lỗi chính trong hệ thống
GPS đó là sự trễ trong tầng khí quyền, điều này được giải thích rõ ràng hơn trong
phần sửa lỗi hệ thống. Tất cả các vệ tinh GPS phát chung tần số sóng mang L1 và
L2, tuy nhiên mã điều chế thì khác nhau cho mỗi vệ tinh khác nhau. Hai loại mã
được dùng là mã C/A (Coarse/Acquisition) và mã P-code (precision code).
Mỗi mã bao gồm một nhóm số nhị phân 0 và 1 gọi là các bit. Các mã thông
thườngđược biết đến là mã PRN - Pseudo Random Noise(mã ồn giả ngẫu nhiên)
Dung VP
gọi là nhưvậy vì chúng được tao ra một cách ngẫu nhiên và tín hiệu giống như các
tín hiệu ồn, nhưng thực tế chúng được phát ra từ các giải thuật toán học. Hiện nay
mã C/A chỉ được điều chế ở băng tần L1 còn mã P-code được được điều chế ở cả 2
băng tần L1 và L2. Việc điều chế này gọi là điều chế lưỡng pha vì pha của chúng
dịch 180độ khi giá trị mã thay đổi từ 0 ->1 hay từ 1->0.
Mã C/A là 1 luồng bít nhị phân của 1023 số nhị phân và lặp lại bản thân
chúng trong mỗi giây. Điều này có nghĩa là tốc độ chip của mã C/A là 1.023Mbps.
Hay theo cách khác,chu kỳ của một bit xấp xỉ 1ms hay tương đương với 300m.
Việc đo đạc sử dụng mã C/A là kém chính xác so với mã P-code nhưng nó ít phức
tạp và được cung cấp cho tất cả người sử dụng.

Mã P-code là 1 một chuỗi dài các số nhị phân ,nó lặp lại bản thân nó sau 266
ngày. Nó cũng nhanh hơn 10 lần so với mã C/A( tốc độ là 10.23MBps). Nhân với
thời gian lặp lại bản thân nó sau 266 ngày để cho ra tốc độ 10.23Mbps suy ra mã P-
code là một luồng gồm 2.35x1014chip mã dài 266 ngày được chia ra 38 đoạn;mỗi
đoạn là 1 tuần.32 đoạn được phân chia tới các vệ tinh khác nhau. Mỗi vệ tinh phát
ra đoạn 1-tuần của mã P-code,chúng được khởi tạo vào nửa đêm nằm giữa thứ 7 và
chủ nhật hàng tuần. 6 đoạn còn lại để dành riêng cho mục đích sử dụng khác. Mã
P-code được thiết kế chủ yếu sử dụng cho mục đích quân sự. Nó được cung cấp
cho người sử dụng vào ngày 31/1/1994. Ở thời điểm đó mã P-code được mã hóa
bằng việc thêm vào nó 1 loại mã W-code. Và kết quả của việc thêm vào loại mã
code này là mã Y-Code và nó có tốc độ chíp giống với mã P-code.
Dung VP
Hình 1.3 Mô hình tín hiệu GPS khí truyền
1.4 Cách thức làm việc của hệ thống GPS
1.4.1 Hoạt động của GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và
lượng giác học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của
nó cho tất cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin
khác. Do đó, mỗi thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác
từ vị trí của tất cả vệ tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS
nhận. Từ đó tín hiệu hoặc sóng vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng
vận tốc ánh sáng – C ), các thiết bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan
từ GPS đến các vệ tinh khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu
được phát đi từ vệ tinh với thời gian mà thiết bị GPS thu nhận được tín hiệu do các
vệ tinh phát. Độ sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao
nhiêu bằng cách lấy khoảng thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sống vô tuyến.
Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu
tín hiệu có thể tính được vị trí của thiết bị GPS.
Dung VP
Hình 1.7 Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến các vệ tinh

Tất cả máy thu GPS bắt buộc phải khoá được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh
để có thể tính được vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển
động. Nếu thiết bị thu tín hiệu GPS có thể khóa được tín hiệu của bốn hay nhiều
hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy GPS có thể tính được vị trí theo ba chiều
(kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS
có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển,
khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều
thứ khác nữa.
Dung VP
1.4.2 Ý tưởng định vị của hệ thống GPS
Ý tưởng định vị của hệ thống GPS
Theo nguyên tắc thông thường thì để xác định vị trí của 1 vật nào đó ta cần
xác định được khoảng cách của chúng tới các vật chuẩn khác, ví dụ như khi ta lạc
đường , một người chỉ cho ta biết rằng anh đang cách Hà Nội 15Km, ta chỉ biết
Dung VP
được là đang nằm đâu đó trong trên đường tròn bán kính 50Km quanh Hà nội, nếu
1 người khác bảo là ta cách Hải Phòng 50Km thì ta xác định được 2 vị trí bằng
cách cho 2 đường tròn cắt nhau, và nếu 1 người khác lại cho ta biết rằng vị trí đó
cách Bắc Ninh 10 Km thì ta sẽ xác định được chính xác vị trí của mình. GPS cũng
sử dụng nguyên tắc đó để xác định vị trí, tuy nhiên trong không gian,3 mặt cầu cắt
nhau cho ra 2 điểm, nếu sử dụngtrái đất là mặt cầu thứ tư thì sẽ xác định được vị trí
của mình. Tuy nhiên việc sử dụng như vậy sẽ bỏ qua cao độ vì vậy mà cần 4 vệ
tinh để xác định được vị trí chính xác của bạn. 4 vệ tinh đó sẽ cho bạn biết khoảng
cách của bạn đến nó bằng công thức quãng đường bằng thời gian sóng điện từ
truyền nhân với vận tốc sóng truyền, mà vận tốc sóng truyền tính bằng vận tốc ánh
sáng và thời gian truyền thì được mã hóa rồi gửi đến máy thu.
1.4.3 Độ chính xác của hệ thống GPS
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh
hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin)
nhanh chóng khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn

liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng.
Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng
tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình
trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Hệ Tăng Vùng Rộng, Wide
Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét.
Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng
cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa
lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ
Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu
tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín
hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để
dùng với máy thu GPS của họ.
Dung VP
1.4.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Hệ thống GPS đã được thiết kế để ngày càng chính xác, tuy nhiên trên thực
tế vẫn còn có những lỗi. Những lỗi này có thể gây ra một sự lệch từ 50 -> 100m từ
vị trí máy thu GPS trên thực tế. sau đây có một vài nguồn lỗi được bàn tới:
a) Điều kiện khí quyển
Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lưu đều khúc xạ những tín hiệu GPS. Nó gây ra
sự thay đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu khác so với tốc
độ tín hiệu GPS trong không gian. Bởi vì vậy, khoảng cách tính toán bằng “tốc độ
x thời gian” sẽ khác nhau.
b) Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS
Do sự phản xạ từ các vật cản làm cho tin hiệu GPS giao thoa với nhau làm
cho các thiết bị thu GPS sẽ thu được tín hiệu lỗi.
c) Lỗi do sự di chuyển của thiết bị GPS.
Do trong qua trình thu tín hiệu GPS các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai
số cỡ khoảng 5 -> 15m. là do có độ trễ xảy ra trong qua trình truyền giữa vệ tinh và
thiết bị GPS do vậy tuy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS mà sai số giữa vị

trí nhận được và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu nhưng cỡ khoảng 5
15 m.
Dung VP
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG
VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ SỐ
2.1 Tổng quan về hệ thống GIS
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống GIS
GIS(GIS – Geographic Information System) là hệ thống thông tin địa lý, nó
là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành và những năm 1960 và phát
triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính
phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân … đánh giá được hiện trạng
của quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu
thập quản lý,truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với nền bản đồ
trên cơ sở tọa độcủa cơ sở dữ liệu đầu vào. Một hệ thông GIS gồm các thành phần:
con người, phầncứng, phần mềm và cơ sở dữ liệu. Mục đích là chúng ta có thể số
hóa các bản đồ giấythành các bản đồ số có thể lưu trên máy tính.
Dung VP
- Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin
địa lý. Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao tác,
phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian.
- Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và
phi không gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các đối tượng không gian
và các tinh chất của một vùng của đối tượng
- GIS được viết tắt của: G: Geographic – dữ liệu không gian thể hiện vị trí, hình
dạng (điểm, đường, vùng) + I: Information – thông tin về thuộc tính, không thể
hiện vị trí + S: System – Sự liên kết bên trong giữa các thành phần khác nhau
(phần cứng, phần mềm).
2.2 Các thành phần của GIS
GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu,
con người và phương pháp.

a, Phần cứng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay,
phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung
tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Dung VP
b, Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS
là:
- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
- Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
c, Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu
địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc
được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không
gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu
giữ và quản lý dữ liệu.
d, Con người
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể
là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
e, Phương pháp
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
2.3, Nguyên lý làm việc của GIS
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề
có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Điều này đơn giản nhưng vô cùng

Dung VP
quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong
việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường phân phối của các
chuyến xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự
lưu thông khí quyển toàn cầu.
Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện (chẳng hạn như
kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham khảo địa lý ẩn
(như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng
hoặc tên đường). Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra
các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là những mô tả,
như địa chỉ). Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như khu vực rừng
hay địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả đất phục vụ
mục đích phân tích.
2.4 Cấu trúc dữ liệu trong GIS
Dữ liệu của một hệ thống thông tin địa lý có thể chia thành hai dạng:
- Hình ảnh (không gian)
Dung VP
- Phi hình ảnh (thuộc tính)
2.4.1 Dữ liệu kiểu không gian
Số liệu hình ảnh hay còn gọi là dữ liệu không gian là sự mô tả bằng kỹ thuật
số các phần tử bản đồ. GIS sử dụng dữ liệu hình ảnh để thể hiện bản đồ ra màn
hình hay ra giấy.
Trong máy tính, dữ liệu không gian thường được thể hiện dưới các dạng sau:
- Điểm
- Đường
- Vùng
- Các điểm ảnh.
Các thành phần đồ họa trong cơ sở dữ liệu GIS thường được mô tả bằng
nhiều lớp (layer), mỗi lớp chứa một nhóm đối tượng thuần nhất với vị trí của
chúng theo hệ tọa độ chung của tất cả các lớp.

2.4.2 Dữ liệu kiểu phi không gian
Số liệu thuộc tính thể hiện các tính chất, số lượng, chất lượng hay mối quan
hệ của các phần tử bản đồ và các vị trí địa lý. Chúng được lưu trữ dưới dạng số hay
ký tự. Thông thường dữ liệu được quản lý dưới dạng bảng (table) bao gồm các cột
và mỗi cột là các trường (field), mỗi hàng là một mẩu tin. Để định nghĩa một
Dung VP
trường phải có tên trường (field name) và kiểu dữ liệu của trường, kiểu dữ liệu có
thể là : kiểu ký tự, kiểu số nguyên, kiểu số thực, kiểu logic…
2.5 Mô hình dữ liệu trong GIS
2.5.1 Mô hình dữ liệu kiểu RASTER
Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình
Raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel. Vị trí của
mỗi pixel được xác định bởi số hang và số cột. Giá trị được gán vào pixel tượng
trưng cho một thuộc tính mà nó thể hiện. Ví dụ một căn nhà được thể hiện bằng 1
pixel có giá trị là H, con sông được thể hiện bằng nhiều pixel có cùng giá trị là R,
tương tự khu rừng cũng được thể hiện bằng một nhóm pixel có cùng giá trị là D.
Kích thước của pixel càng nhỏ thì hình ảnh nó thể hiện càng sắc nét, thông
số thể hiện độ sắc nét gọi là độ tương phản. Ảnh có độ tương phản cao, thì độ sắc
nét càng cao, kích thước pixel nhỏ. Tuy nhiên, hai ảnh Raster có cùng kích thước,
nếu ảnh nào có độ tương phản cao thì file dữ liệu chứa nó sẽ lớn hơn. Ví dụ nếu 1
pixel thể hiện một diện tích là 250m X 250m mặt đất trên thực tế, thì để thể hiện
một khoảng cách 1km ta cấn 4 pixel, để thể hiện một diện tích 1km x 1km ta cần
16 pixel. Khi ta giảm kích thước pixel xuống còn 100m X 100m, để thể hiện một
khoảng cách 1km ta cần 10 pixel, để thể hiện một diện tích 1km X 1km ta cần 100
pixel. Vì kích thước của file dữ liệu liên quan tới số lượng pixel nên ta thấy rằng
kích thước của file tăng lên đáng kể khi ta tăng độ tương phản của ảnh Raster.
Dung VP
Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình
Raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel. Vị trí của
mỗi pixel được xác định bởi số hang và số cột. Giá trị được gán vào pixel tượng

trưng cho một thuộc tính mà nó thể hiện
2.5.2 Mô hình dữ liệu kiểu VECTOR
Mô hình dữ liệu vector thể hiện vị trí chính xác của vật thể hay hiện tượng
trong không gian. Trong mô hình dữ liệu vector, người ta giả sử rằng hệ thống tọa
độlà chính xác. Thực tế, mức độ chính xác bị giới hạn bởi số chữ số dùng để thể
hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn nhiều so với mô hình
dữ liệu Raster.Vật thể trên trái đất được thể hiện trên bản đồ dựa trên hệ tọa độ hai
chiều x,y, trên bản đồ vật thể có thể được thể hiện như là các điểm (point), đường
(line) hay vùng (area). Mô hình dữ liệu vector cũng tương tự như vậy, một vật thể
dạng điểm (point feature) được chứa dưới dạng cặp tọa độ (x, y). Một vật thể dạng
dường (line feature) được chứa dưới dạng một chuỗi các cặp tọa độ (x,y). Một vật
Dung VP
thể dạng vùng (area feature) được chứa dưới dạng một chuỗi các cặp tọa độ (x,y)
với cặp đầu tọa độ bằng với cặp tọa độ cuối, hay còn gọi là đa giác (polygon).
Mô hình dữ liệu kiểu vector
2.6 Mô hình thông tin không gian
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều
thì chúng càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và
chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ
GIS còn được gọi là thông tin không gian. Đặc trưng thông tin không gian là
có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan
hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua
mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trưng
thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự
nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh
hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ
của hệ thống.
Dung VP
2.6.1 Hệ thống Vector
a, Kiểu đối tượng điểm (Points)

Điểm được xác định bởi cặp giá trị đơn. Các đối tượng đơn, thông tin về địa
lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm. Các đối tượng kiểu
điểm có đặc điểm:
- Là toạ độ đơn (x,y)
- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point).
Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng. Tuy nhiên
trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm. Vì vậy,
các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau.
b, Kiểu đối tượng đường (Arcs)
Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm. Mô tả các đối
tượng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:
- Là một dãy các cặp toạ độ
- Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node
- Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node
- Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices
- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ
Dung VP
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc
c, Kiểu đối tượng vùng (Polygons)
Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng. Các đối tượng địa lý có
diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các
đặc điểm sau:
- Polygons được mô tả bằng tập các đường (arcs) và điểm nhãn (label
points)
- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng
- Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho
mỗi một vùng.
Dung VP
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon)

Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ.
Dung VP