ứng dụng gis trong quản lý csdl giáo dục quận hoàng mai - hà nội luận văn ths. bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

0


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



Phí Thúy Nga









ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ CSDL GIÁO DỤC QUẬN
HOÀNG MAI – HÀ NỘI



Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã sô: 60440214


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2013

1

LỜI CẢM ƠN

Để có được kết quả này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến
PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, đã tận
tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cám ơn Phòng GD-ĐT Quận Hoàng Mai đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ để em có thể hoàn thành luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý –
Trườngg Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện
giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn của em không thể tránh
khỏi nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn
cũng như kién thức chuyên môn của em có thể hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2013

Học viên thực hiện



Phí Thúy Nga








2

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 6
1. Lý do chọn đề tài 11
2. Mục đích của đề tài 12
3. Phạm vi đề tài 12
4. Phương pháp nghiên cứu 13
4.1 Phương pháp điều tra- khảo sát thực địa: 13
4.2 Phương pháp GIS: 13
5. Cấu trúc luận văn 14
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 15
1.1. Tổng quan về GIS 15
1.1.1. Giới thiệu chung về GIS 15
1.1.1.2. Các thành phần của GIS 15

1.1.1.3. Các chức năng của GIS 16
1.1.1.4. Một số ứng dụng của GIS 18
1.1.2. Cơ sở dữ liệu trong GIS 20
1.1.2.1. Các khái niệm 20
1.1.2.2. Cấu trúc dữ liệu trong CSDL GIS 20
1.1.2.3. Các khuôn dạng dữ liệu 22
1.1.2.4. Các kiểu đối tượng không gian 25
1.2.2.5. Toạ độ không gian trong GIS 27
1.2. Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS 29
1.2.1. Khái niệm chuẩn CSDL 29
1.2.2. Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và xu hướng xây dựng 29
1.2.2.1. Hiện trạng chuẩn hoá dữ liệu GIS trên thế giới 29
1.2.2.2. Xu hướng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới 30
1.2.3.1. Thực trạng xây dựng CSDL GIS ở Việt Nam 31
3

1.2.3.2. Nhu cầu chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam 32
1.2.3.3. Xu hướng chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam 33
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CSDL GIS NGÀNH GD-ĐT QUẬN HUYỆN 35
2.1 Tổng quan về các cấp học giáo dục Việt Nam 35
2.1.1 Giáo dục cấp nhà nhà trẻ - mẫu giáo 35
2.2.2 Giáo dục cơ bản 35
2.2.2.1 Cấp tiểu học 35
2.2.2.2 Cấp trung học cơ sở 35
2.2.2.3 Cấp trung học phổ thông 36
2.2.3.1 Trung tâm GDTX 36
2.2.3.2 Trung học phổ thông chuyên, năng khiếu 36
2.2.3.3 Trường Phổ thông dân tộc nội trú 37
2.2.3.4 Trường giáo dưỡng 37
2.2.3.1 Dự bị đại học 37

2.2.3.4 Trung cấp, dạy nghề 38
2.2.3.5 Cao đẳng 38
2.2.4.1 Cao học 38
2.2.4.2 Nghiên cứu sinh 39
2.2. Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin ngành GD-ĐT nói chung
và cấp quận, huyện nói riêng: 39
2.2.1. Một số quy định trách nhiệm quản lý nhà nước về GD-ĐT 39
2.2.2. Thực trạng quản lý và khai thác thông tin ngành GD nói chung và cấp
quận (huyện) nói riêng 40
2.2.2.1. Thực trạng quản lý và khai thác thông tin 40
2.2.2.2. Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin 40
2.3. Khả năng và mục tiêu ứng dụng GIS trong quản lý giáo dục 40
2.3.1. Khả năng ứng dụng của GIS trong quản lý giáo dục 40
2.3.2. Mục tiêu ứng dụng GIS trong ngành giáo dục 41
2.4. Xây dựng CSDL GIS ngành GD-ĐT cấp quận huyện 41
4

2.4.1. Mục tiêu 41
2.4.2. Phạm vi thực hiện 41
2.4.3. Nguyên tắc xây dựng 41
2.4.4. Xây dựng CSDL không gian 42
2.4.4.1. Các yếu tố cơ sở toán học: 42
2.4.4.2. Các lớp thông tin không gian thể hiện trên bản đồ 42
2.4.5. Xây dựng CSDL phi không gian ngành giáo dục quận huyện 53
2.4.5.1. Quản lý về giáo viên 53
2.4.5.2. Quản lý cơ sở vật chất 55
2.4.5.3. Khối Mầm non 55
2.4.5.4. Khối Tiểu học 57
2.4.5.5. Khối THCS 61
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GIS TRONG QUẢN LÝ NGÀNH

GD-ĐT QUẬN HOÀNG MAI 65
3.1. Ứng dụng phần mềm GIS trong quản lý ngành GD-ĐT quận Hoàng Mai 65
3.1.1. Mục tiêu 65
3.1.2. Quá trình xây dựng 65
3.1.2.1. Khảo sát thực tế 65
3.1.2.2. Thu thập bản đồ nền và dữ liệu 66
3.1.2.3. Lựa chọn phần mềm ứng dụng 68
3.1.2.4. Chuyển đổi định dạng bản đồ và biên tập 73
3.1.2.5. Xây dựng CSDL ngành giáo dục quận Hoàng Mai 73
3.1.2.6. Hoàn thiện dữ liệu 76
3.2. Khai thác hệ thống quản lý giáo dục quận Hoàng Mai trên ArcGIS Desktop 76
3.2.1. Tìm kiếm vị trí trường học trên bản đồ 76
3.2.2. Tra cứu thông tin về các trường 80
3.2.3. Phân tích, thống kê, đánh giá thông tin để hỗ trợ việc quản lý 82
3.2.4 Phân tích không gian, hỗ trợ lập kế hoạch 83
3.2.4.1. Địa bàn nghiên cứu: 83
5

3.2.4.2 Tiêu chuẩn xây trường mầm non 85
3.3. Đề xuất hướng phát triển 94
KẾT LUẬN 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng danh mục các đối tượng 42
Bảng 2.2: Bảng thuộc tính lớp Diagioi 44
Bảng 2.3: Bảng thuộc tính lớp Diahinh 45
Bảng 2.4: Bảng thuộc tính lớp Giaothong 46
Bảng 2.5: Bảng thuộc tính lớp Thuyvan 48
Bảng 2.6: Bảng thuộc tính lớp Thucvat 49
Bảng 2.7: Bảng thuộc tính lớp Hatang_Dancu 50
Bảng 2.8: Bảng Giaovien 51
Bảng 2.9: Bảng GV_trinhdo 52
Bảng 2.10: Bảng GV_chuyemon 52
Bảng 2.11: Bảng mô tả mối quan hệ 53
Bảng 2.12: Bảng CSVC 54

Bảng 2.13: Bảng Mamnon 54
Bảng 2.14: Bảng Tonghop_MN 54
Bảng 2.15: Bảng Thongke_MN 55
Bảng 2.16: Mô tả quan hệ các bảng 55
Bảng 2.17: Bảng Tieuhoc 56
Bảng 2.18: Bảng TH_tonghop 57
Bảng 2.19: Bảng TH_thongke 57
Bảng 2.20: Bảng chi tiết các trường tiểu học 58
Bảng 2.21: Bảng mô tả quan hệ 59
Bảng 2.22: Bảng THCS 60
7

Bảng 2.23: Bảng THCS_tonghop 60
Bảng 2.24: Bảng THCS_thongke 61
Bảng 2.25: Bảng chi tiết các trường THCS 61
Bảng 2.26: Bảng mô tả quan hệ………………………………………………… 62
Bảng 3.1: Bảng các mã đất không phù hợp cho việc xây dựng trường mầm non mới
87
Bảng 3.2: Bảng các mã đất phù hợp cho việc xây dựng trường mầm non mới 91

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các thành phần của GIS 15
Hình 1.2: Minh hoạ cơ sở dữ liệu thuộc tính 20
Hình 1.3: Minh hoạ cơ sở dữ liệu không gian 21
Hình 1.4: Dữ liệu dạng Raster 22
Hình 1.5: Dữ liệu dạng Vector 23
Hình 1.6: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa Raster và Vector 23
Hình 1.7: Sự khác biệt giữa vector và raster ở dạng đường 25
Hình 1.8: Đối tượng vùng ở dạng vector và rastor 26
Hình 2.1: Các lớp đối tượng không gian trên bản đồ 42
Hình 2.2: Chi tiết quan hệ các bảng về cán bộ giáo viên 53
Hình 2.3: Chi tiết quan hệ các bảng về mầm non 56
Hình 2.4: Chi tiết quan hệ các bảng về tiểu học 59
Hình 2.5: Chi tiết quan hệ các bảng về THCS 63
Hình 3.1: Bản đồ khu vực nghiên cứu quận Hoàng Mai – Hà Nội 66

Hình 3.2: Cấu trúc bộ sản phẩm ArcGISS 68
Hình 3.3: Mô tả cấu trúc Geodatabase 71
Hình 3.4: Minh hoạ một FeatureDataset 72
Hình 3.5: Một số bảng thuộc tính về giáo dục 73
Hình 3.6: Một số RelationShip Class 73
Hình 3.7: Nhập dữ liẹu cho bảng Giaovien 74
Hình 3.8: Nhập dữ liẹu cho bảng THCS 74
9

Hình 3.9: Giao diện bản đồ trong ArcMap 75
Hình 3.10: Tìm kiếm theo vị trí 77
Hình 3.11: Tìm kiếm theo thuộc tính 78
Hình 3.12:Minh hoạ kết quả tìm kiếm 78
Hình 3.13:Tìm kiếm theo từ khoá 79
Hình 3.14: Xem thông tin cơ bản về các trường 80
Hình 3.15: Tra cứu thông tin từ bảng thuộc tính 80
Hình 3.16: Biểu đồ tổng số học sinh cấp 2 trên địa bàn quận 81
Hình 3.17: Biểu đồ tổng số học sinh lớp 1 các trường tiểu học trên địa bàn quận 81
Hình 3.18: Bản đồ hành chính khu vực phường Định Công – quận Hoàng Mai 83
Hình 3.19: Sơ đồ quá trình thực hiện 85
Hình 3.20: Tạo vùng đệm giao thông và trường mầm non đã được xây dựng tại địa
bàn phường 86
Hình 3.21: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực phường Định Công – quận
Hoàng Mai 88
Hình 3.22: Bản đồ khu vực không thích hợp xây dựng trường tại phường Định Công
– quận Hoàng Mai 90
Hình 3.23: Bản đồ vị trí thích hợp xây dựng trường mầm non tại phường Định
Công – quận Hoàng Mai 92

10

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

- GD-ĐT : Giáo dục và đào tạo
- CSDL : Cơ sở dữ liệu
- THCN : Trung học chuyên nghiệp
- THPT : Trung học phổ thông
- THCS : Trung học sơ sở

11

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, thế giới đã được chứng kiến sự phát triển như vũ bão
của công nghệ thông tin. Công nghệ thông tin ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong mọi hoạt động của con người. Hệ thông tin địa lý (Geographical Information
System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những
năm 1960 bởi các nhà khoa học Canada. Cùng với sự phát triển của công nghệ
thông tin nói chung, công nghệ GIS nói riêng đã và đang đạt được những thành tựu
hết sức to lớn, được thế giới biết đến như một công cụ đắc lực không thể thiếu trong
việc nghiên cứu, quản lý và trợ giúp đưa ra những quyết định đúng đắn. Thực tế
trong 30 năm gần đây GIS đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ và tổ
chức. Công nghệ GIS đã thâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực khoa học, các ngành
kinh tế quốc dân, các hoạt động quốc phòng. Đặc biệt công nghệ GIS đã và đang
được áp dụng trong lĩnh vực điều tra, khảo sát, quy hoạch và quản lý tài nguyên
thiên nhiên, môi trường.
Ở nước ta, GIS cũng đã được ứng dụng khá sớm, từ cuối những năm 80 và
đang dần khẳng định vai trò của mình trong hầu hết các ngành. Cùng với những nỗ
lực của Đảng và Nhà nước trong thực thi nhiều chương trình phát triển kinh tế xã
hội, những đòi hỏi về cung cấp thông tin địa lý cũng ngày một lớn. Nhiều hệ thống

GIS đã được xây dựng và khai thác từ trung ương đến các địa phương tỉnh, huyện.
Theo Bộ Kế hoạch đầu tư, ngân sách nhà nước dành cho những hoạt động liên quan
đến thông tin địa lý hàng năm là từ 400 đến 600 tỷ đồng. Sự phát triển này là đúng
quy luật, sự quan tâm mà nhà nước, lãnh đạo các Bộ ngành và địa phương dành cho
hoạt động về thông tin địa lý là hoàn toàn đúng đắn.
Giáo dục đào tạo hiện là một trong những ngành có vị trí quan trọng trong
việc thúc đẩy sự tiến bộ của đất nước. Giáo dục là nền tảng cho việc nâng cao dân
trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, phục vụ cho sự nghiệ xây dựng, phát triển
kinh tế – xã hội của đất nước. Xác định vai trò, tầm quan trọng của giáo dục đào
12

tạo, Đảng và Nhà nước coi phát triển giáo dục đào tạo là quốc sách hàng đầu, là nền
tảng và động lực thúc đẩy công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, tiến tới hội nhập
quốc tế. Để thực hiện được nhiệm vụ lớn lao này, ngành giáo dục cần phải được đầu
tư phát triển một cách xứng đáng. Muốn vậy việc quản lý trong ngành giáo dục phải
được hỗ trợ tối đa, bằng những công nghệ mới để có thể đem lại hiệu quả cao nhất
trong chất lượng đào tạo, giảng dạy.
Trong những năm vừa qua, Nhà nước ta đã xúc tiến các dự án lớn về công
nghệ thông tin nhằm mục tiêu đẩy nhanh tốc độ phát triển và ứng dụng công nghệ
thông tin trong tất cả các lĩnh vực. Tuy nhiên những kết quả mang lại rất hạn chế,
nhiều thất bại. Ban chỉ đạo quốc gia về công nghệ thông tin thành lập vào cuối
những năm 90 bị giải tán vào năm 2000. Nỗ lực mới của Chính phủ thực hiện Dự án
112 xây dựng “Chính phủ điện tử” cũng bị xoá bỏ sau 5 năm thực hiện vì không đạt
được mục tiêu đề ra, chậm về tiến độ, yếu về hiệu quả và lãng phí đầu tư. Một trong
những nguyên nhân của việc thất bại là do chưa có sự đồng bộ và hoàn chỉnh trong
việc ứng dụng phần mềm quản lý, trong tư duy và quan niệm về hệ thống cơ sở dữ
liệu.
Với những lý do trên đây, luận văn tốt nghiệp được lựa chọn với đề tài:
“Ứng dụng GIS trong quản lý CSDL giáo dục quận Hoàng Mai – Hà Nội”
2. Mục tiêu của đề tài

 Hệ thống hoá về cơ sở khoa học của chuẩn CSDL, bước đầu xây dựng
mô hình CSDL GIS cho ngành GD-ĐT cấp quận (huyện) phù hợp với
chuẩn CSDL quốc gia.
 Ứng dụng phần mềm GIS và CSDL đã xây dựng trong quản lý ngành
giáo dục quận Hoàng Mai.
3. Phạm vi đề tài
 Phạm vi về nội dung khoa học: quy mô thực hiện sẽ chỉ giới hạn trong
việc xây dựng hệ thống CSDL GIS ngành giáo dục cấp quận (huyện),
đồng thời ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý và khai thác sử
dụng.
13

 Phạm vi về không gian: khu vực quận Hoàng Mai, TP Hà Nội, trên mảnh
bản đồ tỉ lệ 1: 5000
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1 Phương pháp điều tra- khảo sát thực địa:
Tiến hành điều tra, khảo sát khu vực nghiên cứu, thu thập các tài liệu, sử
dụng phương pháp xử lý tư liệu thứ cấp để góp phần xây dựng các lớp thông tin.
Đây được xem là phương pháp cơ bản và đầu tiên trong xây dựng cơ sở dữ liệu.
4.2 Phương pháp GIS:
Là phương pháp chủ yếu được sử dụng trong đề tài, từ việc xây dựng hệ
thống cơ sở dữ liệu, trình bày, hỏi đáp đến truy xuất dữ liệu. ArcGIS là phần mềm
ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý của Viện nghiên cứu hệ thống môi
trường (ESRI). Do vậy ArcGIS được thiết kế là một bộ tích hợp các sản phẩm mềm
với mục tiêu xây dựng một hệ thống thông tin địa lý hoàn chỉnh. Hệ thống này
cóthể thực hiện các chức năng về GIS trên máy trạm, máy chủ. ArcGIS là một hệ
thống đa chức năng với khả năng biên tập, phân tích dữ liệu GIS với hiệu suất cao
cho các mô hình quản lý và mô hình dữ liệu hiện đại và cao cấp. Sử dụng các
phầnmềm tương thích nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích tổng hợp dữ liệu
theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa lí. Xây dựng các trường dữ liệu trong

phần mềm ArcGIS, hoàn chỉnh dữ liệu trong bộ phần mềm ARC/INFO (ArcCatalog
- ArcMap).
Thông tin GD-ĐT được biểu đạt dưới dạng bản đồ chuyên đề là một công cụ
cần thiết cho công tác quản lý giáo dục một cách hiệu quả. Bản đồ có thể được coi
như là phương tiện thông tin giữa các nhà nghiên cứu, các nhà lãnh đạo và những
người làm công tác qui hoạch.
Phương pháp được lựa chọn để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là theo kiểu kết
nối trực tiếp giữa một đơn vị thông tin đồ họa với thật nhiều thông tin khác nhau
trong cơ sở dữ liệu, phương pháp này thường được sử dụng để nắm bắt thông
tinnhanh trên từng vùng lãnh thổ tạo điều kiện thuận lợi cho cả các nhà quản lý và
người sử dụng.
14

5. Cấu trúc luận văn
Phần mở đầu
Chương 1. Tổng quan về GIS và chuẩn CSDL
Chương 2. Xây dựng CSDL GIS ngành GD-ĐT cấp quận (huyện)
Chương 3. Ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý ngành giáo dục
quận Hoàng Mai
Kết luận

15

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

1.1. Tổng quan về GIS
1.1.1. Giới thiệu chung về GIS
1.1.1.1. Khái niệm GIS
Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic information System) được nghiên cứu
và đưa vào ứng dụng từ những năm cuối của thập niên 70 tại Canada với tên gọi
CGIS (Canada Geographical Information System). Đến nay, nhờ những thành tựu
khoa học ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng thông tin trong nhiều lĩnh vực
quản lý nên GIS cũng được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trong
các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và quản lý các hoạt động kinh tế xã hội.
Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ (ESRI - Environmental Systems
Research Institute): [Hệ thông tin địa lý (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp
phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết
kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và

hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. Hệ thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là
xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý.]
Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thích: [Hệ thông tin địa lý là tổ
hợp của ba hợp phần có quan hệ thống nhất, liên quan chặt chẽ với nhau là phần
cứng gồm máy tính và thiết bị liên quan, phần mềm và tổ chức con người được hoạt
động đồng bộ nhằm thu thập, lưu trữ, quản lý, thao tác, tìm kiếm-hỏi đáp, phân
tích, hiển thị và mô hình hoá các dữ liệu không gian và các quá trình trong không
gian có định vị toạ độ được tham chiếu với một hệ tọa độ dùng thể hiện bề mặt cầu
của Trái Đất và các dữ liệu thuộc tính nhằm giải quyết các yêu cầu thực tế.]
1.1.1.2. Các thành phần của GIS
- Phần cứng máy tính
- Phần mềm
- Cơ sở dữ liệu
16

- Con người
- Mô hình



Hình 1.1. Các thành phần của GIS
1.1.1.3. Các chức năng của GIS
GIS bao gồm 6 loại chức năng: Thu thập dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu lưu giữ
và quản lý dữ liệu, điều khiển dữ liệu, trình bày và hiển thị, phân tích không gian
* Thu thập dữ liệu (Entry and update) :
Một trong những chức năng quan trọng của GIS 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 được xem là
một hệ thông tin địa lý 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 tư liệu dưới dạng số hoặc dạng

angalog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay
phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi
được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng.
* Chuyển đổi dữ liệu (Convert):
17

Chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ
liệu. Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đưa
các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên người 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 tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau. Vì vậy, đối
với tư liệu quốc gia, không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần
thiết phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tính chất phổ biến để sử dụng được trong
nhiều ứng dụng khác nhau. Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng
nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
* Lưu giữ và quản lý dữ liệu (Store and Management):
Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự
đa dạng và với một khối lượng 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 lưu 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 được 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 hệ thông tin địa lý hoạt động đòi hỏi tư liệu không gian phải được
lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng,
tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó hệ thông tin địa lý phải
đảm nhiệm được 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 được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có

thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được
xác định, được tính toán và được can thiệp, biến đổi.
* Trình bày và hiển thị (Presentation):
Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một hệ thông tin địa lý.
Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị
18

dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản
đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu 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 được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để
hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị
và in ra là những chức năng rất cần thiết của một hệ thông tin địa lý.
* Phân tích không gian (Analys) :
Trước đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là được tập trung, phát triển bởi
những người xây dựng hệ thông tin địa lý. Chức năng thứ sáu là phân tích không
gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở
nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về hệ thông tin địa lý
trước 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 được gọi là hệ thông tin địa lý. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau
đối với từng hệ thống, song đối với một một hệ thống thông tin địa lý sử dụng tư
liệu bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc. Với một hệ thống như 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 thể thực hiện trong chức năng xử lý không gian.
1.1.1.4. Một số ứng dụng của GIS
Hiện nay trên thế giới việc ứng dụng công nghệ thông tin đã trở nên khá phổ
biến. Các lĩnh vực ứng dụng hệ thống thông tin địa lý ngày càng được mở rộng. GIS
đã được ứng dụng trong quy hoạch và quản lý đô thị, quản lý tình hình phân bố khí
hậu, quản lý dân số, quản lý môi trường, quy hoạch và quản lý đất đai,…

Ở nước ta trong những năm gần đây đã và đang có nhiều tổ chức, cơ quan và
nhiều người đã bắt đầu quan tâm nghiên cứu các ứng dụng của hệ thông tin địa lý,
đặc biệt là nhiều cơ quan Nhà nước đã bắt đầu xây dựng hệ thông tin địa lý trong
công tác quản lý như quản lý đô thị, quản lý giao thông, quản lý hệ thống thoát
nước, quy hoạch đường….
Có thể nêu ra một số ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý như sau:
19

- Ứng dụng kinh doanh: Khả năng của công nghệ GIS giúp thực hiện các
quyết định kinh doanh tốt hơn thông qua phân tích địa điểm và sự thay đổi dân số
trong khu vực, đó là điểm mấu chốt đảm bảo vị trí của công nghệ trong cộng đồng
kinh doanh.
- Quản lý hành chính và phân bố dân số: Khả năng của công nghệ GIS về mô
tả hình vẽ và phân tích số liệu dân số mở ra những cơ hội cho một sự phân tích tin
cậy trong quá trình trợ giúp quyết định và tạo ra các quyết định chính sách được
lòng dân.
- Bản đồ và cơ sở dữ liệu xuất bản: Các cơ quan đo đạc bản đồ đã đi đầu
trong lĩnh vực tự động hoá bản đồ. Cơ quan bản đồ quốc phòng, Bộ nội vụ và môt
số cơ quan khác.
- Y tế và an toàn nhân dân: Các cơ quan y tế sẽ nhận thức được tốt hơn cũng
như tội phạm và hoả hoạn nếu phân tích các bản đồ theo dõi sự lan truyền bệnh và
các hoạt động tội phạm. Công nghệ GIS cung cấp khả năng thực hiện các nhiệm vụ
đó nhanh chóng thường xuyên và mức độ tin cậy cao và giá thành thập có thể được.
- Quản lý thông tin bất động sản: Nhà nước và các địa phương đã nhanh
chóng nhận thức được tiềm năng của công nghệ GIS là một công cụ cho việc xây
dựng và bảo lưu toàn bộ và chính xác các nguồn bất động sản hiện có.
- Quản lý các nguồn tài nguyên tăng cường: sự gia tăng nhu cầu về quản lý môi
trường dễ nhạy cảm như nước, không khí, đất đai, rừng và động vật hoang thú đã thúc
đẩy các cơ quan môi trường của nhà nước dùng công nghệ GIS là một phương sách thực
tế quản lý các số liệu tài nguyên theo yêu cầu.

- Đo đạc bản đồ: hệ thống thông tin địa lý là một công cụ đặc biệt phù hợp
với các công việc của ngành đo đạc bản đồ, xây dựng các bản đồ cơ sở nhanh chóng
và chính xác, chuyển đổi dữ liệu bản đồ thuận tiện.
- Quy hoạch đô thị và vùng: Khả năng cung cấp cho các nhà quy hoạc nhanh
chóng truy cập vào tập hợp dữ liệu trong công nghệ GIS phục vụ cho các phương án
quy hoạch.

20

1.1.2. Cơ sở dữ liệu trong GIS
1.1.2.1. Các khái niệm
* Cơ sở dữ liệu của GIS:
Là tập hợp dữ liệu liên quan đến nhau được lưu trữ dưới dạng số. Phần lớn
các thông tin trong cơ sở dữ liệu của GIS là những số liệu thay đổi theo thời gian và
có những mối quan hệ phức tạp. Chúng bao gồm các dữ liệu không gian địa lý, các
dữ liệu thuộc tính và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này. Nói cách khác đó là
những mô tả dưới dạng số của các hình ảnh không gian, mối quan hệ logic giữa các
hình ảnh đó, những số liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các thông tin về
các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định.
* Metadata :
Là dữ liệu về dữ liệu, nó chứa đựng các thông tin mô tả về nội dung, chất
lượng, tính cập nhật, khả năng tiếp cận và tính sẵn sàng của dữ liệu. Đối với dữ liệu
không gian hoặc thông tin liên quan đến địa lý nó sẽ giúp trả lời các câu hỏi như: có
dữ liệu gì, thu thập vào lúc nào, do ai, phạm vi nào, bằng cách nào và làm thế nào
để tiếp cận. Chi tiết những thông tin này sẽ giúp ích cho các nhu cầu như:
- Những thông tin chi tiết về phương pháp thu thập, xử lý và tích hợp dữ liệu.
- Thông tin về độ chính xác của nguồn dữ liệu, lịch sử xử lý, cách thức lưu trữ.
- Các thông tin về hệ quy chiếu, tỷ lệ, khuôn dạng trao đổi dữ liệu.
- Mô tả đầy đủ về nội dung, chất lượng, phạm vi bao phủ.
- Các thông tin liên quan về đơn vị, người quản lý hoặc cung cấp dữ liệu.

- Thông tin các phần mềm cần thiết sử dụng cũng như các yếu tố đầu vào cho phép
người sử dụng có thể truy cập trực tiếp và hiển thị hoặc tìm kiếm dữ liệu.
1.1.2.2. Cấu trúc dữ liệu trong CSDL GIS
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và
dữ liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là : dữ liệu
không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một CSDL và có quan hệ
chặt chẽ với nhau.
* Dữ liệu thuộc tính
21

Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu thuộc tính
có thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantitative).
Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn.
Thông thường chúng được lưu giữ ở dạng số, chữ hoặc bảng biểu trong hệ thống
thông tin địa lý. Chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và
liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế
thống nhất chung. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong
CSDL, người ta đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối
tượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng
địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó.

Hình 1.2. Cơ sở dữ liệu thuộc tính

* Dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian trong GIS được thiết kế trên mô hình dữ liệu raster và
vector. Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng:
điểm, đường và vùng. Trong mỗi kiểu cấu trúc dữ liệu, cách tổ chức dữ liệu cho ba
đối tượng không gian trên khác nhau. Tùy tỉ lệ hoặc mức độ chi tiết mà các đối
tượng không gian được thiết kế trong GIS khác nhau. Trong tỉ lệ nhỏ thì nhiều khi
điểm là cả một vùng trong tỉ lệ lớn. Ba đối tượng không gian dù ở trong mô hình

22

cấu trúc dữ liệu GIS nào đều có một điểm chung là vị trí của chúng được ghi nhận
bằng giá trị tọa độ trong một hệ tọa độ nào đó tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho
Trái đất. Ngoài ra, chúng cũng có một tên trường trùng nhau là mã của chúng. Thế
giới thực có thể được thể hiện theo hai mô hình raster và vector.



Hình 1.3. Cơ sở dữ liệu không gian

1.1.2.3. Các khuôn dạng dữ liệu
* Dữ liệu dạng Raster
Raster được hiểu là ô hình vuông có kích thước 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 tượng hay một sự hợp phần của đối tượng. Vị trí của đối tượng
được xác định bởi vị trí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột. Nếu vị trí của mỗi
một ô ảnh pixel được tham chiếu với vị trí địa lý thật của nó trong một hệ tọa độ
Cartesian trên Trái đất. 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 được thể hiện ở toạ độ theo hàng và cột, tính theo trật tự sắp xếp của dữ liệu.
Trường hợp có nhiều tính chất thì có thể gọi là thông tin nhiều chiều. Bảng thuộc
23

tính hai chiều của đối tượng được 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 lượng các pixel sắp xếp theo những vị trí xác định.
Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý
và phân tích. Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng. Dễ
dàng liên kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nhược điểm là kém chính xác

về vị trí không gian của đối tượng. Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel
lớn) thì sự sai lệch này càng tăng.

Hình 1.4. Dữ liệu dạng raster

* Dữ liệu dạng Vector
Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng
tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Về
mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng : đối tượng dạng điểm, đối
tượng dạng đường và đối tượng dạng vùng. Điểm được xác định bằng một cặp tọa
độ (X,Y). Đường là một chuỗi các cặp tọa độ (X,Y) liên tục. Vùng là khoảng không
gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm
cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.
24


Hình 1.5. Dữ liệu dạng vector
Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác
(nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao); Cấu trúc này giúp cho người sử
dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này có nhược
điểm là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ. Có thể chuyển đổi dữ
liệu từ cấu trúc raster sang vector và ngược lại thông qua các chức năng của các
phần mềm hệ thông tin địa lý.


Hình 1.6. Sự chuyển đổi dữ liệu giữa Raster và Vector