xây dựng cơ sở dữ liệu và thành lập bản đồ đặc điểm hải văn khu vực vịnh bắc bộ luận văn ths. địa lý tự nhiên

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



Hoa Thúy Quỳnh



XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC





Hà Nội – Năm 2013



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

Hoa Thúy Quỳnh


XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ


Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và GIS
Mã số: 60442014

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch

Hà Nội – Năm 2013

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 cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý –
Trường 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 kiến 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


Hoa Thúy Quỳnh









MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu 3
6. Tài liệu sử dụng 3
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
8. Bố cục của luận văn 4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 5
1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS) 5
1.1.1 Khái niệm 5
1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS 9
1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GIS 11
1.1.4 Các kiểu dữ liệu 12
1.1.5 Các kiểu đối tượng không gian 16

1.2. Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS 19
1.2.1 Khái niệm chuẩn CSDL 19
1.2.2 Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và trong nước 19
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN TRÊN BIỂN 24
2.1. Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin đặc điểm hải văn trên biển
24
2.1.1 Thực trạng quản lý và khai thác thông tin 24
2.1.2 Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin 26
2.2. Đề xuất phương pháp luận tối ưu xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu các
đặc điểm hải văn trên biển 26

2.2.1 Đề xuất phương pháp xây dựng CSDL 26
2.2.2 Lựa chọn phần mềm ứng dụng 27
2.2.3 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL 29
2.2.4 Thiết kế nội dung và cấu trúc cơ sở dữ liệu 32
2.2.4.1 Ranh giới 34
2.2.4.2 Dữ liệu nền 35
2.2.4.3 Nhóm dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và
mực nước biển 35
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
VÀ BẢN ĐỒ ĐẶC ĐIỂM HẢI VĂN VỊNH BẮC BỘ 37
3.1. Giới thiệu chung về vịnh Bắc Bộ 37
3.1.1 Lịch sử nghiên cứu 37
3.1.2 Khái quát điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên khu vực vịnh Bắc Bộ 38
3.2. Cơ sở dữ liệu bản đồ số phục vụ nghiên cứu đặc điểm hải văn Vịnh Bắc Bộ
46
3.2.1 Hệ quy chiếu 46
3.2.2 Thiết kế cấu trúc các trường thông tin 47
3.2.2.1 Ranh giới 47

3.2.2.2 Dữ liệu nền 47
3.2.2.3 Dữ liệu về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 50
3.3. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu trong phần mềm Arcgis 51
3.3.1 Lớp thông tin nền 52
3.3.2 Lớp thông tin ranh giới 54
3.3.3 Lớp thông tin về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển 59
3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước
biển khu vực thử nghiệm 59
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các thành phần của GIS 6
Hình 1.2 Cấu trúc raster 13
Hình 1.3 Cấu trúc vector 14
Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster 15
Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector 15
Hình 1.6 Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu raster và vector trong việc thể hiện các
đối tượng không gian dạng đường 17
Hình 1.7 Minh hoạ đối tượng vùng ở dạng Raster và Vector 18
Hình 2.1 Cấu trúc của một GeoDatabase 29
Hình 3.1 Hệ thống CSDL xây dựng theo cấu trúc Personal Geodatabase 52
Hình 3.2 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin nền 52
Hình 3.3 Thông tin đồ họa lớp thông tin giao thông 53
Hình 3.4 Thông tin thuộc tính lớp giao thông 53
Hình 3.5 Thông tin thuộc tính lớp thủy văn 54
Hình 3.6 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin ranh giới 54
Hình 3.7 Ví dụ lớp thông tin ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55
Hình 3.8 Thông tin thuộc tính ranh giới tỉnh khu vực nghiên cứu 55

Hình 3.9 Tổ chức các lớp dữ liệu trong lớp thông tin đặc điểm hải văn 56
Hình 3.10 Ví dụ lớp thông tin nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặt mùa đông 56
Hình 3.11 Thông tin thuộc tính lớp nhiệt độ bề mặt nước biển 57
Hình 3.12 Ví dụ lớp thông tin độ mặn nước biển 57
Hình 3.12 Thông tin thuộc tính lớp độ mặn nước biển 58
Hình 3.13 Ví dụ lớp thông tin mực nước biển 58

Hình 3.14 Thông tin thuộc tính lớp mực nước biển 59
Hình 3.15 Bản đồ nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ mùa đông 62
Hình 3.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ ngày 15- 5 - 2008 63
Hình 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tính từ ảnh Modis ngày
15 -5 -2008 64
Hình 3.18 Bản đồ độ muối trung bình mùa đông tầng mặt vịnh Bắc Bộ 66
Hình 3.19 Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ tháng 6 68
Hình 3.20 NDSI xây dựng trên ảnh Landsat 2000 69
Hình 3.21 Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vịnh Bắc Bộ 71
Hình 3.22 Bản đồ đặc trưng mực nước biển nhiều năm vịnh Bắc Bộ 74
Hình 3.23 Đồ thị đặc trưng mực nước biển nhiều năm khu vực Bạch Long Vĩ, Hòn
Dấu và Sầm Sơn 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các cấu trúc của Geodatabase 30
Bảng 2.2 Lớp thông tin ranh giới 35
Bảng 2.3 Các lớp thông tin nền cơ bản 35
Bảng 2.4 Các lớp thông tin về đặc điểm hải văn 36
Bảng 3.1 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới quốc gia 47
Bảng 3.2 Cấu trúc thông tin lớp ranh giới tỉnh 47
Bảng 3.3 Cấu trúc thông tin lớp đường bờ biển 48
Bảng 3.4 Cấu trúc thông tin lớp đường cơ sở 48
Bảng 3.5 Cấu trúc thông tin lớp thủy hệ 49
Bảng 3.6 Cấu trúc lớp thông tin giao thông 50
Bảng 3.7 Cấu trúc thông tin lớp nhiệt độ nước biển tầng mặt 50
Bảng 3.8. Cấu trúc thông tin lớp độ muối 50
Bảng 3.9 Cấu trúc thông tin lớp sóng biển 51
Bảng 3.10 Cấu trúc lớp thông tin mực nước biển 51
Bảng 3.11 Kết quả tính toán SST từ ảnh MODIS 65








DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới
HTTĐL
Hệ thông tin địa lý
CSDL
Cơ sở dữ liệu
NDSI
Normalized Differential
Salinity Index
Chỉ số mặn hóa
DBMS
Database Management
System
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
SQL

Structured Query Language
Ngôn ngữ truy vấn mang tính
cấu trúc
DGIWG
Digital Geographic
Information Working Group
Nhóm làm việc về thông tin
địa lý số
SST
Sea surface temperature
FGDC
Federal Geographical Data
Committee
VBB
Vịnh Bắc Bộ

GIS
Geographical Information
Hệ thống thông tin địa lý


1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Vịnh Bắc Bộ là một trong những vịnh lớn ở Đông Nam Á và thế giới, vịnh
có diện tích khoảng 126.250 km
2
(36.000 hải lý vuông), chiều ngang nơi rộng nhất
khoảng 310 km (176 hải lý), nơi hẹp nhất ở cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải
lý), là cửa ngõ giao lưu lớn và lâu đời của Việt Nam ra thế giới, trong đó có Trung
Quốc, nó có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển, thương mại quốc tế cũng
như quốc phòng và bảo vệ an ninh, chủ quyền của nước ta. Vịnh là nơi chứa tài
nguyên thiên nhiên, đặc biệt là hải sản và dầu khí. Về hải sản, đại bộ phận các ngư
trường chính là nằm gần bờ biển Việt Nam và Tây Nam đảo Bạch Long Vĩ, Vịnh
Bắc Bộ là một trong những ngư trường và nguồn cung cấp hải sản quan trọng cho
hai nước Việt Nam và Trung Quốc. Khu vực giữa và cửa vịnh có bồn trũng sông
Hồng có khả năng chứa dầu khí.
Hoạt động điều tra, khảo sát và nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ đã được tiến
hành từ những năm 20 của thế kỷ XX. Ngay từ những năm 1922 tàu Nghiên cứu
biển De Lanessan và một số tàu của Hải quân Pháp đã tiến hành điều tra khảo sát
vịnh Bắc Bộ với các mặt cắt định kỳ để thu thập các yếu tố khí tượng, thủy văn, địa
chất, sinh vật nổi và sinh vật đáy của vịnh. Trải qua nhiều giai đoạn gắn liền với lịch
sử phát triển đất nước, công cuộc điều tra nghiên cứu biển ở vịnh Bắc Bộ liên tục
được thực hiện và phát triển với quy mô ngày càng được mở rộng, trình độ ngày

càng được nâng cao.
Tuy nhiên tài liệu điều tra về điều kiện tự nhiên, tài nguyên và môi trường
Vịnh Bắc Bộ còn thiếu tính liên tục và đa ngành, chủ yếu phục vụ riêng cho nhiệm
vụ mỗi ngành. Các nghiên cứu tổng hợp và đánh giá sự biến động tài nguyên môi
trường của biển Vịnh Bắc Bộ chưa được tiến hành một cách đồng bộ. Chính vì
vậy, yêu cầu cần phải có sẵn một hệ thống cơ sở dữ liệu để tập hợp các tài liệu, số
2

liệu điều tra khảo sát hoàn chỉnh và đầy đủ nhất về các điều kiện tự nhiên tài
nguyên và môi trường nói chung và hải văn nói riêng tại vịnh Bắc Bộ.
Xuất phát từ thực tế đó, học viên chọn đề tài: “ Xây dựng cơ sở dữ liệu và
thành lập bản đồ đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ”.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu đặt ra của đề tài là xác lập cơ sở khoa học và và phương pháp luận
xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ.
Bước đầu xây dựng mô hình CSDL Gis về đặc điểm hải văn khu vực Vịnh
Bắc Bộ phù hợp với chuẩn CSDL quốc gia.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về cơ sở dữ liệu và cấu trúc cơ sở dữ liệu.
- Thu thập và đánh giá các nguồn số liệu điều tra cơ bản, điều tra khảo sát
khu vực vịnh Bắc bộ về đặc điểm hải văn
- Xây dựng cơ sở dữ liệu về đặc điểm hải văn khu vực vịnh Bắc Bộ
- Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và
mực nước biển khu vực thử nghiệm
- Ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý khai thác sử dụng.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố hải văn vùng biển Vịnh Bắc Bộ
Phạm vi không gian
Khu vực được chọn trong luận văn là vùng biển Vịnh Bắc Bộ có giới hạn địa
lý trong phạm vi từ 16.5

0
đến 22
0
độ vĩ Bắc và từ 105
0
đến 110
0
độ kinh Đông
Phạm vi thời gian
3

Các số liệu và khả năng công nghệ sử dụng trong luận văn được thu thập và
tổng hợp từ quá khứ đến thời điểm thực hiện luận văn năm 2013.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng quan tài liệu: thu thập tài liệu, tìm hiểu và tổng hợp đánh
giá chung về tình hình nghiên cứu, xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu môi trường
biển trên thế giới và ở Việt Nam
- Phương pháp thu thập số liệu: với phương pháp này có thể kế thừa được
các kết quả nghiên cứu trước đó
- Phương pháp điều tra thực địa
- Phương pháp phân tích hệ thống: Xử lý hệ thống hóa các thông tin về khu
vực nghiên cứu phục vụ cho quá trình xây dựng CSDL
- Phương pháp đánh giá tổng hợp
- Phương pháp GIS
6. Tài liệu sử dụng
- Thông tin dữ liệu từ các trạm quan trắc hải văn ven bờ, cửa sông, đảo, số
liệu khảo sát của tầu nghiên cứu biển.
- Số liệu quan trắc từ các trạm phao, ObsShips hoạt động trên Biển Đông, số
liệu khảo sát khí tượng thủy văn và môi trường biển hợp tác quốc tế Việt - Xô về
Biển Đông và thềm lục địa Việt Nam.

- Số liệu sóng và dòng chảy của trạm Radar biển
- Tài liệu từ các đề tài cấp Nhà nước, đề tài cấp Bộ, đề tài Nghị định thư về
điều tra khảo sát phục vụ khai thác dầu khí, vùng DKI, Trường Sa.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
4

Góp phần làm sáng tỏ khả năng ứng dụng GIS nói chung và ArcGis nói riêng
trong công tác quản lý dữ liệu hải văn Vịnh Bắc Bộ.
- Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo có giá trị cho công tác
quản lý môi trường biển nói chung và dữ liệu hải văn vịnh Bắc Bộ nói riêng.
8. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận, kiến nghị
và tài liệu tham khảo.

5

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS)
1.1.1 Khái niệm
GIS - chữ viết tắt của “Geographical Information System” hay còn gọi là hệ
thông tin địa lý ra đời vào đầu những năm 1960, trên cơ sở kế thừa những kiến thức
của ngành bản đồ học, công cụ tính toán tự động của tin học và các thông tin không
gian cập nhật từ lĩnh vực viễn thám. Các chức năng và công cụ tính toán trong GIS
ngày càng hoàn thiện, do đó khả năng ứng dụng của GIS rất đa dạng.
a) Định nghĩa
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. (Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ
1994 - ESRI )
Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thích
GIS - Hệ thông tin địa lý: là một hệ thống bao gồm 4 thành phần:
- Máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng
vào ra và xử lý thông tin của phần mềm.
- Một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian ( thông tin địa lý) và
các thông tin thuộc tính, được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.
- Một phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng:
+ Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn
khác nhau.
6

+ Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và
thông tin thuộc tính.
+ Phân tích , biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết
các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian – thời gian.
+ Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các
biện pháp khác nhau.
- Các kiến thức chuyên gia, chuyên ngành.
b) Các thành phần của GIS
- Phần cứng máy tính
- Phần mềm
- Cơ sở dữ liệu
- Người điều hành
- Quy trình nghiên cứu
- Mạng

Hình 1.1 Các thành phần của GIS
7

* Phần cứng
Phần cứng bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU- Central Unit
Professor), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét các thiết bị thu nhận thông
tin điện tử và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy
vẽ,…Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin hay
mạng cục bộ.
Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấp
không gian để lưu trữ số liệu và các chương trình. Máy số hoá (digitizer) hoặc thiết
bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hoá các số liệu từ bản đồ và các tư liệu
thành dạng số rồi đưa vào máy tính. Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểu
hiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật

liệu in. Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệ
thống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt. Người sử dụng máy tính và các
thiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị khác nối với
máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (VDU - Video Display Unit) để
cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng.
* Phần mềm
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính
thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một
hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS
phải bao gồm các tính năng cơ bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu
đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Đây là giai
đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập
đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượng
địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin
8

này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính sao cho chúng có thể lĩnh
hội được bởi người sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới
người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được
thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích
khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện
trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả
hai.
- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng
nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin
được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.

Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu
Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay có
rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như
sau:
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO,
SPAN, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI,
WINGIS,
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-
MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,
Tùy theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng
kinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau.
* Dữ liệu
9

Có thể coi dữ liệu là thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS. Các dữ
liệu địa lý và dự 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 một hệ quản trị
CSDL (DBMS - Database Management System) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ
liệu. Tuy nhiên, các dữ liệu này phải có đủ độ tin cậy và phải luôn được cập nhật.
Như vậy, dữ liệu trong hệ thống sẽ là dữ liệu đa thời gian.
* Quy trình
Nói một cách chính xác hơn là quy trình quản lý. Đây là thành phần khá
quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định đến
sự thành công của việc phát triển công nghệ HTTĐL. Để hoạt động thành công, hệ
thống HTTĐL phải được đặt trong một khung tổ chức phù hợp và có những hướng
dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ, và phân tích số liệu đồng thời có khả
năng phát triển được hệ thống HTTĐL theo nhu cầu.
* Con người
Vì GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều cụng việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi

người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Người
điều hành là một phần không thể thiếu được của GIS. Hơn nữa sự phát triển không
ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn
được đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề như:
có những kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin, có
kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS, có hiểu biết về các loại dữ liệu,
có khả năng phân tích.
1.1.2 Chức năng cơ bản của GIS
Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý:
10

Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn
bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS.
Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn
thiện dữ liệu – bản đồ trên máy với các nội dung như:
- Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian
và dữ liệu thuộc tính.
- Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian)
- Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ
- Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ)
- Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ
Quản lý dữ liệu:
Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo không
gian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở các
thư mục một cách hệ thống.
Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:
- Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS
- Khôi phục dữ liệu từ CSDL
- Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp
- Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ.

- Truy nhập và cập nhật dữ liệu,
- GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước một
cách dễ dàng và chính xác.
11

Xử lý và phân tích dữ liệu:
GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệu
một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân
tích quy hoạch lãnh thổ.
GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý
dữ liệu không gian theo các mô hình.
Xuất và trình bày dữ liệu:
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 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 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.
1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong 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.
CSDL trong GIS có nhiệm vụ quản lý các dữ liệu không gian; trong đó dữ liệu
được ghi nhớ trong nhiều tệp tin và được quản lý theo một cấu trúc nhất định. Có ba

12

dạng cấu trúc cơ bản của CSDL trong GIS là: 1- Cấu trúc kiểu cành cây; 2- Cấu trúc
kiểu mạng liên kết; 3- Cấu trúc quan hệ.
1.1.4 Các kiểu dữ liệu
Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và dữ
liệu thuộc tính. 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
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.
* Dữ liệu không gian
Cấu trúc hình dạng của thực thể được mô hình hóa trên máy tính theo một trong
hai cách: Raster hoặc vector
+ Cấu trúc 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
13

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
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.
Cấu trúc raster rất tiện lợi cho việc áp dụng các chức năng 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 được 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 được
trình bày thành dạng đơn vị hình ảnh. Trong trường hợp này một bản đồ được phân
chia thành nhiều pixel, mỗi pixel có vị trí theo hàng và cột. Một điểm nhỏ nhất được
trình bày bởi một pixel đơn lẻ và nó chiếm một diện tích bằng kích thước của một
pixel.
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 chiếm nhiều
đĩa cứng, thể hiện thô trên bản đồ, chuyển hệ tọa khó khăn và 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 1.2 Cấu trúc raster
14

+ Cấu trúc 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.

Hình 1.3 Cấu trúc vector
15

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 cấu trúc phức tạp, khó thực hiện các phép chồng xếp bản đồ và khó mô
phỏng vì mỗi đối tượng có một topology khác nhau. 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 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang raster

Hình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vector
Tóm lại, nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn raster, tuy
nhiên khái niệm độ chính xác của các đối tượng trong HTTĐL vẫn chỉ là tương đối.
Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai dạng tư liệu
là điều cần thiết. Thông thường, các mô hình xử lý tư liệu thường là không gian hai
chiều hoặc ba chiều. Trong tương lai, để theo dõi diễn biến của các đối tượng thì
16

phải xử lý theo đa thời gian và dự báo – đó là khái niệm về chiều không gian thứ tư
của mô hình xử lý HTTĐL.
1.1.5 Các kiểu đối tƣợng không gian
* Điểm
Điểm là đối tượng có kích thước bằng 0 về mặt hình học. Do đó các đối

tượng điểm chỉ dùng để xác định vị trí. Trong cấu trúc dữ liệu vector, mỗi điểm
được thể hiện bằng một cặp toạ độ (x,y) trong một hệ trục toạ độ xác định. Còn
trong cấu trúc dữ liệu raster, mỗi điểm là một pixel. Điểm không có ý nghĩa trong
việc đo về kích thước. Mặc dù trên bản đồ, các điểm được biểu thị bằng kích thước
khác nhau nhưng diện tích của các điểm là không có ý nghĩa thực tế. Một số khái
niệm về "điểm" như sau:
Điểm thực tế (entity point): dùng để xác định vị trí của các đối tượng dạng
điểm như: các toà nhà, các cột. Trường hợp đó, xác định chính xác vị trí của các
điểm là điều rất quan trọng.
Điểm chỉ tên (label point) được sử dụng để hiển thị một tập hợp chữ viết
cho các đối tượng 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 tượng
trên bản đồ được xác định sao cho không có sự lẫn lộn với nhau.
Điểm có diện tích (area point) dùng để xác 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 nước 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 đường.
* Đường
Đường là các yếu tố có một kích thước và thể hiện cả vị trí và hướng. Độ dài
là dấu hiệu đo đạc về kích thước của đối tượng đường. Điểm xuất phát và điểm kết
thúc của đường gọi là nút (node). Ở dạng vector, đường đơn giản nhất là đường nối