ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và viễn thám trong khai thác thủy sản

PHẠM VĂN THÔNG










ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ
VIỄN THÁM TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN

Nha Trang, tháng 3 năm 2010
1

THÔNG TIN MÔN HỌC
1. Tên môn h
c:
- Tiếng Việt: Ứng dụng hệ thống thông tin ñịa lý và viễn thám trong khai thác
Thủy sản
- Tiếng Anh: The application of Geographical Information Systems (GIS) and
Remote Sensing (RS) to fishing technology.
2. Số ñơn vị học trình: 02 (30 tiêt).
3. Phân bố thời gian:
Lý thuyết: 20 tiết Bài tập: 0
Thực hành: 0 Thảo luận: 10
ọc phần tiên quyết:
Tin học cơ bản, Hải dương học, Hàng hải ñịa văn, Ngư trường Nguồn lợi, Kỹ
thuật khai thác…

5. Mục tiêu học phần:
- Giúp người học nắm vững những kiến thức cơ bản về GIS và RS.
- Giúp người học biết sử dụng phần mềm ArcView và Envi trong chuyên môn.
- Giúp người học tự tin, năng ñộng khi thực hiện các chủ ñề thảo luận.
6. Tóm tắt nội dung học phần:
Cung cấp những kiến thức cơ bản về GIS, RS và hướng dẫn cách sử dụng một
số phần mềm GIS, RS ñược áp dụng trong lĩnh vực khai thác thủy sản.
7. Nhiệm vụ của sinh viên:
Tham dự tại lớp, chuẩn bị chủ ñề thảo luận, có bài kiểm tra, bài thi kết thúc.
8. Tài liệu:
- Bài giảng ứng dụng GIS và RS trong khai thác thủy sản – Phạm Văn Thông –
Đại học Nha Trang (lưu hành nội bộ)
- 02 CD dữ liệu thực hành, 02 CD phần mềm, 01 CD hướng dẫn.
- Một số tài tham khảo ñược in và cung cấp cho người học.
9. Tiêu chuẩn ñánh giá:
- Kiểm tra và báo cáo chủ ñề: 30 %
- Thi cuối học kỳ: Thi viết, tỷ trọng ñiểm thi tính 70%;
10. Thang ñiểm:
Thang ñiểm Tỷ lệ % bài làm phải hoàn thành
9 ÷ 10 (Xuất sắc) 90 ÷ 100%
8 ÷ cận 9 (Giỏi) 80 ÷ 89%
2

7 ÷ cận 8 (Khá) 70 ÷ 79%
6 ÷ cận 7 (Trung bình khá) 60 ÷ 69%
5 ÷ cận 6 (Trung bình) 50 ÷ 59%
< 5 (Không ñạt) <50%
11. Tài liệu tham khảo:
1. GIS Căn bản; Trần Trọng Đức; NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh; 2002.
2. GIS Đại cương (phần thực hành); Trần Vĩnh Phước (chủ biên); NXB Đại học

Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh; 2003.
3. Viễn thám căn bản; Trần Trọng Nhất, Nguyễn Kim Lơi; NXB Nông Nghiệp; 2009.
4. Viễn thám; Lê Văn Trung; NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh; 2005.
5. Thực hành viễn thám; Lê Văn Trung (chủ biên); NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ
Chí Minh; 2006.
6. Hệ thống thông tin ñịa lý – phần mềm ArcView 3.3; Nguyễn Kim Lợi (chủ
biên); NXB Nông Nghiệp; 2007.
7. Thực hành hệ thống thông tin ñịa lý – phần mềm MapInfo 9.0 + ArcView 3.3a;
Nguyễn Kim Lợi, Vũ Minh Tuấn; NXB Nông Nghiệp; 2008.
8. Geographic Information Systems in fisheries management and planning; G. de
Graaf, F.J.B. Marttin, J. Aguilar-Manjarrez & J. Jenness; FAO; 2003.
9. The application of remote sensing technology to marine fisheries: an
introductory manual; M.J.A. Butler, M C. Mouchot, V. Barale, C. LeBlanc; FAO.

3

MỞ ĐẦU

Hầu hết quốc gia có biển ñều công nhận tầm quan trọng của ngành Thủy sản
ñối với nền kinh tế ñất nước. Trong ñó lĩnh vực khai thác Thủy sản ñóng vai trò rất lớn
cho nền kinh tế quốc dân cũng như kim ngạch xuất khẩu sản phẩm thủy sản khai thác.
Do nhu cầu của con người ngày một tăng, nên áp lực khai thác Thủy sản ngày càng
lớn. Để khai thác một cách có hiệu quả nguồn tài nguyên ấy thì việc ứng dụng tiến bộ
khoa học kỹ thuật vào hoạt ñộng sản xuất là ñiều hết sức cần thiết.
Bài giảng biên soạn nhằm giới thiệu cho người học những kiến thức cơ bản về
GIS, RS và ứng dụng của chúng vào lĩnh vực Khai thác Thủy sản. Những ứng dụng
này giúp cho việc khai thác và bảo vệ nguồn lợi một cách hữu hiệu nhất. Hơn thế nữa
bài giảng còn ñưa ra một số vấn ñề giúp người học tự nghiên cứu ñể thảo luận nhằm
tăng tính năng ñộng và sáng tạo của người học.
Bố cục bài giảng chia làm 4 chương:
Chương 1: Giúp người học nắm bắt những kiến thức cơ bản về GIS bao gồm:
ñịnh nghĩa; thành phần cơ bản và chức năng của GIS; mô hình dữ liệu; phép chiếu và
hệ tọa ñộ trong GIS; những ứng dụng của GIS trong các hoạt ñộng kinh tế xã hội; lịch
sử phát triển của GIS.
Chương 2: Giúp người học biết sử dụng phần mềm ArcView cho công việc
chuyên môn thông qua phần hướng dẫn sử dụng ArcView và chuẩn bị chủ ñề thảo luận tại lớp.
Chương 3: Giúp người học nắm bắt những kiến thức cơ bản về RS bao gồm:
ñịnh nghĩa; nguyên lý làm việc và những thành phần trong RS; các yếu tố ảnh hưởng
ñến năng lượng sóng ñiện từ và phản xạ phổ; người học chọn ñược ảnh vệ tinh từ
những vệ tinh chuyên dụng cho mục ñích chuyên môn; lịch sử phát triển RS.
Chương 4: Giúp người học biết sử dụng phần mềm Envi cho công việc chuyên
môn thông qua phần hướng dẫn sử dụng Envi và chuẩn bị chủ ñề thảo luận tại lớp

Đây là lĩnh vực mới và lần ñầu tiên biên soạn nên bài giảng không tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận ñược những ñóng góp của ñồng nghiệp và
những người quan tâm ñến lĩnh vực này.
Chân thành cảm ơn !
Nha Trang, tháng 3 năm 2010
Tác giả


Phạm Văn Thông






4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ
ẢN VỀ GIS 8
1. Định nghĩa GIS 8
2. Các thành phần cơ bản của GIS 9
3. Chức năng của hệ GIS 12
3.1. Nh
p d li u thu thập d li u) 12
3.2. L
u tr và quản lý
3.3. Phân tích d liệu
3.4. Xuấ trình bày) dữ liệu 18

4. Mô hình dữ liệu GIS 18
4.1. Mô hình dữ liệu vector 18
4.2. Mô hình dữ liệu raster 22
4.3. Chuyển ñổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster 24
4.4. Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector
4. . Mô hình TIN
5. Hệ tọa ñộ ñịa lý và hệ tọa ñộ quy chiếu 28

.1. Hệ tọa ñộ ñịa lý 28

.2. Hệ tọa ñộ quy chiếu 30
6. Lịch sử phát triển 33
7. Ứng dụng GIS vào một số lĩnh vực 34
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG GIS TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN 37
1. Khởi ñộng với Arcview 3.2 37
2. Các khái niệm sử dụng trong Arcview 3.2 39
3. Giao diện và các công cụ sử dụng chính trong phần mềm Arcview 40
3.1. Các
ttons) 40
3.2. Các công cụ
) 41
4. Bắt ñầu ArcView và chèn một Theme 42
5. Mở Project ñã có sẵn 43
5

6. Thay ñổi giao diện thể hiện ở khung nhìn 44

.1. Thay ñổi màu sắc legend 44

.2. Thay ñổi số lượng lớp trong legend 44

.3. Thay ñổi giá trị phân lớp
.4. Lưu và sử dụng legend
. . Lựa chọn và sử dụng các loại biểu ñồ
. . Thể hiện 2 nhân tố trên một Theme 47
7. Kết nối dữ liệu với ñịa phương 48
7.1. Kết nối bảng dữ liệu với vùng 48
7.2. Liên kết sản lượng ñánh bắt của các huyện với bản ñồ ranh giới của chúng
8. Hiệu chỉnh và tính toán dữ liệu trong bảng 54
9. Sự khác nhau giữa vùng và ñiểm 56
10. Điểm và ñộ 56
10.1. Làm việc với kinh ñộ và vĩ ñộ
10.2. Đưa dữ liệu vào GIS
10.3 Thể hiện số lượng và loại ngư cụ
11. Chuyển ñổi phép chiếu 59
12. Raster dữ liệu 63
12.1. Phân tích không gian
12.2. Thiết lập mặc ñịnh cho phân tích không gian và thay ñổi thư mục làm việc
12.3. Tạo Plots bề mặt
12.4. Nội suy dữ liệu
ạo lớp mặt nạ ñể phân tích trong GIS
13. Sử dụng GIS ñể tính toán lưới 72
13.1. Thực hiện những tính toán bản ñồ 72
13.2. Phân lớp lạ sifying)
14. Nghiên cứu nhằm bảo vệ ñàn cá và tạo khu vực bảo vệ ở Lake Kadim, Pais Pesca 77
14.1. Cách tiến hành 77
14.2. Kiểm ñịnh tương quan giữa hai yếu tố trong Arcview 79
6

15. Phân tích hồi qui với Avenue trong Arcview 83

16. Phân tích hồi qui với công cụ Grid Regression trong Arcview 86
17. Sử dụng Arcview ñể phân tích nghề cá một số nước 90
CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ ẢN VỀ RS 91
1. Định nghĩa Viễn thám 91
2. Nguyên lý làm việc của RS 91
3. Những thành phần trong RS 93
4. Yếu tố ảnh hưởng ñến năng lượng sóng ñiện từ 94
5. Phân loại ảnh viễn thám 95
6. Tổng thể về vật mang 97
7. Tổng quan bộ cảm biến 100
8. Các yếu tố ảnh hưởng ñến phản xạ phổ 102
9. Các vệ tinh viễn thám 102
9.1. Các vệ tinh khí tượng 103
9.2. Vệ tinh giám sát tài nguyên
9.3. Ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao 110
9.4. Ảnh vệ tinh thường dùng trong lĩnh vực hải dương học và khai thác thủy sản.110
10. Lịch sử phát triển 111
CHƯƠN
ỨNG DỤNG RS TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN 115
1. Ứng dụng RS trong Khai thác Thủy sản 115
1.1. Phương pháp phát hiện cá trực tiếp
1.2. Phương pháp phát hiện cá gián tiếp
2. Giới thiệu và hướng dẫn sử dụng phần mềm ENVI 4.3 120
2.1. Giới thiệu phần mềm ENVI 120
2.2. Làm quen với phần mềm ENVI 4.3 123
2.3. Nắn chỉnh hình học ảnh 131
2.4. Một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám
2. . Một số thao tác trình bày, biên tập bản ñồ ảnh 148
2.
. Ghép ả Mosaicking)

7

2.7. Tr n ảnh sion)
3. Phân tích mật ñộ chất diệp lục, nhiệt ñộ nước biển… ở vùng biển Việt Nam phục vụ
nghề cá 153
4. Các chủ ñề thảo luận 157

8

CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ ẢN VỀ
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1. Định nghĩa hệ thống thông tin ñịa lý
(Geographical Information Systems-GIS
Thuật ngữ GIS ñược sử dụng rất thường xuyên trong nhiều lĩnh vực khác nhau
như ñịa lý, kỹ thuật tin học, các hệ thống tích hợp sử dụng trong các ứng dụng môi
trường, tài nguyên, trong khoa học về xử lý dữ liệu không gian Chính vì những cách
tiếp cận khác nhau, nhiều nhà khoa học ñã có những ñịnh nghĩa GIS khác nhau:
Xu
t phát t lĩnh vực ñịa lý, ñịa chất, môi trường, tài nguyên, … các nhà khoa
học ñã sử dụng GIS cho các công trình nghiên cứu của mình ñã ñịnh nghĩa:
- “GIS là hệ thống có chức năng xử lý các thông tin ñịa lý nhằm phục vụ việc
quy hoạch, trợ giúp quyết ñịnh trong một lĩnh vực chuyên môn nhất ñịnh” (Pavlidis, 1982).
- “GIS là hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu (CSDL) ñể trả lời câu hỏi về bản chất
ñịa lý của các thực thể ñịa lý” (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985).
- “GIS là tập hợp ña dạng các công cụ dùng ñể thu thập, lưu trữ, truy cập, biến
ñổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận ñược từ thế giới thực tiễn” (Burroughs, 1986).
Từ những chức năng cần có của một GIS, một số nhà khoa học ñã ñịnh nghĩa:
- “GIS là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa khả năng của
máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian” (Tomlinson and Boy, 1981;
Dangemond, 1983).
- “GIS là hệ thống quản trị CSDL trên máy tính ñể thu thập, lưu trữ, truy cập,
phân tích và thể hiện dữ liệu không gian” (NCGIA = National Center for Geographic
Information and Analsis,1988).
- “GIS là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu ñịa lý sau: (1) nhập
dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ
liệu, (4) xuất dữ liệu” (Stan Aronoff, 1993).
- “GIS là một hệ thống tự ñộng thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển
thiện dữ liệu không gian” (Clarke, 1995).
Theo quan ñiểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học ñã ñịnh nghĩa:
- “GIS là một hệ thống thông tin ñặc biệt với CSDL gồm những ñối tượng,
những hoạt ñộng hay những sự kiện phân bố trong không gian ñược biểu diễn như

Mục ñích: Giúp người học nắm bắt một số vấn ñề chính sau:
- Định nghĩa hệ thống thông tin ñịa lý
(Geographical Information
Systems – GIS)
- Các thành phần cơ bản và chức năng của GIS.
- Mô hình dữ liệu trong GIS.
- Phép chiếu và hệ tọa ñộ trong GIS.
- Lịch sử phát triển của GIS.
- Ứng dụng GIS cho một số lĩnh vực kinh tế - xã hội.

9

những ñiểm, ñường, vùng trong hệ thống máy tính. GIS xử lý, truy vấn dữ liệu theo
ñiểm, ñường, vùng phục vụ cho những hỏi ñáp và phân tích ñặc biệt” (Dueker, 1979).
- “GIS là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ (subsystems) có khả
năng biến ñổi các dữ liệu ñịa lý thành những thông tin có ích” (Calkins và Tomlinson,
1977; Marble, 1984).
- “GIS là một hệ thống thông tin ñịa lý ñược thiết kế ñể làm việc với dữ liệu có
tham chiếu tọa ñộ ñịa lý. Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ CSDL với những dữ
liệu có tham chiếu không gian và một tập hợp những thuật toán ñể làm việc trên dữ
liệu ñó” (Star và Estes, 1990).
Từ những ñịnh nghĩa trên cho thấy GIS có những khả năng của một hệ thống
máy tính (phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi) dùng ñể nhập, lưu trữ, truy
vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu. Trong ñó, CSDL của hệ thống là
những dữ liệu về các ñối tượng, các hoạt ñộng, các sự kiện kinh tế, xã hội, nhân văn
phân bố theo không gian.
Nói cách khác, GIS là một hệ thống máy tính gồm phần cứng, phần mềm và các
thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi cơ bản: AI, CÁI GÌ, Ở ĐÂU, KHI
NÀO, NHƯ THẾ NÀO và TẠI SAO? khi ñược xác ñịnh trước một hoặc vài nội dung
trong các câu hỏi ñó. Trong ñó, câu trả lời cho các câu hỏi: AI, CÁI GÌ xác ñịnh các

ñối tượng, các hoạt ñộng, các sự
kiện cần khảo sát; câu trả lời cho
câu hỏi Ở ĐÂU xác ñịnh vị trí
của ñối tượng, các hoạt ñộng
hoặc các sự kiện; câu trả lời cho
câu hỏi: NHƯ THẾ NÀO hoặc
TẠI SAO là kết quả phân tích
của GIS.

2. Các thành phần cơ bản của GIS
GIS có 5 thành phần chính
(hình 1.1), bao gồm phần cứng
(hardware), phần mềm
(software), con người (people),
dữ liệu (data) và phương pháp
(method). Năm thành phần này
phải cân bằng, hoàn chỉnh ñể GIS
có thể hoạt ñộng hiệu quả.

2.1. Phần cứng
Gồm máy vi tính (Computer), các thiết bị ngoại vi như bàn số hoá
(DIGITIZER), máy quét (SCANNER), máy in (PRINTER), máy vẽ (PLOTTER), ñĩa
CD. Ngày nay, phần mềm GIS chạy ñược trên nhiều chủng loại phần cứng khác nhau,
từ các máy chủ trung tâm (computer servers) tới các máy tính ñể bàn ñược sử dụng
riêng lẻ hoặc nối mạng.
Hình 1.1: Thành phần cơ bản của GIS
10


Hình 1.2: Các thiết bị phần cứng phục vụ GIS ñộc lập

.2. Phần mềm
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm ñiều khiển phần cứng của máy tính thực
hiện một nhiệm vụ xác ñịnh, phần mềm GIS có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm
máy tính. Phần mềm ñược sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ
bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến
ñổi dữ liệu ñã ở dạng bản ñồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích.
Ðây là giai ñoạn rất quan trọng cho việc xây dựng CSDL ñịa lý.
- Lưu trữ và quản lý CSDL (Geographic database): Lưu trữ và quản lý CSDL
ñề cập ñến phương pháp kết nối thông tin vị trí
(topology) và thông tin thuộc tính
(attributes) của các ñối tượng ñịa lý (ñiểm, ñường ñại diện cho các ñối tượng trên bề
mặt trái ñất). Hai thông tin này ñược tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính
và sao cho chúng có thể lĩnh hội ñược bởi người sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu ñưa ra là các báo cáo kết quả
quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản ñồ (MAP), bảng
biểu (TABLE), biểu ñồ, lưu ñồ (FIGURE) ñược thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
- Biến ñổi dữ liệu (Data transformation): Biến ñổi dữ liệu gồm hai lớp ñiều
hành nhằm mục ñích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến ñổi dữ liệu có
thể ñược 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 (Query input): 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 thông tin ñược thiết kế phụ thuộc vào mục ñích của ứng dụng ñó.
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:
11

• Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin ñịa lý: ACR/INFO,

SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI
• Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin ñịa lý: ER-
MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,
Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng
kinh phí của ñơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau.
2.3. Dữ liệu
Dữ liệu ñược sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu ñịa lý (geo-referenced
data) riêng lẻ mà còn phải ñược thiết kế trong một CSDL. Những thông tin ñịa lý có
nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí ñịa lý, (2) thuộc tính của thông tin, (3)
mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và (4) thời gian. Có 2
dạng số liệu ñược sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- CSDL bản ñồ: là những mô tả hình ảnh bản ñồ ñược số hoá theo một khuôn
dạng nhất ñịnh mà máy tính hiểu ñược. GIS dùng CSDL này ñể xuất ra các bản ñồ trên
màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ.
• Dữ liệu Vector: ñược trình bày dưới dạng ñiểm, ñường và diện tích, mỗi dạng
có liên quan ñến 1 số liệu thuộc tính ñược lưu trữ trong CSDL.
• Dữ liệu Raster: ñược trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật ñều
nhau, giá trị ñược ấn ñịnh cho mỗi ô sẽ chỉ ñịnh giá trị của thuộc tính. Số liệu
của ảnh Vệ tinh và số liệu bản ñồ ñược quét (scanned map) là các loại số liệu Raster.
- Số liệu thuộc tính (Attribute): ñược trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số,
hoặc ký hiệu ñể mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về ñịa lý.
Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy
nhiên, số liệu Raster rất hữu ích ñể mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt ñộ,
cao ñộ và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số
liệu thuộc tính ñược dùng ñể mô tả CSDL.
Có nhiều cách ñể nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số
hoá bằng bàn số hoá , hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh.
2.4. Con ng
i
Con người là yếu tố quyết ñịnh sự thành công cho sự phát triển một dự án về

GIS, họ là các chuyên viên tin học, các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau, chuyên
gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS.
Người sử dụng hệ thống là những người sử dụng GIS ñể giải quyết các vấn ñề
không gian. Họ thường là những người ñược ñào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay GIS
chuyên dụng. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản ñồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân
tích các dữ liệu thô và ñầu ra các giải pháp cuối cùng ñể truy vấn dữ liệu ñịa lý.
Thao tác viên hệ thống có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày ñể người sử
dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc
nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có ñộ phức tạp cao.
Đôi khi họ còn có trách nhiệm huấn luyện người dùng, họ cũng là người có kinh
nghiệm như người sử dụng hệ thống. Họ hiểu biết về cấu hình phần mềm và phần
12

cứng ñể có thể yêu cầu nâng cấp. Họ còn làm việc như quản trị hệ thống, quản trị
CSDL , an toàn CSDL ñể tránh hư hỏng mất mát dữ liệu.
Nhà cung cấp GIS có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm,
phương pháp nâng cấp cho hệ thống. Đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GIS
thông qua các hợp ñồng với quản trị hệ thống.
Nhà cung cấp dữ liệu có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân. Thông thường các
công ty tư nhân cung cấp dữ liệu sửa ñổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà nước ñể cho phù
hợp với ứng dụng cụ thể. Thông thường các cơ quan Nhà nước cung cấp dữ liệu ñược
xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể ñược sử dụng trong các
cơ quan, tổ chức khác.
Người phát triển ứng dụng là những lập trình viên ñược ñào tạo. Họ xây dựng
các giao diện người dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên
GIS chuyên nghiệp.
Chuyên viên phân tích GIS là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống.
Phần lớn họ là ñội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác ñịnh mục tiêu của GIS trong
cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, ñề xuất kỹ thuật phân tích ñúng ñắn, ñảm bảo tích hợp
thắng lợi hệ thống trong cơ quan.

2.5. Phương pháp
Là việc phân tích dữ liệu không gian như tạo vùng ñệm, phân tích vùng lân cận,
phân tích thống kê không gian…; phân tích và ghi các dữ liệu thuộc tính về biến, tập
hơn… Ngoài ra, GIS còn sử dụng các phương pháp nội suy không gian dựa trên ñiểm,
vùng, … sử dụng phương pháp ño và tính toán, chuyển hệ tọa ñộ nhằm mục ñích trả
lời những câu hỏi ñược ñặt ra hay bài toán cần giải quyết.
3. Ch
c năng của GIS
3.1. Nhập dữ liệu (thu thập dữ liệu)
Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể dùng trên máy tính
và ghi dữ liệu vào CSDL GIS. Nhập dữ liệu là một công việc ñòi hỏi thời gian và
công sức và kinh phí (giá thành xây dựng CSDL ban ñầu thường là 5 ÷ 10 lần giá
thành phần cứng và phần mềm). Tuy nhiên, tạo một CSDL chính xác và ñầy ñủ là một
giai ñoạn cần thiết và quan trọng ñối với việc vận hành GIS. Dữ liệu lại sẽ ñược dùng
nhiều lần nên việc bỏ nhiều công sức, kinh phí là ñiều hoàn toàn hợp lý và cần thiết.
Ta có thể chia việc nhập dữ liệu theo phương thức nhập hay theo nguồn dữ liệu:
• Theo phương thức nhập
- Nhập từ bàn phím và nhập tọa ñộ
- Nhập từ bàn số hóa
- Nhập bằng máy quét
- Nhập trực tiếp từ các tập tin hiện hữu
- Nhập từ các thiết bị viễn thám
• Theo nguồn dữ liệu
13

Các bản ñồ
hiện có
Quan trắc ño ñạc
ngoại nghiệp
Dữ liệu

viễn thám
Bàn phím/
chuột
Bàn s
ố

hoá
Các t
ập

văn bản
Các máy
quét

Các phương ti
ện
ñĩa từ băng từ
Nhập số liệu
- Nguồn tư liệu bản ñồ (bản ñồ số, bản ñồ giấy)
- Nguồn tư liệu viễn thám
- Nguồn dữ liệu ño ñạc, ñiều tra thực tế

Hình 1.3: Mô hình nhập liệu trong GIS
dụ: Nhập dữ liệu theo các nguồn dữ liệu khác nhau:
a. Nguồn dữ liệu t
bản ñồ số
Quy trình:
- Kiểm tra chất lượng dữ liệu (ñộ chính xác, ñộ phân giải…)
- Kiểm tra tính thích hợp (ñịnh dạng dữ liệu, mức ñộ chi tiết, tính cập nhật, tính
tương thích về cơ sở toán)
- Thực hiện các chuyển ñổi (tọa ñộ, lưới chiếu…) nếu cần
- Cho hiển thị, chọn lựa và rút trích những yếu tố cần thiết. Sử dụng bản ñồ số
có sẵn có thể ở các mức ñộ khác nhau như:
+ Sử dụng trọn vẹn các lớp (layer)
+ Chọn trích ra một số ñối tượng trong layer ñó tùy theo yêu cầu
- Hoàn chỉnh.
b. Nguồn dữ liệu từ bản ñồ giấy
Đa số dữ liệu hiện nay là các bản ñồ, sơ ñồ trên giấy. Muốn ñưa vào sử dụng
trong GIS ta cần phải qua một số thao tác nhập.
Quy trình:
- Kiểm tra chất lượng dữ liệu (ñộ chính xác, tỉ lệ…)
- Kiểm tra tính thích hợp (tính cập nhật, tỉ lệ, lưới chiếu)
- Số hóa bản ñồ (chuyển dữ liệu từ dạng giấy sang dạng số). Có thể có hai cách:
+ Dùng bàn số hóa
+ Dùng máy quét
14

* Lưu ý : việc lựa chọn cách thức số hoá phụ thuộc vào
. Thi
t b hiện có
. Cấu trúc dữ liệu ta muốn có. Vì mỗi phần mềm chỉ làm việc ñược

với một cấu trúc dữ liệu nhất ñịnh, nên tuỳ theo phần mềm ta sử
dụng, ta sẽ chọn cách nhập. Nhập bằng bàn số hóa sẽ cho ra dữ liệu
vector, nhập bằng máy quét sẽ cho dữ liệu raster. Ngoài ra cũng cần
lưu ý rằng ta có thể raster hoá (chuyển từ vector sang raster) hoặc
vector hoá (chuyển từ raster sang vector) khi cần thiết.
- Nhập dữ liệu thuộc tính ñi kèm
- Kiểm tra và hoàn chỉnh.
c. Nguồn dữ liệu từ ño ñạc, ñiều tra thực tế
Trong thực tế, ngoài các dữ liệu bản ñồ có sẵn, ta còn có thể có những dữ liệu
do ño ñạc, ñiều tra thực tế như:
- Đo ñạc tọa ñộ (máy kinh vĩ, toàn ñạc ñiện tử, máy ñịnh vị (Global Positioning
System - GPS…). Ví dụ tọa ñộ ñánh bắt của tàu, chiều dài hành trình và hướng di
chuyển của tàu…
- Đo ñạc ñộ sâu vùng khai thác, ñộ sâu luồng, cảng neo ñậu
- Đo, quan trắc các thuộc tính. Ví dụ ñộ sâu, chất ñáy khu vực khai thác, sản
lượng ñánh bắt ñược, chiều dài lưới …
- Điều tra, thống kê. (ví dụ thống kê sản lượng ñánh bắt từng mẻ), …
Quy trình:
- Từ các số liệu về tọa ñộ, số liệu ño ñạc, ta xây dựng ñược các dữ liệu không gian.
- Từ các số liệu thống kê, quan trắc… ta nhập vào dữ liệu thuộc tính.
Việc quyết ñịnh nhập dữ liệu không gian hay thuộc tính trước phụ thuộc vào
ñặc ñiểm số liệu hiện có. Điều quan trọng là phải ñảm bảo mối liên kết giữa
hai thành phần cho từng ñối tượng
* Lưu ý: các kết quả ño ñạc, quan trắc, ñiều tra thực ñịa có thể ñược lưu trữ sẵn
ở dạng số hoặc một vài ñịnh dạng khác. Khi ñó ta cần chuyển ñổi cho phù hợp với
phần mềm sử dụng. Ví dụ, ArcView có thể lấy các dữ liệu thuộc tính có ñịnh dạng
.XLS (Excel), .MDB (Access), .TXT (văn bản ASCII)…

Hình 1.4: Mô hình nhập liệu từ dữ liệu ñiều tra từ thực tế
To
ạ
ñ
ộ

Các giá tr
ị
, s
ố liệu thống k
ê

Đ
ố
i tư
ợ
ng không gian

Giá tr
ị
thu
ộ
c tính

Đ
ảm bảo mối li

ên k
ết

15

d. Nguồn dữ liệu từ viễn thám
Dữ liệu viễn thám là dữ liệu thu thập ñược từ khỏang cách xa
Ảnh viễn thám rất ña dạng về chủng loại, ñộ phân giải, sóng…
- Ảnh máy bay Dạng số (digital)
- Ảnh vệ tinh Dạng ảnh (hard copy)
Tuỳ theo ñặc ñiểm, ñộ phân giải…dữ liệu viễn thám có thể ñược dùng ñể xây
dựng và cập nhật dữ liệu ñịa lý. Để có thể ñưa vào sử dụng, cần phải qua quá trình xử
lý ảnh, giải ñoán ảnh. Đây là một quá trình ñòi hỏi nhiều phương tiện, kinh nghiệm.
Tuy nhiên, dữ liệu viễn thám rất có hiệu quả ñể cập nhật nhanh, thuờng xuyên các dữ
liệu trên pham vi rộng.





Hình 1.5: Mô hình nhập liệu từ nguồn viễn thám
3.2. Lưu trữ và quản lý
Dữ liệu trong GIS là một dạng dữ liệu khá phức tạp (có phần không gian và
phần thuộc tính, chia thành nhiều layer theo nội dung) và thường có số lượng lớn. Vì
vậy, việc quản lý dữ liệu GIS là một vấn ñề hết sức khó khăn và phứt tạp cần giải quyết.
Các dữ liệu không gian có thể ở dạng raster hay vector tùy phần mềm. Đối với
dữ liệu thuộc tính thì khuynh hướng hiện nay là dùng mô hình quan hệ.

Hình 1.6: Mô hình lưu trữ và quản lý dữ liệu
Người ta sử dụng nhiều phương thức quản lý CSDL GIS khác nhau tuỳ theo
ñiều kiện cụ thể:
. Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu ñược lưu trữ trong các tập tin dữ
liệu không gian và phi không gian.
. Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu từ 2 CSDL riêng ñó là CSDL
không gian và CSDL thuộc tính.
. Sử dụng hệ quản trị CSDL thuộc tính có sẵn làm nòng cốt, phát triển thêm phần
quản lý CSDL không gian.
Dữ liệu viễn
thám
Xử lý ảnh
D
ữ liệu không
gian (raster)
Giải ñoán ảnh

Dữ liệu thuộc

tính
D
ữ liệu thuộc tính

D
ữ liệu không
gian

Vector Raster Mô hình quan hệ
16

. Ngay từ đầu phát triển hệ quản trị CSDL có khả năng xử lý dữ liệu khơng gian
và phi khơng gian trong cùng một CSDL.














Hình 1.7: Mơ hình cơng cụ lưu trữ và quản lý dữ liệu
.3. Phân tích dữ liệu
Chức năng phân tích khơng gian là điểm đặc biệt của GIS, làm cho nó khác
với nhiều hệ thơng tin khác.
Các chức năng phân tích của GIS rất nhiều và khác nhau. Người ta có thể phân
chia các chức năng phân tích của GIS:
- Theo k
t quả đạt đuợc bài tốn cần giải quyết (thể hiện mật độ, thể hiện
cấp độ phân cấp, tìm kiếm trong phạm vi, xác định biến động…) – (kiểu chia
của ESRI)
-Theo đối tượng thao tác (dữ liệu thuộc tính, dữ liệu khơng gian, dữ liệu thuộc

tính kết hợp dữ liệu khơng gian) - (theo Stan Aronoff)
-Theo ngun lý hoạt động (phép lân cận, phép nội suy, phép liên kết…)
Một phần mềm GIS có thể đảm bảo – hoặc khơng bảo đảm tất cả các chức năng
phân tích. Hơn nữa phần mềm GIS thường chỉ cung cấp “cơng cụ”, “lệnh” thao tác cụ thể.
Người sử dụng trước hết phải hiểu rõ “GIS” có thể làm được gì (tức là GIS có
thể có các chức năng phân tích gì?), sau đó hiểu rõ phần mềm cụ thể mình dùng có
được các chức năng/ lệnh nào để giải quyết việc đó, sau đó là kết hơp nhiều thao tác/
lệnh khác nhau để thực hiện bài tốn phân tích khơng gian trong GIS.
Rất nhiều khi một phần mềm khơng thể đáp ứng tất cả các u cầu, thao tác, ta
sẽ cần sử dụng phối hợp các cơng cụ/ phần mềm khác hỗ trợ một giai đoạn nào đó để
đi đến kết quả mong muốn (Mỗi phần mềm thường có một thế mạnh và hạn chế riêng).
Phần mềm
ứng dụng Gis

Cơ sở dữ liệu
không gian &
thuộc tính
Phần mềm cho
quản lý dữ
liệu không gian
DBMS cho
quản lý dữ liệu
thuộc tính
Cơ sở dữ liệu
không gian
Cơ sở dữ liệu
thuộc tính
DBMS do người
dùng thiết kế
1

2
3
4
Phần mềm
ứng dụng Gis
Phần mềm
ứng dụng Gis

Phần mở rộng
DBMS để chứa
dữ liệu không gian
DBMS trên
thò trường
Phần mềm
ứng dụng Gis
Cơ sở dữ liệu
không gian &
thuộc tính
Cơ sở dữ liệu
không gian &
thuộc tính
17

Hình 1.8: Cách ñặt bài toán ñể cho GIS giải quyết
Ta sẽ biết cụ thể chức năng cơ bản của GIS tại chương 2 thông qua việc sử
dụng phần mềm ArcView.
Các chức năng phân tích cơ bản


Làm việc với dữ liệu không gian
Các chức năng xử lý dữ liệu không gian là những chức năng biến ñổi dữ liệu
không gian như:
- Chuyển ñổi ñịnh dạng (raster hoá, vector hoá, chuyển ñịnh dạng giữa các phần mềm).
Ví d
: dữ liệu ñược xây dựng trong phần mềm ArcView có ñịnh dạng (.SHP), nếu ta
muốn sử dụng trong MapInfo thì phải thực hiện chuyển ñổi (công cụ Universal
Translator trong MapInfo giúp ta làm việc này)
- Chuyển ñổi hình học (các phép nắn chỉnh hình học, tọa ñộ, ví dụ như nắn ảnh
theo ñiểm khống chế, dịch chuyển tọa ñộ).
- Chuyển ñổi lưới chiếu (chuyển ñổi các hệ tọa ñộ, lưới chiếu mà bản ñồ sử dụng…)
- Hiệu ch nh hình học từng các ñối tượng (làm trơn, ráp biên )
- Nắn chỉnh tọa ñộ: ñể ñưa về tọa ñộ ñúng (dùng các ñiểm khống chế, dịch chuyển…)
- Xuất ra một phần mềm trung gian: Ví dụ từ Arcview xuất qua MapInfo và
ngược lại, hoặc từ MapInfo xuất qua AutoCad và ngược lại

Làm việc với dữ liệu thuộc tính
Các dữ liệu thuộc tính trong GIS thường ñược quản lý theo mô hình quan hệ
(dạng bảng). Ta có thể thực hiện các xử lý, phân tích với dữ liệu thuộc tính này như
làm việc với một CSDL thông thường.
Chỉnh sửa:
Chỉnh sửa cấu trúc bảng dữ liệu

* Chỉnh sửa nội dung dữ liệu thuộc tính
Truy vấn:
Truy vấn ñơn
GIS làm ñược gì?
Phần mềm ta dùng có các chức năng ñể thực hiện ?
Ta cần làm gì?

Thao tác cụ thể- Làm như thế nào ?
18

Truy v n v i d ng chu tructured uery Language L)

Làm việc với dữ liệu không gian kết hợp thuộc tính
Các chức năng xử lý, phân tích dữ liệu không gian kết hợp với thuợc tính là một
ñiểm ñặc biệt của GIS.
• Định vị – hiển thị
• Thực hiện các phép ño ñạc
• Phân loại – hiển thị
• Các phép chồng lớp (Overlay) bao gồm: phép hợp (Union), phép giao
(Intersect) và phép ñồng nhất (Identity)…
• Tìm kiếm trong phạm vi
• Nội suy
• Tạo vùng ñệm
3.4. Xuất (trình bày) dữ liệu
Trình bày dữ liệu
Xuất qua các ñịnh dạng khác (internet, bitmap)
Xuất in
4. Mô hình dữ liệu GIS
Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS:
- Mô hình dữ liệu vector (Modelling with vector data).

- Mô hình dữ liệu raster (Modelling with taster data).
- Mô hình lưới tam giác không ñều (Triangulated Irregular Network – TIN).
4.1. Mô hình dữ liệu vector
Mô hình dữ liệu vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không
gian cơ sở và tổ hợp của chúng. Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở bao gồm:
ñiểm, ñường, vùng. Các thực thể sơ ñẳng ñược hình thành trên cơ sở các vector hay
tọa ñộ của các ñiểm trong một hệ trục tọa ñộ nào ñó.
Loại thực thể cơ sở ñược sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức ñộ khái
quát. Với bản ñồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố ñược biểu diễn bằng ñiểm; ñường ñi, sông
ngòi ñược biểu diễn bằng ñường. Khi tỷ lệ thay ñổi kéo theo sự thay ñổi về thực thể
biểu diễn. Thành phố lúc này sẽ ñược biểu diễn bởi vùng có ñường ranh giới. Khi tỷ lệ
lớn hơn, thành phố có thể ñược biểu diễn bởi tập các thực thể tạo nên các ñối tượng
nhà cửa, ñường sá, các trình tiện ích,… Nói chung mô hình dữ liệu vector sử dụng các
ñoạn thẳng hay các ñiểm rời rạc ñể nhận biết các vị trí của thế giới thực.
Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi
chúng là các ñặc trưng (feature). Các feature ñược biểu diễn bằng các ñối tượng hình
học: ñiểm, ñường, vùng. Các biểu diễn này áp dụng cho những ñối tượng ñơn có hình
dạng và ñường bao cụ thể.
19

Trong cách biểu diễn này, người ta
ñịnh nghĩa:
Feature: là một ñối tượng trên bản
ñồ có hình dạng và vị trí xác ñịnh,
có các thuộc tính cùng với hành vi
cụ thể.
Feature Class: là một tập các
feature có cùng kiểu tức là tập các
ñiểm, ñường, hay vùng. Các feature
class tương ñương với một lớp trên

bản ñồ.
Feature Dataset: là tập các feature
class hay tập hợp các lớp trên cùng một
hệ tọa ñộ. Feature dataset tương ñương
với một bản ñồ.
4.1.1. Các thành phần dữ liệu:
Trong feature dataset, mỗi ñiểm ñược
lưu dưới một tọa ñộ ñơn tương ứng;
ñường ñược lưu dưới một chuỗi các
ñiểm có tọa ñộ x, y cho trước; vùng
ñược lưu thành một tập các ñiểm có tọa
ñộ x, y xác ñịnh những ñoạn thẳng và
ñóng kín.
iểm biểu diễn các feature
không có miền bao hay ñộ dài, nhiều
khi nó biểu diễn các feature có kích
thước quá nhỏ so với tỷ lệ của bản ñồ.
Đường dùng ñể biểu diễn các
feature có chiều dài xác ñịnh nhưng
không có miền bao hay những feature
rất hẹp so với tỷ lệ bản ñồ.
Vùng ñược dùng ñể biểu diễn
các feature có miền bao xác ñịnh: ruộng
ñất, ao, hồ hay các ñơn vị hành chính…


Hình 1.12: Đối tượng vùng trên bản ñồ
Hình 1.9: Bản ñồ với mô hình dữ liệu Vector
Hình 1.10: Đối tượng ñiểm trên bản ñồ
Hình 1.11: Đối tượng ñường trên bản ñồ

20


Hình 1.13: Biểu diễn các ñiểm, ñường và vùng trong mô hình vector

4.1.2. Các phép toán phân tích không gian trên
mô hình Vector
GIS cung cấp rất nhiều phép toán phân
tích không gian trên mô hình dữ liệu vector. Các
phép toán này dựa trên cơ sở so sánh logic tập
các ñối tượng này với tập ñối tượng khác.

a. Phép toán tạo vùng ñệm (Buffer)
Cho trước một ñối tượng và một giá trị
khoảng cách, phép toán buffer sẽ tạo ra một
vùng ñệm là một vùng bao phủ xung quanh tất
cả các ñiểm mà khoảng cách từ chúng ñến ñối
tượng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách ñề ra.

b. Phép toán khác (Difference)
Cho trước hai ñối tượng giao nhau là ñối
tượng cơ sở và ñối tượng so sánh. Phép toán
difference sẽ tạo ra một ñối tượng mới trong ñó
giữ nguyên phần của ñối tượng cơ sở không nằm
trong ñối tượng so sánh.

c. Phép toán cắt (Clip)
Cho trước một ñối tượng và một hình chữ
nhật. Phép toán clip sẽ tạo ra một ñối tượng mới
bằng cách cắt ñối tượng ñầu vào theo hình chữ nhật.

Hình 1.14: Kết quả buffer
Hình 1.15: Kết quả Difference
Hình 1.16: Kết quả Clip
21

d. Phép toán giao (Intersect)
Cho trước hai ñối tượng. Phép toán
intersect sẽ tạo ra một ñối tượng mới chính là
phần giao giữa hai ñối tượng.






e. Phép toán tạo ñường bao (Convex hull)
Cho trước một ñối tượng, phép toán
convex hull sẽ tạo ra một ñối tượng mới là
một vùng bằng cách nối tất cả các ñiểm ở biên của ñối tượng ñó. Nói cách khác, ñây là
vùng nhỏ nhất bao kín ñối tượng.
f. Phép toán tạo ñối tượng từ phần
khác nhau (Symmetric difference)
Phép toán symmetric difference sẽ
tiến hành so sánh vị trí hai ñối tượng và tạo
ra một ñối tượng mới từ hai ñối tượng ban
ñầu và bỏ ñi phần giao giữa chúng.
g. Phép toán cắt (Cut)
Cho một ñường cong và một ñối
tượng, phép toán cut sẽ tách ñối tượng này

thành hai phần nửa phải và nửa trái theo
hướng của ñường cong. Điểm và tập hợp
ñiểm không ñược áp dụng.
h. Phép toán gộp /cộng (Union)
Phép toán này tiến hành so sánh vị trí
tương ñối của hai ñối tượng và trả về một
ñối tượng trên cơ sở hợp hai ñối tượng ban ñầu.
Mô hình dữ liệu vector cho ta nhiều
thao tác hơn trên các ñối tượng so với mô
hình raster. Việc tính diện tích, ño khoảng
cách của các ñối tượng ñược thực hiện bằng
các tính toán hình học từ tọa ñộ của các ñối
tượng thay vì việc tính toán trên các ñiểm
ảnh của mô hình raster. Các thao tác trong
Hình 1.17: Kết quả Intersect
Hình 1.18: Kết quả Convex hull

Hình 1.19: Kết quả Symmetric difference
Hình 1.20: Kết quả Cut
Hình 1.21: Kết quả Union
22

mô hình này nói chung thường chính xác hơn. Thí dụ, tính diện tích, chu vi của một
vùng nào ñó trên cơ sở ña giác sẽ chính xác hơn việc ñếm các ñiểm ảnh trên bản ñồ có
các phép chiếu khác nhau. Một số thao tác ở mô hình này cũng thực hiện nhanh hơn
như tìm ñường ñi trong mạng lưới giao thông dựa trên lý thuyết ñồ thị. Tuy nhiên, ở
một số thao tác khác thì mô hình này sẽ chậm hơn so với mô hình raster, chẳng hạn khi
thực hiện nạp chồng các lớp của bản ñồ, các thao tác vùng ñệm.
Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở quan sát ñối tượng của thế giới
thực. Quan sát các ñặc trưng theo hướng ñối tượng là phương pháp tổ chức thông tin

trong các GIS ñể ñịnh hướng các hệ thống quản trị CSDL. Chúng tối ưu trong việc lưu
trữ số liệu bản ñồ vì chỉ cần lưu các ñường biên của các ñặc trưng mà không cần phải
lưu toàn bộ vùng của chúng. Do các thành phần ñồ họa biểu diễn các ñặc trưng của
bản ñồ liên kết trực tiếp với các thuộc tính của CSDL nên người dùng dễ dàng tìm
kiếm và hiển thị các thông tin từ CSDL.
4.2. Mô hình dữ liệu raster
Mô hình raster biểu diễn các ñặc trưng ñịa lý bằng các ñiểm ảnh (pixel). Dữ liệu
raster gắn liền với dữ liệu dạng ảnh hoặc dữ liệu có tính liên tục cao. Dữ liệu raster có
thể biểu diễn ñược rất nhiều các ñối tượng từ hình ảnh bề mặt ñất ñến ảnh chụp từ vệ
tinh, ảnh quét và ảnh chụp. Định dạng dữ liệu raster rất ñơn giản nhưng hỗ trợ rất
nhiều kiểu dữ liệu khác nhau.
.2.1. Nguồn dữ liệu raster
Ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay, ảnh quét, ảnh chụp. Trong ñó ảnh
chụp từ vệ tinh là cách lấy dữ liệu tốn kém nhất nhưng lại có ý nghĩa to lớn trong việc
nghiên cứu tình hình biến ñổi của các sự vật trên trái ñất theo thời gian. Ảnh chụp từ
máy bay giúp ta vẽ bản ñồ một cách chi tiết.

Hình 1.22: Ảnh chụp từ máy bay
Hình 1.23: Biến ñổi dữ liệu vector sang raster
4.2.2. Các thành phần dữ liệu
Raster ñược tạo nên bởi một mảng 2 chiều các ñiểm ảnh hay ô (cell). Ô là một
ñơn vị ñồng nhất biểu diễn một vùng xác ñịnh trên trái ñất. Các ô ñều có cùng kích
thước. Gốc tọa ñộ của hệ ñược ñặt tại ô nằm tại ñỉnh góc trái. Mỗi ô ñược xác ñịnh bởi
chỉ số dòng và chỉ số cột, ñồng thời nó chứa một số nguyên (hoặc số thực) biểu diễn
kiểu hay giá trị thuộc tính xuất hiện trên bản ñồ.
Kích thước của ô trong raster phụ thuộc nhiều vào ñộ phân giải dữ liệu. Ô phải
có kích thước ñủ nhỏ ñể có thể thu thập ñược chi tiết dữ liệu, nhưng cũng phải có kích
thước ñủ lớn ñể có thể phân tích dữ liệu một cách thuận tiện.
23

Giá trị của ô sẽ ñịnh nghĩa các nhóm, lớp tại vị trí của ô. Ô tại những ñiểm có
cùng một giá trị xác ñịnh một vùng, miền. Các ô trong cùng một miền không cần phải
liên kết với nhau. Khi một số nguyên ñược chỉ ñịnh cho một tập các ô, thì số nguyên
này có thể là mã phân biệt giữa các nhóm ô. Điều này tạo nên một quan hệ một - nhiều
giữa mã và các ô có cùng giá trị. Ví dụ các ô có giá trị là 400 ñược gán mã là 4, các ô
có giá trị 500 ñược gán mã là 5. Mã này có thể xuất hiện nhiều lần trong raster, nhưng
chỉ xuất hiện một lần trong bảng giá trị thuộc tính (hình 1.24). Bảng này lưu các giá trị
thuộc tính cho mã, ñiều này giúp việc cập nhật ñơn giản hơn. Một thay ñổi nhỏ của giá
trị thuộc tính sẽ làm thay ñổi cách thể hiện của hàng trăm ñối tượng trên bản ñồ.

Hình 1.24: Mảng ô và bảng thuộc tính
Mỗi ô trong một raster ñều có một giá trị. Giá trị này biểu diễn một trong bốn
kiểu dữ liệu sau:
- Biến tên (Nominal): một giá trị thuộc kiểu dữ liệu nominal sẽ xác ñịnh một
thực thể từ một thực thể khác. Những giá trị này ñược phân loại ñể tạo thành các
nhóm. Trong mỗi nhóm, thực thể ñịa lý sẽ liên kết với ô tại vị trí của ô ñó. Nominal
ñược dùng trong rất nhiều kiểu mã như mã chất lượng nước, loại nước…
- Biến thứ tự (Ordinal): một giá trị thuộc dữ liệu ordinal sẽ xác ñịnh vị trí của
một thực thể so với các thực thể khác như thực thể ñược ñặt ở vị trí thứ nhất, thứ hai,
hoặc thứ ba. Nhưng các giá trị này không thiết lập tỷ lệ tương quan giữa các thực thể.
Chúng ta không thể suy luận ñược thực thể này lớn hơn, cao hơn hay nặng hơn thực
thể khác bao nhiêu.
- Biến thời gian (Interval): một giá trị thuộc dữ liệu interval biểu diễn một phép
ño trên một tỷ lệ như thời gian trong ngày. Những giá trị này nằm trên một tỷ lệ xác
ñịnh và không liên hệ với một ñiểm thực nào.
- Biến tỷ lệ (Ratio): một giá trị thuộc kiểu ratio có thể biểu diễn một phép ño
trên một tỷ lệ với một ñiểm cố ñịnh và mang ý nghĩa.
4.2.3. Biểu diễn ñiểm, ñường và vùng trong raster
Trong cấu trúc dữ liệu raster, ñiểm có thể ñược biểu diễn bằng một ô, ñường
ñược biểu diễn bởi một tập các ô có hướng xác ñịnh, ñộ rộng của ñường bằng chiều

rộng của một ô, vùng ñược biểu diễn bởi một dãy các ô nằm kề sát nhau.
24


Hình 1.25: Biểu diễn các ñối tượng cơ sở trong raster
Mặc dù có thể xác ñịnh các ñiểm, ñường và vùng trong raster một cách trực
quan, nhưng nếu muốn tương tác với các ñối tượng này hiệu quả, cách tốt nhất là
chuyển ñổi chúng từ dữ liệu raster sang dữ liệu vector.
4.3. Chuyển ñổi CSDL dạng vector và raster
Việc chọn lựa cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tùy thuộc vào yêu
cầu của người sử dụng. Đối với hệ thống vector, thì dữ liệu ñược lưu trữ sẽ chiếm diện
tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, ñồng thời các ñường ñồng mức
(Contour) sẽ chính xác hơn hệ thống raster. Ngoài ra cũng tùy vào phần mềm máy tính
ñang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay raster. Tuy
nhiên ñối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì nhất thiết phải sử dụng dưới dạng raster.
Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu
raster, do vậy nó ñòi hỏi quá trình biến ñổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster,
hay còn gọi là raster hoá. Biến ñổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector
hoá, ñặc biệt cần thiết khi tự ñộng quét ảnh. Raster hoá là tiến trình chia ñường hay
vùng thành các ô vuông (pixel). Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixel ñể tạo thành
ñường hay vùng. Nếu dữ liệu raster không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng ñối tượng
sẽ rất phức tạp (thí dụ ảnh vệ tinh).

Hình 1.26: Sự chuyển ñổi dữ liệu giữa raster và vector (Nguồn : Tor Bernhardsen, 1992)