Một số thuật toán khái quát hóa bản đồ và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ
NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG
NGHỆ









NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG










MỘT SỐ THUẬT TOÁN KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ
VÀ ỨNG DỤNG

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm
Mã số: 604810





LUẬN VĂN THẠC
SĨ





NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐẶNG VĂN ĐỨC

Hà Nội -
2011

III

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN I
LỜI CÁM ƠN II
MỤC LỤC III
Danh mục các hình vẽ VI
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GIS 2
1.1. Khái niệm chung về bản đồ 2
1.1.1. Định nghĩa 2
1.1.1.1. Bản đồ nhƣ mô hình toán học 2
1.1.1.2. Mô hình thực tiễn 3
1.1.1.3. Bản đồ nhƣ mô hình qui ƣớc 4
1.1.2. Các tính chất của bản đồ 4
1.1.3. Các yếu tố nội dung của bản đồ 5
1.1.3.1. Thủy hệ 5
1.1.3.2. Điểm dân cƣ 5
1.1.3.3. Đƣờng giao thông 6
1.1.3.4. Các đối tƣợng kinh tế xã hội 6
1.1.3.5. Dáng đất 6
1.1.3.6. Ranh giới hành chính - chính trị 6
1.1.3.7. Cơ sở thiên văn- trắc địa và điểm định hƣớng (bản đồ địa hình) 7
1.1.3.8. Ghi chú trên bản đồ 7
1.1.3.9. Lớp phủ thực vật, thổ nhƣỡng 7

1.1.4. Cơ sở toán học của bản đồ địa lý 8
1.1.4.1. Tỉ lệ bản đồ (map scale) 8
1.1.4.2. Cơ sở trắc địa, thiên văn của bản đồ 9
1.1.4.3. Hệ toạ độ 9
1.1.4.4. Bố cục và khung bản đồ 10
1.1.4.5. Phân mảnh bản đồ 10
1.2. Hệ thống thông tin địa lý – GIS 12
1.2.1. Định nghĩa GIS 13
1.2.2. Các thành phần của GIS 16
1.2.2.1. Phần cứng (Hardware) 16
1.2.2.2. Phần mềm (Software) 17
1.2.2.3. Chuyên viên (Expertise) 18
1.2.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý(Geographic data) 18
1.2.2.5. Chính sách và quản lý(Policy and management) 19
1.2.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS 19
1.2.3.1. Mô hình thông tin không gian 20
1.2.3.2. Mô hình thông tin thuộc tính 23
Chƣơng 2 - KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 26
2.1. Khái niệm khái quát hóa bản đồ 26
2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khái quát hóa bản đồ 28
2.3. Các hình thức khái quát hóa bản đồ 30
2.4. Khái quát hoá đối với dữ liệu vector 33
2.5. Khái quát hoá đối với dữ liệu raster 38
2.6. Phân loại các phƣơng pháp khái quát hoá bản đồ 39
2.6.1. Phân loại theo mục đích khái quát hóa 39
2.6.2. Phân loại theo các quan điểm khái quát hóa 40
IV

2.7. Đánh giá chất lƣợng khái quát hóa bản đồ 41
2.8. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. 41

2.8.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng khái quát hóa tự động bản đồ ở các nƣớc trên
thế giới 41
2.8.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng khái quát hóa tự động bản đồ tại Việt Nam 43
Chƣơng 3: MỘT SỐ THUẬT TOÁN KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 44
3.1. Toán tử lựa chọn đối tƣợng 44
3.2. Đơn giản hóa đƣờng cong 45
3.2.1. Thuật toán Douglas- Peucker 46
3.2.2. Thuật toán sử dụng điểm độc lập 47
3.2.3. Thuật toán sử dụng khoảng cách giữa các điểm hoặc đƣờng vuông góc 48
3.2.4. Thuật toán Reumann- Witkam 49
3.2.5. Thuật toán Zhao - Saalfeld 50
3.2.6. Thuật toán Opheim 51
3.2.7. Thuật toán Lang 52
3.2.8. Thuật toán Visvalingam – Whyatt 53
Chƣơng 4: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 55
4.1. Phân tích và thiết kế hệ thống 55
4.1.1. Yêu cầu phần mềm 55
4.1.2. Các chức năng của phần mềm 56
4.2. Giải pháp triển khai 56
4.2.1. Công nghệ GIS 56
4.2.2. Ngôn ngữ lập trình 57
4.2.3. Tổ chức triển khai 58
4.3. Phần mềm khái quát hóa bản đồ - MapGeneralization 67
4.3.1. Chức năng phân tích dữ liệu 68
4.3.2. Chức năng khái quá hóa điểm 69
4.3.3. Chức năng khái quát hóa đƣờng 69
4.3.4. Chức năng khái quá hóa vùng 70
4.4. Kết quả thử nghiệm 71
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

V

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Thuật ngữ,chữ viết tắt
Giải thích
CSDL
Cơ sở dữ liệu
Digitizing
Số hoá
Digitizer
Bàn số hoá
GIS
Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý)
HTTT
Hệ thống thông tin
KQH
Khái quát hóa
ESRI
Environmental Systems Research Institute







VI

Danh mục các hình vẽ

Hình 1-1: Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng(Keith Clarke, 1995) 2
Hình 1-2: Dạng Geoid và hình Elipxoid(Dorothy Freidel, 1993) 3
Hình 1-3 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS 8
Hình 1-4 Lớp bản đồ 14
Hình 1-5: Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS 16
Hình 1-6 : Các thành phần phần cứng cơ bản của GIS 17
Hình 1-7: Định dạng dữ liệu Vector và Raster 20
Hình 1-8: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm (point) 21
Hình 1-9: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng Arc 22
Hình 1-10: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng (Polygon) 22
Hình 1-11: Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính 25
Bảng 2-1: Khái quát hóa 30
Hình 2-1: Biểu thị kết quả làm trơn 34
Hình 2-2: Biểu thị kết quả giản lƣợc hóa 34
Hình 2-3: Biểu thị kết quả gộp vùng 35
Hình 2-4: Biểu thị kết quả gộp điểm 35
Hình 2-6: Biểu thị kết quả hợp nhất 36
Hình 2-7: Biểu thị kết quả phá đối tƣợng 36
Hình 2-8: Biểu thị kết quả phóng đại 37
Hình 2-9: Biểu thị kết quả dịch chuyển 37
Hình 2-10: Khái quát hóa và trật tự mô hình hóa 40
Hình 3-1: Đơn giản hóa đƣờng nhờ giảm thiểu tọa độ 46
Hình 4-1 : Giao diện chính của phần mềm - MapGeneralization 67
Hình 4-2 : Thống kê đối tƣợng dạng vùng trong một phạm vi bất kỳ 68
Hình 4-3: Kết quả đơn giản hóa lớp đoạn tim đƣờng bộ 69
Hình 4-4: Thống kê đối tƣợng dạng vùng theo diện tích nhỏ 70
1

MỞ ĐẦU
Hiện nay dự án xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10.000 phủ trùm cả
nƣớc và các khu vực kinh tế phát triển, đã hoàn thành ở một số tỉnh và dự kiến đến
năm 2015 hoàn thành. Tùy thuộc vào nhu cầu, mục đích sử dụng mà yêu cầu sử dụng
các bản đồ nền, bản đồ địa hình ở các dãy tỷ lệ(mức độ chi tiết) khác nhau. Cơ sở dữ
liệu địa hình tỷ lệ 1:10.000 phủ trùm toàn quốc là dữ liệu cơ sở để thành lập các bản
đồ ở mức tỷ lệ nhỏ hơn (tỷ lệ: 1:25.000, tỷ lệ: 1:50.000, ) hay các dữ liệu có mức chi
tiết thấp hơn.
Bản đồ ở tỷ lệ lớn chứa đựng các đối tƣợng trong bản đồ ở tỷ lệ nhỏ hơn. Một
nhu cầu đặt ra là từ bản đồ tỷ lệ lớn làm thế nào để tạo ra bản đồ ở tỷ lệ nhỏ hơn. Để
quá trình xây dựng bản đồ tỷ lệ nhỏ từ bản đồ tỷ lệ lớn cần xây dựng các giải pháp
khái quát hóa bản đồ tự động.
Kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực khái quát hóa tự động đã đƣợc các cơ quan đo
đạc bản đồ quốc gia một số nƣớc xây dựng và áp dụng trong thực tế sản xuất. Tại Việt
Nam các công cụ khái quát hóa có sẵn trong các phần mềm thƣơng mại thông dụng
cũng đƣợc các cơ sở sản xuất và nghiên cứu quan tâm ứng dụng để giảm bớt chi phí và
nâng cao chất lƣợng thành lập bản đồ số. Các công cụ này tƣơng đối ít, đòi hỏi sự can
thiệp của kỹ thuật viên ở nhiều công đoạn.
Luận văn tập trung tìm hiểu một số thuật toán khái quát hóa bản đồ và xây dựng
ứng dụng. Luận văn đƣợc bố cục thành 4 chƣơng.
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý(GIS).
Chương 2: Khái quá hóa bản đồ.
Chương 3: Một số thuật toán khái quát hóa bản đồ.
Chương 4: Xây dựng ứng dụng khái quát hóa bản đồ.

2

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GIS
1.1. Khái niệm chung về bản đồ
1.1.1. Định nghĩa
Bản đồ địa lý là sự biểu thị thu nhỏ qui ƣớc của bề mặt trái đất lên mặt phẳng,
xây dựng trên cơ sở toán học với sự trợ giúp và sử dụng các ký hiệu qui ƣớc để phản
ánh sự phân bố, trạng thái và mối quan hệ tƣơng quan của các hiện tƣợng thiên nhiên
và xã hội đƣợc lựa chọn và khái quát hoá để phù hợp với mục đích sử dụng của bản đồ
và đặc trƣng cho khu vực nghiên cứu[2].

Hình 1-1: Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng(Keith Clarke, 1995)
1.1.1.1. Bản đồ như mô hình toán học
* Geoid
Trên thực tế bề mặt tự nhiên của trái đất rất phức tạp về mặt hình học, không thể
biểu thị nó theo một qui luật nhất định nào. Do vậy bề mặt tự nhiên trái đất đƣợc thay
thế bằng mặt Geoid. Mặt Geoid là mặt nƣớc biển trung bình yên tĩnh trải rộng xuyên
qua lục địa và luôn vuông góc với các hƣớng dây dọi. Do sự phân bố không đồng đều
của các khối vật chất trong vỏ quả đất làm biến đổi hƣớng trọng lực, làm bề mặt Geoid
có dạng phức tạp về mặt hình học.
* Bề mặt Elipxoid quay của trái đất
Ngƣời ta lấy mặt Elipxoid quay có hình dạng kích thƣớc gần giống Geoid làm bề
mặt toán học thay cho Geoid. Kích thƣớc của Elipxoid trái đất đƣợc tính theo tài liệu
đo đạc trắc địa, thiên văn và trọng lực. Ngoài việc xác định kích thƣớc của Elipxoid
thay cho Geoid, cần phải đặt đúng Elipxoid ở thể trái đất gọi là định hƣớng Elipxoid.
Định hƣớng Elipxoid khác nhau dẫn đến sự khác nhau về toạ độ của một điểm khi tính
3

toạ độ từ những góc khác nhau. Kích thƣớc và định hƣớng elipxoid đƣợc xác định
khác nhau trên thế giới gây nên sự phức tạp trong sử dụng tài liệu trắc địa - bản đồ.







Hình 1-2: Dạng Geoid và hình Elipxoid(Dorothy Freidel, 1993)
Việc biểu thị lên mặt phẳng một phần nhỏ bề mặt trái đất thì độ cong trái đất có
thể bỏ qua. Trong trƣờng hợp này các đƣờng thẳng đã đo trên thực địa đƣợc thu nhỏ
theo tỷ lệ qui định và biểu thị trên giấy không cần hiệu chỉnh độ cong của trái đất.
Những bản vẽ nhƣ thế gọi là bình đồ. Trên bình đồ, tỷ lệ ở mọi nơi và mọi hƣớng đều
nhƣ nhau. Trên bản đồ biểu thị toàn bộ trái đất hoặc một diện tích lớn thì độ cong của
trái đất là không thể bỏ qua.
Việc chuyển từ mặt Elipxoid lên mặt phẳng đƣợc thực hiện nhờ phép chiếu bản
đồ. Các phép chiếu biểu hiện quan hệ giữa toạ độ các điểm trên mặt đất và toạ độ các
điểm đó trên mặt phẳng bằng các phƣơng pháp toán học. trong trƣờng hợp này, các
phần tử nội dung bản đồ giữ đúng vị trí địa lý, nhƣng sẽ có sai số về hình dạng hoặc
diện tích. Bề mặt trái đất đƣợc biểu thị trên bản đồ với mức độ thu nhỏ khác nhau tại
những phần khác nhau của nó, có nghĩa là tỷ lệ ở những điểm khác nhau trên bản đồ
cũng khác nhau. Có thể biểu thị mặt cầu trái đất trên mặt phẳng theo nhiều cách khác
nhau. Nếu dùng các phép chiếu khác nhau và tuân theo các điều kiện toán học nhất
định đặt ra cho sự biểu thị đó.
Ví dụ: ngƣời ta cần những phép chiếu đồng góc hoặc đồng diện tích. Muốn vậy,
theo những điều kiện nhất định tính toạ độ các giao điểm của kinh tuyến và vĩ tuyến.
Dựa theo những điểm này dựng hệ lƣới kinh vĩ tuyến gọi là lƣới bản đồ. Lƣới bản đồ

dùng làm cơ sở để chuyển vẽ toàn bộ nội dung còn lại của bản đồ.
1.1.1.2. Mô hình thực tiễn
Trên bản đồ ngƣời ta có thể thể hiện các đối tƣợng và hiện tƣợng có trên mặt đất
trong thiên nhiên, xã hội và các lĩnh vực hoạt động của con ngƣời.
Các yếu tố nội dung của bản đồ:
- Thuỷ hệ
4




- Địa hình bề mặt
- Dân cƣ
- Đƣờng giao thông
- Ranh giới hành chính - chính trị
- Lớp phủ thổ nhƣỡng - thực vật
- Các đối tƣợng kinh tế xã hội
Các yếu tố kể trên đƣợc thể hiện trên bản đồ địa lý chung và trên một số các bản
đồ chuyên đề.
Bản đồ chuyên đề có các yếu tố nội dung riêng đặc trƣng cho từng loại nhƣ thổ
nhƣỡng địa chất. Trên các bản đồ chuyên đề các yếu tố địa lý chung đƣợc thể hiện với
các mức độ khác nhau phụ thuộc vào giá trị của chúng trong việc nêu bật các yếu tố
chính của bản đồ chuyên đề.
1.1.1.3. Bản đồ như mô hình qui ước
Các yếu tố nội dung của bản đồ đƣợc thể hiện bằng những ký hiệu qui ƣớc. Các
ký hiệu thể hiện vị trí, hình dáng kích thƣớc của đối tƣợng trong thực tế, ngoài ra còn
thể hiện một số đặc trƣng về số lƣợng và chất lƣợng.
Phân ra 3 loại ký hiệu:
- Ký hiệu theo tỷ lệ - vùng
- Ký hiệu theo tỷ lệ - đƣờng

- Ký hiệu phi tỷ lệ - điểm
Việc thể hiện kích thƣớc và các đặc trƣng khác đối tƣợng trên bản đồ đạt đƣợc
bằng cách sử dụng màu sắc, cấu trúc của ký hiệu và các ghi chú kèm theo.
Việc sử dụng hệ thống ký hiệu qui ƣớc cho phép chúng ta:
- Biểu thị toàn bộ bề mặt trái đất hoặc những khu vực lớn trong một bản đồ giúp
chúng ta nắm bắt những điểm quan trọng không thể thể hiện với tỷ lệ nhỏ. Điều đó là
không thể nếu sử dụng những mô hình không gian kiểu ảnh hàng không.
- Thể hiện bề mặt lồi lõm của trái đất lên mặt phẳng.
- Phản ánh các tính chất bên trong của sự vật, hiện tƣợng.
- Thể hiện sự phân bố, các quan hệ của sự vật, hiện tƣợng một cách trực quan.
- Loại bỏ những mặt ít giá trị, các chi tiết vụn vặt không đặc trƣng hoặc đặc trƣng
cho các đối tƣợng riêng lẻ, mặt khác nêu bật các tính chất căn bản, các tính chất chung.
Ký hiệu giữ những nét đặc trƣng trên các bản đồ khác nhau về tỷ lệ và thể loại. Nhƣ
vậy tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng các bản đồ khác nhau.
1.1.2. Các tính chất của bản đồ
- Tính trực quan
5




Bản đồ cung cấp cho ngƣời dùng khả năng bao quát và tiếp thu nhanh chóng
những yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất của nội dung bản đồ. Nó phản ánh các tri
thức về các đối tƣợng (hiện tƣợng) đƣợc biểu thị bằng bản đồ, ngƣời sử dụng có thể
tìm ra những qui luật của sự phân bố các đối tƣợng và hiện tƣợng.
- Tính đo đƣợc
Có mối liên quan chặt chẽ với cơ sở toán học của bản đồ. Căn cứ vào tỷ lệ, phép
chiếu, vào thang bậc của các dấu hiệu qui ƣớc, ngƣời sử dụng có khả năng xác định
các trị số khác nhau nhƣ: toạ độ, biên độ, khoảng cách, diện tích, thể tích, góc phƣơng
hƣớng. Chính nhờ tính chất này mà bản đồ đƣợc dùng làm cơ sở để xây dựng các mô

hình toán học của các hiện tƣợng địa lý, giải quyết các bài toán khoa học và thực tiễn.
- Tính thông tin
Khả năng lƣu trữ và truyền đạt thông tin cho ngƣời sử dụng.
1.1.3. Các yếu tố nội dung của bản đồ
1.1.3.1. Thủy hệ
Lớp thủy hệ bao gồm các đối tƣợng thuỷ văn nhƣ: biển, sông, kênh, hồ, các hồ
chứa nƣớc nhân tạo, mạch nƣớc, mƣơng máng, các công trình thuỷ lợi khác và giao
thông thuỷ: bến cảng, cầu cống, thuỷ điện, Theo giá trị giao thông chia sông thành
tàu bè đi lại đƣợc hay không, theo tính chất dòng chảy: có dòng chảy hoặc khô cạn
một mùa, nguồn nƣớc: tự nhiên nhân tạo các kiểu đƣờng bờ. Khi thể hiện thuỷ hệ
ngƣời ta dùng các ký hiệu khác nhau ho phép phản ánh đầy đủ nhất các đặc tính. Bằng
những ký hiệu bổ sung, giải thích con số, thể hiện các đặc tính nhƣ: chiều rộng, sâu
tốc độ hƣớng dòng chảy, chất đáy, điểm đƣờng bờ chất lƣợng nƣớc, đối với những
đối tƣợng quan trọng ta ghi chú tên gọi địa lý của chúng. Trên bản đồ sông đƣợc thể
hiện bằng một hoặc hai nét phụ thuộc vào độ rộng trên thực địa mức độ quan trọng và
tỷ lệ bản đồ.
1.1.3.2. Điểm dân cư
Lớp điểm dân cƣ là một trong nhứng lớp quan trọng nhất của bản đồ địa hình
đƣợc đặc trƣng bởi kiểu cƣ trú, dân số ý nghĩa hành chính chính trị. Đặc điểm của dân
cƣ đƣợc biểu thị bằng độ lớn, màu sắc, kiểu dáng của ký hiệu và ghi chú tên gọi.
Ví dụ: trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5.000 biểu thị tất cả các công trình xây dựng
theo tỷ lệ, đặc trƣng của vật liệu xây dựng Trên bản đồ 25.000 đến 100.000 biểu thị
các điểm dân cƣ tập trung bằng các ô phố và khái quát đặc trƣng chất lƣợng. Các công
trình xây dựng độc lập biểu thị bằng ký hiệu phi tỷ lệ, cố gắng giữ sự phân bố.
6




1.1.3.3. Đường giao thông

Gồm đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng thuỷ, đƣờng hàng không. Đặc tính của các
đƣờng giao thông đƣợc thể hiện khá đầy đủ, tỉ mỉ về khái niệm giao thông và trạng
thái cấp quản lý đƣờng. Mạng lƣới đƣờng giao thông thể hiện chi tiết hay khái lƣợc
phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ, cần thiết phải phản ánh mật độ, hƣớng và vị trí của đƣờng
giao thông. Đƣờng sắt phân theo chiều rộng, số đƣờng rầy, hiện trạng và số dạng sức
kéo. Trên đƣờng sắt biểu thị nhà ga, các vật kiến trúc, thiết bị đƣờng sắt (cầu, cống,
tháp nƣớc, trạm canh ), đƣờng tàu điện. Đƣờng bộ phân ra theo tình trạng kỹ thuật,
chiều rộng, cấp quản lý, giá trị giao thông.
Để nêu bật các đặc trƣng trên bản đồ sử dụng các ký hiệu với màu sắc, kiểu dáng
khác nhau và các ghi chú giải thích. Khi lựa chọn biểu thị đƣờng giao thông phải xét
đến ý nghĩa của đƣờng sá, ƣu tiên biểu thị những con đƣờng đảm bảo mối quan hệ
giữa các điểm dân cƣ và các đầu nút giao thông, các trung tâm văn hoá – kinh tế,
1.1.3.4. Các đối tượng kinh tế xã hội
Bao gồm các đối tƣợng văn hoá, lịch sử, sân bay, cảng , đƣờng dây thông tin, dẫn
điện, dầu, khí đốt, các đối tƣợng kinh tế.
1.1.3.5. Dáng đất
Trên bản đồ địa lý đƣợc thể hiện bằng các đƣờng bình đồ. Một số dạng riêng biệt
thể hiện bằng ký hiệu (vực, khe xói, đá tảng, đá vụn).
- Độ cao so với mặt biển của một số điểm đặc trƣng.
- Các đối tƣợng sơn băng (dãy núi, đồng bằng, thung lũng yên ngựa, địa hình
caster, đƣờng phân thuỷ, tụ thuỷ, ).
Khoảng cao đều giữa các đƣờng bình độ trên bản đồ địa hình đƣợc qui định
trong các qui phạm theo tỷ lệ bản đồ và đặc điểm khu vực (đồng bằng hoặc núi).
Ví dụ: bản đồ 1/50.000 khoảng cao đều bằng 10-20 m; 1/100.000 khoảng cao đều
20-40 m. Để thể hiện đầy đủ các tính chất đặc trƣng của địa hình, đặc biệt là các vùng
đồng bằng, ngƣời ta vẽ thêm các đƣờng bình độ nửa khoảng cao đều và đƣờng bình độ
phụ. Các đƣờng bình độ cái đƣợc đánh số, các đƣờng bình độ ở yên núi bổ sung vạch
chỉ dốc. Dáng đất (địa hình) có khi đƣợc thể hiện bằng phƣơng pháp tô bóng địa hình,
hoặc phân tầng màu theo độ cao hoặc kết hợp giữa các phƣơng pháp.
1.1.3.6. Ranh giới hành chính - chính trị

Bao gồm ranh giới quốc gia và ranh giới cấp hành chính tuỳ thuộc vào vào tỷ lệ
và mục đích sử dụng của bản đồ.
7




1.1.3.7. Cơ sở thiên văn- trắc địa và điểm định hướng (bản đồ địa hình)
Địa vật định hƣớng là những đối tƣợng cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng
và chính xác trên bản đồ thƣờng đƣợc biểu tƣợng bằng các đối tƣợng phi tỷ lệ trên
thực tế là những địa vật dễ nhận biết (ngã ba, ngã tƣ đƣờng sá, giếng ở xa khu dân
cƣ ) hoặc nhô cao so với mặt đất. Các điểm thuộc lƣới khống chế cơ sở đƣợc biểu thị
với mức độ chi tiết và độ chính xác phụ thuộc vào tỷ lệ cũng nhƣ mức độ sử dụng của
bản đồ.
1.1.3.8. Ghi chú trên bản đồ
Ghi chú trên bản đồ là các chữ viết nhằm giải thích theo ký hiệu, các địa danh,
tên các đối tƣợng. Chúng kết hợp với ký hiệu trên bản đồ và làm phong phú nội dung
của bản đồ. Ghi chú bản đồ giúp chúng ta khái quát nội dung của bản đồ cũng nhƣ
phân biệt các đối tƣợng.
Phân loại ghi chú trên bản đồ:
Có nhiều loại ghi chú khác nhau
- Tên riêng của các đối tƣợng: tên thành phố, tên tỉnh,
- Ghi chú chỉ dẫn
- Ghi chú giải thích tính chất của các đối tƣợng, thuật ngữ địa lý, các
đặc trƣng về số lƣợng, chất lƣợng
- Ghi chú có khả năng chuyển tải thông tin bằng font chữ, kích thƣớc, màu sắc,
định hƣớng Ghi chú thƣờng đƣợc bố trí gần với các đối tƣợng liên quan.
1.1.3.9. Lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng
Trên bản đồ biểu thị các loại ruộng muối, đất mặn, đầm lầy, rừng, cây bụi, vƣờn
cây, đồn điền. Ranh giới các khu vực đƣợc biểu thị chính xác về phƣơng diện đồ hoạ,

các loại thực vật và thổ nhƣờng khác nhau đƣợc thể hiện bằng ký hiệu qui ƣớc đặc
trƣng.
Ví dụ: Đầm lầy phân ra thành đầm lầy qua đƣợc, đầm lầy không qua đƣợc và khó
qua. Rừng, rừng già, rừng thƣa, rừng non, rừng mới trồng Các loại thực vật tự nhiên
và ngƣời trồng
Trên bản đồ chuyên đề lớp phủ thực vật và thổ nhƣờng thƣờng không đƣợc thể
hiện hoặc thể hiện sơ lƣợc phụ thuộc vào nội dung, tỷ lệ và mục đích sử dụng của bản
đồ.
8





1.1.4. Cơ sở toán học của bản đồ địa lý
Bao gồm:
- Tỷ lệ
- Cơ sở trắc địa và thiên văn
- Lƣới kinh - vĩ tuyến và các lƣới toạ độ khác
- Bố cục bản đồ và khung bản đồ
- Hệ thống chia mảnh
- Số liệu
1.1.4.1. Tỉ lệ bản đồ (map scale)
Tỷ lệ bản đồ thƣờng đƣợc hiểu là tỷ lệ độ dài của một đƣờng trên bản đồ và độ
dài thực của nó trên thực địa. Trên bình đồ biểu thị một khu vực nhỏ của bề mặt trái
đất, ảnh hƣởng của độ cong trái đất trên bản đồ là không đáng kể nên tỷ lệ trên toàn
bản đồ là nhƣ nhau. Trên bản đồ những khu vực lớn hơn, độ cong của trái đất gây nên
sự biến dạng trong biểu thị các các đối tƣợng nên tỷ lệ bản đồ là đại lƣợng thay đổi từ
điểm này sang điểm khác hay thậm chí trên cùng một điểm cũng thay đổi theo các
hƣớng khác nhau. Tỷ lệ chính của bản đồ (đƣợc ghi trên bản đồ) đƣợc bảo toàn ở một

Hình 1-3 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS
Mạng lƣới sông rạch
Loại đất
Cao độ
Hiện trạng
Bản đồ nền
9




số điểm và một số hƣớng tuỳ thuộc vào phép chiếu. Ta hiểu tỷ lệ của bản đồ là mức độ
thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu diễn lên bản đồ.
Tỉ lệ bản đồ nói lên mức độ chi tiết các thành phần có thể biểu hiện đƣợc trên bản
đồ và kích thƣớc các chi tiết có thể đo đạc đƣợc tƣơng ứng với điều kiện ngoài thực tế.
Tỉ lệ bản đồ có thể đƣợc biểu hiện nhƣ là một đơn vị đo đạc và chuyển đổi, thí dụ nhƣ
ở tỉ lệ 1/25.000, 1 cm trên bản đồ tƣơng ứng với 25.000 cm ngoài thực tế hoặc 25 m.
Một bản đồ có tỉ lệ là 1/10.000 sẽ bao phủ một vùng rộng lớn hơn bản đồ ở tỉ lệ
1/25.000, tuy nhiên bản đồ có tỉ lệ lớn sẽ chứa các đặc điểm chi tiết hơn bản đồ có tỉ lệ
nhỏ.
1.1.4.2. Cơ sở trắc địa, thiên văn của bản đồ
Đƣợc đặc trƣng bởi hình Elipxoit và hệ thống toạ độ trắc địa khởi điểm đã sử
dụng để thành lập bản đồ. Cơ sở trắc địa - thiên văn đƣợc thể hiện bằng các điểm
khống chế, các điểm khống chế là những điểm đã đƣợc cố định trên thực địa và đƣợc
xác định toạ độ. Những điểm khống chế này đƣợc sử dụng khi thành lập bản đồ tỷ lệ
lớn để xác định đúng vị trí các yếu tố nội dung của bản đồ
Các nguồn tài liệu trắc địa - bản đồ ở Việt Nam:
- Bản đồ do Pháp thành lập trƣớc năm 1954 chủ yếu sử dụng Elipxoid Cbamie
1880.
- Bản đồ sau năm 1954 sử dụng Elipxoid Krassobsk, lƣới chiếu Gauss, Kruger

- Bản đồ do ngƣời Mỹ thành lập trƣớc năm 1975, lƣới chiếu UTM,
Elipxoid, Everest, 1830.
Bản đồ UTM là nguồn tài liệu phong phú, đặc biệt đối với các vùng núi và cao
nguyên hiểm trở. Thƣờng đƣợc thành lập bằng phƣơng pháp chụp ảnh máy bay. Việc
sửa đổi, hiệu chỉnh để đƣa vào sử dụng các nguồn tài liệu này đang đƣợc thực hiện.
1.1.4.3. Hệ toạ độ
Trƣớc khi các số liệu về địa lý đƣợc sử dụng trong GIS, chúng phải đƣợc tham
khảo với một hệ thống toạ độ thông thƣờng. Các khó khăn với các số liệu toạ độ địa lý
là một số hệ thống toạ độ địa lý tham khảo mà nó diễn tả thế giới thật bằng nhiều cách
và với độ chính xác khác nhau.
Các toạ độ trên bề mặt trái đất là Vĩ độ (latitude), đƣợc đo theo đơn vị độ Bắc
hoặc Nam của xích đạo. Kinh độ (longtitude), đƣợc đo theo đơn vị độ Tây hoặc Đông
của kinh độ Greenweek ở Anh. Vị trí của kinh độ và vĩ độ thực tế chỉ có tính cách
tƣơng đối, khoảng cách và diện tích phải đƣợc tính toán bằng việc dùng phƣơng pháp
tính toán địa lý không gian và bán kính của trái đất đến các điểm cần tính.
Các giao điểm của bán trục nhỏ với mặt Elipxoid trái đất đƣợc gọi là các cực Bắc
10




và Nam. Các vòng tròn tạo ra do các mặt phẳng thẳng góc với trục nhỏ và cắt Elipxoid
gọi là các vĩ tuyến. Vĩ tuyến lớn nhất nằm trên mặt phẳng đi qua tâm Elipxoid gọi là
đƣờng xích đạo.
Các giao tuyến của các mặt phẳng Elipxoid với các mặt phẳng đi qua trục quay
(trục nhỏ) là những Elipxoid bằng nhau và còn gọi là các kinh tuyến. Vi trí của các
điểm trên mặt Elipxoid trái đất hoặc mặt cầu xác định bằng toạ độ địa lý là vĩ độ và
kinh độ.
Qua bất kỳ một điểm nào đó trên bề mặt Elipxoid kẻ một đƣờng thẳng đứng
(pháp tuyến) hƣớng vào trong Elipxoid khi cắt mặt phẳng xích đạo, đƣờng pháp tuyến

tạo với nó một góc đó chính là vĩ độ địa lý, đƣợc tính từ xích đạo, nhận giá trị từ 0 đến
90
0
lên Bắc ký hiệu là v.B hoặc N; v.N hoặc S.
Góc giữa các mặt phẳng kinh tuyến đi qua một điểm cho trƣớc và mặt phẳng của
kinh tuyến gốc gọi là kinh độ địa lý. Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc (kinh tuyến
Greenwich) sang đông đến 180
0
là dƣơng (k.đ.E); kinh tuyến gốc sang tây đến 180
0

(k.t.W).
1.1.4.4. Bố cục và khung bản đồ
Bố cục bản đồ: là sự bố trí khu vực đƣợc thành lập bản đồ trên bản đồ, xác định
khung của nó, sắp xếp những yếu tố trình bày ngoài khung và những tƣ liệu bổ sung.
Các bản đồ địa hình bao giờ cũng định hƣớng kinh tuyến giữa theo bắc nam. Trong
khung biểu thị khu vực đƣợc thành lập liên tục và không lập lại trên những mảnh phụ
cận. Bố trí tên bản đồ, số hiệu mảnh, tỷ lệ, các tài liệu tra cứu và giải thích dựa theo
mẫu qui định.
Khung bản đồ: là một đƣờng giới hạn lãnh thổ đƣợc thể hiện. Bản đồ có 2
khung, khung trong và khung ngoài. Ngƣời ta vẽ khung ngoài có tính chất trang trí,
giữa khung trong và khung ngoài là trị số các đƣờng kinh vĩ tuyến, địa danh các đƣờng
phụ cận, nút giao thông gần nhất.
Đối với các bản đồ chuyên đề, trong khung bản đồ có thể bố trí bản chú thích, tài
liệu tra cứu, đồ thị, bản đồ phụ Tên bản đồ, tỷ lệ cũng có thể đặt ở trong khung.
1.1.4.5. Phân mảnh bản đồ
Phụ thuộc vào tỷ lệ và lãnh thổ mà bản đồ có thể nằm trên 1 hoặc nhiều mảnh.
Bản đồ địa hình chính là loại bản đồ nhiều mảnh có cách phân mảnh và đánh số đƣợc
qui định chặt chẽ, có thể phân mảnh bản đồ theo lƣới kinh vĩ tuyến hoặc theo km, hoặc
theo khung bản đồ có kích thƣớc đặt sẵn,

Hệ thống đánh số bản đồ nhiều mảnh giúp ta dễ dàng và nhanh chóng tìm thấy
các mảnh cần thiết.
11




Sự phân mảnh và đánh số các bản đồ địa hình Việt Nam
- Bản đồ 1:1.000.000 có khung hình thang 4
0
theo vĩ độ 6
0
theo kinh độ đƣợc
đánh số bằng tên đai và tên múi theo cách đánh số của bản đồ quốc tế 1:1000T, các đai
4
0
theo vĩ tuyến đƣợc đánh số từ xích đạo lần lƣợt từ A đến V. Các múi 6
0
theo vĩ
tuyến đƣợc đánh số từ kinh tuyến 180
0
ngƣợc chiều kim đồng hồ từ 1 đến 60. Ví dụ: F-
48, F- 49
- Bản đồ 1: 1.000.000 là cơ sở để phân mảnh và đánh số các bản đồ tỷ lệ lớn hơn.
- Mảnh bản đồ 1: 1.000.000 chia làm 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 500.000, đánh số
A,B,C,D. Số liệu của mảnh 1: 500.000 là số hiệu 1: 1T+ số hiệu mảnh hình thang: F-
48 - A,F- 48-B.
- Mảnh bản đồ 1: 1.000.000 chia ra làm 36 mảnh bản đồ 1: 200.000 đƣợc đánh số
hiệu bằng chữ số La Mã. Ví dụ: F-48-XI.
- Mảnh bản đồ 1: 1.000.000 chia ra làm 144 mảnh bản đồ 1: 100.000 đánh số

bằng chữ Ả Rập F - 48- 143.
- Mảnh bản đồ 1: 100.000 hạn chế bởi hình thang 20x30 là cơ sở để phân mảnh
và đánh số các tỷ lệ lớn hơn.
- Mảnh bản đồ 1: 100.000 chia ra làm 4 mảnh 1:50.000 đánh số A, B, C, D; F-48-
143-A.
- Mảnh 50.000 chia ra làm 4 mảnh 1: 25.000; đánh số a,b,c,d; F-48-143-A-b.
- Mảnh 25.000 chia ra 4 mảnh 1: 10.000 đánh số 1 đến 4. Ví dụ: F-48-143-A-b-1.
- Mảnh 1:100.000 chia ra làm 384 mảnh 1: 5.000 đánh số từ 1 đến 324. Ví dụ: F-
48-143-(322)
- Mảnh 1:5000 chia ra làm 6 mảnh 1: 2000 đánh số từ a đến f
12




1.2. Hệ thống thông tin địa lý – GIS
Hệ thống thông tin là tập các tiến trình xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông
tin có ích cho công tác lập quyết định. Chúng bao gồm tập các thao tác dẫn chúng ta đi
từ lập kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lƣu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử
dụng các thông tin suy diễn trong công việc lập quyết định[2]. Theo quan niệm này thì
bản đồ cũng là một loại hệ thông tin. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy
diễn từ nó đƣợc sử dụng vào công việc lập quyết định. Để hiệu quả, việc biểu diễn
thông tin bản đồ phải rõ ràng, không nhập nhằng và quen với ngƣời dùng. Hệ thông tin
địa lý là hệ thông tin đƣợc thiết kế để làm việc với dữ liệu quy chiếu không gian hay
tọa độ địa lý. Khái niệm hệ thông tin địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm địa lý,
thông tin và hệ thống và đƣợc viết tắt là GIS. ý nghĩa của chúng đƣợc diễn giải nhƣ
sau đây:
• Geographic Information Systems (Mỹ).
• Geographical Information Systems (Anh, Ôxtrâylia, Canada).
• Geographic Information Science (nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ

thông tin địa lý và các công nghệ thông tin địa lý).
• Geographic Information Studies (nghiên cứu về ngữ cảnh xã hội của thông tin
địa lý nhƣ ngữ cảnh pháp lý, khía cạnh kinh tế).
Khái niệm “địa lý" (geographic) đƣợc sử dụng tại đây vì GIS trƣớc hết liên quan
đến các đặc trƣng “địa lý” hay “không gian”. Các đặc trƣng này đƣợc ánh xạ hay liên
quan đến các đối tƣợng không gian. Chúng có thể là các đối tƣợng vật lý, văn hóa hay
kinh tế trong tự nhiên. Các đặc trƣng trên bản đồ là biển diễn ảnh của các đối tƣợng
không gian trong thế giới thực. Biểu tƣợng, màu và kiểu đƣờng đƣợc sử dụng để thể
hiện các đặc trƣng không gian khác nhau trên bản đồ 2D. Khái niệm "geographic" đề
cập đến bề mặt hai chiều, khí quyển ba chiều của Trái đất. Còn khái niệm "spatial"
đề cập đến bất kỳ cấu trúc đa chiều nào, thí dụ ảnh y học tham chiếu đến cơ thể con
ngƣời Do vậy, "geographic" là tập con của "spatial". Nhƣng trong thực tế thì hai khái
niệm này hay đƣợc sử dụng thay nhau.
Khái niệm “thông tin" (information) đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS
quản lý. Các đối tƣợng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ-số thuộc tính hay
đặc tính (còn gọi là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần
cho lƣu trữ, quản lý các đặc trƣng không gian.
Khái niệm “hệ thống" (system) đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Môi
trƣờng hệ thống GIS đƣợc chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhƣng
chúng đƣợc tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn. Công nghệ thông tin đã trở
13




thành quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều
đƣợc xây dựng trên cơ sở máy tính.
Khái niệm "công nghệ thông tin địa lý" (geographic information technology) là
các công nghệ thu thập và xử lý thông tin địa lý. Chúng bao gồm ba loại cơ bản sau
đây:

• Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS): đo đạc vị trí trên
mặt đất trên cơ sở hệ thống các vệ tinh.
• Viễn thám (remote sensing): sử dụng vệ tinh để thu thập thông tin về Trái đất.
• Hệ thông tin địa lý (GIS).
1.2.1. Định nghĩa GIS
Hệ thống thông tin địa lý(Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một
nhánh của công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất
rộng rãi trong 10 năm lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều
hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả
năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân
đánh giá đƣợc hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội
thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông
tin đƣợc gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu
đầu vào
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhƣng chúng đều có điểm giống nhau
nhƣ: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý
(Management Information System - MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì
GIS là kết hợp của lập bản đồ với trợ giúp của máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu
(CSDL). So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lƣu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai
công việc tách biệt nhau. Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau
trên cùng tập dữ liệu. Sau đây là một vài định nghĩa GIS hay đƣợc sử dụng[1]:
Định nghĩa của Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI, Mỹ
GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn
tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất. Công nghệ GIS tích hợp các thao tác CSDL nhƣ
truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê bản đồ. Các
khả năng này sẽ phân biệt GIS với các hệ thông tin khác. Có rất nhiều chƣơng trình
máy tính sử dụng dữ liệu không gian nhƣ AutoCAD và các chƣơng trình thống kê,
nhƣng chúng không phải là GIS vì chúng không có khả năng thực hiện các thao tác
không gian[1].

14




Định nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ
GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục đƣợc thiết kế để thu thập,
quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để
giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Càng quan sát thế giới gần hơn
càng thấy đƣợc chi tiết hơn. Con ngƣời mong mỏi lƣu trữ, quản lý đầy đủ các dữ liệu
về thế giới thực. Nhƣng sẽ dẫn đến phải có cơ sở dữ liệu lớn vô hạn để lƣu trữ mọi
thông tin chính xác về chúng. Do vậy, để lƣu trữ đƣợc dữ liệu không gian của thế giới
thực vào máy tính thì phải giảm số lƣợng dữ liệu đến mức có thể quản lý đƣợc bằng
tiến trình đơn giản hóa hay trừu tƣợng hóa. Trừu tƣợng là đơn giản hóa một cách
thông minh. Trừu tƣợng cho ta tổng quát hóa và "ý tƣởng" hóa vấn đề đang xem xét.
Chúng loại bỏ đi các chi tiết dƣ thừa mà chỉ tập trung vào các điểm chính, cơ bản. Các
đặc trƣng địa lý phải đƣợc biểu diễn bởi các thành phần rời rạc hay các đối tƣợng để
lƣu vào CSDL máy tính.
Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và
nguồn dữ liệu khác biệt. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để
quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ,
các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ
mới về không gian. Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai
thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng.


Hình 1-4 Lớp bản đồ
Tầng nhà ở
Tầng đƣờng quốc lộ

Tầng khách hàng
Tầng biên
Hành chính
15




GIS lƣu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng (layer) bản đồ chuyên đề mà
chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau. Giả sử ta có vùng quan sát nhƣ trên hình 1-
4. Mỗi nhóm ngƣời sử dụng sẽ quan tâm nhiều hơn đến một hay vài loại thông tin. Thí
dụ, Sở Giao thông công chính sẽ quan tâm nhiều đến hệ thống đƣờng phố. Sở Nhà đất
quan tâm nhiều đến các khu dân cƣ và công sở. Sở Công thƣơng quan tâm nhiều đến
phân bổ khách hàng trong vùng. Tƣ tƣởng tách bản đồ thành tầng tuy đơn giản nhƣng
khá mềm dẻo và hiệu quả, chúng cho khả năng giải quyết rất nhiều vấn đề về thế giới
thực, từ theo dõi điều hành xe cộ giao thông, đến các ứng dụng lập kế hoạch và mô
hình hóa lƣu thông. Ta có thể sử dụng tiến trình tự động, gọi là mã hóa địa lý
(geocoding) để liên kết dữ liệu bên ngoài với dữ liệu bản đồ. Thí dụ sử dụng mã hóa
địa lý để ánh xạ thông tin bán hàng bằng mã bƣu điện (ZIP) hay chỉ ra địa chỉ khách
hàng trên bản đồ bằng các điểm.
Hiểu biết của chúng ta về Trái đất là giới hạn vì thiếu thông tin cũng nhƣ thiếu tri
thức. Để quan sát vật thể quá nhỏ con ngƣời đã phát minh ra kính hiển vi, để quan sát
vật thể quá lớn nhƣ toàn bộ Trái đất, con ngƣời đã phải sử dụng vệ tinh nhân tạo. Hệ
thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ và thời gian khác
nhau, theo các khuôn mẫu khác nhau. Ngƣời sử dụng thông tin địa lý nhƣ các nhà
khoa học, giám sát tài nguyên môi trƣờng, lập kế hoạch phát triển đô thị đều làm
việc theo vùng hay lãnh thổ. Họ quan sát và đo đạc các tham số môi trƣờng. Họ xây
dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc tính Trái đất. Họ giám sát sự thay đổi xung
quanh ta theo thời gian và không gian. Cuối cùng, họ mô hình hóa các tác động, tiến
trình trong môi trƣờng. Hiệu quả cơ bản của các hoạt động này sẽ đƣợc nâng cao nhờ

sử dụng hệ thông tin địa lý, một hình thức của hệ thống thông tin.
16




1.2.2. Các thành phần của GIS
Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là:
- Phần cứng (hardware)
- Phần mềm (software)
- Số liệu (Geographic data)
- Chuyên viên (Expertise)
- Chính sách và cách thức quản lý (Policy and management)
Một cách chi tiết có thể giải thích bao gồm các hợp phần nhƣ sau:
1.2.2.1. Phần cứng (Hardware)
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần
mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến
các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị mạng
cần thiết khi triển khai GIS trên môi trƣờng mạng. GIS cũng đòi hỏi các thiết bị ngoại
vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu nhƣ: máy số hoá (digitizer), máy vẽ (plotter),
máy quét (scanner)…
Hình 1-5: Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS
PHẦN CỨNG
PHẦN MỀM
SỐ LIỆU
CHUYÊN VIÊN
CHÍNH SÁCH VÀ QUẢN LÝ
GIS
17

Hình 1-6 : Các thành phần phần cứng cơ bản của GIS
1.2.2.2. Phần mềm (Software)
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 đƣợc 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
đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tƣơng thích.
Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.
- Lƣu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lƣu trữ và quản lý
cơ sở dữ liệu đề cập đến phƣơng pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin
thuộc tính (attributes) của các đối tƣợng địa lý (điểm, đƣờng đại diện cho các
đối tƣợng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này đƣợc tổ chức và liên hệ qua các thao
tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội đƣợc bởi ngƣời sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu đƣa ra là các báo cáo kết quả quá
trình phân tích tới ngƣời sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ (MAP), bảng biểu
(TABLE), biểu đồ, lƣu đồ (FIGURE) đƣợc thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
- Biến đổi dữ liệu (Data transformation): 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
đƣợc thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc
tổng hợp cả hai.
18

- Tƣơng tác với ngƣời dùng (Query input): Giao tiếp với ngƣời dùng là yếu tố
quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện ngƣời dùng ở một hệ
thống tin đƣợc thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.
1.2.2.3. Chuyên viên (Expertise)
Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi những
chuyên viên hƣớng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân tích và xử
lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS để sử dụng,
có kiến thức về các số liệu đang đƣợc sử dụng và thông hiểu các tiến trình đang và sẽ
thực hiện.
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con ngƣời tham gia quản lý hệ thống
và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Ngƣời sử dụng GIS có thể là những
chuyên gia kỹ thuật, ngƣời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những ngƣời dùng GIS để
giải quyết các vấn đề trong công việc.
1.2.2.4. Số liệu, dữ liệu địa lý(Geographic data)
Số liệu đƣợc sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced data)
riêng lẽ mà còn phải đƣợc thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những thông tin
địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về vị trí địa lý, thuộc tính (attributes) của
thông tin, mối liên hệ không gian(spatial relationships) của các thông tin, và thời gian.
Có 2 dạng số liệu đƣợc sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ đƣợc số hoá theo một
khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu đƣợc. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ
liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác nhƣ
máy in, máy vẽ.
Số liệu Vector: đƣợc trình bày dƣới dạng điểm, đƣờng và diện tích, mỗi dạng
có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu.
Số liệu Raster: đƣợc trình bày dƣới dạng lƣới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau,
giá trị đƣợc ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh vệ tinh
và số liệu bản đổ đƣợc quét (scanned map) là các loại số liệu Raster.
- Số liệu thuộc tính (Attribute): đƣợc trình bày dƣới dạng các ký tự hoặc số, hoặc

ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý.
Trong các dạng số liệu trên, số liệu vector là dạng thƣờng sử dụng nhất. Tuy
nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục nhƣ: nhiệt độ,
cao độ và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số
liệu thuộc tính đƣợc dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.
19




Có nhiều cách để nhập số liệu, nhƣng cách thông thƣờng nhất hiện nay là số hoá
(digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh
(Scanner).
1.2.2.5. Chính sách và quản lý(Policy and management)
Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là
yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần
đƣợc điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải đƣợc bổ nhiệm để tổ chức
hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ ngƣời sử dụng thông tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải đƣợc đặt trong 1 khung tổ chức phù
hợp và có những hƣớng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lƣu trữ và phân tích số liệu,
đồng thời có khả năng phát triển đƣợc hệ thống GIS theo nhu cầu. Hệ thống GIS cần
đƣợc điều hành bởi 1 bộ phận quản lý, bộ phận này phải đƣợc bổ nhiệm để tổ chức
hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ ngƣời sử dụng thông tin.
Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt đƣợc và tính hiệu quả của kỹ thuật
GIS chỉ đƣợc minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những ngƣời sử dụng thông
tin để giúp họ thực hiện đƣợc những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa
các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải đƣợc đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử
dụng của GIS cũng nhƣ các nguồn số liệu hiện có.
Nhƣ vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò
rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định

sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Trong phối hợp và vận hành các hợp
phần của hệ thống GIS nhằm đƣa vào hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố
huấn luyện và chính sách - quản lý là cơ sở của thành công. Việc huấn luyện các
phƣơng pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp phần: Thiết bị, Phần
mềm, Chuyên viên và Số liệu với nhau để đƣa vào vận hành. Tuy nhiên, yếu tố chính
sách và quản lý sẽ có tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định
đến sự thành công của hoạt động GIS.
1.2.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS
Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại số liệu
cơ bản: số liệu không gian và phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và
chúng khác nhau về yêu cầu lƣu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ
độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản
đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay
hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi, …
20




Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lƣợng, mối quan hệ của các
hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các số liệu phi không gian đƣợc gọi là dữ
liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tƣợng không gian và liên
kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất
chung.
1.2.3.1. Mô hình thông tin không gian
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng
càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS đƣợc lƣu trữ trong CSDL và chúng đƣợc thu thập
thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS còn đƣợc gọi là thông tin
không gian. Đặc trƣng thông tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ

vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình
dạng hiện tƣợng” thông qua mô tả chất lƣợng, số lƣợng của hình dạng và cấu trúc.
Cuối cùng, đặc trƣng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tƣơng tác” giữa các hiện
tƣợng tự nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh
hƣởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ
thống.

Hình 1-7: Định dạng dữ liệu Vector và Raster