Ứng dụng công nghệ hướng đối tượng trong việc phát triển hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý quản lý tài nguyên rừng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN














ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG TRONG
CÔNG VIỆC PHÁT TRIEERNHEEJ THỐNG CƠ SỞ DỮ
LIỆU ĐẠI LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG







LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công Nghệ Thông Tin

Hà Nội- 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN








ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG TRONG
VIỆC PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
ĐẠI LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

Ngành: Công nghệ thong tin
Mã số: 1.01.10

Hà Nội- 2007




1
MUC LỤC
DANH SÁCH THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU
Chương 1.Tổng quan về hệ thông tin địa lý
1.1.Giới thiệu chung về hệ thông tin địa lý
1.1.1. Định nghĩa
1.1.2. Các thành phần chính của hệ thống GIS
1.1.2.1. Phần cứng
1.1.2.2. Phần mền

1.1.2.3. Dữ liệu
1.1.2.4. Con người
1.1.2.5. Phương pháp
1.1.3. Các chức năng của hệ thống GIS
1.1.3.1. Thu thập dữ liệu
1.1.3.2. Xử lý sơ bộ dữ liệu




2
1.1.3.3. Lưu trữ và truy nhập dữ liệu
1.1.3.4. Tìm kiến và phân tích không gian
1.1.3.5. Biểu thị đồ họa và tương tác
1.2. Mô hình dữ liệu không gian
1.2.1 Các thành phần cơ bản trongGIS Vector
1.2.2. Dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian
1.3. Cấu trúc dữ liệu không gian
1.3.1. Mô hình “mì ống”
1.3.2. Mô hình mạng
1.3.3. Mô hình tô pô
1.4.2. Một số thao tác tìm kiêm và phân tích không gian
1.4.2.1. Xác định điểm nằm trong đa giác
1.4.2.2. Giao của hai đa giác
1.4.2.3. Cát xém đa giác
1.4.2.4. Tính diện tích đa giác
1.4.2.5. Vùng điện

3
1.4.2.6. Xếp chồng
1.4.3Truy cập dữ liệu không gian
1.4.4. Hiển thị dữ liệu không gian
Chương 2. Phát triển phần mền theo hướng đối tượng
2.1. Ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất
2.1.1. thiết kế phần mền hướng đối tượng
2.1.2. Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất
2.2. Quy trình phát triển phần mền
2.2.1. Lịch sử phát triển của Rup
2.2.2. Giới thiệu chung về Rup
2.2.3. Cấu trúc tính của quy trình
2.2.3.1. Lao động
2.2.3.2. Họat động
2.2.3.3. Artifact
2.2.3.4. Luồng công việc
2.2.4. Cấu trúc động của quy trình – các pha




4
2.2.4.1. Pha khởi đầu
2.2.4.2. Pha sọam thảo
2.2.4.3. Pha xây dựng
2.2.4.4. Pha chuyển giao
2.2.5. Các bước lặp
2.2.6. Các quy tắc
2.2.6.1. Quy tắc mô hình hóa nghiệp vụ

2.2.6.2. Quy tắc yêu cầu
2.2.6.3. Quy tắc phân tích và thiết kế
2.2.6.4. Quy tắc thự thi
2.2.6.5. Quy tắc kiểm tra
2.2.6.6. Quy tắc triển khai
2.2.6.7. Quy tắc cấu hình và quản lý thay đổi
2.2.6.8. Quy tắc quản lý dự án
2.2.6.9. Quy tắc môi trường




5
Chương 3. PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG GIS HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN RỪNG
3.1. Phát triển ứng dụng
3.1.1. Pha khởi đầu
3.1.1.1. Mô bài toán
3.1.1.2. Họat động của hệ thống
3.1.1.3 Các chức năng của hệ thống
3.1.1.4. Các thuộc tính của hệ thống
3.1.1.5. Xác định của tác nhân,các UC và mô tả UC
3.1.2. Pha chi tiết
3.1.2.1. Giai đọan phân tích
3.1.2.2. Giai đọan thiết kế
3.2. Mô hình tổ chức lớp dữ liệu
3.2.1. Các lớp dữ liệu
3.2.2. Sơ đồ cấu trúc của các lớp dữ liệu
3.2.2.1. Ranh gíơi hành chính

6
3.2.2.2. Địa hình tự nhiên
3.2.2.3. Hiện tượng đất rừng
3.2.2.4. Cơ sở hạ tầng
3.3. Cài đạt thử thách
3.3.1. Giao diện chính trong chương trình
3.3.2. Giao diện khi cho hiện mốt số tầng trong bản đồ
KẾT LUẬM
TÀI LIỆU THAM KHẢO











7




8
DANH SÁCH THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

1. Từ viết tắt tiếng Anh
DBMS Database Management Systems
GIS Geographic Information System
ODBMS Object DataBase Management System
OODBMS Object Oriented DataBase Management System
ORDBMS Object-Relational Database Management System
RDBMS Relational Database Management Systems
RUP Rational Unified Process
SDBMS Spatial Database Management Systems
SQL Structured Query Language
UC Use Case
UML Unified Modeling Language
2. Từ viết tắt tiếng Việt
Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn
CSDL Cơ sở dữ liệu




9
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thông tin địa lý
Hình 1.2. Các thành phần chính của GIS
Hình 1.3. Kiến trúc ba tầng của SDBMS
Hình 1.4. Biểu diễn bản đồ vector
Hình 1.5. Các thành phần hình học cơ sở
Hình 1.6. Cấu trúc dữ liệu “mỳ ống”
Hình 1.7. Mô hình mạng
Hình 1.8. Quy trình phát triển cơ sở dữ liệu không gian
Hình 1.9. Cấu trúc dữ liệu tôpô

Hình 1.10. Định lý nửa đường thẳng
Hình 1.11. Cắt xén đa giác
Hình 1.12. Đa giác lõm
Hình 1.13. Vùng đệm
Hình 1.14. Sự khác nhau giữa phép nối phi không gian và phép nối không gian
Hình 1.15. Phương pháp Lọc - Tinh chế
Hình 2.1. Lịch sử phát triển của RUP
Hình 2.2. Cấu trúc của quy trình
Hình 3.1. Gói Lập bản đồ
Hình 3.2. Gói Quản lý tầng bản đồ
Hình 3.3. Gói Quản lý thông tin bản đồ
Hình 3.4. Gói Thao tác với bản đồ
Hình 3.5. Biểu đồ UC mức gộp
Hình 3.6. Biểu đồ trình tự Thêm tầng bản đồ
Hình 3.7. Biểu đồ trình tự Tìm kiếm tầng bản đồ
Hình 3.8. Biểu đồ trình tự Thêm thông tin bản đồ
Hình 3.9. Biểu đồ trình tự Xem bản đồ
Hình 3.10. Biểu đồ trình tự Phóng to
Hình 3.11. Biểu đồ trình tự Thu nhỏ
Hình 3.12. Biểu đồ trình tự Cắt xén
Hình 3.13. Biểu đồ trình tự Lấy vùng đệm
Hình 3.14. Biểu đồ trình tự Truy vấn dữ liệu
Hình 3.15. Biểu đồ Lớp khái niệm
Hình 3.16. Lớp County
Hình 3.17. Lớp District
Hình 3.18. Lớp Place
Hình 3.19. Lớp Forest
Hình 3.20. Lớp Lake
Hình 3.21. Lớp River
Hình 3.22. Lớp Road

Hình 3.23. Lớp Boundary
Hình 3.24. Biểu đồ Lớp




10
MỞ ĐẦU
Trong thời gian hiện nay, hàng loạt vấn đề mang tính toàn cầu đang được
đặt ra, đó là sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường, tai biến thiên
nhiên, dịch bệnh… Trước thực tế đó, việc quản lý tài nguyên rừng, quản lý sự thay
đổi trong sử dụng đất, và các nguyên nhân của chúng là một trong những vấn đề
được đặt ra với các nhà khoa học nhằm giúp các nhà quản lý chính sách và người
dân có cái nhìn đúng đắn hơn về việc sử dụng đất, sử dụng tài nguyên theo quan
điểm bền vững và bảo vệ môi trường.
Việc áp dụng Công nghệ thông tin nói chung và Hệ thông tin địa lý (GIS)
nói riêng đã ngày càng phát triển và trở thành một nhu cầu thiết yếu trong hầu hết
các lĩnh vực. Trong đó, quản lý tài nguyên rừng là một trong những hướng rất được
quan tâm, đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển.
Hiện nay, công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng gắn với thông tin bản
đồ bằng việc ứng dụng công nghệ GIS đã trở thành một giải pháp quan trọng và cấp
thiết nhằm nâng cao năng lực quản lý của toàn hệ thống. Việc ứng dụng công nghệ
này đã có được những thế mạnh sau:
 Giúp cho việc lưu trữ tin cậy, cung cấp, cập nhật thông tin một cách dễ
dàng và nhanh chóng hơn
 Tạo các khả năng mạnh trong tìm kiếm, xử lý trực quan (thống kê diện
tích, xếp chồng các tầng bản đồ, in ấn thông tin bản đồ)
 Dữ liệu được quản lý và cập nhật một cách đồng bộ từ trung ương đến
cấp cơ sở
Công nghệ hướng đối tượng cũng đang phát triển rất mạnh mẽ và được sử

dụng ở nhiều nước trên thế giới trong việc phát triển các hệ thống lớn và phức tạp.
Công nghệ này cũng bắt đầu phát triển ở nước ta trong những năm gần đây và đó
cũng là một xu thế tất yếu.




11
Do đó, việc tìm hiểu công nghệ hướng đối tượng để thiết kế và xây dựng hệ
thống cơ sở dữ liệu không gian quản lý tài nguyên rừng là một vấn đề thực sự cần
thiết.
Trong nội dung của luận văn này, tôi đã tập trung nghiên cứu công nghệ
GIS và hướng đối tượng, sau đó đã ứng dụng các công nghệ này trong việc phát
triển hệ thống quản lý tài nguyên rừng. Đề tài đã được nghiên cứu là “Ứng dụng
công nghệ hướng đối tượng trong việc phát triển hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý
quản lý tài nguyên rừng”
Nội dung đề tài được trình bày như sau:
 Chương 1: Tổng quan về hệ thông tin địa lý
 Chương 2: Phát triển phần mềm theo hướng đối tượng
 Chương 3: Phát triển ứng dụng GIS hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng
Trong quá trình thực hiện, tuy đã rất cố gắng nhưng với khả năng kinh
nghiệm còn hạn chế, bản luận văn tốt nghiệp này chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót,
tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.




12
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1.1. Định nghĩa
Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System) được nghiên
cứu và đưa vào ứng dụng từ những năm cuối của thập niên 70 tại Canada với tên
gọi CGIS (Canadian Geographical Information System). Đến nay, nhờ những thành
tựu khoa học ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng thông tin trong nhiều lĩnh
vực quản lý nên GIS cũng được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia
trong các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và quản lý các hoạt động kinh tế xã hội.
Ở nước ta, trong những năm gần đây, nhiều ngành, nhiều địa phương đã
bắt đầu ứng dụng các phần mềm GIS như MapInfo, ArcInfo, Liwis, Wingis… trong
các lĩnh vực quản lý Nhà nước, quản lý tài nguyên, môi trường, qui hoạch đất đai,
đô thị, qui hoạch phát triển kinh tế xã hội.
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS. Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi
trường ESRI của Mỹ định nghĩa “GIS là công cụ dựa trên máy tính để lập bản đồ
và phân tích những cái đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất”. Định
nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ: “GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và
các thủ tục được 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”.
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…
Công nghệ GIS tích hợp các thao tác cơ sở dữ liệu như truy vấn và các phép
phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh chỉ
được cung cấp duy nhất dựa trên các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS




13
với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong

nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định
chiến lược).
Hệ thông tin địa lý được xem là một dạng đặc biệt của hệ thông tin, bao
hàm khái niệm dữ liệu không gian và việc liên kết giữa dữ liệu không gian với bản
đồ. Dữ liệu không gian có thể là các hình ảnh vệ tinh, hay thậm chí là việc giao dịch
trong siêu thị nếu giao dịch có sử dụng mã vùng (zip).
Về khía cạnh bản đồ học thì GIS là kết hợp của máy tính trợ giúp việc lập
bản đồ và công nghệ cơ sở dữ liệu. GIS có lợi thế hơn so với bản đồ là thực hiện
tách biệt hai công việc lưu trữ dữ liệu và biểu diễn dữ liệu. Do đó, GIS có khả năng
quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng một tập dữ liệu.
Hệ thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ, thời
gian và các khuôn mẫu khác nhau. Người sử dụng thông tin địa lý như các nhà khoa
học, giám sát tài nguyên môi trường… đều làm việc theo vùng hay lãnh thổ. Họ
quan sát, đo đạc các tham số môi trường, xây dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc
tính Trái đất, giám sát sự thay đổi xung quanh theo thời gian và không gian, mô
hình hoá các tác động, tiến trình trong môi trường. Hiệu quả cơ bản của các hoạt
động này sẽ được nâng cao nhờ sử dụng hệ thông tin địa lý, một hình thức của hệ
thống thông tin.[1]
GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau
như ngành địa lý, bản đồ, công nghệ viễn thám, ảnh máy bay, bản đồ địa hình, đo
đạc, thống kê, khoa học tính toán, toán học…
Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau:
 Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: Tìm đường đi, lập kế
hoạch lưu thông xe cộ, phát triển giao thông…
 Giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường: Quản lý đất rừng, sông
ngòi, dự báo cháy rừng, lũ lụt…

14
 Mô hình hoá các hệ sinh thái
 Phân tích thị trường
 Điều tra dân số, các dịch vụ công cộng và nhiều ứng dụng khác.
Trong các công việc cần quản lý và phân tích dữ liệu không gian:
 Người thường xuyên phải đi lại: Trạm xăng gần nhất ở đâu? Có cửa hàng
ăn uống nào gần khu vực đang làm việc của họ không?
 Bộ giao thông vận tải: Mạng lưới đường phố có thể mở rộng để giảm
thiểu tắc nghẽn giao thông như thế nào?
 Nông dân: Lập kế hoạch cho việc sử dụng thuốc trừ sâu trong trang trại
như thế nào?
 Các dịch vụ khẩn cấp: Người gọi cần giúp đỡ ở vùng nào? Đường đi tốt
nhất đến chỗ đó là gì? [10]
Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Do đó, để lưu trữ được dữ
liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm lượng dữ liệu đến mức
có thể quản lý được bằng tiến trình trừu tượng hoá hay đơn giản hoá (hình 1.1).

1.1.2. Các thành phần chính của hệ thống GIS
Hệ thống GIS bao gồm năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ
liệu, con người và phương pháp.




CSDL
Phần mềm
công cụ
Người sử dụng
Kết quả

Thế giới thực
Trừu tượng hay
đơn giản hoá
GIS
Hình 1.1. Hệ thông tin địa lý




15

1.1.2.1. Phần cứng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. GIS đòi hỏi
các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hoá, máy vẽ, máy quét ảnh, máy in để
vào/ra dữ liệu. Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền
tin hay mạng cục bộ.
1.1.2.2. Phần mềm
Một hệ thống GIS bao gồm nhiều modul phần mềm. Phần mềm GIS cung
cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, xử lý, quản lý, phân tích, tính
toán, làm báo cáo và hiển thị thông tin địa lý bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý
theo yêu cầu người sử dụng. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:
 Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System - DBMS)
 Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
 Giao diện đồ hoạ người máy (Graphic User Interfaces - GUI) để truy cập
các công cụ dễ dàng
1.1.2.3. Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ
liệu đồ hoạ và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp

16
hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu đồ
hoạ với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu trữ
và quản lý dữ liệu. Các dữ liệu thu thập để sử dụng trong hệ thông tin địa lý thường
là:
 Dưới dạng số như bản đồ số hoá, CSDL, bảng tính, ảnh vệ tinh,…
 Các ấn phẩm phi số hoá như bản đồ giấy, ảnh chụp, các bản vẽ khác trên
giấy,…
 Tổng hợp từ các báo cáo khoa học
 Dữ liệu trắc địa
1.1.2.4. Con ngƣời
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể là
những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, các chuyên gia về
GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS, các nhà lãnh đạo sử dụng hệ thống
làm công cụ trợ giúp để hoạch định các chủ trương, kế hoạch trong quản lý và phát
triển hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
1.1.2.5. Phƣơng pháp
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
1.1.3. Các chức năng của hệ thống GIS
GIS bao gồm năm loại chức năng: Thu thập dữ liệu, Xử lý sơ bộ dữ liệu,
Lưu trữ và truy nhập dữ liệu, Tìm kiếm và phân tích không gian, Hiển thị đồ hoạ và
tương tác.
1.1.3.1. Thu thập dữ liệu

17
Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới
thực (Trắc địa mặt đất, định vị bằng vệ tinh, chụp ảnh bằng máy bay hay vệ tinh) và
từ các tài liệu, bản đồ giấy, hoặc có sẵn dưới dạng số. Trước khi dữ liệu địa lý có
thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp. Quá
trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá
trình số hoá. Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình
này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi
một số quá trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá). Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu
địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được
từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS. Kết quả ta có tập “dữ
liệu thô”, nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng
truy nhập và phân tích của hệ thống. Tuy nhiên, có những trường hợp các dạng dữ
liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích
với một hệ thống nhất định. Ví dụ, các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác
nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống đường phố được chi tiết hoá trong file về giao
thông, kém chi tiết hơn trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức
vùng). Trước khi các thông tin này được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển
về cùng một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển
dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Công nghệ
GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ
dữ liệu không cần thiết.
Một số phương pháp hay được sử dụng để thu thập dữ liệu không gian cho
hệ thống GIS bao gồm: trắc đạc mặt đất, đo đạc bằng vệ tinh, quang trắc, viễn thám.
1.1.3.2. Xử lý sơ bộ dữ liệu
Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cấu
trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian. Kết quả
tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc

18
biệt của dữ liệu có cấu trúc. Hệ thống GIS phải có phần mềm công cụ để tổ chức và
lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải. Phần mềm
công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị,
tương tác đồ hoạ với tất cả các loại dữ liệu.[1]
1.1.3.3. Lƣu trữ và truy nhập dữ liệu
Quản lý dữ liệu
Truy vấn: “Đưa ra tên của tất cả các hiệu sách với hơn 1000 đầu sách” là
một truy vấn phi không gian. Tuy nhiên, truy vấn: “Tên của tất cả các hiệu sách
trong bán kính 5km đối với trung tâm thương mại Tràng Tiền Plaza” lại là một truy
vấn không gian. Như vậy, những truy vấn đặt ra đối với dữ liệu không gian được
gọi là các truy vấn không gian. Hiện nay, dữ liệu thường được lưu trữ và quản lý
thông qua các hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS). Tuy nhiên, đa số các hệ quản trị cơ
sở dữ liệu không đủ khả năng quản lý dữ liệu không gian hoặc không thân thiện khi
sử dụng. Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thông thường rất hiệu quả cho các truy vấn
như “Liệt kê 10 sinh viên có điểm trung bình cao nhất trong học kỳ vừa qua của
trường”. Tuy nhiên, một truy vấn quan hệ đơn giản và cũng thường sử dụng là “Liệt
kê tất cả các sinh viên sống quanh khu vực trường trong vòng 3km” sẽ làm cho cơ
sở dữ liệu phức tạp rất nhiều. Để xử lý truy vấn này, cơ sở dữ liệu sẽ phải đưa địa
điểm của trường và địa chỉ nơi ở của sinh viên vào một hệ thống tham chiếu phù
hợp, có thể là kinh độ và vĩ độ để có thể tính và so sánh. Sau đó, cơ sở dữ liệu sẽ
phải duyệt toàn bộ danh sách các sinh viên, tính khoảng cách từ khu vực trường tới
địa chỉ nơi ở của các sinh viên, và nếu khoảng cách này nhỏ hơn hoặc bằng 3km,
lưu lại tên những sinh viên đó. Cơ sở dữ liệu sẽ không thể sử dụng một chỉ số để
làm giảm việc tìm kiếm, bởi vì các chỉ số thông thường không đủ khả năng lưu trữ
theo thứ tự toạ độ nhiều chiều. Vì vậy, cần phải có cơ sở dữ liệu được thiết kế để

lưu trữ dữ liệu không gian và các truy vấn không gian. Đó là hệ quản trị cơ sở dữ
liệu không gian (SDBMS). Ta đưa ra định nghĩa sau:




19
 Một hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian là một module phần mềm mà
có thể làm việc với một hệ quản trị cơ sở dữ liệu nền, như ORDBMS,
OODBMS.
 SDBMS hỗ trợ các mô hình dữ liệu không gian phức tạp, ứng với các
kiểu dữ liệu trừu tượng không gian (ADT - Abstract Data Type), và một
ngôn ngữ truy vấn.
 SDBMS hỗ trợ chỉ số không gian, các thuật toán hiệu quả cho các toán tử
không gian, và các quy tắc miền cho việc tối ưu truy vấn.
GIS là một phần mềm để hiển thị và phân tích dữ liệu không gian sử dụng
các hàm phân tích không gian như:
Tìm kiếm Tìm kiếm theo chủ đề, tìm kiếm theo vùng, phân lớp hoặc
phân lớp lại
Phân tích vị trí Lấy vùng đệm, xếp chồng
Phân tích địa hình Độ dốc/hướng, hệ thống thoát nước
Phân tích luồng Đường đi ngắn nhất, đường liên kết
Phân tán Nhận dạng thay đổi, liền kề, láng giềng gần nhất
Phân tích không gian Lấy mẫu, tôpô
/thống kê
Đo đạc Khoảng cách, hình dạng, hướng, chu vi
GIS cung cấp một tập các toán tử cho một số đối tượng và tầng bản đồ. Ví
dụ, GIS có thể liệt kê các nước láng giềng của một nước đã cho với các đường biên
hành chính của tất cả các nước. Tuy nhiên, nó rất khó trả lời các truy vấn như: danh
sách các nước có nhiều nước láng giềng nhất hoặc danh sách các nước được bao

quanh hoàn toàn bởi nước khác. Các truy vấn dựa trên một tập dữ liệu có thể thực
hiện được trong SDBMS. GIS sử dụng SDBMS để lưu trữ, tìm kiếm, truy vấn, chia
sẻ các tập dữ liệu không gian lớn.[10]
SDBMS tập trung vào việc lưu trữ, truy vấn, chia sẻ các tập dữ liệu không
gian lớn, cung cấp các toán tử truy vấn đơn giản hơn trong GIS như tìm kiếm vùng,




20
xếp chồng, tính khoảng cách, tìm các vùng liền kề Các SDBMS cũng được thiết
kế để lưu trữ một lượng lớn dữ liệu không gian trong các thiết bị thứ cấp (như đĩa
từ, CD-ROM, ) sử dụng các chỉ số không gian và truy vấn tối ưu để tăng tốc độ
truy vấn trong một tập cơ sở dữ liệu lớn. SDBMS kế thừa các chức năng của DBMS
truyền thống trong việc cung cấp một cơ chế điều khiển đồng bộ để cho phép nhiều
người dùng truy cập đồng thời chia sẻ dữ liệu không gian, và đảm bảo tính nhất
quán của dữ liệu đó.
Hình 1.3 biểu diễn kiến trúc để xây dựng một SDBMS trên nền của OR-
DBMS. Đây là một kiến trúc ba tầng. Tầng trên cùng (từ trái sang phải) là tầng ứng
dụng, như GIS, MMIS (hệ thống thông tin đa phương tiện), hoặc CAD (Computer-
Aided Design). Tầng ứng dụng không tương tác trực tiếp với OR-DBMS mà thông
qua tầng giữa gọi là “cơ sở dữ liệu không gian”. Tầng giữa gồm các đối tượng
không gian được bao gói, và kết nối với OR-DBMS.[10]

Hình 1.3. Kiến trúc ba tầng của SDBMS




21

Hỏi đáp và phân tích
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ
phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân
tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công
cụ quan trọng đặc biệt:
i. Phân tích liền kề: GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xác định
mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng.
ii. Phân tích xếp chồng: Xếp chồng là quá trình tích hợp các lớp thông tin
khác nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu
phải được liên kết vật lý. Sự xếp chồng, hay liên kết không gian, có
thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất
với định giá thuế.
1.1.3.4. Tìm kiếm và phân tích không gian
Một số phép phân tích không gian tương đối đơn giản như tìm kiếm nội
dung trong vùng không gian, tìm kiếm trong khoảng cận kề, tìm kiếm hiện tượng và
thao tác phủ… Các loại truy vấn sử dụng trong CSDL không gian bao gồm: tìm
kiếm đối tượng mà hình học của nó chứa điểm, tìm kiếm đối tượng mà hình học của
nó phủ lên chữ nhật, phép nối, giao, liền kề
1.1.3.5. Hiển thị đồ hoạ và tƣơng tác
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt
nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu trữ và trao đổi
thông tin địa lý. Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh
ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện).
1.2. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
Mô hình dữ liệu địa lý là các qui tắc được sử dụng để biến đổi đặc trưng địa
lý của thế giới thực thành các đối tượng rời rạc. Mô hình dữ liệu được sử dụng để

22
biểu diễn thực thể với mức độ phức tạp khác nhau. Thực thể là nhận thức vì thế giới
thực quá phức tạp, không thể chỉ ra mọi khía cạnh của chúng. Việc lựa chọn mô
hình dữ liệu phụ thuộc vào loại ứng dụng và kết quả mong đợi.
Hệ thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn các đặc
trưng không gian: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector. Mô hình dữ liệu
quyết định cách thức mà dữ liệu được cấu trúc, lưu trữ, xử lý, và phân tích trong
một hệ thông tin địa lý. Mô hình dữ liệu raster sử dụng lưới để thể hiện đặc trưng
không gian. Mô hình dữ liệu vector sử dụng các điểm và toạ độ của chúng để xây
dựng các đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng. Các đặc trưng dựa trên
mô hình dữ liệu vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong không gian.
Nhiều hệ thông tin địa lý sử dụng cả hai mô hình dữ liệu vector và raster. Trong
phạm vi của luận văn này, chúng tôi chỉ đề cập đến mô hình dữ liệu vector.
1.2.1. Các thành phần cơ bản trong GIS vector
Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở các vector với thành phần cơ
bản là điểm. Các đối tượng khác được tạo ra bằng cách nối các điểm bởi các đường
thẳng hoặc các cung. Vùng bao gồm một tập các đường thẳng. Thuật ngữ đa giác
đồng nghĩa với vùng trong cơ sở dữ liệu vector vì đa giác tạo bởi các đường thẳng
nối với các điểm. Như vậy, mô hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng hay
điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực (hình 1.4). Mô hình dữ liệu
vector có thể cho biết "nơi mà mọi thứ xảy ra".[1]




23

Mụ hỡnh d liu vector coi hin tng l tp cỏc thc th khụng gian c s
v t hp gia chỳng. Trong mụ hỡnh 2D thỡ thc th s ng bao gm im, ng
v vựng; mụ hỡnh 3D cũn ỏp dng b mt ba chiu v khi (hỡnh 1.5). Cỏc thc th

s ng c hỡnh thnh trờn c s cỏc vector hay ta ca cỏc im trong mt h
trc ta no ú.

Kiu thnh
phn s cp
Biu din bng ho
Biu din s
im
ng
Vựng
B mt
Khi
To (x,y) trong 2D
v (x,y,z) trong 3D
1. Danh sỏch to
2. Hm toỏn hc
1. ng cú im u v cui trựng nhau
2. Tp cỏc ng nu vựng cú l hng
1. Ma trn im 2. Tp cỏc tam giỏc
3. Hm toỏn hc 4. ng bỡnh
Tp b mt
Hỡnh 1.5. Cỏc thnh phn hỡnh hc c s
Tỉ
nh
Bệnh
viện
Sôn
g
Sôn
g

Đ-ờng biên
hành chính
Các công
trình
công
cộng
Tỉn
h
A
Bệnh
viện
Sôn
g
Trục
y
Trục
x
Bản đồ
vectơ
Thế giới
thực
Các tầng
bản đồ
Hỡnh 1.4. Biu din bn vector
Tỉ
nh