ĐỀ CƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Câu 1 : Trình bày khái niệm và các thành phần của hệ thống thông
tin địa lý
* khái niệm: GIS là quy trình chung để giải quyết 1 bài toán liên quan
đến phân tích không gian
-Thu thập các dữ liệu địa lí
- Xử lý dữ liệu
- Phân tích dữ liệu để tìm ra câu trả lời thích hợp
- Trình bày và hiển thị kết quả : Báo cáo , bảng biểu , bản đồ
* Thành phần của GIS:
Theo nghĩa rộng, GIS bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu,
phương pháp, con người. Theo nghĩa hẹp, GIS được định nghĩ a như
một hệ phần mề m thực hiện chức năng nhập dữ liệu, xây dựng cơ sở
dữ liệu, phân tích dữ liệu và trình bày dữ liệu qua c ác thiết bị đầu r a.
Trong tài liệu này, GIS được hiểu t heo nghĩ a rộng và bao gồm c ác
thành phần như hình dưới đây.

1

1


-

-

-

-

2

Phần cứng: Phần cứng của hệ thống GIS là hệ thống máy tính và
các thiết bị ngoại vi cho cài đặt và vận hành phần mềm GIS. Phần
cứng bao gồm máy vi tính, máy in, bàn số hoá, thiết bị quét, các
phương tiện lưu trữ số liệu (như CD,DVD,USB).
+ Bàn số hóa
+ Máy quét bản đồ
+ Thiết bị đầu ra bao gồm:
_ Máy in
_ Máy vẽ
_ Máy photocopy
+ Các thiết bị lưu dữ liệu: CD và DVD
Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công
cụ cần thiết để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông ti n địa lý.
Thành phần phần mềm GIS bao gồm hệ điều hành và các phần
mềm ứng dụng. Hệ thống phần mềm thuộc nhóm hệ điều h ành
như Microsoft Windo ws, Linux, Mac OSX. Các phần mềm ứng
dụng là các phần mềm GIS và các phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ
liệu.
+ Phần mềm ArcGIS
+ Phần mềm IDRISI
+ Phần mềm Mapi nfo
+ Các phần mềm GIS miễn phí: ILWIS, Quant um GIS, GRASS.
Dữ liệu: Dữ liệu có thể coi là thành phần quan trọng nhất trong
một hệ GIS. Dữ liệu GIS có thể ở dạng dữ liệu Vector, Raster và
bảng thuộc tính. Dữ liệu Vector được trình bày dưới dạng điểm,
đường và vùng. Dữ liệu Raster được trình bày dưới dạng lưới ô
vuông hay ô chữ nhật đều nhau.
Phương pháp: Phương pháp trong các hệ thống GIS bao gồm toàn
bộ các thủ tục và thuật toán liên quan đến nhập, biên tập, chuyển

đổi dữ liệu, truy vấn và phân tích dữ liệu.
2


Câu 2 Trình bày ưu, nhược điểm của dữ liệu vector.
Mô hình dữ liệu Vector có nhiều ưu điểm. Một trong những ưu
điểm nổi trội là lưu trữ chính xác vị trí các điểm và các đối tượng
trên bề mặt Trái đất theo một hệ quy chiếu nhất định.
* Ưu điểm:
- Dữ liệu lưu tốn ít bộ nhớ hơn dữ liệu Raster.
- Dữ liệu có thể tạo từ độ phân giải gốc, không có sự khái quát hóa
dữ liệu.
- Độ chính xác của dự liệu gốc được duy trì.
- Cho phép tạo topo cho các đối tượng, thực hiện các phân tích
mạng rất tiện ích.
- Chuyến đổi hệ tọa độ được thực hiện dễ dàng.
- Truy vấn và cập nhật dữ liệu khá tiện ích và dễ dàng.
* Nhược điểm :
- Cấu trúc dữ liệu phức tạp.
- Thực hiện các phép toán chồng ghép là rất khó khăn.
- Vị trí của mỗi điểm phải lưu trữ một cách chính xác.
- Cho phân tích không gian, dữ liệu Vector phải được chuyển sang
mô hình Topology. Quá trình sửa lỗi để tạo Toppology khá tốn kém
thời gian. Hơn nữa, dữ liệu Topology phải thường xuyên tạo lại vì
các dữ liệu điểm, đường và đa giác thường xuyên thay đổi.
- Các thuật toán áp dụng cho phân tích không gian rất phức tạp.
- Các dữ liệu liên tục như dữ liệu độ cao, độ dốc không được hiển
thị hiệu quả với
mô hình dữ liệu Vector.

3

3


- Phân tích không gian và làm trơn dữ liệu là không thể thực hiện
trong ranh giới của vùng.
Câu 3. Trình bày ưu, nhược điểm của dữ liệu raster.
So với mô hình dữ liệu Vector, mô hình Raster có một số ưu điểm. Một
trong những ưu điểm nổi trội là cấu trúc dữ liệu phù hợp cho thực hiện
các phép tính đại số bản đồ và nhiều thuật toán phức tạp khác.
* Ưu điểm:
- Cấu trúc dữ liệu đơn giản, thành phần cơ bản của bản đồ chỉ gồm
Pixel.
- Vị trí của mỗi điểm được lưu đơn giản bằng tọa độ hàng và cột của
ma trận số.
- Phân tích không gian được thực hiện dễ dàng và thuận tiện.
- Dữ liệu Raster thích hợp cho mô hình hóa và tính toán định lượng.
- Các dữ liệu rời rạc và dữ liệu liên tục như độ cao có thể kết hợp dễ
dàng.
- Dữ liệu Raster thích hợp với các thiết bị đầu ra như máy in và hiển thị
dữ liệu đồ họa .
- Nhiều dữ liệu số như ảnh vệ tinh, ảnh máy bay sẵn có và đa dạng, có
khả năng cập nhật nhanh dữ liệu số này.
* Nhược điểm:
- Độ phân giải của Pixel hạn chế khả năng mô tả chi tiết đối tượng.
- Rất khó hiển thị các đối tượng hình tuyến chính xác như đường giao
thông, thủy văn.
- Xử lý dữ liệu thuộc tính là khó khăn trong trường hợp cơ sở dữ liệu
lớn. Mỗi bản đồ Raster chỉ tương ứng với một thuộc tính nhất định.

- Hầu hết các dữ liệu đều tồn tại ở dạng Vector, để sử dụng dữ liệu
Raster, ta cần thực hiện chuyển đổi dữ liệu sang dạng Raster.
4

4


- Các bản đồ Raster thường có màu sắc kém hấp dẫn và đẹp hơn dữ liệu
Vector.
- Chuyển đổi hệ tọa độ thực hiện khó khăn hơn dữ liệu Vector.

Câu 4: Trình bày cách nén dữ liệu raster theo phương pháp nén
cây tứ phân
- Phương pháp nén này dựa trên cơ sở chia liên tục của dạng ma
trận 2n x 2n thành các thành phần cây tứ phân.
- Cả vùng bản đồ được chia thành bốn phần liên tục trong khi thỏa
mãn điều kiện giữa các ô vuông con phải nằm trọn trong vùng
nghiên cứu.
- Giới hạn thấp nhất của phép chia là một Pixel.
- Cấu trúc khối này có thể trình bày dưới dạng cây tứ phân gọi là
Quadtree.
- Toàn bộ mảng gồm2^n x 2^n điểm là nút gốc của cây tứ phân và
chiều cao lớn nhất của cây là n tầng.
- Mỗi nút có bốn nhánh cây.
- Nút lá tương ứng với Quadtree mà nó không cần phải tiếp tục chia
tiếp để bao trùm vùng nghiên cứu.
- Hình minh họa dưới dây là phương pháp nén cây tứ phân.
+ Từ vùng gốc (Hình 1a) chia thành 4 vùng con cấp 1 như A, F.
+ Vùng con cấp 1 trên góc trái trên lại phân thành bốn vùng con
cấp 2 tiếp như vùng con I, H, G.

+ Tiếp tục, ta lại chia mỗi vùng con cấp 2 thành vùng con cấp 3 như
vùng 1, 2, 3, 4 (Hình 1b )

5

5


Phương pháp nén hình cây tứ phân có các ưu điểm so với các
phương pháp lưu trữ nén khác. Nó làm tiện ích tính toán diện tích
chu vi của các vùng có hình dạng chuẩn và có thể giảm bớt sự lưu
trữ với các độ phân giải khác nhau do đặc điểm nó có thể thay đổi
độ phân giải và giảm lưu trữ ở các khu vực có giá trị thông số thuộc
tính đồng đều.

6

6


7

7


Câu 5: Nguyên lý chuyển từ dữ liệu vector sang raster và ngược
lại
Một trong những dạng chuyển đổi dữ liệu cơ bản là sự chuyể n đổi
dữ liệu từ dạng dữ liệu Raster sang Vector và ngược lại. Dữ liệu
Vector dạng điểm, đường và vùng đều có thể chuyển sang Raster.

Ngược lại, dữ liệu Raster có thể chuyể n thành dữ liệu Vector dạng
điểm, đường và vùng.

8

-

Dạng điểm: Trong thực tiễn, rất nhiều dữ liệu địa lý được hiển
thị theo dạng dữ liệu điểm để thực hiện tính toán cần thiết.
Hình dưới đây minh họa sự chuyển đổi dữ liệu điểm Vector
sang điểm Raster. Mỗi điểm dữ liệu trong mô hình dữ liệu
Vector được chuyển tương ứng thành một pixel trong mô hình
dữ liệu Raster.

-

Dạng đường: Các dữ liệu dạng đường của dữ liệu Vector là tập
các điểm và mỗi điểm có tọa độ xác định. Mỗi điểm này được
chuyển s ang tương ứng là một pixel. Như vậy, chuỗi các điểm
của dữ liệu Vector được chuyể n thành chuỗi các ô pi xel. Hình
dưới đây minh họa khái quát quá trình chuyển đổi này.
8


-

9

Dạng vùng: Với các dữ liệu dạng vùng, quá trình chuyể n đổi
từ Vector sang Raster được khái quát hóa như Hình dưới đây.

Ta hình dung quá trình này như sự chia nhỏ vùng cần chuyển
đổi thành các ô vuô ng phủ chùm vùng cần chuyển đổi theo
đường ranh giới vùng. Như vậy, quá trình chuyển đổi cần phải
tính toán diện tích cần chuyển đổi theo ranh giới vùng, hình
thành lưới ô vuông hiển thị cho vùng cần chuyển với kích
thước ô xác định và cuối cùng là chồng xếp lưới ô vuô ng lên
9


vùng cần chuyển đổi để tạo ra lưới dữ liệu Raster của vùng
chuyển đổi. Việc lựa chọn độ phân giải của pixel là yếu tố
quan trọng vì sự lựa chọn độ phân giải ảnh hưởng đến độ
chính xác của vùng cần chuyể n đổi. Lưu ý rằng các phân tích
dữ liệu yêu cần độ chính xác cao về diện tích vùng thì sự
chuyển đổi từ dữ liệu Vector sang dữ liệu Raster cần phải xem
xét cẩn thận.

10

10


Câu 6
Chuẩn trình bày dữ liệu địa lý
-

-

-

-

-

-

-

11

Chuẩn trình bày dữ liệu địa lý được áp dụng để xây dựng
danh mục trình bày đối tượng địa lý đối với các loại cơ sở
dữ liệu địa lý.
Khi trình bày dữ liệu địa lý phải áp dụng các nguyên tắc
chung.
Thông tin trình bày dữ liệu địa lý phải được lưu trữ độc lập
với tập dữ liệu địa lý.
Một tập dữ liệu địa lý có thể được trình bày theo nhiều cách
khác nhau nhưng không được làm thay đổi nội dung dữ
liệu.
Các quy tắc trình bày được áp dụng cho mỗi kiểu đối tượng
địa lý trong lược đồ ứng dụng được tổ chức và lưu trữ trong
danh mục trình bày đối tượng địa lý.
Các chỉ thị trình bày được tổ chức và lưu trữ độc lập với
danh mục trình bày đối tượng địa lý.
Danh mục trình bày dữ liệu địa lý được mã hoá theo mã
hóa danh mục trình bày dữ liệu địa lý được thực hiện theo
lược đồ XML và được phép áp dụng thêm đặc tả kỹ thuật
trình bày của Hiệp hội OpenGIS để xây dựng, mã hóa danh
mục trình bày dữ liệu địa lý.

11


12

12


Câu 7 Chuẩn hệ quy chiếu tọa độ
- Chuẩn hệ quy chiếu toạ độ được áp dụng để mô tả chi tiết
hệ quy chiếu toạ độ sử dụng khi xây dựng cơ sở dữ liệu địa
lý.
- Mô hình hệ quy chiếu toạ độ được mô tả thông qua một mô
hình khái niệm.
- Thông tin địa lý cơ sở được xây dựng theo Hệ quy chiếu và
Hệ toạ độ quốc gia VN-2000. Hệ quy chiếu độ cao là Hệ độ
cao quốc gia Hòn Dấu - Hải Phòng. Quy định về mã hệ quy
chiếu tọa độ của Hệ quy chiếu và Hệ toạ độ quốc gia VN2000 quy định theo quy chuẩn kỹ thuật.

13

13


Câu 8 Chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý:
Chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý bao gồm:
- Ngôn ngữ biểu diễn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý là ngôn
ngữ UML để biểu diễn các lược đồ khái niệm và lược đồ
lược đồ ứng dụng trong định nghĩa thông tin địa lý cơ sở và
các loại thông tin địa lý khác.

- Các kiểu dữ liệu nguyên thủy sau được áp dụng khi định
nghĩa mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý bao gồm : kiểu dữ liệu
số, kiểu dữ liệu số nguyên, kiểu dữ liệu số thực , kiểu dữ liệu
xâu ký tự , kiểu dữ liệu ngày-tháng-năm, kiểu dữ liệu giờphút-giây, kiểu dữ liệu ngày-giờ và kiểu dữ liệu logic
- Mô hình đối tượng địa lý tổng quát là mô hình đối tượng địa
lý tổng quát dùng để mô hình hóa các đặc tính cơ bản của
kiểu đối tượng địa lý nhằm mục đích phân loại và định nghĩa
kiểu đối tượng địa lý trong danh mục đối tượng địa lý hoặc
trong lược đồ ứng dụng, quy định cấu trúc và nội dung danh
mục đối tượng địa lý, quy định lược đồ trình bày dữ liệu địa
lý.
- Các quy tắc xây dựng lược đồ ứng dụng là các quy tắc xây
dựng lược đồ ứng dụng được áp dụng để mô tả các kiểu đối
tượng địa lý được định nghĩa theo mô hình đối tượng địa lý
tổng quát, định nghĩa cấu trúc dữ liệu trong một lược đồ ứng
dụng, xây dựng lược đồ ứng dụng cho các loại dữ liệu địa lý.

14

14


Câu 9. Trình bày cách phân loại đối tượng địa lý tự nhiên.
Thông thường, người ta phân loại các đối tượng địa lý tự nhiên theo
ba nhóm
chính:
- Nhóm đối tượng dạng điểm là tập các đối tượng địa lý có kích
thước nhỏ, khó mô tả thành các đối tượng dạng đường hay vùng.
Mỗi đối tượng điểm thường được lưu bởi một cặp tọa độ x,y để
xác định vị trí của đối tượng. Mô tả một chính xác hơn, đối tượng

điểm là đối tượng địa lý không có chiều dài và diện tích ở một tỷ lệ
bản đồ nhất định. Tuy nhiên, ta cần lưu ý rằng một đối tượng gọi là
đối tượng điểm của bản đồ tỷ lệ nhỏ có thể lại là đối tượng vùng
của bản đồ tỷ lệ lớn.
- Nhóm đối tượng dạng đường là tập các đối tượng địa lý có kích
thước hẹp và dạng tuyến, khó thể hiện ở dạng vùng để tính diện
tích. Mỗi đối tượng dạng đường được lưu tối thiểu hai cặp tọa độ
x,y hay chuỗi các cặp tọa độ x,y. Các đoạn đường thường được mô
tả rõ ràng thông qua tập các thuộc tính của chúng. Các đoạn đường
có đặc điểm hình học khác nhau như đoạn thẳng hay cung.
- Nhóm đối tượng dạng vùng gồm tập các đối tượng địa lý đặc trưng
cho một vùng nhất định như thửa đất, kiểu sử dụng đất, đơn vị mô
tả tính chất lý, hóa, sinh học đất, đơn vị hành chính. Mỗi đối tượng
vùng bao quanh bởi một đường biên ở một tỷ lệ bản đồ nhất định.
Cụ thể, mỗi vùng được định nghĩa bởi một đường biên khép kín,
gồm tập các tọa độ x,y theo một tuần tự nhất định, điểm đầu và
cuối là trùng nhau.
Ngoài ba nhóm đối tượng thể địa lý tự nhiên cơ bản trên, một số
nhóm đối tượng trừu tượng có thể được bổ sung thêm vào trong
quá trình xây dựng mô hình dữ liệu địa lý. Các thực thể trừu tượng
thường là các thuộc tính của các đối tượng địa lý cơ bản.

15

15


Câu 10. Trình bày các loại sai số dữ liệu địa lý do thu thập dữ
liệu
- Sai số do dung lượng mẫu quan trắc: Đã có rất nhiều nghiên

cứu chỉ ra rằng phân bố các điểm mẫu quan trắc ảnh hưởng đến
sai số dữ liệu. Tuy vậy, các cơ sở cung cấp dữ liệu bản đồ
thường từ chối cung cấp các thông tin liên quan đến quá trình
lấy mẫu và thu thập thông tin để xây dựng các bản đồ. Hiện
nay, thái độ như vậy đang có chiều hướng thay đổi
- Sai số do thiết bị quan trắc: Nhìn chung các thiết bị quan trắc
đều có sai số ở một mức độ nhất định. Đặc biệt, dữ liệu thu
thập có thể có sai số lớn nếu thiết bị quan trắc cũ hay bị hư
hỏng được sử dụng.
- Sai số do phân tích trong phòng thí nghiệm: Sai số dữ liệu có
thể xuất hiện trong quá trình phân tích mẫu trong phòng thí
nghiệm. Tuy nhiên, nhìn chung chất lượng dữ liệu thu thập
thông qua phân tích trong phòng thí nghiệm bao giờ cũng sai
số ít hơn so với thu thập dữ liệu bằng các phương pháp khác.
- Sai số do số hóa bản đồ: Nguồn gốc sai số trong quá trình số
hóa chủ yếu từ sai số của bản đồ gốc. Với đối tượng điểm, sai
số thường là sai lệch vị trí. Với đối tượng đường, sai số chủ yếu
là do kích thước đường biên quanh đối tượng vùng lớn.
Nguyên tắc chung là lấy đường ở giữa đường biên làm đường
biên khi số hóa. Ngoài ra, kỹ năng số hóa của kỹ thuật viên
cũng ảnh hưởng đến sai số dữ liệu.
- Sai lệch vị trí do đối tượng địa lý liên tục: Dữ liệu ranh giới
của các thửa đất có thể hiển thị đạt độ chính xác cao. Tuy
nhiên, các đường biên của các đơn vị đất và kiểu phân bố thực
16

16


vật thì rất khó đạt được độ chính xác cao. Những khó khăn

trong hiển thị ranh giới của đối tượng địa lý là nguyên nhân
dẫn đến sự sai lệch vị trí.
- Sai lệch dữ liệu thuộc tính: Độ chính xác của dữ liệu thuộc
tính phụ thuộc vào mức độ tin cậy của dữ liệu khi chúng được
gán vào các thực thể điểm, đường và vùng của bản đồ. Người
ta phân biệt độ chính xác về định tính và độ chính xác định
lượng. Độ chính xác định tính liên quan đến bản chất của dữ
liệu thuộc tính. Độ chính xác định lượng liên quan đến ước tính
giá trị thuộc tính

17

17


Câu 11: Trình bày một số lợi ích chính của chuẩn hoá dữ
liệu địa lý
- Chuẩn hóa dữ liệu địa lý mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt như
giảm chi phí thu thập và xử lý dữ liệu. Sự chuẩn hóa dữ liệu địa
lý thúc đẩy sự trao đổi thông tin giữa các nhóm sử dụng thông
tin được thuận lợi và hiệu quả. Ở khía cạnh kinh tế, nó góp
phần giảm chi phí cho xây dựng cơ dữ liệu và biên tập cơ sở dữ
liệu. Đặc biệt, sự chuẩn hóa dữ liệu giúp cho các nhà phát triển
phần mềm hệ thống GIS hình thành tiêu chuẩn chung.
- Chuẩn hóa giảm thiểu được sự sai số và mất mát dữ liệu. Nếu
dữ liệu xây dựng theo các định dạng và cấu trúc khác nhau. Dữ
liệu chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác sẽ gây ra hiện
tượng mất dữ liệu và sai số dữ liệu so với dữ liệu gốc.
- Chuẩn hóa tạo điều kiện cho chia sẻ dữ liệu cho các nhóm
người sử dụng các phần mềm GIS khác nhau.

- Chuẩn hóa tạo thuận lợi cho công tác đào tạo và sử dụng các
hệ GIS. Ví dụ, sự phát triển các phần mềm chuẩn sẽ cho phép
nhiều người có thể sử dụng cùng một phần mềm cho nhiều mục
đích khác nhau, giảm cho phí phát triển phần mềm không cần
thiết.
- Nâng cao chất lượng quản lý dữ liệu và giảm sai số dữ liệu.

18

18


Câu 12. Trình bày chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý
Chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý được áp dụng để xây dựng các
quy định về chất lượng cho các loại dữ liệu địa lý và xây dựng
các quy trình đánh giá chất lượng cho các loại dữ liệu địa lý.
Để đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý, áp dụng hai nhóm tiêu
chí đánh giá chất lượng là nhóm tiêu chí đánh giá chất lượng
theo định lượng và nhóm tiêu chí đánh giá chất lượng theo định
tính.
Để đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý được phép lựa chọn một
trong hai phương pháp là phương pháp đánh giá chất lượng dữ
liệu trực tiếp và phương pháp đánh giá chất lượng dữ liệu gián
tiếp.
Các phương pháp đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý được quy
định cụ thể theo quy chuẩn kỹ thuật

19

19