Ứng dụng GIS để xây dựng chương trình quản lý các trường đại học và cao đẳng trên địa bàn tỉnh thái nguyên

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành
cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Thông Tin, đặc biệt là các thầy,
cô giáo trong bộ môn Các Hệ Thống Thông Tin, trường Đại học Công Nghệ
Thông Tin và Truyền Thông – Đại học Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo, đem
đến cho em nhiều kiến thức quý báu trong suốt 5 năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo Th.s Ngô Thị Lan Phương
người đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá
trình làm đồ án.
Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành
đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án trong phạm vi và khả năng cho
phép nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu xót. Em kính mong
nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 06 năm 2012
Sinh viên

Nguyễn Đình Thắng



LỜI CAM ĐOAN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp bản thân em đã nghiên cứu và cố gắng rất
nhiều để có thể hoàn thiện đồ án đúng thời gian quy định. Em đã tham khảo một
số tài liệu và làm đồ án không hề sao chép từ bất kỳ một đồ án nào. Toàn bộ đồ
án là do em tự nghiên cứu và xây dựng nên.
Em xin cam đoan những lời khai trên là đúng, mọi thông tin sai lệch em xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm trước giáo viên hướng dẫn và Trường Đại học công
nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 06 năm 2012
Sinh Viên

Nguyễn Đình Thắng

3


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ thông tin đã có những bước phát triển mạnh mẽ
theo cả chiều rộng và sâu. Máy tính điện tử không còn là một thứ phương tiện
quý hiếm mà đang ngày càng trở thành một công cụ làm việc và giải trí thông
dụng của con người. Vì vậy mà ngày càng có nhiều công nghệ mới được hình
thành và phát triển để trợ giúp con người trong công việc của mình.
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) được
hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 15 năm lại
đây. GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội,
quốc phòng … của nhiều quốc gia trên thế giới vì vậy GIS có rất nhiều ứng
dụng trong thực tế. Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý để xây dựng chương
trình quản lý các trường đại học và cao đẳng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên là
việc làm cần thiết và có ý nghĩa, làm cơ sở giúp ích cho các nhà quản lý thực
hiện tốt hơn công tác lập kế hoạch và trợ giúp quyết định.
Với lý do trên em đã quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng GIS để xây dựng
chương trình quản lý các trường đại học và cao đẳng trên địa bàn tỉnh
Thái Nguyên” làm đề tài nghiên cứu của em. Đồ án được chia làm 3 chương:
•

Chương I: Cơ sở lý thuyết

4


•
•

Chương II: Khảo sát, phân tích và thiết kế hệ thống
Chương III: Xây dựng chương trình

CHƯƠNG I.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Tổng quan về GIS (Geographic Information System)
1.1.1. GIS là gì?
Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy
nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều
được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực. Có ba định
nghĩa được dùng nhiều nhất:
•

GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ
liệu trong một hệ toạ độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu

và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó.
• GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao
tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất.
• GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân
tích và hiển thị dữ liệu bản đồ.
1.1.1.1

Mô hình công nghệ
Dữ liệu vào

Xử lý dữ liệu

Quản lý dữ liệu

Phân tích và mô hình
Dữ liệu ra

5


Hình 1.1 Mô hình công nghệ GIS
• Dữ liệu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển
đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh,
ảnh chụp…
• Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần
cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo:
bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng
duy trì. GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng dữ liệu riêng
biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và chúng có khả
năng liên kết với nhau.
• Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra
thông tin. Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công
việc gì. Kết quả của xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ.
• Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần
của GIS. Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích
về mặt định tính và định lượng thông tin đã thu thập.
• Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi

của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị
khi nó được xử lý bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng
và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều.
1.1.1.2 Các lĩnh vực khoa học có liên quan
GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp
nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân
tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành
khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành
này bao gồm:
•

Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới
và vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về
phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không
gian khi nghiên cứu.

6


•

Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ.
Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do

vậy nó cũng là khuân mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS.
• Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ
liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu
thập và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu. Các dữ liệu đầu ra
của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của
GIS.

• Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ
máy bay là nguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng
•

làm đầu vào.
Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của

ranh giới đất đai, nhà cửa…
• Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ
liệu GIS. Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh
các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong số liệu của GIS.
• Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật
nhập, hiển thị biểu diễn dữ liệu. Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ
để thể hiện, quản lý các đối tượng đồ hoạ. Quản trị cơ sở dữ liệu cho
phép biểu diễn dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống,
lưu trữ, xâm nhập, cập nhật.
• Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong
thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian.
Một số ứng dụng của GIS

1.1.1.3

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử
dụng dữ liệu không gian và thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác
nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử
dụng. Một số ứng dụng cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế là:
•

Quản lý hệ thống đường phố, bao gồm các chức năng: tìm kiếm địa
chỉ khi xác định được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết

trước địa chỉ phố. Đường giao thông và sơ đồ; điều khiển đường đi,
lập kế hoạch lưu thông xe cộ. Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng

7


các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe…Lập kế hoạch phát triển giao
thông.
• Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các
chức năng: quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ,
vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự
nhiên, phân tích tác động môi trường… Xác định ví trí chất thải độc
hại. Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm. Phân tích phân bố
dân cư, quy hoạch tuyến tính.
• Quản lý quy hoạch: phân vùng quy hoạch sử dụng đất. Các hiện
trạng xu thế môi trường. Quản lý chất lượng nước.
• Quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm. Xác định
tải trọng của lưới điện. Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng
đường điện.
• Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện
và nhiều ứng dụng khác.
1.1.2. Các thành phần của một hệ thống GIS

8


1.1.2.1. Con người
• Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các

thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS.

• Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải
quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ. Họ thường là
những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
• Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều
nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu
cầu.
• Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới
nhiều định dạng xuất khác nhau.
• Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí…

9


•

Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ
bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy

nhập CSDL…
• Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận
hành tốt.
• Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.
• Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp
ứng các nhu cầu cụ thể.
Dữ liệu

1.1.2.2.

Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia làm 2 loại dữ
liệu cơ bản: Dữ liệu không gian (spatial) và dữ liệu phi không gian (nonspatial). Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu

giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
•

Dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng
bao gồm tọa độ, quy luật và các kí hiệu dùng để xác định một hình
ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. GIS dung các số liệu không gian
để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên

giấy thông qua các thiết bị ngoại vi,…
• Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính) là những diễn tả đặc
tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý
của chúng. Các dữ liệu thuộc tính liên quan đến vị trí địa lý hoặc các
đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong GIS thông
qua một cơ chế thống nhất chung.
Phần cứng

1.1.2.3.

Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị
mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các
thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá
(digitizer), máy vẽ (plotter), máy quét (scanner), các phương tiện lưu trữ dữ
liệu,…
1.1.2.4.

Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính
thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là
10

một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kĩ
thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản như:
•
•
•
•
•

Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input)
Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database)
Xuất dữ liệu (Display and reporting)
Biến đổi dữ liệu (Data transformation)
Tương tác với người dung (Query input)

Hiện nay có rất hiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm
các phần mềm như sau:
•

Phần mềm dùng cho việc lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý:

ACRINFO, SPAN, MIFCROSTATION, WINGIS,…
• Phần mềm dùng cho việc lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa
lý: MAPINFO, ARCVIEW, ATLASGIS,ER-MAPPER,…
Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần
mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý
các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý dưới dạng các đối tượng
hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác. Tùy
theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh

phí của đơn vị, việc chọn một phần mềm GIS sẽ khác nhau.
1.1.2.5.

Phương pháp phân tích và quản lý

Đây là thành 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 được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải
được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một các có hiệu quả để phục
vụ người sử dụng thông tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong một khung tổ
chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và
phần tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu
cầu. Trong quá trình hoạt đông, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả
của kĩ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những
người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện những mục tiêu công việc. Ngoài
ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt
11


ra, nhằm gia tang hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện
có.
1.1.3. Các chức năng của GIS

Một hệ thống GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:
• Thu thập dữ liệu (Capture): Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có
thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…
• Lưu trữ (Store): Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster.
• Truy vấn (Query) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển
thị trên bản đồ.

• Phân tích (Analyze): Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của
người dùng. Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có
•
•

sự thay đổi.
Hiển thị (Display): Hiển thị bản đồ.
Xuất dữ liệu (Output): Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều
định dạng: giấy in, Web, ảnh, file…
Tài liệu, bản đồ giấy

QQuan sát thực địa

Thu thập dữ liệu

Dữ liệu thô

CSDL

Lưu trữ

Phân tích

Dữ liệu có cấu trúc

Hiển thị

Truy vấn

Đơn vị hiển thị

12
Xuất

dữ liệu

Thiết bị ra


Hình 1.3: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
Thu thập dữ liệu
Thu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo khuân mẫu được áp
1.1.3.1.

dụng cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuân
dạng mẫu có sẵn từ bên ngoài. Trong trường hợp này, GIS phải có các tiện ích
để hiểu được các khuân dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau để trao đổi. GIS
còn phải có khả năng nhập các ảnh bản đồ. Trong thực tế, nhiều kỹ thuật trắc
địa được áp dụng để thu thập dữ liệu thô, bao gồm thu thập dữ liệu về bề mặt
trái đất như địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờ trắc địa đo đặc hay
ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay. Các dữ liệu như kinh tế - xã hội thu thập từ điều
tra phỏng vấn hay chuyển đổi từ các bài tư liệu viết. Bản đồ vẽ bằng tay trên
giấy phải được số hoá sang dạng raster. Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp
từ máy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên
thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình.
Công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn
và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS.
Quá trình thu thập dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu.
Chúng ta có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình
hướng đối tượng, mạng và bề mặt. Quá trình phân tích trên cơ sở các cách

nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp. Vì
vậy cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu
để thích nghi với các yêu cầu khác nhau. Điều này đòi hỏi cần phải có các chức
năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng
quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các
phép chiếu bản đồ. Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian.
Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS.
Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ
liệu raster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ

13


liệu raster, quá trình này được gọi là raster hoá. Một số công cụ phân tích khác
lại làm việc chủ yếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược
từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hoá. Raster hoá là quá trình phân
tích đường (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel). Ngược lại,
vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền.
Dữ liệu ban đầu của ta thông thường là dưới dạng raster nên nếu dữ liệu
không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức tạp.
Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của
chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau. Các dữ liệu
này không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng
một hệ trục toạ độ.
1.1.3.2.

Lưu trữ và truy cập dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ hoạ, bản đồ).
Nội dung của CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và dữ liệu

raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian.
Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong
bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối
tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Chỉ danh đối
tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và
dữ liệu không gian tương ứng. Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả
giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn
xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học.
Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên
quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc. Việc lựa
chọn mô hình raster hay mô hinh vector để tổ chức dữ liệu không gian được
thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác
nhau. Thông thường CSDL GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không
gian nói trên, khi xây dựng CSDL không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng
dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng.

14


Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn
của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông
tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc tính đặc
biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian. Do nhu
cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thường bao gồm phương pháp
chỉ số không gian đặc biệt. Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng
nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ liệu trên
cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập
CSDL GIS.
1.1.4. Lợi ích và hạn chế của việc sử dụng GIS

Lợi ích:
•
•
•
•
•

Là cách tiết kiệm chi phí và thời gian nhất trong việc lưu trữ số liệu
Có thể thu thập số liệu với số lượng lớn
Số liệu lưu trữ có thể được cập nhật háo một cách dễ dàng
Chất lượng số liệu được quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt
Dễ dàng truy cập, phân tích số liệu từ nhiều nguồn khác nhau để
phân tích và tạo ra nhanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới.

Đặc biệt trong nông nghiêp, GIS có các ưu điểm :
•

Chúng là một công cụ khá mạnh trong việc lưu trữ và diễn đạt các số

liệu đặc biệt là các bản đồ.
• Chúng có thể cho ra những kết quả dưới dạng khác nhau như các
bản đồ, biểu bản, và các biểu đồ thống kê.
• Chúng là một công cụ đắc lực cho các nhà khoa học đặc biệt về lĩnh
vực nghiên cứu hệ thống canh tác, đánh giá đất đai, khả năng thích
nghi của các kiểu sử dụng đất, quản lý và xử lý các bản đồ giai thửa
trong quản lý đất đai,… Nó giúp cho các nhà làm khoa học đó là khả
năng phân tích nguyên nhân và những ảnh hưởng, kiểm chứng
những biến đổi trong hệ thống sinh thái cũng như khả năng thích
Hạn chế:
•

ứng của việc thay đổi một chính sách đối với người dân.
Chi phí và những vấn đề kỹ thuật đòi hỏi trong việc chuẩn bị lại các
số liệu thô hiện có, nhằm có thể chuyển từ bản đồ dạng giấy truyền

15


thống sang dạng kỹ thuật số trên máy tính (thông qua việc số hóa,
quét ảnh…)
• Đòi hỏi nhiều kiến thức của các kỹ thuật cơ bản về máy tính, yêu cầu
•

lớn về nguồn tài chính ban đầu.
Chi phí của việc mua sắm và lắp đặt thiết bị và phần mềm GIS khá

cao.
• Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chính thu lại thấp.
1.1.5. Các mô hình dữ liệu không gian trong GIS
1.1.5.1. 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: điểm (point), đường (line), vùng (polygon). Các thực thể sở đẳng
được hình thành trên cở sở các vector hay toạ độ của các điểm trong một hệ
trục toạ độ nào đó.
Đối tượng dạng điểm
Trong mô hình vector, điểm được thể hiện như một vector có độ dài bằng
không (không có kích thước), và vị trí của nó được xác định bởi một cặp tọa độ
(x,y) duy nhất.Ngoài ra thì các dữ liệu mô tả điểm đó như kí hiệu, tên gọi,..
cũng được lưu trữ cùng với cặp tọa độ.

Hình 1.4: Dữ liệu vector được biểu diễn dưới dạng điểm

16


Đối tượng dạng đường
Đường được định nghĩa như là tập hợp các dãy cặp tọa độ (x,y). Đường
đơn giản nhất là đường nối giữa 2 điểm bất kì và có thể kèm theo dữ liệu ký
hiệu thể hiện nó trên bản đồ. Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là
nút (node). Đường cong hay đường gấp khúc tạo nên bằng các đoạn thẳng
nhỏ. Các đoạn thẳng nhỏ này được nối với nhau tại các điểm trung gian gọi là
vertex và tọa độ của chúng được ghi nhận trong GIS. Đường trong mô hình dữ
liệu vector có hướng và có độ dài. Mô hình vector ghi nhận hướng của đường
theo một trật tự nhất định, có thể là bắt đầu từ nút i và kết thúc là nút j.
Các dữ liệu điểm dù là nút của đường hoặc là vertex đều có mã của
chúng. Mã này có thể là số thứ tự được tạo nên khi ta nhập dữ liệu vector vào
máy tính.

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu diễn dưới dạng đường

17


Đối tượng dạng vùng
Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều. Đối tượng không gian dạng vùng
trong mô hình vector được thể hiện là một đa giác (polygon) khép kín bởi các
đường. Vậy vùng là tổ hợp của đường khép kín nên tọa độ của vùng tại ranh
giới vùng chính là tọa độ của các điểm (node hoặc vertex) nằm trong các
đường hình thành nên vùng. Khi có bất kỳ tọa độ nào nằm trong vùng mà

không được khi nhận trong cơ sở dữ liệu vùng, GIS có thể cho phép đưa ra tọa
độ của chúng bằng các module nội suy một cách nhanh chóng và chính xác.
Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản.
Do một vùng được cấu tạo từ các đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác phải
ghi lại được sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên
đa giác.

Hình 1.6 Số liệu vecter được biểu diễn dạng vùng.
1.1.5.2.

Mô hình dữ liệu raster
Khái niệm ảnh raster

18


Một file ảnh chụp về một đối tượng không gian qua máy ảnh hoặc một số
ảnh chụp từ máy chụp số hoặc ảnh số thu nhận từ các đầu ghi phổ trên các vệ
tinh là các ảnh có cấu trúc raster.
Raster được định nghĩa như là ma trận không gian của các điểm ảnh còn
gọi là cell. Cell là một đơn vị đồng nhất biểu diễn một vùng xác định trên trái
đất. Các cell đều có cùng kích thước. Gốc toạ độ của hệ được đặt tại cell nằm
tại đỉnh góc trái. Trong cấu trúc dữ liệu raster:
•
•

Điểm (Point) : Được biểu diễn bằng 1 cell
Đường (Line): Được biểu diễn bằng 1 tập hợp các cell có hướng xác

định, độ rộng của line bằng chiều rộng của 1 cell

• Vùng (Polygon): Được biểu diễn bằng một dãy các cell nằm kề sát
nhau

Hình 1.7: Các đối tượng cơ sở trong mô hình dữ liệu raster
Trên thực tế mỗi cell có một cặp tọa độ (x,y) duy nhất. Một đối tượng
không gian có kích thước nhỏ hơn một cell, ví dụ lớn hơn một nửa cell, sẽ được
coi như là một cell trọn vẹn và có giá trị về diện tích và tọa độ của chính cell nó
nằm trong. Vì vậy độ phân giải của cell đóng vai trò hết sức quan trọng về độ
chính xác của dữ liệu Raster. Kích thước được chọn cho một cell (pixel) của
một vùng nghiên cứu phụ thuộc vào độ phân giải dữ liệu yêu cầu cho phân tích
chi tiết. Cell phải đủ nhỏ để nắm bắt chi tiết được yêu cầu, nhưng đủ lớn để bộ
nhớ máy tính và phép toán phân tích có thể thực hiện hiệu quả.
Nguồn dữ liệu ảnh Raster
19


Ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay, ảnh quét, ảnh chụp. Trong đó
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 đổi của các sự vật trên trái đất theo
thời gian. Ảnh chụp từ máy bay giúp ta vẽ bản đồ một cách chi tiết. Ngoài ra ta
còn raster còn có thể được tạo ra bằng cách chuyển đổi từ nhiều nguồn dữ liệu
khác như vector
Vai trò của dữ liệu Raster trong hiển thị và phân tích
Dùng làm bản đồ nền: Thông thường, raster được sử dụng làm nền bản
đồ. Chúng nằm ở dưới các layer vector. Sử dụng ảnh raster giúp nhìn thấy độ
sâu và tăng sự tin tưởng của người dùng bản đô
Dùng trong quản lý sử dụng đất: Dữ liệu raster rất lý tưởng để lập mô
hình và vẽ bản đồ sử dụng đất. Đa số các nghiên cứu sử dụng đất đều bắt đầu
bằng ảnh vệ tinh hoặc ảnh hàng không, sau đó các lớp đặc trưng sẽ được đưa
vào. Công việc này được tiến hành hàng năm và từ đó so sánh các kết quả thu

nhận người ta sẽ đưa ra các quyết định về sử dụng đất.
Dùng trong phân tích thủy văn: Thông tin địa thế thông thường nằm ở
dạng raster với những giá trị độ cao cho từng ô ảnh. Đây là mô hình số đo độ
cao. Các công cụ GIS dành cho raster cho phép xác định được hướng nước
chảy, lưu lượng tích trữ của dòng nước ở hạ lưu và dự đoán được lũ lụt.
Dùng trong phân tích môi trường: Bởi vì dữ liệu về phân bố sử dụng đất,
về thực phủ và địa thế thông thường được cất giữ dưới dạng ảnh raster, do
vậy đa số các phép tính toán phân tích môi trường đều liên quan đến dữ liệu
raster. Công cụ phân tích GIS dành cho dữ liệu raster đã phát triển đến mức
cho phép sử dụng dữ liệu raster để giải quyết những vấn đề ở nhiều mức độ.
Từ công tác bảo tồn rừng cho tới nghiên cứu những thay đổi của động vật
hoang dã do đô thị hóa.
Dùng trong phân tích địa thế: Mô hình số độ cao chứa nhứng giá trị độ
cao cho từng ô ảnh. Arcinfo có nhiều công cụ phân tích raster để tính độ dốc,
khả năng nhận ánh sang và tính toán độ cong của mặt đất mà thường được sử
dụng trong lập kế hoạch sử dụng đất hoặc chọn vị trí để xây dựng công trình.
20


1.1.5.3.

Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster

Việc chọn cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hay raster tùy thuộc vào yêu
cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu trữ sẽ
chiếm dung lượng ít hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đường
cong sẽ chính xác hơn hệ thống raster. Ngoài ra cũng tùy vào phần mềm máy
tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay
raster.
Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu

raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu
raster, hay còn gọi là raster hóa. Biến đổi từ raster sang mô hình vector, hay
còn gọi là vector hóa, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh. Raster hóa là
tiến trình chia đường hay vùng thành các ô vuông (pixel). Ngược lại, vector
hóa là tập hợp các pixel để tạo thành đường hay vùng.

Hình 1.8: Sự chuyển đổi giữa dữ liệu raster và vector
1.1.5.4.

Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu vector và raster.
Thuận lợi của hệ thống dữ liệu vector
21


•
•

Việc lưu trữ đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster
Hệ số hóa các bản đồ không cần được khôi phục lại từ hình thức

raster mà khôi phục ngay từ dữ liệu vector
• Dữ liệu lưu trữ có thể được tiến triển trong bản đồ kiểu dạng đường
thẳng mà không cần raster vẫn có thể khôi phục.
• Bản đồ gốc có thể được thể hiện ở sự phân giải gốc của nó.
Bất lợi của hệ thống dữ liệu vector
• Vị trí của điểm đỉnh cần được lưu trữ rõ rang song cơ sở dữ liệu
•
•

vector khó có thể thực hiện việc này.

Mối quan hệ giữa các điểm trở nên khó xác định.
Sự thay đổi một cách liên tiếp về dữ liệu không được cập nhật một

cách nhanh chóng như trong dữ liệu raster.
• Khó khăn trong việc chồng xếp bản đồ.
• Không phù hợp với dữ liệu viễn thám.
Thuận lợi của hệ thống dữ liệu raster
• Vị trí địa lý của mỗi ô sẽ được xác định bởi vị trí của nó trong mảng
được biểu diễn.
• Việc lưu trữ là dễ dàng, có khả năng cung cấp đầy đủ dữ liệu vào bất
kì thời điểm nào
• Những vị trí kế cận được biểu diễn bởi ô kế cận do đó các ô có mối
liên hệ mật thiết với nhau.
• Quá trình tính toán đơn giản và thực hiện dễ dàng
• Ranh giới giữa các vùng lãnh thổ có thể được xác định bởi giá trị
của các ô khác nhau. Nếu giá trị của các ô thay đổi thì ranh giới
•
•
•
•
•
1.1.6.

cũng thay đổi theo.
Cấu trúc dữ liệu đơn giản
Thay đổi hệ quy chiếu một cách dễ dàng
Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster
Đòi hỏi không gian lưu trữ lớn
Kích thước của các ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện.
Độ chính xác không cao.

Mô hình dữ liệu phi không gian

Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính) là những mô tả về đặc tính,
đặc điểm và các hiện tượng xảy ra từ các vị trí địa lý xác định. Trong hệ thống
thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:
•

Đặc tính của đối tượng: Là bảng dữ liệu thể hiện các đặc tính có sự
liên hệ chặt chẽ với dữ liệu không gian

22


•

Số liệu hiện tượng (tham khảo địa lý): Miêu tả các thông tin, các

hoạt động thuộc vị trí xác định
• Chỉ số địa lý: Miêu tả tên, địa chỉ, khối, phương hướng liên quan đến
•

các đối tượng địa lý.
Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian thể hiện mối quan hệ
của các đối tượng trong không gian hoặc mối quan hệ giữa các đối

tượng với khoảng tương thích.
1.1.7. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống cho phép quản lý, lưu trữ, bảo trì
toàn bộ cơ sở dữ liệu không gian và phi không gian. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
cũng cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động

vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS bao gồm 2 cơ sở dữ liệu
thành phần chính là:
• Cơ sở dữ liệu địa lý (không gian)
• Cơ sở dữ liệu thuộc tính (phi không gian)
Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm
2 hệ quản trị cơ sở dữ liệu riêng cho từng phần hoặc xây dựng một hệ quản trị
cơ sở dữ liệu chung cho cả hai cơ sở dữ liệu con kể trên. Thông thường hệ
quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm 3 hệ quản trị cơ sở dữ liệu
con:
•
•

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho cơ sở dữ liệu địa lý.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp. Hệ này
được tích hợp cùng với hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý cho phép
người ta dùng truy nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính đồng
thời. Tuy nhiên, hệ quản trị cơ sở dữ liệu này cho thao tác trên cơ sở

dữ liệu thuộc tính bị hạn chế.
• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính. Thông thường các hệ thống GIS
đều lấy một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hiện có để quản trị và
thực hiện các bài toán trên cơ sở dữ liệu thuộc tính mà không liên
quan đến dữ liệu không dan. VD như: FOX, SQL, ORACLE.

23


Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho dữ liệu không gian bao gồm các hệ thống
con sau:
•

Hệ thống nhập bản đồ (số hóa bản đồ): Cung cấp các công cụ phục

•

vụ cho mục đích số hóa các đối tượng trên bản đồ.
Hệ thống hiển thị bản đồ: Hệ thống cung cấp các khả năng hiển thị
bản đồ trên màn hình cho người sử dụng xem. Hiện nay chức năng
hiển thị bản đồ đều có khả năng cung cấp cách nhìn 3 chiều (3D).

•

Bản đồ sẽ được hiển thị sinh động trực quan hơn.
Hệ thống tra cứu, hỏi đáp cơ sở dữ liệu: Là hệ thống cung cấp các
công cụ trợ giúp cho người sử dụng tra cứu, hỏi đáp, hiển thị các
thông tin cần thiết cho cơ sở dữ liệu. Hệ thống này ảnh hưởng trực
tiếp đến tính hiệu quả của hệ thống. Bởi vì phần lớn người dùng chỉ
có yêu cầu tra cứu thông tin. Hệ thống tra cứu phải mềm dẻo, dễ sử
dụng, thời gian truy cập dữ liệu nhanh. Hệ thống cho phép tra cứu

•

trên cả 2 dữ liệu: Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.
Hệ thống phân tích địa lý: Hệ thống cung cấp các công cụ cho phép

người dùng xử lý, phân tích dạng dữ liệu không gian.
• Hệ thống phân tích thống kê: Cho phép cung cấp các công cụ thống
•

kê trên dữ liệu không gian cũng như dữ liệu thuộc tính

Hệ thống đầu ra: Hệ thống có nhiệm vụ in ra các bản đồ đối với các
thiết bị đầu ra thông dụng như: máy in, máy vẽ… và cần hỗ trợ các

1.2.

thiết bị đầu ra tương thích
Giới thiệu phần mềm Mapinfo
1.2.1. Giới thiệu chung
Mapinfo là một công cụ khá hữu hiệu để tạo ra và quản lý CSDL vừa và
nhỏ trên máy tính cá nhân. Sử dụng công cụ Mapinfo có thể thực hiện xây
dựng một hệ thống thông tin địa lý phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học
và sản xuất cho các tổ chức kinh tế và xã hội của các ngành và địa phương.
Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện lợi và
đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
1.2.2. Một số đặc điểm chính của Mapinfo
• Chạy trên các hệ điều hành: DOS, Windows.
• Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.

24


•

Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích

•
•
•
•
•

mạng.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBASE, cơ sở dữ liệu bên trong
Cấu trúc dữ liệu: Dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng biểu
Đơn giản dễ sử dụng
Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ
Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn

các phần mềm GIS khác).
• Khả năng giàn trang in, và in rất thuận lợi.
• Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt.
1.2.3. Tổ chức thông tin bản đồ trong Mapinfo
Các thông tin trong Mapinfo được tổ chức theo từng bảng (Table), mỗi
bảng là một tập các tập tin (File) về thông tin đồ họa hoặc phi đồ họa chứa các
bảng ghi dữ liệu mà hệ thống tạo ra. Chỉ có thể truy cập vào chức năng của
phần mềm Mapinfo khi đã mở ít nhất một bảng, toàn bộ các Mapinfo table mà
trong đó chứa các đối tượng địa lý được tổ chức theo các tập tin. Mapinfo tổ
chức thông tin có phần mở rộng như sau:
•
•
•
•
•

*.tab: Tập tin mô tả khuôn dạng CSDL đính kèm với bản đồ.
*.dat: Tập tin chức thông tin phi không gian
*.map: Tập tin chức thông tin, mô tả các đối tượng bản đồ
*.id: Tập tin chứa chỉ số đối tượng
*.wor: Tập tin quản lý chung.

Ngoài ra, Mapinfo còn tổ chức thông tin theo lớp đối tượng. Các thông tin
bản đồ trong phần mềm GIS thường được tổ chức theo từng lớp bản đồ. Một
lớp bản đồ máy tính là sự chồng xếp của các lớp thông tin lên nhau. Mỗi lớp
thông tin thể hiện một khía cạnh của mảnh bản đồ tổng thể. Lớp thông tin là
một tập hợp các đối tượng bản đồ thống nhất. Thể hiện và quản lý các đối
tượng địa lý không gian theo một chủ đề cụ thể, phục vụ một mục đích nhất
định trong hệ thống.
Với cách tổ chức thông tin theo từng lớp như vậy đã giúp cho phần mềm
Mapinfo xây dựng thành các khối thông tin độc lập cho các mảnh bản đồ máy
tính. Điều này sẽ giúp ta thành lập các bản đồ máy tính linh hoạt hơn theo các
cách tập hợp lớp thông tin khác nhau trong hệ thống, dễ dàng thêm vào mảnh

25