ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP GIS

Lý thuyết

1.Định nghĩa và các thành phần cơ bản của 1 hệ gis
* Khái niệm :
•
•
•

G = Geographic = Địa lý : Dữ liệu trong GIS là dữ liệu địa lý.GIS có thể trình
bày dưới dạng bản đồ
I = Information = Thông tin : GIS lưu trữ và xử lý hai loại thông tin :Đặc trưng
không gian và đặc trưng thuộc tính
S = System = Hệ thống :GIS là một hệ thống được sử dụng để thực hiện các
chức năng khác nhau của thông tin địa lý

GIS là một hệ thống thông tin (trên hệ máy tính) được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu
trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý (có vị trí
trên Trái đất).
Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu
không gian. Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian
và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mỗi liên hệ giữa các đối tượng không gian
và các tính chất của một vùng đối tượng.
*Các thành phần cơ bản của 1 hệ GIS:
 Phần

cứng:

Các thiết bị điện tử trên nó GIS hoạt động như máy tính, máy in, scanner, digitizer,…
(cơ thể).
 Phần

mềm:

Các phần mềm máy tính cho phép thực hiện việc lưu trữ, phân tích và thể hiện thông
tin địa lý, phần mềm có các nhóm chức năng thành phần sau:
• Thành phần hiển thị bản đồ: (Cartographic Display System): cho phép chọn
lọc dữ liệu trong hệ thống để tạo ra bản đồ mới sau đó trình bày lên màn
hình hoặc đưa ra máy in, máy vẽ…
1


• Thành phần số hóa bản đồ: (Map Digitizing System Database): cho phép
chuyển đổi các bản đồ trên giấy sang dạng số.

2


Các thành phần của GIS
• Thành phần quản lý dữ liệu: (Database Management System): gồm các module
cho phép người dùng nhập số liệu dạng bảng tính, phân tích và xử lý số liệu…
• Thành phần xử lý ảnh: (Image Processing System): nắn chỉnh ảnh, xóa nhiễu, lọc
ảnh, giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh máy bay.
• Thành phần phân tích thống kê: (Statistical Analysis System)
• Thành phần phân tích dữ liệu không gian(Geographic Analysis System): chồng
xếp bản đồ, tạo vùng đệm, tìm vị trí thích nghi…
 Dữ

liệu

Đây là phần quan trọng nhất trong số các thành phần của hệ thống GIS. Các dữ liệu địa lý,
mối liên hệ của chúng và các bảng biểu liên kết có thể được thu thập hay mua từ nhiều nguồn

khác nhau. Dữ liệu trong GIS gồm có:Dữ liệu không gian (DLKG- Spatial Database) và ii) dữ
liệu thuộc tính (DLTT - Attribute Database):
• DLKG: mô tả về mặt địa hình như hình dáng, vị trí của đặc trưng bề mặt trái đất,
ví dụ như vị trí của khu đất trên bản đồ, hình dạng bề mặt khu vực v.v…
•

DLTT: mô tả về tính chất và giá trị của đặc trưng đó, ví dụ như việc sử dụng đất, người
sở hữu, giá trị khu đất, giá trị cao độ…
 Con người
3


Hiệu suất sử dụng GIS phụ thuộc rất lớn vào khả năng của người quản lý hệ thống và
người lập kế hoạch phát triển ứng dụng GIS trong thực tế. GIS có thể được thiết kế sử dụng
bởi nhiều chuyên gia của các lãnh vực khác nhau.
 Phương

pháp phân tích và quản lý

Sự thành công trong các thao tác với GIS phụ thuộc rất nhiều vào việc hoạch định phương
pháp tiến hành công việc (đề cương chi tiết cho một dự án).
2. Cấu trúc CSDL của GIS
Dữ liệu của một hệ thống thông tin địa lý có thể chia thành hai dạng: dữ liệu không gian (spatial
data) và dữ liệu thuộc tính (non-spatial data).
- DL không gian (Spatial): Cho biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối
tượng trên bề mặt trái đất.
+ Vector: Điểm, đường, vùng
+ Raster: pixel
- DL thuộc tính (non-spatial): Là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông
tin thuộc tính của đối tượng

Thông thường, dữ liệu được quản lý dưới dạng bảng (table) bao gồm cột (column) hay còn được
gọi là trường (field), hàng (row) hay còn gọi là mẫu tin (record). Để định nghĩa một trường phải
có tên trường (field name) và kiểu dữ liệu của trường (type), kiểu dữ liệu có thể là: kiểu ký tự
(character), kiểu số nguyên (interger), kiểu số thực (real), kiểu logic,…
Được lưu trữ trong cùng 1 CSDL và có mqh chặt chẽ với nhau
3.Ưu nhược điểm khi sử dụng dữ liệu không gian dạng vectơ và raster
Mô hình Raster
Ưu điểm
Cấu trúc dữ liệu đơn giản
Dễ dàng chồng, ghép bản đồ với các
dữ liệu viễn thám.
Dễ dàng phân tích không gian Dễ mô
hình hoá

Mô hình Raster
Ưu điểm
Dung lượng dữ liệu được nén hơn so với
mô hình raster
Thể hiện liên hệ hình học, thích hợp cho các
phân tích về hình học hay phân tích về
mạng lưới
Đồ hoạ chính xác
4


Thích hợp cho việc nâng cấp, xử lý ảnh

Tìm kiếm, cập nhật, khái quát hoá các đối
tượng

Nhược điểm

Nhược điểm

Dung lượng của dữ liệu lớn

Cấu trúc dữ liệu phức tạp

Khi giảm độ phân giải để giảm dung

Thao tác chồng, ghép phức tạp

lượng thì làm giảm chi tiết của thông

Khó khăn trong cho việc thể hiện dữ liệu
phức tạp (đa dạng)

tin Không thể hiện rõ liên hệ hình học
Các bản đồ raster thô và không đẹp

Khó khăn trong phân tích không gian và lọc
các đối tượng.

4. Các chức năng cơ bản của một hệ GIS
Nhập dữ liệu : Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay
dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS. Việc nhập dữ liệu được thực
hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay môđun
nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS. Gồm 2 quá trình: Nhập DL không gian: Vector (Điểm,
đường, vùng) có đuôi thường là: .dgn, .shp, .dxf; Raster (Pixel) có đuôi .tif. Nhập DL thuộc tính:
CSDL thuộc tính khác hoặc nhập từ các nguồn tư liệu khác

Xử lý dữ liệu : Phát sinh DL có cấu trúc topology, đối với ảnh vệ tinh thì phải phân lớp các đặc
trưng trong ảnh.
Tạo cấu trúc Topology: Về mặt tổng quát, cấu trúc Topology đại diện cho những
DLKG (Điểm, đường, vùng) và mqh của các đối tượng đó với những đt liền kề.
• Cấu trúc Topology là những cấu trúc của DLKG phản ánh những DLKG này và
những DLKG cạnh nó.
• Luật Topology: Must Not Overlap, Must Not Self-Overlap, Must Not SelfIntersect, Must Not Overlap With, Must Not Have Gaps, Must Not Have Pseudos
• Để liên kết DLKG và DLTT thì DLKG phải được chạy topology
- Chuyển đổi DL vector, raster: Vec->Ras: Raster hóa. Ras->Vec: vector hóa
- Nội suy mô hình số địa hình DEM: TIN, GRID
-

Quản lý dữ liệu : Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu trữ các thông tin địa lý dưới dạng
các file đơn giản.Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng người dùng cũng
nhiều lên, thì cách tốt nhất là để sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS) để giúp cho việc lưu
5


giữ, tổ chức quản lý thông tin.SQL,Access,Exel,...
Lưu trữ và Biên tập DL: Các dữ liệu bản đồ được quản lý theo hệ thống chồng ghép lớp và dễ
dàng truy cập từ bất kỳ các lớp logic nào cùng với các topology của chúng; vì các dữ liệu được
thu thập từ nhiều nguồn có định dạng khác nhau và có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi
hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để tương thích với hệ thống. Tổ hợp DL
vector hoặc raster
Sửa lỗi DLKG: + Dạng raster: Hiển thị từng lớp thông tin để tách ra các ô lưới, phi lý hoặc là sai
lệch vị trí khi so sánh với các tài liệu khác. + Vector: Sử dụng công cụ topology dựa lên Luật
topology. Dạng thuộc tính: Sd câu lệnh SQL (Dễ khi dữ liệu bị thiếu, khó khi DL bị sai)
Tìm kiếm và phân tích không gian: GIS cung cấp khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy vấn đơn
giản và các công cụ phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ để cung cấp thông tin một cách
nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ ra quyết định cho những nhà quản lý và quy hoạch.

Tìm kiếm (Truy vấn): Tìm kiếm nội dung trong vùng không gian, tìm kiếm trong khoảng cận kề,
tìm kiếm hiện tượng vào thao tác chồng xếp (overlay)
+ Thuận lợi: Do DL được mã hóa tỏng hệ vector sử dụng cấu trúc DL lớp.
+ Khó khăn: Khi mỗi thành phần có nhiều thuộc tính.
Phổ biến là tìm đường đi tối ưu
Hỏi đáp: Để gọi ra DLTT thì sử dụng câu lệnh SQL. Các câu lệnh điều khiển gồm toán tử quan
hệ: <, >, >=, =<, … phép toán số học +,-, *, %. Phép toán logic: AND, OR, XOR, NOT,…
Các phép phân tích Không Gian:
+ Chồng ghép (Over lay) Chồng ghép chính là sự gộp chung dữ liệu không gian và thuộc tính
của hai hay nhiều lớp dữ liệu. Chồng ghép raster và vector.
+ Tạo vùng đệm (Buffer): Tạo ra 1 vùng mà lõi là 1 điểm, 1 đường hoặc 1 vùng, đường biên bên
ngoài thường có khoảng cách nhất định so với lõi;
+ Nội suy và thực hiện phép toán raster
Hiển thị và tương tác: GIS hiển thị dữ liệu: Ở dạng bản đồ, bảng biểu và báo cáo. Ở các dạng
số, trên mạng, internet.. Dữ liệu đầu ra của GIS: GIS có thể đưa ra nhiều dạng dữ liệu khác nhau.
Bản đồ trên các vật liệu truyền thống (giấy, film..), Phân phối thông tin lên mạng internet, Dạng
ảnh, Tài liệu…
5. Các ứng dụng phổ biến của GIS
1.Nghiên cứu quản lý TNTN và MT:
6


Đất đai: Đất đai: xây dựng hệ thống QLĐĐ, lập bản đồ thích hợp đất đai, dự báo
sản lượng, quy hoạch và quản lý sử dụng đất.
- Môi trường: XD HT QLMT, mô hình số địa hình: mô phỏng xác định vùng ô
nhiễm nhạy cảm; phân tích các vấn đề môi trường. VD các vấn đề cụ thể liên quan
đến khí thải, ô nhiễm nước và xói mòn đất; Theo dõi và làm sạch môi trường; vị trí
đặt các thùng rác,…
- Khí tượng thủy văn, biến đổi khí hậu: phân tích các biến động. VD: Hiển thị diện
tích vùng ngập lụt, mô hình số độ cao: mô phỏng tính thể tích,…

2.Nghiên cứu điều kiện kinh tế:
- Trong Kinh doanh, tài chính ngân hàng: Xác định vị trí, hệ thống phân phối: Mở
cây ATM, Mở hệ thống cửa hàng, siêu thị,…
- Trong Y Tế: Tìm đường đi ngắn nhất và tối ưu nhất cho xe cấp cứu, tìm bệnh viện,
…
- Trong ngành giao thông: Quản trị mạng lưới giao thông; Phân tích tìm đường đi
ngắn nhất và được sd rộng rãi;
- Điều tra và quản lý hệ thống Cơ sở hạ tầng
3.Lâm nghiệp: xây dựng kế hoạch khai thác gỗ, xác định các con đường để đi khai thác gỗ và
báo cáo kết quả cho chính phủ địa phương.,; nhập, lưu trữ, quản lý và phân tích các bản đồ rừng
để phục vụ việc khai thác, bảo vệ và phát triển rừng
4.Trong công nghiệp: Đánh giá khả năng và quy hoạch các vùng đô thị, công nghiệp lớn.
Khoáng sản: tìm kiếm khoáng sản trên cơ sở tổng hợp các dữ liệu viễn thám, địa vật lý, địa hóa
và địa chất, Điện ga nước: Hệ thống ống dầu; viễn thông, thăm dò khai thác, năng lượng,…
5.Trong nông nghiệp và phát triển nông thôn: Lập bản đồ các vùng sinh thái nông nghiệp, xác
định hệ thống tưới tiêu, xây dựng các bản đồ đất và đề xuất sd đất, phân tích khí hậu: hạn hán, lũ
lụt, mô hình hóa nông nghiệp: ước lượng năng suất cây trồng, thống kê, khảo sát và theo dõi
dịch bệnh trong chăn nuôi,…
6.Chính phủ: Địa phương đến trung ương, an ninh quốc phòng…
7.Giáo dục: Nghiên cứu, công cụ giảng dạy và quản lý…
8.Các ngành khác: khảo cổ học, Dịch vụ các trường hợp khẩn cấp: Chữa cháy, cảnh sát,
-

6.Các yêu cầu khi thiết kế phần mềm dùng cho hệ GIS
Để thực thi thành công một hệ thống thông tin dịa lý ta phải thực hiện các bước sau và chia
thành 5 giai đoạn :
gd1: Khái niệm :
1.Phân tích yêu cầu nhiệm vụ
2.Xác định tính khả thi của dự án
Gdd2: Thiết kế:

3 Kế hoạc thực hiện
4.thiết kế hệ thống
7


5.Thiết kế cơ sở dữ liệu
Gdd3: Phát triển :
6.Xây dựng hệ thống
7.Xây dựng và thu nhận csdl
8.Tổ chức nhân sự và đào tạo
9.Chuẩn bị cho hệ thống hoạt động
10.Chuẩn bị văn phòng nơi làm việc
Gd4:Thao tác:
11.Cài đặt hệ thống
12.Dự án thử nghiệm
13.Chuyển đổi số liệu
14.Phát triển ứng dụng
15.Chuyển đổi sang hđ tự động
Gd5: Kiểm nghiệm
16.Xem xét lại hệ thống
17.Mở rộng hệ thống
Bước 1: Khảo sát hiện trạng và xác lập dự án
Bước 2: Phân tích hệ thống
Bước 3: Thiết kế tổng thể
Bước 4: Thiết kế chi tiết (CSDL, Module, cấu trúc chương trình)
Bước 5: Cài đặt và lập trình
Bước 6: Khai thác và bảo trì

7. Đặc điểm của các hệ GIS được thiết kế trên mạng LAN và WAN
- LAN: Hỗ trợ truyền thông băng thông cao, khoảng cách ngắn. Thường hỗ trợ cho

các khu vực nhỏ. DL đc vận chuyển theo 1 luồng duy nhất tại 1 thời điểm. Ưu
điểm: Chi phí rẻ. Nhược điểm: Hỗ trợ xây dựng trong phạm vi nhỏ.
- WAN: Hỗ trợ liên kết các điểm từ xa. Băng thông thấp nhưng hỗ trợ trong phạm vi
lớn. Chi phí cao. 1 hệ GIS đc xd trên mạng WAN cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản
sau: Cho phép truy vấn DL từ xa, Cho phép cập nhật DL KG & thuộc tính từ xa
8. Trình bày khái niệm, kiến trúc, các thành phần chức năng của WebGIS
Khái niệm :
8


WebGIS là một hệ thống phức tạp cung cấp truy cập trên mạng với những chức năng như là
copy hình ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, điều khiển và thao tác với dữ liệu, phân tích và hiển thị
dữ liệu không gian (theo Harder 1998)
WebGIS là hệ thống thông tin địa lý được phân bố thông qua hệ thống mạng máy tính phục vụ
cho việc thống nhất, phổ biến, giao tiếp với các thông tin địa lý được hiển thị trên World Wide
Web (Edward,2000,URL) [
Kiến trúc:
Dịch vụ web thông tin địa lý hay còn được gọi là WebGIS được xây dựng để cung cấp các dịch
vụ về thông tin địa lý theo công nghệ web service. Chính vì thế nên bất cứ WebGIS nào cũng
phải thỏa mãn kiến trúc ba tầng thông dụng của một ứng dụng web. Sau đó tùy thuộc vào từng
loại công nghệ và các cách thức phát triển, mở rộng khác nhau mà WebGIS sẽ trở thành n tầng
khác nhau. Kiến trúc 3 tầng của WebGIS được mô tả bao gồm tầng trình bày, tầng giao dịch và
tầng dữ liệu

Tầng trình bày: Thông thường chỉ là các trình duyệt Internet Explorer, Mozilla Firefox ... để mở
các trang Web theo URL được định sẵn. Các ứng dụng client có thể là một Website, Applet,
Flash,… được viết bằng các công nghệ theo chuẩn của World Wide Web. Các Client đôi khi
cũng là một ứng dụng desktop tương tự như phần mềm MapInfo, ArcMap,…
Tầng giao dịch: thường được tích hợp trong một Webserver nào đó, ví dụ như Tomcat, Apache,
Internet Information Server. Đó là một ứng dụng phía server nhiệm vụ chính của nó thường là

tiếp nhận các yêu cầu từ client, lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu theo yêu cầu client , trình bày dữ liệu
theo cấu hình định sẵn hoặc theo yêu cầu của client và trả kết quả về theo yêu cầu. Tùy theo yêu
cầu của client mà kết quả trả về khác nhau: có thể là một hình ảnh dạng bimap (jpeg, gif, png)
hay dạng vector được mã hóa như SVG, KML, GML,… Một khi dạng vector được trả về thì
9


việc trình bày hình ảnh bản đồ được đảm nhiệm bởi Client, thậm chí client có thể xử lý một số
bài toán về không gian. Thông thường các response và request đều theo chuẩn HTTP POST hoặc
GET.
Tầng dữ liệu: là nơi lưu trữ các dữ liệu địa lý bao gồm cả các dữ liệu không gian và phi không
gian. Các dữ liệu này được quản trị bởi các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như ORACLE, MS SQL
SERVER, ESRI SDE, POSGRESQL,… hoặc là các file dữ liệu như shapefile, tab, XML,… Các
dữ liệu này được thiết kế, cài đặt và xây dựng theo từng quy trình, từng quy mô bài toán ... mà
lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu phù hợp.
Chức năng:
+ Hiển thị: Hiển thị các lớp (có thể theo tùy chọn), thay đổi tỉ lệ, di chuyển khu vực hiển thị,
hiển thị thông tin về đối tượng cụ thể, in bản đồ.
+ Phân tích, thiết kế: Tìm kiếm Dl theo yêu cầu, chỉnh sửa đối tượng, tạo bản đồ chuyên đề
9. Trình bày công nghệ xây dựng WebGIS với mã nguồn mở GeoServer, OpenLayer và
PostGreSQL
1.Geoserver: GeoServer là phần mềm dịch vụ mã nguồn mở với mục đích kết nối những
thông tin địa lý có sẵn tới các trang Web địa lý sử dụng chuẩnmở. Được bắt đầu bởi một tổ
chức phi lợi nhuận có tên The Open Planning Project (TOPP), nhằm mục đích hỗ trợ việc xử
lý thông tin không gian địa lý với chất lượng cao, đơn giản trong sử dụng, là phần mềm mã
nguồn mở nhằm cung cấp và chia sẻ dữ liệu.
GeoServer được viết bằng ngôn ngữ Java, cho phép người sử dụng chia sẻ và chỉnh sử
dữ liệu không gian địa lý.
2.OpenLayer: Thư viện MNM JavaScript: nhúng bản đồ động lên web bất kỳ. Nó cung cấp
API để xây dựng nhiều ứng dụng dựa trên Web. Cho phép người dùng hiển thị nhiều layer

khác nhau từ nhiều vùng khác nhau cùng 1 lúc. Các nguồn này có thể là WMS, WFS, hay
những dịch vụ bản đồ web mở khác: Open Street Maps, Google Maps, Google Earth,…
OpenLayers giúp cho việc đặt một bản đồ động bất kỳ vào một trang web thật là dễ dàng. Nó
có thể hiển thị các ô bản đồ và đánh dấu tải từ bất kỳ nguồn nào. OpenLayers được phát triển
cho việc sử dụng các thông tin địa lý của các loại dữ liệu.
3.PostGreSQL: Hệ QTCSDL quan hệ. Là chương trình MNM theo chuẩn SQL99 đáp ứng
các thuộc tính cơ bản: Sd câu truy vấn phức tạp query, Kết nối – join, Thủ tục sự kiện, các
khung nhìn view, Toàn vẹn DL, Kích thước CSDL: 1 bảng DL – 32TB, 1 dòng DL: 1,6 TB, 1
trường DL – 1GB, Số lượng dòng/ bảng: không giới hạn, SL cột/bảng: 250-1600 trường, SL
chỉ mục: K giới hạn,
PostgreSQL gồm nhiều HĐH: Window, Linux,…Hỗ trợ các ngôn ngữ C, C++, Java, .net,
python, ruby,…
10


PostGIS: là một ứng dụng mở rộng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL, cho
phép CSDL quản lý các đối tượng GIS (tương tự SDE của ESRI)..PostGIS là dự án MNM bổ
sung các công cụ giao diện với người dùng, hỗ trợ topology cơ bản, chuẩn hóa, chuyển đổi
tọa độ, lập trình API.

•

11


12