ĐỀ CƯƠNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Câu 1: Khái niệm GIS theo chức năng. Các thành
phần cơ bản của hệ thống GIS.
1, Khái niệm GIS:
Theo chức năng, GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ,
truy vấn, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu
không gian.
2, Các thành phần cơ bản của hệ thống GIS:
•

•

Theo nghĩa hẹp, GIS được định nghĩa như một hệ phần
mềm thực hiện chức năng nhập dữ liệu, xây dựng cơ sở
dữ liệu, phân tích dữ liệu và trình bày dữ liệu qua các
thiết bị đầu ra.
Theo nghĩa rộng, GIS bao gồm phần cứng, phần mềm,
dữ liệu, phương pháp, con người :
Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Phần cứng
Máy tính
Máy in
Bàn số hóa
Đĩa CD và ổ USB

1

Phần mền
ArcGIS
Idrisi

Mapinfo
MicroStation

Dữ liệu
Bản đồ
Bảng thuộc tính

1

Phương pháp
Phân lớp
Chồng xếp
Phân tích lân cận
Phân tích mạng


Hệ thống thôngtin địa lý (GIS):
+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 mềm:Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và
các công cụ cần thiết để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông
tin địa lý.
+Dữ liệu:Dữ liệu có thể coi là thành phần quan trọng
nhất trong một hệ GIS. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc
tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc
được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại.Dữ liệu được
sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẽ mà còn
phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu.
+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.
Câu 2: Khái niệm về cơ sở dữ liệu
• Các tập dữ liệu chứa các thông tin có liên quan đến một
cơ quan, một tổ chức, một chuyên ngành khoa học tự
nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính theo một
quy định nào đó theo mục đích sử dụng được gọi là cơ
sở dữ liệu.
• Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể
chia ra làm 2 loại số liệu cơ bản: số liệu không gian và
phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và
chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả,
xử lý và hiển thị.
2

2






Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh
bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký
hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể
trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các
số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh
bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết
bị ngoại vi, …

Số liệu phi không gian 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 số liệu phi không gian được
gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí
địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt
chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông
qua một cơ chế thống nhất chung.

Câu 3: Mô hình cấu trúc cơ sở dữ liệu của GIS: dữ
liệu không gian, dữ liệu thuộc tính.
1. Mô hình cấu trúc cơ sở dữ liệu không gian
a) Cấu trúc dữ liệu vector
+ Nhằm thể hiện chính xác các đối tượng địa lí trên bề mặt tđ
lên bản đồ số bằng giá trị liên tục của các cặp tọa độ và xác
định chính xác mqh không gian của các đối tượng
+ Cho phép hiển thị các kiểu đối tượng dạng vùng và tuyến
chính xác về vị trí, thường được lựa chọn để xây dựng các
cơ sở dữ liệu dạng vùng như thửa đất các đơn vị ranh giới
hành chính các cấp, mạng lưới giao thông, thủy văn


3

Mô hình dữ liệu spaghetti
• Mức độ cấu trúc: Thông tin hình học các đối tượng
được lưu chỉ bao gồm các cặp tọa độ
3


Tổ chức dữ liệu: Tệp DL chỉ gồm trường định danh đối

tượng, trường x và y
• Các dữ liệu được lưu trữ bằng các cặp tọa độ.
• Thông tin về quan hệ không gian.
• Không mô tả được mối quan hệ không gian giữa các
đối tương
• Dữ liệu vùng, đường ranh giới giữa 2 vùng được ghi
nhận 2 lần, mỗi lần cho 1 vùng.
• Phần mềm điển hình là Mapinfo, Autocad
Mô hình dữ liệu Topology
• Mức độ cấu trúc: Ngoài DL về các cặp tọa độ, các
thông tin bổ trợ khác giúp định nghĩa các đối tượng lân
cận đc bổ sung vào tệp DL
• Tổ chức dữ liệu: Ngoài trường định định danh đối
tượng, trường x và y còn thêm các trường khác
• Các đối tượng được quản lý không chỉ toạ độ mà còn
bằng MQH không gian giữa chúng
• Mô tả trọn vẹn các thông tin về vị trí không gian (điểm
nhãn) và quan hệ không gian (liên thông với nhau, kề
nhau, nằm trong nhau, phủ nhau)
• Mô hình Topology dùng các quan hệ không gian để định
nghĩa các đặc tính không
Mô hình dữ liệu raster:
• Ma trận ô vuông, mỗi ô vuông được gọi là 1 pixel và đại
diện cho 1 điểm trên thực địa
• Cách tổ chức phổ biến của dữ liệu raster là ma trận số
gồm hàng và cột. vị trí của pixel là thứ tự của hàng và
cột
• Cấu trúc dữ liệu: là 1 mảng 2 chiều các điểm ảnh
(pixel). pixel là là 1 đơn vị cơ sở đồng nhất biểu diễn 1
vùng các định trên TĐ, các pixel trong 1 bản đồ phải có

•



b)

4

4


cùng kích thước, gốc tọa độ của hệ đặt tại pixel nằm tại
đỉnh góc trái, mỗi pixel được xá định bởi chỉ số dòng và
chỉ số cột, kích thước của pixek trong raster gọi là độ
phân giải bản đồ hay ảnh
+ điểm: là 1 ô vuông pixel
+ đường: tập hợp các pixel nối tiếp nhau và sắp xếp theo 1
hướng nhất định
+ vùng: là 1 tập hợp khép kín các ô vuông lưới có vị trí liền kề
nhau
•

Kiểu dữ liệu:

+ kiểu nominal (tên): là kiểu giá trị được phân loiaj theo tên
đối tượng, mỗi miền giá trị được đặt tên riêng, dùng trong
rất nhiều kiểu mã như mã sử dụng đất
vd: kiểu sử dụng đất trong bản đồ hiện trạng sử dụng đất
+ kiểu ordinal ( liên tục): xá định theo tên và khoảng giá trị
nhất định

+ kiểu interval ( khoảng giá trị) và kiểu radio (tỷ lệ): mô tả các
giá tri liên tục của các biến là số thực
•

Lớp dữ liệu raster

+ Mỗi lớp là 1 thực thể đối tượng
+ Tổ chức theo điểm, đường và vùng
+ Các lớp dữ liệu điểm, đường, vùng được lưu trữ trong các
lớp riêng biệt
•

5

Phương pháp nén dữ liệu
5


+ phương pháp nén theo hàng cột: cho phép các điểm trên mỗi
đơn vị bản đồ được lưu trũ theo hàng từ trái qua phải bắt
đầu từ ô đầu tiên đến ô cuối của mỗi vùng con
+ phương pháp nén cây tứ phân: dựa trên cơ sở chia liên tục
của dạng ma trận 2n*2n thành các thành phần cây tứ phân.
vùng bản đồ chia thành 4 phần liên tục
2.

Mô hình cấu trúc dữ liệu thuộc tính
Dữ liệu thuộc tính là các thông tin đi kèm với các dữ liệu
không gian để mô tả về các đối tượng điểm, đường và
vùng. Trong các hệ thống GIS, phần lớn các tệp tin dữ liệu

thuộc tính được lưu thành các tệp tin riêng biệt với tệp tin
dữ liệu không gian


•
•

•

6

Quá trình phân tích và xây dựng dữ liệu thuộc tính
trong GIS
Điều tra, quan sát, thu thập dữ liệu của tổ chức: Tiến hành
liệt kê các hồ sơ, sổ sách, tệp dữ liệu của tổ chức
Xác định thực thể dữ liệu và thuộc tính thực thể dữ liệu:
Một thực thể được nhận diện bằng một số các đặc trưng của
nó gọi là thuộc tính.
Xác định mối quan hệ giữa các thực thể dữ liệu: Mối quan
hệ là sự mô tả sự liên hệ giữa các phần tử của các tập thực
thể với nhau, chúng là các gắn kết các tập thực thể với
nhau. Mối quan hệ giữa các tập thực thể có thể là một mối
quan hệ sở hữu hoặc phụ thuộc hoặc mô tả sự tương tác
giữa chúng. Quan hệ giữa hai thực thể dữ liệu có thể là
đơn-đơn (1-1), đơn-đa (1-n), đa-đa (n-n). Quan hệ 1-1 là
quan hệ một phần tử của tâp thực thể A tương ứng với một
phần tử của thực thể dữ liệu B và ngược lại. Quan hệ 1-n là
quan hệ một phần tử thực thể dữ liệu A tương ứng với nhiều
phần tử của thực thể dữ liệu B và một phần tử của thực thể
6

•

•

dữ liệu B tương tứng với một phần tử thực thể dữ liệu A.
Quan hệ n-n là quan hệ một phần tử của thực thể dữ liệu A
tương ứng với nhiều phần tử của thực thể dữ liệu B và
ngược lại.
Lập lược đồ thực thể dữ liệu: Biểu đồ thực thể quan hệ mô
tả các thực thể dữ liệu, thuộc tính và các quan hệ giữa các
thực thể dữ liệu. Mỗi biểu đồ thực thể dữ liệu thường được
lập cho một cơ sở dữ liệu nhất định.
Chuyển biểu đồ thực thể dữ liệu sang mô hình dữ liệu quan
hệ: Mỗi thực thể dữ liệu sẽ tương ứng với một bảng dữ liệu.
CÂU 4: KHÁI QUÁT CÁC DẠNG HÂN TÍCH DỮ LIỆU
KHÔNG GIAN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA
LÝ
1. Phương pháp phân tích dữ liệu dựa trên số lớp dữ
liệu:
 Phân tích dữ liệu dựa trên 1lớp dữ liệu: nhằm phân
tích mối liên quan giữa các đối tượng trong 1 bản đồ
gồm:
• Đo lường: các phép tính khoảng cách giữa các đối tượng,
tính chu vi,diên tích dư, thể tích
• Truy vấn: các phép tính tìm kiếm thông tin từ cơ sở dữ
liệu
• Phân lớp: sự ấn đinh tại giá trị cho các đối tượng cuả lớp
dữ liệu

• Phân tích lân cận: gồm phân tích vùng đệm và phân tích
phân bố
• Phân tích mạng: cho phép tìm hiểu các đối tượng liên kết
với nhau theo mạng lưới.
 phân tích dữ liệu dựa trên 2 lớp dữ liệu:
• Được thực hiện thông qua chồng xếp 2lớp trên bản đồ

7

7


2 lớp dữ liệu chồng xếp trên cơ sở các phép tính số học,
đại số để tạo ra lớp dữ liệu mới
 phân tích dữ liệu dựa trên nhiều lớp dữ liệu là dạng
phân tích nâng cao phức tạp nhất dựa trên các mô hình
tính toán phức tạp như mô hình fuzzy logic,mô hình
artificial newral works,các công thức khác để kết hợp dữ
liêu đầu vào và tạo ra lớp thông tin mới
2. Phương pháp xử lý dữ liêu chung
bao gồm chuyển đổi hệ quy chiếu và chuyển đổi dữ liệu
như chuyển đổi dữ liêu từ dạng Vector sang Raster
•

Câu 5: Các phép đo đạc và phân tích lớp dữ liệu địa lý
Chức năng đo đạc là chức năng đơn giản nhất trong
phân tích dữ liệu địa lý với cả dữ liệu Raster và Vector
Nội dung đo đạc chủ yếu là xác định vị trí, chiều dài,
diện tích. Các phép đo này được thực hiện khác nhau giữa
hai loại dữ liệu Vector và Raster.

• Đo đạc với dữ liệu Vector: Đơn vị cơ bản của dữ liệu là
điểm, đường và vùng. Vì vậy, các phép đo đạc sẽ là xác
định vị trí, chiều dài, khoảng cách và diện tích của các
đối tượng địa lý.
 Vị trí của một đối tượng địa lý được lưu dưới dạng
một tọa độ x,y với đối tượng điểm, một dãy cặp tọa
độ với dạng dữ liệu đường và vùng. Vị trí của một
vùng thường được xác định thông qua một điểm
nhãn vùng.
 Phép đo chiều dài của đối tượng dạng đường hay
đường ranh giới vùng. Độ dài của đường sẽ bằng
tổng các đoạn hay cung cộng lại. mỗi đoạn đường
8

8






hay cung được xác định bởi điểm khởi đầu và điểm
kết thúc.
Đo khoảng cách giữa 2 đối tượng địa lý là 1 chức
năng quan trọng. các đối tượng địa lý gồm điểm
đường và vùng vì vậy đo khoảng cách có thể thực
hiện với nhiều cặp đối tượng khác nhau như
khoảng cách giữa 2 điểm, khoảng cách giữa 1 điểm
và 1 đường…
Phép đo diện tích được thực hiện với các đối tượng

dạng vùng. Diện tích của vùng thường được đo đạc
thực địa và ghi thành một trường riêng trong tệp dữ
liệu.

Đo đạc với dữ liệu Raster: Các phép đo đạc trên dữ
liệu Raster được thực hiện đơn giản hơn vì cấu trúc dữ
liệu Raster đơn giản hơn Vector.
 Xác định vị trí một điểm là vị trí của pixel trong
lớp dữ liệu Raster. Vị trí của pixel được xác định
bằng tọa độ hang và cột của lớp dữ liệu.
 Diện tích được tính bằng tổng các pixel nhân với
diện tích một pixel. Diện tích của pixel được tính
dựa trên độ phân giải.
Ví dụ, ảnh LANDSATTM có độ phân giải là 30mx30m.
Diện tích của một pixel sẽ là 0.09 ha.
Khoảng cách được tính bằng chuỗi các pixel theo trật tự
nhất định vì đường được hiển thị trong mô hình dữ liệu
Raster là chuỗi các pixel.
•

Câu 6: Nguyên lý chuyển cấu trúc dữ liệu dạng Raster sang
Vector và ngược lại.
9
9


Chuyển dữ liệu trong GIS bao gồm nhiều kiểu khác
nhau, chuyển đổi từ Raster sang Vector và ngược lại là
một trong những dạng chuyển đổi phổ biến.
a. Nguyên lý chuyển đối dữ liệu từ dạng Vector sang

Raster
Trong thực tiễn, rất nhiều dữ liệu địa lý được hiển thị
theo dạng dữ liệu điểm để thực hiện tính toán cần thiết.
 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 sang tương ứng là một pixel. Như vậy,
chuỗi các điểm của dữ liệu Vector được chuyển thành
chuỗi các ô pixel
 Với các dữ liệu dạng vùng, quá trình chuyển đổi từ
Vector sang Raster là sự chia nhỏ vùng cần chuyển
đổi thành các ô vuông phủ chùm vùng cần chuyển
đổi theo đường ranh giới vùng.
Trong 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
vuông lên 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 chuyển đổi.
b.Chuyển đổi từ dữ liệu Raster sang dữ liệu Vector:
Ngoài chuyển đổi từ dữ liệu Vector sang Raster, nhiều
ứng dụng đòi hỏi chuyển đổi từ dữ liệu Raster sang
Vector.
10

10

Hiện nay, ảnh vệ tinh viễn thám, ảnh hàng không dạng
số rất đa dạng và phong phú. Định dạng của các tệp dữ
liệu ảnh vệ tinh viễm thám đều lưu trữ dưới dạng dữ liệu
Raster.
Nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quản lý đất đai đòi hỏi
dữ liệu ở dạng Vector, vì vậy sự chuyển đổi dữ liệu từ
Raster sang Vector là cần thiết
Khái quát hóa quá trình chuyển đổi từ dữ liệu Raster
sang cấu trúc dữ liệu Vector được mô tả khái quát: Ảnh số
thực chất là dãy các ô vuông được mã hóa dưới dạng số và
được xếp theo cấu trúc ma trận vuông. Như vậy, quá trình
chuyển đổi từ Raster sang Vetor là quá trình nhóm các
pixel có cùng giá trị thành các nhóm khác nhau
Câu 7: Chồng xếp các lớp dữ liệu.
Chồng ghép dữ liệu thực hiện trên cả dữ liệu dạng Vector
và Raster. Tuy nhiên, dữ liệu Raster là dễ dàng thực hiện hơn ,
có nhiều ứng dụng hơn.
Trong lĩnh vực quản lý đất đai, các phép tính chồng xếp
dữ liệu Raster được ứng dụng hiệu quả trong đánh giá đất,
định giá đất, quy hoạch sử dụng đất, đánh giá tác động môi
trường của các phương án quy hoạch sử dụng đất.
Vì vậy, nội dung chủ yếu đề cập đến chồng xếp các lớp dữ
liệu dạng Raster.
* Chồng xếp hai lớp dữ liệu Vector
Chồng xếp hai lớp dữ liệu Vector thực hiện trên cả lớp dữ
liệu điểm, đường và vùng. Trong nhiều ứng dụng, chồng xếp
dữ liệu dạng vùng thường hay sử dụng hơn.
* Chồng xếp dữ liệu Raster
11

11


Với dữ liệu Raster, chồng xếp hai lớp dữ liệu được thực
hiện theo từng pixel. Các tính toán cũng được thực hiện theo
cấp độ pixel. Chồng xếp được thực hiện đơn giản hơn dữ liệu
Vector. Sự kết hợp các lớp dữ liệu Raster thông qua các phép
tính toán để cho ra lớp dữ liệu mới. Các phép tính có thể là
các phép tính số học và đại số, phép tính so sánh và Boolean.
• Chồng xếp lớp dữ liệu Raster dựa vào phép tính số học:
Phép tính số học và đại số là các phép tính cộng, trừ,
nhân, chia, hàm số mũ, logarit, các hàm số sơ cấp khác.
Mỗi lớp dữ liệu có thể cộng, trừ, nhân, chia với một hằng
số nhất định.
Ví dụ, cho ba lớp dữ liệu A, B, C, các lớp dữ liệu mới C1,
C2, C3 được tạo ra thông qua các phép tính số học đơn
giản để kết hợp lớp dữ liệu với hằng số. Lớp dữ liệu A
được cộng thêm giá trị 10 để tạo ra lớp dữ liệu mới C1.
Tương tự, ta có thể cộng hai lớp dữ liệu A và B để tạo ra
lớp dữ liệu mới C2. Và cuối cùng, lớp dữ liệu mới C3
được tạo ra từ công thức C3=((A-B)/(A+B))*100.
Chồng xếp các lớp dữ liệu Raster dựa theo phép tính so
sánh:
Phép tính này để đánh giá một điều kiện nhất định. Những
điều kiện đánh giá gồm lớn hơn hoặc bằng (> =), nhỏ hơn
hoặc bằng (< =) và trong khoảng (> và <).
Các phép tính so sánh thường ứng dụng trong truy vấn cơ
sở dữ liệu bản đồ. Ví dụ,
ta chọn tất cả các pixel có mức thích nghi cao và rất cao từ
bản đồ thích nghi cho

một mục đích sử dụng nhất định.
• Chồng xếp các lớp dữ liệu Raster dựa theo phép toán
Boolean Logic:
•

12

12


Phép toán này thực chất là gán giá trị đúng hay sai. Gán
giá trị 1 cho điều kiện đúng và giá trị 0 cho điều kiện sai.
Ví dụ, cho lớp dữ liệu 1 và 2, ta tiến hành so sánh đánh
giá hai lớp dữ liệu theo quy tắc là nếu pixel ở lớp dữ liệu 1
và 2 đều chứa dữ liệu khác không thì lớp dữ liệu kết quả
nhận giá trị 1. Nếu pixel ở một lớp dữ liệu mà có giá trị 0
thì kết quả là 0, ô mất dữ liệu không có giá trị gì (null).
Phép tính Boolean có nhiều ứng dụng trong xác định vùng
đất hay khoanh đất thỏa
mãn nhiều tiêu chí và tiêu chí hạn chế.

13

13