Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình của quận đồ sơn, thành phố hải phòng

MỤC LỤC
“

MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................... 3
Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................... 4
1.1 Mục đích, nhiệm vụ, nội dung và ý nghĩa của đề tài: “ ......................................... 4
1.1.1 Mục đích: ........................................................................................................ 4
1.1.2 Nhiệm vụ: ....................................................................................................... 4
1.1.3 Nội dung: ........................................................................................................ 4
1.1.4 Ý nghĩa của đề tài: .......................................................................................... 4
1.2 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu: .............................................................. 4
1.2.1 Vị trí của khu vực cần nghiên cứu: ................................................................ 4
1.2.2 Đặc điểm của khu vực cần nghiên cứu:........ Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Tài liệu đã có của khu vực nghiên cứu ........................................................... 6
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ GIS ................................................................... 7
2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý: ................................................................ 7
2.2 Khái niệm về GIS: ................................................................................................. 7
2.2.1 Định nghĩa GIS: .............................................................................................. 8
2.2.2 Cơ sỡ dữ liệu GIS: .......................................................................................... 8
2.3 Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS: .......................................... 10
2.4 Các lĩnh vực ứng dụng GIS: ................................................................................ 10
2.5 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý: ......................................................... 11
2.5.1 Con người: .................................................................................................... 12
2.5.2 Dữ liệu: ......................................................................................................... 12
2.5.3 Phần mềm: .................................................................................................... 13
2.5.4 Phần cứng ..................................................................................................... 14
2.5.5 Phương pháp: ................................................................................................ 14
2.6 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý ............................................................. 14
2.7 Cơ sở dữ liệu của GIS ......................................................................................... 18
2.7.1 Khái niệm chung........................................................................................... 18

2.7.2 Các hệ tọa độ dùng trong hệ GIS ................................................................. 20
2.8 Phân tích không gian trong GIS .......................................................................... 24
2.8.1 Phân tích không gian là gì? .......................................................................... 24
2.8.2 Một số ứng dụng của GIS ............................................................................. 25
2.8.3 Quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS .......................................................... 28
2.9 Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia. ................................................................ 35
1


2.9.1 Yêu cầu chuẩn về mô hình ........................................................................... 35
2.9.2 Yêu cầu chuẩn về không gian ....................................................................... 36
2.9.3 Yêu cầu chuẩn về thuộc tính ........................................................................ 36
Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ARCGIS ......................................... 38
3.1. ArcMap: .............................................................................................................. 38
3.1.1. Kiến thức nền về ArcMap: .......................................................................... 39
3.1.2 Làm quen với phần mềm ArcMap: .............................................................. 41
3.2 ArcCatalog: .......................................................................................................... 43
3.3 ArcToolbox:......................................................................................................... 44
Chương 4 : THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CSDL GIS CHO QUẬN ĐỒ
SƠN – THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG .................................................................. 45
4.1 Xây dựng CSDL địa hình quận Đồ Sơn: ............................................................. 45
4.1.1 Quy trình công nghệ tổng thể: ...................................................................... 45
4.1.2 Xây dựng cơ sở không gian: ......................................................................... 47
4.1.3 Xây dựng dữ liệu thuộc tính: ........................ Error! Bookmark not defined.
4.1.4 Quản lí và lưu trữ dữ liệu: ............................................................................ 90
4.1.5 Phân tích dữ liệu. .......................................................................................... 94
4.1.6 Lập báo cáo phân tích dữ liệu: ...................................................................101
4.2 Arcgis Online:.................................................................................................... 102
4.3 Các cách khác để chia sẻ bản đồ: ...................................................................... 105
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 108

2


LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, trong tất cả các ngành, các lĩnh vực, chúng ta đều gặp các
hệ thông tin và xử lý thông tin. Nếu thông tin được lưu trữ đầy đủ chính xác, khoa học
và được cập nhật thường xuyên thì sẽ đóng vai trò quyết định cho mọi công việc. Với
thế mạnh phân tích quản lý và thể hiện dữ liệu thì GIS đang được sử dụng như một hệ
thống các công cụ hữu hiệu để lưu trữ, xử lý, cập nhật, quản lý và xuất các thông tin
địa lý phục vụ cho các nội dung ứng dụng cụ thể khác nhau, đặc biệt trong lĩnh vực
quản lý tài nguyên, quản lý lãnh thổ.
“

“

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế - xã hội và quá trình công nghiệp
hóa hiện đại hóa đất nước, quản lý đô thị hóa ở Hải Phòng cũng diễn ra nhanh chóng.
“

“

Là sinh viên năm cuối của trường Đai học Hàng Hải Việt Nam - chuyên ngành
Bảo Đảm An Toàn Hàng Hải, đồng thời là công dân của thành phố cảng Hải Phòng,
kết thúc khóa học tại trường em đã lựa chọn và thực hiện đề tài tốt nghiệp:
“

“

“Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình của quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng”
Mặc dù bước đầu gặp khá nhiều khó khăn, song em đã nhận được sự giúp đỡ của
các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn – Th.S Lê Sỹ Xinh đã chỉ
bảo cho em rất tận tình, giúp em có thể hoàn thành được việc thực hiện đề tài tốt
nghiệp. Tuy nhiên do hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế, nên dù đã cố gắng
nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi có nhiều sai sót. Do vậy em mong nhận được sự
góp ý của quý thầy cô và của các bạn sinh viên, để bài làm của mình có thể được hoàn
thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn An
toàn đường thủy, đã giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên

“

“

Nguyễn Lê Vân

“

“

3


Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Mục đích, nhiệm vụ, nội dung và ý nghĩa của đề tài:

“

1.1.1 Mục đích:

Tìm hiểu, nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Arcgis bản 10.2.2 trong xây dựng
CSDL phục vụ quy hoạch cho quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng.
1.1.2 Nhiệm vụ:

-

Khái niệm thuộc tính, không gian, cơ sở dữ liệu

-

Nghiên cứu về khái niệm, khuôn dạng, đặc điểm, cơ sở toán học của bản đồ
địa hình

-

Xây dựng CSDL bằng phần mềm ArcGis cho quận Đồ Sơn, thành phố Hải
Phòng.

1.1.3 Nội dung

:

- Nghiên cứu các thông tin cơ sở toán học, địa giới hành chính, giao thông, địa
hình, thủy hệ, dân cư, thực vật của quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng.
- Số hóa bản đồ địa hình quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng.
- Sử dụng phần mềm Arcgis để xây dựng CSDL GIS.
1.1.4 Ý nghĩa của đề tài

:

- Kết quả của đề tài là tiền đề để phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý khu
vực quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng về các lĩnh vực như: quy hoạch đô thị, quản lý
hành chính, thực vật,…
- Giúp chúng ta có một cái nhìn bao quát và dễ dàng hơn về quận Đồ Sơn, thành
phố Hải Phòng.
1.2 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu

:

1.2.1 Vị trí của quận Đồ Sơn:

Tọa độ: 20°42’49”B 106°47’22”Đ

“

“

Đồ Sơn là một quận của thành phố Hải Phòng, cách trung tâm thành phố khoảng
20 km về hướng đông nam.Đồ Sơn tiếp giáp với huyện Kiến Thụy về phía tây và tây
bắc, tiếp giáp với Biển Đông ở các hướng còn lại. Nước biển ở khu vực này (nhất là
Khu II) khá đục, nguyên nhân do ở phía nam và phía bắc của quận là 2 cửa sông Văn
Úc và Lạch Tray, thuộc hệ thống sông Thái Bình đổ ra biển kèm theo nhiều phù sa,
thêm vào đó việc quai đê lấn biển ở đảo Hòn Dấu để xây dựng các khu nghỉ dưỡng cao
cấp. Dù vậy nhưng Đồ Sơn vẫn là một điểm đến thu hút một lượng lớn khách du lịch.

4

Hình 1-1. Quận Đồ Sơn, Hải Phòng
1.2.2 Đặc điểm của quận Đồ Sơn:

Quận Đồ Sơn được thành lập ngày 12 tháng 9 năm 2007 trên cơ sở toàn bộ diện
tích của thị xã Đồ Sơn cũ theo nghị định 145/2007/NĐ-CP của Chính phủ
nước CHXHCN Việt Nam .
“

“

Về hành chính: Quận Đồ Sơn có 51.417 người và có 4.237,29 ha diện tích tự
nhiên. Quận có 7 phường bao gồm: Vạn Sơn, Vạn Hương, Ngọc Xuyên, Ngọc Hải,
Minh Đức, Hợp Đức, Bàng La.
“Về lịch sử: Đồ Sơn là bãi biển nổi tiếng từ thời nhà Nguyễn và thời Pháp thuộc.
Đồ Sơn cũng được nhắc đến trong truyện Trống mái (1936) của nhà văn Khái Hưng.”
“Thị xã Đồ Sơn được thành lập ngày 14 tháng 3 năm 1963, trên cơ sở tách khu
vực Đồ Sơn và 2 xã: Ngọc Hải và Vạn Sơn thuộc huyện Kiến Thụy. Từ đó thành lập 4
phường: Ngọc Xuyên, Ngọc Hải, Vạn Sơn, Vạn Hương. Ngày 7 tháng 4 năm 1966,
chuyển xã Bàng La trực thuộc huyện Kiến Thụy vào thị xã Đồ Sơn. Ngày 5 tháng 3
năm 1980, sáp nhập vào huyện Kiến Thụy thành huyện Đồ Sơn, gồm 1 thị trấn Đồ Sơn
và 24 xã: Minh Tân, Tân Phong, Tú Sơn, Đại Hợp, Đoàn Xá, Tân Trào, Ngũ Đoan,
Đại Hà, Thanh Sơn, Thụy Hương, Kiến Quốc, Ngũ Phúc, Thuận Thiên, Hữu Bằng,
Đại Đồng, Đông Phương, Hợp Đức, Hòa Nghĩa, Tân Thành, Hải Thành, Đa Phúc,
Hưng Đạo, Anh Dũng, Bàng La. Huyện lị đặt tại thị trấn Núi Đối (xã Thanh Sơn thành lập năm 1986). Tháng 6 năm 1988, tách huyện Đồ Sơn thành 2 đơn vị hành
chính như cũ là thị xã Đồ Sơn và huyện Kiến Thụy. Từ đó, thị xã Đồ Sơn có 4
phường: Ngọc Xuyên, Vạn Hương, Vạn Sơn, Ngọc Hải và một xã Bàng La. Ngay 12
tháng 9 năm 2007, thị xã Đồ Sơn được nâng cấp thành quận Đồ Sơn theo nghị định số
145/2007/NĐ-CP của Chính phủ Việt Nam (bao gồm xã Hợp Đức thuộc huyện Kiến
5

Thụy, và chia thành 2 phương: Minh Đức và Hợp Đức, chuyển xã Bàng La thành
phường Bàng La)”
Về kinh tế - xã hội: Cơ cấu kinh tế của toàn huyện, trong đó ngành đánh bắt thủy
sản và nông nghiệp chiếm 23%, ngành du lịch và dịch vụ chiếm khoảng 70% và công
nghiệp xây dựng khoảng 7%. Theo ước lượng, đến năm 2005, GDP đạt khoảng
1.100USD trên đầu người.
Đồ Sơn là một khu du lịch, nghỉ dưỡng thu hút một lượng lớn khách du lịch trong
và ngoài nước đến tắm biển, leo núi, nghỉ ngơi, và ngắm nhìn phong cảnh biển tuyệt
đẹp lúc hoàng hôn.
Đồ Sơn có một sự kết hợp hài hòa giữa những ngọn đồi thông, phi lao với biển cả
mênh mông đậm màu phù sa, cát trắng mịn màng…Trong thời phong kiến, nơi đây là
một địa điểm mà vua chúa, quan lại đô hộ thường xuyên lui tới nghỉ ngơi, hưởng thụ.
Có tất cả 3 bãi tắm chính tại đây, là khu I, khu II và khu III.
Khu du lịch đảo Dáu với bể bơi nhân tạo thuộc hàng lớn nhất Châu Á, có vườn
chim, vườn thú, khu vui chơi giải trí, các khách sạn đẳng cấp 3 đến 5 sao, đặc biệt
không thể thiếu ngọn hải đăng cổ kính hơn trăm năm tuổi. Kể từ khi được tu sửa khang
trang, nơi đây còn có thêm khu "Đà Lạt thu nhỏ", hằng năm được rất đông du khách
đến vui chơi giải trí vào những ngày hè .
“

”

Đồ Sơn còn có vinh dự là nơi có đảo Hoa Phượng – hòn đảo nhân tạo đầu tiên
của Việt Nam.Đảo Hoa Phượng được đặt tại ngay trung tâm của khu du lịch, được
trang bị đầy đủ những tiện nghị hiện đại, như một trung tâm thương mại cao cấp. Đảo
bao gồm khách sạn đẳng cấp 5 cao, khu biệt thự nghỉ dưỡng, bể bơi nhân tạo, bến du
thuyền,…Trong tương lai, đảo Hoa Phượng là một điểm dừng chân lí tưởng của du
khách đến nghỉ dưỡng.
Hiện nay, tại Đồ Sơn có sòng bạc Do Son Casino, thu hút rất nhiều du khách

quốc tế đến chơi, đặc biệt phải kể đến người Trung Quốc. Tuy nhiên người dân nội địa
thì không được cho phép vào đây.
Một di tích cần phải nhắc đến khi nói về Đồ Sơn, đó là di tích Bến tàu không số,
nằm ở chân đồi Nghĩa Phong.Du khách sẽ có thêm nhiều hiểu biết về con đường Hồ
Chí Minh đầy gian khổ nằm trên biển.
Về văn hóa: Đồ Sơn là nơi tọa lạc của Đền Bà Đế. Cứ mỗi dịp Lễ Tết, người dân
khắp nơi lại đổ về đây để cầu phúc cho một năm nhà cửa êm ấm, mưa thuận gió hòa.
1.2.3 Tài liệu đã có của khu vực nghiên cứu

“

- Bản đồ địa hình quận Đồ Sơn, tỉ lệ 1/10.000
“

“

- Trang web của quận Đồ Sơn: />“

“

- Trang Wikipedia của quận Đồ Sơn: />“

“

6


Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ GIS
2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý

:

Địa lý (geography) được hình thành từ hai khái niệm: trái đất (geo-earth) và
tiến trình mô tả (graphy). Như vậy, địa lý được xem như tiến trình mô tả trái đất.Khi
mô tả trái đất, các nhà địa lý luôn đề cập đến quan hệ không gian.Chìa khóa của
nghiên cứu các quan hệ không gian là bản đồ.Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế thì bản đồ
là biểu diễn bằng đồ họa tập các đặc trưng trừu tượng và các quan hệ không gian trên
bề mặt trái đất. Nói một cách khác bản đồ là quá trình chuyển đổi từ thông tin bề mặt
trái đất sang bản đồ giấy.
“

“

Hệ thống thông tin là tập các tiền xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông tin
có ích cho công tác lập quyết định. Chúng bao gồm các thao tác dẫn chúng ta đi từ lập
kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lưu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử dụng các
thông tin suy diễn trong việc lập quyết đinh. Theo quan niệm này thì bản đồ cũng là
một loại hệ thông tin. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy diễn từ nó được
sử dụng vào công việc lập quyết định.
“

Hệ thông tin địa lý là hệ thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu quy
chiếu không gian hay tọa độ địa lý. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý được hình
thành dựa trên 3 khái niệm: hệ thống, thông tin, địa lý, và được viết tắt là GIS. Diễn
giải ý nghĩa của chúng như sau:
-

USA: Geographic Information System
Australia, England, Canada: Geographical Information System
Nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của Hệ thông tin địa lý và các công nghệ

thông tin địa lý: Geographic Information Science
Nghiên cứu về ngữ cảnh xã hội của thông tin: Geographic Information Studies

Khái niệm “địa lý” được sử dụng vì đầu tiên, GIS liên quan đến các đặc trưng
không gian hoặc địa lý. Các đặc trưng này được ánh xạ hay liên quan đến các đối
tượng không gian. Các đối tượng này có thể là các đối tượng văn hóa, kinh tế hay vật
lý trong tự nhiên.“Các đặc trưng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không
gian trong thế giới thực.Biểu tượng, màu và kiểu đường được sử dụng để thể hiện các
đặc trung không gian khác nhau trên bản đồ 2D.”
“Khái niệm “thông tin” đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý. Các
đối tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ-số thuộc tính hay đặc tính (còn
gọi là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần cho lưu trữ,
quản lý các đặc trưng không gian.”
“Khái niệm “hệ thống” đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Mỗi trường
hệ thống GIS được chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhưng chúng
được tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn. Công nghệ thông tin đã trở thành
quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều được xây
dựng trên cơ sở máy tính.” [Theo />2.2 Khái niệm về GIS

:

Thông tin địa lý bao gồm dữ liệu về bề mặt trái đất và các diễn giải dữ liệu để
con người dễ hiểu. Nhìn chung thì thông tin địa lý được thu thập từ bản đồ hay được
“

7


thu thập thông qua đo đạc, viễn thám, điều tra, phân tích hay mô phỏng. Thông tin địa
lý bao hàm hai loại dữ liệu: không gian và phi không gian .

“

2.2.1 Định nghĩa GIS:

Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng đều có điểm giống nhau như:
bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS. So
với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách
biệt nhau. Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ
liệu. Sau đây là một số định nghĩa GIS hay sử dụng :
“

“

-

-

“GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng, trong đó hệ trục tọa độ không gian là
phương tiệm tham chiếu chính. GIS gồm các công cụ để thực hiện các công
việc như:
+ Nhập DL từ bản đồ giấy, số liệu điều tra, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và các
nguồn khác.
+ Biến đổi DL, phân tích, mô hình hóa, bao gồm các DL thống kê và không
gian.
+Lưu trữ DL, khai thác và truy vấn cơ sở dữ liệu.
+ Lập báo cáo bao gồm các bảng biểu, biểu đồ, kế hoạch bà các bản đồ chuyên
đề.” [Theo dự án The Geographer’s Craft, đại học Texas]
“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 DL quy chiếu không gian
để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp” [Theo David Cowen,

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 .
“

“

Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn, song con người luôn mong lưu
trữ, quản lý các dữ liệu về thế giới thực thế nên phải có CSDL lớn vô hạn để lưu trữ
thông tin chính xác về chúng. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới
thực và máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến
trình đơn giản hóa hay trừu tượng hóa. Trừu tượng là đơn giản một cách thông minh,
trừu tượng cho ta tổng quát hóa và ý tưởng hóa vấn đề đang xem xét, loại bỏ các chi
tiết dư thừa mà chỉ tập trung vào các điểm chính, cơ bản. Các đặc trưng đại lý phải
được biểu diễn bởi các thanh phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy
tính .
“

“

Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu
và nguồn dữ liệu khác biệt. 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 côngcụ,
các thao táchiển thị, truy vấn, mô phỏng... Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới
về không gian.Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác
các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng.GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành
các tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau .
“

“

2.2.2 Cơ sỡ dữ liệu GIS

:

8


CSDL GIS là một nhóm xác định các dữ liệu trong một cấu trúc của một phần
mềm quản lý CSDL, đó là tập hợp của các dữ liệu không gian và phi không gian .
“

“

- Dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm
tạo độ, quy luật và các ký hiệu dùng để sác định một hình ảnh cụ thể trên bản
đồ .
“

“

- Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính): diễn tả đặc tính, số lượng, mối
quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng .
“

“

Bảng 2-1. Cơ sở dữ liệu GIS

Dữ liệu không gian

Dữ phi liệu không gian
Dạng thông tin

Điểm, đường, vùng, ghi chú.

Thuộc tính, tham khảo địa lý, chỉ số
địa lý, các quan hệ không gian.

Lưu trữ dạng
Tọa độ, ký hiệu, chấm điểm, quy luật
hiển thị.

Chữ số, ký tự...

Ví dụ tại thành phố Hải Phòng. Chúng ta có thể tách bản đồ ra thành các tầng
như trong hình vẽ dưới đây:
“

“

Tầng biên hành
chính

Tầng khách hàng

Tầng đường quốc lộ

9

Tầng nhà ở

Hình 2-1. Tầng bản đồ
“

“

2.3 Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS:

GIS được xây dựng dựa trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác
nhau để tạo ra một ngành khoa học mới. Trong đó :
“

“

 Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết tới vấn đề hiểu thế giới và vị
trí của con người trong thế giới, cung cấp các kỹ thuật phân tích không
gian .
“

“

 Ngành bản đồ: bản đồ chính là dữ liệu đầu vào của GIS đồng thời cũng
là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS .
“

“

 Công nghệ viễn thám, ảnh máy bay: ảnh viễn thám và ảnh máy bay là
nguồn dữ liệu quan trọng của GIS. Viễn thám bao gồm cả kĩ thuật thu
thập và xử lý dữ liệu mọi vị trí trên địa cầu với giá rẻ, ảnh máy bay và kỹ
thuật đo chính xác của chúng là nguồn dữ liệu chính xác về độ cao bề
mặt trái đất sử dụng làm đầu vào của GIS .
“

“

 Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh
giới đất đai, nhà cửa ...
“

“

 Ngành đo đạc, thống kê: cung cấp các vị trí cần quản lý và các phương
pháp phân tích dữ liệu GIS. Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong
việc hiểu các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong dữ liệu GIS .
“

“

 Khoa học tính toán: tự động thiết kế bằng máy tính cung cấp các kỹ thuật
nhập, hiển thị, biểu diễn dữ liệu. Máy tính hoạt động như một chuyên gia
trong việc thiết kế bản đồ, phát sinh các dặc trưng bản đồ .
“

“

 Toán học: các ngành như hình học, đồ thị được sử dụng trong thiết kế và

phân tích dữ liệu không gian .
“

“

2.4 Các lĩnh vực ứng dụng GIS:

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử dụng dữ
liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích
không gian để trả lời các câu hỏi của người dùng như :
“

“

 Có cái gì ở...? Nhận diện: nhận biết tên hay các thông tin khác của đối
tượng nào đó trên bản đồ .
“

“

 ... ở đâu? Vị trí: chỉ ra một hoặc nhiều vị trí thỏa mãn yêu cầu người
dùng .
“

“

10


 Cái gì thay đổi từ...? Xu thế: câu hỏi liên quan trực tiếp đến các dữ liệu

không gian tạm thời, ví dụ như câu hỏi liên quan tới phát triển thành phố
sẽ đưa ra các vùng qui hoạch chính trên bản đồ GIS .
“

“

 Đường đi nào tốt nhất từ... đến...? Tìm đường đi tối ưu: dựa trên cơ sở
mạng lưới của đường đi cho biết đường đi nào là rẻ nhất, ngắn nhất... mở
rộng ra là đường đi qua một hệ thống điểm .
“

“

 Giữa... và ... có quan hệ gì? Mẫu: câu hỏi này khác phức tạp tác động
trên nhiều tập dữ liệu như quan hệ giữa vị trí nhà máy và địa phương, khí
hậu và vùng sản xuất ...
“

“

 Cái gì xẩy ra nếu...? Mô hình: đây là câu hỏi liên quan đến các hoạt động
lập kế hoạch và dự án như khi nâng cấp hệ thống giao thông tại Hải
Phòng thì ảnh hưởng thế nào tới mạng lưới cung cấp điện, điện thoại,
nước, dân cư ...
“

“

 Dưới đây là một vài ứng dụng chủ yếu của GIS trong thực tế :
“

“

 Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: bao gồm các chức năng
tìm kiếm địa chỉ, tìm ví trí khi biết địa chỉ đường phố; điều khiển đường
đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ; phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng
các công trình công cộng; lập kế hoạch phát triển đường giao thông .
“

“

 Giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường: bao gồm chức năng quản lý
tài nguyên, phân tích tác động môi trường ...
“

“

 Quản lý đất đai: lập kế hoạch cùng, miền sử dụng đất; quản lý tưới tiêu ...
“

“

 Quản lý và lập các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm địa
điểm cho các công trình ngầm; quản lý, bảo dưỡng công trình ...
“

“

 Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và
các dịch vụ công cộng khác ...

“

“

2.5 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý:

Hệ thống GIS có 5 thành phần chính, bao gồm people (con người), data (dữ
liệu, software (phần mềm), hardware (phần cứng), method (phương pháp). Để GIS
có thể hoạt động hiệu quả thì 5 thành phần này phải hoàn chỉnh và cân bằng với
nhau.
“

11


Hình 2-2. Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý
“

2.5.1Con người:
“Con người ở đây là các chuyên viên tin học, chuyên gia GIS, thao tác viên
GIS, phát triển ứng dụng GIS bao gồm”:
 “Người sử dụng hệ thống: là những người sử dụng GIS để giải quyết các
vấn đề không gian. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra
lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng
để truy vấn dữ liệu địa lý. Những người này phải thường xuyên được đào
tạo lại do GIS thay đổi liên tục và yêu cầu mới của kỹ thuật phân tích”
 “Thao tác viên hệ thống: có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để
người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa
khi chương trình bị tắc nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực
hiện các phân tích có độ phức tạp cao. Họ còn làm việc như quản trị hệ

thống, quản trị CSDL, an toàn, toàn vẹn CSDL tránh hư hỏng, mất mát
dữ liệu”.
 “Nhà cung cấp GIS: cung cấp các phần mềm, cập nhật phần mềm,
phương pháp nâng cấp cho hệ thống”.
 “Nhà cung cấp dữ liệu: là các cơ quan nhà nước hay tư nhân cung cấp
các dữ liệu sửa đổi từ nhà nước”.
 “Người phát triển ứng dụng: là những lập trình viên, họ xây dựng giao
diện người dùng, giảm khó khăn các thao tác cụ thể trên hệ thống GIS”...
 “Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: là nhóm người chuyên nghiên cứu
thiết kế hệ thống, được đào tạo chuyên nghiệp có trách nhiệm xác định
các mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ
thuật phân tích đúng đắn…”
2.5.2 Dữ liệu:
12


Dữ liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced
data) riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những
thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính
(attributes) của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các
thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là :
“

“

Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một
khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ
liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như
máy in, máy vẽ .
“

“

Dữ liệu Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng
có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu .
“

“

Dữ liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều
nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh
Vệ tinh và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster .
“

“

Số liệu thuộc tính (Attribute): được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số,
hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý. Trong các dạng
số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất
hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ...và thực hiện
các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được
dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường
nhất hiện nay là số hoá (digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử
dụng máy quét ảnh (Scanner) .
“

“

2.5.3 Phần mềm:

Một hệ thống GIS bao gồm nhiều môdun phần mềm. Khả năng lưu trữ, quản lý
dữ liệu không gian bằng hệ quản trị CSDL địa lý là khía cạnh quan trọng nhất của GIS.
Một phần mềm xử lý GIS tốt phải cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý,
phân tích không gian dễ dàng, chính xác .
“

“

Thu
thập dữ
liệu

Chuyển
đổi dữ
liệu

Giao
diện
người
dùng

Quản trị
CSDL địa lý

Hiển thị,
báo cáo,
thống kê

Phân
tích

không
gian

13


Hình 2-3. Phần mềm GIS
“

“

2.5.4 Phần cứng

Gồm máy vi tính, các thiết bị ngoại vi như bàn số hoá (DIGITIZER), máy quét
(SCANNER), máy in (PRINTER), máy vẽ (PLOTTER), đĩa CD.Ngày nay, phần mềm
GIS chạy được trên nhiều chủng loại phần cứng khác nhau, từ các máy chủ trung tâm
(computer servers) tới các máy tính desktop được sử dụng riêng lẻ hoặc nối mạng .
“

“

Hình 2-4. Phần cứng
“

“

2.5.5 Phương pháp:

“Là việc phân tích dữ liệu không gian như tạo vùng đệm, phân tích vùng lân cận,
phân tích thống kê không gian…phân tích và ghi các dữ liệu thuộc tính về biến…

Ngoài ra, GIS còn sử dụng các phương pháp nội suy không gian dựa trên điểm,
vùng… sử dụng phương pháp đo và tính toán, chuyển hệ tọa độ nhằm mục đích trả lời
những câu hỏi được đặt ra hay bài toán cần giải quyết.”
2.6 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý

“Trong những chương trước đã nêu khái quát thế nào là hệ thống thông tin địa lý
và đã có một số khái niệm về các loại dữ liệu không gian, phi không gian, và sự tương
tác lẫn nhau giữa các loại dữ liệu đó. Trong chương này tiếp tục trình bày về những
đặc điểm mà hệ thống thông tin địa lý có thể làm được. Phần lớn các phần mềm về
GIS đều có các chức năng mà có thể phân ra thành 5 đặc trưng sau:”
1. Nhập dữ liệu
“

“

2. Xử lý dữ liệu sơ bộ
“

“

14


3. Lưu trữ và biên tập dữ liệu
“

“

4. Tìm kiếm và phân tích không gian
“

5. Hiển thị và tương tác
“

“

“

Mỗi phần mềm khác nhau sẽ có những khả năng khác nhau trong mỗi chức năng
nêu ở trên. Có những chức năng mạnh, có chức năng yếu và chúng cũng sử dụng
những thuật toán và các hàm khác nhau để thực hiện các chức năng trên. Hình 2.3
biểu diễn mối quan hệ giữa những chức năng của hệ thống thông tin địa lý .
“

“

Hiện tượng quan sát Tài liệu và bản đồ giấy
Thu thập
dữ liệu
Dữ liệu thô
CSDL

Lưu trữ và
khai

Xử lý sơ bộ
dữ liệu

Hiển thị và
tương tác

Thiết bị
đồ họa

Dữ liệu có cấu
trúc
Tìm kiếm
và phân
tích
Diễn giải
Hình 2-5.
Hình 2-6. Khái quát về 5 loại chức năng của GIS
“

2.6.2 Nhập dữ liệu
“

“

“

“Là việc thu nhận dữ liệu thực hoặc từ những văn bản hoặc bản đồ sẵn có để đưa
vào hệ thống phần mềm GIS. Nhập dữ liệu là một quá trình đọc dữ liệu dưới khuôn
dạng mà hệ phần mềm có thể xử lý được. Có rất nhiều loại khuôn dạng format để nhập
vào và mỗi loại dữ liệu lại có một số loại format khác nhau. Ví dụ như dữ liệu
không gian có thể đọc các loại format như: DLG,DGN, DXF và NTF, SHP. GIS
có thể nhập các loại format ảnh như là các ảnh hàng không quét mà nó thường
được lưu trữ dưới dạng TIFF hay GIF. Hiện nay có rất nhiều loại dữ liệu
không gian và có thể thu thập theo nhiều cách khác nhau như là: dữ liệu khảo sát
trực tiếp ngoài thực địa, được nhập vào dưới dạng sổ đo, dữ liệu ảnh hàng không dưới

dạng tương tự sau đó được quét và chuyển sang dạng số, ảnh vệ tinh số, bản đồ giấy ở
các tỷ lệ khác nhau rồi được quét hoặc vector hóa trực tiếp bằng bàn số hóa. Dữ liệu
phi không gian cũng có thể được nhập trực tiếp từ các tài liệu có liên quan
như các tài liệu thống kê, các bản đồ, và các số liệu điều tra thu thập”
15


Dữ liệu địa lý có thể dùng được 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 gọi là quá trình “ Số hóa”.
“

“

2.6.3 Xử lý dữ liệu
“

“

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 .
“

“

Những công việc chính của xử lý dữ liệu bao gồm :

“

“

- Tạo Topology cho các dữ liệu vector
“

“

- Phân loại các đối tượng cho các loại ảnh viễn thám
“

“

- Chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector và ngược lại
“

- Nội suy mô hình số địa hình
“

- Chuyển đổi hệ quy chiếu
“

2.6.4 Lưu trữ dữ liệu
“

“

“

“

“

Chức năng của lưu trữ dữ liệu liên quan đến việc tạo ra cơ sở dữ liệu không
gian. Trong thực tế nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm việc kết nối dữ liệu
không gian vector và (hoặc ) dữ liệu không gian raster và cơ sở dữ liệu thuộc tính mà
thuộc tính này chính là dữ liệu tham khảo của các đối tượng không gian được liên kết
với chúng .
“

“

Như đã nói ở trên thì dữ liệu thuộc tính thường được lưu dưới dạng bảng và lưu
giữ những thông tin liên quan đến các đối tượng không gian, nhưng đôi khi các dữ liệu
trong bảng thuộc tính bao gồm các giá trị của dữ liệu không gian ví dụ như diện tích,
chiều dài của đối tượng mà nó có thể nhận được từ dữ liệu không gian đã được xử lý
để taọ liên kết topology .
“

“

Đối với dữ liệu raster, các file thuộc tính thường có liên quan đến các lớp đối
tượng ví dụ như đất hoặc thực vật mà không giống như đối với dữ liệu vector là có liên
kết với từng đối tượng riêng biệt .
“

“

Sự lựa chọn dữ liệu không gian được tổ chức phù hợp với mô hình vector hay
raster thì được làm ở khâu thu nhận dữ liệu, do đó mỗi mô hình dữ liệu sẽ có những
cách tiếp cận thông tin khác nhau. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, rất nhiều cơ sở dữ
liệu GIS có thể duy trì cả hai mô hình dữ liệu không gian.Khi xây dựng dữ liệu không

gian, nó có thể cần thiết kết nối với nhau những bảng của dữ liệu mà nó liên quan đến
cùng một hiện tượng, nó được mô tả như một toán tử kết nối .
“

“

Soils-ID

Samp-date

pH

O.M.

ParcelID

A

26/7/95

4.0

0.50

003

B

26/7/95

6.5

0.25

004

C

27/7/95

5.0

0.33

005
16


D

27/7/95

5.0

0.45

006

Hình 2-7. Lưu trữ dữ liệu
Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng file đơn

giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và lượng người dùng cũng nhiều
lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (eDBMS) để giúp cho việc
lưu trữ, tổ chức và quản lí thông tin: SQL, Access, Exel ,…
“

“

2.6.5 Tìm kiếm và phân tích không gian
“

“

“Lập bản đồ và phân tích các đối tượng có tham chiếu vị trí địa lý không phải là
kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương
pháp thủ công trước đây.Trước khi có công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những
kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và
đưa ra các quyết định. GIS vừa cung cấp phương thức hỏi đáp đơn giản vừa hỗ trợ các
công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và
các nhà nghiên cứu. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó
có hai công cụ quan trọng đặc biệt là phân tích liền kề và phân tích chồng xếp - chồng
chập.Nhóm này tạo nên ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tính phân
tích.”
“Việc tìm kiếm và lưu trữ dữ liệu GIS thông thường là do để giải quyết một số
vấn đề hoặc để đưa ra những quyết định có liên quan đến những ứng dụng đặc biệt. Để
có câu trả lời về thế giới thực bằng việc sử dụng các ngôn ngữ hỏi đáp và đó chính là
việc phân tích không gian. Phép phân tích không gian sử dụng từ những phép số học
đơn giản đến những phép logic hoặc những phân tích mô hình phức tạp”
“Phần lớn các hệ thống phần mềm GIS đều có đủ các chức năng để phân tích
không gian, chúng được khái quát bằng một số chức năng sau đây”
- Tìm kiếm (Searching), truy vấn (Query)

“

“

- Phân tích chồng xếp, chồng chập (Overlay)
“

- Phân tích liền kề - vùng đệm (Buffer zone)
“

- Nội suy không gian (Spatial Interpolation)
“

- Thực hiện các phép toán với dữ liệu raster
“

2.6.6 Hiển thị và tương tác
“

“

“

“

“

“

“Sau khi đã xử lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và lưu trữ chúng trong một thiết bị

lưu trữ dữ liệu như ổ cứng, đĩa CD ROM, hoặc DVD ROM chúng ta có thể hiển thị
các thành quả của GIS lên màn hình, hoặc đưa chúng ra máy in bằng những hệ thống
phần mềm của GIS. Đối với việc hiển thị bản đồ trên màn hình, các hệ thống phần
mềm GIS rất linh hoạt, chúng có thể biểu diễn nhiều bản đồ khác nhau bằng việc lựa
chọn các lớp bản đồ hiển thị. Ví dụ như để hiển thị bản đồ hiện trạng sử dụng đất
chúng ta có thể mở lớp chuyên đề về sử dụng đất kết hợp với một số lớp khác như
đường giao thông, điểm độ cao, đường bình độ…”

17


Hình 2-8. Lớp sông, hồ và lớp vị trí điểm giếng khoan
“

khai thácnước ngầm

“

“Khi hiển thị các lớp bản đồ trên màn hình chúng ta có thể hiển thị thêm các
thông tin thuộc tính của từng lớp bản đồ bằng công cụ Info, hoặc chúng ta có thể hiển
thị nhãn của các đối tượng lên màn hình (hình vẽ 2-5)”
“Chúng ta cũng có thể hiển thị các mô hình số địa hình dưới dạng không gian 3
chiều, thay đổi bảng mầu, tông mầu, độ sáng … hoặc tạo ra các hiển thị dưới dạng
hình động (animation). Hình 2-6 biểu diễn việc hiển thị mô hình số địa hình của vùng
Kagoshima – Nhật bản.”

Hình 2-9. Mô hình số địa hình của Kagoshima (Nhật bản)
“

(sử dụng GRASS GIS 6.0)

“

2.7 Cơ sở dữ liệu của GIS
2.7.1 Khái niệm chung

+ Cơ sở dữ liệu (Database): Là một ngân hàng dữ liệu, phần lớn có thể truy cập,
lưu trữ và chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau.Dữ liệu trong GIS bao gồm dữ liệu
“

18


không gian và dữ liệu phi không gian.Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác
nhau về yêu cầu lưu trữ dữ liệu, hiệu quả, xử lí và hiển thị .
“

- Dữ liệu không gian( dữ liệu địa lý): là những mô tả số của đối tượng bản đồ,
chúng bao gồm tọa độ, quy luật và kí hiệu dùng để xác định một đối tượng cụ thể. GIS
dùng các số liệu không gian để tạo ra đối tượng trên bản đồ hay hình ảnh trên màn
hình hoặc bản đồ giấy.
“

“

Dữ liệu có thể khai thác từ các tư liệu sau :

“

“

+ Ảnh hàng không-Ảnh vệ tinh .
“

“

+ Bản đồ trực ảnh .
“

“

+ Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không-ảnh vệ tinh .
“

“

+ Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất .
“

“

+ Bản đồ địa chính .
“

“

+ Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình .
“

“

Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng Vector hoặc
Raster hoặc hỗn hợp Raster-Vector.Các dữ liệu địa lý dạng vector được phân lớp
thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường người ta hay phân lớp
theo tính chất thông tin:lớp địa hình, lớp dân cư…Trong nhiều trường hợp để quản lý
sâu hơn người ta sẽ phân lớp chi tiết hơn. Ví dụ lớp thủy văn được phân thành các lớp
con: sông lớn, sông nhỏ, ao hồ ,…
“

“

- Dữ liệu phi không gian: là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của
các đối tượng bản đồ với vị trí địa lý của chúng.Các số liệu phi không gian còn gọi là
các dữ liệu thuộc tính, có liên quan đến vị trí đối tượng và liên kết chặt chẽ với chúng
qua cơ chế thống nhất chung. Có 2 loại dữ liệu thuộc tính :
“

“

+ Dữ liệu thuộc tính định lượng: Mô tả các yếu tố định lượng như kích thước,
diện tích .
“

“

+ Dữ liệu thuộc tính định tính:Mô tả các yếu tố định tính như phân lớp, kiểu,
tên, tính chất .
“

“

-“Mối quan hệ giữa dữ liệu địa lí và dữ liệu thuộc tính: GIS sử dụng phương
pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu trên thông qua bộ xác định hay chỉ số Index,
đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn các thông tin thuộc tính, phản ánh
đúng hiện trạng và các điếm riêng biệt của đổi tượng. Đồng thời qua đó người sử dụng
dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu”
“Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thế hiện
theo sơ đồ sau:”

19


Hình 2-10. Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính
“

“

+“Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS):Là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ
cơ sở dữ liệu. 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”
+“Topology: Là một thủ tục toán học sử dụng để xác đinh mối quan hệ giữa các
đối tượng địa lý. Trong bản đồ số Topology xây dựng các hệ giữa các đối tượng, nhận
biết các vùng cận nhau và có thể tự động nhận biết các đối tượng vùng, điểm, đường
theo các đặc tính hình học của chúng”
2.7.2 Các hệ tọa độ dùng trong hệ GIS

“Các vị trí của các đối tượng trên bề mặt trái đất có thể được tham chiếu từ một
mặt cầu. Tuy nhiên, để tạo mới một cơ sở dữ liệu địa lý và thể hiện các sản phẩm bản
đồ phản ánh đúng thực tế tồn tại của chúng đòi hỏi phải xây dựng một hệ tọa độ thống
nhất gắn liền với quả đất”

2.7.2.1 Hệ tọa độ dùng trong tham chiếu GIS
““

“Hệ tọa độ của khung tham chiếu cần thiết cho đo vẽ và tìm kiếm thông tin địa
lý, cho phép xác định vị trí bằng khoảng cách hay hướng từ điểm, đường hay bề mặt
cố định”
“Dữ liệu trong GIS có thể tham chiều theo các hệ tọa độ khác nhau: Hệ tọa độ
phẳng, hệ tọa độ địa tâm, hệ tọa độ địa lý, hệ tọa độ tương đối và theo địa chỉ”

Hình 2-11. Các hệ tham chiếu GIS
“

“

20


“Các hệ tọa độ không trực tiếp cho khoảng cách, nhưng nó được tính theo bán
kính trái đất tại vị trí trên bề mặt. Do kinh độ và vĩ độ thể hiện vị trí trong không gian
ba chiều, cho nên khi đo vẽ bản đồ chúng được biến đổi về hệ tọa độ Đề các hay cũng
gọi là lưới chiếu bản đồ. Ta gọi phép chiếu này là phép chiếu bản đồ”
“Nguyên tắc phép chiếu bản đồ là biến đổi bề mặt cong của Trái đất lên mặt
phẳng, hình trụ hay hình nún rồi trải ra thành mặt phẳng. Đường kinh, vĩ tuyến vẽ lên
bản đồ được gọi là lưới. Mọi phép chiếu từ tọa độ địa lý trên bền mặt Trái đất sang
lưới chiếu bản đồ hai chiều đều sinh ra sai số. Việc lựa chọn phép chiếu phụ thuộc vào
tiêu chí đặt ra trước là biến dạng tối thiểu về góc, hình dạng hay diện tích của đối
tượng. Kết quả của phép chiếu bản đồ dẫn tới nhiều hệ tọa độ lưới chiều bản đồ được
sử dụng đồng thời . Do vậy, khi kết hợp cơ sở dữ liệu với dữ liệu bản đồ từ nhiều
nguồn dữ liệu khác nhau thì phải chuyển đổi các hệ trục tọa độ của chúng sang hệ
thống nhất. Trong đồ án này em chỉ trình bày 2 hệ tọa độ thường dùng nhất trong GIS

đó là: hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ phẳng”
2.7.2.2 Hệ tọa độ địa lý
“

“

Đường dây dọi qua
M
Vĩ
tuyến
qua M
M
Kinh
tuyến
Q
qua M

P
Kinh
tuyến
gốc

G
O

Q

Xích đạo
g

m
P

Hình 2-12. Hệ tọa độ địa lý
“

“

Để xác định tọa độ địa lý của một điểm trên mặt đất chúng ta coi trái đất là hình
cầu. Toạ độ địa lý được xác định như sau: (Hình 2-9)
“

“

- Tâm quả đất O được chọn làm gốc tọa độ .
“

“

- Hai mặt phẳng gốc là mặt phẳng kinh tuyến gốc Greenwich và mặt phẳng xích
“

đạo .
“

Từ hình vẽ ta có các điểm và đường cơ bản như sau :

“

“

+ P, P’ là cực Bắc và cực Nam của trái đất .
“

“

+ Q, Q’ là cực Đông và cực Tây của trái đất .
“

“

+ PP’ là trục quay trái đất .
“

“

+ Đường kinh tuyến là giao tuyến mặt phẳng đi qua trục quay trái đất với mặt
cầu.Mặt phẳng chứa đường kinh tuyến là mặt phẳng kinh tuyến. Mặt phẳng vuông góc
“

21


với trục quay trái đất gọi mặt phẳng vĩ tuyến. Giao tuyến giữa mặt phẳng vĩ tuyến với
mặt cầu gọi là đường vĩ tuyến .
“

+ “Mặt phẳng vĩ tuyến đi qua tâm trái đất gọi mặt phẳng xích đạo”
+ “Mặt phẳng kinh tuyến đi qua Đài Thiên văn văn Greenwich tại Thủ đô nước
Anh được quốc tế quy ước là mặt phẳng kinh tuyến gốc”

“Điểm M trên mặt đất được xác định trong toạ độ địa lý bởi hai đại lượng: kinh
độ λ và vĩ độ φ của nó””
- “Độ kinh (λ): của một điểm M là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng chứa kinh
tuyến gốc (G) và mặt phẳng chứa kinh tuyến qua M. Độ kinh đánh số từ kinh tuyến
gốc 00 sang đông 1800 và sang Tây 1800 nên gọi là độ kinh Đông và độ kinh Tây”
-“Độ vĩ () của điểm M là góc φ hợp bởi đường dây dọi (g) qua M và mặt phẳng
xích đạo. Độ vĩ địa lý có giá trị 00 ở xích đạo đến + 900 về cực Bắc và cực Nam nên
gọi là độ vĩ bắc và độ vĩ nam”
2.7.2.3 Hệ tọa độ phẳng
“

“

“Hình dạng của Trái đất là hình cầu biến dạng và thô do trọng trường trên bề mặt
của nó khác nhau. Hơn nữa, công việc xử lý và lưu trữ trực tiếp các đối tượng có trên
bề mặt Trái đất là rất khó khăn, nên ta phải thường xuyên sử dụng bản đồ: biểu diễn
phẳng của bề mặt trái đất. Để có ánh xạ đối tượng trên mặt dạng cầu đến mặt phẳng thì
khái niệm phép chiếu được sử dụng. Phép chiếu bản đồ là chuyển đổi toán học từ hệ
trục tọa độ cầu (kinh độ λ, vĩ độ φ) sang hệ trục tọa độ phẳng (x, y). Phép chiếu bản đồ
đảm bảo quan hệ đã biết giữa vị trí trên bản đồ và vị trí thực của nó trên bề mặt trái
đất.”
“Số lượng phép chiếu là không giới hạn vì phương pháp chiếu các đối tượng trên
mặt đất lên mặt phẳng chiếu là không giới hạn. Tùy theo lĩnh vực cụ thể mà sử dụng
phép chiếu khác nhau. Đối với lĩnh vực hàng hải, hải đồ sử dụng phép chiếu Mecator,
đối với bản đồ địa hình và lục địa thì sử dụng phép chiếu UTM. Khu vực nghiên cứu
thuộc bản đồ địa hình và sử dụng phép chiếu UTM, do vậy e chỉ trình bày phép chiếu
UTM.”

Hình 2-13. Phép chiếu UTM
“

“

22


Phép chiếu bản đồ UTM thực hiện với tâm chiếu là tâm quả đất sử dụng hệ
Elipxoit thực dụng WGS-84 có a = 6378137m; b = 6356748m; α = 1/298,2.Chia trái
đất thành các múi chiếu 6° bắt đầu từ kinh tuyến 180°E về phía tây và đánh số thứ tự
múi chiếu từ 1÷60 .
“

“

Phép chiếu UTM sử dụng hình trụ ngang có bán kính nhỏ hơn bán kính quả đất,
nó cắt mặt cầu theo hai đường cong đối xứng và cách kinh tuyến giữa khoảng 180 km.
Kinh tuyến giữa nằm phía ngoài mặt trụ còn hai kinh tuyến biên nằm phía trong mặt
trục .
“

“

Như vậy, hai đường cong cắt mặt trụ không bị biến dạng chiều dài (k = 1), tỷ lệ
chiếu k của kinh tuyến giữa múi nhỏ hơn 1 (k = 0,9996) còn trên hai kinh tuyến biên tỷ
lệ chiếu lớn hơn 1 .
“

“

Phép chiếu UTM cũng là phép chiếu đẳng góc, độ biến dạng về chiều dài và

diện tích lớn nhất ở vùng giao nhau giữa xích đạo với kinh tuyến giữa và tại hai kinh
tuyến biên.Các điểm nằm phía trong đường cắt mặt trụ thì độ biến dạng mang dấu âm
còn phía ngoài là dấu dương .
“

“

Hình 2-14. Hệ tọa độ UTM
“

“

Hệ tọa độ vuông góc UTM có kinh tuyến giữa và xích đạo vuông góc với nhau
tạo thành hệ trục tọa độ UTM.Gốc tọa độ được dịch chuyển về phía tây 500km .
“

“

Giao của trục E và N là gốc có tọa độ 0.Để phân biệt hệ tọa độ giữa các múi,
người ta viết số thứ tự các múi từ 1 đến 60 trước giá trị của N .
“

“

Ví dụ: Tọa độ của Việt Nam E=2323047,500m; N=48605426,500m suy ra 48 là
số thứ tự của múi
“

“

Phép chiếu UTM có ưu điểm là độ biến dạng được phân bố đều hơn và có giá trị
nhỏ hơn nhưng khi xử lý số liệu lại rất phức tạp. Với ưu điểm là biến dạng nhỏ và hiện
nay để thuận tiện cho việc sử dụng hệ toạ độ chung trong khu vực và thế giới nên Việt
Nam và hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng phép chiếu UTM. Từ tháng 7 năm
2000 Tổng cục Địa chính đã công bố và sử dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ nhà nước
“

23


VN – 2000, nên nay đã chính thức sử dụng phép chiếu và hệ toạ độ vuông góc UTM.
Điều 3 phụ lục 7 QCVN 48:2012/BTNMT.
“

2.8 Phân tích không gian trong GIS
2.8.1 Phân tích không gian là gì?

Phân tích không gian là áp dụng sự hỏi đáp về thế giới thực bao gồm vị trí hiện
tại của các vùng đặc trưng, thay đổi vị trí, các phương hướng, ước tinh khả năng hoặc
triển vọng dùng kĩ thuật( hoặc mô hình) chồng xếp và dự đoán.
“

“

Phạm vi phân tích không gian từ số học đơn giản và toán tử logic tới phân tích
mô hình phức tạp.
“

“

Phân tích không gian được xem là chức năng thứ sáu của thệ thống thông tin địa
lý, nó được phát triển một cách thần kì dựa trân sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên
thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về hệ thống thông tin địa lý
trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích
không gian.Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ
thống được gọi là hệ thống thông tin địa lý.Tất nhiên là các chức năng có thể khác
nhau đối với từng hệ thống song đối với một hệ thống thông tin địa lý sử dụng tư liệu
bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc. Và với một hệ thống như vậy thí các mô tả bang
lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mô hình giải tích, dự báo đều có thể
thực hiện trong chức năng xử lý không gian.
“

“

2.8.1.1 Khả năng phân tích không gian của GIS
“

“

Phân tích không gian GIS bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về
thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên tập dữ liệu mới từ cơ sở dữ
liệu ban đầu
“

“

Các chức năng xử lý phân tích không gian của GIS có thể chia thành các nhóm
phép tính sau:
“

* Các phép toàn về xử lý cơ sở toán học thông tin không gian :
“

“

-Chuyển đổi các phép chiếu, chuyển đổi tọa độ, múi chiếu, chuyển đổi tỷ lệ địa

“

lý,…

“

-Chuyển đổi giữa các đơn vị đo khác nhau.

“

“

-Nắn chỉnh hình học, thực hiện việc điều chỉnh hình ảnh bản đồ theo điều kiện
hình học để chuyển về đồ hình thực của nó, nhằm loại bỏ các sai số biến dạng hình
học.
“

““

-Xử lý thông tin bản đồ: gồm các phép tiếp biên bản đồ, ghép bản đồ, chồng lớp
không gian, lập bản đồ chuyên đề, phân tích hoặc chồng phủ các vùng,…
“

* Các phép toàn về chỉnh sửa, chuẩn hóa dữ liệu:
“

“

-Phép sửa đổi (CLEAN): được dùng để sửa các lỗi thường gặp trong quá trình
nhập các lỗi bản đồ (có thể là tự động hoặc hiển thị các lỗi để thao tác viên sửa), các
lỗi do CLEAN là:
“

“

+ Đường cắt nhau (Intersection): Các đường bắt buộc phải cắt nhau tại các điểm
nút, không được chéo nhau.
“

“

24


+ Bắt không đúng vị trí: Bắt quá (Over shoot), bắt chưa tới (Under shoot).
+ Đường số hóa trùng lặp nhau nhiều lần (Duplicate).
+ Lọc, loại bỏ bớt gía trị điểm tham gia tạo đường khi mật độ các điểm quá dày.
-Phép toán xây dựng Topology (BUILD) có chức năng chạy tự động nhằm xây
dựng cấu trúc Topology cho các đối tượng không gian dạng Vector.
- Các phép toán chuyển đổi: Khuôn dạng dữ liệu khi xuất dữ liệu sang các hệ
GIS khác.
“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

* Các phép phân tích dữ liệu địa lý :
“

“

Các công cụ về phân tích dữ liệu địa lý chia thành các nhóm chính là hỏi đáp
CDSL (Database Query), đại số bản đồ (Mao Algbra) và các toán tử nội suy bề mặt.
“

“

- Hỏi đáp cơ sở dữ liệu không gian (Spatial Query) để trả lời câu hỏi về vệ trí,

hình dạng và kích thước .
“

“

+ Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính (Attribute Query) để trả lời câu hỏi những vị trí nào
mang thuộc tính này .
“

“

Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính gồm 2 bước: chọn các đối tượng thỏa mãn điều kiện
tìm kiếm theo từng lớp thông tin riêng rẽ và chồng xếp các đối tượng riêng rẽ trên từng
lớp ra tập các đối tượng thỏa mã toàn bộ các điều kiện chung cho các lớp thông tin .
“

“

- Các phép toàn đại số bản đồ (Map Algra): có thể coi là phần mở rộng của phân
tích không gian, là cốt lỗi của việc tạo ra các dữ liệu bản đồ mới từ các dữ liệu
cũ.Thông thường nó được dùng để xử lý ảnh số, tính toán, phân tích bề mặt.
“

“

- Các phép toán nội suy bề mặt bao gồm các phép toàn liên quan đến nội suy địa
hình hoặc bề mặt liên tục nào đò trong không gian ba chiều (3D): Nội suy bề mặt địa
hình từ các số liệu đầu vào; Các phép toán giải quyết các bài toàn liên quan đến
khoảng cách; Các phép toán về tính lân cận.
“

“

2.8.2 Một số ứng dụng của GIS
2.8.2.1 Mối quan hệ của GIS với các ngành khoa học khác
“

“

GIS là sự hội tụ của công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số
liệu mang tính liên ngành bằng tổ hợp, mô hình hóa và phân tích. Vì vậy có thể nói
GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học để tạo ra các hệ thống
phục vụ mục đích cụ thể.Các ngành đó bao gồm :
“

“

- Ngành khoa học địa lý: là ngành liên hệ 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 kĩ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu .
“

“

- Ngành khoa học bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ.
Ngành bản đồ có truyền thống lây đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là
khuôn 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 trong cho hệ GIS. Viễn than bao gồm cả kĩ thuật thu thập và xử lý dữ liệu ở mọi
vị trí liên quan trên quả địa cầu. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể
được trộn với các lới dữ liệu của GIS .
“

“

25