D an tt nghip hoa

Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

MụC LụC
Chơng 1: Tổng quan về hệ thông tin địa lý.................6
1.1. Hệ thông tin địa lý GIS......................................6
1.1.1. Định nghĩa hệ thông tin địa lý...............................6
1.1.2. Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS..............6
1.1.3. Các chức năng cơ bản của GIS................................10
1.1.4. Khả năng phân tích không gian của hệ thông tin
địa lý (HTTĐL)..................................................................10
1.1.5. Các ứng dụng của GIS đối với việc quản lý tài nguyên
thiên nhiên.........................................................................14
1.2. Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu của GIS.........14
1.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu.......................................15
1.3.1. Cơ sở dữ liệu không gian.......................................15
1.3.2. Dữ liệu phi không gian............................................23
1.3.3. Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu............................24
1. 4. Các loại chuẩn dữ liệu GIS (Data standards).......25
1.5. Tổ chức dữ liệu GIS (Geodatabase).................25
1.6. Các phơng pháp thu thập và xây dựng cơ sở dữ
liệu GIS...................................................................27
Chơng 2: tổng quan về phần mềm arcgis 9.2.............29
2.1 Phần mềm ArcMap.............................................30
2.1.1 Các chế độ hiển thị................................................30
2.1.2. Các công cụ trong ARCMap......................................32
2.2. Phần mềm ArcCatalog.......................................40
2.2.1. Khởi động ArcCatalog:............................................40
2.2.2. Các chế độ hiển thị..............................................41

2.2.3. Tạo mới dữ liệu........................................................41
2.3. Phần mềm ArcToolBox......................................42
2.3.1. Khởi động Arc Toolbox............................................42

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

1

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

2.3.2. Nhập dữ liệu từ các phần mềm khác vào ArcGis. . . .42
2.3.3. Các công cụ chuyển đổi định dạng......................43
2.3.4. Các chức năng truy vấn, đo đạc và chồng xếp không
gian................................................................................... 43
2.4. Trình bày in bản đồ hành chính.......................46
Chơng 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ đánh giá
tác động của quá trình chuyển đổi sử dụng đất đến sự
phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vực...............48
Thái Thụy - Thái Bình..................................................48
3. 1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu.............................48
3.1. 1. Vị trí địa lý..........................................................48
3.1. 2. Địa hình, địa mạo................................................49
3.1. 3 Khí hậu...................................................................49

3.1. 4 Thuỷ văn..................................................................49
3. 1.5. Dân số và đời sống xã hội.....................................50
3.1.6 Thông tin về t liệu sử dụng trong đề tài.................50
3.2. Tình hình nghiên cứu thực vật ngập mặn và các
yếu tố ảnh hởng......................................................51
3.2.1 Khái niệm thực vật ngập mặn, rừng ngập mặn......54
3.2.2. Vai trò và tiềm năng của thảm thực vật RNM..........55
3.2.3. Nguyên nhân làm biến đổi rừng ngập mặn và hậu
quả.................................................................................... 57
3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ việc đánh giá tác
động của quá trình chuyển đổi sử dụng đất đến sự
phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vực Thái Thụy Thái Bình................................................................59
3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình..................59
3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng RNM...............67
3.4. Đánh giá tác động của việc chuyển đổi sử dụng

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

2

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

đất đến sự phát triển RNM khu vực Thái Thụy - Thái

Bình.......................................................................75
Kết luận và kiến nghị................................................78

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

3

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Mở đầu
Vấn đề môi trờng đang là vấn đề bức thiết đối với các nớc
trên thế giới, đặc biệt là đối với các nớc đang phát triển nh Việt
Nam. Cùng với sự tăng trởng dân số, nhu cầu ngày càng tăng của
cuộc sống hiện nay đã dẫn đến việc khai thác, sử dụng tài
nguyên thiên nhiên một cách không hợp lý trong đó có rừng ngập
mặn (RNM). RNM là hệ sinh thái phân bố ở vùng đất lầy ven cửa
sông và dọc các sông ven biển, chịu tác động trực tiếp của thuỷ
triều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới. Đó là các vùng chuyển tiếp
giữa môi trờng biển và đất liền.
HuyệnThái Thuỵ - Thái Bình có 1552.3 ha rừng ngập mặn,
tập trung tại các xã ven biển. Nó là hệ sinh thái đặc biệt, có tác
dụng lớn trong phòng hộ đê biển, điều hòa khí hậu, có giá trị
và ý nghĩa to lớn về đa dạng sinh học đối với việc bảo vệ môi

trờng, đời sống ngời dân và phát triển kinh tế xã hội. Bên cạnh
đó, RNM cũng rất nhạy cảm với tác động của con ngời và thiên
nhiên.
Một số năm trớc đây, RNM ở Thái Thuỵ bị suy thoái rất
nhiều do tốc độ phát triển nuôi trồng thuỷ sản ven bờ, các chủ
rừng đã khoanh nuôi, đắp đầm nuôi trồng thuỷ sản làm suy
giảm một phần hệ sinh thái RNM. Sự chuyển đổi cơ cấu sản
xuất chạy theo lợi ích kinh tế trớc mắt là nguyên nhân gây ra
các hậu quả về sinh thái, môi trờng nh gây ô nhiễm môi trờng,
diện tích đất thoái hoá ngày càng nhanh, nớc mặn lấn sâu vào
nội địa làm giảm năng suất cây nông nghiệp, nguồn giống
tôm cua giảm, môi trờng sinh sản và phát triển của nhiều loài
hải sản bị suy thoái; bão táp phá đê, nhà cửa, đời sống của ngời
dân ven biển bị đe doạ nghiêm trọng.
Từ những thực trạng trên cho thấy việc đánh giá tác động

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

4

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

của việc chuyển đổi sử dụng đất đến sự phát triển RNM khu

vực ven biển Thái Thuỵ - Thái Bình là rất cần thiết. Công việc
này sẽ đợc thực hiện có hiệu quả nếu chúng ta có một hệ thống
thông tin với các cơ sở dữ liệu tốt, các thông tin đợc cập nhật thờng xuyên với độ tin cậy cao.
Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đa
tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời
sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa
học. Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System)
là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin
học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị và
cảnh báo môi trờng. Đặc biệt, GIS thực sự là một công cụ hữu
ích đối với việc đánh giá tác động môi trờng ven biển vì nó
tích hợp thông tin trên cơ sở địa lý. GIS thực hiện hai chức
năng chính là quản lý cơ sở dữ liệu và phân tích dữ liệu
không gian. Do vậy, việc ứng dụng GIS vào quản lý đất đai và
RNM khu vực ven biển sẽ đạt đợc hiệu quả cao.
Để bổ sung thêm kiến thức về công nghệ GIS và ứng dụng,
em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: ứng dụng ARCGIS
trong đánh giá biến động RNM khu vực Thái Thuỵ - Thái Bình từ
năm 1989 - 2002 và năm 2000 - 2004.
Nhiệm vụ của đề tài là:
- Thu thập tài liệu nhằm hiểu biết thêm về GIS và khả
năng ứng dụng của nó.
- Tìm hiểu quy trình chuyển đổi dữ liệu DGN sang
tổ chức dữ liệu Geodatabase.
- Giải đoán bằng mắt ảnh vệ tinh.
- Thực hiện quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL)
nền địa hình và CSDL hiện trạng RNM.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

5

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

- Đánh giá tác động của việc chuyển đổi sử dụng đất
đến sự phát triển RNM.
Bố cục của đề tài:
Đồ án gồm 3 chơng đợc sắp xếp theo thứ tự sau:
Chơng I: Tổng quan về hệ thống thông tin
địa lý(GIS).
Chơng II: Tổng quan về phần mềm ArcGIS
9.2.
Chơng III: ứng dụng ARCGIS trong đánh giá
biến động RNM khu vực Thái Thuỵ - Thái Bình từ năm
1989 - 2002 và năm 2000 - 2004.

Em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp quý báu
của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm

2009.
Sinh viên: Nguyễn Thanh
Hoà
Lớp

: Trắc Địa C -

K49.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

6

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Chơng 1
Tổng quan về hệ thông tin địa lý
1.1. Hệ thông tin địa lý GIS
1.1.1. Định nghĩa hệ thông tin địa lý
Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographical Information
System) có một số định nghĩa nh sau:

- Theo GS. Shunji Murai, ngời đã có hơn 40 năm làm việc
trong lĩnh vực viễn thám và GIS, GIS là một hệ thống thông tin
đợc sử dụng để nhập, lu trữ, truy vấn, thao tác, phân tích và
xuất ra các dữ liệu có tham chiếu địa lý hoặc dữ liệu địa
không gian; hỗ trợ ra quyết định trong việc quy hoạch và quản
lý về sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trờng, giao thông,
các tiện ích đô thị và nhiều lĩnh vực quản lý khác.
- Theo Viện nghiên cứu môi trờng của Mỹ - 1994
(Environmental System Research Institute - ESRI): GIS là một tập
hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý
và ngời thiết kế để thực hiện có hiệu quả việc thu thập, lu trữ,
cập nhật, xử lý, phân tích và thể hiện các thông tin địa lý.
GIS là hệ thông tin địa lý trong đó có chức năng thành
lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tợng thực trên trái
đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông
thờng nh cấu trúc hỏi đáp và các phép phân tích thống kê,
phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình
ảnh đợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này
phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS
có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau
(phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định
chiến lợc).

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

7

Lớp: Trắc

Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

1.1.2. Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS
Hệ thông tin địa lý GIS có hai khả năng chính là phân
tích không gian và chồng xếp thông tin. GIS đợc kiến trúc từ
các thành phần cơ bản là: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ
liệu, con ngời sử dụng.

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS
a. Phần cứng
Phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các
hợp phần sau: Bộ xử lý trung tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lu
dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu.
Về cơ bản, hệ thống phần cứng đợc chia ra:
- Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit - CPU): có
thể coi các máy tính cá nhân PC (Personal Computer) là bộ
phận này. Chúng chịu trách nhiệm thao tác, xử lý với cơ sở dữ
liệu.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

8

Lớp: Trắc

Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

- Các thiết bị lu trữ dữ liệu: các đĩa CD, đĩa DVD, các ổ
cứng,v.v.
- Các thiết bị ngoại vi (Peripherals)
Các thiết bị đầu vào (Input): sử dụng để đa dữ liệu
vào cơ sở dữ liệu. Chúng có thể là các ổ đọc dữ
liệu, bàn số hóa dùng để tạo dữ liệu vectơ, máy quét
ảnh dùng để tạo dữ liệu raster, các thiết bị thu nhận
thông tin điện tử, v.v.
Các thiết bị đầu ra (Output): sử dụng để hiển thị,
trình bày và đa ra các kết quả xử lý dữ liệu. Ngoài
các màn hình máy tính luôn đi cùng với các PC còn có
các thiết bị nh: các loại máy in, máy vẽ, các ổ ghi CD,
các ổ ghi DVD, v.v.
b. Phần mềm
Là công cụ quan trọng trong công nghệ GIS cung cấp các
chức năng cần thiết để lu giữ, phân tích xử lý và hiển thị
thông tin địa lý. Các phần mềm

có thể giống nhau ở chức

năng, song khác về tên gọi, hệ điều hành, môi trờng hoạt
động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị
cơ sở dữ liệu.
Theo thời gian, phần mềm GIS đã phát triển ngày càng đợc hoàn thiện toàn diện về chức năng, có khả năng xử lý và

quản trị dữ liệu hiệu quả hơn. Nhìn chung các phần mềm GIS
có một số chức năng chính sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu.
- Phân tích và biến đổi dữ liệu.
- Lu trữ và quản trị dữ liệu.
- Hỏi đáp về dữ liệu và tơng tác với ngời sử dụng.
- Xuất và in ấn dữ liệu.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

9

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

c. Cơ cở dữ liệu
Thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là cơ sở dữ
liệu và chi phí để xây dựng cơ sở dữ liệu chiếm 70% giá
thành toàn hệ GIS. Cơ sở dữ liệu của hệ GIS là tập hợp tất cả
các số liệu có dạng: bản đồ số (Digital Map), dạng ký tự (Text),
dạng ảnh (Raster); đợc lu trữ xử lý và quản lý bởi các phần mềm
GIS. Cấu trúc cơ sở dữ liệu của GIS là tập hợp của các dữ liệu
không gian và phi không gian thể hiện sự trừu tợng hóa các đối
tợng tự nhiên và mối liên hệ giữa chúng, đợc tổ chức và lu trữ

theo một khuôn dạng dữ liệu nào đó của hệ thống. . .v.v.
- Dữ liệu không gian: là dữ liệu về vị trí và hình dạng
của các đối tợng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nhất
định (toạ độ).

Hình 1.2: Dữ liệu GIS
- Dữ liệu phi không gian: là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu
mô tả các đối tợng địa lý, dữ liệu này có thể là định lợng
hoặc định tính.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

10

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Khi cơ sở dữ liệu đã đợc xây dựng, ngời sử dụng có thể
truy vấn, phân tích nó. Kết quả đợc lấy ra dới dạng các tệp văn
bản, các biểu đồ phân tích, các bản đồ số, các ảnh số, ...phục
vụ cho các mục đích nghiên cứu hay quản lý khác nhau.
d. Con ngời
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con ngời tham
gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong

thực tế. Ngời sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kĩ thuật,
ngời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những ngời dùng GIS
để giải quyết các vấn đề trong công việc.
e. Chính sách và quản lý
Trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý
đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động
của hệ thống, nó tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên
đồng thời là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát
triển công nghệ GIS.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải đợc đặt
trong một khung tổ chức phù hợp và có những hớng dẫn cần
thiết để quản lý, thu thập, lu trữ và phân tích số liệu, đồng
thời có khả năng phát triển đợc hệ thống GIS theo yêu cầu.
Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt đợc và
tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ đợc minh chứng khi công cụ
này có thể hỗ trợ những ngời sử dụng thông tin để giúp họ thực
hiện đợc những mục tiêu công việc.

1.1.3. Các chức năng cơ bản của GIS
Các chức năng cơ bản của GIS gồm:
- Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian và
phi không gian) từ dạng thực tế (bản đồ, biểu đồ, bảng số liệu)
sang dạng số thích hợp để tạo một cơ sở dữ liệu làm nguồn

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

11

Lớp: Trắc

Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

thông tin cơ bản cho các GIS.
- Quản lý dữ liệu với các chức năng: lu trữ, hiển thị, cập
nhật và truy xuất dữ liệu (chức năng của một hệ quản trị
CSDL).
- Xử lý phân tích dữ liệu: là chức năng quan trọng của
GIS, là khả năng kết nối, phân tích các dữ liệu không gian và
phi không gian, phân tích tổng hợp để giải quyết các yêu cầu
của bài toán.
- Xuất dữ liệu theo các dạng sử dụng thông thờng nh bản
đồ, bảng biểu, biểu đồ, các dạng lu trữ mới nh đĩa mềm, đĩa
quang, đĩa CD, ổ cứng.

1.1.4. Khả năng phân tích không gian của hệ thông tin
địa lý (HTTĐL)
0.1.4.1. Thông tin không gian trong HTTĐL
Thông tin không gian trong HTTĐL đợc xây dựng và phát
triển tơng tự nh cách xây dựng các thông tin bản đồ. Các đối tợng số trong CSDL không gian là sự phản ánh lại các thực thể trong
thế giới thực cùng với thông tin thuộc tính tơng ứng. Các thông tin
đợc mô tả bao gồm: Địa hình, địa vật, (những chi tiết về mặt
phẳng), và một số chú giải mô tả. Địa hình có thể đợc mô tả
bằng các đờng đồng mức, các điểm ghi chú độ cao hoặc mô
hình số độ cao, còn những chi tiết về mặt phẳng có thể đợc
thể hiện bằng điểm, đờng, vùng.

Để phản ánh đợc toàn bộ các thông tin cần thiết của các
đối tợng số, các đối tợng địa lý còn đợc phản ánh theo cấu trúc
phân mảnh, phân lớp thông tin. Tuy nhiên, khái niệm mảnh
trong HTTĐL không hoàn toàn giống với khái niệm chia mảnh bản
đồ mà nó có hình dạng bất kỳ sao cho phù hợp với khả năng xử

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

12

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

lý của hệ thống. Ví dụ nh: Chia theo đơn vị hành chính, hoặc
chia theo mật độ phân bố dân c,...
Một trong những bớc quan trọng trong xây dựng CSDL
thông tin địa lý là phân loại các lớp thông tin. Mỗi một lớp thông
tin lu trữ một loại các đối tợng có những tính chất, đặc điểm
giống nhau, cách phân lớp thông tin sẽ ảnh hởng rất lớn đến
tính hiệu quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của CSDL
không gian. Để đạt đợc điều này trớc hết cần thiết kế các lớp
thông tin cơ bản và các lớp thông tin bổ sung tuỳ theo các ứng
dụng khác.
1.1.4.2. Khả năng phân tích không gian của HTTĐL

Các chức năng xử lý phân tích thông tin địa lý có thể
chia thành các nhóm phép tính sau:
* Các phép toán về xử lý cơ sở toán học thông tin không
gian:
- Chuyển đổi phép chiếu, chuyển đổi toạ độ, múi
chiếu, chuyển đổi tỷ lệ nền 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: Tiếp biên, ghép bản đồ, chồng
lớp không gian, lập bản đồ chuyên đề, phân tích hoặc chồng
phủ các vùng...
* Các phép toán về chỉnh sửa, chuẩn hoá dữ liệu
- Phép sửa lỗi (CLEAN): Đợc dùng để sửa các lỗi thờng gặp
trong quá trình nhập các lỗi bản đồ (có thể là tự động hoặc
hiển thị lỗi để thao tác viên sửa.
- Phép toán xây dựng topology (BUILD) có chức năng chạy

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

13

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

tự động nhằm xây dựng cấu trúc topology cho các đối tợng
không gian dạng Vector.
- Các phép toán chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu khi xuất
dữ liệu dạng các hệ thông tin địa lý 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 CSDL (Database Query), đại số bản đồ
(Map Algbra) và các toán tử nội suy bề mặt.
- Hỏi đáp cơ sở dữ liệu thờng có hai định hớng:
Hỏi đáp dữ liệu không gian (Spatial Query) để trả lời
câu hỏi chúng ta có gì tại vị trí này.
Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính (Attribute Query) để trả lời
câu hỏi những vị trí nào mang thuộc tính này. Gồm
hai bớc, chọn các đối tợng thoả mãn điều kiện tìm kiếm
theo từng lớp thông tin riêng rẽ và chồng xếp các đối tợng
tìm riêng rẽ trên từng lớp ra tập các đối tợng thoả mãn
toàn bộ các điều kiện chung cho các lớp thông tin.
- Các phép toán nội suy bề mặt: Bao gồm các phép toán
liên quan đến nội suy địa hình hoặc bề mặt liên tục
nào đó 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 toán liên quan đến
khoảng cách.
Các phép toán về tính lân cận.
Một khi đã có một hệ GIS lu giữ các thông tin địa lý, có
thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản nh:
Ai là chủ mảnh đất ở góc phố?
Hai vị trí cách nhau bao xa?

Và các câu hỏi phân tích nh:

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

14

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới
nằm ở đâu?
GIS cung cấp khả năng hỏi đáp đơn giản chỉ và nhấn
và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông
tin cho những ngời quản lý và phân tích. Các hệ GIS hiện đại
có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ
quan trọng đặc biệt:
Phân tích liền kề
GIS có khả năng phân tích những đối tợng bao xung
quanh một đối tợng cụ thể nào đó bằng cách dùng một vùng
đệm. Vùng đệm là một dạng hình học dựa trên đối tợng tồn tại
khác (điểm, đờng, hoặc vùng) mà nó có thể đợc GIS tạo ra. Đối
tợng đệm diễn tả tổng diện tích trong một khoảng cách nào
đó của một feature đợc cho trớc.

Hình 1.4: Vùng đệm kiểu điểm

Hình 1.5: Vùng đệm kiểu đờng

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

15

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Hình 1.6: Vùng đệm kiểu đa giác
Ta có thể dùng GIS để tạo ra những vùng đệm và sau đó
xác định tất cả các feature nằm trong một khoảng cách cụ thể.
Chẳng hạn nh ta chọn tất cả các địa chỉ trong vòng một vùng
đệm 500m của một con đờng đông đúc và so sánh chúng với
dữ liệu về tác động của bệnh hen suyễn. Bằng cách so sánh
hai tập hợp dữ liệu, ta có thể thống kê đợc những ngời bệnh
suyễn đang sống trong vùng đệm nhiều hơn là dân số chung.
Nó cho phép ta phân tích có hay không nhân tố của sự sống
gần những con đờng đông đúc với nguyên nhân gây ra bệnh
hen suyễn.
Phân tích chồng xếp:
Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác

nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ
liệu phải đợc liên kết vật lý.

Hình 1.7: Phân tích chồng xếp.
Quá trình chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh ra
thông tin mới và các đối tợng mới. Trong nhiều trờng hợp topology
mới sẽ đợc tạo lại. Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian và
thuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống
đợc khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là đợc sử dụng cho
từng vùng cụ thể hoặc cả nớc với tỷ lệ bản đồ phù hợp.
16
Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Lớp: Trắc

Địa C - K49


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng đợc hiển thị tốt nhất dới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá
hiệu quả trong lu giữ và trao đổi thông tin địa lý. GIS cung
cấp nhiều công cụ mới để mở rộng tính nghệ thuật và khoa
học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể đợc kết hợp với
các báo cáo, hình ảnh ba chiều, và những dữ liệu khác (đa phơng tiện). Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ
sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý
tài nguyên môi trờng. Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ
dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS.

1.1.5.

Các ứng dụng của GIS đối với việc quản lý tài

nguyên thiên nhiên
Hệ thống đợc xây dựng để có thể thực hiện một số nhiệm
vụ liên quan đến công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trờng và phát triển bền vững nh :
- Từng bớc cập nhật và đánh giá hiện trạng các nguồn tài
nguyên thiên nhiên cho các nhà quản lý theo dõi, phân tích diễn
biến các nguồn tài nguyên này trong quá trình con ngời khai thác
sử dụng.
- Lập quy hoạch, kế hoạch khai thác sử dụng bền vững các
nguồn tài nguyên thiên nhiên trên phạm vi toàn quốc và vùng lãnh
thổ.
- Theo dõi cân bằng sinh thái, đa dạng sinh học.
- Theo dõi và có những đề xuất xử lý ô nhiễm nguồn nớc, ô
nhiễm môi trờng không khí...
- Theo dõi các sự cố, tai biến môi trờng nh cháy rừng, ảnh hởng của bão, ngập lụt, xói mòn...
Tùy thuộc vào phạm vi hành chính, mức độ quản lý và nội
dung cụ thể mà hệ thống thông tin này sẽ có cấu trúc cơ sở dữ

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

17

Lớp: Trắc

Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

liệu đợc xây dựng cho phù hợp.

1.2. Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu của GIS
Cơ sở dữ liệu (Database) là tập hợp các thông tin đợc thu
thập theo mục đích sử dụng nào đó, đợc lu trữ trong máy tính
theo những quy tắc nhất định. Đó là tập hợp dữ liệu mà có
thể điều khiển và lu trữ một số lợng lớn dữ liệu và các dữ liệu
này có khả năng trao đổi hoặc biến đổi để phục vụ cho đa
ngành, đa mục đích cho nhiều ngời sử dụng.
Trong hệ GIS, cơ sở dữ liệu đợc mở rộng và đa dạng hóa.
Ngoài các dữ liệu ở dạng thống kê hay mô tả cho đối tợng, đợc lu trữ dới dạng các bảng dữ liệu hoặc các tệp tin văn bản (mà
đợc gọi là dữ liệu thuộc tính) còn có dạng dữ liệu đồ họa dùng
để biểu diễn các dữ liệu địa lý (còn đợc gọi là dữ liệu không
gian).
Cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lý là tập hợp các bản
đồ, hình ảnh địa lý đợc chuyển hoá thành các đối tợng toán
học nh: điểm, đờng thẳng, đờng cong, vùng... cùng với các
thông tin số, chữ, thuộc tính của chúng, tất cả các dữ liệu đó
đợc lu trữ, quản lý theo một cơ chế liên kết thống nhất. Nhờ sự
liên kết dữ liệu không gian (bản đồ) với dữ liệu thuộc tính của
nó sẽ cho ta một cơ sở dữ liệu với các hình ảnh thực sinh động,
có đầy đủ các thông tin liên quan một cách tổng thể toàn bộ
hiện trạng các nguồn tài nguyên, thông tin quản lý, từ đó xác
định đợc phơng thức sử dụng tối u các nguồn tài nguyên đó.

1.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu trong GIS có hai dạng là: dạng không gian và
dạng phi không gian.

1.3.1. Cơ sở dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

18

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

những thông tin về định vị của đối tợng. Các dữ liệu này là
những thông tin mô tả về đặc tính hình học của các đối tợng
địa lý nh hình dạng, kích thớc, vị trí, v.v... tồn tại trong thế
giới thực của chúng. Những yếu tố không gian địa lý đợc phản
ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất định.
Dữ liệu không gian có ba dạng cơ bản là:
-

Đối tợng điểm: Thể hiện các vị trí rời rạc nhằm xác

định các đối tợng bản đồ mà hình dạng của chúng quá nhỏ
để có thể thể hiện thành đờng hoặc miền. Thông thờng dùng
các kí hiệu đặc biệt hoặc các nhãn (Lable) để thể hiện đối tợng này.
- Đối tợng đờng: Là một tập hợp toạ độ điểm nối với nhau,
thể hiện hình ảnh bản đồ có dạng tuyến tính.
- Đối tợng vùng: Ví dụ nh: hồ, xã, huyện.v.v... Nó là một tập
hợp các đối tợng đờng kết nối với nhau tạo ra miền đóng kín.
Tất cả các đối tợng trên mặt đất đều có thể gộp vào ba
dạng cơ bản trên. Để quy dữ liệu không gian về ba loại trên cần
phải xác định vị trí của đối tợng, đặc trng của đối tợng và
mối quan hệ giữa các đối tợng.
Dữ liệu không gian có thể lu trữ ở dạng vector hay dạng
raster.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

19

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Hình 1.8: Cấu trúc dữ liệu vector và raster
1.3.1.1. Cấu trúc vector
Vector đợc thể hiện bằng một điểm xuất phát (starting

point) với toạ độ X và Y đã cho, một hớng (direction) nghĩa là có
một góc nào đó theo hớng Đông, Tây, Nam, Bắc và một độ dài
(length).

Cấu trúc vector thể hiện toàn bộ thông tin thông qua các
phần tử cơ bản là điểm, đờng, vùng và quan hệ giữa các đối
tợng với nhau.
Đối tợng điểm (Point): Điểm trong cấu trúc dữ liệu
vector đợc mô tả bởi cặp toạ độ x, y trong một hệ thống toạ
độ nhất định. Các đối tợng điểm có đặc điểm:
- Là toạ độ đơn (x, y).
- Không thể hiện chiều dài và diện tích.
Đối tợng dạng đờng (Line, Polyline, Arc): Đợc dùng để biểu
diễn các đối tợng có dạng tuyến, đợc tào nên từ hai hay nhiều
hơn các cặp toạ độ (x, y) hoặc (x, y, z). Các đối tợng dạng đờng cũng là những đối tợng phi tỷ lệ và có đặc điểm:
- Là một dãy các cặp toạ độ.
- Một đờng thẳng bắt đầu và kết thúc bởi nút.
- Các đờng thẳng nối với nhau và cắt nhau tại nút.
- Hình dạng của đờng thẳng đợc định nghĩa bởi các
20
Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Lớp: Trắc

Địa C - K49


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

đỉnh (Vertices).
- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ.
Đối tợng dạng vùng (Polygon): Vùng đợc xác định bởi ranh
giới các đờng thẳng. Các đối tợng địa lý có diện tích và đóng
kín bởi một đờng đợc gọi là đối tợng vùng polygon, có các đặc
điểm:
- Vùng đợc mô tả bằng tập các đờng và điểm nhãn (label
points).
- Một hoặc nhiều đờng định nghĩa đờng bao của vùng.
- Một điểm nhãn nằm trong vùng để mô tả, xác định cho
mỗi một vùng.
1.3.1.2. Quan hệ không gian giữa các đối tợng địa lý
Dữ liệu vector thể hiện quan hệ hình học Topology.
Topology là khái niệm dùng để xác định các quan hệ không
gian giữa các đối tợng địa lý.
Các dữ liệu địa lý có hai kiểu quan hệ không gian phổ
biến là:
Quan hệ Spaghetti (với dữ liệu vector)
Khi mỗi đối tợng địa lý đợc thể hiện bởi các thực thể
hình học độc lập, đợc biểu diễn bằng tọa độ hoặc các phơng
trình tham số (đờng thẳng, đờng tròn, đờng cong...), ta nói
các đối tợng đồ họa có quan hệ Spaghetti.
Dữ liệu không gian trong quan hệ Spaghetti là một tập hợp
các điểm và đờng khung có kết nối. Mỗi đối tợng độc lập với
đối tợng liền kề nó nên mô hình dữ liệu này có tổ chức dữ
liệu đơn giản nhng có lợng d thừa dữ liệu. Mô hình này không
thể phát triển dữ liệu thành các mô hình dữ liệu không gian
khác và khả năng phân tích dữ liệu kém.
Quan hệ Topology (với cả dữ liệu vector và dữ liệu

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

21

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

raster)
Topology là ngành toán học nghiên cứu các tính chất hình
học không đổi trong các biến đổi nhất định nh giãn, uốn,...
Topology đề cập tới các mối quan hệ chứa đựng, nằm trên, gần
nhất,... hoặc tính tiếp nối, tính liên tục giữa các đối tợng
không gian. Topology xác định các cấu trúc bổ sung, các nút
(node), chuỗi (chain), và các đối tợng vùng (polygon).
Quan hệ topology giúp xác lập rõ ràng mối quan hệ không
gian giữa các đối tợng địa lý độc lập với tọa độ của chúng.
Việc tạo lập và lu trữ các quan hệ topology giữa các đối tợng
địa lý có những u điểm:
- Dữ liệu đợc đầy đủ hơn, chuẩn xác hơn.
- Loại bỏ đợc sự d thừa dữ liệu (khi các đối tợng không gian
có chung đờng ranh giới)
Khi đã xây dựng đợc các quan hệ topology, chúng ta có
thể thực hiện các thao tác phân tích, chồng phủ các đối tợng

vùng (polygon) với các đối tợng ở các dạng khác. Chúng ta có thể
nhập vào, tách ra, sửa một phần,... các đối tợng dạng đờng hay
dạng vùng, chồng phủ các đối tợng điểm nằm trong đối tợng
vùng...
Các cơ sở dữ liệu không gian lu trữ trong cơ sở dữ liệu
GIS hầu nh đều đợc xây dựng quan hệ topology.
1.3.1.3. Một số mối quan hệ topology giữa các vật thể
trong không gian
* Quan hệ giữa điểm với điểm.
Trong vòng

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

22

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Gần nhất với

* Quan hệ điểm với đờng.
Trên đờng

Gần nhất với

* Quan hệ điểm với vùng.
Trong vùng

Trên vùng

* Quan hệ đờng với đờng.
Intersection

Cross

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

23

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Flow into

* Quan hệ đờng với vùng.
Intersect

Border

* Quan hệ vùng với vùng.
Overlap

Inside

Adjacent to

1.3.1.4. Cấu trúc Raster
Raster là cấu trúc dữ liệu mà trong đó dữ liệu đợc thể
hiện thành một mảng gồm các pixel và mỗi pixel đều mang giá
trị của thông số đặc trng cho đối tợng.

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

24

Lớp: Trắc


Trờng Đại Học Mỏ - Địa Chất
Nghiệp

Đồ án Tốt

Mỗi ô vuông có chứa thông tin về một đối tợng hay một sự
hợp phần của đối tợng. Vị trí của đối tợng đợc xác định bởi vị
trí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột. Cấu trúc dữ liệu
Raster đơn giản nhất là cấu trúc dạng bảng, ở đó có chứa các
thông tin về toạ độ và thuộc tính phi không gian. Mỗi pixel sẽ tơng ứng với một diện tích vuông trên thực tế. Giá trị độ lớn của

pixel còn đợc gọi là độ phân giải của dữ liệu.
Trong cấu trúc dữ liệu raster các đối tợng cơ bản đợc biểu
diễn là:
Đối tợng điểm: đợc xác định tơng ứng với một pixel độc
lập. Yếu tố hình học và topology dạng điểm của dữ liệu raster
đợc biểu thị ở hình

Hình 1.9: Hình học và topology của các đối tợng điểm

Sv: Nguyễn Thanh Hòa
Địa C - K49

25

Lớp: Trắc