Ứng dụng GIS trong hệ tích hợp quản lý thông tin đất đai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ VĂN TRANG

ỨNG DỤNG GIS TRONG HỆ TÍCH HỢP
QUẢN LÝ THÔNG TIN ĐẤT ĐAI

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 604805

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts. Nguyễn Ngọc Hóa

Hà Nội – 2010

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGÔ VĂN TRANG

ỨNG DỤNG GIS TRONG HỆ TÍCH HỢP
QUẢN LÝ THÔNG TIN ĐẤT ĐAI

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin

Mã số: 604805

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts. Nguyễn Ngọc Hóa

Hà Nội – 2010

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................
DANH MỤC HÌNH .........................................................................................................
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................
Chương 1.Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ....................................................
1.1.Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý .........................................................
1.1.1.Định nghĩa ........................................................................................................
1.1.2.Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý .............................................................
1.2.Các chức năng của GIS ..........................................................................................
1.2.1.Sử dụng GIS cho phân tích không gian ...........................................................
1.2.2.Một số vấn đề cơ bản trong xử lý không gian .................................................
1.2.3.Các yếu tố cơ bản của thông tin không gian ....................................................
1.3.Cấu trúc dữ liệu trong GIS. ....................................................................................
1.3.1.Dữ liệu bản đồ. ...............................................................................................
1.3.2.Dữ liệu thuộc tính. ......................................................................................... 24
1.3.3.Mối quan hệ giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. ...................................

1.4.Ứng dụng của GIS .................................................................................................
1.5.Kết luận .................................................................................................................
Chương 2.Thực trạng quản lý đất đai ở Việt Nam ............................................................
2.1.Đặt vấn đề ............................................................................................................
2.2.Thực trạng quản lý đất đai ở Việt Nam ..................................................................
2.2.1.Quản lý thông tin đất đai .................................................................................
2.2.2.Sơ lược về quản lý đất đai của nước ta qua các thời kỳ ....................................
2.2.3.Nội dung quản lý nhà nước về đất đai .............................................................
2.2.4.Thực trạng quản lý đất đai ..............................................................................
2.3.Hệ thống thông tin đất đai .....................................................................................
2.3.1.Khái niệm chung .............................................................................................
2.3.2.Quá trình xử lý thông tin trong hệ thống thông tin đất đai ................................
2.4.Hệ thống thông tin đất đai ViLIS ...........................................................................
2.4.1.Tổng quan về hệ thống thông tin đất đai ViLIS ...............................................
2.4.2.Sơ đồ luồng thông tin ......................................................................................
2.4.3.Nhược điểm của ViLIS ...................................................................................
2.5.Kết luận .................................................................................................................
Chương 3.Xây dựng phân hệ quản lý bản đồ trong ViLIS ................................................
3.1.Yêu cầu đặt ra ........................................................................................................
3.2.Thiết kế chi tiết ......................................................................................................
3.2.1.Mô hình phân cấp chức năng hệ thống quản lý bản đồ .....................................
3.2.2.Giải pháp và công nghệ ...................................................................................
3.2.3.Tác nhân hệ thống ...........................................................................................
3.2.4.Mô tả các yêu cầu chính ..................................................................................
3.2.5.Sơ đồ UseCase tổng thể ..................................................................................
3.2.6.Sơ đồ UseCase chi tiết ....................................................................................
3.2.7.Mô tả chi tiết các UseCase ..............................................................................
3.3.Kết quả thu được ..................................................................................................
3.3.1.Những nội dung chính đã thực hiện .................................................................
3.3.2.Giới thiệu về phân hệ quản lý bản đồ ..............................................................

Chương 4.Kết luận và hướng phát triển ...........................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................
3


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
GIS
LIS
ViLIS
CSDL
DBMS
CPU
GCNQSDĐ
GPS
HSĐC
ĐVHC

4


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.
Hình 2.
Hình 3.
Hình 4.
Hình 5.
Hình 6.
Hình 7.
Hình 8.
Hình 9.

Hình 10.
Hình 11.
Hình 12.
Hình 13.
Hình 14.
Hình 15.
Hình 16.
Hình 17.
Hình 18.
Hình 19.
Hình 20.
Hình 21.
Hình 22.
Hình 23.
Hình 24.
Hình 25.
Hình 26.
Hình 27.
Hình 28.
Hình 29.
Hình 30.
Hình 31.
Hình 32.
Hình 33.

Mô tả một số khái niệm vector nguồn.................................................................... 9
Mô hình chức năng của GIS................................................................................... 10
Các chức năng của hệ thống thông tin đất đai.................................................... 36
Các Modul thành phần trong một hệ thống thông tin....................................... 36
Kiến trúc tổng thể hệ thống ViLIS........................................................................ 41

Sơ đồ tổ chức chung................................................................................................. 44
Mô hình thiết kế chi tiết hệ thống ViLIS............................................................. 45
Sơ đồ luồng thông tin............................................................................................... 47
Sơ đồ phân cấp chức năng phân hệ quản lý bản đồ........................................... 51
Kiến trúc hệ thống Arcgis........................................................................................ 54
Giải pháp công nghệ ArcGIS cho hệ thống thông tin lưu trữ.........................55
Sơ đồ usecase tổng thể............................................................................................. 57
UseCase quản lý các lớp dữ liệu............................................................................ 57
UseCase điều khiển bản đồ..................................................................................... 58
UseCase chọn các đối tượng trên bản đồ............................................................. 58
UseCase tra cứu thông tin chi tiết của đối tượng............................................... 59
UseCase tra cứu theo không gian.......................................................................... 59
UseCase tra cứu theo thuộc tính............................................................................ 60
UseCase biên tập sơ đồ thửa đất............................................................................ 60
Tách thửa trên bản đồ............................................................................................... 61
Gộp thửa trên bản đồ................................................................................................ 61
Tra cứu lịch sử biến động bản đồ.......................................................................... 62
Giao diện màn hình liên kết hồ sơ với bản đồ.................................................... 74
Giao diện chức năng tìm kiếm theo thuộc tính................................................... 74
Giao diện chức năng tìm kiếm theo không gian................................................ 75
Giao diện chức năng biên tập sơ đồ thửa đất...................................................... 76
Giao diện chức năng in giấy chứng nhận............................................................ 76
Giao diện chức năng tách thửa............................................................................... 77
Giao diện chức năng thêm điểm theo phương pháp giao hội..........................77
Giao diện chức năng gộp thửa................................................................................ 78
Giao diện chức năng tra cứu lịch sử biến động.................................................. 78
Giao diện chức năng đồng bộ dữ liệu từ bản đồ sang hồ sơ............................ 79
Giao diện chức năng đồng bộ từ hồ sơ sang bản đồ.......................................... 79

5

MỞ ĐẦU
Đất đai là môi trường sinh sống và sản xuất của con người, là nơi lưu trữ
và cung cấp nguồn tài nguyên khoáng sản và nguồn nước phục vụ cho lợi ích và
sự sống của con người. Đất đai là một trong bốn yếu tố đầu vào (đất đai, lao
động, tài chính và công nghệ) quyết định sự phát triển của nền sản xuất xã hội.
Do vậy đất đai đóng một vai trò hết sức quan trọng đến sự phát triển của kinh tế
xã hội và an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia. Ở nước ta, đất đai thuộc sở hữu
toàn dân do Nhà nước đại diện chủ sở hữu và thống nhất quản lý nhà nước về đất
đai.
Tuy nhiên, công tác quản lý đất đai hiện nay thực tế có rất nhiều vấn đề
bức xúc cần được giải quyết, hoàn thiện và hiện đại hóa. Theo thống kê có trên
80% số đơn thư khiếu tố của công dân trong tỉnh liên quan đến vấn đề đất đai.
Các vụ khiếu kiện về đất đai thường phức tạp, khó giải quyết. Số cán bộ có
khuyết điểm, làm sai, bị kỷ luật, phạt tù nhiều hơn cả cũng liên quan đến vấn đề
đất đai…. Điều đó cho thấy công tác quản lý đất đai còn những mặt yếu kém,
hiệu lực và hiệu quả trong quản lý nhà nước về đất đai so với yêu cầu của thực
tiễn hạn chế, quản lý đất đại còn thiếu chặt chẽ, buông lỏng. Ứng dụng công nghệ
thông tin được xem là một trong những yếu tố quan trọng, mang tính then chốt
trong công cuộc hiện đại hóa và nâng cao chất lượng công tác quản lý đất đai. Vì
vậy, việc xây dựng các công cụ phần mềm hỗ trợ cho công tác quản lý đất đai là
nhu cầu rất cấp bách và cũng là một trong những những nội dung trọng tâm của
chiến lược phát triển công nghệ thông tin của ngành.
Hiện nay, trên thế giới, các công nghệ để xây dựng hệ thống thông tin đất
đai đã và đang phát triển rất mạnh dựa trên sự kết hợp của Hệ thống thông tin địa
lý (Geographic Information System - GIS) và Hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Những
hệ thống này giúp chúng ta quản lý các thông tin khác nhau liên quan đến đất đai
trong một mô hình cơ sở dữ liệu thống nhất, bao gồm các lớp thông tin cơ bản
như: hệ thống tham chiếu không gian; thông tin về vị trí, hình dạng thửa đất (bản

đồ địa chính); thông tin về tài sản khác trên đất; các địa vật quan trọng; hệ thống
giao thông, thuỷ văn; quy hoạch và sử dụng đất, ... Trong đó, GIS được sử dụng
để quản lý tích hợp bản đồ địa chính với các bản đồ chuyên đề phục vụ công tác
quản lý đất đai bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất, bản
đồ phân hạng giá đất, với các dạng thông tin thuộc tính, bản vẽ kỹ thuật, ảnh
phục vụ quản lý đất đai.
Như vậy, có thể thấy rằng việc ứng dụng công nghệ GIS vào hệ thống thông
tin đất đai đem lại nhiều tiềm năng như: tiết kiệm được chi phí và thời gian trong
6


việc lưu trữ số liệu. Số liệu sau khi lưu trữ có thể được cập nhật một cách dễ
dàng và chất lượng dữ liệu được quản lý và hiệu chỉnh tốt. Trên cơ sở này tôi
chọn đề tài: “Ứng dụng GIS trong hệ tích hợp quản lý thông tin đất đai”
nhằm nghiên cứu và đẩy mạnh ứng dụng GIS trong hệ thống thông tin đất đai.
Những kết quả chính của luận văn đã được tổng hợp, trình bày trong các
chương chính sau:
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý: khái niệm
chung, chức năng cũng như cấu trúc của một hệ thống thông tin địa lý và phổ
ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý GIS.
Chương 2 tập trung trình bày khả năng ứng dụng GIS trong quản lý đất đai
ở Việt Nam: đưa ra các khái niệm, thực trạng và ứng dụng của hệ thống thông
tin đất đai ViLIS ở nước ta.
Chương 3 tập trung trình bày giải pháp công nghệ và thiết kế chi tiết phân
hệ quản lý bản đồ phục phụ cho việc tích hợp vào hệ thống thông tin đất đai
ViLIS và nêu rõ những kết quả đạt được.
Chương 4 trình bày kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Sau đây là chi tiết nội dung của từng chương.

7

Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Các kỹ thuật phân tích không gian (Spatial Analytical Technicques) có
nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tượng hoặc các
yếu tố (tự nhiên - kinh tế - xã hội). Mối liên quan đó được cụ thể bằng trật tự
không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tượng và tính chất của các yếu tố cần phải
được bản đồ hóa.
Bản đồ là cách trình bày cụ thể nhất trong không gian hai chiều các tính
chất, vị trí, mối liên hệ và trật tự trong không gian của các đối tượng hoặc hiện
tượng cần nghiên cứu. Tuy nhiên do có nhiều cách trình bày bản đồ khác nhau
nên dẫn đến sự khó khăn trong việc xử lý mối quan hệ không gian giữa các lớp
thông tin.
Trong hơn một thập kỷ qua, hệ thống thông tin địa lý đã được phát triển
mạnh mẽ và ngày càng thêm hoàn thiện. Với những ưu thế của mình, hệ thống tin
địa lý là một môi trường có khả năng quản lý hệ thống cơ sở dữ liệu và xử lý
chính xác các lớp thông tin trong mối quan hệ không gian giữa chúng. Hệ thống
thông tin địa lý có khả năng bổ sung, đo đạc và tự động tính toán chính xác về
mặt định lượng các thông tin trên bản đồ, cùng các thuộc tính của chúng, đồng
thời có thể đưa ra các tính toán dự báo.

1.1. Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý
1.1.1. Định nghĩa
Hệ thống thông tin địa lý (Geographical information system - GIS) là một
tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý
và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp
nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý.
Hệ thống thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi
trường không gian địa lý. (Theo nguồn - Viện nghiên cứu môi trường Mỹ 1994).
Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: Hệ thống thông tin địa

lý là một hệ thống máy tính có chức nănng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý
với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho một khả năng rộng lớn về việc
xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử
lý cùng các mô hình. (antenucci 1991)

8


Một con đường hoặc con sông, con suối thường được biểu diễn bằng các
yếu tố đường, mặc dù trong thực tế có thể đo được cả độ rộng và chiều dài của
chúng trên bản đồ. Các đối tượng tự nhiên thường được thể hiện bằng các đường,
cung, vùng, điểm, tuỳ theo các đặc trưng cụ thể mà chúng được thể hiện theo các
hình mẫu cụ thể.

Hình 1.

Mô tả một số khái niệm vector nguồn

- Đường (line): là các đối tượng có một kích thước.
- Đoạn thẳng (line segment): là đường nối trực tiếp giữa hai điểm.
- Đường gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hướng song
không có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái). Đường
gấp khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đường khác.
- Cung (area) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đường cong
mà
đường cong đó được xác định bằng một hàm toán.
- Đoạn nối (link) là đối tượng có một kích thước nối giữa hai nút. Đoạn
nối cũng được hiểu là đường gờ (edges) hay đường viền.
- Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hướng nhất định.

9


- Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau
hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung. Các nút có thể nằm ở bên
phải hay bên trái là không bắt buộc
- Vùng: là đặc điểm thể hiện hai kích thước cả vị trí và diện tích, là đối
tượng xác định về mặt ranh giới, liên tục và có hai kích thước. Nó có thể
bao gồm cả phần bên hoặc không

1.1.2. Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: tài liệu
không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm.

Hình 2.

Mô hình chức năng của GIS

1.1.2.1. Dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian cỏ thể đến từ nhiều nguồn, có các nguồn tư liệu sau: số
liệu tính toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay,
bản đồ giấy (dạng analog). Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và hệ thống thông tin
địa lý có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý,
khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Việc tích hợp các tư liệu
địa lý từ nhiều nguồn khác nhau là đặc điểm cơ bản của một phần mềm GIS.
Thông thường, tư liệu không gian được trình bày dưới dạng các bản đồ giấy
với các thông tin chi tiết được tổ chức ở một file riêng. Các tư liệu đó không đáp
ứng được các nhu cầu hiện nay về tư liệu không gian là vì những lý do sau:
- Đòi hỏi không gian lưu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn. Để nhập và khai
thác dữ liệu, nhất thiết phải liên kết được với các thông tin địa lý trên bản

đồ và

10


các dữ liệu thuộc tính khác được lưu trữ riêng biệt và điều này trở nên rất
khó khăn với hình thức lưu trữ dạng kho hoặc thư viện.
- Các khuôn dạng lưu trữ truyền thống thường không tương thích với các
tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay. Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống,
hiện nay tư liệu dạng số với một khối lượng rất lớn có thể được lưu trữ
trong các đĩa CD, tương ứng với những khối lượng rất lớn của tư liệu
analoge. Tư liệu số còn cho khả năng xử lý tự động trên máy tính.
Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là sự phát triển đặc biệt để sử dụng công
nghệ và nghệ thuật máy tính trong việc xử lý tư liệu không gian dạng số.
1.1.2.2. Người điều hành
Vì hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc
kỹ thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm
trong nhiều lĩnh vực. Người điều hành là một phần không thể thiếu được của Hệ
thống thông tin địa lý. Hơn nữa sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần
cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo. Những yêu
cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề sau:
- Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin:
- Việc đào tạo cơ bản về địa lý cung cấp khả năng khai thác các đặc điểm
không gian (spatical process) và các quá trình không gian, đồng thời phát
hiện được mối quan hệ không gian giữa các hợp phần.
- Bản đồ học cung cấp các hiểu biết về thiết kế bản đồ, lập bản đồ (ví dụ:
Lưới chiếu bản đồ, hệ thống tọa độ, các mẫu ký tự trên bản đồ và các kỹ
thuật in ấn).
- Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về
phần cứng máy tính và vận hành thông thạo các chương trình liên kết phần

cứng.
- Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS: việc đào tạo các
phần mềm chủ yếu thường tập trung vào việc xử lý GIS, lập trình cơ bản,
quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan đến tích hợp
thông tin.
- Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu: hiểu về nguồn dữ liệu, nội dung
và độ chính xác của dữ liệu, tỷ lệ bản đồ nguyên thủy và các số liệu đo đạc
của tập dữ liệu, cấu trúc của dữ liệu.

11


- Có khả năng phân tích không gian. Yêu cầu được đào tạo về các phương
pháp xử lý thống kê và xử lý định tính trong địa lý, việc đào tạo cho người
xử lý có thể lựa chọn phương pháp tốt nhất để phân tích và áp dụng nhằm
đưa ra kết quả tốt nhất.
Các yêu cầu trên là cần thiết đối với người điều hành Hệ thống thông tin địa
lý. Các huấn luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng như khả năng
của máy tính và phần mềm để lực chọn những chương trình đào tạo thích hợp.
1.1.2.3. Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi)
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, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu.
Bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU): hệ thống điều khiển, bộ
nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU. Hiện nay xử lý hệ
thống thông tin địa lý trên nền unix là hệ thống có đủ các chức năng nhất, trong
khi với máy CP thì hệ thống thông tin địa lý có những chức năng hạn chế hơn.
Các hệ xử lý GIS trước đây, phần lớn đều chạy trong trạm Unix. Trạm Unix cho
phép lưu trữ cơ sở dữ liệu lớn và nhiều chức năng xử lý khác nhau. Tất nhiên với
sự trợ giúp của window NT thì PC cũng có thể so sánh được với hệ unix. Ví dụ
điểm hình về một hệ thống có hiệu quả là một hệ Unix nhỏ có cài đặt phần mềm

ARC/INFO để quản lý và vận hành Hệ thống thông tin địa lý. Hiện nay, các hệ
thống xử lý liên tục được nâng cấp và khoảng cách giữa trạm Unix và PC càng
hẹp dần.
Nhập, lưu dữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ
liệu là: Bàn số hoá, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số. Hoặc
đọc băng và đĩa CD - ROM có nhiệm vụ lấy thông tin hiện có trong băng và đĩa.
Các phương tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi và
xoá dữ liệu. Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in đen trắng và màu, báo cáo, kết
quả phân tích, máy in kim (plotter). Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin
học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ các chức năng và
trao đổi giữa những người sử dụng và càng tạo điều kiện cho hệ thống thông tin
địa lý phát triển.

12


1.1.2.4. Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự
động hoá bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện đại liên
quan đến sự phát triển của hai hợp phần này.
a. Tự động hoá bản đồ
Bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật thành lập bản đồ. Do
đó, tự động hoá bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính. Một bản
đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không gian và các hình dạng
(Pobinson và NNK, 1984) và mỗi một bản đồ là sự mô hình hoá thực tế theo
những tỷ lệ nhất định. Mô hình đó yêu cầu biến đổi các số liệu ghi bản đồ thành
bản đồ và gồm các công đoạn sau: Lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo
mẫu ký tự (Den - 1990).
Máy tính trợ giúp cho bản đồ học ở nhiều phương diện như sau:
- Trước hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa và

việc chỉnh lý đó tốn ít công sức hơn so với việc không có sự trợ giúp của
máy tính. Mặc dù việc số hóa có thể dẫn đến nhiều lỗi và làm giảm độ
chính xác, song các lỗi đó có thể sửa dễ dàng nếu phát hiện được. Khi đó,
bản đồ sẽ
được hoàn thiện và lượng thông tin sẽ được nâng lên. Đặc biệt, việc bổ sung
thông tin cho bản đồ cũng dễ dàng thực hiện được.
- Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ được thao tác
với tốc độ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn
giản hóa các đặc điểm bản đồ cũng được thực hiện một cách khoa học. Quá
trình thiết kế và khái quát hóa bản đồ cũng được lập trình và tạo nên các
chức năng cụ thể của phần mềm. Kết quả như mong muốn có thể đạt được
bởi nhiều cán bộ bản đồ hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều
thời gian khác nhau.
- Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể được hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh
sửa lỗi. Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ
có thể dễ dàng được thay đổi và đưa về vị trí chính xác như mong muốn.
b. Quản lý dữ liệu
Chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu. Hệ thống
thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa
lý đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ
13


ràng. Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ
thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mô tả
cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của
chúng. Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành Hệ thống thông tin
địa lý:
- Thứ nhất: các tài liệu liệu thuộc tính nhất thiết phải được thể hiện trên
những chi tiết của bản đồ. Ví dụ số liệu về dân số của một thành phố cũng

được gọi ra một cách tự động mà không cần phải có một sự tra cứu nào
khác. Đối với bản đồ học thì công việc tra cứu thường phải làm độc lập,
không thực hiện tự động được. Ngoài ra việc bổ sung số liệu cũng đòi hỏi
phải được cập nhật thường xuyên nên chỉ hệ thống thông tin địa lý mới có
thể đáp ứng được đầy đủ.
- Thứ hai: sự thay đổi về những chi tiết bản đồ nhất thiết phải phù hợp với
sự thay đổi về tự nhiên thuộc tính. Ví dụ, sự thay đổi về diện tích đô thị về
số liệu phải tương xứng với sự thay đổi về đường ranh giới thành phố. Khi
thay đổi ranh giới thì số liệu tính toán về diện tích cũng tự động được thay
đổi.

1.2. Các chức năng của GIS
Một phần mềm GIS các các chức năng cơ bản như sau: nhập dữ liệu, lưu trữ
dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý và đưa ra những
quyết định (decision making) (Calkins và Tomlinson 1997). Có thể khái quát về
các chức năng đó như sau:
Nhập và bổ sung dữ liệu (entry and updating): Một trong những chức năng
quan trọng của hệ thống thông tin địa lý là nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc
đó không tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập
và bổ sung dữ liệu, nếu không có chức năng đó thì không được xem là một hệ
thống thông tin địa lý vì chức năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có.
Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dưới
dạng số hoặc dạng analog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ
tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác
cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang
sử dụng.

14

Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc
nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền
bằng cách hạn chế đưa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên
người sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện
đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều
khuôn dạng khác nhau. Vì vậy, đối với tư liệu quốc gia, không thể chỉ lưu giữ ở
một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có
tích chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khác nhau. Như vậy,
một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng
dữ liệu khác nhau.
Lưu giữ tư liệu: Một chức năng quan trọng của hệ thống thông tin địa lý là
lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ
liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản
đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức
nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin, thứ hai là
các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn
vị đo... thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có
thể xử lý hiệu quả.
Điều khiển dữ liệu (data manipulation): Do nhiều hệ thống thông tin địa lý
hoạt động đòi hỏi tư liệu không gian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất
định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm
riêng của hệ thống, do đó hệ thống thông tin địa lý phải đảm nhiệm được chức
năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích,
phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và
thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được
tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác
định, được tính toán và được can thiệp, biến đổi.
Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một
Hệ thống thông tin địa lý. Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu
được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng

bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích
được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần
mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc
các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu

15


dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất
cần thiết của một Hệ thống thông tin địa lý.
Phân tích không gian: Trước đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là được
tập trung, phát triển bởi những người xây dựng Hệ thống thông tin địa lý. Chức
năng thứ sáu là phân tích không gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào 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 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
băt buộc. Với một hệ thống như vậy thì các mô tả bằng lời có thể tổ chức thành
các tham số riêng, các mô hình giải thích, dự báo đều có thẻ thực hiện trong chức
năng xử lý không gian.

1.2.1. Sử dụng GIS cho phân tích không gian
Phân tích không gian cho hệ thống thông tin địa lý 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. Mục tiêu của việc phân tích
không gian là từ việc giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện tượng, các vấn
đề trong không gian, đi đến tập hợp thành các thuộc tính của một hay nhiều lớp
và phân tích được sự liên quan giữa các dữ liệu ban đầu.

Trong ứng dụng của Hệ thống thông tin địa lý, các đặc điểm và thuộc tính
về không gian là rất phổ biến. Câu hỏi về thuộc tính (attribute query) có chứa
đựng cả tích chất thông tin về không gian. Ví dụ: Trong cơ sở dữ liệu của một
hành phố, ở đó mỗi mảng bản đồ đều có Code thuộc tính về sử dụng đất, một
bảng thuộc tính đơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại
hình sử dụng đất có trong bản đồ. Bảng thuộc tính đó có thể tạo được mà không
hề có sự tham khảo về các mảng trên bản đồ. Vì không có thông tin không gian
đòi hỏi trả lời cho câu hỏi này nên bảng đó được xem như là bảng thuộc tính
(attribute query). Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có các Code của sử
dụng đất đã được xác định. Các thông tin khác có thể được tạo nên ví dụ như số
mảng đơn vị (parcel) của loại hình sử dụng đất này, hoặc tổng diện tích của loại
hình sử dụng đất này ở trong thành phố... Tất nhiên những bài toán xử lý thông
tin cho một lớp là cần thiết, song trong ứng dụng, việc xử lý thông tin của nhiều

16


lớp cũng là công việc rất quan trọng và đòi hỏi nhiều công sức trong lập trình. Ví
dụ gảii bài toán về 2 lớp không gian về tính toán diện tích của các loại hình sử
dụng đất theo các cấp độ dốc khác nhau...Những bài toán đó đặt ra đối với nhiều
nội dung ứng dụng khác nhau mà những phần mềm chuyên tự động hóa bản đồ
hay quản lý dữ liệu không đáp ứng được. Tất nhiên do mục đích của hệ thống
thông tin địa lý là tập trung vào xử lý không gian, nên một số chức năng của việc
tự động hóa bản đồ hoặc tính toán thống kê chuyên đề thì có thể hệ thống thông
tin địa lý không đáp ứng được.

1.2.2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý không gian
Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn đề về thuộc tính các đơn
vị trong một lớp, đo đạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các đơn vị trong
một lớp bản đồ. Ví dụ xác định tên, tính diện tích, chu vi của từng khoanh vi bản

đồ, xác định khoảng cách, tạo các vùng ảnh hưởng (buffer zone).
Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép
tạo ra nhiều đơn vị bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hoá thông tin của từng phần
trong một đơn vị bản đồ. Ví dụ hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp sẽ cho bản
đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau.
Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không gian cần
phải tính toán được mối quan hệ giữa chúng.
Phân tích các mẫu điểm: một số đối tượng tự nhiên hoặc hiện tượng tự
nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất định. Ví dụ:
phân bố của các đồng cỏ, hệ thống các điểm bố sụt cactor, phân bố của các loài
động vật, thực vật quý hiếm... Trong xử lý không gian, sự phân bố về những điểm
đó cần được nhận diện và phân loại.
Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân bố
khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: ví dụ tạo tuyến xe bus
gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố, mở một hệ thống đường nối
giữa các khu dân cư, thiết kế một tuyến đường ống dẫn dầu... Tất nhiên khi thiết
kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau, ví dụ: địa hình, sử
dụng đất…
Phân tích, xử lý theo ô lưới (grid analysis). Bài toán xử lý ô lưới rất phong
phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành: ví dụ tính toán lan truyền ô nhiễm, lập
các đường đẳng trị, dự báo cháy rừng…

17


Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện. Đây là chức năng phức
tạp và đa dạng nhất của xử lý không gian. Nhiều bài toán được áp dụng để biến
đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới: ví dụ tính độ
dốc, hướng dốc, tính mật độ, bài toán boolean, bài toán logic, các phép phân chia,
tính căn... bản đồ, những lớp thông tin mới.

Vùng bên trong là phần không bao gồm đường biên. Polygon là diện tích có
vùng bên trong, một đường viền bên ngoài, không có điểm giao cắt ở bên trong
và không có khoanh vi nào khác ở phía trong. Polygon phức tạp: là polygon có
một hoặc nhiều khoanh vi khác ở bên trong.
Có hai khái niệm được sử dụng bổ sung cho định nghĩa trên đó là pixels và
ô lưới đơn vị (grid cells) Pixel là đơn vị hình ảnh có hai kích thước, nó là đơn vị
nhỏ nhất của hình ảnh không thể chia nhỏ được. Ô lưới đơn vị là đối tượng có hai
kích thước, thể hiện một yếu tố của một bề mặt có cấu trúc đều đặn bởi chúng.
Những khái niệm nêu ở trên là do bản đồ số của Mỹ đưa ra (National
comitee for digital colorgaphic data standars - NCDCDS). Các khái niệm đó có
thể được gọi khác đi,tùy theo sự thiết kế về tên gọi trong từng hệ thống phần
mềm thông tin địa lý .

1.2.3. Các yếu tố cơ bản của thông tin không gian
Việc phân tích trật tự và tổ hợp không gian yêu cầu phải có ba thuộc tính cơ
bản sau: vị trí (location), dữ liệu thuộc tính (attribute data) và tính chất hình học
(topology).
Vị trí: là tính chất quan trọng mà mỗi đối tượng không gian phải có. Vị trí
được xác định bởi tọa độ X và Y trên mặt phẳng ngang (caitesian).
Dữ liệu thuộc tính: Cung cấp nhiều thông tin quan trọng về tính chát của đối
tượng được nghiên cứu. Ví dụ bản đồ có các đặc điểm thì bảng thuộc tính phải
nêu được tích chất các đặc điểm đó, ví dụ: giống cột điện hay hố nước... với các
thông tin cụ thể cho từng loại.
Dữ liệu hình học: được định nghĩa là mối quan hệ không gian giữa các yếu
tố bản đồ. Trong trường hợp các polygon, có những polygon lại nằm trong ranh
giới của một polygon khác. Với các yếu tố đường có, những đường tạo nên bởi
hai đoạn thẳng (segment) nối với nhau trực tiếp hoặc nối gián tiếp qua một đoạn
thẳng thứ ba, hoặc hai đoạn thẳng hoàn toàn không nối với nhau. Với các điểm,
các điểm có thể ở cách nhau những khoảng cách khác nhau.

18


Nhìn chung, vị trí và dữ liệu thuộc tính là tương đối dễ hiểu, song đặc điểm
hình học thì hơi khó hình dung hơn. Có một số khái niệm và thuộc tính như sau:
Tiếp giáp (adjacency): hai polygon ở liền nhau thì được gọi là tiếp giáp với
nhau. Khái niệm tiếp giáp được sử dụng khi phân tích sự liên quan của những
yếu tố ở liền kề nhau. Ví dụ: giá của một miếng đất sẽ cao hơn giá trung bình của
vùng nếu như vùng đất đó nằm liền kề với công viên hoặc khu thương mại...
Chứa đựng (containment): biểu thị một yếu tố nào đó nằm trong rang giới
của một polygon. Mối quan hệ này cũng quan trọng khi phân tích mối liên quan
giữa hai kiểu đối tượng. Ví dụ: một mảnh đất nằm trong vùng ngập lụt có thể
phải mua bảo hiểm với giá cao hơn.
Tiếp nối (connectivity): thể hiện cho hai đoạn thẳng được nối với nhau.
Khái niệm tiếp nối được xem xét cho việc phân tích giao thông, tuyến đi để có
thể tìm ra phương án mở tuyến tốt nhất.
Giao nhau (intersection): được xem là một dạng phức tạp trong mối quan hệ
không gian của các yếu tố polygon. Giao cắt đối với polygon nghĩa là hai
polygon có cùng chung một vùng, vùng này có tính chất thuộc về cả hai polygon.
Khi xử lý chồng xếp bản đồ thì vùng giao nhau không cần xem xét đến các tính
chất hình học. Tuy nhiên thông dụng nhất là các vùng được bố trí tách biệt nhau
trong cơ sở dữ liệu.
Tóm lại, 3 yếu tố: vị trí, dữ liệu thuộc tính và đặc điểm của dữ liệu là rất
quan trọng trong xử lý không gian. Tự động hóa bản đồ sẽ giúp ích cho việc trình
bày và tổ chức dữ liệu không gian. Trong xử lý không gian, tổng hợp các đặc
điểm về mối liên hệ không gian giữa các yếu tố bản đồ được xử lý bởi hệ thống
thông tin địa lý và nó cung cấp khả năng xử lý đồng thời cả ba yếu tố. Các đối
tượng không gian được trình bày dưới dạng đặc điểm về đường, điểm, hoặc
polygon. Mỗi một đặc điểm lại được thể hiện tập trung vào một số yêu cầu về
mặt cơ sở dữ liệu.

1.3. Cấu trúc dữ liệu trong GIS.
Chúng ta đều biết rằng bản đồ là phương tiện tốt nhất để hiển thị các thông
tin địa lý. Các dữ liệu không gian bao gồm ba loại đặc điểm: điểm, đường và
vùng; vị trí của chúng được xác định bởi các tọa độ. Theo truyền thống, bản đồ là
tờ giấy phẳng, nó có tọa độ hai chiều. Bản đồ có các ký hiệu, bao gồm các đường
và màu sắc khác nhau biểu thị các đặc điểm khác nhau. Bên cạnh thông tin không

19


gian, còn có các dữ liệu mô tả hoặc thuộc tính, chúng giải thích các đặc điểm của
dữ liệu không gian và mối liên hệ không gian xác định quan hệ của các đặc điểm
bản đồ. Tính chất thời gian cũng được bao gồm bởi vì phần lớn các dữ liệu là có
liên quan đến thời gian.
Dữ liệu trong hệ thống GIS là những dữ liệu luôn thay đổi và phức hệ.
Chúng bao gồm những mô tả số của hình ảnh bản đồ, mối quan hệ logic giữa các
hình ảnh đó, những dữ liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các hiện tượng
xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Nội dung của CSDL được xác định bởi các
ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin địa lý trong một hoàn cảnh cụ thể.
Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý gồm hai phần cơ bản là dữ liệu
bản đồ (hay gọi là dữ liệu đồ thị) và dữ liệu thuộc tính (hay gọi là dữ liệu phi đồ
thị). Mỗi một loại dữ liệu có đặc trưng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu
trữ, xử lý và hiển thị.

1.3.1. Dữ liệu bản đồ.
Con người đã sử dụng bản đồ từ thời xa xưa. Gần đây bản đồ mới được in.
Bản đồ là tài liệu miêu tả những đối tượng và những đặc trưng tự nhiên trong
thực tế của thế giới thực.
Nhu cầu cao về bản đồ đòi hỏi con người không ngừng sáng tạo để mô tả

đặc điểm của thế giới thực tế với chất lượng tốt nhất. Kỹ thuật làm bản đồ đã
được phát triển để miêu tả được sự phân loại của các đặc trưng, để nhận dạng
được các nhãn, hình dạng bề mặt của trái đất và luồng di chuyển của tài nguyên
hoặc hàng hóa.
Với sự phát triển của máy tính và công nghệ GIS, những bản đồ bây giờ là
những tài liệu được in cũng như có thể tương tác được trên máy tính. Hệ thống
GIS đã tăng khả năng tác động của con người tới bản đồ. Chúng ta có thể dễ dàng
chọn cách biểu diễn thông tin và có thể chọn những vị trí hoặc những đối tượng
để phân tích.
Bản đồ giúp chia sẻ kiến thức về thế giới theo nhiều cách. Bản đồ giúp nhận
dạng ra vật ở tại một vị trí nào đó. Bản đồ có thể giúp ta định vị nơi ta đang đứng.
Nếu bản đồ của chúng ta được nối với hệ thống GPS, lúc đó ta có thể biết được
mình đang ở đâu, chọn được đường đi nhanh nhất...
Bản đồ giúp nhận dạng những qui luật phân phối, những mối liên hệ, và
những khuynh hướng trong thực tế mà ta không thể phân biệt được bằng những

20


cách khác. Một nhà nhân khẩu học có thể so sánh bản đồ của những khu đô thị
được biên tập trước đây với bản đồ hiện hành để tư vấn cho chính sách của nhà
nước. Một nhà dịch tễ học có thể tìm thấy mối tương quan giữa những vị trí bùng
nổ bệnh lạ với những hệ số môi trường để tìm thấy nguyên nhân gây bệnh.
Bản đồ có thể hợp nhất dữ liệu từ những nguồn đa dạng vào trong một sự
tham chiếu địa lý chung. Những người đứng đầu chính phủ có thể phối hợp bản
đồ giao thông với bản đồ cung cấp điện nước hay bản đồ các điểm tọa độ. Một
nhà khoa học nông nghiệp có thể ghép những ảnh vệ tinh theo dõi thời tiết với
bản đồ nông nghiệp để dự đoán và thúc đẩy tăng năng suất.
Bản đồ giúp cho ta kết hợp và chồng dữ liệu để giải quyết những vấn đề
không gian. Các nhà chức trách có thể kết hợp nhiều lớp dữ liệu để tìm những vị

trí thích hợp cho một nhà máy xử lý phế liệu. Bản đồ còn giúp ta tìm đường đi tốt
nhất giữa những vị trí.
Ngoài ra, bản đồ có thể mô hình hóa những sự kiện tương lai. Một công ty
có thể mô phỏng được tác động của việc phân chia hệ thống mới và xác định
được hệ thống cần phải nâng cấp ra sao. Nhân viên lập kế hoạch có thể lập mô
hình những sự cố nghiêm trọng như rò rỉ chất độc và những khả năng có thể xảy
ra.
Khi xem một bản đồ đó chính là ta đang quan sát những sự việc về hình
dạng và vị trí của những đặc trưng địa lý, thông tin thuộc tính liên quan đến
những đặc trưng địa lý và những mối liên hệ không gian giữa những đặc trưng.
Nhiều thông tin của chúng ta về trái đất nằm ở dạng ảnh hàng không hoặc
ảnh vệ tinh. Những ảnh này thường dùng làm nền cho dữ liệu bản đồ khác. Cũng
nằm trong dạng ảnh là những dữ liệu ở dạng grid biểu diễn cho một hiện tượng
liên tục như nhiệt độ, lượng mưa hoặc độ cao.
Ảnh và dữ liệu grid được gọi là những ảnh raster. Ảnh raster là một ma trận
hai chiều gồm các ô chứa thông tin thuộc tính là màu sắc, lượng mưa hay độ
phản xạ ánh sáng.
Như vậy, bản đồ là công cụ hiển thị thông tin chính của hệ thống thông tin
địa lý. Bản đồ giúp cho con người hình dung được những kiểu lớp trải, các mối
liên hệ và những xu hướng trong không gian. Bản đồ 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
hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một khuôn dạng hiểu được của máy tính. Hệ

21


thống GIS dùng các dữ liệu đồ thị để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên
màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi.
Dữ liệu bản đồ có thể lưu trữ ở dạng Vector hoặc dạng Raster. Dữ liệu dạng
Vector là các điểm tọa độ (X, Y) hoặc là các quy luật tính toán toạ độ và nối

chúng thành các đối tượng trong một hệ thống tọa độ nhất định. Dữ liệu Raster
(ảnh đối tượng) là dữ liệu được tạo thành bởi các ô lưới có độ phân giải xác định.
Loại dữ liệu này chỉ dùng cho mục đích diễn tả và minh hoạ chi tiết bằng hình
ảnh thêm cho các đối tượng quản lý của hệ thống.
Để phản ánh toàn bộ các thông tin cần thiết của bản đồ dưới dạng đối tượng
số, các đối tượng địa lý còn được phản ánh theo cấu trúc phân mảnh và phân lớp
thông tin.
Cấu trúc phân mảnh
Một đối tượng địa lý về mặt không gian có thể liên tục trên một phạm vi
rộng. Tuy nhiên trong cơ sở dữ liệu GIS, do hạn chế về các lý do kỹ thuật như
khả năng lưu trữ, xử lý, quản lý dữ liệu mà các đối tượng địa lý lưu trữ dưới dạng
cách mảnh (mapsheet, tile). Tuy nhiên khái niệm chia mảnh trong cơ sở dữ liệu
GIS không hoàn toàn đồng nhất với khái niệm chia mảnh bản đồ thông thường.
Một mảnh (tile) trong cơ sở dữ liệu GIS có thể có hình dạng bất kỳ miễn sau cho
phù hợp với khả năng quản lý và xử lý của hệ thống. Trong một số hệ thống GIS
đã có, người dùng phải tự quản lý cách chia mảnh của mình. Tuy nhiên xu hướng
hiện nay, các hệ thống GIS đã cung cấp những công cụ cho phép người sử dụng
tự động quản lý các mảnh trong cơ sở dữ liệu. Một số hệ thống GIS tiến bộ hơn,
dựa trên các kỹ thuật mới của công nghệ hướng đối tượng, về mặt vật lý, các đối
tượng địa lý bị chia cắt theo từng mảnh, nhưng đối với người sử dụng, các đối
tượng là liên tục không bị chia cắt.
Cấu trúc phân lớp thông tin
Một trong những bước quan trọng xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là phân loại
các lớp thông tin (layer, class). Hệ thống GIS lưu trữ các đối tượng địa lý theo
các lớp thông tin. Mỗi lớp thông tin lưu trữ một loại các đối tượng có chung một
tính chất, đặc điểm giống nhau. Thiết kế các lớp thông tin rất quan trọng đối với
bất kỳ một hệ thống GIS nào. Cách phân lớp thông tin sẽ ảnh hưởng rất lớn đến
tính hiệu quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của cơ sở dữ liệu không gian.
Một số nguyên tắc khi thiết kế các lớp thông tin:

22


- Có các lớp thông tin cơ bản: các ứng dụng khác nhằm cần đến những
lớp thông tin cơ bản (thông tin nền) Ví dụ như:
+
Lớp thông tin cơ sở toán học bản đồ: điểm khống chế, khung, điểm độ cao,
trắc địa nhà nước, v..v..
+ Lớp thông tin về địa hình
+ Lớp thông tin về hệ thống thuỷ văn
+ Lớp thông tin về hệ thống đường giao thông
- Đủ các lớp thông tin chuyên đề: Tuỳ từng ứng dụng và yêu cầu cụ thể
trước mắt, việc chọn lựa các lớp thông tin chuyên đề được lưu trữ trong cơ
sở dữ liệu và thứ tự nhập vào là quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá
thành và thời gian xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
- Gộp các đối tượng thành một lớp thông tin: không quá chi tiết (để tránh
có quá nhiều lớp thông tin phải quản lý) cũng như không quá tổng quát
(khó khăn khi muốn xử lý riêng biệt)
Như vậy, dữ liệu bản đồ giúp chúng ta xác định được vị trí địa lý, hình dạng
trong không gian của đối tượng. Ngoài ra, dữ liệu thuộc tính giúp chúng ta mô tả
về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa lý xác định mà chúng
khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ được.

1.3.2. Dữ liệu thuộc tính.
Là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa
lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ được. Cũng như
các hệ thống GIS khác, hệ thống này có 4 loại dữ liệu thuộc tính:
- Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ
liệu này được xử lý theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc (SQL) và phân tích.
Chúng được liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định

chung, thông thường gọi là mã địa lí và được lưu trữ trong cả hai mảng đồ
thị và phi đồ thị. Hệ thống thông tin địa lý còn có thể xử lí các thông tin
thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ chuyên đề trên cơ sở các giá trị
thuộc tính. Các thông tin thuộc tính này cũng có thể được hiển thị như là
các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn
hiển thị các thuộc tính đó như là các ký hiệu bản đồ.

23


- Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại
một vị trí xác định. Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả
về bản thân các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục
hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới,
nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường. . . liên quan đến các vị trí
địa lí xác
định. Các thông tin tham khảo địa lí đặc trưng được lưu trữ và quản lí trong
các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh
bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa
các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng.
- Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị,...
liên quan đến các đối tượng địa lí, được lưu trữ trong hệ thống thông tin địa
lí để chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lí mà chúng đã
được mô tả bằng các chỉ số địa lí xác định. Một chỉ số địa lý có thể bao gồm
nhiều bộ xác định cho các thực thể sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là
lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian
giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý.
Quan hệ không gian giữa các đối tượng: rất quan trọng cho các chức năng
xử lý của hệ thống thông tin địa lý. Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay
phức tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo giữa các đối

tượng.

1.3.3. Mối quan hệ giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính.
Hệ thống GIS sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó
thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phần đồ thị và phi đồ
thị. Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc
là các chỉ báo địa lí hay dữ liệu vị trí lưu trữ. Bộ xác định cho một thực thể có thể
chứa tọa độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc là một con
trỏ đến vị trí lưu trữ của dữ liệu liên quan.

1.4. Ứng dụng của GIS
Ngày nay, trên thế giới hệ thống thông tin địa lý đã trở nên không thể thiếu
được trong các ứng dụng kinh doanh, quản trị, nghiên cứu… Nhiều cơ quan
chính phủ, các công ty đã đầu tư rất nhiều tiền, công sức để xây dựng hệ thống
thông tin địa lý cho riêng mình và thực tế cho thấy kết quả thu được hoàn toàn
tương xứng chi phí bỏ ra.

24


Ở
nước ta trong những năm gần đây đã và đang có nhiều tổ chức, cơ quan
và nhiều người đã bắt đầu quan tâm nghiên cứu các ứng dụng của hệ thống thông
tin địa lý, đặc biệt là nhiều cơ quan Nhà nước đã bắt đầu xây dựng hệ thống
thông tin địa lý trong công tác quản lý như quản lý đất đai, quản lý đô thị, quản lý
giao thông, quản lý hệ thống thoát nước, quy hoạch đường nông thôn, quản lý và
sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên...
Trong lĩnh vực quản lý đất đai, GIS có thể được dùng để lập bản đồ phân
loại đất của một vùng. Mỗi loại đất được biểu diễn bởi một màu và nền khác
nhau theo quy định. Kèm theo các polygon biểu diễn phân bố của các loại đất là

các thông tin thuộc tính như địa điểm, diện tích,...
Công nghệ GIS hỗ trợ rất nhiều trong công việc quy hoạch sử dụng đất.
Những dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất được thu thập từ những quan trắc không
gian được xử lý trong hệ GIS, lập bản đồ hiện trạng, kèm đó là những số liệu
phân tích. Dựa vào đó các nhà qui hoạch có thể dễ dàng quản lý và phát triển các
kế hoạch sử dụng đất hợp lý.
Nhìn chung, hệ thống thông tin địa lý được xây dựng để phục vụ cho nhiều
mục tiêu khác nhau, đặc biệt là trợ giúp cho lao động trí óc của con người. Cùng
một cơ sở dữ liệu nhưng nhiều đối tượng khác nhau khai thác, mỗi đối tượng sẽ
khai thác theo khía cạnh riêng của mình.

1.5. Kết luận
Chương 1 đã trình bầy về những khái niệm nền tảng về hệ thống thông tin
địa lý để xây dựng hệ thống thông tin đất đai. Trước hết là định nghĩa về một hệ
thống thông tin địa lý (GIS). Kế tiếp là giới thiệu lại một số khái niệm cơ bản của
việc lập mô hình dữ liệu địa lý và cấu trúc CSDL trong hệ thống GIS. Cuối cùng
là tìm hiểu tính đa dạng của những ứng dụng GIS.

25