Nghiên cứu xây dựng hế thống thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý và cấp phát thông tin tư liệu địa hình quân sự
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.32 MB, 133 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
NGUYỄN HẢI HÀ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN
ĐỊA LÝ PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ VÀ CẤP PHÁT
THƠNG TIN TƯ LIỆU ĐỊA HÌNH QN SỰ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ TRUYỀN THÔNG
Hà Nội – 2004
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
NGUYỄN HẢI HÀ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN
ĐỊA LÝ PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ VÀ CẤP PHÁT
THƠNG TIN TƯ LIỆU ĐỊA HÌNH QN SỰ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ TRUYỀN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN THÚC HẢI
Hà Nội – 2004
-i-
Trang
Mở đầu
1
Chơng 1: hệ thống thông tin địa lý
4
1.1. khái niƯm vỊ hƯ thèng gis
4
1.1.1. Tỉng quan vỊ hƯ thèng GIS
5
1.1.2. Định nghĩa gis
5
1.1.3. Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan đến gis
5
1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng gis
5
6
1.2. Các thành phần và chức năng cơ bản của gis
1.2.1. Các thành phần cơ bản của gis
6
1.2.2. Các chức năng cơ bản của GIS
8
10
1.3. Các kiểu dữ liệu và các mô hình dữ liệu GIS
1.3.1. Các kiểu dữ liệu của GIS
10
1.3.1.1 Dữ liệu không gian
10
1. 3.1.2 Dữ liệu thuộc tính
11
1.3.1.3 Dữ liệu ảnh
11
1.3.2. Các Mô hình dữ liệu GIS
11
1.3.2.1 Mô hình dữ liệu raster
12
1.3.2.2 Mô hình dữ liệu Vector
12
13
1.4. hệ toạ độ và hệ quy chiếu sử dụng trong GIS
1.4.1. Hệ toạ độ
14
1.4.1.1 Hệ toạ độ phẳng
14
1.4.1.2 Hệ toạ độ trái đất
15
1.4.2. Các hệ quy chiếu
16
17
1.5. bản đồ địa hình
1.5.1. Khái quát chung
17
1.5.2. Bản đồ địa hình
18
1.5.2.1 Khái niệm chung về bản đồ địa hình
18
A - Khái niệm, phân loại và công dụng của bản đồ địa hình
18
B - Yêu cầu cơ bản đối với bản đồ địa hình
19
1.5.2.2 Cơ sở toán học của bản đồ
A - Hình dạng và kích thớc trái đất
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
20
21
Nguyễn Hải Hà
-iiB - Lới khống chế trắc địa quốc gia
22
C - Chiếu hình bản đồ
23
a. Chiếu hình Gauss
24
b. Chiếu hình U.T.M.
25
1.5.2.3 Các hệ toạ độ trên bản đồ
26
A - Toạ độ địa lý
26
B - Toạ độ vuông góc
26
a. Toạ độ vuông góc Gauss
26
b. Toạ độ vuông góc U.T.M
27
1.5.2.4 Chia mảnh, đánh số bản đồ địa hình
29
A - Chia mảnh, đánh số bản đồ Gauss
29
B - Chia mảnh, đánh số bản đồ địa hình UTM.
31
a. Chia mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000.000, 1:500.000,
1:250.000
31
b. Chia mảnh, đánh số bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1:100.000, 1:50.000,
1:25.000
32
33
1.6. xử lý và phân tÝch d÷ liƯu trong GIS
1.6.1. Xư lý d÷ liƯu trong GIS
33
1.6.2. Phân tích dữ liệu trong GIS
33
1.6.2.1 Truy vấn dữ liƯu thc tÝnh
34
1.6.2.2 Truy vÊn kh«ng gian
34
1.6.2.3 Truy vÊn kÕt hợp
35
1.6.2.4 Một số kiểu phân tích khác của GIS
35
36
1.7. cơ sở dữ liệu trong gis
1.7.1. Các khái niệm cơ bản
36
1.7.1.1 Cơ sở dữ liệu
36
1.7.1.2 Kiến trúc của hệ quản trị cơ sở dữ liệu
37
1.7.1.3 Ngời quản trị cơ sở dữ liệu
39
1.7.1.4 Ngời sử dụng cơ sở dữ liệu
39
1.7.2. Tích hợp thông tin bản đồ với cơ sở dữ liệu
40
1.7.2.1 Ngôn ngữ truy nhập không gian
40
1.7.2.2 Cơ sở dữ liệu trong GIS
40
Chơng 2: quản lý thông tin t liệu địa hình quân sự
2.1. thực trạng ứng dụng gis trong quân sự
2.1.1. Vai trò của bản đồ số trong giai đoạn hiện nay
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
44
44
44
Nguyễn Hải Hà
-iii2.1.2. Hai mô hình tổ chức dữ liệu
44
2.1.3. Đôi nét về cục bản đồ - bộ tổng tham mu
45
2.1.4. Qui định chung
46
2.1.5. Qui trình công nghệ số hoá bản đồ
46
48
2.2. hệ thống thông tin t liệu địa hình quân sự
2.2.1. Thông tin T liệu địa hình quân sự
48
2.2.1.1 T liệu bản đồ
48
2.2.1.2 T liệu không ảnh
48
2.2.1.3 T liệu trắc địa
49
2.2.1.4 T liệu bản đồ số
49
2.2.1.5 T liệu địa hình khác.
49
2.2.2. HƯ thèng phÇn mỊm øng dơng GIS
49
2.2.2.1 CÊu tróc cđa hệ GIS-OFFICE
49
2.2.2.2 Các thành phần của modul phần mềm hệ thèng GIS-OFFICE
50
2.2.3 Thu thËp d÷ liƯu trong gis-office
54
2.2.3.1 D÷ liƯu số hoá bằng thao tác
55
2.2.3.2 Dữ liệu vào dạng text
55
2.2.3.3 Số liệu từ đo đạc ngoại nghiệp
56
2.2.3.4 Nguồn dữ liệu số
56
2.2.3.5 Dữ liệu hình ảnh và dữ liệu đà quét
57
2.2.3.6 Dữ liệu ảnh đo
58
2.2.4 Phân tích, xử lý dữ liệu trong gis-office
58
2.2.4.1 Các phép phân tích không gian
58
2.2.4.2 Phân tích hình ảnh
59
2.2.4.3 Xử lý dữ liệu
60
2.2.4.4 Các phân tích mô hình hoá địa hình
61
2.2.5. Cơ sở dữ liệu trong GIS-OFFICE
61
2.2.5.1 Một số khả năng về xử lý, tổng hợp cơ sở dữ liệu trong GIS-OFFICE
62
a. Chức năng hỏi đáp
62
b. Các chức năng thu thập dữ liệu
63
c. Các chức năng bảo trì dữ liệu
63
d. Các chức năng nhập, chèn cơ sở dữ liệu lớn
63
2.2.5.2 Sản phẩm của GIS-OFFICE
Chơng 3: Phân tích và thiết kế hệ thống
3.1 phân tích hệ thống
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
63
64
64
Nguyễn Hải Hà
-iv3.1.1. Lùa chän kiÕn tróc thùc hiƯn
64
3.1.2. Lùa chän c«ng cụ thực hiện
66
3.1.2.1 Lựa chọn phần mềm lu trữ dữ liệu GIS
3.2 thiết kế hệ thống
3.2.1. Những yêu cầu và mục tiêu của hệ thống
66
67
67
3.2.1.1 Yêu cầu của hệ thống
67
3.2.1.2 Mục tiêu của hệ thống
68
3.2.2. Lựa chọn công cụ thực hiện
68
3.2.2.1 Mô hình tổ chức hệ thống
68
3.2.2.2 Phần mềm thao tác, hiển thị dữ liệu
69
3.2.3. Mô tả các trờng thông tin sử dụng trong hệ thống
3.2.3.1 Các loại dữ liệu đợc lu trữ trong hệ thống
69
69
Dữ liệu raster bản đồ địa hình quân sự
69
Dữ liệu vector bản đồ địa hình quân sự
71
Dữ liệu văn bản
72
Dữ liệu multimedia
72
3.2.3.2 Các chức năng của phần mềm
73
Khối chức năng cập nhật dữ liệu
73
Khối chức năng khai thác thông tin
73
Khối chức năng phân phối và tìm kiếm thông tin
73
Khối chức năng hệ thống
73
Đặc điểm ngời sử dụng
74
3.2.4. Qui trình quản lý và cấp phát dữ liệu
74
3.2.4.1 Quản lý dữ liệu
74
3.2.4.2 Cấp phát dữ liệu
74
3.2.5. Các chức năng của hệ thống
75
3.2.5.1 Nhóm thao tác dữ liệu
75
3.2.5.2 Nhóm in ấn
76
3.2.5.3 Nhóm kiểm tra
76
3.2.5.4 Nhóm quản trị hệ thống
76
3.2.5.5 Nhóm chỉ huy và cấp phát
77
3.2.6. Sơ đồ quan hệ dữ liệu thuộc tính của hệ thống
77
3.2.6.1 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu vector và văn bản
77
3.2.6.2 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu vector và multimedia
77
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-v3.2.6.3 Quan hệ giữa các dạng dữ liệu và các đơn vị cung cấp, lu trữ dữ liệu
78
3.2.6.4 Sơ đồ quan hệ giữa thuộc tính đồ hoạ và dữ liệu Vector
78
3.2.6.5 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu văn bản và multimedia
79
3.2.6.6 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu vector và raster
79
3.2.6.7 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu raster và multimedia
79
3.2.6.8 Sơ đồ quan hệ giữa dữ liệu raster và văn bản
80
3.2.6.9 Sơ đồ quan hệ giữa tỉ lệ bản đồ và dữ liệu Raster, Vector
80
3.2.6.10 Sơ đồ quan hệ giữa thuộc tính đồ hoạ và dữ liệu Vector
80
3.2.6.11 Sơ đồ quan hệ giữa hệ toạ độ và dữ liệu Raster, Vector
81
3.2.7. Mô tả hệ thống gis
82
3.2.7.1 Mô hình thu thập và xử lý thông tin
82
3.2.7.2 Khả năng của hệ thống thiết kế
83
3.2.7.3 Vấn đề thu thập thông tin
83
Chơng 4: Cài đặt và thử nghiệm hệ thống
4.1. càI đặt hệ thống
85
85
4.1.1. Cài đặt SQL server 2000
85
4.1.2. Yêu cầu cấu hình cài đặt cho máy chủ quản lý File
85
4.2. Các thủ tục cài đặt chơng trình
87
4.3. thử nghiệm chơng trình
89
4.3.1. Chơng trình thử nghiệm
89
4.3.2. Một vài hình ảnh trong quá trình thử nghiệm
89
4.4. kết quả thử nghiệm
Kết luận
94
95
i. đánh giá kết quả đạt đợc
95
II. phơng hớng phát triển
96
III. kết luận
96
Phụ lục
97
tài liệu tham khảo
125
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-1-
Mở đầu
rong những năm qua với sự phát triển của Công nghệ Thông tin mà điển
hình là sự phát triển của phần cứng cũng nh phần mềm máy tính, việc
thu thập, xử lý và cập nhật thông tin trở nên rất nhanh chóng và chính
xác. Bản đồ số với độ chính xác cao, kèm theo những thông tin hỗ trợ
rất đa dạng đà và đang đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nh: quân sự, kinh
tế văn hoá xà hội vv. áp dụng thành tựu tiên tiến của công nghệ số, Cục Bản
đồ Bộ tổng Tham mu đà cho nghiên cứu và sử dụng công nghệ thành lập bản
đồ của hÃng InterGraph trong lĩnh vực quản lý và số hoá t liệu bản đồ địa
hình quân sự. Sau một thời gian Cục Bản đồ Bộ tổng Tham mu đà cho ra đời
nhiều loại bản đồ số các loại tỷ lệ đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt
làm dữ liệu đầu vào cho hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic
Information System). Một trong những sản phẩm đáng đợc ghi nhận là t liệu
bản đồ phục vụ công tác phân định Vịnh Bắc Bộ giữa Việt nam và Trung quốc,
bản đồ biên giới Việt nam - Lào. Đây là một trong những sản phẩm ứng dụng
công nghệ số hiện đại, nó khẳng định sự tiện lợi vợt trội của dữ liệu số trong
hệ thống GIS đối với quá trình quản lý, lu trữ, cập nhật và khai thác thông tin
bản đồ thông qua hệ thống mạng máy tính hiện có.
T
Đề tài:
nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác
quản lý và cấp phát thông tin t liệu địa hình quân sự
đợc xây dựng với những mục đích sau:
ã Đa khối t liệu địa hình quân sự vào quản lý dới dạng cơ sở dữ liệu, đảm
bảo an toàn, chính xác và bảo mật.
ã Từng bớc tự động hoá qui trình cấp phát t liệu địa hình quân sự theo
quyền hạn ngời đăng nhập khai thác.
ã Chuẩn hoá quy trình quản lý t liệu địa hình quân sự đợc lu trữ, sản xuất
tại đơn vị với định hớng áp dụng Công nghệ Thông tin trong Quốc phòng.
ã Cung cấp các công cụ dịch vụ cấp phát t liệu, tìm kiếm thông tin, hiển thị
và báo cáo.
ã Việc cấp phát thông tin và khai thác hệ thống đợc thực hiện thông qua
môi trờng mạng nội bộ hiện có của đơn vị.
Ngày nay hệ thống thông tin địa lý đợc hiểu là một hệ thống không chỉ cung
cấp các thông tin địa lý thuần tuý mà còn là một phơng tiện trợ giúp trong
công tác quản lý, tìm kiếm, hiển thị và phân tích dữ liệu mà còn có khả năng
trợ giúp ra quyết định rất hữu hiệu cho con ngời.
Việc tạo lập và ứng dụng hệ thống thông tin địa lý để lu trữ, quản lý, phân
tích và trao đổi thông tin có ý nghĩa to lớn trong công cuộc phát triển kinh tế,
văn hoá - xà hội, bảo vệ môi trờng sinh thái và an ninh quốc gia. Do đó,
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-2việc thu thập và xử lý thông tin là một vấn đề đà sớm đợc đặt ra. Để có thông
tin nhanh chóng, kịp thời và chính xác ngời ta đà sử dụng máy tính điện tử và
gắn kết chúng với nhau trên môi trờng mạng máy tính. Để dễ cập nhật và
quản lý thông tin ngời ta thống nhất dạng dữ liệu và qui định cách tạo lập dữ
liệu chung cho tất cả các đơn vị, các tổ chức và cá nhân tham gia quá trình tạo
lập và xây dựng dữ liệu cho hệ thống thông tin địa lý.
Là một cán bộ hiện đang công tác tại Cục Bản đồ Bộ tổng Tham mu cơ quan
Bộ Quốc phòng, đơn vị đang tham gia vào công tác thành lập và chuẩn hoá
thông tin t liệu địa hình, tôi hiểu rất rõ vai trò và mục đích sử dựng của dữ
liệu bản đồ số, đặc biệt là vai trò của thông tin t liệu địa hình quân sự trong
tác chiến cũng nh trong nhiệm vụ bảo vệ an ninh quốc gia.
Để đáp ứng tình hình nhiệm vụ của Cục Bản đồ trong thời kỳ mới, việc xây
dựng một cơ sở dữ liệu thống nhất nhằm quản lý, khai thác và sử dụng t liệu
địa hình hiện có sao cho có hiệu quả, nhanh chóng, kịp thời và chính xác; cấp
phát t liệu đúng đối tợng, sử dụng đúng mục đích theo yêu cầu của lÃnh đạo
chỉ huy đơn vị là hết sức cần thiết.
Hệ thống này đợc xây dựng thành nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là xây
dựng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS trợ giúp công tác quản lý, cấp phát và
sử dụng dữ liệu theo quyền truy nhập hệ thống. Việc hoàn thiện và xây dựng
toàn bộ hệ thống cần mất nhiều thời gian và công sức cùng với sự phối hợp
tham gia, chỉ đạo của nhiều cấp lÃnh đạo chỉ huy đơn vị, đồng thời cũng phải
có sự hiểu biết sâu sắc trong các lĩnh vực liên quan nh: tài nguyên môi
trờng, đo đạc bản đồ, khí tợng thuỷ văn, tôn giáo, kính tế, văn hoá xà hội ...;
cùng với các kỹ thuật tiên tiến là hệ thống mạng máy tính, hệ quản trị cơ sở dữ
liệu, công nghệ đa phơng tiện vv. Vì vậy, luận văn nhấn mạnh vào giai đoạn
đầu tiên, nghiên cứu cơ sở lý thuyết và đề xuất thiết kế xây dựng hệ thống lu
trữ và cấp phát thông tin t liệu địa hình quân sự trên nền hệ thống GIS, khai
thác và quản lý dữ liệu bản đồ số đà và đang sản xuất tại đơn vị.
Với mục tiêu nh trên, bản luận văn này sẽ trình bày những nội dung nh sau:
1. Giới thiệu hệ thống thông tin địa lý
2. Quản lý thông tin t liệu địa hình quân sự.
3. Phân tích và thiết kế hệ thống
4. Cài đặt và thử nghiệm hệ thống
5. Kết luận và phơng hớng
Rất mong nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp của thầy giáo, cô giáo trong khoa
Công nghệ Thông tin, Trung tâm bồi dỡng và đào tạo sau đại học trờng Đại
học Bách khoa Hà nội, của bạn bè đồng nghiệp, của lÃnh đạo chỉ huy đơn vị
và những ngời quan tâm tới vấn đề này để đề tài đợc hoàn thiện và từng
bớc đợc áp dụng thử nghiệm tại đơn vị trong thời gian tới.
Xin trân trọng cảm ơn giáo s tiến sỹ khoa học Nguyễn Thúc Hải khoa Công
nghệ Thông tin đà tận tình hớng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-3luận văn này, xin cảm ơn các cán bộ giảng viên thuộc Trung tâm Đào tạo và
Bồi dỡng sau đại học - trờng Đại học Bách khoa Hà nội,
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đà giúp đỡ, đóng góp ý
kiến, thử nghiệm chơng trình trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Do phạm vi ứng dụng của luận văn rất rộng, với khả năng hiểu biết còn hạn
chế cộng với thời gian thực hiện có hạn, những gì đạt đợc trong luận văn này
mới chỉ là bớc đầu cả về nội dung và hình thức, chắc chắn còn nhiều thiếu
sót. Rất mong nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp xây dựng để hệ thống đợc
chỉnh sửa bổ sung ngày càng hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn
Học viên thực hiện
Nguyễn Hải Hà
Xí nghiệp Bản đồ 1 - Bộ Quốc Phòng
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-4Chơng 1
hệ thống thông tin địa lý
(Geographic Information Systems - GIS)
1.1. kh¸i niƯm vỊ hƯ thèng gis
1.1.1. tỉng quan vỊ hệ thống GIS
Địa lý (Geography) đợc hình thành từ hai khái niệm: Trái đất (Geo-Earth) và tiến
trình mô tả (Graphy). Nh vậy, địa lý đợc xem nh tiến trình mô tả Trái đất. Khi
mô tả Trái đất, các nhà địa lý luôn đề cập đến quan hệ không gian. Chìa khoá của
nghiên cứu các quan hệ không gian là bản đồ (map). Khái niệm map trong địa lý
học đợc hiểu là quá trình chuyển đổi thông tin từ bề mặt Trái đất sang bản đồ giấy.
Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế (International Cartographic Association) thì bản đồ
là biểu diễn bằng đồ hoạ tập các đặc trng trừu tợng và các quan hệ không gian
trên bề mặt Trái đất.
Hệ thống thông tin là tập các tiến trình xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông tin
có ích cho công tác lập quyết định. Chúng bao gồm tập các thao tác dẫn chúng ta đi
từ lập kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử
dụng các thông tin suy diễn trong công việc lập quyết định. 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 đợc sử dụng vào công việc lập quyết định. Để sử dụng hiệu quả, việc
biểu diễn thông tin trên bản đồ phải tuân thủ theo qui phạm cũng nh những qui
định áp dụng khi tiến hành tạo lập dữ liệu. Hệ thông tin địa lý là hệ thông tin đợc
thiết kế để làm việc với dữ liệu qui chiếu không gian hay toạ độ địa lý. Khái niệm hệ
thông tin địa lý đợc hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống đợc
viết tắt là GIS.
ý nghĩa của chúng đợc diễn giải nh sau:
ã Geographic Information Systems (Mỹ).
ã Geographical Information Systems (Anh, Ôxtrâylia, Canada).
ã Geographic Information Science (nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ
thông tin địa lý và các công nghệ thông tin địa lý).
ã Geographic Information Studies (nghiên cứu về ngữ cảnh xà hội của thông tin
địa lý nh ngữ cảnh pháp lý, khía cạnh kinh tế).
Khái niệm địa lý đợc sử dụng ở đây vì GIS trớc hết liên quan tới các đặc trng địa
lý hay không gian. Các đặc trng này đợc ánh xạ hay liên quan đến các đối tợng
không gian. Các đặc trng trên bản đồ là biểu biễn các đối tợng trong thế giới thực.
Khái niệm thông tin" đề cập tới khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý. Các đối
tợng 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 lu trữ,
quản lý các đặc trng không gian.
Khái niệm hệ thống đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Môi trờng hệ
thống GIS đợc chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhng chúng đợc
tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn. Công nghệ thông tin đà trở thành
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-5quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều đợc
xây dựng trên cơ sở máy tính và mạng máy tính.
Khái niệm công nghệ thông tin địa lý (Geographic Information Technology) là các
công nghệ thu thập và xử lý thông tin địa lý. Chúng gồm ba loại sau:
- Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS): đo đạc vị trí
trên mặt đất trên cơ sở hệ thống các vệ tinh.
- Viễn thám (Remote Sensing): sử dụng vệ tinh để thu thập thông tin về Trái đất.
- Hệ thống thông tin địa lý.[6]
1.1.2. định nghĩa gis
Hệ thống thông tin địa lý đợc hiểu nh là một hệ thống cho phép ngời sử dụng
khai thác, hiển thị dữ liệu địa lý và chuyển đổi thành các dạng thông tin trợ giúp
con ngời trong quá trình tạo lập ra quyết định. Trong quá trình phát triển có rất
nhiều định nghĩa về GIS. Sau đây sẽ là một định nghĩa đợc xem là khá chính xác
và đầy đủ.
" GIS là một hệ thống bao gồm các thiết bị phần cứng, phần mềm ứng dụng, dữ
liệu và đội ngũ nhân sự chuyên nghiệp, đợc thiết kế để thực hiện các thao tác thu
thập, lu trữ, cập nhật, biến đổi, phân tích và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không
gian từ thế giới thực một cách hiệu quả, phục vụ cho một mục đích xác định ".[1]
1.1.3. các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan đến gis
GIS đợc xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau. Trong đó:
Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc tìm hiểu thế giới thực và
vị trí của con ngời trong thế giới.
Ngành bản đồ (cartography): Thông tin địa lý là thông tin tham chiếu không
gian, có nghĩa là chúng liên quan tới ngành bản đồ. Ngày nay, nguồn dữ liệu
đầu vào chính cho GIS là các bản đồ số.
Công nghệ viễn thám: Các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa
lý quan trọng cho GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ
liệu ở mọi vị trí với giá rẻ. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể
đợc ghép với các lớp dữ liệu của GIS.
ảnh máy bay: ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn dữ
liệu chính về độ cao bề mặt Trái đất đợc sử dụng làm đầu vào của GIS.
Bản đồ địa hình: Cung cấp dữ liệu với độ chính xác cao về vị trí điểm, dáng
đất, phân bố dân c, hệ thống giao thông [6]...
1.1.4. các lĩnh vực ứng dụng gis
GIS đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh: Quản lý các phơng tiện tham gia giao
thông, khí tợng thuỷ văn, tài chính ngân hàng, chăm sóc sức khoẻ cộng đồng,
chính phủ điện tử, quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, nhân khẩu,
thành lập bản đồ chuyên đề, cứu hộ cứu nạn vv. GIS đóng vai trò nh là một công cụ
hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-6Một số ngành ứng dụng công nghệ GIS
Giao thông: ứng dụng GIS để lập kế hoạch quản lý - bảo trì cơ sở hạ tầng, hệ thống
thông tin hải đồ điện tử, hợp nhất các kế hoạch vận tải, định vị.
Nông nghiệp: ứng dụng GIS để giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về
hàng hoá, nghiên cứu đất trồng, lập kế hoạch tới tiêu và kiểm tra nguồn nớc.
Tài chính: GIS đà từng đợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới
của Ngân hàng. Hiện nay GIS đợc sử dụng trong lĩnh vực này nh là một công cụ
đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm. Lĩnh vực này đòi hỏi những cơ sở dữ liệu
khác nhau nh: hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản...
Những ứng dụng đặc trng: Đánh giá và phân tích vị trí chi nhánh mới, quản lý tài
sản, tiếp thị, chính sách bảo hiểm/mô hình hóa và phân tích rủi ro.
Chính quyền địa phơng: Là một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS. GIS có
thể đợc sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ
giấy tờ hiện hành, cịng cã thĨ sư dơng GIS trong viƯc b¶o d−ìng nhà cửa và đờng
giao thông, các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp.
Những ứng dụng đặc trng: Quản lý quy hoạch, công trình, tìm kiếm thửa đất, điều
chỉnh ranh giới, bảo dỡng nhà cửa, đờng giao thông, chỉ huy và quản lý lực lợng
công an, cứu hoả...
Môi trờng: Sử dụng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói
mòn đất s− lan trun « nhiƠm trong m«i tr−êng khÝ hay nớc, hoặc sự phản ứng của
một lu vực sông dới sự ảnh hởng của một trận ma lớn.
Những ứng dụng đặc trng: Sự ô nhiễm môi trờng, thời tiết, khí hậu, nghiên cứu các
tiến trình nguyên nhân - hệ quả, đánh giá môi trờng, kế hoạch bảo tồn môi trờng.
Y tế: GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ nh, nó chỉ ra đợc lộ trình
nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ
sở dữ liệu giao thông. GIS cũng có thể đợc sử dụng nh là một công cụ nghiên cứu
dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng.
Những ứng dụng đặc trng: Đánh giá, quản lý, định lộ trình cấp cứu, nghiên cứu
dịch bệnh, phân tích tai nạn giao thông.
Khí tợng thuỷ văn: GIS phục vụ phòng chống thiên tai nh lũ quét ở vùng hạ lu,
xác định tâm bÃo, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đa ra
các biện pháp phòng chống kịp thời.
Những ứng dụng đặc trng: Xây dựng các bản đồ ngập lụt, các hệ thống hỗ trợ phản
ứng nhanh, các mô hình ba chiều...
1.2. Các thành phần và chức năng cơ bản của gis
1.2.1. Các thành phần cơ bản của gis
Một hệ thống thông tin địa lý đợc tạo nên từ năm thành phần cơ bản đó là:
Phần cứng, phầm mềm, dữ liệu, con ngời và phơng pháp.
Việc xây dựng một hệ thống thông tin địa lý sẽ đem lại rất nhiều lợi ích thiết thực.
Đây là một công cụ có khả phân tích và trợ giúp ngời sử dụng trong quá trình lên
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-7kế hoạch và tạo lập quyết định. Sau đây chúng ta sẽ xem xét cụ thể với từng thành
phần của hệ thống GIS.
Hình 1.1: Mô tả các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Phần cứng: Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động.
Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ
máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
GIS đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt nh bàn số hoá, máy vẽ, máy quét ảnh,
máy in ... để vào/ra dữ liệu. Các thiết bị này nối với nhau thông qua thiết bị
truyền tin hay mạng LAN.
Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:
Công cụ nhập và thao tác trên các dữ liệu thông tin địa lý.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS).
Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị.
Giao diện đồ hoạ ngời - máy (GUI) để truy nhập các công cụ dễ dàng.
Phần mềm GIS với nhiều chức năng khác nhau và có khả năng đáp ứng đồng thời
nhiều yêu cầu nh:
Hiển thị dữ liệu (bản đồ, đồ thị, biểu đồ, các bảng,...).
Quản lý cơ sở dữ liệu.
Tơng tác với ngời sử dụng.
Phân tích dữ liệu.
Dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ
liệu không gian và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể đợc ngời sử dụng tự tập hợp
hoặc đợc mua từ nhà cung cấp các sản phẩm dữ liệu thơng mại. Hệ GIS sẽ kết hợp
dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị
cơ sở dữ liệu để lu trữ và quản lý dữ liệu.
Dễ thấy dữ liệu của hệ thống GIS là một trong những thành phần nền tảng của hệ
thống và bao gồm hai thành phần dữ liệu chính là dữ liệu không gian và dữ liệu
thuộc tính. Việc xây dựng và tổ chức quản lý dữ liệu đợc xem là một trong những
bớc cơ sở và rất tốn kém.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-8Con 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 kỹ thuật, những ngời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những
ngời dùng GIS để giải quyết các bài toán thực tế trong công việc. Yếu con ngời
chính là nguồn gốc sức mạnh của một hệ thống GIS. Chính vì vậy cần có một kế
hoạch thờng xuyên đào tạo nâng cao trình độ và sự hiểu biết về GIS cho những
ngời tham gia sử dụng hệ thống.
Phơng pháp: Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thơng mại
là đợc mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
1.2.2. Các chức năng cơ bản của GIS
Mục đích của các hệ thông tin địa lý là thực hiện năm chức năng sau:
Nhập dữ liệu.
Thao tác dữ liệu.
Quản lý dữ liệu.
Hỏi đáp và phân tích.
Hiển thị.
Nhập dữ liệu
Trớc khi dữ liệu địa lý có thể đợc dùng cho GIS, dữ liệu này phải đợc chuyển
sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu
dạng số đợc gọi là quá trình số hoá.
Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này với công
nghệ quét ảnh cho các đối tợng lớn; những đối tợng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá
trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá). Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự
có các định dạng tơng thích GIS. Những dữ liệu này có thể nhận đợc từ các nhà
cung cấp dữ liệu và đợc cập nhập trực tiếp vào cơ sở dữ liệu GIS.
Thao tác dữ liệu
Có những trờng hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi đợc chuyển dạng và thao tác theo
một số cách để có thể tơng thích với một hệ thống nhất định. Ví dụ, các thông tin
địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống đờng phố
đợc chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn trong file điều tra dân số
và có mà bu điện trong mức vùng). Trớc khi các thông tin này đợc kết hợp với
nhau, chúng phải đợc chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết).
Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho
yêu cầu phân tích. Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ
liệu không gian và cung cấp các thao tác cho việc loại bỏ dữ liệu không cần thiết.
Quản lý dữ liệu
Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lu các thông tin địa lý dới dạng các file đơn
giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lợng ngời dùng cũng
nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để giúp cho việc lu
giữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một hệ quản trị cơ sở dữ liệu chỉ đơn giản là một
phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
-9Có nhiều cấu trúc hệ quản trị cơ sở dữ liƯu kh¸c nhau, nh−ng trong GIS cÊu tróc
quan hƯ tá ra h÷u hiƯu nhÊt. Trong cÊu tróc quan hƯ, d÷ liệu đợc lu trữ ở dạng các
bảng. Các trờng thuộc tính chung trong các bảng khác nhau đợc dùng để liên kết
các bảng này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này đợc sử dụng và triển
khai khá rộng rÃi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS.
Hỏi đáp và phân tích
Một khi đà 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 trồng lúa 3 vụ ở cánh đồng Chum?
-
Hai vị trí điểm P1 và P2 cách cầu Tân Đệ bao nhiêu mét?
-
Vùng đất dành cho trồng cây mía ở huyện nào của Tỉnh Thanh Hoá?
Và các câu hỏi phân tích nh:
-
Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?
-
Kiểu đất u thế cho rừng cao su là gì?
-
Nếu xây dựng một đờng quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnh
hởng nh thế nào, vấn đề về môi trờng bị ảnh hởng ra sao?
GIS cung cấp cả 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
ã
Tổng số dân trong bán kính 1 km quanh trụ sở uỷ ban?
ã
Những khu làng trong khoảng 500 m từ mặt đờng?
Để trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phơng pháp vùng đệm để xác định mối
quan hệ liền kề giữa các đối tợng.
Hình 1.2: Tìm các đối tợng dọc đờng giao thông trong phạm vi 500 m
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. Sự chồng xếp này, hay
liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc
sở hữu đất với định giá thuế.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 10 -
Hình 1.3: Xếp chồng các nhóm lớp thông tin của bản đồ
Hiển thị
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 và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và
khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể đợc kết hợp với các bản báo
cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu liên quan.
Hình 1.4: Bản đồ và các dữ liệu liên quan
1.3. Các kiểu dữ liệu và các mô hình dữ liệu GIS
1.3.1. Các kiĨu d÷ liƯu cđa GIS
D÷ liƯu GIS bao gåm 3 kiểu dữ liệu cơ bản đó là: dữ liệu không gian (Spatial Data),
dữ liệu thuộc tính hay còn gọi là dữ liệu dạng bảng và dữ liệu ảnh (Image Data).
1.3.1.1 Dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian có thể xem nh là một loại dữ liệu mô tả về các đối tợng trong
thế giới thực trên quan điểm hình học hoặc vị trí địa lý. Một ví dụ đơn giản của loại
dữ liệu này chính là bản đồ. Trong đó có những đối tợng hai chiều nh điểm
(point), đờng (line, linestring), đa giác (polygon)..., mô tả các thực thể nh thành
phố, đờng sá hay các đờng ranh giới giữa các vïng, miỊn hay qc gia, l·nh thỉ.
XÐt trong thÕ giíi thực các thực thể này có một ví trí địa lý nhất định và sau khi đÃ
đợc chiếu lên mặt phẳng trở thành các đối tợng hai chiều. Nh vậy, dữ liệu không
gian là loại dữ liệu đặc trng về vị trí của các đối tợng đợc đặt trong hệ thống toạ
độ nhất định nh toạ độ trái đất (kinh, vĩ tuyến hoặc chiều cao, chiều sâu) hay các
hệ toạ độ khác.
Dữ liệu không gian là một trong những thành phần quan trọng nhất của GIS, có thể
ví nh trái tim của hệ GIS. Việc thành lập, lu trữ loại dữ liệu này rất tốn kém, cần
nhiều thời gian và nhân công thực hiện.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 11 1. 3.1.2 D÷ liƯu thc tÝnh
D÷ liƯu thc tính dùng để mô tả tính chất hay đặc điểm của các đối tợng không
gian tơng ứng.Ví dụ nh một đờng phố trong bản đồ có thể có các thuộc tính nh:
-
Tên đờng
-
Độ dài
-
Độ rộng
-
Tính chất rải mặt
-
Điểm bắt đầu
-
Điểm kết thúc
-
...
Hình 1.5: Liên kết các trờng dữ liệu
Dữ liệu này có thể biểu diễn dới dạng bảng và đợc liến kết chặt chẽ với dữ liệu
không gian.
1.3.1.3 Dữ liệu ảnh
Dữ liệu ảnh thờng đợc sử dụng làm ảnh nền trong quá trình xây dựng bản đồ. Các
ảnh này có thể là ảnh chụp từ vệ tinh (ảnh viễn thám), ảnh chụp từ máy bay (ảnh
hàng không) hay ảnh thu đợc từ máy quét chuyên dụng.
ảnh vệ tinh
ảnhhàng không
ảnh scanner
Hình 1.6: Các loại ảnh sử dụng trong GIS
1.3.2. các Mô hình dữ liệu GIS
Có hai mô hình dữ liệu chính đợc sử dụng trong GIS là mô hình dữ liệu raster và
mô hình dữ liệu vector.
Hình 1.7: Mô hình dữ liệu sử dụng trong GIS
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 12 1.3.2.1 Mô hình dữ liệu raster
Mô hình dữ liệu raster biểu diễn các đặc trng của vùng nghiên cứu dới dạng lới
điểm ảnh trong một không gian liên tục. Mỗi giá trị trong vùng nghiên cứu tơng
ứng với một điểm ảnh. Mỗi lớp biểu diễn một thuộc tính mặc dù các thuộc tính khác
nhau có thể gắn với một điểm ảnh. Đa số các phép phân tích thờng kết hợp các lớp
lại và tạo ra một lớp mới với các giá trị điểm ảnh mới.
Ưu điểm chính của mô hình này là đơn giản. Dữ liệu đầu vào có thể lấy ngay từ
các ảnh vệ tinh hay các ảnh hàng không. Mô hình dữ liệu raster cho phép thực hiện
các phép phân tích dữ liệu một cách dễ dàng hơn và đặc biệt thuận lợi cho các hệ
GIS nhằm chủ yếu vào việc phân tích các biến đổi liên tục trên bề mặt trái đất để
quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trờng.
Nhng nhợc điểm của mô hình này là phụ thuộc rất nhiều vào kích thớc của các
điểm ảnh (pixel). Khi kích thớc của các điểm ảnh là lớn thì sẽ ảnh hởng đến kết quả
phân tích và độ chính xác của bản đồ. Nếu kích thớc này quá nhỏ thì đòi hỏi một
không gian lu trữ lớn. Mặt khác với mô hình này, việc thiết lập các mạng lới của
các đặc trng của bản đồ nh đờng sá, hệ thống thuỷ hệ,... sẽ gặp rất nhiều khó khăn.
Qua nghiên cứu thì mô hình dữ liệu raster định hớng chủ yếu vào phân tích mà
không định hớng cho cơ sở dữ liệu.
Theo dõi động thái rừng
Giám sát biến động đờng bờ nớc
Hình 1.8: Mô hình dữ liệu raster
1.3.2.2 Mô hình dữ liệu Vector
Mô hình dữ liệu vector dựa trên cơ sở các vector hay toạ độ của một điểm trong một
hệ toạ độ nhất định. Điểm là một đơn vị cơ bản của dữ liệu vector. Các điểm đợc
nối với nhau bởi các đoạn thẳng hay các đờng cong để tạo nên các đối tợng khác
nhau nh đối tợng đờng (lines) hay vùng (area). Các đờng thẳng biểu diễn các
thực thể nh đờng phố, đờng mòn; các sông suối, kênh mơng,... đợc tạo thành
bởi dÃy các cặp toạ độ xiyj. Các vùng biểu diễn các khu vùc cã cïng tÝnh chÊt nh−:
l·nh thỉ c¸c n−íc, c¸c đơn vị hành chính giữa các quận, huyện, thị xÃ, phân tầng độ
cao hay các khu vực đô thị, làng mạc..., tất cả đợc xây dựng bởi các đa giác khép
kín. Nh vậy mô hình dữ liệu vector sử dụng các thành phần điểm hay đoạn thẳng
để nhận biết vị trí của đối tợng trong thế giới thực.
Cũng chính vì cách biểu diễn dữ liệu nh vậy, nên mô hình dữ liệu vector cho phép
thực hiện đợc nhiều thao tác hơn so với mô hình dữ liệu raster. Trong đó cã thĨ
thùc hiƯn viƯc ®o diƯn tÝch, tÝnh chu vi, đo khoảng cách thông qua các phép tính
hình học trên toạ độ của các đối tợng một cách chính xác thay vì việc đếm các
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 13 điểm ảnh của mô hình raster. Có thể thực hiện các thao tác lựa chọn, thay đổi hay
cập nhật lại một đối tợng đồ hoạ bất kỳ một cách dễ dàng. Thêm vào đó việc thực
hiện một số thao tác khác nh tìm đờng đi ngắn nhất trong mạng lới giao thông
hay thuỷ hệ ... sẽ nhanh hơn rất nhiều. Tuy nhiên các thao tác khác nh quá trình
xếp chồng (Overlay) các lớp sẽ có phần chậm hơn.
Một đặc trng quan trọng của mô hình dữ liệu vector là định hớng tới hệ thống
quản trị cơ sở dữ liệu. Dữ liệu vector là loại dữ liệu có cấu trúc và có thể đợc lu
trữ rất tốt vào trong cơ sở dữ liệu dới dạng bảng. Nhờ đó các øng dơng cã thĨ truy
xt dƠ dµng vµ thùc hiƯn các thao tác hiển thị, tìm kiếm, cập nhật, thêm bớt... một
cách hiệu quả nhờ vào các công cụ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Ngoài ra có thể thực
hiện liên kết trực tiếp các thành phần dữ liệu đồ hoạ với các thuộc tính của chúng.
Trong cơ sở dữ liệu không gian, các thực thể của thế giới thực đợc biểu diễn dới
dạng số bằng một kiểu đối tợng không gian tơng ứng. Dựa trên kích thớc không
gian của đối tợng mà Tổ chức tiêu chuẩn Hoa kỳ đối với cơ sở dữ liệu địa hình số
(United State National Standard for Digital Cartographic Databases (DCDSTF, 1998)
®· chuÈn hoá các loại đối tợng nh sau:
0-D: Đối tợng có vị trí nhng không có độ dài (đối tợng điểm).
1-D: Đối tợng có độ dài, đợc tạo từ hai hay nhiều đối tợng 0-D.
2-D: Đối tợng có độ dài và độ rộng, đợc bao quanh bởi ít nhất 3 đoạn thẳng.
3-D: Đối tợng có độ dài, độ rộng và chiều cao hay độ sâu (chiều Z) đợc
tạo bởi ít nhất từ hai đối tợng 2-D.
Các đối tợng trong cơ sở dữ liệu không gian biểu diễn các thực thể trong thÕ giíi
thùc cïng víi c¸c thc tÝnh cđa chóng. Mét trong những sức mạnh của một hệ
thống GIS là ở chỗ chúng trợ giúp việc tìm kiếm các thực thể trong một ngữ cảnh
địa lý và khảo sát các quan hệ giữa chúng.
Việc xây dựng các thực thể từ các đối tợng điểm hay đờng phải thiết lập một cấu
trúc topology tơng ứng. Đó là quá trình xây dựng mối quan hệ giữa các điểm, các
đoạn thẳng và các vùng đối tợng tạo ra các thực thể. Thực chất là xây dựng mối
quan hệ không gian giữa các mối liên kết của các đối tợng trong một lớp.
Topology trợ giúp cho các thao tác phân tích và tìm đờng trong mạng lới các dữ
liệu trong cơ sở dữ liệu của GIS một cách thuận tiện.
1.4. hệ toạ độ và hệ quy chiếu sử dụng trong GIS
Quan niệm vị trí đợc xác định bởi hệ trục toạ độ, chúng đợc sử dụng cho tiến trình
thành lập bản đồ và thực hiện các tìm kiếm không gian, phân tích thông tin địa lý.
Để thể hiện đặc trng trên bản đồ cần phải xác định vị trí các điểm của đặc trng đó
và giữ nguyên khung tham chiếu chung hay hệ thống toạ độ. Sau khi đà tạo lập đợc
khung tham chiếu không gian cần sử dụng phơng tiện phân hoạch dữ liệu để thực
hiện chỉ số hoá không gian trong cơ sở dữ liệu. Hệ toạ độ của khung tham chiếu cần
thiết cho đo vẽ bản đồ và tìm kiếm thông tin địa lý, cho phép xác định vị trí bằng
khoảng cách hay từ hớng điểm, đờng hay bề mặt cố định.
Vị trí trên bề mặt Trái đất đợc xác định bởi hệ toạ độ địa lý, bao gồm kinh độ và
vĩ độ . Đó là một dạng của hệ toạ độ cực hình cầu, trong đó hai góc đợc đo từ các
mặt phẳng đi qua tâm hình cầu hay tựa cầu biểu diễn hình dạng Trái đất. Hệ toạ độ
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 14 không trực tiếp cho khoảng cách nhng nó đợc 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
kho đo vẽ bản đồ chúng phải đợc đổi về hệ toạ độ cực hai chiều hay gọi là lới bản
đồ. Ta gọi phép biến đổi 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 nón rồi trải ra
thành mặt phẳng. Đờng kinh, vĩ tuyến vẽ trên bản đồ gọi là lới (graticule). Mọi
phép chiếu từ toạ độ địa lý trên bề mặt Trái đất sang lới bản đồ hai chiều đều phát
sinh sai số. Việc lựa chọn loại phép chiếu phụ thuộc vào tiêu chí đặt ra trớc là biến
dạng tối thiểu về góc, hình dạng hay diện tích của đối tợng. Kết quả của các phép
chiếu bản đồ dẫn tới nhiều hệ toạ độ lới bản đồ đợc sử dụng đồng thời. Do vậy,
khi kết hợp cơ sở dữ liệu với dữ liệu bản đồ từ nhiều nguồng khác nhau nhất thiết
phải chuyển đổi các hệ trục toạ độ của chúng sang hệ toạ độ thống nhất [6].
1.4.1. Hệ toạ độ
Hệ toạ độ là cơ sở toán đợc sử dụng để định vị và tính toán cho các đối tợng ngoài
thực địa. Hệ toạ độ đợc chia làm hai loại: hệ toạ độ phẳng và hệ toạ độ cầu.
1.4.1.1 Hệ toạ độ phẳng
Đây là hệ toạ độ đợc xây dựng trên một mặt phẳng bao gồm:
Gốc toạ độ (0)
Hai trục qua gốc x, y
Toạ độ là cặp P(x,y)
đơn vị đo là mét (m) và các giá trị x,y thờng là các số dơng.
Các phơng pháp đo khoảng cách
Khoảng cách Euclid: Là khoảng cách đợc xác định theo đờng thẳng từ
điểm có toạ độ (x1,y1) tới điểm có toạ độ (x2,y2) theo công thức:
D2 = (x2-x1)2 + (y2-y1)2
Hình 1.9: Toạ độ điểm theo khoảng cách Euclid
Hình 1.10: Khoảng cách Manhattan Metric
Manhattan Metric: Là khoảng cách đợc đo theo các đoạn song song theo
trục x và y
Khoảng cách có barrier: Lúc này khoảng cách đợc xác định theo một cách
riêng phụ thuộc vào các đối tợng ngăn cách.
Ví dụ: khoảng cách từ điểm A tới điểm B khi có cầu bắc qua
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 15 -
Hình 1.11: Khoảng cách cách có barrier
1.4.1.2 Hệ toạ độ trái đất
Đây là hệ thống toạ độ cầu của trái đất, gốc toạ độ là tâm của quả đất.
Kinh tuyến (Meridian): là một đờng cong giao giữa mặt phẳng đi qua hai
trục bắc, nam với trái đất.
Vĩ tuyến (Parallel of latitude): là một đờng cong giao giữa mặt phẳng song
song với mặt phẳng xích đạo với trái đất.
Hình 1.12: Hệ toạ độ cầu Trái đất
Toạ độ đợc xác định bởi kinh độ và vĩ độ, đơn vị đo cơ sở là độ.
Có hai phơng pháp đo là:
ã Độ-phút-giây (DMS: Degree-Minute-Second)
ã Độ thập phân (DD: Decimal Degree).
Ví dụ: 1503000 tơng đơng với 15,50
Kinh độ (longitude): Bắt đầu từ kinh tuyến gốc Greenwich, tăng dần từ 00 đến
+1800 về phía đông (từ Anh qua châu Âu, châu Phi và châu á), giảm dần từ
00 đến -1800 về phía tây (từ Anh qua Mỹ).
Vĩ độ (latitude): Bắt đầu từ đờng xích đạo, tăng dần từ 00 đến 900 lên bán
cầu Bắc và giảm dần từ 00 đến -900 xuống bán cầu Nam.
Khoảng cách giữa hai điểm theo hệ toạ độ kinh ®é (λ), vÜ ®é (ϕ) ®−ỵc tÝnh nh− sau:
D= R* arccos*(sin(1)*sin(2) + cos(1)*cos(2)*cos(1 - 2))
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 16 1.4.2. Các hệ quy chiếu
Phép chiếu đợc dùng để biểu diễn các đối tợng địa lý trong không gian 3 chiều
(hệ toạ độ cầu) lên mặt phẳng. Quá trình chuyển đổi này sẽ gây nên một số sai lệch
gọi là sai số. Trong quá trình thành lập bản đồ ngời ta lựa chọn các phép chiếu
thích hợp sao cho sai số này là nhỏ nhất. Các loại phép chiếu đợc phân lớp theo
tính chất và phơng pháp xây dựng chúng. Có 3 phơng pháp chính để xây dựng
phép chiếu là: mặt chiếu là hình trụ, hình nón và mặt phẳng.
Sau đây là một số phép chiếu hay đợc sử dụng (U.S Geological Survey Map 1-1096):
-
Mặt chiếu là mặt phẳng (Planes - Azimuthal): Azimuthal Equidistant,
Lambert Azimuthal Equal-Area, Orthorgraphie, Stereographic.
-
Mặt chiếu là hình trụ (Cylinders): Mecator, Oblique Mecator, Transverse
Mecator, Modified Transvers Mecator.
-
Mặt chiếu là hình nón (Cones): Equidistant Conic, Lambert Conformal
Conic, Albers Conic Equal-Area, American Polyconic, Bipolar Oblique
Conic Conformal.
- MỈt chiếu giả hình trụ (Pseudo-Cylinders): Sinusoidal, Eckert No.5.
Mỗi phép chiếu có một đặc điểm riêng và không phải tất cả đều hoàn hảo. Sau đây
là một phơng pháp lựa chọn các phép chiếu:
Đối với các vùng vĩ độ thấp: Chọn phép chiếu hình trụ (Cylindric)
Đối với vùng vĩ độ trung bình: Chọn phép chiếu hình nón (Conic)
Đối với các vùng cực: Chọn phép chiếu mặt phẳng (Plane-Azimuthal).
Một số phép chiếu đà đợc công bố
Lới chiếu hình ống giả giữ
diện tích Mollweide
L−íi chiÕu h×nh èng sai sè trung
gian Miller
L−íi chiÕu h×nh ống ngang giữ
góc Mercator
Lới chiếu hình ống giả
Robinson
Lới chiếu hình ống giữ góc
Lới chiếu phơng vị cải tiến
Winken bội 3
Lới chiếu cả thế giới trong
hình tròn
Lới chiếu hình phơng vị
Lới chiếu hình ống giữ đều
khoảng cách
Hình 1.13: Một số lới chiếu và hình minh họa
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
- 17 1.5. bản đồ địa hình
1.5.1 Khái quát chung
Bản đồ đợc xem nh là một trong những sản phẩm của GIS. Dựa vào các công cụ
của GIS có thể tạo ra rất nhiều loại bản đồ có các tỷ lệ khác nhau với độ chính xác
cao. Có thể định nghĩa bản đồ nh sau:
"Bản đồ là sự biểu thị thu nhỏ của bề mặt trái đất lên mặt phẳng, xây
dựng trên cơ sở toán học và phản ánh sự phân bố trạng thái và mối liên
hệ tơng quan của các hiện tợng tự nhiên, xà hội loài ngời". (A.V.
Gheđmin - Bản đồ học - NXB Giáo dục Maxcơva - 1946).
"Bản đồ là sự biểu thị bằng ký hiệu về thực tế địa lý, phản ánh các yếu
tố hoặc các đặc điểm một cách chọn lọc thông qua nỗ lực sáng tạo của
các tác giả bản đồ và đợc thiết kế để sử dụng khi các quan hệ không
gian là các vấn đề cần đợc u tiên" (Nghị quyết số 1 Đại hội lần thứ
10 Hội Bản đồ thế giới năm 1991).
Bản đồ cho phép biểu diễn thông tin GIS một cách trực quan và dễ hiểu nhất. Các
đối tợng địa lý đợc mô tả không chỉ bởi vị trí trong không gian mà còn bởi các
thông tin về thuộc tính của chúng. Bản đồ trong GIS thờng là sự kết hợp hay xếp
chồng của nhiều lớp (layer hoặc level) lại với nhau theo một hệ toạ độ thống nhất.
Mỗi lớp đặc trng cho một tập các đối tợng địa lý có chung một số tính chất nào đó.
Ví dụ một bản đồ hành chính thành phố gồm có 4 phân nhóm lớp chímh: lớp thứ nhất
mô tả ranh giới giữa các quận, huyện, thị xÃ, các vùng kinh tế khác nhau, lớp thứ hai
mô tả hệ thống giao thông, và lớp thứ ba là tập các công trình xây dựng, hay trờng
học, bệnh viện..., lớp thứ t mô tả cơ sở toán học để thành lập bản đồ và các trình
bày ghi chú giải thích cho nội dung bản đồ.
Sự phân lớp của bản đồ tạo ra một sự đa dạng trong cách biểu diễn và tạo điều kiện
quản lý dễ dàng hơn. Ngời sử dụng có thể xem và chỉnh sửa trên một lớp của bản
đồ mà không làm ảnh hởng đến các lớp khác. Thông tin lu trữ trên bản đồ là rất
phong phú dễ xem, dễ hiểu và dễ tìm kiếm.
Các nhóm lớp đợc qui ớc đặt tên nh sau:
*_CS.DGN; *_DC.DGN; *_DH.DGN;
*_TH.DGN; *_GT.DGN; *_TV.DGN;
*_RG.DGN.
Trong đó:
Ký hiệu
*
CS, DC, DH, TH,
GT, TV, RG
DGN
ý nghĩa
Số hiệu tờ bản đồ.
Các nhóm lớp: cơ sở, dân c, địa hình, thủy hệ, giao
thông, thực phủ và ranh giới hành chính các cấp.
Format quản lý file của phần mềm MicroStation.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hµ
- 18 -
Nhãm líp Thủ hƯ
Nhãm líp Thùc phđ
Nhãm líp Địa hình
Nhóm lớp Dân c
Nhóm lớp Giao thông
Hình 1.14: Các nhóm lớp theo nội dung thông tin bản đồ
1.5.2 BảN Đồ ĐịA HìNH
1.5.2.1. kháI niệm chung về bản đồ địa hình
A - Khái niệm, phân loại và công dụng của bản đồ địa hình
Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ và khái quát một phần mặt cong của Trái đất lên mặt
phẳng theo những quy luật toán học nhất định. Trên bản đồ, các yếu tố về thiên
nhiên, kinh tế, văn hoá và xà hội đợc thể hiện bằng hệ thống ký hiệu. Những yếu tố
này đợc phân loại, lựa chọn, lấy bỏ, tổng hợp tơng ứng với lợng dung nạp của
từng loại bản đồ và từng loại tỷ lệ.
Theo nội dung, bản đồ đợc chia ra làm bản đồ địa lý và bản đồ chuyên đề. Bản đồ
địa lý thể hiện những yếu tố cơ bản của địa hình, không làm nổi bật một yếu tố nào,
mức độ chi tiết và nội dung tuỳ thuộc vào tỷ lệ. Bản đồ chuyên đề thể hiện tỉ mỉ một
vài yếu tố nào đó của địa hình hoặc chủ yếu đa ra những thông tin về một chuyên đề
nhất định, còn các yếu tố địa hình thì chỉ thể hiện ở mức độ cần thiết, ví dụ nh bản
đồ hành chính, bản đồ giao thông, bản đồ rừng, bản đồ địa chất, bản đồ dân số, bản đồ
hàng không v v.
Luận văn thạc sỹ - ngành Xử lý tín hiệu và Truyền thông
Nguyễn Hải Hà
