Một số giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

CAO THỊ DIỄM HẰNG

MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ TỪ BẢN ĐỒ
ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1/10.000

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

CAO THỊ DIỄM HẰNG

MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG
CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ TỪ BẢN ĐỒ
ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1/10.000
Mã số

: 60 44 02 14

Chuyên ngành : Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN TRUNG

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu trong luận văn đảm bảo độ tin cậy, chính xác và trung
thực. Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Cao Thị Diễm Hằng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ
CƠ SỞ DỮ LIỆU ..........................................................................4
1.1. Khái quát về hệ thông tin địa lý ................................................................4
1.1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý ........................................................................5
1.1.2. Các thành phần cơ bản của GIS....................................................................................6
1.1.3. Các chức năng chính của GIS.......................................................................................8
1.1.4. Một số ứng dụng của GIS............................................................................................10
1.2. Khái quát về cơ sở dữ liệu (CSDL).........................................................11
1.2.1. Khái niệm về cơ sở dữ liệu ..........................................................................................11
1.2.2. Các đặc tính cơ bản của cơ sở dữ liệu ........................................................................12
1.2.3. Các giải pháp và sự lựa chọn để xây dựng cơ sở dữ liệu.........................................14
1.2.4. Cơ sở dữ liệu trong GIS ...............................................................................................15
Chương 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA

LÝ TỪ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1/10.000............................18
2.1. Khái quát về bản đồ địa hình ..................................................................18
2.1.1. Khái niệm về bản đồ địa hình......................................................................................18
2.1.2. Bản đồ địa hình số.........................................................................................................18
2.1.3. Nội dung của bản đồ địa hình......................................................................................19
2.1.4. Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10.000......................................................................................21
2.2. Nghiên cứu xây dựng CSDL nền thông tin địa lý từ nội dung bản đồ
địa hình 1/10.000...........................................................................................24
2.2.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý 1/10.000...........................25
2.2.3. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa lý từ nội dung
bản đồ địa hình 1/10.000....................................................................................................34


Chương 3: THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA
LÝ TỪ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỈ LỆ 1/10.000 KHU VỰC
CẨM KHÊ - YÊN LẬP - PHÚ THỌ ...........................................42
3.1. Khái quát nhiệm vụ, đặc điểm khu vực cần nghiên cứu ..........................42
3.1.1. Nhiệm vụ cần nghiên cứu............................................................................................42
3.1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên cứu.........................43
3.2. Hiện trạng thông tin tư liệu khu vực nghiên cứu .....................................46
3.2.1. Lưới khống chế tọa độ Nhà nước ...............................................................................46
3.2.2. Lưới khống chế độ cao Nhà nước ..............................................................................46
3.2.3. Hiện trạng tư liệu...........................................................................................................46
3.2.4. Các phần mềm phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý.....................................48
3.3. Thực nghiệm xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa hình tỉ
lệ 1:10.000 khu vực Cẩm Khê - Yên Lập - Phú Thọ ......................................49
3.3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ nội dung bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10,000 .....49
3.3.4. Chuyển dữ liệu từ các file *.dgn vào Geodatabase ..................................................49
3.3.5. Xây dựng siêu dữ liệu...................................................................................................58
3.3.6. Kết quả thực nghiệm ....................................................................................................59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................61
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .....................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................64
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Viết đầy đủ

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DGN

Định dạng tệp đồ họa của phần mềm MicroStation

DTM

Digital Terrain Model: Mơ hình số địa hình

GIS

Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý

GPS

Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu

ISO

International Standard Organization - Tổ chức tiêu chuẩn
quốc tế

LAN

Local Area Network: Mạng nội bộ

Metadata

Siêu dữ liệu

OGC

Open GIS Consortium - Hiệp hội GIS mở, mọt tổ chức bao
gồm các ty, các trường đại học, các viện nghiên cứu lập ra
để cùng thiết lập các chuẩn phục vụ trao đổi dữ liệu địa lý

SQL

Structured Query Language: Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc
được dùng để truy cập CSDL

Topology

Thuật ngữ được sử dụng để chỉ mối quan hệ không gian giữa
các đối tượng địa lý

UML

Unified Modeling Language: Ngôn ngữ mơ hình hóa thống
nhất dùng để thiết kế.


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý GIS ............... 6
Hình 2.1. Các yếu tố nội dung của bản đồ địa hình....................................... 20
Hình 2.2. Cấu trúc nền địa lý 1:10.000 ......................................................... 28
Hình 2.3. Mơ hình cấu trúc gói dữ liệu cơ sở đo đạc .................................... 29
Hình 2.4.Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa
hình tỉ lệ 1/10.000......................................................................... 35
Hình 3.1. Tạo Geodatabase trống YenLap.gdb ............................................. 50
Hình 3.2. Nhập file XML ............................................................................. 51
Hình 3.3. Chọn kiểu nhập dữ liệu XML ....................................................... 51
Hình 3.4. Dữ liệu chuẩn khi import XML vào geodatabase .......................... 52
Hình 3.5. Tiến hành Load dữ liệu vào các feature class ................................ 53
Hình 3.6. Chọn kiểu load dữ liệu.................................................................. 53
Hình 3.7. Nhập dữ liệu chuẩn hóa từ Micostation vào các lớp thơng
địa lý của Geodatabase .................................................................. 54
Hình 3.8. Các gói dữ liệu trong Geodatabate ................................................ 55
Hình 3.9.Bảng các trường thuộc tính của địa giới xã và địa phận xã
trong gói BienGioiDiaGioi ............................................................ 55
Hình 3.10. Bảng các trường thuộc tính của khu chức năng trong gói
DanCuCoSoHaTang...................................................................... 56
Hình 3.11. Bảng các trường thuộc tính của lớp đường bình độ trong
gói DiaHinh................................................................................... 56

Hình 3.13. Bảng các trường thuộc tính của một số lớp trong gói
PhuBeMat ..................................................................................... 57
Hình 3.15. Bảng các trường thuộc tính của lớp sơng suối dạng vùng
trong gói ThuyHe .......................................................................... 58


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Mơ tả các gói dữ liệu và phạm vi ứng dụng của chúng ................. 28


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa
học kỹ thuật, công nghệ tin học đã không ngừng phát triển hội nhập vào xu
thế của thời đại. Cũng từ đó cơng nghệ tin học đã xâm nhập và phát huy thế
mạnh của nó vào các lĩnh vực của đời sống.
Hệ thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thu nhận, lưu trữ, phân tích,
quản lý, hiển thị và cập nhật dữ liệu gắn liền với vị trí khơng gian của các đối
tượng trên Trái Đất. Chính vì vậy, GIS có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực của nền kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng, phục vụ
nghiên cứu khoa học, quản lý và quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo
vệ môi trường.
Cơ sở dữ liệu (CSDL) là hợp phần trọng tâm trong hệ thông tin địa lý.
CSDL của GIS là hệ dữ liệu địa lý bao gồm hai kiểu dữ liệu chủ yếu: dữ liệu
thuộc tính và dữ liệu khơng gian, gắn bó chặt chẽ với nhau một cách có quy
luật. CSDL có khả năng mã hóa, cập nhật và trao đổi qua các dịch vụ truyền
tin hiện đại, định dạng mở, không phụ thuộc vào phần mềm gia công dữ liệu.

CSDL địa lý mô tả thế giới thực ở mức cơ sở, có độ chi tiết và độ chính xác
đảm bảo để làm nền cho các mục đích xây dựng các hệ thống thơng tin địa lý
chuyên đề khác nhau. Vì vậy để đáp ứng các nhu cầu cấp thiết của thực tiễn,
việc nghiên cứu xây dựng CSDL nền thơng tin địa lý chuẩn chính thức, thống
nhất cho các ngành trong cả nước là vô cùng quan trọng và cần thiết.
CSDL địa lý có thể được xây dựng từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau
như ảnh hàng khơng, ảnh vệ tinh, bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề... Tuy
nhiên việc sử dụng bản đồ địa hình là đầu vào để xây dựng CSDL nền thơng
tin địa lý là giải pháp hữu hiệu và kinh tế nhất. Vì bản đồ địa hình thể hiện các
đối tượng địa lý của bề mặt trái đất, có khái quát hóa nhưng vẫn thể hiện được


2

tính quy luật và quy mơ của đối tượng với độ chính xác nhất định tùy thuộc
vào tỉ lệ bản đồ.
Hiện nay với tốc độ phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi của
công nghệ thông tin, một số giải pháp xây dựng CSDL nền địa lý có thể được
sử dụng để đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thực tiễn. Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn
và lựa chọn giải pháp thích hợp cho việc xây dựng CSDL nền thông tin địa lý,
tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: "Một số giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở
dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000" để góp phần bổ sung
thêm về lý luận và thực tiễn trong xây dựng nền dữ liệu địa lý phục vụ công
tác quản lý lãnh thổ, quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là đưa ra một số giải pháp kỹ thuật và lựa chọn giải
pháp kỹ thuật thích hợp để thực hiện xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý dựa
trên bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10000. Quá trình lựa chọn giải pháp được thực
hiện cả phần lựa chọn hệ quản trị và phần mềm sử dụng để xây dựng CSDL
nền địa lý nhằm đảm bảo độ chính xác góp phần bổ sung trong quá trình xây

dựng các CSDL chuyên đề khác nhau phục vụ việc phát triển kinh tế xã hội,
và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu và đưa ra quy trình xây dựng CSDL nền thông tin địa lý từ
bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10.000.
4. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các yêu cầu và quy định về CSDL nền thông tin địa lý ở tỉ
lệ 1:10.000.
Nghiên cứu quy trình xây dựng CSDL nền thông tin địa lý từ nội dung
bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10.000.
Thử nghiệm xây dựng CSDL nền thơng tin địa lý từ bản đồ địa hình tỷ
lệ 1/10.000.


3

5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp các thơng tin và tài liệu có
liên quan.
Phương pháp phân tích: Xử lý logic các tài liệu và giải quyết các vấn đề
đặt ra.
Phương pháp chuyên gia: Học hỏi các chuyên gia trong ngành về việc
xây dựng CSDL nền thông tin địa lý.
Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm lấy các số liệu thực
tế làm sáng tỏ cơ sở lý thuyết đưa ra.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
Lựa chọn giải pháp kỹ thuật đưa ra quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu
nền địa lý từ nội dung bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10.000.
- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Sản phẩm thử nghiệm xây dựng CSDL nền địa lý từ bản đồ địa hình
tỷ lệ 1/10.000.
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc mở ra một giải pháp
xây dựng CSDL nền địa lý thơng từ bản đồ địa hình sử dụng máy tính và phần
mềm thích hợp. Ngồi ra kết quả nghiên cứu cịn được sử dụng làm nền cho
các mục đích xây dựng các CSDL chuyên đề khác nhau.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, cấu trúc luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và cơ sở dữ liệu
Chương 2: Lựa chọn giải pháp kỹ thuật để đưa ra quy trình xây dựng cơ
sở dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10.000.
Chương 3: Thực nghiệm xây dựng CSDL nền địa lý từ bản đồ địa hình
tỉ lệ 1/10.000.


4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU
1.1. Khái quát về hệ thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information Systems - GIS), là
một hệ thống thơng tin có những khả năng của một hệ thống máy tính (phần
cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập lưu trữ, truy vấn, xử
lý, phân tích, hiển thị các thơng tin. GIS đã được ứng dụng rộng rãi trên nhiều
lĩnh vực như địa lý, đo vẽ bản đồ, môi trường, nông lâm nghiệp. Khi GIS
nghiên cứu bất kỳ đối tượng không gian nào việc đầu tiên là định vị chúng
trong hệ tọa độ trái đất nhất định. Ngoài ra các đối tượng khơng gian này cịn
có các thuộc tính về hình dạng, kích thước và các đặc tính khác nhau. Bên cạnh
đó cịn có các q trình hoạt động khác nhau do tự nhiên hoặc phi tự nhiên diễn

ra trên thực thể khơng gian đó. Các thực thể khơng gian luôn thay đổi theo thời
gian và biến đổi từ thực thể không gian này sang thực thể không gian khác.
Mỗi một đối tượng khơng gian có rất nhiều dạng thơng tin, các nhà nghiên cứu
sẽ lựa chọn các thông tin tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu của mình [7].
Ngày nay GIS đã bùng nổ và thực sự phát triển. Các cơ quan nghiên
cứu và ứng dụng công nghệ thông tin có thể trang bị các thiết bị nhập dữ liệu
và các thiết bị xuất dữ liệu một cách dễ dàng. Công nghệ GIS cũng không là
vấn đề của một cơ quan, một đơn vị nghiên cứu mà đó trở thành một chiến
lược của quốc gia. Công nghệ hệ thống thông tin địa lý đang được nhà nước
rất quan tâm và khuyến khích phát triển trong tất cả các ngành do khả năng
ứng dụng rộng rãi, và sự cần thiết trong nhiều lĩnh vực đối với phát triển kinh
tế và an ninh quốc phòng.
Trong lĩnh vực trắc địa bản đồ, công nghệ GIS đã được ứng dụng rất
hiệu quả và đã đem lại những thành tựu to lớn. Đặc biệt là nhu cầu kết hợp


5

giữa viễn thám với GIS trong việc thành lập bản đồ chuyên đề ngày càng tăng
và sự kết hợp này chỉ thực sự hiệu quả khi đã có CSDL nền địa lý được xây
dựng bằng công nghệ GIS.
1.1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý
GIS được nghiên cứu trên rất nhiều lĩnh vực và được ứng dụng rộng rãi
trên nhiều quốc gia nên cũng có rất nhiều định nghĩa về GIS. Xin giới thiệu
một số định nghĩa sau:
- GIS là một hệ thống thu thập, lưu trữ, hiển thị, kiểm tra, tổ hợp, phân

tích các dữ liệu với sự tham chiếu đến trái đất (Chorley - 1987).
- GIS là một hệ thống gồm phần cứng, phần mềm và các phương thức

được thiết kế để hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, hiển thị, quản lý, điều khiển,
phân tích, mồ hình hóa các dữ liệu về khơng gian để giải quyết các bài toán về
quản lý và hỗ trợ ra quyết định (David Cowen - 1989).
- GIS là tổ hợp của bốn hợp phần có quan hệ thống nhất liên quan chặt

chẽ với nhau là phần cứng gồm máy vi tính và các thiết bị liên quan, phần
mềm và tổ chức con người được hoạt động đồng bộ nhằm thu thập, lưu trữ,
quản lý, thao tác, phân tích và mơ hình hóa, hiển thị các dữ liệu khơng gian có
định vị theo tọa độ dùng cho trái đất và có đầy đủ dữ liệu thuộc tính nhằm đáp
ứng nhu cầu thực tế. (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - ERSI).
Những định nghĩa trên đưa đến một khái niệm chung về GIS: GIS là
một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị
ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thơng tin địa lý để phục vụ
một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định.
Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi,
hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không
gian, phi không gian, và thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng. Có
thể nói các chức năng phân tích khơng gian đó tạo ra diện mạo riêng cho GIS.


6

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được
hiểu như là một cơng nghệ xử lý các dữ liệu có tọa độ để biến chúng thành
các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý.
Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần
cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia.
1.1.2. Các thành phần cơ bản của GIS
Công nghệ GIS là một hệ thống gồm 5 hợp phần cơ bản với những

chức năng rõ ràng. Đó là: thiết bị, phần mềm, số liệu-dữ liệu địa lý, chuyên
viên, chính sách và quản lý.

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý GIS
1.1.2.1. Thiết bị (phần cứng)
Thiết bị bao gồm: máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in
(printer), bàn số hóa (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện
lưu trừ số liệu (Ploppy diskettes, Optical cartridges, CD ROM v.v...).
Hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các
chức năng thu thập thông tin, xuất thông tin và xử lý thông tin của phần mềm.


7

Hệ thống này gồm có máy chủ và các máy khách, máy quét, máy in được liên
kết với nhau trong mạng LAN hay mạng Internet.
1.1.2.2. Phần mềm
Phần mềm hệ thống thơng tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần
mềm máy tính. Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho
GIS, ví dụ như: ER-MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,...
1.1.2.3. Số liệu, dữ liệu địa lý
Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẻ mà
còn được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu. Các thông tin địa lý bao gồm các
dữ kiện về vị trí địa lý, thuộc tính, mối liên hệ khơng gian của các thơng tin và
thời gian. Dữ liệu thể hiện dưới dạng bản đồ (bản đồ giấy, bản đồ số); Dữ liệu
dưới dạng hình ảnh (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh...); Dữ liệu dưới dạng bảng
ghi, báo cáo...
1.1.2.4. Chuyên viên
Đây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ
thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS.

Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải
được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để
phục vụ người sử dụng thông tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải có đội ngũ chuyên viên
tốt, chuyên viên sẽ xác định mục tiêu, quy trình cho GIS, quản lý hệ thống và
lựa chọn thông tin. Do vậy, các chuyên viên phải có kiến thức về bản đồ, kiến
thức về máy tính, các kiến thức chun mơn để có khả năng làm chủ, phân
tích và hệ thống hóa dữ liệu.
1.1.2.5. Chính sách và quản lý
Để hoạt động thành cơng, hệ thống GIS phải được đặt trong một khung
tổ chức phù hợp và phải có hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ


8

và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo
nhu cầu. Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được khi tính
hiệu quả trong kỹ thuật GIS được minh chứng. Các cơng cụ của GIS có thể hỗ
trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu
cơng việc. Ngồi ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan
cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các
nguồn dữ liệu hiện có. Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ
thống GIS để đưa vào hoạt động có hiệu quả, các kỹ thuật GIS tập trung vào 2
yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý là cơ sở của thành công. Việc huấn
luyện các phương pháp sử dụng hệ thống GIS sẽ cho phép kết hợp các hợp
phần trong GIS: thiết bị, phần mềm, chuyên viên và số liệu với nhau để đưa
vào vận hành. Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tác động đến
tồn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành công của
các hoạt động GIS.
1.1.3. Các chức năng chính của GIS

Hệ thống thơng tin địa lý có các chức năng như: tổ chức, lưu trữ, phân
tích, tìm kiếm, truy vấn, hiển thị và xuất dữ liệu.
1.1.3.1. Thu thập dữ liệu
Dữ liệu được thu thập theo khuôn mẫu được áp dụng cho GIS. Mức độ
đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khn dạng mẫu có sẵn từ
bên ngồi. Trong trường hợp này, GIS phải có các tiện ích để hiểu được các
khn dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau để trao đổi. Ngoài ra GIS cịn có
khả năng nhập các ảnh, bản đồ số.
1.1.3.2. Lưu trữ và truy cập dữ liệu
Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập cơ sở dữ liệu không gian (đồ họa,
bản đồ). Nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector
hoặc dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện các đối tượng đã được


9

tham chiếu trong không gian. Thông thường dữ liệu thuộc tính của các đối
tượng được lưu trong bảng trong GIS , chúng chứa các thơng tin chính trong
trường dữ liệu duy nhất tương ứng với đối tượng khơng gian, ngồi ra cịn
kèm theo nhiều trường dữ liệu thuộc tính khác. Với dữ liệu raster thì các tệp
thuộc tính thơng thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên
thay cho các đối tượng rời rạc. Việc lựa chọn mơ hình raster hay mơ hình
vector để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập dữ liệu vì
mỗi mơ hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau. Khi xây dựng cơ sở dữ
liệu không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện
tượng tương ứng.
1.1.3.3. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian
Sau đây là một số phương pháp được dùng phổ biến nhất:
- Buffer (tìm kiếm dữ liệu trong vùng khơng gian): Buffer hay cịn gọi

là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng.
Các quan hệ này thơng thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với
đối tượng kia. Phương pháp buffer chia làm nhiều loại khác nhau. Một số
phép tốn thơng dụng của phương pháp này là: Tìm các đối tượng nằm bên
trong các đối tượng khác; tìm các đối tượng cắt đối tượng khác; tìm các đối
tượng liền kề với đối tượng khác.
- Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ): Khi ta có sẵn bản đồ số, chúng ta

có thể xác định được phần đồ họa biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng
của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó. Ví dụ: số nhà, tên
đường, tên quận... Geocoding là một quá trình nhằm xác định các đối tượng
trên cơ sở mơ tả vị trí của chúng. Đây là một kỹ thuật rất tiện ích. Một
geocoding service là q trình chuyển đổi tồn bộ mơ tả thuộc tính về vị trí
sang mơ tả khơng gian.
- Networks (phân tích mạng): Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất

rộng rãi trong giao thơng, phân phối hàng hóa và dịch vụ, vận chuyển nước


10

hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn
thông... Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều
hay mạng hình học. Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được
hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng.
- Overlay (phủ trùm hay chồng bản đồ): Việc chồng xếp các bản đồ

trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các
số liệu thuộc về khơng gian. Để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang
các đặc tính hồn tồn khác với bản đồ trước đây. Overlay thực hiện điều này

bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu
thuộc tính từ một trong hai lớp.
Người ta chia overlay thành ba dạng khác nhau:
+ Point-in-polygon: chồng lớp point và lớp polygon, đầu ra là lớp point.
+ Line-in-polygon: chồng lớp line và lớp polygon, đầu ra là lớp line.
+ Polygon-in-polygon: chồng hai lớp polygon với nhau, đầu ra là lớp polygon.
Quá trình overlay thường được tiến hành qua hai bước:
+ Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ
tại giao điểm này.
+ Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ.
1.1.4. Một số ứng dụng của GIS
Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay
được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, và được xem là “công cụ hỗ trợ
quyết định” (decision - making support tool). Một số lĩnh vực được ứng dụng
chủ yếu ở nhiều nơi trên thế giới là:
- Nghiên cứu quản lý tài ngun thiên nhiên và mơi trường: Quản lý

rừng; phân tích các biến động khí hậu, thủy văn; phân tích các tác động mơi
trường; nghiên cứu tình trạng xói mịn đất; xây dựng bản đồ và thống kê chất
lượng thổ nhưỡng;...


11

- Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội : Quản lý dân số; quản lý mạng

lưới giao thông; quản lý mạng lưới y tế, giáo dục; điều tra và quản lý hệ thống
cơ sở hạ tầng;...
- Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển: đánh giá

khả năng thích nghi cây trồng, vật ni và động vật hoang dã; hỗ trợ quy
hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên; hỗ trợ bố trí mạng lưới y tế,
giáo dục...
Ngồi ra, GIS cịn được ứng dụng trong nghiên cứu sản xuất nông
nghiệp và phát triển nông thơn (mơ hình hóa nơng nghiệp; chăn ni gia súc,
gia cầm...). CSDL của GIS còn được dùng chung giữa các ngành và chia sẻ về
mặt kỹ thuật cũng như cung cấp dữ liệu cho ngành trắc địa, bản đồ, viễn thám,
các ngành khoa học và công tác nghiên cứu khác. Trong phần lớn các lĩnh vực
này, GIS đóng vai trị như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế
hoạch hoạt động.
1.2. Khái quát về cơ sở dữ liệu (CSDL)
1.2.1. Khái niệm về cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu (tiếng Anh là database) là một tập hợp thơng tin có cấu
trúc chặt chẽ, được điều hành thuận lợi trong công nghệ thông tin. Dữ liệu
này được duy trì dưới dạng một tập hợp các tập tin và được lưu trữ trong
các hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Tuy nhiên, thuật ngữ này thường dùng trong
công nghệ thơng tin và nó thường được hiểu rõ hơn dưới dạng một tập hợp
liên kết các dữ liệu, thường đủ lớn được lưu trên một thiết bị lưu trữ như
đĩa hay băng.
Trong GIS, CSDL có thể hiểu là một tập hợp các dữ liệu ở dạng vector,
raster, bản số liệu, văn bản, hình ảnh... được lưu giữ theo khn dạng nhất
định, có cấu trúc chuẩn sao cho các phần mềm máy tính có thể đọc, xử lý
phân tích các bài tốn chun đề có mức độ phức tạp khác nhau.


12

1.2.2. Các đặc tính cơ bản của cơ sở dữ liệu
- Cơ sở dữ liệu là tài nguyên thông tin dùng chung cho nhiều người:

Bất kỳ người sử dụng nào trên mạng máy tính tại các thiết bị đầu cuối có
quyền truy nhập khai thác tồn bộ hay một phần dữ liệu theo chế độ trực
tuyến hay tương tác mà khơng phụ thuộc vào vị trí địa lý của người sử dụng
với các tài nguyên đó.
- Cơ sở dữ liệu được các hệ ứng dụng khai thác bằng ngôn ngữ dữ liệu

hoặc bằng các chương trình ứng dụng để xử lý, tìm kiếm, tra cứu, sửa đổi, bổ
sung hay loại bỏ dữ liệu. Tìm kiếm và tra cứu thơng tin là một trong những
chức năng qua trọng và phổ biến nhất của các dịch vụ cơ sở dữ liệu. Hệ quản
trị CSDL -HQTCSDL (DataBase Management System - DBMS) là phần mềm
điều khiển các chiến lược truy nhập CSDL. Khi người sử dụng đưa ra yêu cầu
truy nhập bằng một ngôn ngữ dữ liệu nào đó, HQTCSDL tiếp nhận và thực
hiện các thao tác trên CSDL lưu trữ.
- Đối tượng của CSDL là các thực thể và mối quan hệ giữa các thực

thể. Thực thể và mối quan hệ giữa các thực thể là hai đối tượng khác nhau về
căn bản. Mối quan hệ giữa các thực thể cũng là một loại thực thể đặc biệt.
Trong cách tiếp cận CSDL quan hệ, người ta dựa trên cơ sở lý thuyết đại số
quan hệ để xây dựng các quan hệ chuẩn. Khi kết nối khơng tổn thất thơng tin
thì biểu diễn dữ liệu là duy nhất. Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ của máy
tính khơng những phải tính đến yếu tố về tối ưu khơng gian lưu trữ, mà cịn
phải đảm bảo tính khách quan, trung thực của dữ liệu hiện thực. Nghĩa là phải
có tính nhất qn của dữ liệu và giữ được sự toàn vẹn của dữ liệu.
* Các ưu điểm của CSDL
Giảm bớt dư thừa dữ liệu trong lưu trữ: Trong các ứng dụng lập trình,
phương pháp tổ chức lưu trữ dữ liệu vừa tốn kém, lãng phí bộ nhớ cho thiết bị
lưu trữ, vừa dư thừa thơng tin lưu trữ. Nhiều chương trình khác nhau cùng xử
lý trên các dữ liệu như nhau, dẫn đến sự dư thừa về dữ liệu.

13

Tổ chức lưu trữ dữ liệu theo lý thuyết CSDL trong lưu trữ dữ liệu và
bảo đảm được tính tồn vẹn của dữ liệu:
Một thuộc tính được mơ tả trong nhiều tệp dữ liệu khác nhau và lặp lại
nhiều lần trong các bản ghi, khi thực hiện việc cập nhật, sửa đổi, bổ sung sẽ
được sửa hết nội dung các mục đó. Nếu dữ liệu càng nhiều thì sự sai sót bổ
sung càng lớn. Khả năng xuất hiện mâu thuẫn, không nhất quán thông tin
càng nhiều, dẫn đến không nhất quán dữ liệu trong lưu trữ. Các sự dị thường
thông tin bao gồm thừa, thiếu và mâu thuẫn thông tin.
Thông thường, trong một thực thể, giữa các thuộc tính có mối quan hệ
ràng buộc lẫn nhau, tác động ảnh hưởng lẫn nhau. Dữ liệu không tổ chức theo
lý thuyết cơ sở dữ liệu, tất yếu không thể phản ảnh thế giới thực và không
phản ảnh đúng bản chất vận động của các đối tượng.
Sự không nhất quán dữ liệu trong lưu trữ làm cho dữ liệu mất đi tính
tồn vẹn của nó. Tính tồn vẹn dữ liệu đảm bảo cho sự lưu trữ dữ liệu luôn
luôn giữ vững.
Tổ chức lưu trữ dữ liệu theo lý thuyết CSDL có thể triển khai đồng thời
trên nhiều ứng dụng trên cùng một CSDL: Điều này có nghĩa là các ứng dụng
khơng chỉ sử dụng chung tài nguyên dữ liệu mà còn trên cùng một CSDL có
thể triển khai đồng thời nhiều ứng dụng khác nhau tại các thiết bị đầu cuối
khác nhau.
- Tổ chức dữ liệu theo lý thuyết cơ sở dữ liệu sẽ thống nhất các tiêu

chuẩn thủ tục và các biện pháp bảo vệ, an toàn dữ liệu: Các hệ CSDL sẽ
được quản lý tập trung bởi một người hay một nhóm người quản trị CSDL, bằng
các hệ quản trị CSDL. Người quản trị CSDL có thể áp dụng thống nhất các tiêu
chuẩn, quy định, thủ tục chung như quy định thống nhất về mẫu biểu báo cáo,
thời gian bổ sung, cập nhật dữ liệu. Điều này làm dễ dàng cho cơng việc bảo trì
dữ liệu. Người quản trị CSDL có thể bảo đảm việc truy nhập tới CSDL, có thể

14

kiểm tra, kiểm soát các quyền truy nhập của người sử dụng. Ngăn chặn các truy
nhập trái phép, sai quy định từ trong ra hoặc từ ngoài vào...
* Những vấn đề mà CSDL cần phải giải quyết:
- Tính chủ quyền của dữ liệu: Thể hiện ở phương diện an toàn dữ liệu,

khả năng biểu diễn mối liên hệ ngữ nghĩa của dữ liệu và tính chính xác của dữ
liệu. Người khai thác cơ sở dữ liệu phải cập nhật cho CSDL những thơng tin
mới nhất.
- Tính bảo mật và qun khai thác thông tin của người sử dụng: Do ưu

điểm CSDL có thể cho nhiều người khai thác đồng thời, nên cần phải có một
cơ chế bảo mật phân quyền khai thác CSDL. Các hệ điều hành nhiều người sử
dụng hay cục bộ đều cung cấp cơ chế này.
- Tranh chấp dữ liệu: Khi nhiều người cùng truy nhập CSDL với các

mục đích khác nhau. Rất có thể sẽ xảy ra hiện tượng tranh chấp dữ liệu, cần
có cơ chế ưu tiên khi truy cập CSDL. Ví dụ: admin ln có thể truy cập cơ sở
dữ liệu, cấp quyền ưu tiên cho từng người khai thác.
- Đảm bảo an toàn dữ liệu khi có sự cố: Khi CSDL nhiều và được quản

lý tập trung. Khả năng rủi ro mất dữ liệu rất cao. Các nguyên nhân chính là mất
điện đột ngột hoặc hỏng thiết bị lưu trữ. Hiện tại có một số hệ điều hành đã có cơ
chế tự động sao lưu ơ cứng và fix lỗi khi có sự cố xảy ra. Tuy nhiên, chúng ta
nên sao lưu dự phòng cho dữ liệu đề phòng trường hợp xấu xảy ra.
1.2.3. Các giải pháp và sự lựa chọn để xây dựng cơ sở dữ liệu
Xây dựng CSDL có thể tiến hành theo 3 phương pháp sau đây:

- Phương pháp xây dựng CSDL theo mơ hình tệp.
- Phương pháp xây dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng trên

nền cơng nghệ ARCGIS.
- Phương pháp xây dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng nguồn

mở PostGIS/PostgreSQL.


15

Dựa trên các điều kiện về các thành phần cơ bản của hệ thơng tin địa lý
hiện có ở Việt Nam. Tác giả luận văn lựa chọn giải pháp “Phương pháp xây
dựng CSDL theo mơ hình quan hệ đối tượng trên nền cơng nghệ ARCGIS”.
Đây là giải pháp thích hợp nhất với sự lựa chọn hệ quản trị Oracle để sử dụng
cho xây dựng CSDL. Bởi vì, ORACLE là hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ có
độ tin cậy cao, hiệu suất làm việc tốt trong môi trường đa người sử dụng và có
các cơ chế đảm bảo an tồn và bảo mật dữ liệu. Hiện nay, có một số phần mềm
thương mại trong lĩnh vực GIS như ArcGIS (ESRI), GeoMedia (Intergraph),
MapInfo (MapInfo), CADMap (AutoDesk).v.v… Chiếm thị phần lớn trên thế
giới và ở Việt Nam là sản phẩm của 3 hãng lớn là ESRI, Mapinfo và InterGraph.
Có thể thấy ArcGIS của hãng ESRI là phù hợp nhất với việc xây dựng CSDL.
ArcGIS là một tổ hợp các phần mềm cung cấp đầy đủ các chức năng cần thiết
của GIS. Tất cả các sản phẩm của ArcGIS đều có thể truy xuất tới dữ liệu
không gian dưới các dạng file, dạng CSDL và dạng XML.
1.2.4. Cơ sở dữ liệu trong GIS
Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại
dữ liệu cơ bản: dữ liệu khơng gian và thuộc tính. Mỗi loại có những đặc điểm
riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ số liệu, xử lý và hiển thị.
Dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao

gồm tọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ
thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để
tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thơng qua
các thiết bị ngoại vi.
Dữ liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan
hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các dữ liệu phi không
gian cũng được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc
các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thông tin địa
lý thông qua một cơ chế thống nhất chung.


16

Dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý bao gồm dữ liệu địa lý (dữ liệu
không gian) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi khơng gian).
Dữ liệu địa lý bao gồm các thể loại:
Ảnh hàng không vũ trụ
Bản đồ trực ảnh (orthophotomap)
Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng khơng - vũ trụ
Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất
Bản đồ địa chính
Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình.
Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng
vector hoặc raster hỗn hợp raster-vector. Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector
được phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường
người ta hay phân lớp theo tính chất thơng tin: lớp địa hình, lớp thủy văn, lớp
đường giao thông, lớp dân cư, lớp thực phủ, lớp địa giới hành chính v.v..
Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn, người ta sẽ phân lớp chuyên biệt
hơn như trong lớp thủy văn được phân thành các lớp con: các lớp sông lớn,
sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ,v.v...

Các thông tin ở dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ
trợ không gian quản lý như một đối tượng địa lý. Các thông tin ở dạng vector
tham gia trực tiếp quản lý và được định nghĩa như nhưng đối tượng địa lý.
Các đối tượng này thể hiện ở 3 dạng: điểm, đường và vùng hoặc miền. Mọi
đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như vị trí, kích thước. Vấn đề
được đặt ra là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để
thỏa mãn các yêu cầu sau:
Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết
Độ dư và độ thừa nhỏ nhất
Truy cập thông tin nhanh


17

Cập nhật thơng tin dễ dàng và khơng sai sót (xóa bỏ thơng tin khơng
cần thiết, bổ sung thơng tin mới, chỉnh lý các thông tin đã lạc hậu).
Thuận lợi cho việc hiển thị thơng tin
Dữ liệu thuộc tính (Attribute): là các thơng tin giải thích cho các hiện
tượng địa lý gắn liền với hiện tượng địa lý. Các thông tin này được lưu trữ dữ
liệu thông thường, vấn đề đặt ra là là phải tìm mối quan hệ giữa thơng tin địa
lý và thơng tin thuộc tính. Từ thơng tin ta có thể tìm ra được các thơng tin kia
trong cơ sở dữ liệu.