Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh yên thái, huyện đan phượng, thành phố hà nội

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

LÊ HƯƠNG GIANG

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ
CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI,
HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Ngành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số : 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRẦN ĐÌNH TRỌNG

HÀ NỘI – 2015


1

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất
kỳ một cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày 01tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn

Lê Hương Giang


2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 5
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 6
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
VÀ PHẦN MỀM ARCGIS ............................................................................. 10
1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ............................................ 10
1.1.1. Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý GIS ....................................... 10
1.1.2. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý GIS ................................ 11
1.1.3. Khả năng ứng dụng của GIS........................................................... 11
1.2. Sự hình thành và phát triển của GIS ........................................................... 12
1.3. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý ................................ 13
1.4. Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thơng tin địa lý............... 15
1.5. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam .................................. 18
1.5.1. Ứng dụng GIS trên thế giới .......................................................... 18
1.5.2. Tình hình ứng dụng GIS tại Việt Nam ........................................... 18
1.6. Giới thiệu phần mềm ArcGIS ..................................................................... 19
1.6.1. ArcMap ........................................................................................... 21
1.6.2. ArcCatalog ...................................................................................... 23
1.6.3. ArcToolbox...................................................................................... 25
1.7. Khái niệm cơ sở dữ liệu (CSDL)...........................................................…25
1.8. Xây dựng CSDL trong phần mềm ArcGIS...........................................…27

3

1.8.1.Cấu trúc CSDL địa lý (Geodatabase)trong ArcGIS ........................ 27
1.8.2. Nhập dữ liệu từ các nguồn khác nhau vào ArcGIS ........................ 30
CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC KHẢO SÁT, THIẾT KẾ TUYẾN VÀ ỨNG
DỤNG CỦA GIS TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN ...................... 31
2.1. Đặc trưng của cơng trình dạng tuyến .......................................................... 31
2.2. u cầu nội dung khảo sát địa hình cơng trình thuỷ lợi ............................ 32
2.3. Đặc điểm lưới khống chế cho các tuyến kênh mương .............................. 35
2.4. Các tài liệu cần thiết phục vụ khảo sát thiết kế các tuyến kênh mương ... 35
2.5. Công tác trắc địa trong thời kỳ khảo sát thiết kế thi công ......................... 36
2.6. Công tác đo vẽ mặt cắt địa hình .................................................................. 36
2.6.1. Mặt cắt dọc ..................................................................................... 36
2.6.2. Mặt cắt ngang ................................................................................. 37
2.7. Ứng dụng của GIS trong thiết kế tuyến ...................................................... 39
2.7.1. Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS ............................ 39
2.7.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ thiết kế tuyến kênh ........ 39
2.7.3.Ứng dụng của mơ hình số độ cao trong thiết kế tuyến kênh ........... 45
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ THIẾT
KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG THÀNH PHỐ
HÀ NỘI ........................................................................................................... 50
3.1. Mục đích và yêu cầu thực nghiệm .............................................................. 50
3.1.1. Mục đích.......................................................................................... 50
3.1.2. Yêu cầu ............................................................................................ 50
3.2. Điều kiện, tự nhiên, kinh tế khu vực thực nghiệm..................................... 51
3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình huyện Đan Phượng ................................ 52


4

3.3.1. Đánh giá nguồn dữ liệu đầu vào .................................................... 52
3.3.2. Thiết kế Geodatabase...................................................................... 53
3.3.3. Chuẩn hóa dữ liệu gốc .................................................................... 55
3.3.4. Chuyển dữ liệu từ phần mềm Autocad để tạo các feature class ..... 57
3.3.5. Kết quả xây dựng CSDL DanPhuong_DiaHinh ............................. 72
3.3.6. Ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang .......... 73
3.3.7. Đánh giá kết quả thực nghiệm ........................................................ 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 80


5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

NỘI DUNG

CSDL

Cơ sở dữ liệu

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

TIN

Mạng lưới tam giác bất quy tắc

DEM

Mơ hình số độ cao

DBMS

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Quan hệ tỉ lệ bình đồ và các yêu tố...……………………….……33
Bảng 2.2. Quan hệ giữa tỉ lệ cắt dọc và các yếu tố……………………….…34


6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Các thành phần của GIS .................................................................. 14
Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS...................................................... 15
Hình 1.3. Các sản phẩm phần mềm chính của ESRI ...................................... 20
Hình 1.4. Giao diện ArcMap ........................................................................... 22
Hình 1.5. Giao diện ArcCatalog...................................................................... 24
Hình 1.6. Giao diện ArcToolbox .................................................................... 25
Hình 1.7. Cấu trúc cơ sở dữ liệu của Geodatabase ......................................... 29
Hình 2.1. Cơng tác đo mặt cắt dọc ................................................................ . 37
Hình 2.2. Các vị trí mặt cắt ngang theo tim tuyến…………..…………….…38
Hình 2.3. Quy trình thiết kế tuyến trên phần mềm ArcGIS……………...….39
Hình 3.1. Tạo mới hệ thống tọa độ ................................................................. 54
Hình 3.2. Cấu trúc CSDL DanPhuong_DiaHinh…………………….………55

Hình 3.3 Dữ liệu gốc lưu trữ trên phần mềm AutoCad .................................. 56
Hình 3.4. Tạo file CS_DiemKhongChe bằng ArcCatalog………..…………58
Hình 3.5. Kết quả file CS_DiemKhongChe được vẽ và nhập thuộc tính bên
ArcMap............................................................................................................ 59
Hình 3.6. Kết quả file RG_vung được vẽ và nhập thuộc tính bên ArcMap...60
Hình 3.7 .Chuyển dữ liệu điểm độc cao từ phần mềm Autocad vào phần mềm
ArcGis ............................................................................................................. 61
Hình 3.8. Tạo trường DoCao cho file DH_DiemDoCao ................................ 62
Hình 3.9. Kết quả file DH_DiemDoCao sau khi chuyển và nhập thuộc tính . 62
Hình

3.10.

Chuyển

feature

class

DH_DiemDoCao2d

sang

file

DH_DiemDoCao ............................................................................................. 63
Hình 3.11. Tạo mơ hình số độ cao dưới dạng lưới tam giác bất quy tắc TIN 64


7

Hình 3.12. Kết quả chạy ra mơ hình số độ cao dưới dạng lưới tam giác bất
quy tắc TIN...................................................................................................... 64
Hình 3.13: Kết quả các feature class GT_Duong, GT_vung, GT_cau thuộc
nhóm lớp giao thơng ....................................................................................... 66
Hình 3.14. Kết quả tạo feature class TH_Duong, TH_Vung thuộc nhóm thuỷ
hệ ..................................................................................................................... 67
Hình 3.15: Kết quả tạo feature class DC_KTVHXH thuộc nhóm dân cư ..... 68
Hình 3.16. Kết quả tạo feature class TV_Vung thuộc nhóm thực vật ........... 69
Hình 3.17. Tính trường thuộc tính DoCao của feature class TKTK_CocDo . 70
Hình 3.18. Kết quả feature class TKTK_TimTuyenKenh , TKTK_CocDo,
TKTK_MatCatNgang của nhóm tuyến kênh thiết kế ..................................... 72
Hình 3.19. Kết quả CSDL DanPhuong_DiaHinh .......................................... 72
Hình 3.20. Kết quả tạo mặt cắt dọc của tuyến kênh Yên Thái ....................... 73
Hình 3.21. Kết quả của mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái được lưu trữ và trình
bày bằng phần mềm Excel. ............................................................................. 74
Hình 3.22. Mặt cắt ngang tại cọc đo C1......................................................... 74
Hình 3.23. Kết quả mặt cắt ngang tại cọc C1 được lưu trữ và trình bày trong
phần mềm Excel............................................................................................. 75
Hình 3.24. So sánh kết quả độ cao của các cọc đo giữa kết quả đo thực tế và
ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình trên phần mềm ArcGIS…………………...76


8

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết đề tài
Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin đặc biệt là việc ứng
dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong quản lý, phân tích và xử lý các dữ
liệu địa lý được áp dụng rộng rãi để giải quyết các bài toán chuyên ngành liên

quan đến bề mặt lãnh thổ. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình là một công
cụ đắc lực phục vụ công tác quản lý điều hành quy hoạch phát triển kinh tế xã
hội và an ninh quốc phịng. Cơ sở dữ liệu địa hình giúp người dùng có thể
truy cập được nhiều thơng thuộc tính, trình bày hiển thị và chiết xuất theo
phạm vi địa giới hành chính đến cấp xã, trong đó người dùng có thể lựa chọn
theo từng đối tượng, chủ đề hoặc nhiều đối tượng trên phạm vi mà mình quan
tâm cùng một lúc mà trên bản đồ giấy trước đây khơng có. Đồng thời cơ sở
dữ liệu địa hình cịn được sử dụng làm dữ liệu nền phục vụ các chuyên ngành,
lĩnh vực như giao thông, thuỷ lợi, nông nghiệp, mơi trường,… có thể sử dụng
làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu riêng phục vụ cho chuyên ngành.
Xuất phát từ những vấn đề trên, cùng với mong muốn nghiên cứu các
chức năng, ứng dụng của cơ sở dữ liệu địa hình và phần mềm ArcGIS trong
việc lựa chọn, thiết kế tuyến tôi đã chọn đề tài "Xây dựng cơ sở dữ liệu địa
hình phục vụ cơng tác thiết kế tuyến kênh Yên Thái, huyện Đan Phượng,
thành phố Hà Nội".
2. Mục đích của đề tài
Xây dựng được cơ sở dữ liệu địa hình từ đó đưa ra các phương án thiết kế
tuyến thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang.
3. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Xây dựng quy trình thành lập cơ sở dữ liệu địa hình từ các nguồn dữ liệu
khác bằng phần mềm ArcGis.


9

Ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình để đưa ra phương án thiết kế tuyến kênh.
Trên cơ sở đó để thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang.
4. Phương pháp nghiên cứu đề tài
- Phương pháp nghiên cứu phân tích, tổng hợp tài liệu:
+ Nghiên cứu thực trạng tình hình dữ liệu bản đồ địa hình.

+ Nghiên cứu các ứng dụng xây dựng và quản lý CSDL của phần mềm
ArcGIS.
- Phương pháp thực nghiệm:
+ Thực nghiệm xây dựng cơ sở dữ địa hình theo quy định bằng phần
mềm ArcGIS.
+ Thực nghiệm ứng dụng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ công tác
thiết kế tuyến kênh.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Ý nghĩa khoa học: góp phần khẳng định khả năng ứng dụng cơ sở dữ liệu
địa hình trong lĩnh vực khảo sát, thiết kế cơng trình và mở ra hướng nghiên
cứu tiếp theo như: quản lý, quy hoạch, lập dự án thiết kế tuyến trong phạm vi
một lãnh thổ.
Ý nghĩa thực tế: Đề tài làm đa dạng thêm các phương pháp thiết kế tuyến
đặc biệt giúp cho việc thiết kế tuyến từ cơ sở dữ liệu địa hình một cách nhanh
chóng, ít tốn kém mà vẫn đảm bảo yêu cầu độ chính xác.
6. Bố cục của luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương, phần kết luận và kiến nghị được
trình bày trong 80 trang với 2 bảng và 34 hình vẽ.


10

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA
LÝ VÀ PHẦN MỀM ARCGIS
1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý (GIS)
1.1.1. Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý GIS
Theo ESRI (Environmental System Reseach Institute): Hệ thống thông tin
địa lý (Geographic Information System-GIS) được định nghĩa “là một hệ
thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người nhằm thu thập,
lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và hiển thị các thơng tin địa lý trên bề mặt

Trái đất”.
GIS là một thuật ngữ tương đối mới, xuất hiện lần đầu tiên trong các ấn
phẩm xuất bản vào những năm 1960. Mặc dù thuật ngữ cịn mới, nhưng nhiều
khái niệm của nó đã có một truyền thống lâu dài trong khoa học trắc địa. Ví
dụ khái niệm về bản đồ các lớp (map overlay), một khái niệm rất quan trọng
trong GIS hiện đại, đã được một người Pháp tên là Louis Alexandre Berthier
sử dụng cách đây 200 năm. Ông là người đã biên tập và phân lớp một loạt bản
đồ để phân tích sự di chuyển của các đội quân trong cuộc cách mạng Mỹ. Một
ví dụ nữa, minh hoạ cho ý nghĩa của khái niệm lớp được tiến sĩ John Snow
thực hiện năm 1854. ông đã phân lớp bản đồ London, để chỉ ra khu vực xẩy ra
tử vong do bệnh dịch tả với bản đồ vị trí giếng nước ở thành phố này, từ đó
thể hiện mối quan hệ giữa hai tập số liệu này. Những ví dụ này đã chỉ ra
những nguyên lý cơ bản, ngày nay vẫn là nền tảng của GIS hiện đại, tức là
đưa ra quyết định dựa trên sự phân tích đồng thời các loại số liệu khác nhau
phân bố trên cùng một hệ quy chiếu địa lý. Khả năng và tiện ích của GIS hiện
đại phụ thuộc chủ yếu vào khả năng tốc độ xử lý của máy tính. Trong những
năm cuối của thế kỷ 20, nhiều vấn đề bức xúc đã đặt ra với nhiều quốc gia và
các khu vực trên thế giới. Đó là vấn đề cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi
trường, bùng nổ dân số, thiên tai, dịch bệnh… Nỗ lực kiểm soát và giải quyết


11

các vấn đề này địi hỏi cần có sự thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin đầy
đủ, chính xác và nhanh chóng. Cơng nghệ GIS hiện đại ra đời và phát triển
mạnh mẽ trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, một phần chính là từ lý
do đó.
1.1.2. Chức năng của hệ thống thơng tin địa lý GIS
Một hệ GIS bao gồm các chức năng:
- Nhập dữ liệu: là việc thu thập dữ liệu thực hoặc từ những văn bản hoặc

bản đồ sẵn có để đưa vào hệ thống phần mềm GIS. Nhập dữ liệu là một q
trình đọc dữ liệu dưới khn dạng mà hệ phần mềm có thể xử lý được.
- Xử lý dữ liệu sơ bộ: bao gồm các cơng việc chính sau:
+ Tạo Topology cho các dữ liệu vector.
+ Phân loại các đối tượng cho các loại ảnh viễn thám.
+ Chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector và ngược lại.
+ Nội suy mơ hình số địa hình.
+ Chuyển đổi hệ quy chiếu.
- Lưu trữ và biên tập dữ liệu:
+ Chức năng của lưu trữ dữ liệu liên quan đến việc tạo ra cơ sở dữ
liệu không gian.
+ Biên tập dữ liệu để chỉnh sửa, kiểm tra dữ liệu.
- Tìm kiếm và phân tích khơng gian.
- Hiển thị và tương tác: Sau khi đã xử lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và lưu
trữ chúng trong một thiết bị lưu trữ dữ liệu như ổ cứng, đĩa CD ROM, hoặc
DVD ROM chúng ta có thể hiển thị các thành quả của GIS lên màn hình hoặc
đưa chúng ra máy in bằng những hệ thống phần mềm của GIS.
1.1.3. Khả năng ứng dụng của GIS
- GIS có khả năng quản lý, lưu trữ, tìm kiếm dữ liệu trắc địa bản đồ với
sự trợ giúp của máy tính. Đặc biệt là chúng ta có khả năng biến đổi dữ liệu mà


12

phương pháp thô sơ không thể thực hiện được.
- GIS có khả năng chuẩn hố dữ liệu để có thể đưa vào các hệ thống xử
lý khác nhau do đó phát triển khả năng khai thác dữ liệu.
- GIS có khả năng biến đổi dữ liệu để đáp ứng được những bài tốn cụ
thể cần được giải quyết.
- GIS có thể cung cấp những thơng tin mới nhất và chính xác

nhất. Những thông tin này là những thông tin đã được thu thập từ các dạng
thông tin mới nhất để cung cấp cho người sử dụng.
- GIS cho sự biến dạng thơng tin là ít nhất.
1.2. Sự hình thành và phát triển của GIS
Những năm 1960, với sự có mặt và phát triển của máy tính thì việc phân
tích khơng gian làm bản đồ chuyên đề đã mở ra khả năng rất lớn đối với các
nhà khoa học về trái đất. Các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ
thống thông tin địa lý. Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống thông tin
địa lý phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống phần cứng của máy tính mà các máy
tính những năm đó chưa đủ mạnh. Ban đầu hệ thống thông tin địa lý
chủ yếu dùng để phục vụ cho công tác quản lý thông tin đất đai, sau đó là áp
dụng trong lĩnh vực quản lý đơ thị.
Những năm cuối của thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển và lớn
mạnh không ngừng của hệ thống thông tin địa lý với sự phát triển và thay đổi
mạnh mẽ trong lĩnh vực phần cứng. Việc tăng kích thước bộ nhớ và tốc độ
tính tốn đã mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin địa lý vào
lĩnh vực của nền kinh tế - xã hội. Chính vì vậy hệ thống thơng tin địa lý đã
từng bước được thương mại hố, xuất hiện nhiều cơng ty phát triển
phần mềm và hệ thống khác nhau. Sự phát triển này đã làm nảy sinh nhiều
vấn đề như không tương thích về khn dạng dữ liệu, các phần mềm khơng
liên kết dữ liệu được với nhau…. Từ đó đã dẫn đến yêu cầu phải nghiên cứu


13

khả năng liên kết các phần mềm và các hệ thống khác nhau cũng như giữa các
khuôn dạng dữ liệu khác nhau. Với sự phát triển của hệ thống máy tính, hệ
thống thơng tin đầu tiên đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như
giao thơng, cấp thốt nước, quản lý và sử dụng thông tin đất đai, khảo sát thị
trường… và ngày càng phục vụ đắc lực cho các ngành, các lĩnh vực khác

nhau trong nền kinh tế quốc dân.Cùng với đó, sự phát triển của ngành khoa
học vũ trụ đã đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng, việc ứng dụng kỹ
thuật viễn thám vào công tác thành lập bản đồ sẽ đem lại hiệu quả rất lớn cho
công tác quản lý thông tin đất đai cũng như việc theo dõi các biến đổi của bề
mặt địa hình, khí hậu và thời tiết… Tuy nhiên, các sản phẩm của ngành hàng
không vũ trụ không phải là các bản đồ mà là các hình ảnh hay các số liệu
trên băng từ. Để những thơng tin này có giá trị thì cần phải có các số liệu liên
kết chúng với các yếu tố trên mặt đất. Để giải quyết vấn đề này đã xuất
hiện nhiều phần mềm khác nhau giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám
càng trở nên hiệu quả hơn. Từ đó hệ thống thơng tin địa lý ngày càng thâm
nhập vào mọi mặt của nền kinh kế – xã hội và phục vụ đắc lực cho cuộc sống
của con người.
1.3. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
GIS là một hệ thống chặt chẽ được kết hợp bởi nhiều thành phần
khác nhau, mỗi thành phần đều có một chức năng riêng biệt và không
thể thiếu trong hệ thống. Các thành phần này có quan hệ mật thiết, gắn bó, hỗ
trợ với nhau thành một thể thống nhất đảm bảo cho hệ hoạt động một
cách nhịp nhàng, đạt hiệu quả cao về mặt khoa học công nghệ và kinh tế.
Một hệ thống GIS hoàn chỉnh sẽ mang lại những chức năng cần thiết
và quan trọng cho người sử dụng. Khi đó, việc khai thác và sử dụng những
chức năng này sẽ đem lại hiệu quả công việc cao cho người dùng.
Thông thường GIS gồm có 5 thành phần chính: Phần cứng, phần mềm, dữ


14

liệu, con người và quy trình thực hiện.

Hình 1.1. Các thành phần của GIS
Dữ liệu: Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu khơng gian và phi khơng

gian. Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ thống GIS là dữ
liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử
dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS
sẽ kết hợp dữ liệu khơng gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có
thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
- Dữ liệu không gian chứa các thơng tin vị trí của đối tượng nằm trong hệ
quy chiếu được chọn và cụ thể, nó phản ánh vị trí đối tượng đang tồn tại trên
bề mặt hoặc trong lịng của quả đất.
- Dữ liệu thuộc tính là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các
đối tượng khác nhau và khơng nhất thiết phải mang tính địa lý như các thông
tin về chủ sử dụng đất, chất đất, loại đất…


15

Phần cứng

Chuyên gia

Dữ liệu

Bản đồ

Kết quả
Phương pháp

Báo cáo

Phần mềm

Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức của hệ thống GIS.
1.4. Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý
Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý là
nhập liệu, quản lý, lưu trữ, tiềm kiếm, thể hiện, trao đổi và xử lý các dữ liệu
khơng gian cũng như dữ liệu thuộc tính.
- Nhập số liệu và kiểm tra dữ liệu
Nhập dữ liệu tức là biến đổi các dữ liệu thu thập được dưới hình thức
bản đồ, các trị đo ngoại nghiệp, ảnh hàng không, vệ tinh…và các văn
bản, các bảng biểu thống kê…thành một dữ liệu dạng số.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu


16

Việc lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu là tổ chức các dữ liệu về vị trí, các
liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (điểm, đường, vùng…),
chúng được tổ chức và quản lý theo cấu trúc, khuôn dạng riêng tuỳ thuộc vào
chức năng phần mềm nào đó của hệ thống thơng tin địa lý.
- Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu
Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu là những phương thức thể hiện kết quả
cho người sử dụng. Các dữ liệu có thể biểu thị dưới dạng bản đồ, bảng biểu,
hình vẽ. Việc trình bày và xuất dữ liệu được thơng qua các thiết bị đầu ra như
thiết bị hiện hình, máy in, máy vẽ hay các thông tin được ghi trên các phương
tiện từ dưới dạng số hoá.
- Xử lý và phân tích dữ liệu
Bao gồm hai loại hoạt động là:
+ Biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các số liệu, sai sót
trong khâu số hố hay nhập dữ liệu thuộc tính, v.v...) hoặc đưa chúng vào số
liệu mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác.
+ Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu

trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống.
Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu khơng gian và dữ
liệu thuộc tính của các dữ liệu hoặc ở dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp.
Việc sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng trong điều kiện
thuận lợi và đúng đắn thì đều theo cách biến đổi đơn giản có thể được phối
hợp để thực hiện một thể loại nào đó của mơ hình hố địa lý mơ hình khơng
gian. Việc kết nối dữ liệu cũng có thể coi như q trình biến đổi dữ liệu.
Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn đề
nào đó trong hệ thống thì cần phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với
nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một mơi trường hợp nhất để từ đó có được
cách nhìn riêng biệt hay tổng thể. Người thiết kế hệ thống làm việc với hệ


17

thống thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ các phép biến
đổi dữ liệu thơng qua việc sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả. Quá
trình này dẫn đến việc người sử dụng sẽ muốn đặt một số lượng hầu như
không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần được trả lời bằng
cách sử dụng các mô hình tổ hợp tìm kiếm dữ liệu và các cách lựa chọn phép
biến đổi. Các câu hỏi phân tích mà hệ thơng tin địa lý có thể trả lời về thông
thường được mô tả theo hai cách:
* Qua định nghĩa thơng thường.
* Qua khả năng thực hiện của các tốn tử khơng gian và liên kết dữ liệu.
Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thơng tin địa lý thơng dụng có thể trả
lời được là:
- Có cái gì tại vị trí này?
- Mối quan hệ giữa các đối tượng như thế nào?
- Ở đâu thoả mãn những điều kiện này?
- Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác?

- Những mẫu khơng gian nào tồn tại?
- Nó sẽ như thế nào nếu quá trình diễn ra ?
- Tương tác với người sử dụng
Đó là yếu tố thiết yếu cho sự thừa nhận và sử dụng bất cứ hệ thống thông
tin nào. Trước đây, một số phần mềm đồ họa hoặc của hệ thống thông tin địa
lý được đặt trong môi trường điều hành DOS như AutoCad, Arc/Info, v.v...
nên giao diện giữa thao tác viên và hệ thống bị hạn chế, không linh hoạt.
Ngày nay, tất cả các phần mềm của hệ thống đều được đặt trong môi
trường Windows với các thanh cơng cụ có đầy đủ các biểu tượng kích hoạt nên
giao diện giữa thao tác viên và hệ thống rất linh hoạt, hiệu quả. Với sự phát
triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, khả năng giao diện giữa người và máy
càng ngày càng hoàn hảo.


18

1.5. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam
1.5.1. Ứng dụng GIS trên thế giới
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, hiện nay việc ứng dụng
GIS đã trở nên đa dạng và phổ biến, đã đạt được rất nhiều thành tựu
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như quy hoạch đô thị, quy hoạch sử dụng đất,
bảo vệ môi trường…
Đặc biệt là kết qủa nghiên cứu của cơ quan hàng không vũ trụ của Mỹ
(NASA), Nhật Bản (NASDA) đã ứng dụng thành công trong việc kết hợp
giữa kỹ thuật viễn thám với GIS trong việc dự báo mang tính tồn cầu về khí
hậu, sự thay đổi về cấu trúc sinh quyển, các hiện tượng cháy rừng…
Bên cạnh đó, một số nước phát triển như Australia, Canada, Thụy Điển đã
phát triển và ứng dụng GIS để xây dựng một số hệ thống chuyên dụng khác
như hệ thống thông tin đất đai LIS… để phục vụ cho cơng tác quản lý thơng
tin đất đai.

1.5.2. Tình hình ứng dụng GIS tại Việt Nam
Hiện nay GIS đã từng bước được áp dụng và phổ biến ở Việt Nam, các
trường đại học, các viện nghiên cứu đã tiến hành áp dụng GIS trong việc thực
thi các kế hoạch và dự án của mình. Tuy nhiên việc xây dựng và bảo trì các số
liệu GIS ở các cơ quan, đơn vị chủ yếu phục vụ cho mục đích riêng của mình.
Do vậy giữa các cơ quan, các hệ thống thu thập và biên tập số liệu là
khác nhau, dẫn đến việc trao đổi liên kết dữ liệu gặp nhiều khó khăn
phức tạp. Trong khi đó việc phát triển hệ thống thơng tin địa lý địi hỏi phải
mang tính chất liên ngành, liên quốc gia, do vậy vấn đề chuyển hoá dữ liệu là
yêu cầu khách quan và cần phải giải quyết để có thể áp dụng rộng rãi vào các
ngành, lĩnh vực kinh tế hiện nay.
Việc nghiên cứu ứng dụng GIS đã được thực hiện ở các cơ quan:
- Cục bản đồ Bộ Tổng tham mưu, Bộ Quốc phòng.


19

- Bộ Tài nguyên – môi trường.
- Viện điều tra quy hoạch –Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn.
- Cục viễn thám Quốc gia.
- Trường Đại học Mỏ- Địa Chất.
- Cục đo đạc bản đồ Việt Nam.
Ứng dụng GIS trong đánh giá đất đai ở Việt Nam được thực hiện năm 1990
với sự trợ giúp của FAO trong dự án nhằm xây dựng “Bản đồ vùng sinh thái
Đồng bằng sơng Hồng” tỷ lệ 1:25000, trong đó các yếu tố về đất, địa
hình, thuỷ văn, khí hậu, sử dụng đất được kết hợp và phân tích bằng kỹ thuật GIS.
Ngồi ra công nghệ GIS đã được nghiên cứu ứng dụng trong công tác quản lý,
lưu trữ hồ sơ đất đai phục vụ cho công tác quản lý nguồn thông tin đất đai.
1.6. Giới thiệu phần mềm ArcGIS
ArcGIS Desktop là một sản phẩm của Viện nghiên cứu hệ thống môi

trường của Mỹ (ESRI). ArcGIS là một hệ thống thông tin địa lý (GIS) cho
phép người sử dụng thực hiện những chức năng của GIS ở bất cứ nơi nào họ
muốn: trên màn hình máy chủ, trên web, trên các filed… ArcGIS lưu trữ và
quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khn dạng khác nhau. Ba mơ hình dữ liệu cơ
bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster và TIN. Ngoài ra chúng có thể nhập
dữ liệu bẳng vào GIS.


20

Hình 1.3. Các sản phẩm phần mềm chính của ESRI
ArcGIS Desktop gồm có 3 phiên bản là: ArcView, ArcEditor, ArcInfo.
- ArcView là một phần mềm được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới
bởi vì nó cung cấp cho người dùng một cách dễ dàng nhất để sử dụng thông
tin địa lý. ArcView có thể sử dụng rất nhiều định dạng dữ liệu khác nhau
thậm chí có thể lấy dữ liệu từ Internet. Đây là phần mềm hệ thống thông tin
địa lý với đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây dựng và phân
tích dữ liệu địa lý. ArcView có thể hiểu được bối cảnh địa lý của dữ liệu, cho
phép thể hiện các mối quan hệ và nhận dạng các mơ hình theo một cách mới.
Với cơng cụ mơ hình hóa các thao tác xử lý dữ liệu, ArcView cho phép quản
lý và thay đổi dây chuyền xử lý số liệu một cách dễ dàng.
- ArcEditor là phần mềm GIS chạy trên Desktop dùng để chỉnh sửa và
quản lý dữ liệu địa lý. ArcEditor là một phần mềm trong bộ những sản phẩm
GIS, nó bao gồm các tính năng của ArcView và thêm vào đó là một số công


21

cụ chỉnh sửa biên tập. ArcEditor hỗ trợ cho người biên tập cá nhân hoặc cho
nhiều người cùng hợp tác biên tập.

- ArcInfo là phần mềm GIS đầy đủ nhất. ArcInfo bao gồm tất cả các
chức năng của ArcView và ArcEditor, các tính năng cao cấp trong xử lý dữ
liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu. Người dùng GIS chuyên
nghiệp sử dụng ArcInfo để thực hiện toàn bộ các mảng công việc như: xây
dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính
và xuất bản bản đồ ra các phương tiện khác nhau. ArcInfo còn cung cấp tất cả
các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS thông minh. Với chức năng này,
người dùng có thể truy nhập dễ dàng thơng qua giao diện đơn giản đã được
mơ hình một cách tùy biến và mở rộng hoặc thông qua các scrip và ứng dụng
khác.
Dù làm việc trong môi trường nào thì người dùng cũng đều sử dụng bộ
ba ứng dựng trên ArcGIS Desktop là ArcCatalog, ArcMap và ArcToolbox để
làm việc. ArcCatalog là ứng dụng để quản lý dữ liệu không gian, quản lý thiết
kế cơ sở dữ liệu, tạo và xem metadata. ArcMap được sử dụng trong mọi thao
tác biên tập và thành lập bản đồ, cũng như để thực hiện các phép phân tích
bản đồ. ArcToolbox dùng để chuyển đổi các dạng dữ liệu và thực hiện các
phép xử lý dữ liệu về địa lý.
Kết hợp ba ứng dụng hợp tác trên người ta có thể thực hiện bất kỳ nhiệm
vụ GIS nào, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm thành lập bản đồ, quản lý dữ
liệu, phân tích các mối quan hệ khơng gian, chỉnh sửa tính năng hình dạng và
các thuộc tính.
1.6.1. ArcMap
ArcMap là thành phần chính của bộ phần mềm ArcGIS của ESRI của
chương trình xử lý khơng gian địa lý, và nó được sử dụng chủ yếu để xem,
chỉnh sửa, tạo và phân tích dữ liệu khơng gian. ArcMap cho phép người dùng


22

khám phá dữ liệu trong một tập hợp dữ liệu, tượng trưng cho các tính năng

phù hợp, và tạo ra bản đồ. ArcMap cung cấp cho người sử dụng các chức
năng chính sau:
- Hiển thị trực quan : Thể hiện dữ liệu theo sự phân bố không gian giúp
người dùng nhận biết được các quy luật phân bố của dữ liệu, của các mối quan
hệ không gian mà nếu sử dụng phương pháp truyền thống thì rất khó nhận biết.

Hình 1.4. Giao diện ArcMap
- Tạo lập bản đồ : Nhằm giúp cho người sử dụng dễ dàng xây dựng các
bản đồ chuyên đề để truyền tải thông tin cần thiết một cách nhanh chóng và
chuẩn xác. ArcMap cung cấp hàng loạt các công cụ để người dùng đưa dữ
liệu của họ lên bản đồ, thể hiện, trình bày chúng sao cho có hiệu quả và ấn
tượng nhất.
- Trợ giúp ra quyết định : ArcMap cung cấp cho người dùng các cơng cụ để
phân tích, xử lý dữ liệu khơng gian, giúp cho người dùng dễ dàng tìm được lời
giải đáp cho các câu hỏi như là : Ở đâu... ?, Có bao nhiêu ... ?, ... Các thơng tin
này sẽ giúp cho người dùng có những quyết định nhanh chóng, chính xác hơn về
một vấn đề cụ thể xuất phát từ thực tế mà cần phải được giải quyết.


23

- Trình bày : ArcMap cho phép người dùng trình bày, hiển thị kết quả
công việc của họ một cách dễ dàng. Người dùng có thể xây dựng những bản
đồ chất lượng và tạo các hiển thị tương tác để kết nối các báo cáo, đồ thị, biểu
đồ, bảng biểu, bản vẽ, tranh ảnh và những thành phần khác với dữ liệu của
người dùng. Họ có thể tìm kiếm, truy vấn thông tin địa lý thông qua các công
cụ xử lý dữ liệu rất mạnh và chuyên nghiệp của ArcMap.
- Khả năng tùy biến của chương trình : Mơi trường tùy biến của ArcMap
cho phép người dùng tự tạo các giao diện phù hợp với mục đích, đối tượng sử
dụng, xây dựng những công cụ mới để thực hiện công việc của người dùng

một cách tự động, hoặc tạo những chương trình ứng dụng độc lập thực thi trên
nền tảng của ArcMap.
Bản đồ là thành phần cơ bản trong ArcMap, người dùng có thể hiển thị
các thơng tin địa lý trên bản đồ theo nhiều Layer khác nhau. Bản đồ tạo ra và
lưu trong ArcMap sẽ tạo ra một tập tin trên ổ đĩa cứng với một phần mở rộng
*.mxd. Khi một tập tin *.mxd được mở trong ArcMap, người sử dụng có thể
hiển thị nhiều thơng tin, miễn là nó tồn tại trong tập hợp dữ liệu. Tại thời
điểm này người sử dụng có thể tạo ra một sản phẩm bản đồ hoàn toàn mới, sử
dụng tùy biến và ArcMap cung cấp các tính năng thiết kế để tạo ra một sản phẩm
bản đồ thật sự độc đáo.
1.6.2. ArcCatalog
ArcCatalog là ứng dụng dùng để xác định, tìm kiếm và quản lý dữ liệu;
cung cấp một cái nhìn tích hợp và thống nhất của tất cả các tập tin dữ liệu,
trên cơ sở dữ liệu, tích hợp thơng tin.


24

Hình 1.5. Giao diện ArcCatalog
ArcCatalog tồn tại trong nhiều hình thức, bao gồm cả CSDL quan hệ, tác
phẩm, ArcGIS tài liệu, và các dịch vụ web GIS từ xa. ArcCatalog quản lý dữ
liệu theo cây thư mục, chứa dữ liệu từ tất cả các nguồn trên máy tính cũng
như trên mạng và các phần mềm cơ sở sữ liệu khác.
ArcCatalog có thể được dùng như cửa sổ vào CSDL của bạn, bạn có thể
duyệt, tìm, xem trước (dữ liệu hoặc các thuộc tính), tổ chức, phân phối, quản
lý dữ liệu GIS. ArcCatalog giống như Microsoft Windows Explorer nhưng
được thiết kế để xem cơ sở dữ liệu địa lý, bản đồ và siêu dữ liệu. ArcCatalog
có thể được bắt đầu từ một shortcut trên desktop, hoặc trong trình đơn chương
trình cho phép người dùng truy cập tất cả các mục của nội dung.
ArcCatalog có các chức năng chính sau:

- Kết nối tới các đường dẫn chứa dữ liệu.
- Khảo sát dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính.
- Tạo dữ liệu mô tả (Metadata).