Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1 2000 khu vực lăng cô tỉnh thừa thiên huế

1

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

LƯU THỊ THU THỦY

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ TỪ
BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1:2000 - KHU VỰC
LĂNG CÔ - TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010


2

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

LƯU THỊ THU THỦY

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ TỪ
BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1:2000 - KHU VỰC
LĂNG CÔ - TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Trần Đình Trí

Hà Nội – 2010


3

LỜI CAM ĐOAN

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

Lưu Thị Thu Thủy


4

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Danh mục ký hiệu, viết tắt
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................1
Chương 1. HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS ...........................................................4
1.1. Khái niệm về hệ thông tin địa lý GIS ............................................. 4
1.2. Các thành phần cơ bản của GIS ..................................................... 4

1.2.1. Thiết bị (phần cứng) ..............................................................................5
1.2.2. Phần mềm .................................................................................................7
1.2.3. Số liệu, dữ liệu địa lý ...........................................................................8
1.2.4. Chuyên viên .............................................................................................8
1.2.5. Chính sách và quản lý ...........................................................................9
1.3. Các đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS ......................... 10
1.3.1. Khả năng chồng lắp các bản đồ ........................................................10
1.3.2. Khả năng phân loại các thuộc tính ...................................................10
1.3.3. Khả năng phân tích ..............................................................................11
1.4. Cấu trúc CSDL trong hệ thống thông tin địa lý GIS.................. 12
1.4.1. CSDL không gian .................................................................................12
1.4.2. CSDL thuộc tính ...................................................................................18
1.4.3. Mối liên kết dữ liệu ..............................................................................20
1.5. Xử lý thông tin bản đồ trong kỹ thuật GIS.................................. 20
1.5.1. Cấu trúc thơng tin bản đồ ...................................................................20
1.5.2. Mơ hình phân lớp đối tượng .............................................................21
1.5.3. Chuẩn thông tin bản đồ .......................................................................23
Chương 2. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN ĐỊA LÝ TỪ BẢN ĐỒ ĐỊA
HÌNH TỶ LỆ 1:2000....................................................................................................25
2.1.Khái niệm về bản đồ địa hình dạng số .......................................... 25


5

2.2.Nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000........................................... 26
2.2.1.Cơ sở toán học ........................................................................................26
2.2.2. Các yếu tố nội dung của BĐĐH tỷ lệ 1:2000 ................................29
2.3.Nghiên cứu xây dựng CSDL nền TTĐL từ BĐĐH tỷ lệ 1:2000 . 30
2.3.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ xây dựng CSDL nền địa lý ..............30
2.3.2. Chỉ tiêu kỹ thuật của CSDL nền thông tin địa lý 1:2000 ...........31

2.3.3. Giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL nền TTĐL từ BĐĐH dạng
số tỷ lệ 1:2000 ...................................................................................................36
2.3.4. Chuẩn hóa dữ liệu nền thơng tin địa lý ...........................................38
2.3.5. Hồn thiện cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa lý 1:2000 .................39
Chương 3. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CSDL NỀN ĐỊA LÝ TỪ BĐĐH
TỶ LỆ 1:2000 - KHU VỰC LĂNG CÔ - TỈNH THỪA THIÊN HUẾ ......45
3.1. Khái quát nhiệm vụ, đặc điểm khu vực cần nghiên cứu ........... 45
3.1.1. Nhiệm vụ khu vực cần nghiên cứu ..................................................45
3.1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên
cứu........................................................................................................................45
3.1.3. Hiện trạng thông tin tư liệu khu vực nghiên cứu..........................47
3.2.Xây dựng mơ hình cấu trúc CSDL nền thơng tin địa lý 1:2000 ... 51
3.2.1. Cấu trúc nền địa lý 1:2000 (NenDiaLy2N) ...................................51
3.2.2.Các mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý 1:2000 ...............................52
3.3. Xây dựng CSDL nền địa lý từ BĐĐH tỷ lệ 1:2000...................... 66
3.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ xây dựng CSDL nền địa lý 1:2000 66
3.3.2. Quá trình xây dựng CSDL nền địa lý ..............................................67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................99


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1: Các tiêu chí đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý……………........................ .40
Bảng 2-2: Các phương pháp đánh giá chất lượng dữ liệu địa lý……........................ …41


7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý GIS…… .................... ……5
Hình 1-2: Các thành phần thiết bị cơ bản của hệ thống GIS…………… ........................ ….5
Hình 2-1: Các thành phần thơng tin của đối tượng địa lý…………………....................... .33
Hình 2-2: Mơ hình dữ liệu Metadata…………………………………… ...................... ….43
Hình 3-1: Cấu trúc nền địa lý 1:2000……………………………………… .................. …51
Hình 3-2: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói cơ sở đo đạc……… .................... 52
Hình 3-3: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói biên giới địa giới…...................... 53
Hình 3-4: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói địa hình…………… .................... .54
Hình 3-5: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói thủy hệ……………… .................. 57
Hình 3-6: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói giao thơng………….. ................... 61
Hình 3-7: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói dân cư…………… ..................... 64
Hình 3-8: Mơ hình cấu trúc đối tượng địa lý thuộc gói phủ bề mặt………. ..................... 65
Hình 3-9: Chỉ thị chuẩn hóa cho giao thơng…………………................... ………………72
Hình 3-10: Chỉ thị chuẩn hóa cho thủy hệ…………………….......................................... 73
Hình 3-11: Chỉ thị chuẩn hóa cho dân cư………………………………
Hình 3-12: Thu nhận thơng tin cho chỉ thị chuẩn hóa bằng bình đồ ảnh…

….75
.78

Hình 3-13: Bổ sung các yếu tố đặc trưng của địa hình……………....................... ………83
Hình 3-14: Mơ hình TIN………………………………………....................... …………..85
Hình 3-15: Mặt phẳng ngang của mơ hình DTM khi chưa bổ sung yếu tố đặc trưng địa
hình…………………………………………………… ........................................ ………..86
Hình 3-16: Mặt phẳng ngang của mơ hình DTM khi đã bổ sung yếu tố đặc trưng địa
hình………………………………………………… .................................. ………………87
Hình 3-17: Bề mặt TIN khi khơng có đường khe núi…………................... ……………..88

8
Hình 3-18: Bề mặt TIN khi có đường khe núi…………………................... …………….88
Hình 3-19: Bề mặt TIN khi khơng có đường sống núi…………… ................... …………89
Hình 3-20: Bề mặt TIN khi có đường sống núi………………….…… ................... ……..89
Hình 3-21: Bề mặt TIN khi khơng có đường Breakline ở n ngựa…… .................. ……89
Hình 3-22: Bề mặt TIN khi có đường Breakline ở yên ngựa……… .................. ………...89
Hình 3-23: Thể hiện đối tượng dạng điểm trong ARCGIS……… .................... …………92
Hình 3-24: Thể hiện đối tượng dạng đường trong ARCGIS…… ..................... ………….93
Hình 3-25: Thể hiện đối tượng dạng vùng trong ARCGIS…… .................... ……………94
Hình 3-26: Thuộc tính của lớp tim đường bộ…………………… .................... ………….95

Hình 3-27: Thuộc tính của lớp phủ bề mặt………………………………….95
Hình 3-28: Sản phẩm Metadata ở dạng bảng…………………… ………….96


9
DANH MỤC KÝ KIỆU, VIẾT TẮT

Thuật ngữ và từ viết tắt

Giải thích

BĐĐH

Bản đồ địa hình

ĐLCS

Địa lý cơ sở

HTTĐLCSQG

Hệ thơng tin địa lý cơ sở Quốc gia

CSDL

Cơ sở dữ liệu

GIS

Hệ thông tin địa lý

DLĐL

Dữ liệu địa lý

ĐTĐL

Đối tượng địa lý

TTĐLCSQG

Thông tin địa lý cơ sở Quốc gia

ISO

Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế

TC211

Uỷ ban chuẩn hố thơng tin địa lý thuộc tổ chức
tiêu chuẩn hoá quốc tế

Bộ TN và MT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

ĐĐ và BĐ

Đo đạc và bản đồ


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 loại chủ yếu: dữ
liệu thuộc tính và dữ liệu khơng gian, gắn bó chặt chẽ với nhau một cách có
quy luật.
CSDL nền GIS được xây dựng nhằm đáp ứng vai trò cấp thiết từ thực

tiễn là một hợp phần thiết yếu nhất, là hệ thống “xương sống” (khung) trong
các hệ thơng tin địa lý. Có thể nói, nếu khơng có CSDL nền GIS thì khơng thể
có các hệ thông tin địa lý.
Để đáp ứng tốc độ phát triển nhanh chóng và áp dụng rộng rãi của cơng
nghệ thơng tin và công nghệ GIS, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thực tiễn,
việc xây dựng CSDL nền GIS chuẩn chính thức, thống nhất cho các ngành
trong cả nước là khơng thể chậm chễ.
Vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý từ
bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 - Khu vực Lăng Cơ - tỉnh Thừa Thiên Huế”,
để góp phần bổ sung thêm về lý luận và thực tiễn trong xây dựng nền dữ liệu


2

địa lý phục vụ công tác quản lý lãnh thổ, quản lý tài ngun và bảo vệ mơi
trường.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu việc xây dựng cơ sở dữ
liệu nền thông tin địa lý từ nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000, sản phẩm
dữ liệu địa lý có độ chi tiết và độ chính xác đảm bảo để làm nền cho các mục
đích xây dựng các hệ thơng tin địa lý cho các chuyên đề khác nhau, phục vụ
cho việc quy hoạch, phát triển kinh tế xã hội, quản lý tài nguyên môi trường.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin
địa lý GIS từ nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000.
Khu vực nghiên cứu: gồm các mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 thuộc
khu vực Lăng Cô, tỉnh Thừa Thiên Huế.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu các yêu cầu và quy định về nền dữ liệu thông tin địa lý
- Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý GIS từ nội

dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000.
- Thử nghiệm xây dựng CSDL nền thông tin địa lý GIS từ các mảnh
bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 thuộc khu vực Lăng Cô, tỉnh Thừa Thiên Huế.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích, tổng hợp, cơ sở lý luận và thực tiễn.
- Ứng dụng Tin học.
- Phương pháp bản đồ.
- Phương pháp GIS.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


3

- Đưa ra quy trình sản xuất việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin
địa lý GIS từ nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000.
-

Sản phẩm thử nghiệm xây dựng CSDL nền thông tin địa lý từ các

mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 thuộc khu vực Lăng Cô, tỉnh Thừa Thiên
Huế.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, cấu trúc luận văn gồm 3
chương.
Trong quá trình thực hiện đề tài Tơi đã được PGS.TS-Trần Đình Trí
hướng dẫn, động viên giúp đỡ tận tình cũng như sự hỗ trợ nhiệt tình của các
thầy cơ giáo trong bộ mơn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa, phòng đại
học và sau đại học, các nhà khoa học, các đồng nghiệp thuộc Bộ Tài ngun
và Mơi trường... để Tơi hồn thành luận văn này.Tôi xin chân thành cảm ơn
những sự giúp đỡ quý báu đó.

Chương 1


4

HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS
1.1. Khái niệm về hệ thông tin địa lý GIS
Hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographical Information Systems),
đó 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 hoặc xuất dữ liệu. Trong đó CSDL của hệ thống
chứa những dữ liệu của các đối tượng, các hoạt động kinh tế, xã hội, nhân
văn, phân bố theo không gian và những sự kiện xảy ra theo tiến trình lịch sử.
Có thể nói cách khác rằng, hệ thống thơng tin địa lý là một hệ thống máy tính
(phần cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi
cơ bản: Ai? Cái gì? Ở đâu? Khi nào? Như thế nào? Tại sao? Khi được xác
định trước một hoặc một vài nội dung trong các câu hỏi đó. Trong đó các câu
trả lời Ai?, Cái gì? Xác định các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện cần
khảo sát; Câu trả lời “Ở đâu?” xác định vị trí của đối tượng, hoạt động hoặc
sự kiện; câu trả lời “Như thế nào?” hoặc “Tại sao?” Là kết quả phân tích của
hệ thơng tin địa lý.
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.


5

Hình 1-1: Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý GIS
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 trữ số liệu (Ploppy diskettes, Optical cartridges, CD ROM v.v…).

Hình 1-2: Các thành phần thiết bị cơ bản của hệ thống GIS


6

1.2.1.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU)
Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất
của máy vi tính. CPU khơng những thực hành tính tốn trên dữ liệu, mà cịn
điều khiển sắp đặt phần cứng khác. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ
khoảng 5mm2 nhưng nó có khả năng thực hiện hàng triệu thông tin trong một
giây .
1.2.1.2. Bộ nhớ trong (RAM)
Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là “không
gian làm việc” cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên
(RAM) là có khả năng giữ một giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời
gian.
1.2.1.3. Bộ sắp xếp và lưu trữ ngồi
Băng có từ tính được giữ khơng những trong cuộn băng lớn mà cịn
trong cuộn băng nhỏ. Thuận lợi của dây băng có từ tính mà nó có thể lưu trữ
một số lượng lớn dữ liệu. Sự gia tăng khả năng lưu trữ thể hiện bằng các đĩa
có từ tính.
1.2.1.4. Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (Input devices)
- Digitizer: Bảng số hóa bản đồ bao gồm một bảng hoặc bàn viết, mà bản
đồ được trải rộng ra, và một cursor có ý nghĩa của các đường thẳng và các

điểm trên bản đồ được định vị. Trong tồn bộ bàn số hóa việc tổ chức được
ghi bởi phương pháp của một cột lưới tốt đã gắn vào trong bảng. Dây tóc của
cursor phát ra do sự đẩy của từ tính như một cặp tương xứng (mm trên một
bảng XY hệ thống tương hợp).
- Scanner: Máy ghi Scanner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương
xứng 1 cách tự động dưới dạng hệ thống raster. Một cách luân phiên nhau,


7

bản đồ có thể được trải rộng ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong một
loạt đường thẳng song song nhau. Các đường quét phải được vector hóa trước
khi chúng được đưa vào hệ thống CSDL vector.
- Các bộ phận để in ấn: Máy in (printer) là bộ phận để in ấn các thơng
tin, bản đồ, dưới nhiều kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu của người sử
dụng.
1.2.2. Phần mềm
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy
tính thực hiện một nhiệm vụ xác định , phần mềm hệ thống thông tin địa lý
có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng
trong kỹ thuật GIS phải bao gồm tính năng cơ bản sau:
- Cơng cụ nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía
cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một
dạng số tương thích. Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng CSDL
địa lý.
- Lưu trữ và quản lý dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lý
CSDL đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thơng tin thuộc tính
của các đối tượng địa lý.
- Biến đổi dữ liệu (Data transfomation): Biến đổi dữ liệu gồm 02 lớp điều
hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ

liệu có thể thực hiện trên dữ liệu khơng gian và thơng tin thuộc tính một cách
tách biệt hoặc tổng hợp cả hai.
- Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng là
yếu tố rất quan trọng của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người


8

dùng là một hệ thống thông tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng
dụng đó.
Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực
châu Á là ARC/INFO, MAPINFO, IL WIS, WINGIS, SPANS,
IDRISIW,…Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chun biệt cho GIS,
bao gồm các phần mềm như sau:
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO,
SPAN, ERDAS-Imagine, IL WIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW,
IDRISI, WINGIS,…
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ERMAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,…
1.2.3. Số liệu, dữ liệu địa lý
- Dữ liệu thể hiện dưới dạng bản đồ ( bản đồ giấy, bản đồ số )
- Dữ liệu dưới dạng hình ảnh ( ảnh HK, ảnh vệ tinh…)
- Dữ liệu dưới dạng bảng ghi, báo cáo…
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 thơng tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong một khung tổ
chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ

và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo
yêu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận


9

này cần phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có
hiệu quả để phục vụ người sử dụng thơng tin. Trong q trình hoạt động, mục
đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng
khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thơng tin để giúp họ thực
hiện được những mục tiêu công việc. Ngoài 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 số liệu hiện có.
1.2.5. Chính sách và quản lý
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.
Để hoạt động thành công, 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 và
phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo
nhu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận
này cần được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống thơng tin địa lý GIS
một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin. Trong q trình
hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả trong kỹ thuật GIS
chỉ được minh chứng khi cơng cụ này 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 số liệu hiện có.
Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai
trị rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố
quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS.

Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vào
hoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách - quản


10

lý là cơ sở của thành công. Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ
thống GIS sẽ cho phép kết hợp các phần: 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 hoạt động GIS.
1.3. Các đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS
1.3.1. Khả năng chồng lắp các bản đồ
Việc chồng lắp 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. Dựa vào kỹ thuật chồng lắp các bản đồ mà ta có các phương pháp sau:
- Phương pháp cộng (sum).
- Phương pháp nhân (mutiply).
- Phương pháp trừ (substract).
- Phương pháp chia (divide).
- Phương pháp tính trung bình (average).
- Phương pháp hàm số mũ (exponent).
- Phương pháp che (cover).
- Phương pháp tổ hợp (crosstabulation).
1.3.2. Khả năng phân loại các thuộc tính
Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong
việc phân tích các thuộc tính số liệu thuộc về khơng gian là khả năng của nó
để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ. Một lớp bản đồ mới được tạo
ra mang giá trị mới, mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ trước đây. Việc

11

phân loại bản đồ rất quan trọng vì nó cho ra các mẫu khác nhau. Một trong
những điểm quan trọng trong GIS là giúp để nhận biết được các mẫu đó.
1.3.3. Khả năng phân tích
- Tìm kiếm (Searching): Dữ liệu được mã hóa trong quan hệ vector sử
dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ thì dữ liệu được nhóm lại với nhau sao cho có
thể tìm kiếm một lớp một cách được dễ dàng. Trong GIS phương pháp này
khó khăn khi mỗi một thành phần có nhiều thuộc tính. Một hệ lớp đơn giản
yêu cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp mỗi khi đưa vào.
- Vùng đệm (Buffer zone): Như ta biết rằng nếu đường biên bên trong thì
gọi là lỗi cịn nếu bên ngồi đường biên thì gọi là đệm. Vùng đệm sử dụng
nhiều thao tác phân tích và mơ hình hóa khơng gian.
- Nội suy (Spatial interpolation): Trong điều kiện thơng tin cho ít điểm,
đường hay vùng lựa chọn thì nội suy hay ngoại suy phải thực hiện để có nhiều
thơng tin hơn.
- Tính diện tích (Area Calculation): Phương pháp thủ cơng là đếm ô,
cân trọng lượng, đo thước tỷ lệ và phương pháp GIS.
- Dữ liệu vector: Chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác.
- Dữ liệu raster: Tính diện tích của một ơ, sau đó nhân diện tích này với
số lượng ơ của bản đồ.
Với các chức năng nêu trên, kỹ thuật GIS có khả năng giải đáp được
các dạng câu hỏi như sau:
- Vị trí của đối tượng nghiên cứu: Quản lý và cung cấp vị trí của các đối
tượng theo yêu cầu bằng các cách khác nhau như tên địa danh, mã, vị trí, tọa
độ.

12

- Điều kiện về thuộc tính của đối tượng: Thơng qua phân tích các dữ
liệu khơng gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra tại một điểm nhất
định hoặc xác định các đối tượng thỏa mãn các điều kiện đặt ra.
- Xu hướng thay đổi của đối tượng: Cung cấp hướng thay đổi của đối
tượng thông qua phân tích các lãnh thổ trong vùng nghiên cứu theo thời gian.
- Cấu trúc và thành phần có liên quan của đối tượng: Cung cấp mức
độ sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đã có từ
các nguồn khác.
1.4. Cấu trúc CSDL trong hệ thống thông tin địa lý GIS
1.4.1. CSDL không gian
Số liệu khơng gian là những mơ 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
thiết bị ngoại vi.
1.4.1.1 Cấu trúc dạng Vector
Tất cả các đối tượng đồ họa được quy về ba đối tượng cơ bản là: điểm,
đường và vùng.
- Kiểu đối tượng điểm (Points): Điểm được xác định bởi cặp giá trị tọa
độ. Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản
ánh là đối tượng điểm. Các đối tượng điểm có đặc điểm sau:
+ Là tọa độ đơn (x,y).
+ Khơng cần thể hiện chiều dài và diện tích.


13

Trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng. Tuy nhiên, trên

bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể hiện dưới dạng một điểm. Vì vậy, các
đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau.
- Kiểu đối tượng đường (Arcs): Đường được xác định như một tập hợp
dãy của các điểm. Mơ tả các đối tượng địa lý dạng hình tuyến, có các đặc
điểm sau:
+ Là một dãy các cặp tọa độ
+ Một arc bắt đầu và kết thúc node
+ Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node
+ Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices
+ Độ dài chính xác bằng các cặp tọa độ
- Kiểu đối tượng vùng (Polygons): Vùng được xác định bởi ranh giới
các đường thẳng. Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một
đường được gọi là đối tượng vùng polygon, có các đặc điểm sau:
+ Polygon được mô tả bằng tập các đường (Arcs) và điểm nhãn (label
points)
+ Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng
+ Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi
một vùng.
Như vậy: Cấu trúc dữ liệu vector bao gồm cấu trúc Vector Spagety và cấu
trúc Vector Topology.
+ Cấu trúc Vector Spagety là cấu trúc dữ liệu vector không phản ánh quan
hệ không gian giữa các đối tượng địa lý. Nó có ưu điểm là dễ hiển thị nhưng
dễ bị dư thừa dữ liệu.


14

+ Cấu trúc Vector Topology dùng để biểu diễn quan hệ khơng gian giữa
các đối tượng địa lý. Có ba quan hệ khơng gian chính: Tiếp nối, tiếp giáp, bao
bọc. Các đối tượng không gian này được thể hiện thông qua một đối tượng

hình học mới là cung và nút.
Cung là một đường gấp khúc thể hiện bằng một dãy các cặp tọa độ liên
tiếp nhau, các cung chỉ được gặp nhau tại điểm đầu và cuối, không được phép
giao nhau, cắt nhau. Nút là điểm mà các cung gặp nhau.
1.4.1.2 Cấu trúc Raster
- Cấu trúc dạng Raster mô tả một vùng bề mặt trái đất bằng một mảng hai
chiều (hàng, cột). Mỗi một phần tử của mảng là một ô (pixel). Mỗi pixel thể
hiện cho một vùng có diện tích nhỏ nhất của bề mặt cần mơ tả. Một pixel
được xác định tọa độ x,y và một giá trị nào đó. Đối tượng điểm thể hiện bằng
một pixel. Mỗi một đường thể hiện bằng một dãy các pixel nối nhau có cùng
giá trị. Vùng là một tập hợp các ơ kề nhau có cùng giá trị. Mơ hình dữ liệu
raster có các đặc điểm:
+ Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.
+ Mỗi một điểm ảnh (pixel) chứa một giá trị.
+ Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp
(layer).
+ Trong CSDL có thể có nhiều lớp.
- Mơ hình dữ liệu raster là mơ hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ
biến trong các bài tốn về mơi trường, quản lý tài ngun thiên nhiên. Mơ
hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng
dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng phân loại,
chồng xếp.


15

- Các nguồn dữ liệu xây dựng dữ liệu raster có thể bao gồm: Qt ảnh,
ảnh hàng khơng, ảnh viễn thám, chuyển từ dữ liệu vector sang, lưu trữ dữ liệu
dạng raster, nén theo hàng (Run lengh coding), nén theo chia nhỏ thành từng
phần (Quadtree), nén theo ngữ cảnh (Fractal).

- Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bị
mất. Với lý do này, hệ thống raster-based không được sử dụng trong các
trường hợp nơi có các chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi.
1.4.1.3 Chuyển đổi CSDL dạng vecter và raster
- Việc chọn của cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tùy thuộc
vào yêu cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu
trữ sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các
đường contour sẽ chính xác hơn hệ thống raster. Ngoài ra cũng tùy vào phần
mềm máy vi tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng
vecter hay raster. Tuy nhiên đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì
nhất thiết phải sử dụng dưới dạng raster.
- Một số cơng cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mơ hình dữ
liệu raster, do vậy nó địi hỏi q trình biến đổi mơ hình dữ liệu vector sang
dữ liệu raster, hay cịn gọi là raster hóa, đặc biệt cần thiết khi tự động quét
ảnh. Raster hóa là tiến trình chia đường hay vùng thành các ơ vng (pixel).
Ngược lại, vector hóa là tập hợp các pixel để tạo thành đường hay vùng, dữ
liệu raster khơng có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối
tượng sẽ rất phức tạp.
- Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong
khơng gian raster trùng khớp với vị trí của điểm, đường, đường cong hay đa
giác trong biểu diễn vector. Tổng quát, tiến trình biến đổi là tiến trình xấp xỉ
vì với vùng khơng gian cho trước thì mơ hình raster sẽ chỉ có khả năng địa chỉ


16

hóa các vị trí tọa độ ngun. Trong mơ hình vector, độ chính xác của điểm
cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống tọa độ bản đồ còn vị trí khác
của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học.
1.4.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống dữ liệu raster và vector

- Ưu điểm của hệ thống CSDL raster
+ Vị trí địa lý của mỗi ơ được xác định bởi vị trí của ơ biểu tượng, hình
ảnh có thể được lưu trữ trong một mảng tương xứng trong máy vi tính
cung cấp đủ dữ liệu bất kỳ lúc nào. Vì vậy mỗi ơ có thể nhanh chóng và dễ
dàng được xác định địa chỉ trong máy theo vị trí địa lý của nó.
+ Những vị trí kế cận được hiện diện bởi các ơ kế cận, vì vậy mối liên hệ
giữa các ơ có thể được phân tích một cách thuận tiện.
+ Q trình được tính tốn đơn giản hơn và dễ dàng hơn cơ sở hệ thống
dữ liệu vector.
+ Đơn vị bản đồ ranh giới thửa đất được trình bày một cách tự nhiên bởi
giá trị các ô khác nhau, khi giá trị thay đổi, việc chỉ định ranh giới thay
đổi.
- Nhược điểm của hệ thống dữ liệu raster
+ Khả năng lưu trữ đòi hỏi lớn hơn nhiều so với hệ thống CSDL vector.
+ Kích thước ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện. Điều này
đặc biệt khó dễ cân xứng với sự hiện diện đặc tính thuộc về đường thẳng.
Thường thì hầu như hình ảnh gần thì nối tiếp nhau, điều này có nghĩa là nó
phải tiến hành một bản đồ hồn chỉnh chính xác để thay đổi một ơ đơn. Q
trình tiến hành của dữ liệu về kết hợp thì chiếm nhiều chỗ hơn với 1 hệ thống
cơ sở vector.