Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh phú thọ tỷ lên 1 1 000 000

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

VŨ LONG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN
ĐỊA LÝ TỈNH PHÚ THỌ TỶ LỆ 1:1.000.000

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010


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

VŨ LONG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN
ĐỊA LÝ TỈNH PHÚ THỌ TỶ LỆ 1:1.000.000

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội – 2010

1
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

Vũ Long


2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ...............................5
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ..............................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................7
MỞ ĐẦU ....................................................................................................8
1.Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................... 8
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài........................................................................... 8
3. Mục tiêu của đề tài............................................................................................. 9
4. Nhiệm vụ của đề tài ........................................................................................... 9
5. Phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài ......................................................... 9
6. Sản phẩm của đề tài ........................................................................................... 9
7. Cấu trúc luận văn............................................................................................... 9
Chương 1 .................................................................................................11
TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ........................................11

1.1. Tổng quan về hệ thông tin địa lý.................................................................. 11
1.1.1. Hệ thông tin địa lý .....................................................................................11
1.1.2. Sự hình thành và phát triển hệ thơng tin địa lý .........................................12
1.2.Các thành phần cơ bản của HTTĐL..............................................................16
1.2.1. Thiết bị (phần cứng) ..................................................................................16
1.2.2. Phần mềm .................................................................................................. 18
1.2.3. Số liệu, dữ liệu địa lý................................................................................19
1.2.4.Chuyên viên................................................................................................20
1.2.5. Chính sách và quản lý................................................................................21
1.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý ...........................................21
1.3.1. Cơ sở dữ liệu không gian...........................................................................22
1.3.2. Cơ sở dữ liệu thuộc tính ............................................................................25
1.3.3. Mối liên kết dữ liệu ...................................................................................28
1.4. Khả năng xử lý thông tin của hệ thông tin địa lý .........................................28


3
1.4.1. Khả năng chồng lắp các bản đồ................................................................. 28
1.4.2. Khả năng phân loại các thuộc tính ............................................................29
1.4.3. Khả năng phân tích ....................................................................................29
Chương 2 ................................................................................................32
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ THEO .....32
CÔNG NGHỆ GIS TỪ NỘI DUNG BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TỶ LỆ
1:1.000.000 ...............................................................................................32
2.1.Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000.000 ................................................................. 32
2.1.1.Định nghĩa chung .......................................................................................32
2.1.2.Cơ sở tốn học ............................................................................................33
2.1.3.Nội dung của bản đồ địa hình.....................................................................34
2.2. Xây dựng CSDL nền thông tin địa lý từ BĐĐH tỷ lệ 1:1.000.000..............35
2.2.1.Cơ sở pháp lý kỹ thuật................................................................................35

2.2.2. Một số quy định chung ..............................................................................36
2.2.3.Xây dựng CSDL nền địa lý từ nội dung BĐĐH số tỷ lệ 1/1.000.000........39
2.3.Chuẩn hóa dữ liệu địa lý gốc.........................................................................45
2.3.1.Ngun tắc chung cho cơng tác chuẩn hóa dữ liệu địa lý ..........................45
2.3.2. Phương pháp chuẩn hóa dữ liệu địa lý ......................................................46
2.4.Xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý 1/1.000.000 .............................50
Chương 3 .................................................................................................52
THỰC NGHIỆM “XÂY DỰNG CSDL NỀN THÔNG TIN ĐỊA LÝ
THEO CÔNG NGHỆ GIS TỪ NỘI DUNG BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH
1:1.000.000 KHU VỰC TỈNH PHÚ THỌ”.............................................52
3.1.Khái quát nhiệm vụ, tình hình, đặc điểm khu vực cần nghiên cứu...............52
3.1.1.Nhiệm vụ khu vực nghiên cứu ................................................................... 52
3.1.2.Sản phẩm chính của kết quả nghiên cứu thực nghiệm ...............................52
3.1.3. Đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế, xã hội của khu vực nghiên cứu...........52
3.2. Xây dựng CSDL nền GIS tỷ lệ 1:1.000.000.................................................54
3.2.1.Quy trình chung ..........................................................................................54


4
3.2.2. Hiện trạng và chất lượng các nguồn dữ liệu có liên quan.........................57
3.2.3. Phân tích nội dung dữ liệu nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:1.000.000 ............60
3.2.4. Xây dựng mơ hình cấu trúc CSDL nền thơng tin địa lý 1:1.000.000 .......60
3.2.5.Chuẩn hóa, chuyển đổi, biên tập theo mơ hình thiết kế CSDL..................81
3.3. Sản phẩm thực nghiệm .................................................................................98
3.3.1.Dữ liệu dạng DGN......................................................................................98
3.3.2. Chuyển đổi dữ liệu ..................................................................................101
3.3.3.Biên tập dữ liệu.........................................................................................103
KẾT LUẬN ............................................................................................110
KIẾN NGHỊ ...........................................................................................110
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................112

5

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

CSDL

Cơ sở dữ liệu

BĐĐH

Bản đồ địa hình

NDBĐ

Nội dung bản đồ

ĐTĐL

Đối tượng địa lý

DC

Dân cư

DH

Địa hình

GT

Giao thơng

RG

Ranh giới

TH

Thuỷ văn

TV

Thực vật

PIXEL

Phần tử ảnh trong ảnh số

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

TIN

Các lưới tam giác

UTM

Phép chiếu hình trụ có trục nằm ngang

DTM

Mơ hình số địa hình

KCĐ

Khoảng cao đều

QĐ

Quyết định

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trường

KCTĐ

Khống chế trắc địa

ĐGHC

Địa giới hành chính

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

6
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 3.1: Danh sách cụ thể các lớp cùng các trường thuộc tính cần nhập theo từng
nhóm đối tượng
Bảng 3.2: Tên đối tượng và kiểu đối tượng được tuyên bố


7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý GIS

Hình 1.2 Các thành phần thiết bị cơ bản của hệ thống GIS
Hình 1.3: Biểu đồ hình và bảng các phép tốn logic
Hình 2.1: Sơ đồ phân mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1.000.000
Hình 3.1: Quy trình c h u n g xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên và mơi trường
Hình 3.2: Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu nền GIS tỷ lệ 1:1.000.000
Hình 3.3: Mơ hình đối tượng địa lý tổng quát
Hình 3.4: Lược đồ lớp UML mơ tả thuộc tính của kiểu đối tượng địa lý
Hình 3.5: Cấu trúc nền địa lý 1.000.000
Hình 3.6: Cấu trúc cơ sở đo đạc
Hình 3.7: Cấu trúc biên giới địa giới
Hình 3.8: Cấu trúc địa hình
Hình 3.9: Cấu trúc thuỷ hệ
Hình 3.10: Cấu trúc giao thơng
Hình 3.11: Cấu trúc dân cư và cơ sở hạ tầng
Hình 3.12: Cấu trúc gói phủ bề mặt
Hình 3.13: Xuất mơ hình sang định dạng XMI

Hình 3.14: Dữ liệu DGN trước khi chuẩn hóa
Hình 3.15: Dữ liệu DGN sau khi chuẩn hóa
Hình 3.16: Sản phẩm chuyển đổi dữ liệu
Hình 3.17: Cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ tỷ lệ 1:1.000.000


8
MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thơng 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
thông tin địa lý. Có thể nói, nếu khơng có CSDL nền GIS thì khơng thể có các hệ
thơng tin địa lý.
Để đáp ứng tốc độ phát triển nhanh chóng và áp dụng rộng rãi của công
nghệ thông tin và công nghệ GIS, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thực tiễn, việc
xây dựng một CSDL nền GIS chuẩn chính thức, thống nhất cho các ngành trong
cả nước là không thể chậm chễ.
Vì vậy học viên đã chọn đề tài luận văn “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ
liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ tỷ lệ 1:1.000.000”, 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. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
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 1/1.000.000.
Khu vực nghiên cứu: trong phạm vi mảnh bản đồ địa hình F-48 tỷ lệ
1/1.000.000 phủ trùm diện tích tỉnh Phú Thọ.


9

3. Mục tiêu của đề tài
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 1:1.000.000, 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 thông 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.
4. Nhiệm vụ của đề tài
- Tìm hiểu các yêu cầu và quy định về nền dữ liệu địa lý của cơ quan chủ
quản
- Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý GIS từ nội dung
bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000.000.
- Thử nghiệm xây dựng CSDL nền thông tin địa lý GIS phạm vi 01 mảnh
bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000.000 thuộc khu vực tỉnh Phú Thọ.
5. Phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài
- Phân tích, tổng hợp, cơ sở lý luận và thực tiễn.
- Ứng dụng Tin học.
- Phương pháp bản đồ.
- Phương pháp GIS.
6. Sản phẩm của đề tài
- Đưa ra quy trình sản xuất việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền thơng tin địa

lý
GIS từ nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1/1.000.000.
- Sản phẩm thử nghiệm xây dựng CSDL nền thông tin địa lý phạm vi
mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/1.000.000 khu vực tỉnh Phú Thọ.
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 thông tin địa lý


10
- Chương 2. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý theo công nghệ
GIS từ nội dung bản đồ địa hình tỷ lệ 1:1.000.000.
- Chương 3. Thực nghiệm “Xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý
theo công nghệ GIS từ nội dung bản đồ địa hình 1:1.000.000 khu vực
tỉnh Phú Thọ”.


11
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1. Tổng quan về hệ thông tin địa lý
1.1.1. Hệ thông tin địa lý
Cho đến nay có nhiều tác giả đưa ra các khái niệm về hệ thơng tin địa lý, ví
dụ:
GIS là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển
thị dữ liệu khơng gian (Clarke 1995).
GIS là một trường hợp đặc biệt của một hệ thống thông tin với CSDL gồm
những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian
được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. Hệ thống

địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp
đặc biệt (Dueker 1979).
Hệ thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa
lý là: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia
cơng và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu (Stan Aronoff 1993).
Cơng nghệ dựa trên máy tính và phương pháp để thu thập, quản lý, phân
tích, mơ hình và mô tả dữ liệu địa lý cho các ứng dụng khác nhau.
Một hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu cho mục đích
thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu khơng gian cho mục đích hỗ trợ ra
quyết định và nghiên cứu.
Những định nghĩa 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 thông tin địa lý để phục vụ một mục đích
nghiờn 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.


12
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian,
phi không gian, thiết lập quan hệ khơng gian giữa các đối tượng. Có thể nói các
chức năng phân tích khơng gian đó tạo ra diện mạo riêng cho GIS.
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 toạ 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. Sự hình thành và phát triển hệ thông tin địa lý
Trên thế giới, lịch sử phát triển và ứng dụng của HTTĐL (GIS) có khởi đầu
từ những năm 50 của thế kỷ XX. Lúc đó, các nhà bản đồ học và tin học trên thế

giới đã kết hợp suy nghĩ, nghiên cứu về một hệ thống máy móc và thiết bị vẽ bản
đồ tự động. Những ứng dụng sớm nhất và hình thành nền tảng về GIS là ở
Canađa, nơi mà những nghiên cứu về kỹ thuật sử dụng máy tính để lưu trữ và xử
lý số liệu, lập bản đồ và xử lý các thông tin không gian lần đầu tiên được thực
hiện. Tuy nhiên, các thiết bị máy tính thời đó rất to lớn, cồng kềnh; việc nhập dữ
liệu chậm và khó khăn nên những hệ tự động hóa ít khả năng thâm nhập vào thực
tế. Lúc đó, những phiên bản đầu tiên của các HTTĐL là những phần mềm nhập
dữ liệu và vẽ bản đồ đơn giản; việc xử lý các thông tin đồ hoạ cũng rất hạn chế.
Từ 1960-1980: Là thời kỳ tìm tịi và khám phá về kỹ thuật đồ hoạ của công
nghệ thông tin. Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả năng xử
lý đồ hoạ trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện. Hàng loạt các chương
trình phần mềm xử lý đồ hoạ và các phiên bản đầu tiên của các phần mềm GIS ra
đời như phần mềm ARC/Infor.
Từ 1980-1990: Công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một công nghệ có
tính thương mại, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạt động thực tiễn
có sử dụng thơng tin không gian. Đặc biệt ở Mỹ, Canađa và châu Âu, người ta đó xây


13
dựng và khơng ngừng hồn thiện các chương trình phần mềm có uy tín quốc tế như
ARC/Infor, PCI, ILWIS, SPAND, IDRISI,...
Công nghệ vi điện tử và công nghiệp sản xuất máy tính có nhân (PC) phát
triển mạnh; máy tính trở thành công cụ phổ biến trong mọi hoạt động nghiên cứu,
thiết kế và quản lý xã hội. Những phần mềm HTTĐL chạy trên PC ngày càng phát
triển đó làm cho công nghệ HTTĐL lan truyền nhanh chúng đến các nước đang
phát triển ở châu Á và càng ngày càng thâm nhập sâu vào lĩnh vực địa lý và bản
đồ.
Ở Việt Nam, công nghệ HTTĐL cũng được ứng dụng và phát triển nhanh
chóng cùng với cơng nghệ thơng tin nói chung. Theo các nhà hoạt động trong lĩnh
vực này, sự hình thành và phát triển công nghệ HTTĐL ở Việt Nam có thể chia

thành ba thời kỳ dưới đây.
Thời kỳ 1980-1985: Là giai đoạn bắt đầu với những hiểu biết sơ bộ và tiếp
xúc với HTTĐL qua các cán bộ được đào tạo ở nước ngồi và một số chun gia
có dịp tham gia các hội thảo quốc tế về công nghệ thông tin và hệ thống thông tin
địa lý.
Trong giai đoạn này, chúng ta chưa nhập được các chương trình phần mềm
mạnh. Các phần mềm tự viết và phát triển khả năng đồ hoạ cũng rất yếu, chỉ mới
giải quyết được các nhiệm vụ nhập và xuất dữ liệu.
Các thiết bị phần cứng cũng thiếu thốn và còn yếu. Do đó, chúng ta chưa có
các ứng dụng cụ thể, song các cơ quan đó bắt đầu quan tâm nghiên cứu về
HTTĐL và hướng phát triển thành lập, biên tập và sản xuất bản đồ với sự hỗ trợ
của máy tính điện tử.
Công tác đào tạo về HTTĐL chưa phát triển, các hội thảo về HTTĐL hầu
như chưa được tổ chức, công nghệ này cũng chưa được ứng dụng rộng rãi, các
ứng dụng mới chỉ mang tính chất thử nghiệm.
Thời kỳ 1985-1994: Những tìm tịi và ứng dụng đầu tiên mới chỉ được thực


14
hiện ở một số chuyên ngành và một số cơ quan ứng dụng cụ thể, trước hết là các
cơ quan nghiên cứu về cơng nghệ thơng tin, tiếp đó là một số cơ quan quản lý tài
nguyên như: Nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất,...
Trong giai đoạn này, những thiết bị phần cứng đó có những tiến bộ lớn, đó có
nhiều máy tính và thiết bị phụ trợ, nhưng giá thành đắt, khơng phải cơ sở nào cũng mua
được, do đó đó hạn chế các ứng dụng tại nhiều cơ quan. Tuy nhiên, đối với những nơi
được chú trọng phát triển như: Viện Công nghệ thông tin, các công ty máy tính, các dự
án, đề án, các chương trình cấp nhà nước đó bắt đầu triển khai các đề tài, đề án về
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ HTTĐL.
Trong lĩnh vực ứng dụng và sản xuất các chương trình phần mềm, có hai xu
hướng:

- Các chun gia lập trình và các chuyên gia của các ngành khác nhau của
Việt Nam phát triển xây dựng các phần mềm HTTĐL như: POPMAP của Vũ Duy
Mẫn và nhiều người khác (1993), CAMAP của Lại Huy Phương và công ty AIC,
WINGIS của Công ty DOLSOFT (1995),...
- Mua và sử dụng các phần mềm nước ngồi như MAPINFO, ARC/info,
MGE (Viện Thơng tin lưu trữ và Bảo tàng địa chất, Viện Khoa học và Công nghệ
Địa chính, Viện Địa lý, Trung tâm Viễn thám Geomatic, thuộc Trung tâm Khoa
học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, Viện Thiết kế và quy hoạch Nông nghiệp,
Trung tâm Tư vấn thông tin Tài nguyên rừng- Viện Điều tra quy hoạch rừng - Bộ
Nông nghiệp và phát triển Nông thôn).
Những kết quả nghiên cứu ứng dụng cơ bản của giai đoạn này thuộc các
lĩnh vực: Điều tra quy hoạch quản lý các tiểu khu, các loại rừng, thống kê diện
tích rừng trong Nông nghiệp, xây dựng các bản đồ hiện trạng tài ngun thiên
nhiên, quản lý các thơng tin khống sản và bản đồ địa chất. Nhiều cơ quan đó tiến
hành số hóa bản đồ và lưu trữ thơng tin chuyên ngành, quản lý dữ liệu chuyên
ngành dưới dạng các HTTĐL. Cơng tác đào tạo về HTTĐL đó bước đầu được chú


15
ý, song cũng mang tính tự phát, nhằm đáp ứng các nhu cầu cụ thể của các cơ
quan, chưa hệ thống, quy mô cũng nhỏ. Chủ yếu nhằm hướng dẫn sử dụng các
chương trình phần mềm.
Thời kỳ 1995 tới nay: Là giai đoạn phát triển và bùng nổ của HTTĐL.
Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của các công ty máy tính, của các nhà sản xuất và
cung cấp thiết bị tin học, tại Việt Nam đó có mặt các sản phẩm của hầu hết các
nhà sản xuất thiết bị máy tính, cần thiết cho các ứng dụng hệ thống thơng tin địa
lý như: hãng máy tính IBM, COMPAQ, SUN, ACER, INTERGRAPH,... và các
hãng sản xuất các thiết bị ngoại vi: Máy quét, bàn số hóa, máy in HP, EPSon,
CALCOM,...
Một thị trường sôi động về thiết bị công nghệ thông tin đó giúp cho chi

phí các phần cứng giảm dần. 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.
Các phần mềm tiên tiến trong công nghệ HTTĐL, kết hợp với cơng nghệ
viễn thám đều đó có mặt tại Việt Nam. Đại lý của các hãng như: MAPINFOR,
ARC/info cũng được đặt tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh,...Các phần mềm của Việt
Nam cũng ngày càng được hoàn thiện và phổ cập hơn.
Đào tạo về công nghệ HTTĐL không những được thực hiện trong các
trường đại học, mà cũng được đưa vào chương trình giáo dục phổ thơng. Đặc biệt,
trong chương trình Cơng nghệ Thơng tin của Nhà nước đó có một dự án về phát
triển HTTĐL cho các tỉnh của Việt Nam.
Công nghệ HTTĐL không cũng là vấn đề của một cơ quan, một đơn vị
nghiên cứu, mà đó trở thành một chiến lược của Nhà nước; một công nghệ trong
hệ thống thông tin được Nhà nước quan tâm và khuyến khích phát triển.
Cũng từ năm 1995 cơng nghệ HTTĐL được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành và trở thành công cụ không thể thiếu cho ngành kinh tế quốc dân.


16
1.2.Các thành phần cơ bản của HTTĐL
Công nghệ GIS là một hệ thống gồm 5 hợp phần cơ bản, 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 thông tin địa lý
1.2.1. Thiết bị (phần cứng)
Bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực
hiện các chức năng nhập thông tin (Input), xuất thông tin (Output) và xử lý
thơng tin của phần mềm. Hệ thống này gồm có máy chủ (server), máy khách
(client), máy quét (scanner), máy in (printer) được liên kết với nhau trong
mạng LAN hay Internet.

Hình 1.2 Các thành phần thiết bị cơ bản của hệ thống GIS


17
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 tên dữ liệu, mà cịn điều khiển
sắp đặt phần cứng khác. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chi khoảng 5mm2
nhưng nó có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin
trong một giây (the Cyber 250 “ máy vi tính siêu hạng”) có thể thực hiện 200 triệu
thơng tin trên 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. Điều này có
nghĩa nó sẽ ít có khả năng thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong
hệ điều hành.
1.2.1.3. Bộ sắp xếp và lưu trữ ngồi
Băng có từ tính được giữ khơng những trong cuộn băng lớn mà còn 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.
Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn mà còn ở các đĩa mềm với khả năng lưu
trữ giới hạn (2.25inch, với 360Kb hoặc 1.2Mb hay 3.5inch với 720Kb hoặc
1.4Mb). Đĩa cứng thông thường được sử dụng cho lưu trữ tạm thời mà thơng qua
q trình xử lý, sau khi dữ liệu được gán trong đĩa floppy hoặc dây băng 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


18
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). Hầu
như các cursor được vừa vặn với bốn hoặc nhiều nút cho việc chuyển các tín hiệu
đặc biệt cho việc điều khiển chương trình.
 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, 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 cơ sở dữ liệu vector.
 Các bộ phận để in ấn.
Máy in (printer) Là bộ phận để in ấn các thông tin, bản đồ, dưới nhiều kích
thước khắc nhau tùy theo yêu cầu của người sử dụng.
1.2.2. Phần mềm
Đi kèm với hệ thống thiết bị trong GIS ở trên là một hệ phần mềm có tối
thiểu 4 nhóm chức năng sau đây:
- Nhập thơng tin khơng gian và thơng tin thuộc tính từ các nguồn khác
nhau.
- Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và
thông tin thuộc tính.
- Phân tích biến đổi thơng tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các
bài toán tối ưu và mơ hình mơ phỏng khơng gian- thời gian.
- Hiển thị và trình bày thơng tin dưới các dạng khác nhau, với các biện
pháp khác nhau.
Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện

ích đặc biệt và các chương trình ứng dụng.


19
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 chuyên 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
Có thể coi là một thành phần quan trọng nhất trong một hệ cơ sở dữ liệu
GIS. Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý(geo-referenced
data) riêng lẻ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu(database). Những
thơng tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc
tính, (3) mối liên hệ khơng gian của các thơng tin, và (4) thời gian. Có hai dạng số
liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:

1.2.3.1.Dữ liệu bản đồ
Là những mơ tả hình ảnh bản đồ được số hóa theo một khn dạng nhất
định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để
xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc các thiết bị ngoại vi khác.
 Số liệu Vector:
Được trình bầy dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng có liên quan
đến một số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.
 Số liệu Raster:

20
Được trình bầy dưới dạng lưới ơ vng hay ơ chữ nhật đều nhau, giá trị
được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính (số liệu của ảnh hàng
không, ảnh vệ tinh, số liệu bản đồ điựơc quét ảnh là các loại số liệu raster số liệu).
1.2.3.2.Dữ liệu thuộc tính
Được trình bầy dưới dạng các ký tự hoặc số hoặc ký hiệu để mô tả các
thuộc tính của các thơng tin thuộc về đối tượng địa lý. Trong các dạng số liệu trên,
số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên số liệu Raster rất hữu ích
để mơ tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ… và thực hiện các
phân tích khơng gian của số liệu. Cịn số liệu thuộc tính được dùng để mơ tả cơ sở
dữ liệu. Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thơng thường nhất hiện nay là
số hóa (digitizing) bằng bàn số hóa (digitizer), hoặc thơng qua việc sử dụng máy
quét ảnh (Scanner).
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 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 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 thông 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 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

21
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 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 lý là
cơ sở của thành cơng. 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 đọng đến
tồn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành cơng của hoạt
động GIS.

1.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý


22
1.3.1. Cơ sở dữ liệu không gian
Số liệu không 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 thông qua thiết bị ngoại
vi,…
Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì
chúng càng có ý nghĩa, dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng
được thu thập thơng qua các mơ hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS cịn
được gọi là thơng tin khơng gian. Đặc trưng thơng tin khơng gian là có khả năng
mơ tả “Vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu , đơn vị đo và quan hệ khơng gian.
Chúng cịn khả năng mơ tả “hình dạng hiện tượng” thơng qua mơ tả chất lượng, số
lượng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian mô tả
“quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên. Mơ hình khơng gian đặc biệt
quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện đến phân
tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống .
1.3.1.1 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)
- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Tỷ lệ 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


23
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 dẫy của các điểm. Mô tả các đối tượng
địa lý dạng hình tuyến, có các đặc điểm sau:
- Là một dẫy 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 mơ 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.
- Cấu trúc Vector Topology dùng để biểu diễn quan hệ không gian giữa các đối
tượng địa lý. Có ba quan hệ khơng gian chính: Tiếp nối, tiếp giáp, bao bọc. Các
đối tượng khơng gian này được thể hiện thông qua một đối tượng hình học mới là
cung và nút.