Khóa luận Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên công nghệ MapServer

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Cao Cường

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẢN ĐỒ SỐ

DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MAPSERVER

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công Nghệ Thông Tin

HÀ NỘI - 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Cao Cường

XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẢN ĐỒ SỐ

DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MAPSERVER

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công Nghệ Thông Tin

Cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Minh

HÀ NỘI - 2009

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN

Ngày nay Hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information

System) đã phát triển rất mạnh, nó được ứng dụng vào rất nhiều ngành và

lĩnh vực khác nhau như trong quân sự, dự báo thời tiết, bản đồ tìm đường

đi, bản đồ địa chất, khoáng sản… Cùng với sự bùng nổ của mạng internet

toàn cầu và phần cứng máy tính, GIS đã phát triển công nghệ cho phép

chia sẻ các thông tin qua mạng, người sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới

đều có thể sử dụng các ứng dụng này thông qua internet. Việc này đòi hỏi

phải có một ứng dụng trên nền web là sự kết hợp của GIS và web, để quản

lý các thông tin trên bản đồ cho phép xem nội dung các thông tin bản đồ

trên web, có thể thêm hoặc xóa sửa các thông tin này. Bên cạnh đó, xu

hướng phát triển phần mềm dựa trên công nghệ mã nguồn mở cũng đang

được phát triển rất mạnh vì nhiều lợi ích mà nó mang lại. Vì thế, việc

nghiên cứu ứng dụng quản lý bản đồ số dựa trên cơ sở mã nguồn mở sẽ

mang lại khả năng chia sẻ thông tin địa lý rộng rãi.

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu công nghệ mã nguồn mở

MapServer, trên cơ sở đó xây dựng một ứng dụng quản lý bản đồ số

WebGIS phục vụ cho mục đích nhất định.

Mục lục

Mở đầu..................................................................................................................1

Chương 1 Cơ sở địa lý học..................................................................................3

1.1 Khái niện chung về bản đồ địa lý....................................................................3

1.1.1 Định nghĩa bản đồ......................................................................................3

1.1.1.1. Bản đồ - mô hình toán học..................................................................3

1.1.1.2. Mô hình thực tiễn................................................................................4

1.1.1.3. Bản đồ - mô hình qui ước ...................................................................5

1.1.2 Các tính chất của bản đồ............................................................................5

1.1.3 Cơ sở toán học của bản đồ địa lý...............................................................6

1.1.3.1. Tỉ lệ bản đồ (map scale)......................................................................6

1.1.3.2. Cơ sở trắc địa – thiên văn của bản đồ.................................................6

1.1.3.3. Hệ toạ độ ...........................................................................................8

1.2 Các hệ qui chiếu bản đồ (Map Projection)......................................................8

1.2.1 Lưới chiếu bản đồ (lưới kinh vĩ tuyến)......................................................8

1.2.1.1. Phép chiếu bản đồ...............................................................................8

1.2.1.2. Các phép chiếu hình và lưới chiếu hình..............................................9

1.2.2 Bố cục bản đồ ............................................................................................14

1.3. Các phương pháp biểu thị hiện tượng trên bản đồ .........................................14

1.3.1. Phương pháp đường đẳng trị ....................................................................14

1.3.2. Phương pháp chấm điểm ..........................................................................15

1.3.3. Phương pháp ký hiệu đường ..................................................................... 15

1.3.4. Phương pháp ký hiệu đường chuyển động ............................................... 15

1.3.5. Phương pháp biểu đồ định vị....................................................................16

1.3.6. Phương pháp ký hiệu................................................................................16

1.3.7. Phương pháp biểu đồ ..............................................................................16

Chương 2 GIS – Hệ thống thông tin địa lý........................................................17

2.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý...............................................................17

2.1.1 Định nghĩa GIS..........................................................................................17

2.1.2 Các thành phần của GIS ............................................................................18

2.1.2.1. Thiết bị (Hardware).............................................................................18

2.1.2.2. Phần mềm............................................................................................18

2.1.2.3. Chuyên viên ........................................................................................19

2.1.2.4. Dữ liệu địa lý (Geographic data) ........................................................19

2.1.2.5. Chính sách và quản lý.........................................................................20

2.2 Dữ liệu trong GIS ............................................................................................20

2.2.1 Các dạng dữ liệu GIS.................................................................................20

2.2.2 Mô hình thông tin không gian ...................................................................20

2.2.2.1. Hệ thống vector...................................................................................21

2.2.2.2. Hệ thống raster....................................................................................25

2.2.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster ..................................29

2.2.2.4. So sánh vector và raster ......................................................................30

2.2.3 Mô hình thông tin thuộc tính .....................................................................31

2.3. WebGIS – Công nghệ GIS qua mạng ............................................................33

2.3.1. Giới thiệu WebGIS ...................................................................................34

2.3.2. Sơ đồ hoạt động của WebGIS...................................................................34

2.3.3. Tiềm năng của WebGIS............................................................................35

2.3.4. Các kiến trúc triển khai WebGIS..............................................................35

2.3.4.1. Server side...........................................................................................35

2.3.4.2. Client side ...........................................................................................36

2.3.4.3. Kết hợp cả 2 chiến lược ............................................................................37

2.3.5. Trao đổi dữ liệu của hệ thống WebGIS....................................................38

2.3.5.1. Web Map Service / Server..................................................................38

2.3.5.2. Web Feature Service / Server .............................................................39

Chương 3 MapServer – WebGIS Application..................................................40

3.1. Giới thiệu Mapserver......................................................................................40

3.2. Các thành phần của Mapserver......................................................................41

3.2.1 File khởi tạo...............................................................................................41

3.2.2 Map file......................................................................................................41

3.2.3 Template file..............................................................................................42

3.2.4 Dữ liệu GIS................................................................................................42

3.3. Sơ đồ hoạt động của Mapserver ....................................................................42

3.4. Cài đặt Mapserver...........................................................................................43

3.5. Tìm hiểu Mapfile............................................................................................44

3.5.1. Map Object ...............................................................................................44

3.5.2. Layer Object .............................................................................................46

3.5.3. Query Map Object ....................................................................................48

3.5.4. Projection Object ......................................................................................49

3.6. Kết nối các loại dữ liệu...................................................................................51

3.6.1. Dữ liệu ESRI Shapefiles (SHP)................................................................51

3.6.2. Kết nối dữ liệu Raster...............................................................................53

3.6.3. Kết nối dùng thư viện OGR......................................................................56

3.6.4. Kết nối dữ liệu dùng WMS.......................................................................60

3.6.5. Kết nối dữ liệu dùng WFS (Web Feature Server) ....................................62

Chương 4: Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên công nghệ

MapServer............................................................................................................64

4.1 Bài toán xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số................................................64

4.2 Dữ liệu bản đồ .................................................................................................64

4.2.1 Shapefile ....................................................................................................64

4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu..............................................................................65

4.3 Xây dựng chương trình....................................................................................66

4.3.1 Tạo Mapfile................................................................................................66

4.3.2. Xây dựng các chức năng...........................................................................67

4.3.2.1. Công cụ phóng to, thu nhỏ, pan..........................................................67

4.3.2.2. Công cụ hiển thị, tắt các lớp ...............................................................67

4.3.2.3. Công cụ hiển thị thông tin của đối tượng............................................68

4.3.2.4. Công cụ tìm kiếm................................................................................68

4.3.3. Xây dựng các hàm xử lý...........................................................................68

4.4. Cài đặt chương trình và thử nghiệm...............................................................71

4.4.1. Cài đặt.......................................................................................................71

4.4.2. Một số giao diện chương trình..................................................................71

4.4.3. Thử nghiệm chương trình.........................................................................74

Kết luận ................................................................................................................75

Mở đầu

Trong lịch sử, con người đã biết sử dụng bản đồ từ rất lâu, bản đồ ban đầu chỉ là

hình vẽ mô tả những thực thể trên mặt đất ở dạng đơn giản bằng các điểm, đường. Nó

thường là các bản đồ quân sự và bản đồ thám hiểm. Ngày nay bản đồ giấy không chỉ là

bản đồ quân sự hay thám hiểm, nó đã mang trên mình được rất nhiều thông tin, và

phân ra làm nhiều loại bản đồ khác nhau. Nó sử dụng các đường nét, màu sắc, ký hiệu,

chữ và số để thể hiện các thông tin địa lý. Nó có thể mô tả vị trí, hình dạng đặc tính có

thể nhận thấy như phong cảnh: sông, suối, đường xá, làng mạc, rừng cây… Bản đồ

giúp con người có cái hình dung tổng thể và trừu tượng hơn, chúng ta có thể dùng bản

đồ để tìm đường đi, tìm điểm du lịch…

Tuy nhiên ngày nay thì lượng thông tin càng ngày càng nhiều, và phân hóa thành

nhiều lĩnh vực khác nhau. Bản đồ in trên giấy với nhiều nhược điểm như thời gian xây

dựng, đo đạc tạo lập và con người dùng cho việc tạo bản đồ là rất nhiều và tốn kém.

Lượng thông tin trên bản đồ giấy lại hạn chế vì quá nhiều thông tin sẽ gây khó đọc, và

không thể cập nhật theo thời gian. Bản đồ máy tính ra đời, nó là sự mô hình hóa không

gian và lưu trữ vào trong máy tính, nó có thể hiển thị trên máy tính và in ra giấy. Thuật

ngữ GIS (hệ thống thông tin địa lý) ra đời, GIS hình thành từ các ngành khoa học: địa

lý, toán học, bản đồ, và tin học. GIS là một hệ thống nó bao gồm cả phần cứng và

phần mềm, phục vụ cho việc vẽ bản đồ, phân tích vật thể, hiện tượng trên trái đất. GIS

có thể tạo được bản đồ tĩnh nhiều màu sắc đẹp và hơn nữa là bản đồ động, giúp người

dùng có thể chọn lựa và bỏ bất cứ thành phần nào trên bản đồ nhằm phân tích một

cách nhanh chóng các yếu tố trên bản đồ. GIS ra đời từ những năm 1960 tới nay,

nhưng nó chưa đến được với người dùng, vì các ứng dụng GIS thường vẫn là các ứng

dụng GIS chạy trên máy tính đơn, yêu cầu phải có phần mềm riêng biệt cho việc xử lý

các thông tin GIS. Cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông tin và mạng internet toàn

cầu, máy tính đã trở nên phổ biến. Và GIS cũng đã thực sự bùng nổ từ nhu cầu thực

tiễn. Tất cả các ngành như quy hoạch, quản lý tài nguyên và môi trường, quản lý đô

thị, giao thông, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, thông tin du lịch; tất cả các cấp từ

quốc gia, tỉnh, huyện đến xã, thôn đều có nhu cầu ứng dụng GIS cho các hoạt động

điều hành, quản lý. Bản đồ sẽ được số hóa và đưa lên trên mạng internet, người dùng

trên khắp thế giới chỉ cần có máy tính nối mạng internet và trình duyệt web, là có thể

sử dụng bản đồ này một cách dễ dàng mà không phải cài đặt thêm một phần mềm nào

phức tạp và tốn kém.

1

Nội dung chính của đề tài là tìm hiểu công nghệ Mapserver mã nguồn mở, áp

dụng xây dựng các ứng dụng GIS mà tiêu biểu là WebGIS trên internet.

Nội dung khóa luận được chia làm 4 chương.

Chương 1: Cơ sở địa lý học, tìm hiểu về bản đồ, cơ sở toán học của bản đồ, các

phép chiếu hình bản đồ, các phương pháp biểu thị đối tượng trên bản đồ.

Chương 2: GIS các thành phần của một hệ thống GIS, các dạng dữ liệu GIS,

WebGIS công nghệ GIS trên mạng internet.

Chương 3: Tìm hiểu phần mềm mã nguồn mở MapServer, hoạt động của

Mapserver, Các thành phần của Mapserver, Kết nối dữ các loại dữ liệu bản đồ trong

MapServer.

Chương 4 : Xây dựng hệ thống quản lý bản đồ số dựa trên MapServer

Khóa luận sẽ rất khó hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ tận tình, và truyền đạt

các kiến thức mới của thầy TS. Trần Minh. Em xin chân thành cảm ơn sự dạy dỗ chỉ

bảo của thầy. Qua khóa luận em cũng xin được trân trọng cảm ơn các Thầy cô trong

trường đã giảng dạy cho em kiến thức trong suốt bốn năm học, làm nền tảng vững

chắc cho em thực hiện khóa luận.

Mặc dù đã cố gắng nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian cũng như kiến thức của bản

thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự thông cảm

và chỉ bảo tận tình của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!

2

Chương 1: Cơ sở địa lý học

1.1. Khái niệm chung về bản đồ địa lý

1.1.1. Định nghĩa bản đồ

Bản đồ địa lý là sự biểu thị thu nhỏ qui ước của bề mặt trái đất lên mặt phẳng,

xây dựng trên cơ sở toán học với sự trợ giúp và sử dụng các ký hiệu qui ước để phản

ánh sự phân bố, trạng thái và mối quan hệ tương quan của các hiện tượng thiên nhiên

và xã hội được lựa chọn và khái quát hoá để phù hợp với mục đích sử dụng của bản đồ

và đặc trưng cho khu vực nghiên cứu.

Hình 1: Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng

1.1.1.1. Bản đồ - mô hình toán học

Chúng ta biết trái đất có dạng Geoid, nhưng trong thực tế được coi là hình

Elipxoid có kích thước và hình dạng gần đúng như hình Geoid. Bề mặt Geoid được tạo

bởi mặt nước biển trung bình yên tĩnh kéo dài qua các lục địa và hải đảo tạo thành một

mặt cong khép kín. Do tác dụng của trọng lực, sự phân bố không đều của vật chất có tỉ

trọng khác nhau trong lớp vở trái đất làm cho bề mặt Geoid bị biến đổi phức tạp về

mặt hình học.

3

Hình 2: Dạng Geoid và hình Elipxoid

Khi biểu thị lên mặt phẳng một phần nhỏ bề mặt trái đất (trong phạm

vi 20x20 km) thì độ cong trái đất có thể bỏ qua. Trong trường hợp này các đường

thẳng đã đo trên thực địa được thu nhỏ theo tỷ lệ qui định và biểu thị trên giấy

không cần hiệu chỉnh độ cong của trái đất. Những bản vẽ như thế gọi là bình đồ. Trên

bình đồ, tỷ lệ ở mọi nơi và mọi hướng đều như nhau. Trên bản đồ biểu thị toàn bộ

trái đất hoặc một diện tích lớn thì độ cong của trái đất là không thể bỏ qua.Việc

chuyển từ mặt Elipxoid lên mặt phẳng được thực hiện nhờ phép chiếu bản đồ. Các

phép chiếu biểu hiện quan hệ giữa toạ độ các điểm trên mặt đất và toạ độ các điểm đó

trên mặt phẳng bằng các phương pháp toán học. Các phần tử nội dung bản đồ giữ

đúng vị trí địa lý, nhưng sẽ có sai số về hình dạng hoặc diện tích.

1.1.1.2. Mô hình thực tiễn

Trên bản đồ người ta thể hiện các đối tượng và hiện tượng có trên mặt đất trong

thiên nhiên, xã hội và các lĩnh vực hoạt động của con người.

Các yếu tố nội dung của bản đồ :

- Thuỷ hệ

- Địa hình bề mặt

- Dân cư

- Đường giao thông

- Ranh giới hành chính - chính trị

4

- Lớp phủ thổ nhưỡng - thực vật

- Các đối tượng kinh tế xã hội

1.1.1.3. Bản đồ - mô hình qui ước

Các yếu tố nội dung của bản đồ được thể hiện bằng những ký hiệu qui ước.

Các ký hiệu thể hiện vị trí, hình dáng kích thước của đối tượng trong thực tế, ngoài ra

còn thể hiện một số đặc trưng về số lượng và chất lượng.

Phân ra 3 loại ký hiệu:

-

Ký hiệu theo tỷ lệ vùng

Ký hiệu theo tỷ lệ đường

Ký hiệu theo tỷ lệ điểm

Việc thể hiện kích thước và các đặc trưng khác đối tượng trên bản đồ đạt được

bằng cách sử dụng màu sắc, cấu trúc của ký hiệu và các ghi chú kèm theo.Việc sử

dụng hệ thống ký hiệu qui ước cho phép chúng ta:

- Biểu thị toàn bộ bề mặt trái đất hoặc những khu vực lớn trong một bản đồ giúp

chúng ta nắm bắt những điểm quan trọng không thể thể hiện với tỷ lệ nhỏ.

- Thể hiện bề mặt lồi lõm của trái đất lên mặt phẳng

- Phản ánh các tính chất bên trong của sự vật, hiện tượng

- Thể hiện sự phân bố, các quan hệ của sự vật, hiện tượng một cách trực quan

- Loại bỏ những mặt ít giá trị, các chi tiết vụn vặt không đặc trưng hoặc đặc

trưng cho các đối tượng riêng lẻ, mặt khác nêu bật các tính chất căn bản, các tính chất

chung. Ký hiệu giữa những nét đặc trưng đó trên các bản đồ khác nhau về tỷ lệ và thể

loại. Như vậy tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng các bản đồ khác nhau.

1.1.2. Các tính chất của bản đồ

Tính trực quan: bản đồ cho ta khả năng bao quát và tiếp thu nhanh chóng những

yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất của nội dung bản đồ. Nó phản ánh các tri thức về

các đối tượng, hiện tượng được biểu thị bằng bản đồ. Người sử dụng có thể tìm ra

những qui luật của sự phân bố các đối tượng và hiện tượng.

Tính đo được: có liên quan chặt chẽ với cơ sở toán học của bản đồ. Căn cứ vào tỷ

lệ, phép chiếu, vào thang bậc của các dấu hiệu qui ước, người sử dụng có khả năng xác

định các trị số khác nhau như: toạ độ, biên độ, khoảng cách, diện tích, thể tích, góc

5

phương hướng. Chính nhờ tính chất này mà bản đồ được dùng làm cơ sở để xây dựng

các mô hình toán học của các hiện tượng địa lý, giải quyết các bài toán khoa học và

thực tiễn.

Tính thông tin: khả năng lưu trữ và truyền đạt cho người sử dụng.

1.1.3. Cơ sở toán học của bản đồ địa l

ý

Bao gồm:

- Tỷ lệ

- Cơ sở trắc địa và thiên văn

- Lưới kinh - vĩ tuyến và các lưới toạ độ khác

- Bố cục bản đồ và khung bản đồ

- Hệ thống chia mảnh

- Số liệu

1.1.3.1. Tỉ lệ bản đồ (map scale)

Tỷ lệ bản đồ thường được hiểu là tỷ lệ độ dài của một đường trên bản đồ và

độ dài thực của nó trên thực địa. Trên bình đồ biểu thị một khu vực nhỏ của bề mặt

trái đất, ảnh hưởng của độ cong trái đất trên bản đồ là không đáng kể nên tỷ lệ trên

toàn bản đồ là như nhau. Trên bản đồ những khu vực lớn hơn, độ cong của trái đất

gây nên sự biến dạng trong biểu thị các các đối tượng nên tỷ lệ bản đồ là đại lượng

thay đổi từ điểm này sang điểm khác hay thậm chí trên cùng một điểm cũng thay đổi

theo các hướng khác nhau. Tỷ lệ chính của bản đồ (được ghi trên bản đồ) được bảo

toàn ở một số điểm và một số hướng tuỳ thuộc vào phép chiếu. Ta hiểu tỷ lệ của bản

đồ là mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu diễn lên bản đồ. Tỉ lệ bản đồ nói lên

mức độ chi tiết các thành phần có thể biểu hiện được trên bản đồ và kích thước các

chi tiết có thể đo đạc được tương ứng với điều kiện ngoài thực tế.

Tỉ lệ bản đồ có thể được biểu hiện như là một đơn vị đo đạc và chuyển đổi, thí

dụ như ở tỉ lệ 1/24.000, 1 cm trên bản đồ tương ứng với 24.000 cm ngoài thực tế

hoặc

Một bản đồ có tỉ lệ là 1/10.000 sẽ bao phủ một vùng rộng lớn hơn bản đồ

24 m.

ở tỉ lệ 1/24.000, tuy nhiên bản đồ có tỉ lệ lớn sẽ chứa các đặc điểm chi tiết hơn bản đồ

có tỉ lệ nhỏ.

1.1.3.2. Cơ sở trắc địa – thiên văn của bản đồ

Được đặc trưng bởi hình Elipxoit và hệ thống toạ độ trắc địa khởi điểm đã

6

sử dụng để thành lập bản đồ. Cơ sở trắc địa - thiên văn được thể hiện bằng các

điểm khống chế, các điểm khống chế là những điểm đã được cố định trên thực địa và

được xác định toạ độ. Những điểm khống chế này được sử dụng khi thành lập bản đồ

tỷ lệ lớn để xác định đúng vị trí các yếu tố nội dung của bản đồ

- Geoid là gì?

Bề mặt tự nhiên của trái đất rất phức tạp về mặt hình học không thể biểu thị

nó bởi một qui luật nhất định nào. Trong trắc địa bề mặt tự nhiên trái đất được thay

thế bằng mặt Geoid. Mặt Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh trải rộng xuyên

qua lục địa và luôn vuông góc với các hướng dây dọi. Tuy được định nghĩa đơn giản

như vậy song do sự phân bố không đồng đều của các khối vật chất trong vỏ quả

đất làm biến đổi hướng trọng lực, nên bề mặt Geoid có dạng phức tạp về mặt hình

học.

- Bề mặt Elipxoid quay của trái đất

Trong thực tiễn trắc địa bản đồ, người ta lấy mặt Elipxoid quay có hình dạng

kích thước gần giống Geoid làm bề mặt toán học thay cho Geoid. Elipxoid có khối

lượng bằng khối lượng Geoid, tâm trùng với trọng tâm của trái đất, mặt phẳng xích

đạo trùng với mặt phẳng xích đạo trái đất.

Kích thước của Elipxoid trái đất được tính theo tài liệu đo đạc trắc địa, thiên văn

và trọng lực. Ngoài việc xác định kích thước của Elipxoid thay cho Geoid, cần phải

đặt đúng Elipxoid ở thể trái đất gọi là định hướng Elipxoid. Định hướng Elipxoid

khác nhau dẫn đến sự khác nhau về toạ độ của một điểm khi tính toạ độ từ những góc

khác nhau. Kích thước và định hướng elipxoid được xác định khác nhau trên thế

giới gây nên sự phức tạp trong sử dụng tài liệu trắc địa - bản đồ.

• Các nguồn tài liệu trắc địa - bản đồ ở Việt Nam:

o Bản đồ do Pháp thành lập trước năm 1954 chủ yếu sử dụng Elipxoid

Cbamie 1880.

o Bản đồ sau năm 1954 sử dụng Elipxoid Krassobsk, lưới chiếu Gauss,

Kruger.

o Bản đồ do người Mỹ thành lập trước năm 1975, lưới chiếu UTM,

Elipxoid, Everest, 1830

Bản đồ UTM là nguồn tài liệu phong phú, đặc biệt đối với các vùng núi và cao

nguyên hiểm trở. Thường được thành lập bằng phương pháp chụp ảnh máy bay.

7

1.1.3.3. Hệ toạ độ

Các toạ độ trên bề mặt trái đất là Vĩ độ (latitude), được đo theo đơn vị độ Bắc

hoặc Nam của xích đạo. Kinh độ (longtitude), được đo theo đơn vị độ Tây hoặc Đông

của kinh độ Greenweek ở Anh. Vị trí của kinh độ và vĩ độ thực tế chỉ có tính cách

tương đối, khoảng cách và diện tích phải được tính toán bằng việc dùng phương pháp

tính toán địa lý không gian và bán kính của trái đất đến các điểm cần tính.Về mặt ứng

dụng, vĩ độ và kinh độ thường được sử dụng trong việc mô tả các vùng đất chính.

-

Hệ toạ độ địa lý

Các giao điểm của bán trục nhỏ với mặt Elipxoid trái đất được gọi là các cực

Bắc và Nam. Các vòng tròn tạo ra do các mặt phẳng thẳng góc với trục nhỏ và cắt

Elipxoid gọi là các vĩ tuyến. Vĩ tuyến lớn nhất nằm trên mặt phẳng đi qua tâm

Elipxoid gọi là đường xích đạo. Bán kính đường xích đạo = a.

Các giao tuyến của các mặt phẳng Elipxoid với các mặt phẳng đi qua trục quay

là những Elipxoid bằng nhau và còn gọi là các kinh tuyến.Vị trí của các điểm trên

mặt Elipxoid trái đất hoặc mặt cầu xác định bằng tọa độ địa lý là vĩ độ và kinh độ.

Qua bất kỳ một điểm nào đó trên bề mặt Elipxoid kẻ một đường thẳng đứng (pháp

tuyến) hướng vào trong Elipxoid khi cắt mặt phẳng xích đạo, đường pháp tuyến tạo

với nó một góc, đó chính là vĩ độ địa lý, được tính từ xích đạo, nhận giá trị từ 0 đến

900 lê bắc ký hiệu là N, hoặc Nam là S.

Góc giữa các mặt phẳng kinh tuyến đi qua một điểm cho trước và mặt phẳng của

kinh tuyến Gốc gọi là kịnh độ địa lý. Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc (kinh

tuyến Greenwich) sang đông đến 180^olà dương (E), kinh tuyến gốc sang

tây đến 180^o(W).

1.2. Các hệ quy chiếu bản đồ (Map Projection)

1.2.1. Lưới chiếu bản đồ (lưới kinh vĩ tuyến)

Lưới kinh vĩ tuyến chính là sự thể hiện trực quan của phép chiếu bản đồ.

1.2.1.1. Phép chiếu bản đồ

Khoảng cách giữa các điểm, diện tích, hình dạng các khu vực trên trái đất

khi biểu thị lên mặt phẳng không tránh khỏi sự biến dạng, sai số. Sự phân bố độ lớn

của các sai số này rất là khác nhau, phụ thuộc vào độ lớn của lãnh thổ được biểu thị và

vị trí của chúng trong hệ toạ độ được sử dụng chia nhỏ bề mặt nghiên cứu sẽ giảm

phần nào các sai số trên. Để biểu thị bề mặt Elipxoid lên mặt phẳng người ta sử dụng

8

phép chiếu bản đồ. Phép chiếu bản đồ xác định sự tương ứng giữa bề mặt Elipxoid

và mặt phẳng có nghĩa là mỗi điểm trên bề mặt Elipxoid quay có toạ độ tương ứng

toạ độ vuông góc X,Y.

với một điểm duy nhất trên mặt phẳng với

Lưới chiếu bản đồ

là cơ sở toán học để phân bố chính xác các yếu tố nội dung bản đồ.

Hình 3 : Phép chiếu bản đồ

1.2.1.2. Các phép chiếu hình và lưới chiếu hình

Phân loại theo tính chất biểu diễn và hình dạng lưới kinh vĩ tuyến

- Phép chiếu giữ góc là phép chiếu trong đó góc được biểu diễn không có

sai số

- Phép chiếu giữ diện tích

- Phép chiếu giữ độ dài theo một hướng nhất định

- Phép chiếu tự do

Phân loại theo mặt phẳng phụ trợ được sử dụng

- Hình nón

- Hình trụ

- Phương vị

Lưới chiếu bản đồ là cơ sở toán học để phân bố chính xác các yếu tố nội dung

bản đồ. Việc trải mặt cầu lên mặt phẳng bằng các phương pháp chiếu hình bản đồ cơ

bản là

9

Hình 4 : Các lưới chiếu hình ống, nón, phương vị

Hình 5 : Chiếu hình ở khu vực xích đạo, vùng cực và vùng vĩ độ

10

Trong các phép chiếu này mặt hình ống, mặt hình nón và mặt phẳng là những

bề mặt hỗ trợ. Nếu nguồn sáng ở tâm trái đất chiếu hắt mạng lưới kinh vĩ tuyến lên

các bề mặt phụ này, thì ta nhận ra các dấu hiệu riêng của mỗi loại chiếu hình như sau:

Phép chiếu hình trụ

Kinh tuyến là những đường song song thẳng đứng, vĩ tuyến là những đường

song song nằm ngang và vuông góc với kinh tuyến. Dọc theo đường xích đạo tiếp xúc

với mặt phẳng hình ống không có biến dạng trên bản đồ, càng xa đường tiếp xúc về

phía hai cực, sai số càng lớn.

Hình 6: Phép chiếu hình trụ được hiển thị dưới dạng mặt phẳng

Phép chiếu hình nón

Kinh tuyến là chùm đường thẳng giao nhau tại đỉnh hình quạt, vĩ tuyến là

những cung tròn đồng tâm tại đỉnh hình quạt. Dọc theo vĩ tuyến tiếp xúc với mặt nón

không có biến dạng trên bản đồ. Càng ra xa vĩ tuyến tiếp xúc theo chiều kinh tuyến,

sai số càng lớn.

11

Hình 7: Phép chiếu hình nón được hiển thị dưới dạng mặt phẳng

Phép chiếu hình phương vị

Nếu mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu tại cực, thì kinh tuyến là chùm đường thẳng

giao nhau tại điểm cực, vĩ tuyến là những đường tròn lấy điểm cực làm tâm. Tại điểm

cực không có sai số chiếu hình, càng xa cực sai số càng lớn.

12

Hình 8 : Phép chiếu hình phương vị được hiển thị dưới dạng mặt phẳng

Đây là 3 loại lưới chiếu hình cơ bản, phân theo phương pháp chiếu hình. Muốn

xây dựng bản đồ một khu vực hoặc thế giới, ta căn cứ vào vị trí địa lý, đặc điểm hình

học và kích thước to nhỏ của khu vực thiết kế bản đồ, căn cứ vào bố cục bản đồ mà

chọn một trong những phương pháp chiếu đồ giữ góc, giữ diện tích, giữ chiều dài..

Các bản đồ xuất bản thông thường chúng ta dùng lưới chiếu giữ hình dạng, đối với

các mục đích nghiên cứu thường dùng lưới chiếu giữ diện tích.Việc phân loại chỉ là

tương đối, hiện nay chúng ta đang áp dụng rộng rãi các phương pháp giải tích toán học

để tính toán các phép chiếu mới có dạng lưới chuẩn. Tuỳ thuộc vào độ lớn, hình dạng,

vị trí của lãnh thổ, tỷ lệ bản đồ và mục đích sử dụng, người ta cho phép những

phép chiếu khác nhau. Khi sử dụng tài liệu bản đồ phải biết rõ về phép chiếu được

dùng để thành lập bản đồ. Khi dùng bản đồ để thiết kế, đo đạc, ta phải biết rõ về tính

chất các sai số đặc trưng của phép chiếu và đặc điểm phân bố để có thể tính toán hiệu

chỉnh kết quả đo đạc, xác định vị trí các đối tượng trong thực tế. Muốn vậy người ta

nghiên cứu dạng lưới bản đồ, sự định hướng, sự biểu thị cực xích đạo và lưới kinh vĩ

tuyến, xác định bằng phương pháp gần đúng sai số biểu thị góc, diện tích và khoảng

cách. Khi dùng bản đồ để làm tài liệu thành lập bản đồ khác cần phải biết đích xác về

phép chiếu bản đồ để có thể thực hiện các phép chuyển đổi các đối tượng sang hệ toạ

độ của bản đồ thành lập.

13

1.2.2. Bố cục bản đồ

Là sự bố trí khu vực được thành lập bản đồ trên bản đồ, xác định khung của nó,

sắp xếp những yếu tố trình bày ngoài khung và những tư liệu bổ sung. Các bản đồ địa

hình bao giờ cũng định hướng kinh tuyến giữa theo B-N. Trong khung biểu thị

khu vực được thành lập liên tục và không lập lại. Bố trí tên bản đồ, số hiệu mảnh, tỷ

lệ, các tài liệu tra cứu và giải thích ... dựa theo mẫu qui định. Đối với các bản đồ

chuyên đề, trong khung bản đồ có thể bố trí bản chú thích, tài liệu tra cứu, đồ thị, bản

đồ phụ ... Tên bản đồ, tỷ lệ ... cũng có thể đặt ở trong khung.

1.3. Các phương pháp biểu thị hiện tượng trên bản đồ

Khi thành lập bản đồ - bản đồ chuyên đề người ta sử dụng các phương

pháp khác nhau để thể hiện các yếu tố nội dung. Mỗi phương pháp có thể sử

dụng độc lập hoặc sử dụng phối hợp với các phương pháp khác, các phương

pháp bản đồ được xây dựng căn cứ vào đặc điểm của hiện tượng, sự vật và đặc

điểm phân bố của chúng trong khu vực.

1.3.1. Phương pháp đường đẳng trị

Dùng trong trường hợp cần biểu thị trên bản đồ các hiện tượng có sự thay đổi

đều đặn và có sự phân bố liên tục như: Độ cao mặt đất, nhiệt độ không khí, lượng

mưa... Đường đẳng trị là những đường cong điều hoà nối liền các điểm có cùng trị số

của hiện tượng. Sự vật được thể hiện tuỳ theo hiện tượng, sự vật được biểu thị mà

đường đẳng trị có thể có các tên gọi riêng.

- Đường đẳng cao (bình độ, đồng mức) nối liền các điểm có toạ độ

cao tuyệt đối tương đối giống nhau

- Đường đẳng sâu

- Đường đẳng áp

Để xây dựng đường đẳng trị cần phải có đủ số lượng để các điểm trên bản đồ có

giá trị hoặc chỉ số được xác định. Nối liền các điểm có giá trị như nhau. Kết hợp với

phương pháp nội suy, ngoại suy bằng những đường cong đều đặn ta có các

đường đẳng trị. Giá trị của các đường đẳng trị được ghi ở đầu hoặc ở giữa đường; đôi

khi người ta tô màu vào khoảng giữa các đường đẳng trị. Phương pháp đường đẳng trị

cho phép ta xác định chỉ số của hiện tượng được biểu thị ở bất kỳ điểm nào trên bản

đồ. Dựa theo sự phân bố các đường đẳng trị ta có thể nghiên cứu đặc điểm và các qui

14

luật phân bố biến đổi của hiện tượng. Điều này rất rõ với trường hợp các đường đẳng

cao, đẳng sâu. Bản đồ xây dựng theo phương pháp đẳng trị cho phép ta tái hiện lại bề

mặt thực tế hoặc trừu tượng của hiện tượng, thực hiện các phép đo đạc, nghiên cứu

chi tiết với độ chính xác cao.

1.3.2. Phương pháp chấm điểm

Dùng để biểu thị các hiện tượng phân bố rải rác trên lãnh thổ bằng cách sử dụng

các điểm tròn kích thước như nhau, và đại diện cho một số giá trị số lượng của các

hiện tượng biểu thị, giá trị đó gọi là trọng lượng của các điểm. Các điểm được đặt lên

bản đồ sẽ có sự phân bố không đồng đều và có mật độ khác nhau tương ứng với sự

phân bố thực của hiện tượng, sự phản ánh đúng đắn sự phân bố của các đối tượng

bằng phương pháp điểm chỉ có thể đạt được nếu trên lãnh thổ tiến hành thống kê hiện

tượng theo những đơn vị đủ nhỏ. Khi đó điều quan trọng là phải lựa chọn chính xác

kích thước điểm và định ra giá trị cho nó, cần phải chọn kích thước điểm sao cho nơi

đối tượng phân bố dày đặc nhất là các điểm không chồng chéo lên nhau. Có thể sử

dụng các điểm có màu sắc khác nhau để thể hiện các đặc trưng phụ thuộc, đặc

trưng chất lượng của đối tượng, phương pháp chấm điểm sử dụng thành lập bản đồ

dân cư, phân bố diện tích trồng trọt, ...

1.3.3. Phương pháp ký hiệu đường

Dùng để thể hiện các hiện tượng và các đối tượng có dạng đường nét và những

đối tượng có dạng kéo dài mà chiều rộng không thể hiện theo tỷ lệ bản đồ.

Ví dụ: Các đường ranh giới, đường phân thuỷ, đứt gãy kiến tạo, đường

giao thông sông một nét...

Các đặc trưng chất lượng, số lượng của đối tượng được truyền đạt bằng hình vẽ,

màu sắc, cấu trúc, độ rộng của ký hiệu nét.

1.3.4. Phương pháp ký hiệu đường chuyển động

Phương pháp dùng để thể hiện những sự chuyển dịch khác nhau trong

không gian, ví dụ di chuyển trên lãnh thổ của một hiện tượng nào đó, như hướng gió,

sự vận chuyển hàng hoá, dòng biển hướng di cư của các loài động vật ... Phương tiện

truyền đạt thông tin thông thường là các mũi tên và các dãy, các đặc trưng chất lượng

và số lượng được thể hiện thông qua hình dạng, cấu trúc, màu sắc và kích thước của

ký hiệu. Hướng của các mũi tên chỉ hướng chuyển động, các ký hiệu đường chuyển

động có thể mô tả chính xác hoặc mang tính chất sơ lược đường đi của chuyển động.

15

1.3.5. Phương pháp biểu đồ định vị

Dùng để thể hiện những hiện tượng biến đổi theo mùa hoặc có tính chất chu kỳ.

Phương pháp biểu đồ định vị có khả năng thể hiện tiến trình, độ lớn, tính liên tục

và tần xuất của hiện tượng. Ví dụ sự thay đổi trong năm của nhiệt độ không khí,

lượng mưa, sự phân bố dòng chảy hàng năm của sông ngòi, hướng gió và sức gió tại

các trạm bằng các biểu đồ, đồ thị được định vị.

1.3.6. Phương pháp ký hiệu

Là phương pháp dùng các ký hiệu ngoài tỷ lệ để thể hiện các đối tượng để được

xác định tại các điểm hoặc có kích thước không thể hiện được trên bản đồ hoặc diện

tích của nó trên bản đồ nhỏ hơn diện tích của ký hiệu. Phương pháp ký hiệu có khả

năng truyền đạt được các đặc trưng chất lượng, số lượng, cấu trúc, sự phát triển của

các đối tượng và hiện tượng.

Các ký hiệu có thể phân ra làm 3 loại:

-

Ký hiệu hình học: Có dạng hình học đơn giản (vuông, tam giác,

tròn) được phân biệt bằng hình dạng, kích thước, màu sắc, cấu trúc, định

hướng. Ký hiệu hình học đơn giản dễ nhận biết và xác định vị trí , có nhiều khả

năng truyền đạt thông tin.

-

Ký hiệu chữ: Ký hiệu gồm một, hai chữ cái đầu tiên tên gọi của đối

tượng hoặc hiện tượng thường dùng để thể hiện các mỏ khoáng sản, các ký hiệu

chữ dễ hiểu, dễ nhớ nhưng khó thể hiện chính xác vị trí của đối tượng thường

được kết hợp với ký hiệu hình học.

- Ký hiệu trực quan: có dạng gợi cho ta liên tưởng đến đối tượng được biểu

thị.

1.3.7. Phương pháp biểu đồ

Đó là phương pháp biểu thị các giá trị số lượng tuyệt đối của các sự vật

hiện tượng trong từng đơn vị phân chia lãnh thổ thông qua các hình vẽ biểu đồ trong

từng đơn vị phân chia đó. Có các dạng biểu đồ sau: vuông, tròn, biểu đồ cột. Tài liệu

để thành lập bản đồ là số liệu thống kê. Phương pháp biểu đồ biểu thị được độ lớn,

cấu trúc và trạng thái của hiện tượng.

16

Chương 2: GIS - Hệ thống thông tin địa lý

2.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý

2.1.1 Định nghĩa GIS

Định nghĩa GIS:

- G: Geographic - dữ liệu không gian thể hiện vị trí, hình dạng (điểm, đường,

vùng)

- I : Information - thuộc tính, không thể hiện vị trí (như mô tả bằng văn bản,

số, tên...)

- S: System - Sự liên kết bên trong giữa các thành phần khác nhau (phần

cứng, phần mềm)

- Là một tập hợp của các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông

tin địa lý (mô tả không gian). Tập hợp này được thiết kế để có thể thu thập,

lưu trữ, cập nhật, thao tác, phân tích, thể hiện tất cả các hình thức thông tin

mang tính không gian.

- GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả

các vị trí (nơi) trên bề mặt trái đất, lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện

tượng thực trên Trái đất.

- Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao

tác với dữ liệu không gian - Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc

các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ,

mối liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng

của đối tượng

Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường và các phép phân

tích thống kê, phân tích không gian. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ

thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực

khác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược.GIS

đang có bước chuyển từ cách tiếp cận cơ sở dữ liệu sang hướng tri thức.Tóm lại, hệ

thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ

bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp

các chức năng chung về quản lý dữ liệu như hỏi đáp và phân tích thống kê với sự thể

17

hiện trực quan và phân tích các vật thể hiện tượng không gian trong bản đồ. Sự khác

biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng

trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và qui hoạch chiến lược.

2.1.2 Các thành phần của GIS

Hệ thống GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là:

- Thiết bị (Hardware)

- Phần mềm (Software)

- Số liệu (Geographic data

- Chuyên viên (Expertise)

- Chính sách và cách thức quản lý

2.1.2.1. Thiết bị (Hardware)

- Bộ xử lý trung tâm

- Bộ nhớ trong (RAM)

- Bộ xắp xếp và lưu trữ ngoài

2.1.2.2. 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 các tính năng cơ bản sau:

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.

Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.

Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lý

cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc

tính của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề

mặt trái đất). Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính

và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng hệ thống.

Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá

trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ bảng biểu, biểu

18

đồ, lưu đồ được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ.

Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều

hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu

có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông 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

quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ

thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.Các phần mềm lưu

trữ, xử lý, quản lý các thông tin địa lý được sử dụng phổ biến hiện nay là

ARC/INFO, MAPINFO, WINGIS,...

2.1.2.3. Chuyên viên

Đây là một trong những phần quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi những

chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân tích và

xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS để sử

dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và thông hiểu các tiến trình đang

và sẽ thực hiện.

2.1.2.4. Dữ liệu địa lý (Geographic data)

Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẻ mà còn

phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu. Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao

gồm các dữ kiện về vị trí địa lý, thuộc tính của thông tin, mối liên hệ không gian của

các thông tin, và thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:

Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một

khuôn 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 ra các thiết bị ngoại vi khác như

máy in, máy vẽ.

- Số liệu Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi

dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

- Số liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật

đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số

liệu của ảnh Vệ tinh và số liệu bản đổ được quét là các loại số liệu Raster.

Số liệu thuộc tính (Attribute): được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký

hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý.Trong các dạng số liệu

19

trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích

để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ...và thực hiện các phân

tích không gian của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.

Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá

bằng bàn số hoá hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh.

2.1.2.5. Chính sách và quản lý

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 1 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

nhu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi 1 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.

2.2. Dữ liệu trong GIS

2.2.1. Các dạng dữ liệu GIS

Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại số liệu

cơ bản: số liệu không gian và phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và

chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.

Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ

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, …

Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các

hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các số liệu phi không gian được gọi là dữ

liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên

kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống

nhất chung.

2.2.2 Mô hình thông tin không gian

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

thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin

20

không gian. Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng mô tả vật thể ở đâu nhờ

vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả hình

dạng hiện tượng thông qua mô 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. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh

hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ

thống.

2.2.2.1. Hệ thống vector

Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc dữ liệu vector được tổ chức

dưới dạng điểm (point), đường (line) và vùng (polygon) và được biểu diễn trên một hệ

thống tọa độ nào đó. Đối với các đối tượng biểu diễn trên mặt phẳng, mỗi đối tượng

điểm được biểu diễn bởi một cặp tọa độ (x, y); đối tượng đường được xác định bởi một

chuỗi liên tiếp các điểm (vertex), đoạn thẳng được nối giữa các điểm (vertex) hay còn

gọi là cạnh (segment), điểm bắt đầu và điểm kết thúc của một đường gọi là các nút

(node); đối tượng vùng được xác định bởi các đường khép kín.

Hình 9: Đối tượng đường gồm các nút điểm cạnh

Hai loại cấu trúc được biết đến trong cấu trúc dữ liệu vector là cấu trúc Spaghetti

và cấu trúc Topology. Cấu trúc Spaghetti ra đời trước và được sử dụng cho đến ngày

nay ở một số các phần mềm GIS như: phần mềm Arcview GIS, ArcGIS, MapInfo,…

Cấu trúc Topology ra đời trên nền tảng của mô hình dữ liệu cung – nút (Arc - Node).

- Mô hình dữ liệu vector spaghetti

Trong cấu trúc dữ liệu Spaghetti, đơn vị cơ sở là các cặp tọa độ trên một không

gian địa lý xác định. Do đó, mỗi đối tượng điểm được xác định bằng một cặp tọa độ

(x, y); mỗi đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp tọa độ (xi, yi);

mỗi đối tượng vùng được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xj, yj) với điểm

đầu và điểm cuối trùng nhau.

21

:

Hình 10: Biểu diễn điểm

Hình 11: Biểu diễn đường

Hình 12: Biểu diễn vùng

Mô hình dữ liệu vector spaghetti không mô tả được mối quan hệ không gian

giữa các đối tượng, vì thế các phép phân tích, tính toán không gian đều thực hiện khó

22

khăn. Đối với dữ liệu dạng vùng, đường ranh giới giữa 2 vùng được ghi nhận 2 lần,

mỗi lần cho một vùng. Mô hình này có ưu điểm là dễ trình bày, biên tập. Phần mềm

điển hình là MapInfo.

- Mô hình dữ liệu vector Topology

Cấu trúc Topology còn được gọi là cấu trúc cung – nút (arc - node). Cấu trúc

này được xây dựng trên mô hình cung – nút, trong đó cung là phần tử cơ sở. Việc xác

định các phần tử không gian dựa trên các định nghĩa sau:

- Mỗi cung được xác định bởi 2 nút, các phần tử ở giữa 2 nút là các điểm

điều khiển (vertex), các điểm này xác định hình dạng của cung.

- Các cung giao nhau tại các nút, kết thúc một cung là nút.

- Vùng là tập hợp các cung khép kín, trong trường hợp vùng trong vùng thì

phải có sự phân biệt giữa cung bên trong và cung bên ngoài.

Trong cấu trúc Topology, các đối tượng không gian được mô tả trong bốn bảng dữ

liệu: bảng tọa độ cung, bảng topology cung, bảng topology nút và bảng topology

vùng. Giữa các bảng này có quan hệ với nhau thông qua cung. Từ đây, ta có thể phân

tích các quan hệ của các đối tượng không gian trên cùng một hệ tọa độ.

Hình 13: Dữ liệu topology vector

23

Topology vùng

Cung

Vùng

a

AB,AaB

AB,AbB

Ngoài

B

Vùng ngoài a và b

Topology cung

Cung

AB

Nút đầu

Nút cuối

Vùng trái

Vùng phải

A

B

A

Vùng ngoài

b

B

A

AaB

Aba

Vùng ngoài

Topology nút

Nút

A

Cung

AB,AaB

AB,AbB

B

24