Tổng Quan Về GIS

Gis 

GIS - Geographic Information System hay hệ thống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trưng về không gian, vị trí. Các đặc trưng này ánh xạ trực tiếp đến các đối tượng trong không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hoá, kinh tế,… trong tự nhiên. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIS

1.1 Khái niệm GIS Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần dữ liệu được quản lý bởi GIS. Đó là các dữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tượng. GIS có tính “hệ thống” tức là hệ thống GIS được xây dựng từ các mô đun. Việc tạo các mô đun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. GIS là một hệ thống có ứng dụng rất lớn. Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực. Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhấtGIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trong một hệ toạ độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó.GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất.GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ.1.1.1 Mô hình công nghệMột cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau:Dữ liêu vào: dữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…Quản lý dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo: bảo

Search the site

mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau. Xử lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin. Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì. Kết quả của xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ. Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của GIS. Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và định lượng thông tin đã thu thập. Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều.1.1.2 Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GISGIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành này bao gồm:Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu. Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ. Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là khuân mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS. Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS.Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy bay là nguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào.Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của

ranh giới đất đai, nhà cửa…Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS. Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong số liệu của GIS.Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị biểu diễn dữ liệu. Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thể hiện, quản lý các đối tượng đồ hoạ. Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu diễn dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật.Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian.1.1.3 Một số ứng dụngCông nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng. Một số ứng dụng cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế là:Quản lý hệ thống đường phố, bao gồm các chức năng: tìm kiếm địa chỉ khi xác định được vị trí cho địa chỉ phố hoặc tìm vị trí khi biết trước địa chỉ phố. Đường giao thông và sơ đồ; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ. Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe…Lập kế hoạch phát triển giao thông.Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các chức năng: quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường… Xác định ví trí chất thải độc hại. Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm. Phân tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tính.Quản lý quy hoạch: phân vùng quy hoạch sử dụng đất. Các hiện trạng xu thế môi trường. Quản lý chất lượng nước.Quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm. Xác định tải trọng của lưới điện. Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng đường điện. Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều ứng dụng khác. 1.1.4 Các hệ thống tương tácCác hệ thống xử lý số liệu: số liệu vào từ các bản đồ, ảnh hoặc đo đạc hiện trường cần được xử lý để đưa

vào CSDL số. Sau đó là quá trình lưu trữ số liệu, cách sử dụng, cập nhật…Hệ phân tích dữ liệu: rút ra và phân tích, có thể đơn giản để đáp ứng yêu cầu hoặc các phân tích thống kê tổng hợp dữ liệu. Thông tin ra hay cách hiển thị kết quả có thể là bản đồ, bảng biểu và cũng có thể dùng để đưa vào một hệ dữ liệu số khác.Hệ sử dụng thông tin: người dùng có thể là các nhà điều tra, quy hoạch, quản lý. Sự tương tác cần thiết giữa các nhóm GIS và người sử dụng để lập kế hoạch cho các thủ tục phân tích và hệ thống quản lý cấu trúc dữ liệu.1.2Các thành phần gisGISbaogồm5thànhphần:Conngười,Dữliệu,Phương pháp phân tích,Phầnmềm,PhầncứngCác thành phần này kết hợp với nhau nhằm tự động quản lý và phân phối thông tin thông qua biểu diễn địa lý.1.2.1 Con ngườiCon người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS. Người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia. Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng xuất khác nhau.Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí…Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL…Người quản trị CSDL: quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt.Người thiết kế CSDL: xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể.1.2.2 Dữ liệuMột cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng.

1.2.3 Phần cứngLà các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá (digitizer), máy vẽ (plotter), máy quét (scanner)…1.2.4 Phần mềmHệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Mỗi công ty xây dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình. Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các công ty phải xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý. Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý dưới dạng các đối tượng hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác.1.3 Chức năng GISMột hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:Capture: thu thập dữ liệu. Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…Store: lưu trữ. Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster.Query: truy vấn (tìm kiếm). Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ. Analyze: phân tích. Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng. Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi.Display: hiển thị. Hiển thị bản đồ.Output: xuất dữ liệu. Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định dạng: giấy in, Web, ảnh, file…1.3.1 Thu thập dữ liệuThu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo khuân mẫu được áp dụng cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuân dạng mẫu có sẵn từ bên ngoài. Trong trường hợp này, GIS phải có các tiện ích để hiểu được các khuân dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau để trao đổi. GIS còn phải có khả năng nhập các ảnh bản đồ. Trong thực tế, nhiều kỹ thuật trắc địa được áp dụng để thu thập dữ liệu thô, bao gồm thu thập dữ liệu về bề mặt trái đất như địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờ trắc địa đo đặc hay ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay. Các dữ liệu như kinh tế - xã hội thu thập từ điều tra phỏng vấn hay chuyển đổi từ các bài tư liệu viết. Bản đồ vẽ bằng tay trên giấy phải được số hoá sang

dạng raster. Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từ máy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình. Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫu tương tự. Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hoá. Ở mức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả các đặc trưng đó. Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ. Đầu ra của máy quét là ma trận của các giá trị điểm ảnh 2D, có thể được sử dụng cho công việc vector hoá để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có được dữ liệu phù hợp.Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS.Quá trình thu thập dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu. Chúng ta có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt. Quá trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp. Vì vậy cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để thích nghi với các yêu cầu khác nhau. Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ. Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian. Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS. Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệu raster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, quá trình này được gọi là raster hoá. Một số công cụ phân tích khác lại làm việc chủ yếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hoá. Raster hoá là quá trình phân tích đường (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel). Ngược lại, vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền. Dữ liệu ban đầu của ta thông thường là dưới dạng raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức

tạp.Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng. Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hoá để biển đổi về cùng một phân lớp. Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau. Các dữ liệu này không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục toạ độ.1.3.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệuLưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ hoạ, bản đồ). Nội dung của CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian. Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng. Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học. Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc. Việc lựa chọn mô hình raster hay mô hinh vector để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau. Thông thường CSDL GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây dựng CSDL không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng. Theo thuật ngữ của hệ quản trị CSDL thì các mô hình vector và raster được xem như những thí dụ của mô hình quan niệm. Chúng mô tả các quan niệm liên quan đến ứng dụng thế giới thực được biểu diễn trong CSDL. Các mô hình quan niệm được mô tả theo nhiều cấp bậc trừu tượng, trong đó các mô hình vector và raster là ở mức trừu tượng thấp nhất. Chúng gần với biểu diễn dữ liệu máy tính hơn các mô hình trên cơ sở dữ liệu đối tượng, mạng và bề mặt. Khái

niệm mô hình dữ liệu lôgic được sử dụng để đề cập đến cách mà DBMS tổ chức mô hình quan niệm thành tệp, bản ghi, chỉ số. Ngày nay, công nghệ CSDL truyền thống không còn thích hợp với việc quản lý dữ liệu địa lý. Một số hệ GIS được sử dụng rộng rãi đã xây dựng CSDL trên cơ sở tổ hợp mô hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học và lựợc đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưu trữ, xử lý dữ liệu không gian. Một vài GIS khác đã lợi dụng các phương tiện của lược đồ lưu trữ CSDL quan hệ để quản lý cả hai loại dữ liệu hình học và phi hình học. Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian. Do nhu cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số không gian đặc biệt. Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập CSDL GIS. Tổng quan Gis (Phần 2)Saturday, 28. June 2008, 23:36:32Gis Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian. Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS. Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS1.3.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gianCó rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau. Sau đây là một số phương pháp được dùng phổ biến nhất:1. Buffer (tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian)Buffer hay còn gọi là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng. Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với đối tượng kia. Phương pháp buffer được chia làm nhiều loại (phép toán) khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng

gốc.Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan hệ đặc biệt với các đối tượng gốc.Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tínhMột số phép toán buffer thông dụngTìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác. Phép toán này xác định quan hệ “bao kín” giữa các đối tượng không gian. Đường thẳng bao gồm nhiều điểm, một đa giác (polygon) có thể bao gồm nhiều đường thẳng hoặc gồm các đa giác con khác.Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác. Phép toán này xác định các đối tượng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tượng khác. Hai đa giác giao nhau nếu chúng có một miền chung. Hai đường thẳng cắt nhau nếu chúng có một điểm chung. Một đường thẳng giao với một đa giác khi nó nằm một phần hay toàn bộ trong đa giác. Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác. Đây là kiểu tìm kiếm trong đó các đối tượng có chung đường bao (biên). Quan hệ này chỉ áp dụng cho đường thẳng hoặc đa giác. Tìm các đối tượng nằm bên trong hoặc bên ngoài một khoảng cách xác định. Kiểu tìm kiếm này được sử dụng trong việc xác định các đối tượng xung quanh một hay nhiều các điểm mốc. Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tượng căn cứ vào vị trí của chúng so với vùng đệm tạo ra. Một bài toán rất điển hình cho phương pháp buffer này là bài toán về “Nhà máy hoá chất và các bệnh viện”. Mục đích của bài toán là xác định các vị trí thuận tiện nhất trên bản đồ cho việc di dời các bệnh viện trong trường hợp nhà máy hoá chất gặp sự cố. Các nhà máy hoá chất và bệnh viện được biểu diễn trên bản đồ bằng các đối tượng điểm (points). Mỗi nhà máy bao gồm các thông tin chi tiết về loại hoá chất sản xuất và mức độ phát tán chất độc ra môi trường trong các điều kiện thời tiết khác nhau. Khi có sự cố, vùng nguy hiểm cần di dời sẽ được thể hiện trên bản đồ. Từ đó, chúng ta có thể biết được nên chuyển bệnh viện đến vùng nào là an toàn và thuận tiện nhất.2. Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ)Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồ hoạ. Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ. Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định

được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận…Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các đối tượng trên cơ sở mô tả vị trí của chúng. Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS.Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô tả thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian. Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin không gian (vị trí, hình dạng). Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu. Các gocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham chiếu khác nhau. Sau khi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào mô tả không gian). Ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm. Quy trình xử lý trải qua các bước sau:Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành phần địa chỉ nhỏ.Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn dữ liệu tham chiếu để xác định các đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào. Mỗi kiểu geocoding service sẽ quy định các định dạng của các thành phần địa chỉ này.Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúng nhất.Geocoding service sẽ đánh dấu đối tượng vừa được tìm thấy trên bản đồ bằng một đối tượng đồ hoạ. 3. Networks (phân tích mạng)Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học. Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng. Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các topology cho cơ sở dữ liệu. Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu. Quan hệ topology giữa các đối tượng gần giống quan hệ giữa các bảng (relationship). Chúng ta có hai kiểu liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh. Nút - cạnh là luật liên

kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng kiểu B. Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và một cạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút. Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình thành. Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng để giải quyết các bài toán đặt ra.4. Overlay (phủ trùm hay chồng bản đồ)Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS. Overlay cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau. Người ta định nghĩa: “Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một lớp bản đồ mới”. Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới. Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp.Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau: Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp pointLine-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp linePolygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygonMột bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai. Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai. Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau. Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ. Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này. Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”. Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào overlay phải có sự thống nhất với nhau. Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được.Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước:Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ

tại giao điểm nàyKết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ.

Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity)Phép hợpHoạt động như toán tử OrĐầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygonKết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu đầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng.Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygonPhép giaoHoạt động như toán tử AndTạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vàoKết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vàoPhép đồng nhấtTạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào.Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít.5. Proximity (tìm kiếm trong khoảng cận kề)Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng. Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean. Có 3 phương pháp phân tích proximity: Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp buffer. Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước. Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng. Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lập vùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread.Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhà máy.Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều. Các mẫu thường là các điểm. Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác. Sơ đồ đa giác Thiessen còn được gọi là sơ đồ Voronoi. Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử dụng từ các mẫu đất cách biệt 1.4 Vector và Raster trong GISCó hai phương pháp chính để lưu trữ thông tin bản đồ: GIS lưu các đối tượng bản đồ trong định dạng

vector và trong định dạng raster. Trong định dạng vector, các đối tượng bản đồ được biểu diễn bởi các đối tượng hình học cơ bản point(điểm), line(đường), polygon(vùng). Point dùng xác định các đối tựợng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay có kích thước quá nhỏ so với tỷ lệ bản đồ. Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định. Polygon để xác định các vùng, miền trên mặt đất. Trong định dạng này, thông tin được mô tả có tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ. Thông tin lưu trong định dạng vector chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng, hệ thống thông tin đất đai.Trong định dạng raster, các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi các điểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật. Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua chỉ số hàng và cột trong lưới. Trong raster, point sẽ được biểu diễn bởi một điểm ảnh đơn, line được biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau, và polygon xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau. Dữ liệu được lưu trong định dạng này rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn. Raster phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng. Raster được ứng dụng nhiều trong phân tích bề mặt liên tục. 1.5 Hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếuVị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ toạ độ. Trong GIS, để biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ toạ độ: hệ toạ độ địa lý và hệ toạ độ quy chiếu. Hệ toạ độ địa lý là hệ toạ độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở. Một điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu.Hệ toạ độ quy chiếu là hệ toạ độ hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu bản đồ nằm trên hệ toạ độ địa lý về một mặt phẳng. 1.5.1 Hệ toạ độ địa lýHệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên trái đất. Đơn vị đo của hệ là độ. Vì đây là hệ tọa độ gắn liền với trục trái đất nên để xác định vị trí của đối tượng người ta chia bề mặt trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến. Kinh tuyến là các đường cong cách đều nhau chạy qua hai điểm cực Bắc và Nam, vĩ tuyến là các đường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái đất. Giao điểm giữa kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới. Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai đường quan trọng nhất được lấy làm gốc toạ độ đó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là đường xích đạo và kinh tuyến chạy qua

vùng Greenland nước Anh. Giao điểm giữa hai đường này là gốc toạ độ. Hai đường này cũng đồng thời chia trái đất làm 4 phần bằng nhau: nửa Bắc và Nam nằm phía trên và dưới của đường xích đạo; nửa Đông và Tây nằm ở phía bên phải và trái của kinh tuyến gốc. Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị toạ độ là kinh độ và vĩ độ được xác định như trong hình vẽ trên. Giá trị này có thể được đo bằng độ theo cơ số 10 hoặc theo độ, phút, giây. Miền giá trị của vĩ độ: -900 ÷ 900kinh độ: -1800 ÷ 1800chú ý: chỉ trên đường xích đạo thì khoảng cách một độ của vĩ tuyến mới bằng khoảng cách một độ trên kinh tuyến. Trên các vĩ tuyến khác khoảng cách này khác nhau rất nhiều. Người ta tính rằng một độ trên kinh tuyến dài khoảng 111,321 km trong khi 600 trên vĩ tuyến chỉ có độ dài 55,802 km. Chính vì sự khác nhau này nên ta không thể đo chính xác được chiều dài và diện tích của đối tượng khi dữ liệu bản đồ được chiếu lên mặt phẳng. Mặt cầu và mặt EllipsoidTrong hệ toạ độ địa lý có hai bề mặt hình cầu được sử dụng đó là: mặt cầu (tuyệt đối) và mặt Ellipsoid. Vì bề mặt của trái đất của ta không phải là hình cầu tuyệt đối mà nó gần với hình Ellipsoid nên mặt Ellipsoid thường được dùng để biểu diễn. Tuy nhiên đôi khi người ta cũng sử dụng mặt cầu để công việc tính toán dễ dàng hơn. Khi tỷ lện bản đồ rất nhỏ < 1:5000.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt cầu và mặt Ellipsoid là không thể phân biệt được bằng mặt thường. Lúc này, mặt cầu được dùng. Nhưng khi tỷ lệ > 1:1.000.000 thì người ta cần thiết phải dùng mặt Ellipsoid để đảm bảo độ chính xác. Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt Ellipsoid phụ thuộc vào mục đích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu. Nếu mặt cầu dựa trên hình tròn thì mặt Ellipsoid lại có cơ sở là hình Ellip. Hình Ellip được xác định bởi hai bán trục mà ta hay gọi là: bán trục lớn và bán trục nhỏ. Ta cho Ellip xoay quanh bán trục nhỏ ta sẽ thu được hình Ellipsoid. Kích thước và hình dạng của Ellipsoid được xác định bởi bán trục lớn a và bán trục nhỏ b, hay bởi a và hệ số dẹt ff = (a - b) / a. Vì hệ số f rất nhỏ nên người ta thường dùng giá trị 1/f A = 6378137.0 m1/f = 298.257225631.5.2 Hệ toạ độ quy chiếuĐể thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái đất lên trên mặt phẳng của bản đồ. Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt

phẳng và hệ toạ độ quy chiếu ra đời. Hệ toạ độ này luôn lấy hệ toạ độ địa lý làm cơ sở. Hệ toạ độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x theo phương ngang và y theo phương thẳng đứng. Gốc toạ độ là giao điểm của hai trục này. Hai trục giao nhau đồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ toạ độ địa lý. Một điểm trên mặt được xác định được xác định bởi cặp giá trị (x, y). Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song về cơ bản ta có thể hiểu như sau. Lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ toạ độ địa lý theo một hình trụ đứng. Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các điểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ. Thực chất của việc này là chiếu các ô lưới lên bề mặt phẳng. Mở tờ bìa ra ta có kết quả của phép chiếu. Nhìn vào tấm bìa ta nhận thấy, các ô lưới đã thay đổi khá nhiều (biến dạng), co lại hoặc dãn ra. Càng xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn. Điều này gây nên sự thay đổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian. Sau đó người ta dùng các công thức toán học để tương ứng toạ độ của bề mặt cong lên toạ độ mặt phẳng chiếu. Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc sử dụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu. Các phép chiếu cơ bản Trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản và thường được sử dụng nhất đó là phép chiếu với mặt chiếu: mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng phương vị. Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các điểm tiếp xúc. Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay là tiếp tuyến (trong trường hợp là đường thẳng). Các điểm này có vai trò rất quan trọng, vì độ biến dạng của phép chiếu trên những điểm này bằng không. Độ biến dạng sẽ tăng khi khoảng cách giữa điểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng.Mặt hình nónĐể thực hiên phép chiếu này người ta cho dùng một mặt hình nón “úp” lên bề mặt cầu. Đường thẳng tiếp xúc giữa mặt nón và mặt cầu là một vĩ tuyến và được gọi là vĩ tuyến chuẩn. Các đường kinh tuyến sau khi chiếu mặt nón sẽ thành những đường thẳng đứng, các đường vĩ tuyến sẽ tạo thành những đường tròn. Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt hình nón dọc theo một kinh tuyến bất kỳ, lúc này ta sẽ được kết quả của phép chiếu trên bề mặt

nón. Sự giao nhau giữa những đường thẳng và cung tròn sẽ tạo nên một mặt lưới. Đường thẳng đối diện với đường cắt được gọi là kinh tuyến trung tâm. Càng xa vĩ tuyến chuẩn độ biến dạng càng tăng. Do đó để tăng độ chính xác người ta cắt bỏ phần đỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này. Phép chiếu này thường được dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình chạy qua và hướng theo chiều đông - tây.Mặt hình trụGiống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một đường thẳng tiếp tuyến. Khi sử dụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tuỳ thuộc vào vị trí tương đối của mặt trụ so với mặt cầu:Hình trụ được đặt theo phương thẳng đứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một vị tuyến, thường là đường xích đạo. Gọi là phép chiếu Mercator.Hình trụ được đặt theo phương nằm ngang, đường thẳng tiếp xúc là một kinh tuyến. Gọi là phép chiếu Transverse.Hình trụ đặt xiên và tiếp xúc với mặt cầu theo một đường tròn có bán kính lớn nhất (bằng với bán kính đường xính đạo). Gọi là phép chiếu Oblique.Phép chiếu thường được sử dụng nhất là Mercator. Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành những đường thẳng đứng cách đều nhau, các đường vĩ tuyến sẽ trở thành những đường nằm ngang khoảng cách không đều nhau; tăng dần về phía hai cực. Do đó biến dạng sẽ tăng dần về phía hai cực. Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt mặt hình trụ dọc theo một kinh tuyến, trải ra trên mặt phẳng ta sẽ thu được kết quả. Mặt phẳng phương vịLà phép chiếu dữ liệu bản đồ lên một mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu. Điểm tiếp xúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại đường xích đạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằm giữa. Vị trí của điểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương đối của mặt phẳng chiếu với mặt cầu và tạo nên ba kiểu chiếu khác nhau: polar, equatorial và oblique. Mặt phẳng chiếu tiếp xúc với cực của mặt cầu là kiểu chiếu đơn giản nhất và cũng hay dùng nhất. Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành một chùm đường thẳng giao nhau ở điểm cực, vĩ tuyến là các đường tròn có cùng tâm là cực của mặt cầu. Góc giữa các đường kinh tuyến được bảo tồn.Newer Post