Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS

Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong GIS

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 1

C§u tróc cì sð dú li»u trong

GIS

Version 1.1: Nov 26, 2007 8:43 pm US/Central

Vã Quang Minh

This work is produced by The Vietnam OpenCourseWare Project using Connexions software tools

and licensed under the Creative Commons Attribution License∗

Tâm t­t nëi dung Mët cì sð dú li»u cõa h» thèng thæng tin àa lþ câ thº chia ra l m 2 lo¤i sè li»u cì b£n: sè li»u khæng gian v  phi khæng gian Méi lo¤i câ nhúng °c iºm ri¶ng v  chóng kh¡c nhau v· y¶u c¦u l÷u giú sè li»u, hi»u qu£, xû lþ v  hiºn thà Sè li»u khæng gian l  nhúng mæ t£ sè cõa h¼nh £nh b£n ç, chóng bao gçm to¤ ë, quy luªt v  c¡c kþ hi»u dòng º x¡c ành mët h¼nh £nh b£n ç cö thº tr¶n tøng b£n ç H» thèng thæng tin

àa lþ dòng c¡c sè li»u khæng gian º t¤o ra mët b£n ç hay h¼nh £nh b£n ç tr¶n m n h¼nh ho°c tr¶n gi§y thæng qua thi¸t bà ngo¤i vi, Sè li»u phi khæng gian l  nhúng di¹n t£ °c t½nh, sè l÷ñng, mèi quan h» cõa c¡c h¼nh £nh b£n ç vîi và tr½ àa lþ cõa chóng C¡c sè li»u phi khæng gian ÷ñc gåi l  dú li»u thuëc t½nh, chóng li¶n quan ¸n

và tr½ àa lþ ho°c c¡c èi t÷ñng khæng gian v  li¶n k¸t ch°t ch³ vîi chóng trong h» thèng thæng tin àa lþ thæng qua mët cì ch¸ thèng nh§t chung

C§u tróc cì sð dú li»u trong GIS

1 MÆ HœNH THÆNG TIN KHÆNG GIAN

Dú li»u l  trung t¥m cõa h» thèng GIS, h» thèng GIS chùa c ng nhi·u th¼ chóng c ng câ

þ ngh¾a Dú li»u cõa h» GIS ÷ñc l÷u trú trong CSDL v  chóng ÷ñc thu thªp thæng qua c¡c mæ h¼nh th¸ giîi thüc Dú li»u trong h» GIS cán ÷ñc gåi l  thæng tin khæng gian °c tr÷ng thæng tin khæng gian l  câ kh£ n«ng mæ t£ vªt thº ð ¥u nhí và tr½ tham chi¸u,

ìn và o v  quan h» khæng gian Chóng cán kh£ n«ng mæ t£ h¼nh d¤ng hi»n t÷ñng thæng qua mæ t£ ch§t l÷ñng, sè l÷ñng cõa h¼nh d¤ng v  c§u tróc Cuèi còng, °c tr÷ng thæng tin khæng gian mæ t£ quan h» v  t÷ìng t¡c giúa c¡c hi»n t÷ñng tü nhi¶n Mæ h¼nh khæng gian

°c bi»t quan trång v¼ c¡ch thùc thæng tin s³ £nh h÷ðng ¸n kh£ n«ng thüc hi»n ph¥n t½ch

dú li»u v  kh£ n«ng hiºn thà ç ho¤ cõa h» thèng

1.1 H» thèng Vector

1.1.1 Kiºu èi t÷ñng iºm (Points)

iºm ÷ñc x¡c ành bði c°p gi¡ trà  C¡c èi t÷ñng ìn, thæng tin v· àa lþ ch¿ gçm cì sð

và tr½ s³ ÷ñc ph£n ¡nh l  èi t÷ñng iºm C¡c èi t÷ñng kiºu iºm câ °c iºm:

∗ http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

Figure 1

• L  to¤ ë ìn (x,y)

• Khæng c¦n thº hi»n chi·u d i v  di»n t½ch

H¼nh 4.1: Sè li»u vector ÷ñc biºu thà d÷îi d¤ng iºm (Point)

T l» tr¶n b£n ç t l» lîn, èi t÷ñng thº hi»n d÷îi d¤ng vòng Tuy nhi¶n tr¶n b£n ç t l» nhä, èi t÷ñng n y câ thº thº hi»n d÷îi d¤ng mët iºm V¼ vªy, c¡c èi t÷ñng iºm v  vòng câ thº ÷ñc dòng ph£n ¡nh l¨n nhau

1.1.2 Kiºu èi t÷ñng ÷íng (Arcs)

÷íng ÷ñc x¡c ành nh÷ mët tªp hñp d¢y cõa c¡c iºm Mæ t£ c¡c èi t÷ñng àa lþ d¤ng tuy¸n, câ c¡c °c iºm sau:

• L  mët d¢y c¡c c°p to¤ ë

• Mët arc b­t ¦u v  k¸t thóc bði node

• C¡c arc nèi vîi nhau v  c­t nhau t¤i node

• H¼nh d¤ng cõa arc ÷ñc ành ngh¾a bði c¡c iºm vertices

• ë d i ch½nh x¡c b¬ng c¡c c°p to¤ ë

H¼nh 4.2: Sè li»u vector ÷ñc biºu thà d÷îi d¤ng Arc

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 3

Figure 2

Figure 3

1.1.3 Kiºu èi t÷ñng vòng (Polygons)

Vòng ÷ñc x¡c ành bði ranh giîi c¡c ÷íng th¯ng C¡c èi t÷ñng àa lþ câ di»n t½ch v 

âng k½n bði mët ÷íng ÷ñc gåi l  èi t÷ñng vòng polygons, câ c¡c °c iºm sau:

• Polygons ÷ñc mæ t£ b¬ng tªp c¡c ÷íng (arcs) v  iºm nh¢n (label points)

• Mët ho°c nhi·u arc ành ngh¾a ÷íng bao cõa vòng

• Mët iºm nh¢n label points n¬m trong vòng º mæ t£, x¡c ành cho méi mët vòng H¼nh 4.3: Sè li»u vector ÷ñc biºu thà d÷îi d¤ng vòng (Polygon)

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 5

H¼nh 4.4: Mët sè kh¡i ni»m trong c§u tróc cì sð dú li»u b£n ç

1.2 4.2.2 H» thèng Raster

Mæ h¼nh dú li»u d¤ng raster ph£n ¡nh to n bë vòng nghi¶n cùu d÷îi d¤ng mët l÷îi c¡c æ vuæng hay iºm £nh (pixcel) Mæ h¼nh raster câ c¡c °c iºm:

• C¡c iºm ÷ñc x¸p li¶n ti¸p tø tr¡i qua ph£i v  tø tr¶n xuèng d÷îi

• Méi mët iºm £nh (pixcel) chùa mët gi¡ trà

• Mët tªp c¡c ma trªn iºm v  c¡c gi¡ trà t÷ìng ùng t¤o th nh mët lîp (layer)

• Trong cì sð dú li»u câ thº câ nhi·u lîp

Mæ h¼nh dú li»u raster l  mæ h¼nh dú li»u GIS ÷ñc dòng t÷ìng èi phê bi¸n trong c¡c

b i to¡n v· mæi tr÷íng, qu£n lþ t i nguy¶n thi¶n nhi¶n

Mæ h¼nh dú li»u raster chõ y¸u dòng º ph£n ¡nh c¡c èi t÷ñng d¤ng vòng l  ùng döng cho c¡c b i to¡n ti¸n h nh tr¶n c¡c lo¤i èi t÷ñng d¤ng vòng: ph¥n lo¤i; chçng x¸p C¡c nguçn dú li»u x¥y düng n¶n dú li»u raster câ thº bao gçm:

• Qu²t £nh

• ƒnh m¡y bay, £nh vi¹n th¡m

• Chuyºn tø dú li»u vector sang

• L÷u trú dú li»u d¤ng raster

• N²n theo h ng (Run lengh coding)

• N²n theo chia nhä th nh tøng ph¦n (Quadtree)

• N²n theo ngú c£nh (Fractal)

Trong mët h» thèng dú li»u cì b£n raster ÷ñc l÷u trú trong c¡c æ (th÷íng h¼nh vuæng)

÷ñc s­p x¸p trong mët m£ng ho°c c¡c d¢y h ng v  cët N¸u câ thº, c¡c h ng v  cët n¶n

÷ñc c«n cù v o h» thèng l÷îi b£n ê th½ch hñp

Vi»c sû döng c§u tróc dú li»u raster t§t nhi¶n ÷a ¸n mët sè chi ti¸t bà m§t Vîi lþ do

n y, h» thèng raster-based khæng ÷ñc sû döng trong c¡c tr÷íng hñp nìi câ c¡c chi ti¸t câ ch§t l÷ñng cao ÷ñc ái häi

H¼nh 4.5: Sü biºu thà k¸t qu£ b£n ç d÷îi d¤ng Raster

4.2.3 Chuyºn êi cì sð dú li»u d¤ng vector v  raster

Vi»c chån cõa c§u tróc dû li»u d÷îi d¤ng vector ho°c raster tuý thuëc v o y¶u c¦u cõa ng÷íi sû döng, èi vîi h» thèng vector, th¼ dú li»u ÷ñc l÷u trú s³ chi¸m di»n t½ch nhä hìn r§t nhi·u so vîi h» thèng raster, çng thíi c¡c ÷íng contour s³ ch½nh x¡c hìn h» thèng raster Ngo i ra công tuý v o ph¦n m·m m¡y t½nh ang sû döng m  nâ cho ph²p n¶n l÷u trú dú li»u d÷îi d¤ng vector hay raster Tuy nhi¶n èi vîi vi»c sû döng £nh v» tinh trong GIS th¼ nh§t thi¸t ph£i sû döng d÷îi d¤ng raster

Mët sè cæng cö ph¥n t½ch cõa GIS phö thuëc ch°t ch³ v o mæ h¼nh dú li»u raster, do vªy nâ ái häi qu¡ tr¼nh bi¸n êi mæ h¼nh dú li»u vector sang dú li»u raster, hay cán gåi

l  raster ho¡ Bi¸n êi tø raster sang mæ h¼nh vector, hay cán gåi l  vector ho¡, °c bi»t c¦n thi¸t khi tü ëng qu²t £nh Raster ho¡ l  ti¸n tr¼nh chia ÷íng hay vòng th nh c¡c æ vuæng (pixcel) Ng÷ñc l¤i, vector ho¡ l  tªp hñp c¡c pixcel º t¤o th nh ÷íng hay vòng N¸t dú li»u raster khæng câ c§u tróc tèt, th½ dö £nh v» tinh th¼ vi»c nhªn d¤ng èi t÷ñng s³ r§t phùc t¤p

Nhi»m vö bi¸n êi vector sang raster l  t¼m tªp hñp c¡c pixel trong khæng gian raster tròng khîp vîi và tr½ cõa iºm, ÷íng, ÷íng cong hay a gi¡c trong biºu di¹n vector Têng

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 7

Figure 4

qu¡t, ti¸n tr¼nh bi¸n êi l  ti¸n tr¼nh x§p x¿ v¼ vîi vòng khæng gian cho tr÷îc th¼ mæ h¼nh raster s³ ch¿ câ kh£ n«ng àa ch¿ ho¡ c¡c và tr½ to¤ ë nguy¶n Trong mæ h¼nh vector, ë ch½nh x¡c cõa iºm cuèi vector ÷ñc giîi h¤n bði mªt ë h» thèng to¤ ë b£n ç cán và tr½ kh¡c cõa o¤n th¯ng ÷ñc x¡c ành bði h m to¡n håc

H¼nh 4.6: Sü chuyºn êi dú li»u giúa raster v  vector (Nguçn : Tor Bernhardsen, 1992) 4.2.4 Thuªn lñi v  b§t lñi cõa h» thèng dú li»u raster v  vector

4.2.4.1 Thuªn lñi cõa h» thèng cì sð dú li»u raster

• Và tr½ àa lþ cõa méi æ ÷ñc x¡c ành bði và tr½ cõa nâ trong æ biºu t÷ñng, h¼nh £nh câ thº ÷ñc l÷u trú trong mët m£ng t÷ìng xùng trong m¡y vi t½nh cung c§p õ dú li»u b§t ký lóc n o V¼ vªy méi æ câ thº nhanh châng v  d¹ d ng ÷ñc ành àa ch¿ trong m¡y theo và tr½ àa lþ cõa nâ

• Nhúng và tr½ k¸ cªn ÷ñc hi»n di»n bði c¡c æ k¸ cªn, v¼ vªy mèi li¶n h» giúa c¡c æ câ thº ÷ñc ph¥n t½ch mët c¡ch thuªn ti»n

• Qu¡ tr¼nh t½nh to¡n ìn gi£n hìn v  d¹ d ng hìn cì sð h» thèng dú li»u vector

• ìn và b£n ç ranh giîi thûa ÷ñc tr¼nh b y mët c¡ch tü nhi¶n bði gi¡ trà æ kh¡c nhau, khi gi¡ trà thay êi, vi»c ch¿ ành ranh giîi thay êi

4.2.4.2 B§t lñi cõa h» thèng dú li»u raster

• Kh£ n«ng l÷u trú ái häi lîn hìn nhi·u so vîi h» thèng cì sð dú li»u vector

• K½ch th÷îc æ ành rã sü quy¸t ành ð ph÷ìng ph¡p ¤i di»n ð ph÷ìng ph¡p ¤i di»n

i·u n y °c bi»t khâ d¹ c¥n xùng vîi sü hi»n di»n °c t½nh thuëc v· ÷íng th¯ng

Figure 5

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 9

Th÷íng h¦u nh÷ h¼nh £nh g¦n th¼ nèi ti¸p nhau, i·u n y câ ngh¾a l  nâ ph£i ti¸n h nh mët b£n ç ho n ch¿nh ch½nh x¡c º thay êi 1 æ ìn Qu¡ tr¼nh ti¸n h nh cõa dú li»u v· k¸t hñp th¼ cho¡ng nhi·u ché hìn vîi 1 h» thèng cì sð vector

Dú li»u ÷ñc ÷a v o h¦u nh÷ ÷ñc sè ho¡ trong h¼nh thùc vector, v¼ th¸ nâ ph£i ch½nh x¡c 1 vector ¸n sü thay êi ho¤t ëng raster º êi dú li»u h» sè ho¡ v o trong h¼nh thùc l÷u trú th½ch hñp

i·u n y th¼ khâ hìn vi»c x¥y düng v o trong b£n ç tø dú li»u raster

4.2.4.3 Thuªn lñi cõa h» thèng cì sð vector

• Vi»c l÷u trú ÷ñc ái häi ½t hìn h» thèng cì sð dú li»u raster

• B£n ç gèc câ thº ÷ñc hi»n di»n ð sü ph¥n gi£i gèc cõa nâ

• °c t½nh ph÷ìng ph¡p nh÷ l  c¡c kiºu tøng, ÷íng s¡, sæng suèi, §t ai câ thº ÷ñc khæi phöc l¤i v  ti¸n triºn 1 c¡ch °c bi»t

• i·u n y d¹ hìn º k¸t hñp tr¤ng th¡i kh¡c nhau cõa ph÷ìng ph¡p mæ t£ dú li»u vîi

1 °c t½nh ph÷ìng ph¡p ìn

• H» sè ho¡ c¡c b£n ê khæng c¦n ÷ñc khæi phöc l¤i tø h¼nh thùc raster

• Dú li»u l÷u trú câ thº ÷ñc ti¸n triºn trong b£n ç kiºu d¤ng ÷íng th¯ng m  khæng

1 raster º sü khæi phöc vector

4.2.4.4 B§t lñi cõa h» thèng cì sð dú li»u vector

• Và tr½ cõa iºm ¿nh c¦n ÷ñc l÷u trú 1 c¡ch rã r ng

• Mèi quan h» cõa nhúng iºm n y ph£i ÷ñc ành d¤ng trong 1 c§u tróc thuëc v· àa h¼nh håc, m  nâ câ l³ khâ º hiºu v  i·u khiºn

• Thuªt to¡n cho vi»c ho n th nh chùc n«ng th¼ ho n to n t÷ìng ÷ìng trong h» thèng

cì sð dú li»u raster l  qu¡ phùc t¤p v  vi»c ho n th nh câ l³ l  khæng x¡c thüc

• Sü thay êi 1 c¡ch li¶n ti¸p dú li»u thuëc v· khæng gian khæng thº ÷ñc hi»n di»n nh÷ raster 1 sü khæi phöc º raster ÷ñc y¶u c¦u ti¸n h nh dú li»u kiºu n y

4.3 MÆ HœNH THÆNG TIN THUËC TNH

Sè li»u phi khæng gian hay cán gåi l  thuëc t½nh l  nhúng mæ t£ v· °c t½nh, °c iºm

v  c¡c hi»n t÷ñng x£y ra t¤i c¡c và tr½ àa lþ x¡c ành Mët trong c¡c chùc n«ng °c bi»t cõa cæng ngh» GIS l  kh£ n«ng cõa nâ trong vi»c li¶n k¸t v  xû lþ çng thíi giúa dú li»u b£n ç

v  dú li»u thuëc t½nh Thæng th÷íng h» thèng thæng tin àa lþ câ 4 lo¤i sè li»u thuëc t½nh:

- °c t½nh cõa èi t÷ñng: li¶n k¸t ch°t ch³ vîi c¡c thæng tin khæng gian câ thº thüc hi»n SQL (Structure Query Language) v  ph¥n t½ch

- Sè li»u hi»n t÷ñng, tham kh£o àa lþ: mi¶u t£ nhúng thæng tin, c¡c ho¤t ëng thuëc và tr½ x¡c ành

- Ch¿ sè àa lþ: t¶n, àa ch¿, khèi, ph÷ìng h÷îng ành và, li¶n quan ¸n c¡c èi t÷ñng

àa lþ

- Quan h» giúa c¡c èi t÷ñng trong khæng gian, câ thº ìn gi£n ho°c phùc t¤p (sü li¶n k¸t, kho£ng t÷ìng th½ch, mèi quan h» ç h¼nh giúa c¡c èi t÷ñng)

º mæ t£ mët c¡ch ¦y õ c¡c èi t÷ñng àa lþ, trong b£n ç sè ch¿ dòng th¶m c¡c lo¤i

èi t÷ñng kh¡c: iºm i·u khiºn, to¤ ë giîi h¤n v  c¡c thæng tin mang t½nh ch§t mæ t£ (annotation)

Annotation: C¡c thæng tin mæ t£ câ c¡c °c iºm:

• Câ thº n¬m t¤i mët và tr½ x¡c ành tr¶n b£n ç

• Câ thº ch¤y dåc theo arc

• Câ thº câ c¡c k½ch th÷îc, m u s­c, c¡c kiºu chú kh¡c nhau

• Nhi·u mùc cõa thæng tin mæ t£ câ thº ÷ñc t¤o ra vîi ùng döng kh¡c nhau

• Câ thº t¤o thæng tin cì sð dú li»u l÷u trú thuëc t½nh

• Câ thº t¤o ëc lªp vîi c¡c èi t÷ñng àa lþ câ trong b£n ç

• Khæng câ li¶n k¸t vîi c¡c èi t÷ñng iºm, ÷íng, vòng v  dú li»u thuëc t½nh cõa chóng B£n ch§t mët sè thæng tin dú li»u thuëc t½nh nh÷ sau:

- Sè li»u tham kh£o àa lþ: mæ t£ c¡c sü ki»n ho°c hi»n t÷ñng x£y ra t¤i mët và tr½ x¡c

ành Khæng gièng c¡c thæng tin thuëc t½nh kh¡c, chóng khæng mæ t£ v· b£n th¥n c¡c h¼nh

£nh b£n ç Thay v o â chóng mæ t£ c¡c danh möc ho°c c¡c ho¤t ëng nh÷ cho ph²p x¥y düng, b¡o c¡o tai n¤n, nghi¶n cùu y t¸, li¶n quan ¸n c¡c và tr½ àa lþ x¡c ành C¡c thæng tin tham kh£o àa lþ °c tr÷ng ÷ñc l÷u trú v  qu£n lþ trong c¡c file ëc lªp v  h» thèng khæng thº trüc ti¸p têng hñp chóng vîi c¡c h¼nh £nh b£n ç trong cì sð dú li»u cõa h» thèng Tuy nhi¶n c¡c b£n ghi n y chùa c¡c y¸u tè x¡c ành và tr½ cõa sü ki»n hay hi»n t÷ñng

- Ch¿ sè àa lþ: ÷ñc l÷u trong h» thèng thæng tin àa lþ º chån, li¶n k¸t v  tra cùu sè li»u tr¶n cì sð và tr½ àa lþ m  chóng ¢ ÷ñc mæ t£ b¬ng c¡c ch¿ sè àa lþ x¡c ành Mët ch¿

sè câ thº bao gçm nhi·u bë x¡c ành cho c¡c thüc thº àa lþ sû döng tø c¡c cì quan kh¡c nhau nh÷ l  lªp danh s¡ch c¡c m¢ àa lþ m  chóng x¡c ành mèi quan h» khæng gian giúa c¡c và tr½ ho°c giúa c¡c h¼nh £nh hay thüc thº àa lþ V½ dö: ch¿ sè àa lþ v· ÷íng phè v 

àa ch¿ àa lþ li¶n quan ¸n phè â

- Mèi quan h» khæng gian: cõa c¡c thüc thº t¤i và tr½ àa lþ cö thº r§t quan trång cho c¡c chùc n«ng xû lþ cõa h» thèng thæng tin àa lþ C¡c mèi quan h» khæng gian câ thº l  mèi quan h» ìn gi£n hay lægic, v½ dö ti¸p theo sè nh  101 ph£i l  sè nh  103 n¸u l  sè nh  b¶n l´ ho°c n¸u l  b¶n ch®n th¼ c£ hai ·u ph£i l  c¡c sè ch®n k· nhau Quan h» Topology công

l  mët quan h» khæng gian C¡c quan h» khæng gian câ thº ÷ñc m¢ ho¡ nh÷ c¡c thæng tin thuëc t½nh ho°c ùng döng thæng qua gi¡ trà to¤ ë cõa c¡c thüc thº

- Mèi quan h» giúa dú li»u khæng gian v  phi khæng gian: thº hi»n ph÷ìng ph¡p chung

º li¶n k¸t hai lo¤i dú li»u â thæng qua bë x¡c ành, l÷u trú çng thíi trong c¡c th nh ph¦n khæng gian v  phi khæng gian C¡c bë x¡c ành câ thº ìn gi£n l  mët sè duy nh§t li¶n töc, ng¨u nhi¶n ho°c c¡c ch¿ b¡o àa lþ hay sè li»u x¡c ành và tr½ l÷u trú chung Bë x¡c ành cho mët thüc thº câ thº chùa to¤ ë ph¥n bè cõa nâ, sè hi»u m£nh b£n ç, mæ t£ khu vüc ho°c con trä ¸n và tr½ l÷u trú cõa sè li»u li¶n quan Bë x¡c ành ÷ñc l÷u trú còng vîi c¡c b£n ghi to¤ ë ho°c mæ t£ sè kh¡c cõa c¡c h¼nh £nh khæng gian v  còng vîi c¡c b£n ghi sè li»u thuëc t½nh li¶n quan

Sü li¶n k¸t giúa hai lo¤i thæng tin cì b£n trong cì sð dú li»u GIS thº hi»n theo sì ç sau:

ID (m¢) T½nh ch§t 1 T½nh ch§t 2 T½nh ch§t 3

1243

Vietnam OpenCourseWare module: m10596 11

H¼nh 4.7: Mèi quan h» giúa thæng tin b£n ç v  thæng tin thuëc t½nh (Nguçn : Nguy¹n Th¸ Thªn, Tr¦n Cæng Y¶n, 2000)