bài giảng hệ thống thông tin địa lý

Một số lượng rất lớn trong số các thông tin được xử lý trong các qúa trình thiết kế và xây dựng này có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến vị trí trong không gian của các đối tượng, n

Trường Đại học Giao thông vận tải

Bộ môn Tự động hoá thiết kế cầu đường

*****************

BÀI GIẢNG

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ thông tin đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế, xã hội Trong phạm vi thiết kế công trình xây dựng, việc ứng dụng các tiến bộ của công nghệ thông tin đã làm thay đổi hẳn quy trình làm việc của các kỹ sư thiết kế Máy tính và các hệ thống phần mềm từ chỗ là công cụ hỗ trợ vẽ kỹ thuật (Computer Aided Drawing) đã được phát triển thành các hệ thống hỗ trợ thiết kế đúng nghĩa (Computer Aided Design) Trong quá trình thiết kế, người kỹ sư phải xử lý một khối lượng lớn các thông tin từ nhiều lĩnh vực rất khác nhau để có thể đưa ra được các quyết định kỹ thuật đúng đắn Chất lượng thông tin, được thể hiện bằng độ chính xác, độ thời

sự, luôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình ra quyết định này Các hệ thống phần mềm máy tính hỗ trợ thiết kế, bên cạnh khả năng tính toán kết cấu, hỗ trợ xây dựng bản

vẽ, tính dự toán công trình, còn có khả năng tích hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau cho một mục đích sử dụng nhất định và, qua đó, làm dễ dàng cho người kỹ sư trong công việc của mình

Cũng như các công trình kỹ thuật khác, các công trình xây dựng được thiết kế và xây dựng cho các mục đích và điều kiện sử dụng nhất định Một số lượng rất lớn trong số các thông tin được xử lý trong các qúa trình thiết kế và xây dựng này có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến vị trí trong không gian của các đối tượng, như sự phân bố dân cư, địa hình, địa mạo, địa chất, thuỷ văn, v.v của khu vực mà công trình sẽ được xây dựng

Các đối tượng loại này có hai thuộc tính cơ bản: thuộc tính không gian, mô tả vị trí, hình dạng của đối tượng, và thuộc tính chuyên đề, mô tả các tính chất của đối tượng theo một

chuyên đề nhất định, như cường độ chịu lực của đất, chiều cao mực nước ngầm Để phân tích và xử lý thông tin của các đối tượng loại này, một chuyên ngành mới đã được phát triển: ứng dụng công nghệ thông tin để xử lý các đối tượng địa lý hoặc có liên quan đến

địa lý Sản phẩm của chuyên ngành này là các hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý là các hệ thống thông tin hỗ trợ việc tiếp nhận, xử lý,

phân tích và lưu trữ các thông tin của các đối tượng có liên quan đến địa lý Sau khi ra đời và khoảng đầu những năm 1960, các hệ thống thông tin địa lý đã được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết tất cả các ngành kinh tế, kỹ thuật Việc nghiên cứu và tiếp tục phát triển các hệ thống này cho các chuyên ngành, tuy vậy, vẫn đang được thực hiện một cách mạnh mẽ

Trong ngành giao thông vận tải, các hệ thống thông tin địa lý đã sớm được ứng

dụng để hỗ trợ cho việc quy hoạch và điều khiển giao thông, hướng dẫn phương tiện tham gia giao thông trong việc tìm đường, cứu hộ, v.v Hiện nay, khó có thể hình dung các phương tiện giao thông đường biển và đường không mà lại không có các hệ thống dẫn đường dựa trên các hệ thống thông tin địa lý

Trong ngành xây dựng, hệ thống thông tin địa lý đang được nghiên cứu phát triển

thành một hệ thống thông tin chuyên dụng đóng vai trò như một cơ sở hạ tầng thông tin cho việc thiết kế, thi công và quản lý các công trình xây dựng

Trong các trường đại học, môn học “Hệ thống thông tin địa lý” đã được đưa

vào giảng dạy cho sinh viên các ngành khác nhau Đối với sinh viên ngành xây dựng, môn học này có mục đích cung cấp các kiến thức cơ bản về các hệ thống thông tin địa lý cũng như khả năng ứng dụng của chúng vào các ngành kinh tế kỹ thuật, đặc biệt là vào các công tác thiết kế, thi công các công trình xây dựng

Tài liệu này được biên soạn như các bài giảng nhằm mục đích hỗ trợ sinh viên ngành xây dựng cầu đường trong quá trình học tập và nghiên cứu môn học “Hệ thống

thông tin địa lý” ở trường đại học và được chia thành 4 chương

Chương 1 giới thiệu các nội dung tổng quan, cấu trúc cũng như các khả năng ứng

dụng của các hệ thống thông tin địa lý trong các ngành kinh tế, kỹ thuật

Chương 2 trình bày cấu trúc và các thành phần cơ bản của các hệ thống thông tin

địa lý

Trong chương 3, các vấn đề liên quan đến dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý

như cấu trúc, mô hình hoá, phân tích và thu thập dữ liệu địa lý sẽ được trình bày

Chương 4 giới thiệu một số hệ thống thông tin địa lý phổ biến cho các ứng dụng

phổ thông

Chương 5 sẽ được dành để trình bày các nội dung chính khi xây dựng một hệ

thống thông tin địa lý hỗ trợ thiết kế công trình

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN 6

1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 6

1.1.1 Khái niệm về “Hệ thống thông tin” 6

1.1.2 Khái niệm về “Hệ thống thông tin địa lý” 6

1.2 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA MỘT HTTTĐL 7

1.2.1 Tiếp nhận, tổ chức và mô hình hoá dữ liệu không gian 7

1.2.2 Tìm kiếm, xử lý và phân tích dữ liệu 7

1.2.3 Trình bày dữ liệu 7

1.2.4 Trao đổi thông tin với các hệ thống khác 7

1.3 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HTTTĐL 8

1.4 CÁC ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA CÁC HTTTĐL TRONG KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT 8

1.4.1 HTTTĐL hỗ trợ quản lý tài nguyên 8

1.4.2 HTTTĐL hỗ trợ quy hoạch 9

1.4.3 HTTTĐL hỗ trợ quản lý cơ sở hạ tầng 9

1.4.4 HTTTĐL trong ngành xây dựng 9

1.4.4.1 Hỗ trợ lập quy hoạch xây dựng 9

1.4.4.2 Hỗ trợ thiết kế và xây dựng công trình 9

1.4.4.3 Hỗ trợ phân tích trạng thái công trình 10

1.4.5 HTTTĐL trong ngành giao thông 10

Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 11

2.1 TỔ CHỨC DỮ LIỆU 11

2.2 MÔ HÌNH HOÁ DỮ LIỆU 12

2.2.1 Mô hình hoá hình học 13

2.2.1.1 Mô hình hoá hình học theo phương pháp vector 14

2.2.1.2 Mô hình hoá hình học theo phương pháp raster 16

2.2.2 Mô hình hoá chuyên đề 17

2.3 KHẢO SÁT VÀ THU THẬP THÔNG TIN ĐỊA LÝ 18

2.3.1 Các phương pháp khảo sát trực tiếp 18

2.3.1.1 Đo đạc 18

2.3.1.2 Đo đạc dựa trên hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 18

2.3.1.3 Chụp ảnh 22

2.3.2 Các phương pháp khảo sát gián tiếp 23

2.3.3 Cơ sở dữ liệu 24

2.4 PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 25

2.4.1 Các phương pháp phân tích hình học cơ bản 25

2.4.2 Các phương pháp phân tích nâng cao 29

2.4.2.1 Phương pháp chồng đa giác (polygon overlay) 29

2.4.2.2 Tìm tuyến tốt nhất 30

2.4.2.3 Mô hình địa hình số 32

Chương 3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT HTTTĐL 35

3.1 PHẦN MỀM 35

3.1.1 Khối chương trình tiếp nhận, xử lý đầu vào và mô hình hoá dữ liệu35 3.1.2 Khối chương trình quản lý và lưu trữ dữ liệu 38

3.1.3 Khối chương trình xử lý và phân tích dữ liệu 39

3.1.4 Khối chương trình xuất dữ liệu 39

3.2 PHẦN CỨNG 39

Chương 4 CÁC HỆ THỐNG PHẦN MỀM THÔNG DỤNG HỖ TRỢ XÂY DỰNG HTTTĐL 41 4.1 TỔNG QUAN 41

4.2 CHƯƠNG TRÌNH AUTODESK MAP 42

4.2.1 Giới thiệu chung 42

4.2.2 Sử dụng Autodesk Map 42

4.2.2.1 Tạo dự án (Project) 42

4.2.2.2 Tạo tệp dữ liệu nguồn 43

4.2.2.3 Tìm kiếm dữ liệu 48

Chương 5 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ HỖ TRỢ THIẾT

KẾ CẦU ĐƯỜNG 50

5.1 VAI TRÒ CỦA THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG THIẾT KẾ CÔNG

TRÌNH GIAO THỐNG 50

5.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ HỖ TRỢ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 51

5.2.1 Thông tin địa hình, địa mạo 51

5.2.2 Thông tin thuỷ văn 52

5.2.3 Thông tin địa chất công trình 53

5.3 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG 54

5.3.1 Xây dựng bề mặt địa hình số 54

5.3.2 Xây dựng mặt cắt địa chất 54

Chương 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL), tên tiếng Anh “Geographic Information System” – GIS, đã được sử dụng lần đầu tiên bởi R F Tomlinson năm 1963 khi xây dựng một hệ thống thông tin về các dữ liệu không gian của Canada Với khái niệm này, một công nghệ mới đã xuất hiện: ứng dụng kỹ thuật thông tin vào xử lý các dữ liệu có liên quan đến vị trí không gian (địa lý) Do lịch sử tên gọi nên các hệ thống thông tin này vẫn mang tên là “Hệ thống thông tin địa lý” mặc dù, về mặt bản chất, các thông tin mà chúng xử lý là các thông tin không gian Một cách chính xác hơn, các hệ thống thông tin này có thể được gọi là “Hệ thống thông tin không gian” – tên tiếng Anh “spatial information system”

Hiện nay các HTTTĐL đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế,

kỹ thuật khác nhau nhằm hỗ trợ việc lập quy hoạch phát triển kinh tế của một vùng hoặc toàn quốc, quy hoạch xây dưng, thiết kế, v.v

Một hệ thống với các chức năng cơ bản gồm truy nhập, lưu trữ, xử lý và truy xuất

thông tin được gọi là hệ thống thông tin Hệ thống này bao gồm cả thông tin (dữ liệu) và các chương trình xử lý chúng

Đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin là khả năng tích hợp thông tin, tức là khả năng mà, qua đó, các thông tin mới được tạo thành trên cơ sở các thông tin đã có thông qua các quy tắc phân tích và xử lý nhất định

Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin mà đối tượng của nó là các

thông tin (hoặc dữ liệu) liên quan đến vị trí địa lý (không gian) Với hệ thống này, các thông tin không gian được số hoá, xử lý, tổ chức, phân tích cũng như thể hiện dưới các dạng thích hợp như văn bản, đồ hoạ, bảng biểu, v.v Các công cụ quan trọng được dùng trong các HTTTĐL là các khối chương trình để tiếp nhận, mô hình hoá dữ liệu, phân tích

và hỗ trợ tìm quyết định

Các thông tin địa lý hoặc thông tin không gian ở đây là các thông tin về các đối

tượng trên mặt đẩt, như một miền đất, một hệ thống cơ sở hạ tầng, một tuyến đường, v.v Trong các thông tin này, các dữ liệu giúp xác định một cách trực tiếp hoặc gián tiếp vị trí

của đối tượng trên mặt đất đóng một trò quyết định Rất nhiều thông tin của các đối tượng trong thế giới thật có chứa các dữ liệu về vị trí của đối tượng trong không gian Ví dụ, khi thông tin về sự phân bố dân cư đã được thu thập, một điều quan trọng khác được đặt ra là,

sự phân bố dân cư này được thu thập ở đâu Điều này được giải quyết thông qua việc sử dụng một hệ toạ độ, có thể là hệ thống kinh độ, vĩ độ kết hợp với cao độ trên mặt đất Sức mạnh của các HTTTĐL là khả năng kết nối, tích hợp các nguồn thông tin khác nhau trong các mối liên hệ không gian và khả năng đánh giá chúng dựa trên các quan hệ này Theo ví dụ trên, sự phân bố dân cư ở các khu vực có thể được đưa ra xem xét, đối chiếu với sự phân bố hệ thống giao thông ở các khu vực đó nhằm đưa ra kết luận: khu vực nào cần thiết phải xây dựng các công trình mới để thỏa mãn nhu cầu đi lại của dân cư và phát triển kinh tế

Ở mức độ đơn giản nhất, các HTTTĐL có thể so sánh với các bản đồ Trong thực

tế, các bản đồ thường được xây dựng theo các nội dung chuyên môn và yêu cầu sử dụng khác nhau, như bản đồ hành chính, dân cư, địa hình, v.v Nếu đặt các bản đồ này chồng lên nhau, người dùng có thể nhận được các hình ảnh về sự phân bố dân cư theo các đơn

vị hành chính cũng như sự phân bố dân cư theo điều kiện địa hình

Các chức năng cơ bản của hệ thống thông tin địa lý bao gồm:

1.2.1 Tiếp nhận, tổ chức và mô hình hoá dữ liệu không gian

Nhờ các chức năng này, các thông tin không gian ở các dạng tương tự (analog) như bản đồ, ảnh, v.v đuợc số hoá, tổ chức thành các đối tượng, sắp xếp theo các mô hình thích hợp và lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu

Đây là chức năng cơ bản nhất của một HTTTĐL Chức năng này có nhiệm vụ tìm kiếm, tính toán, dẫn xuất và đánh giá các dữ liệu của hệ thống Kết quả của việc xử lý và phân tích dữ liệu sẽ là cơ sở cho các quyết định của người sử dụng hệ thống

1.2.3 Trình bày dữ liệu

Một HTTTĐL luôn bao gồm một hoặc nhiều khối chương trình làm nhiệm vụ trình bày dữ liệu của hệ thống dưới các dạng phù hợp như đồ hoạ, văn bản, bảng biểu… giúp cho người dùng dễ dàng sử dụng chúng vào các mục đích nhất định

1.2.4 Trao đổi thông tin với các hệ thống khác

Đây là một chức năng không thể thiếu đối với các hệ thống thông tin hiện đại Thông qua các giao diện và chuẩn thông tin thích hợp, thông tin của các hệ thống có thể trao đổi với nhau một cách tự động Với sự phát triển của Internet và các ứng dụng kèm theo, thông tin giữa các hệ thống có thể được trao đổi không phụ thuộc vào khoảng cách không gian và thời gian

1.3 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HTTTĐL

Các HTTTĐL cần thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

1 Khả năng quản lý được các lượng lớn thông tin không gian

2 Khả năng truy cập các thông tin có liên quan đến sự tồn tại, vị trí cũng như tính chất của một khối lớn các đối tượng không gian

3 Tính thích ứng với các đòi hỏi rất khác nhau của các đối tượng sử dụng khác nhau

KỸ THUẬT

Thông tin địa lý được sử dụng ngày càng rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế kỹ thuật khác nhau Việc phân tích, xử lý các thông tin này một cách chính xác, đầy đủ và nhanh chóng nhằm, trên cơ sở đó, đưa ra các quyết định đúng đắn về một vấn đề đang là một đòi hỏi của nhiều lĩnh vực khác nhau Các hệ thống HTTTĐL với các sức mạnh của mình tỏ ra là các công cụ thích hợp đáp ứng được các đòi hỏi đó Các HTTTĐL đang được sử dụng rộng rãi ở các ngành rất khác nhau Các ứng dụng tiêu biểu trong số đó là:

1.4.1 HTTTĐL hỗ trợ quản lý tài nguyên

Trong hệ thống này, các thông tin về vị trí, tính chất và tình hình sử dụng của các nguồn tài nguyên như đất đai, nguồn nước, v.v được lưu trữ và xử lý Trên cơ sở kết hợp với thông tin của các hệ thống khác như thông tin môi trường, khí hậu, v.v các thông tin của hệ thống này là cơ sở cho các quy hoạch về phân bố dân cư, phát triển các vùng nông nghiệp, công nghiệp cũng như các hệ thống khác như giao thông, thuỷ lợi, v.v Ở nước ta, hầu hết các tỉnh thành đều đã có các hệ thống HTTTĐL phục vụ cho mục đích này

Một số đặc điểm của hệ thống thông tin này là:

1 Các thông tin được quản lý bao gồm sự phân bố trên mặt bằng cũng như cao

độ của các đối tượng nhà cửa, ruộng vườn, hệ thống giao thông, thuỷ lợi, v.v

2 Các thông tin được quản lý đòi hỏi độ chính xác cao vì liên quan đến các yếu

tố pháp lý như quyền sử dụng đất

3 Các chức năng chính của hệ thống bao gồm: lưu trữ, quản lý, truy nhập và truy xuất Chức năng xử lý thông tin không đóng vai trò nổi bật do thông tin dẫn xuất trong hệ thống không nhiều và đóng vai trò thứ yếu

1.4.2 HTTTĐL hỗ trợ quy hoạch

Hệ thống này quản lý các thông tin quy hoạch cho một khu vực nhất định Các đối tượng trong hệ thống này là các đối tượng “quy hoạch”, nghĩa là chưa có trong thực tế Kết hợp với các hệ thống khác, hệ thống này sẽ giúp trả lời các câu hỏi: “ở đâu, khi nào

sẽ diễn ra các hoạt động đang được quy hoạch”, “ai sẽ bị ảnh hưởng bởi quy hoach”…

1.4.3 HTTTĐL hỗ trợ quản lý cơ sở hạ tầng

Hệ thống cơ sở hạ tầng của các khu vực, nhất là các thành phố, đòi hỏi phải được quản lý một cách có hệ thống nhằm tạo cơ sở cho việc sử dụng chúng một cách có hiệu qủa cũng như hỗ trợ cho việc quy hoạch phát triển của khu vực HTTTĐL quản lý cơ sở

hạ tầng có thể được xây dựng theo mục đích sử dụng như quản lý hệ thống cấp nước, hệ thống thoát nước, hệ thống các đường cung cấp các dịch vụ khác như điện thoại, truyền hình v.v Nhờ hệ thống này, các nhà lập quy hoạch xây dựng có thể nhìn thấy trước các vấn đề sẽ phải xử lý khi xây dựng công trình

1.4.4 HTTTĐL trong ngành xây dựng

HTTTĐL đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng Các ứng dụng chính của nó có thể được nêu ra ở đây là:

1.4.4.1 Hỗ trợ lập quy hoạch xây dựng

Trên cơ sở các thông tin đã được quản lý về phân bố đất đai, dân cư cũng như quy hoạch chung toàn khu vực, các nhà lập quy hoạch có thể xây dựng được quy hoạch xây dựng riêng cho các khu vực

1.4.4.2 Hỗ trợ thiết kế và xây dựng công trình

Khi thiết kế và xây dựng công trình, các hệ thống HTTTĐL có thể cung cấp cho các kỹ sư các thông tin kỹ thuật cần thiết như: điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn, v.v của khu vực xây dựng, tình hình phân bố vật liệu xây dựng cũng như các cơ sở xây dựng trong khu vực Dựa vào các thông tin này, các kỹ sư có thể đưa ra các quyết định về loại công trình hoặc cấu kiện cũng như các biên pháp thi công thích hợp Trong các công trình

xây xen, bên cạnh sự phù hợp về kiến trúc thì sự phù hợp về kỹ thuật giữa các công trình đang tồn tại và công trình mới, ví dụ như sự phù hợp về kết cấu móng, luôn luôn cần phải được tuân thủ chặt chẽ HTTTĐL, với ý nghĩa là hệ thống thông tin tích hợp, có thể cung cấp thông tin chi tiết cần thiết về các công trình đang tồn tại xung quanh công trình mới

sẽ được xây dựng

1.4.4.3 Hỗ trợ phân tích trạng thái công trình

Các thông tin về môi trường như độ ẩm, độ mặn của không khí, nước cùng các thông tin về địa chất, thuỷ văn, v.v được lưu trữ trong các HTTTĐL có thể được dùng để phân tích và đánh giá sơ bộ các nguyên nhân hư hỏng công trình

1.4.5 HTTTĐL trong ngành giao thông

Trong ngành giao thông vận tải, các HTTTĐL đã được sử dụng hết sức rộng rãi

để hỗ trợ điều khiển các phương tiện giao thông, tìm kiếm, cứu hộ Thông qua các hệ thống định vị và các HTTTĐL chuyên ngành, các hệ thống thông tin có thể xác định chính xác vị trí của các đối tượng tham gia giao thông từ đó xác định được đường ngắn nhất hoặc hợp lý nhất đên một đích xác định HTTTĐL cũng có thể xác định được các cơ

sở cứu hộ gần nhất đến đối tượng tham gia giao thông đang cần hỗ trợ

CHƯƠNG 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ

2.1 TỔ CHỨC DỮ LIỆU

Cũng như các bản đồ, các HTTTĐL được xây dựng với các mục đích sử dụng nhất định, như hệ thống thông tin môi trường, hệ thống thông tin mạng lưới giao thông, v.v Các mục đích sử dụng này được mô hình hoá thành các phạm vi chuyên môn hay phạm vi vấn đề (problem domain) của hệ thống Một HTTTĐL có thể hỗ trợ một hay nhiều phạm vi chuyên môn có nội dung gần nhau

Các đối tượng trong một phạm vi chuyên môn lại có thể được tổ chức theo các chuyên đề khác nhau Ví dụ, các đối tượng trong mạng lưới giao thông có thể tổ chức thành chuyên đề đường, chuyên đề cầu Các chuyên đề này, đến lượt mình, lại có thể được chia thành các chuyên đề nhỏ hơn, ví dụ, chuyên đề đường có thể bao gồm đường quốc lộ, đường tỉnh lộ, v.v (hình vẽ 1) Việc phân chia chuyên để, chuyên đề phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng của hệ thống và thường được chia theo ý nghĩa chuyên môn của đối tượng

Hình vẽ 1 Ví dụ cấu trúc dữ liệu

Để mô hình hoá một cách tách biệt các chủ đề, các HTTTĐL thường sử dụng

phương pháp lớp (layer) Một chủ đề được mô tả trong 1 hoặc nhiều lớp Một chuyên đề

lớn có thể được xây dựng từ các chuyên đề nhỏ hơn bằng cách ghép chồng các lớp của các chủ đề này lại với nhau (hình vẽ 2)

Hình vẽ 2 Các lớp chuyên đề trong một HTTTĐL

Các HTTTĐL hiện đại có thể hỗ trợ phương pháp hướng đối tượng, theo đó, các

chủ đề cũng được mô hình hoá thành các đối tượng Quan hệ giữa chủ đề và các đối

tượng địa lý của được xây dựng dựa trên ý nghĩa chuyên môn Một đối tượng địa lý có thể phục vụ cho nhiều chủ đề khác nhau

2.2 MÔ HÌNH HOÁ DỮ LIỆU

Các đối tượng trong các HTTTĐL được mô tả bởi các dữ liệu cơ bản là dữ liệu hình học và dữ liệu chuyên đề (hình vẽ 3)

Dữ liệu hình học là các dữ liệu “địa lý”, mô tả hình dạng và vị trí hình học của

đối tượng trong một hệ toạ độ nhất định, ví dụ một đối tượng được mô tả trong mặt phẳng

bởi một đường tròn có bán kính R và tâm ở toạ độ X, Y Các HTTTĐL dùng điểm, đường

và miền làm các đại lượng hình học cơ sở Các hệ thống hiện đại có thể hỗ trợ các dữ liệu

hình học 3 chiều thông qua việc sử dụng các khối (solid element) Hình vẽ 4 mô tả các

đại lượng hình học cơ sở này Các đối tượng trong hệ thống được mô tả bởi môt hay nhiều các đối tượng hình học cơ bản kể trên Các điểm đo địa hình thường được thể hiện

ở dạng điểm, các hố khoan địa chất có thể ở dạng điểm hay một miền, tùy theo tỷ lệ của

hệ thống

§uêng

§iÓm

Dữ liệu chuyên đề là loại dữ liệu phi địa lý, mô tả các thuộc tính theo một chuyên

đề nhất định của đối tượng trong hệ thống, như số làn xe của các tuyến đường, công suất

của các trạm trộn bê tông nhựa, v.v Các dữ liệu này cũng được hệ thống xử lý tương tự như các dữ liệu hình học hoặc topo, ví dụ, hệ thống có thể thực hiện các tìm các tìm kiếm

có dạng “tìm kiếm các cầu cần sửa chữa trên quốc lộ 1A” Về mặt bản chất, dữ liệu hình học, topo và dữ liệu chuyên đề đều là các thuộc tính của các đối tượng trong hệ thống Các dữ liệu chuyên đề có thể có dạng bất kỳ như số, văn bản, v.v Các HTTTĐL hiện đại (multimedia GIS: HTTTĐL đa phương tiện) có thể hỗ trợ các dữ liệu đa truyền thông, như ảnh, phim, các siêu văn bản

2.2.1 Mô hình hoá hình học

Mô hình hoá hình học là quá trình mô tả, lưu trữ và xử lý các thông tin hình học

của các đối tượng trong hệ thống thông qua các phương pháp phân tích và gần đúng hoá Các HTTTĐL thường dùng 2 phương pháp chính để mô hình hoá hình học là phương

pháp vector và phương pháp raster

2.2.1.1 Mô hình hoá hình học theo phương pháp vector

Theo phương pháp vector, các thực thể hình học được mô hình hoá dựa trên sự kết hợp topo các đại lượng hình học cơ bản như điểm, đường, mặt (miền) và khối, trong

đó điểm là các đại lượng thông tin cơ sở Về mặt cấu trúc dữ liệu, đường được xây dựng

từ các điểm, miền được tạo bởi các đường và khối được tạo thành từ các mặt

Điểm được coi là đại lượng cơ sở (không cần biểu diễn thông qua các đại lượng

khác) trong biểu diễn vector Điểm được xác định thông qua các toạ độ X, Y, Z trong hệ toạ độ 3 chiều, hoặc kinh độ, vĩ độ, độ cao trong hệ toạ độ kinh, vĩ tuyến, v.v

Đường là thực thể hình học được biểu diễn thông qua các quan hệ giữa các tọa

độ Thông thường, đường được xác định thông qua các điểm, ví dụ, đường thẳng được

mô tả bởi 2 điểm, đường cong được biểu diễn bởi 3 hay nhiều hơn các điểm

Mặt (miền) là một phần mặt phẳng được tạo ra bởi các cạnh (đường)

2.2.1.1.1 Topo

Topo mô tả quan hệ về vị trí trong không gian của các đối tượng, ví dụ, đoạn L

được xây dựng từ 2 điểm (theo thứ tự) P1 và P2, hoặc miền A được tạo bởi các đoạn (theo thứ tự) L1, L2, L3, L4 Các thông số hình học của các đối tượng này, như toạ độ các điểm Pi, chiều dài các đoạn Li, không đóng vai trò gì trong các quan hệ này (hình vẽ 5) Các hệ thống CAD (Computer Aided Design) cũng như các HTTTĐL dùng khái niệm topo để xây dựng các đối tượng hình học phức tạp trên cơ sở các đối tượng hình học cơ

sở

Sự khác nhau của dữ liệu hình học so với dữ liệu topo là ở chỗ, khi thay đổi hệ toạ

độ, dữ liệu topo được giữ nguyên, trong khi đó, dữ liệu hình học lại thay đổi Ví dụ để so sánh hai khái niệm này là một quả bóng cao su Các dữ liệu hình học mô tả hình dạng của

quả bóng và các dữ liệu topo mô tả quan hệ vị trí giữa các điểm trên bề mặt của nó Khi quả bóng bị biến dạng, hình dạng hình học bị thay đổi nhưng quan hệ vị trí giữa các điểm (topo) trên bề mặt vẫn cố định

Hình vẽ 5 Quan hệ topo của các đối tượng hình học

Ví dụ về việc sử dụng hai loại dữ liệu này là cách thể hiện mạng lưới giao thông của một khu vực Sơ đồ mạng lưới xe buýt trong thành phố được thể hiện dưới dạng topo Trong sơ đồ này, các thông tin về các tuyến xe và các trạm đỗ được trình bày Khoảng cách cũng như hình dáng hình học của các đoạn đường không đóng vai trò quan trọng và,

vì vậy, chỉ được thể hiện ước lệ Trong khi đó, bản đồ giao thông của khu vực, được thể hiện dưới dạng các thông tin hình học, lại thể hiện đầy đủ các chi tiết của hệ thống giao thông như vị trí và hình dạng chính xác của từng tuyến đường, cầu cống, v.v

Quan hệ topo giữa các bộ phận trong một đối tượng hình học thường được mô tả

thông qua các biểu đồ (graph) Biểu đồ này thường có dạng cây để mô tả các đối tượng

có dạng mạng lưới gồm các điểm và các đoạn giữa nối điểm, ví dụ sơ đồ mạng lưới xe buýt hoặc sơ đồ mạng lưới hệ thống cấp, thoát nước Biểu đồ có dạng lưới phẳng khi mô

tả các đối tượng phức tạp hơn như các mặt hoặc khối Thông qua biểu đồ này, các quan

hệ topo như láng giềng, nằm trong, v.v của các thực thể hình học được xác định (hình vẽ

6)

Hình vẽ 6 Các quan hệ topo đơn giản

Các dữ liệu hình học, topo và các đại lượng dẫn xuất từ chúng như diện tích,

chiều dài, v.v cho phép hệ thống thực hiện các tìm kiếm hình học hoặc tìm kiếm topo

dưới dạng:

“Tìm các khu vực đất xây dựng có diện tích lớn hơn 1000 m2”,

“Tìm các nhà nằm cạnh khu vực đang xây dựng”, v.v

Dữ liệu vector thích hợp với các hệ thống có tỷ lệ lớn 1:100 đến 1:10000 Các đặc trưng cơ bản của dữ liệu vector là:

• Có thể mô tả chính xác các đối tượng hình học

• Dễ tạo được liên hệ giữa dữ liệu hình học với các dữ liệu chuyên đề

• Dữ liệu được khảo sát thông qua các điểm nên thời gian tiếp nhận dữ liệu lớn

• Dữ liệu cần không gian lưu trữ nhỏ, thời gian xử lý ngắn

2.2.1.2 Mô hình hoá hình học theo phương pháp raster

Hình vẽ 7 Dữ liệu Raster mô tả các đối tượng hình học

a) Điểm, đường, miền phẳng b) Khối

c) Mặt không gian

Ở dạng raster, đối tượng hình học cơ bản là các chấm (pixel – picture elements),

về thực chất, đây là một miền hình học Ở đây, một đại lượng hình học được mô tả thông qua một bảng 2 chiều (trong các HTTTĐL 2 chiều) hoặc bảng 3 chiều (trong các HTTTĐL 3 chiều) và tập hợp các thông tin của các ô trong bảng đó Thông tin của các ô

trong bảng bao gồm vị trí (thông qua dòng và cột) và thông tin được chứa đựng trong

chính các ô đó như màu của ô Ví dụ, khi xử lý ảnh hàng không, cao độ các điểm được

xác định nhờ màu của từng ô trong ảnh đó

Các thực thể dạng điểm được mô tả bởi 1 chấm (pixel), các thực thể dạng đường

được mô tả bởi một dãy các chấm và thực thể dạng mặt được mô tả bởi hàng loạt các chấm (hình vẽ 7) Các dữ liệu biến thiên liên tục như chiều cao địa hình, sự phân bố nước ngầm, v.v có thể được mô tả gần đúng thông qua một ma trận các chấm

Trong dạng dữ liệu này, các thực thể hình học (pixel) không có mối quan hệ logic với nhau Dữ liệu raster thông thường được dùng để mô tả và xử lý các dữ liệu có từ việc

số hoá các nguồn dữ liệu tương tự (analog) như ảnh hàng không, ảnh vũ trụ hoặc bản đồ…

Dữ liệu raster thích hợp với các hệ thống có tỷ lệ nhỏ, miền hợp lý của chúng là 1:10.000 đến 1:1.000.000 Các đặc trưng cơ bản của loại dữ liệu này là:

• Có cùng cấu trúc cho các thực thể hình học khác nhau (điểm, đường, mặt, v.v) Việc xử lý các thực thể hình học này, do đó, được thực hiện giống nhau

• Hạn chế trong việc liên kết dữ liệu hình học với các dữ liệu chuyên đề

1 Khảo sát và thu thập dữ liệu đơn giản, tốn ít thời gian

1 Dữ liệu cần không gian lưu trữ và thời gian xử lý lớn

2.2.2 Mô hình hoá chuyên đề

Mô hình hoá chuyên đề là quá trình mô tả, xử lý và lưu trữ các dữ liệu chuyên đề

của các đối tượng địa lý Tương tự dữ liệu hình học, các dữ liệu chuyên đề có thể được

mô tả như là các thuộc tính của đối tượng Một đối tượng có thể thuộc các chuyên đề khác nhau và, ứng với mỗi chuyên đề, đối tượng đó có các thuộc tính tương ứng

Trong hầu hết các HTTTĐL phổ biến hiện nay, dữ liệu chuyên đề được mô hình hoá và lưu trữ trong các bảng của các cơ sở dữ liệu quan hệ Phù hợp với cách mô hình hoá này, dữ liệu chuyên đề phải được mô tả bởi các kiểu dữ liệu mà hệ thống hỗ trợ như kiểu số nguyên, kiểu ký tự, v.v Bảng 1 mô tả một ví dụ về mô hình hoá dữ liệu chuyên

để thông qua các bảng của cơ sở dữ liệu

Đường

Cấu trúc mặt đường Ký tự Bê tông nhựa

Bảng 1 Ví dụ dữ liệu chuyên đề

Một số HTTTĐL như AutodeskMap hỗ trợ 2 dạng cơ sở dữ liệu: cơ sở dữ liệu

trong và cơ sở dữ liệu ngoài Cơ sở dữ liệu trong là loại hệ thống tự quản lý mà không đòi hỏi có các phần mềm khác Cơ sở dữ liệu ngoài là cơ sở dữ liệu được xây dựng và

quản lý bởi các hệ thống phần mềm khác Trước khi hệ thống làm việc được với các cơ

sở dữ liệu này, chúng phải được kết nối với hệ thống thông qua các giao diện thích hợp

do hệ thống cung cấp

2.3 KHẢO SÁT VÀ THU THẬP THÔNG TIN ĐỊA LÝ

Dữ liệu địa lý là một phần cơ bản của HTTTĐL Tính chính xác và đầy đủ trong việc khảo sát, tiếp nhận và chuyển đổi dữ liệu (từ các dạng tương tự sang dạng số) luôn đóng vai trò quyết định đến chất lượng thông tin của hệ thống Việc khảo sát dữ liệu địa

lý có thể được thực hiện theo 2 phương pháp cơ bản: phương pháp khảo sát trực tiếp và phương pháp khảo sát gián tiếp

Khảo sát trực tiếp là các phương pháp đo đạc và thu thập dữ liệu trực tiếp trên đối tượng Tùy thuộc vào chuyên đề mà có các phương pháp khảo sát và thu thập dữ liệu

khác nhau Đối với dữ liệu địa hình, các phương pháp khảo sát chính bao gồm: đo đạc,

chụp ảnh, v.v Một số phương pháp điều tra khác khác như interview có thể được áp dụng khi khảo sát các dữ liệu chuyên đề như thủy văn hay các chuyên đề có tính xã hội

2.3.1.1 Đo đạc

Đo đạc bao gồm các biện pháp nhằm xác định các thuộc tính hình học, topo cơ bản của các đối tượng trên bề mặt đất Việc đo đạc trên mặt đất được thực hiện thông thường theo nguyên tắc từ lớn đến nhỏ: đo đạc toàn cầu, đo đạc quốc gia, đo đạc khu vực

và đo đạc địa phương Đo đạc toàn cầu nhằm xác định các thông tin cơ bản về hình dạng quả đất cũng như các hệ toạ độ toàn cầu Đo đạc ở quy mô quốc gia nhằm xây dựng lưới

đo đạc cơ bản toàn quốc Dữ liệu của lưới đo đạc quốc gia được tính toán dựa trên dữ liệu

đo đạc toàn cầu thông qua các hệ toạ độ như Gauss-Krueger, UMT (Univesal Transverse Mecartor), v.v Thời gian gần đây, hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning

System) đã và đang được áp dụng rộng rãi trong đo đạc quốc gia Đo đạc địa phương hoặc đo đạc chi tiết được dựa trên mạng lưới đo đạc quốc gia Công tác đo đạc này cung

cấp các thông tin chi tiết về một địa phương hoặc một vùng và, trong các đo đạc có tỷ lệ

lớn, các đối tượng quan trọng trong vùng đó Trong đo đạc khu vực, toàn đạc là phương

pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay để xác định vị trí, hình dạng và chiều cao của của các đối tượng địa lý

2.3.1.2 Đo đạc dựa trên hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

1 Giới thiệu chung

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) là hệ thống hoạt động toàn cầu dựa trên sóng radio Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh địa tĩnh và các trạm điều khiển trên mặt đất Hiện tại có một trạm điều khiển chính và 4 trạm điều khiển phụ, tất cả đều nằm trên lãnh thổ của Mỹ

Để xác định vị trí của một điểm trên bề mặt đất, người ta sử dụng các thiết bị thu sóng radio phát ra từ các vệ tinh – các thiết bị này được gọi là các thiết bị thu GPS (GPS-Receiver) Các thiết bị thu này có cấu tạo rất đơn giản và điều này làm cho hệ thống GPS trở nên kinh tế và do đó được sử dụng rất phổ biến

GPS được coi như là một hệ thống “sao nhân tạo” – các điểm tham chiếu – để xác định vị trí các điểm trên bề mặt đất với độ chính xác ở mức độ mét Trong thực tế, với việc sử dụng thêm một số kỹ thuật hỗ trợ như DGPS, độ chính xác có thể lên đến mức cm, hoàn toàn thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật thông thường Với GPS có thể “điạ chỉ hóa” một cách chính xác từng mét vuông trên bề mặt đất

GPS hoạt động theo nguyên tắc thụ động nghĩa là các sóng được phát ra từ các vệ tinh mà không phải từ các thiết bị thu

1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống GPS

o Vị trí được xác định theo nguyên tắc tam giác

o Tam giác được xác định dựa trên khoảng cách từ máy thu GPS đến vệ tinh Khoảng cách được xác định dựa trên thời gian đi của sóng radio

o Sử dụng các đồng hồ có độ chính xác cực cao để đo thời gian đi của sóng

o Xác định chính xác vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo

o Xử lý được các lỗi có thể có trong quá trình thu và xử lý sóng radio

1 Nguyên tắc tam giác

Vị trí của một điểm trong không gian có thể được xác định thông qua khoảng cách từ điểm đó đến các điểm đã biết khác

Nếu chỉ dựa vào một điểm cho trước, vị trí của điểm cần xác định sẽ nằm trên một

mặt cầu có tâm là điểm cho trước và bán kính là khoảng cách từ điểm cần xác định đến điểm cho trước đó Với 2 điểm cho trước, vị trí cần xác định nằm trên đường tròn giao của 2 mặt cầu Nếu có thêm điểm thứ 3, vị trí cần xác định là một trong 2 điểm giao của một đường tròn với một mặt cầu Đối với các ứng dụng trên mặt đất, người ta dễ dàng chọn một trong 2 điểm đó làm điểm thích hợp vì chỉ một trong 2 điểm đó nằm trên mặt đất và điểm còn lại nằm ở đâu đó trong không gian

Hình vẽ 8 Mô hình hoạt động của GPS

Nguyên tắc xác định vị trí của một điểm dựa trên 3 điểm cho trước gọi là nguyên tắc tam giác

Trong thực tế, các hệ thống GPS cần ít nhất 4 vệ tinh để xác định chính xác vị trí trên mặt đất Vai trò của vệ tinh thứ tư sẽ được trình bày ở phần sau

Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu được xác định thông qua thời gian đi của sóng radio từ vệ tinh đến máy thu đó

Thời gian đi của sóng radio được xác định thông qua các mã đã được thống nhất

giữa vệ tinh và máy thu (pseudo-random codes – pCode) Pseudo-random codes là một

mã digital rất phức tạp bao gồm một tập hợp các giá trị “on”, “off” Trong mã đó có rất nhiều thông tin như tên vệ tinh, thời gian phát sóng dựa trên đồng hồ của vệ tinh, cao độ của quỹ đạo và nhiều thông tin khác nữa Các ứng dụng dân sự thông thường chỉ được phép mã hóa một phần các thông tin kể trên Mỗi vệ tinh có một mã riêng của mình Nhờ tính phức tạp của mã nên tất cả các các vệ tinh có thể dùng chung một tần số phát sóng

mà mã phát ra không sợ bị lẫn với các vệ tinh khác Mã này cũng có thể dễ dàng được khuếch đại nhờ các các biện pháp xử lý thông tin Điều này làm cho các máy thu có cấu

tạo đơn giản và là nguyên nhân giúp cho GPS được sử dụng phổ biến như hiện nay

Dựa trên sự so sánh về chênh lệch thời gian giữa lúc phát (ở vệ tinh) và lúc thu (ở

máy thu), máy thu dễ dàng tính được khoảng cách từ nó đến vệ tinh

Nguyên tắc đo thời gian

Như trên đã nói, một trong những vấn đề quan trọng nhất khi định vị bằng GPS là xác định được chính xác sự chênh lệch thời gian giữa lúc phát và lúc thu sóng Có thể chấp nhận là thời gian phát sóng ở vệ tinh được xác định chính xác, do vệ tinh có 4 đồng

hồ nguyên tử với độ chính xác đến 3 nano giây (0.000000003 giây) Tuy nhiên, đồng hồ

ở máy thu không có được độ chính xác cao như vậy (các đồng hồ nguyên tử có giá rất cao, hàng trăm ngàn USD)

Để đảm bảo độ chính xác cần thiết về thời gian, các máy thu GPS sử dụng thêm một vệ tinh thứ tư, ngoài 3 vệ tinh cần thiết để xác định khoảng cách đã nêu trên

Nếu đồng hồ của máy thu hoạt động chính xác, vị trí của máy thu được xác định qua vệ tinh thứ tư phải trùng với vị trí đã được xác định bởi 3 vệ tinh trước đó (giao điểm của 4 mặt cầu) Nếu đồng hồ hoạt động không đúng, sẽ có sự chênh lệch về vị trí được xác định qua các vệ tinh này Máy thu sẽ tiến hành điều chỉnh đồng hồ của mình để có được sự trùng hợp về vị trí và qua đó có được sự chính xác cao về thời gian Như vậy, nhờ vệ tinh thứ tư, các đồng hồ thông thường ở các máy thu GPS có được độ chính xác của đồng hồ nguyên tử

Điều khiển quỹ đạo của vệ tinh

Các vệ tinh đóng vai trò tham chiếu khi xác định vị trí nên vị trí của chúng có ý nghĩa quyết định Người dùng thông thường không thực hiện được các điều khiển về vị trí của vệ tinh Các điều khiển này chỉ được thực hiện bởi bộ Quốc phòng Mỹ Thông qua các trạm điều khiển phụ, người ta có thể xác định được vị trí của từng vệ tinh và thực hiện các điều chỉnh quỹ đạo cần thiết

Các lỗi phổ biến

Các phép đo dựa trên GPS cũng có các lỗi nhất định Vận tốc sóng radio được giả thiết là hằng số, tuy nhiên điều này chỉ đúng khi sóng đó chi chuyển trong không gian, khi đi vào khí quyển trái đất giá trị này bị thay đổi do tầng điện ly và hơi nước có trong

tầng đối lưu Ngoài ra sóng radio cũng có các nhiễu nhất định trước khi đi đến máy thu Đồng hồ của vệ tinh có độ chính xác cao nhưng không có nghĩa là chính xác tuyệt đối Với tốc độ cao của sóng radio, một sai số nhỏ về thời gian cũng dẫn đến sai số lớn về khoảng cách Thông thường, vị trí được xác định bằng GPS có sai số khoảng 10m như được liệt kê sau đây

Các lỗi chủ yếu và giá trị về khoảng cách là:

Độ chính xác của DGPS có thể ở mức cm

Hình vẽ 9 Nguyên tắc hoạt động của DGPS

(đen-và phân tích nhờ các chương trình chuyên dụng của các HTTTĐL Hiện nay, phương

pháp ảnh hàng không là phương pháp cơ bản đế xây dựng các mô hình địa hình số (một

dạng mô tả địa hình phổ biến của các HTTTĐL)

Hình vẽ 10 Nhận dạng đối tượng và xây dựng bề mặt số từ ảnh hàng không

2.3.2 Các phương pháp khảo sát gián tiếp

Khảo sát gián tiếp là các phương pháp khai thác và truy nhập dữ liệu cho một mục đích nhất định trên cơ sở các dữ liệu đã được khảo sát nhưng nhằm mục đích khác Các

dữ liệu có được qua khảo sát gián tiếp thông thường có độ chính xác thấp hơn các dữ liệu nguồn Khảo sát gián tiếp thường là việc số hoá các dữ liệu analog sẵn có Trước khi xuất hiện các HTTTĐL, hàng loạt dữ liệu và bản đồ đã được khảo sát và xây dựng Đây chính

là một nguồn dữ liệu quan trọng cho các HTTTĐL hiện nay Ngoài ra, các ảnh hàng không, các cơ sở dữ liệu của các ứng dụng khác cũng là các nguồn dữ liệu quan trọng Việc số hoá có thể tiến hành thủ công, bán tự động và tự động thông qua các máy chụp (scanner) Hình vẽ 9 mô tả việc số hoá các bản đồ sẵn có để nhập số liệu cho hệ thống

dữ liệu có nhiệm vụ lưu trữ và quản lý dữ liệu của hệ thống Khác với cách lưu trữ dữ liệu thông qua các tệp dữ liệu (file) đơn giản, việc sử dụng các cơ sở dữ liệu mang lại các lợi ích cơ bản như:

Tổ chức và quản lý dữ liệu: các cơ sở dữ liệu có khả năng tổ chức và quản lý

dữ liệu một cách tối ưu Việc truy xuất và truy nhập dữ liệu, do đó, được thực hiện nhanh chóng, đặc biệt là trong môi trường có nhiều người sử dụng

An toàn dữ liệu: các cơ sở dữ liệu có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu thông

qua các cơ chế bảo mật cao

Phục hồi dữ liệu: là khả năng của các cơ sở dữ liệu có thể phục hồi được các

dữ liệu bị mất do hư hỏng hệ thống

2.4 PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU

Các HTTTĐL cần cung cấp các khả năng phân tích và xử lý dữ liệu của hệ thống, bao gồm các dữ liệu địa lý và phi địa lý (dữ liệu chuyên đề)

Cogo (COmputational GeOmetry) là tập hợp các phép tính cơ bản về các đại

lượng hình học như tính chiều dài, khoảng cách, hướng, góc (hình vẽ 10)

Hình vẽ 10 Các đại lượng COGO cơ bản

Khoảng cách giữa 2 điểm:

2

2 ( ))

u v

u v uv

x x

y y a

Xây dựng vùng đệm: Xây dựng vùng đệm là bài toán, cho trước một đối

tượng hình học (điểm, đường hoặc mặt), yêu cầu xác định (xây dựng) một

vùng không gian chứa các điểm có khoảng cách đến đối tượng đã cho nhỏ hơn

1 giá trị xác định Bài toán dạng này hay được gặp khi tính toán quy hoạch Ví

dụ, khi quy hoạch xây dựng một tuyến đường qua một khu phố, bằng phép toán xây dựng vùng đệm, người kỹ sư có thể xác định được các nhà cần phải được giải toả - tức là các nhà nằm trong vùng đệm của tuyến đường đang quy hoạch (hình 11)

Vung dem

Duong chuan

Hình vẽ 11 Vùng đệm

Xây dựng lưới tam giác Đây là các thuật toán quan trọng trong các

HTTTĐL Một ứng dụng điển hình của thuật toán này là mô hình cao độ số (digital elevation model - DEM) hoặc mô hình địa hình số (digital tarrain model - DTM) Với một tập hợp điểm cho trước, thuật toán này cho phép xây dựng một bề mặt phản ánh tương đối trung thực hình thái của khu vực chứa tập hợp điểm trên Phương pháp phổ biến cho thuật toán này là phương pháp

Tam giác Delaunay Phương pháp này dựa trên một số quy ước sau:

o 3 điểm tạo thành 1 tam giác khi hình tròn ngoại tiếp tam giác đó không chứa bất cứ 1 điểm nào khác

o Các tam giác của miền được tạo thành không có phần chồng lên nhau

o Toàn bộ miền là một đa giác lồi

o Sự phân bố các tam giác duy nhất, không phụ thuộc vào quá trình xử

lý của hệ thống

Hình vẽ 12 Tập hợp điểm

0 5

4

3

2 1

Hình vẽ 13 Phương pháp Delaunay