ứng dụng hệ thống thông tin địa lý và viễn thám trong khai thác thủy sản

Bố cục bài giảng chia làm 4 chương: Chương 1: Giúp người học nắm bắt những kiến thức cơ bản về GIS bao gồm: ñịnh nghĩa; thành phần cơ bản và chức năng của GIS; mô hình dữ liệu; phép chi

PHẠM VĂN THÔNG

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VIỄN THÁM TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN

Nha Trang, tháng 3 năm 2010

THÔNG TIN MÔN HỌC

1 Tên môn h c:

- Tiếng Việt: Ứng dụng hệ thống thông tin ñịa lý và viễn thám trong khai thác Thủy sản

- Tiếng Anh: The application of Geographical Information Systems (GIS) and

Remote Sensing (RS) to fishing technology

2 Số ñơn vị học trình: 02 (30 tiêt)

3 Phân bố thời gian:

Lý thuyết: 20 tiết Bài tập: 0

- Giúp người học nắm vững những kiến thức cơ bản về GIS và RS

- Giúp người học biết sử dụng phần mềm ArcView và Envi trong chuyên môn

- Giúp người học tự tin, năng ñộng khi thực hiện các chủ ñề thảo luận

6 Tóm tắt nội dung học phần:

Cung cấp những kiến thức cơ bản về GIS, RS và hướng dẫn cách sử dụng một

số phần mềm GIS, RS ñược áp dụng trong lĩnh vực khai thác thủy sản

7 Nhiệm vụ của sinh viên:

Tham dự tại lớp, chuẩn bị chủ ñề thảo luận, có bài kiểm tra, bài thi kết thúc

8 Tài liệu:

- Bài giảng ứng dụng GIS và RS trong khai thác thủy sản – Phạm Văn Thông – Đại học Nha Trang (lưu hành nội bộ)

- 02 CD dữ liệu thực hành, 02 CD phần mềm, 01 CD hướng dẫn

- Một số tài tham khảo ñược in và cung cấp cho người học

9 Tiêu chuẩn ñánh giá:

- Kiểm tra và báo cáo chủ ñề: 30 %

- Thi cuối học kỳ: Thi viết, tỷ trọng ñiểm thi tính 70%;

10 Thang ñiểm:

Thang ñiểm Tỷ lệ % bài làm phải hoàn thành

7 ÷ cận 8 (Khá) 70 ÷ 79%

6 ÷ cận 7 (Trung bình khá) 60 ÷ 69%

11 Tài liệu tham khảo:

1 GIS Căn bản; Trần Trọng Đức; NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh; 2002

2 GIS Đại cương (phần thực hành); Trần Vĩnh Phước (chủ biên); NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh; 2003

3 Viễn thám căn bản; Trần Trọng Nhất, Nguyễn Kim Lơi; NXB Nông Nghiệp; 2009

4 Viễn thám; Lê Văn Trung; NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh; 2005

5 Thực hành viễn thám; Lê Văn Trung (chủ biên); NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh; 2006

6 Hệ thống thông tin ñịa lý – phần mềm ArcView 3.3; Nguyễn Kim Lợi (chủ biên); NXB Nông Nghiệp; 2007

7 Thực hành hệ thống thông tin ñịa lý – phần mềm MapInfo 9.0 + ArcView 3.3a; Nguyễn Kim Lợi, Vũ Minh Tuấn; NXB Nông Nghiệp; 2008

8 Geographic Information Systems in fisheries management and planning; G de Graaf, F.J.B Marttin, J Aguilar-Manjarrez & J Jenness; FAO; 2003

9 The application of remote sensing technology to marine fisheries: an introductory manual; M.J.A Butler, M.-C Mouchot, V Barale, C LeBlanc; FAO

MỞ ĐẦU

Hầu hết quốc gia có biển ñều công nhận tầm quan trọng của ngành Thủy sản ñối với nền kinh tế ñất nước Trong ñó lĩnh vực khai thác Thủy sản ñóng vai trò rất lớn cho nền kinh tế quốc dân cũng như kim ngạch xuất khẩu sản phẩm thủy sản khai thác

Do nhu cầu của con người ngày một tăng, nên áp lực khai thác Thủy sản ngày càng lớn Để khai thác một cách có hiệu quả nguồn tài nguyên ấy thì việc ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào hoạt ñộng sản xuất là ñiều hết sức cần thiết

Bài giảng biên soạn nhằm giới thiệu cho người học những kiến thức cơ bản về GIS, RS và ứng dụng của chúng vào lĩnh vực Khai thác Thủy sản Những ứng dụng này giúp cho việc khai thác và bảo vệ nguồn lợi một cách hữu hiệu nhất Hơn thế nữa bài giảng còn ñưa ra một số vấn ñề giúp người học tự nghiên cứu ñể thảo luận nhằm tăng tính năng ñộng và sáng tạo của người học

Bố cục bài giảng chia làm 4 chương:

Chương 1: Giúp người học nắm bắt những kiến thức cơ bản về GIS bao gồm: ñịnh nghĩa; thành phần cơ bản và chức năng của GIS; mô hình dữ liệu; phép chiếu và

hệ tọa ñộ trong GIS; những ứng dụng của GIS trong các hoạt ñộng kinh tế xã hội; lịch

sử phát triển của GIS

Chương 2: Giúp người học biết sử dụng phần mềm ArcView cho công việc chuyên môn thông qua phần hướng dẫn sử dụng ArcView và chuẩn bị chủ ñề thảo luận tại lớp Chương 3: Giúp người học nắm bắt những kiến thức cơ bản về RS bao gồm: ñịnh nghĩa; nguyên lý làm việc và những thành phần trong RS; các yếu tố ảnh hưởng ñến năng lượng sóng ñiện từ và phản xạ phổ; người học chọn ñược ảnh vệ tinh từ những vệ tinh chuyên dụng cho mục ñích chuyên môn; lịch sử phát triển RS

Chương 4: Giúp người học biết sử dụng phần mềm Envi cho công việc chuyên môn thông qua phần hướng dẫn sử dụng Envi và chuẩn bị chủ ñề thảo luận tại lớp Đây là lĩnh vực mới và lần ñầu tiên biên soạn nên bài giảng không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận ñược những ñóng góp của ñồng nghiệp và những người quan tâm ñến lĩnh vực này

Chân thành cảm ơn !

Nha Trang, tháng 3 năm 2010

Tác giả

Phạm Văn Thông

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ ẢN VỀ GIS 8

1 Định nghĩa GIS 8

2 Các thành phần cơ bản của GIS 9

3 Chức năng của hệ GIS 12

3.1 Nh#p d& li)u (thu thập d& li)u) 12

3.2 L'u tr& và quản lý 1

3.3 Phân tích d& liệu 1

3.4 Xuất (trình bày) dữ liệu 18

4 Mô hình dữ liệu GIS 18

4.1 Mô hình dữ liệu vector 18

4.2 Mô hình dữ liệu raster 22

4.3 Chuyển ñổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster 24

4.4 Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector 2

4 Mô hình TIN 2

5 Hệ tọa ñộ ñịa lý và hệ tọa ñộ quy chiếu 28

.1 Hệ tọa ñộ ñịa lý 28

.2 Hệ tọa ñộ quy chiếu 30

6 Lịch sử phát triển 33

7 Ứng dụng GIS vào một số lĩnh vực 34

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG GIS TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN 37

1 Khởi ñộng với Arcview 3.2 37

2 Các khái niệm sử dụng trong Arcview 3.2 39

3 Giao diện và các công cụ sử dụng chính trong phần mềm Arcview 40

3.1 Các t ( ttons) 40

3.2 Các công cụ(t  ) 41

4 Bắt ñầu ArcView và chèn một Theme 42

5 Mở Project ñã có sẵn 43

6 Thay ñổi giao diện thể hiện ở khung nhìn 44

6.1 Thay ñổi màu sắc legend 44

6.2 Thay ñổi số lượng lớp trong legend 44

6.3 Thay ñổi giá trị phân lớp 4 

6.4 Lưu và sử dụng legend 4

6. Lựa chọn và sử dụng các loại biểu ñồ 46

6.6 Thể hiện 2 nhân tố trên một Theme 47

7 Kết nối dữ liệu với ñịa phương 48

7.1 Kết nối bảng dữ liệu với vùng 48

7.2 Liên kết sản lượng ñánh bắt của các huyện với bản ñồ ranh giới của chúng 

8 Hiệu chỉnh và tính toán dữ liệu trong bảng 54

9 Sự khác nhau giữa vùng và ñiểm 56

10 Điểm và ñộ 56

10.1 Làm việc với kinh ñộ và vĩ ñộ  6

10.2 Đưa dữ liệu vào GIS 

10.3 Thể hiện số lượng và loại ngư cụ 

11 Chuyển ñổi phép chiếu 59

12 Raster dữ liệu 63

12.1 Phân tích không gian 64

12.2 Thiết lập mặc ñịnh cho phân tích không gian và thay ñổi thư mục làm việc 6

12.3 Tạo Plots bề mặt 6

12.4 Nội suy dữ liệu 6

5  ạo lớp mặt nạ ñể phân tích trong GIS 6

13 Sử dụng GIS ñể tính toán lưới 72

13.1 Thực hiện những tính toán bản ñồ 72

13.2 Phân lớp lại    sifying)

14 Nghiên cứu nhằm bảo vệ ñàn cá và tạo khu vực bảo vệ ở Lake Kadim, Pais Pesca 77

14.1 Cách tiến hành 77

14.2 Kiểm ñịnh tương quan giữa hai yếu tố trong Arcview 79

15 Phân tích hồi qui với Avenue trong Arcview 83

16 Phân tích hồi qui với công cụ Grid Regression trong Arcview 86

17 Sử dụng Arcview ñể phân tích nghề cá một số nước 90

CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ ẢN VỀ RS 91

1 Định nghĩa Viễn thám 91

2 Nguyên lý làm việc của RS 91

3 Những thành phần trong RS 93

4 Yếu tố ảnh hưởng ñến năng lượng sóng ñiện từ 94

5 Phân loại ảnh viễn thám 95

6 Tổng thể về vật mang 97

7 Tổng quan bộ cảm biến 100

8 Các yếu tố ảnh hưởng ñến phản xạ phổ 102

9 Các vệ tinh viễn thám 102

9.1 Các vệ tinh khí tượng 103

9.2 Vệ tinh giám sát tài nguyên  

9.3 Ảnh vệ tinh có ñộ phân giải cao 110

9.4 Ảnh vệ tinh thường dùng trong lĩnh vực hải dương học và khai thác thủy sản 110 10 Lịch sử phát triển 111

CHƯƠN ỨNG DỤNG RS TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN 115

1 Ứng dụng RS trong Khai thác Thủy sản 115

1.1 Phương pháp phát hiện cá trực tiếp  

1.2 Phương pháp phát hiện cá gián tiếp   

2 Giới thiệu và hướng dẫn sử dụng phần mềm ENVI 4.3 120

2.1 Giới thiệu phần mềm ENVI 120

2.2 Làm quen với phần mềm ENVI 4.3 123

2.3 Nắn chỉnh hình học ảnh 131

2.4 Một số phương pháp phân loại ảnh viễn thám  

2. Một số thao tác trình bày, biên tập bản ñồ ảnh 148

2 Ghép ả Mosaicking)

2.7 Tr<n ảnh sion) ! "$

3 Phân tích mật ñộ chất diệp lục, nhiệt ñộ nước biển… ở vùng biển Việt Nam phục vụ nghề cá 153

4 Các chủ ñề thảo luận 157

CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ ẢN VỀ

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1 Định nghĩa hệ thống thông tin ñịa lý (Geographical Information Systems-GIS

Thuật ngữ GIS ñược sử dụng rất thường xuyên trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ñịa lý, kỹ thuật tin học, các hệ thống tích hợp sử dụng trong các ứng dụng môi trường, tài nguyên, trong khoa học về xử lý dữ liệu không gian Chính vì những cách tiếp cận khác nhau, nhiều nhà khoa học ñã có những ñịnh nghĩa GIS khác nhau:

Xu-t phát tU lĩnh vực ñịa lý, ñịa chất, môi trường, tài nguyên, … các nhà khoa học ñã sử dụng GIS cho các công trình nghiên cứu của mình ñã ñịnh nghĩa:

- “GIS là hệ thống có chức năng xử lý các thông tin ñịa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết ñịnh trong một lĩnh vực chuyên môn nhất ñịnh” (Pavlidis, 1982)

- “GIS là hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu (CSDL) ñể trả lời câu hỏi về bản chất ñịa lý của các thực thể ñịa lý” (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985)

- “GIS là tập hợp ña dạng các công cụ dùng ñể thu thập, lưu trữ, truy cập, biến ñổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận ñược từ thế giới thực tiễn” (Burroughs, 1986)

Từ những chức năng cần có của một GIS, một số nhà khoa học ñã ñịnh nghĩa:

- “GIS là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian” (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983)

- “GIS là hệ thống quản trị CSDL trên máy tính ñể thu thập, lưu trữ, truy cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian” (NCGIA = National Center for Geographic Information and Analsis,1988)

- “GIS là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu ñịa lý sau: (1) nhập

dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu” (Stan Aronoff, 1993)

- “GIS là một hệ thống tự ñộng thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thiện dữ liệu không gian” (Clarke, 1995)

Theo quan ñiểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học ñã ñịnh nghĩa:

- “GIS là một hệ thống thông tin ñặc biệt với CSDL gồm những ñối tượng, những hoạt ñộng hay những sự kiện phân bố trong không gian ñược biểu diễn như

Mục ñích: Giúp người học nắm bắt một số vấn ñề chính sau:

- Định nghĩa hệ thống thông tin ñịa lý (Geographical Information

Systems – GIS)

- Các thành phần cơ bản và chức năng của GIS

- Mô hình dữ liệu trong GIS

- Phép chiếu và hệ tọa ñộ trong GIS

- Lịch sử phát triển của GIS

- Ứng dụng GIS cho một số lĩnh vực kinh tế - xã hội

những ñiểm, ñường, vùng trong hệ thống máy tính GIS xử lý, truy vấn dữ liệu theo ñiểm, ñường, vùng phục vụ cho những hỏi ñáp và phân tích ñặc biệt” (Dueker, 1979)

- “GIS là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ (subsystems) có khả năng biến ñổi các dữ liệu ñịa lý thành những thông tin có ích” (Calkins và Tomlinson, 1977; Marble, 1984)

- “GIS là một hệ thống thông tin ñịa lý ñược thiết kế ñể làm việc với dữ liệu có tham chiếu tọa ñộ ñịa lý Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ CSDL với những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập hợp những thuật toán ñể làm việc trên dữ liệu ñó” (Star và Estes, 1990)

Từ những ñịnh nghĩa trên cho thấy GIS có những khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi) dùng ñể nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu Trong ñó, CSDL của hệ thống là những dữ liệu về các ñối tượng, các hoạt ñộng, các sự kiện kinh tế, xã hội, nhân văn phân bố theo không gian

Nói cách khác, GIS là một hệ thống máy tính gồm phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi cơ bản: AI, CÁI GÌ, Ở ĐÂU, KHI NÀO, NHƯ THẾ NÀO và TẠI SAO? khi ñược xác ñịnh trước một hoặc vài nội dung trong các câu hỏi ñó Trong ñó, câu trả lời cho các câu hỏi: AI, CÁI GÌ xác ñịnh các ñối tượng, các hoạt ñộng, các sự

kiện cần khảo sát; câu trả lời cho

câu hỏi Ở ĐÂU xác ñịnh vị trí

của ñối tượng, các hoạt ñộng

hoặc các sự kiện; câu trả lời cho

câu hỏi: NHƯ THẾ NÀO hoặc

TẠI SAO là kết quả phân tích

(software), con người (people),

dữ liệu (data) và phương pháp

(method) Năm thành phần này

phải cân bằng, hoàn chỉnh ñể GIS

có thể hoạt ñộng hiệu quả

2.1 Phần cứng

Gồm máy vi tính (Computer), các thiết bị ngoại vi như bàn số hoá (DIGITIZER), máy quét (SCANNER), máy in (PRINTER), máy vẽ (PLOTTER), ñĩa

CD Ngày nay, phần mềm GIS chạy ñược trên nhiều chủng loại phần cứng khác nhau,

từ các máy chủ trung tâm (computer servers) tới các máy tính ñể bàn ñược sử dụng riêng lẻ hoặc nối mạng

Hình 1.1: Thành phần cơ bản của GIS

Hình 1.2: Các thiết bị phần cứng phục vụ GIS ñộc lập

%.2 Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm ñiều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác ñịnh, phần mềm GIS có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm ñược 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 ñổi dữ liệu ñã ở dạng bản ñồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích Ðây là giai ñoạn rất quan trọng cho việc xây dựng CSDL ñịa lý

- Lưu trữ và quản lý CSDL (Geographic database): Lưu trữ và quản lý CSDL

ñề cập ñến phương pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin thuộc tính (attributes) của các ñối tượng ñịa lý (ñiểm, ñường ñại diện cho các ñối tượng trên bề mặt trái ñất) Hai thông tin này ñược tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính

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

- Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu ñưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản ñồ (MAP), bảng biểu (TABLE), biểu ñồ, lưu ñồ (FIGURE) ñược thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ

- Biến ñổi dữ liệu (Data transformation): Biến ñổi dữ liệu gồm hai lớp ñiều hành nhằm mục ñích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến ñổi dữ liệu có thể ñược 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 thông tin ñược thiết kế phụ thuộc vào mục ñích của ứng dụng ñó

Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á

là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:

• Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin ñịa lý: ACR/INFO, SPAN,ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI

• Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin ñịa lý: MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,

ER-Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của ñơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau

2.3 Dữ liệu

Dữ liệu ñược sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu ñịa lý (geo-referenced data) riêng lẻ mà còn phải ñược thiết kế trong một CSDL Những thông tin ñịa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí ñịa lý, (2) thuộc tính của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và (4) thời gian Có 2 dạng số liệu ñược sử dụng trong kỹ thuật GIS là:

- CSDL bản ñồ: là những mô tả hình ảnh bản ñồ ñược số hoá theo một khuôn dạng nhất ñịnh mà máy tính hiểu ñược GIS dùng CSDL này ñể xuất ra các bản ñồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ

• Dữ liệu Vector: ñược trình bày dưới dạng ñiểm, ñường và diện tích, mỗi dạng

có liên quan ñến 1 số liệu thuộc tính ñược lưu trữ trong CSDL

• Dữ liệu Raster: ñược trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật ñều nhau, giá trị ñược ấn ñịnh cho mỗi ô sẽ chỉ ñịnh giá trị của thuộc tính Số liệu của ảnh Vệ tinh và số liệu bản ñồ ñược quét (scanned map) là các loại số liệu Raster

- Số liệu thuộc tính (Attribute): ñược trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu ñể mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về ñịa lý

Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích ñể mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt ñộ, cao ñộ và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu Còn số liệu thuộc tính ñược dùng ñể mô tả CSDL

Có nhiều cách ñể 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

2.4 Con ng, *i

Con người là yếu tố quyết ñịnh sự thành công cho sự phát triển một dự án về GIS, họ là các chuyên viên tin học, các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS

Người sử dụng hệ thống là những người sử dụng GIS ñể giải quyết các vấn ñề không gian Họ thường là những người ñược ñào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay GIS chuyên dụng Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản ñồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và ñầu ra các giải pháp cuối cùng ñể truy vấn dữ liệu ñịa lý Thao tác viên hệ thống có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày ñể người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có ñộ phức tạp cao Đôi khi họ còn có trách nhiệm huấn luyện người dùng, họ cũng là người có kinh nghiệm như người sử dụng hệ thống Họ hiểu biết về cấu hình phần mềm và phần

cứng ñể có thể yêu cầu nâng cấp Họ còn làm việc như quản trị hệ thống, quản trị CSDL , an toàn CSDL ñể tránh hư hỏng mất mát dữ liệu

Nhà cung cấp GIS có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống Đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GIS thông qua các hợp ñồng với quản trị hệ thống

Nhà cung cấp dữ liệu có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân Thông thường các công ty tư nhân cung cấp dữ liệu sửa ñổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà nước ñể cho phù hợp với ứng dụng cụ thể Thông thường các cơ quan Nhà nước cung cấp dữ liệu ñược xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể ñược sử dụng trong các

cơ quan, tổ chức khác

Người phát triển ứng dụng là những lập trình viên ñược ñào tạo Họ xây dựng các giao diện người dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên GIS chuyên nghiệp

Chuyên viên phân tích GIS là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống Phần lớn họ là ñội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác ñịnh mục tiêu của GIS trong

cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, ñề xuất kỹ thuật phân tích ñúng ñắn, ñảm bảo tích hợp thắng lợi hệ thống trong cơ quan

2.5 Phương pháp

Là việc phân tích dữ liệu không gian như tạo vùng ñệm, phân tích vùng lân cận, phân tích thống kê không gian…; phân tích và ghi các dữ liệu thuộc tính về biến, tập hơn… Ngoài ra, GIS còn sử dụng các phương pháp nội suy không gian dựa trên ñiểm, vùng, … sử dụng phương pháp ño và tính toán, chuyển hệ tọa ñộ nhằm mục ñích trả lời những câu hỏi ñược ñặt ra hay bài toán cần giải quyết

3 Ch c năng của GIS

3.1 Nhập dữ liệu (thu thập dữ liệu)

Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể dùng trên máy tính

và ghi dữ liệu vào CSDL GIS Nhập dữ liệu là một công việc ñòi hỏi thời gian và công sức và kinh phí (giá thành xây dựng CSDL ban ñầu thường là 5 ÷ 10 lần giá thành phần cứng và phần mềm) Tuy nhiên, tạo một CSDL chính xác và ñầy ñủ là một giai ñoạn cần thiết và quan trọng ñối với việc vận hành GIS Dữ liệu lại sẽ ñược dùng nhiều lần nên việc bỏ nhiều công sức, kinh phí là ñiều hoàn toàn hợp lý và cần thiết

Ta có thể chia việc nhập dữ liệu theo phương thức nhập hay theo nguồn dữ liệu:

Các bản ñồ

hiện có

Quan trắc ño ñạc ngoại nghiệp

Dữ liệu viễn thám

Bàn phím/

chuột

Bàn số hoá

Các tập văn bản

Các máy quét

Các phương tiện ñĩa từ băng từ

Nhập số liệu

- Nguồn tư liệu bản ñồ (bản ñồ số, bản ñồ giấy)

- Nguồn tư liệu viễn thám

- Nguồn dữ liệu ño ñạc, ñiều tra thực tế

Hình 1.3: Mô hình nhập liệu trong GIS

V + dụ: Nhập dữ liệu theo các nguồn dữ liệu khác nhau:

a Nguồn dữ liệu t; bản ñồ số

Quy trình:

- Kiểm tra chất lượng dữ liệu (ñộ chính xác, ñộ phân giải…)

- Kiểm tra tính thích hợp (ñịnh dạng dữ liệu, mức ñộ chi tiết, tính cập nhật, tính tương thích về cơ sở toán)

- Thực hiện các chuyển ñổi (tọa ñộ, lưới chiếu…) nếu cần

- Cho hiển thị, chọn lựa và rút trích những yếu tố cần thiết Sử dụng bản ñồ số

có sẵn có thể ở các mức ñộ khác nhau như:

+ Sử dụng trọn vẹn các lớp (layer)

+ Chọn trích ra một số ñối tượng trong layer ñó tùy theo yêu cầu

- Hoàn chỉnh

b Nguồn dữ liệu từ bản ñồ giấy

Đa số dữ liệu hiện nay là các bản ñồ, sơ ñồ trên giấy Muốn ñưa vào sử dụng trong GIS ta cần phải qua một số thao tác nhập

Quy trình:

- Kiểm tra chất lượng dữ liệu (ñộ chính xác, tỉ lệ…)

- Kiểm tra tính thích hợp (tính cập nhật, tỉ lệ, lưới chiếu)

- Số hóa bản ñồ (chuyển dữ liệu từ dạng giấy sang dạng số) Có thể có hai cách:

+ Dùng bàn số hóa + Dùng máy quét

* Lưu ý : việc lựa chọn cách thức số hoá phụ thuộc vào

Thi?t b= hiện có Cấu trúc dữ liệu ta muốn có Vì mỗi phần mềm chỉ làm việc ñược

với một cấu trúc dữ liệu nhất ñịnh, nên tuỳ theo phần mềm ta sử dụng, ta sẽ chọn cách nhập Nhập bằng bàn số hóa sẽ cho ra dữ liệu vector, nhập bằng máy quét sẽ cho dữ liệu raster Ngoài ra cũng cần lưu ý rằng ta có thể raster hoá (chuyển từ vector sang raster) hoặc vector hoá (chuyển từ raster sang vector) khi cần thiết

- Nhập dữ liệu thuộc tính ñi kèm

- Kiểm tra và hoàn chỉnh

c Nguồn dữ liệu từ ño ñạc, ñiều tra thực tế

Trong thực tế, ngoài các dữ liệu bản ñồ có sẵn, ta còn có thể có những dữ liệu

do ño ñạc, ñiều tra thực tế như:

- Đo ñạc tọa ñộ (máy kinh vĩ, toàn ñạc ñiện tử, máy ñịnh vị (Global Positioning System - GPS…) Ví dụ tọa ñộ ñánh bắt của tàu, chiều dài hành trình và hướng di chuyển của tàu…

- Đo ñạc ñộ sâu vùng khai thác, ñộ sâu luồng, cảng neo ñậu

- Đo, quan trắc các thuộc tính Ví dụ ñộ sâu, chất ñáy khu vực khai thác, sản lượng ñánh bắt ñược, chiều dài lưới …

- Điều tra, thống kê (ví dụ thống kê sản lượng ñánh bắt từng mẻ), …

Quy trình:

- Từ các số liệu về tọa ñộ, số liệu ño ñạc, ta xây dựng ñược các dữ liệu không gian

- Từ các số liệu thống kê, quan trắc… ta nhập vào dữ liệu thuộc tính

Việc quyết ñịnh nhập dữ liệu không gian hay thuộc tính trước phụ thuộc vào

ñặc ñiểm số liệu hiện có Điều quan trọng là phải ñảm bảo mối liên kết giữa

hai thành phần cho từng ñối tượng

* Lưu ý: các kết quả ño ñạc, quan trắc, ñiều tra thực ñịa có thể ñược lưu trữ sẵn

ở dạng số hoặc một vài ñịnh dạng khác Khi ñó ta cần chuyển ñổi cho phù hợp với phần mềm sử dụng Ví dụ, ArcView có thể lấy các dữ liệu thuộc tính có ñịnh dạng XLS (Excel), MDB (Access), TXT (văn bản ASCII)…

Hình 1.4: Mô hình nhập liệu từ dữ liệu ñiều tra từ thực tế

Toạ ñộ Các giá trị, số liệu thống kê

Đối tượng không gian Giá trị thuộc tính

Đảm bảo mối liên kết

d Nguồn dữ liệu từ viễn thám

Dữ liệu viễn thám là dữ liệu thu thập được từ khỏang cách xa

Ảnh viễn thám rất đa dạng về chủng loại, độ phân giải, sĩng…

- Ảnh máy bay Dạng số (digital)

-Ảnh vệ tinh Dạng ảnh (hard copy) Tuỳ theo đặc điểm, độ phân giải…dữ liệu viễn thám cĩ thể được dùng để xây dựng và cập nhật dữ liệu địa lý Để cĩ thể đưa vào sử dụng, cần phải qua quá trình xử

lý ảnh, giải đốn ảnh Đây là một quá trình địi hỏi nhiều phương tiện, kinh nghiệm Tuy nhiên, dữ liệu viễn thám rất cĩ hiệu quả để cập nhật nhanh, thuờng xuyên các dữ liệu trên pham vi rộng

Hình 1.5: Mơ hình nhập liệu từ nguồn viễn thám

3.2 Lưu trữ và quản lý

Dữ liệu trong GIS là một dạng dữ liệu khá phức tạp (cĩ phần khơng gian và phần thuộc tính, chia thành nhiều layer theo nội dung) và thường cĩ số lượng lớn Vì vậy, việc quản lý dữ liệu GIS là một vấn đề hết sức khĩ khăn và phứt tạp cần giải quyết Các dữ liệu khơng gian cĩ thể ở dạng raster hay vector tùy phần mềm Đối với

dữ liệu thuộc tính thì khuynh hướng hiện nay là dùng mơ hình quan hệ

Hình 1.6: Mơ hình lưu trữ và quản lý dữ liệu Người ta sử dụng nhiều phương thức quản lý CSDL GIS khác nhau tuỳ theo điều kiện cụ thể:

Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu được lưu trữ trong các tập tin dữ liệu khơng gian và phi khơng gian

Các phần mềm ứng dụng GIS truy xuất dữ liệu từ 2 CSDL riêng đĩ là CSDL khơng gian và CSDL thuộc tính

Sử dụng hệ quản trị CSDL thuộc tính cĩ sẵn làm nịng cốt, phát triển thêm phần quản lý CSDL khơng gian

Dữ liệu viễn

Dữ liệu khơng gian (raster)

Giải đốn ảnh

Dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu khơng gian

Ngay từ đầu phát triển hệ quản trị CSDL cĩ khả năng xử lý dữ liệu khơng gian

và phi khơng gian trong cùng một CSDL

Hình 1.7: Mơ hình cơng cụ lưu trữ và quản lý dữ liệu

3.3 Phân tích dữ liệu

Chức năng phân tích khơng gian là điểm đặc biệt của GIS, làm cho nĩ khác

với nhiều hệ thơng tin khác

Các chức năng phân tích của GIS rất nhiều và khác nhau Người ta cĩ thể phân chia các chức năng phân tích của GIS:

- Theo k t quả đạt đuợc bài tốn cần giải quyết (thể hiện mật độ, thể hiện

cấp độ phân cấp, tìm kiếm trong phạm vi, xác định biến động…) – (kiểu chia của ESRI)

-Theo đối tượng thao tác (dữ liệu thuộc tính, dữ liệu khơng gian, dữ liệu thuộc

tính kết hợp dữ liệu khơng gian) - (theo Stan Aronoff)

-Theo nguyên lý hoạt động (phép lân cận, phép nội suy, phép liên kết…)

Một phần mềm GIS cĩ thể đảm bảo – hoặc khơng bảo đảm tất cả các chức năng phân tích Hơn nữa phần mềm GIS thường chỉ cung cấp “cơng cụ”, “lệnh” thao tác cụ thể Người sử dụng trước hết phải hiểu rõ “GIS” cĩ thể làm được gì (tức là GIS cĩ thể cĩ các chức năng phân tích gì?), sau đĩ hiểu rõ phần mềm cụ thể mình dùng cĩ được các chức năng/ lệnh nào để giải quyết việc đĩ, sau đĩ là kết hơp nhiều thao tác/ lệnh khác nhau để thực hiện bài tốn phân tích khơng gian trong GIS

Rất nhiều khi một phần mềm khơng thể đáp ứng tất cả các yêu cầu, thao tác, ta

sẽ cần sử dụng phối hợp các cơng cụ/ phần mềm khác hỗ trợ một giai đoạn nào đĩ để

đi đến kết quả mong muốn (Mỗi phần mềm thường cĩ một thế mạnh và hạn chế riêng)

Phần mềm

ứng dụng Gis

Cơ sở dữ liệu

không gian &

thuộc tính

Phần mềm cho quản lý dữ liệu không gian

DBMS cho quản lý dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu thuộc tính

DBMS do người dùng thiết kế

Phần mềm ứng dụng Gis

Phần mềm ứng dụng Gis

Phần mở rộng DBMS để chứa dữ liệu không gian DBMS trên thị trường

Phần mềm ứng dụng Gis

Cơ sở dữ liệu không gian &

thuộc tính

Cơ sở dữ liệu không gian & thuộc tính

Hình 1.8: Cách ñặt bài toán ñể cho GIS giải quyết

Ta sẽ biết cụ thể chức năng cơ bản của GIS tại chương 2 thông qua việc sử dụng phần mềm ArcView

Các chức năng phân tích cơ bản

Ø Làm việc với dữ liệu không gian

Các chức năng xử lý dữ liệu không gian là những chức năng biến ñổi dữ liệu không gian như:

- Chuyển ñổi ñịnh dạng (raster hoá, vector hoá, chuyển ñịnh dạng giữa các phần mềm)

Ví d@: dữ liệu ñược xây dựng trong phần mềm ArcView có ñịnh dạng (.SHP), nếu ta muốn sử dụng trong MapInfo thì phải thực hiện chuyển ñổi (công cụ Universal Translator trong MapInfo giúp ta làm vi ệc này)

- Chuyển ñổi hình học (các phép nắn chỉnh hình học, tọa ñộ, ví dụ như nắn ảnh

theo ñiểm khống chế, dịch chuyển tọa ñộ)

- Chuyển ñổi lưới chiếu (chuyển ñổi các hệ tọa ñộ, lưới chiếu mà bản ñồ sử dụng…)

- Hiệu chJnh hình học từng các ñối tượng (làm trơn, ráp biên )

- Nắn chỉnh tọa ñộ: ñể ñưa về tọa ñộ ñúng (dùng các ñiểm khống chế, dịch chuyển…)

- Xuất ra một phần mềm trung gian: Ví dụ từ Arcview xuất qua MapInfo và

ngược lại, hoặc từ MapInfo xuất qua AutoCad và ngược lại

Ø Làm việc với dữ liệu thuộc tính

Các dữ liệu thuộc tính trong GIS thường ñược quản lý theo mô hình quan hệ (dạng bảng) Ta có thể thực hiện các xử lý, phân tích với dữ liệu thuộc tính này như làm việc với một CSDL thông thường

Chỉnh sửa:

. Chỉnh sửa cấu trúc bảng dữ liệu

* Chỉnh sửa nội dung dữ liệu thuộc tính

/ Truy v0n vBi d7ng chuW 8 9 :tructured Query Language> :QL)

Ø Làm việc với dữ liệu không gian kết hợp thuộc tính

Các chức năng xử lý, phân tích dữ liệu không gian kết hợp với thuợc tính là một ñiểm ñặc biệt của GIS

• Định vị – hiển thị

• Thực hiện các phép ño ñạc

• Phân loại – hiển thị

• Các phép chồng lớp (Overlay) bao gồm: phép hợp (Union), phép giao

4 Mô hình dữ liệu GIS

Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS:

- Mô hình dữ liệu vector (Modelling with vector data)

- Mô hình dữ liệu raster (Modelling with taster data)

- Mô hình lưới tam giác không ñều (Triangulated Irregular Network – TIN)

4.1 Mô hình dữ liệu vector

Mô hình dữ liệu vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp của chúng Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở bao gồm: ñiểm, ñường, vùng Các thực thể sơ ñẳng ñược hình thành trên cơ sở các vector hay tọa ñộ của các ñiểm trong một hệ trục tọa ñộ nào ñó

Loại thực thể cơ sở ñược sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức ñộ khái quát Với bản ñồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố ñược biểu diễn bằng ñiểm; ñường ñi, sông ngòi ñược biểu diễn bằng ñường Khi tỷ lệ thay ñổi kéo theo sự thay ñổi về thực thể biểu diễn Thành phố lúc này sẽ ñược biểu diễn bởi vùng có ñường ranh giới Khi tỷ lệ lớn hơn, thành phố có thể ñược biểu diễn bởi tập các thực thể tạo nên các ñối tượng

nhà cửa, ñường sá, các trình tiện ích,… Nói chung mô hình dữ liệu vector sử dụng các

ñoạn thẳng hay các ñiểm rời rạc ñể nhận biết các vị trí của thế giới thực

Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi

chúng là các ñặc trưng (feature) Các feature ñược biểu diễn bằng các ñối tượng hình

học: ñiểm, ñường, vùng Các biểu diễn này áp dụng cho những ñối tượng ñơn có hình dạng và ñường bao cụ thể

Trong cách biểu diễn này, người ta

ñiểm, ñường, hay vùng Các feature

class tương ñương với một lớp trên

bản ñồ

Feature Dataset: là tập các feature

class hay tập hợp các lớp trên cùng một

hệ tọa ñộ Feature dataset tương ñương

với một bản ñồ

4.1.1 Các thành phần dữ liệu:

Trong feature dataset, mỗi ñiểm ñược

lưu dưới một tọa ñộ ñơn tương ứng;

ñường ñược lưu dưới một chuỗi các

ñiểm có tọa ñộ x, y cho trước; vùng

ñược lưu thành một tập các ñiểm có tọa

ñộ x, y xác ñịnh những ñoạn thẳng và

ñóng kín

iểm biểu diễn các feature

không có miền bao hay ñộ dài, nhiều

khi nó biểu diễn các feature có kích

thước quá nhỏ so với tỷ lệ của bản ñồ

Đường dùng ñể biểu diễn các

feature có chiều dài xác ñịnh nhưng

không có miền bao hay những feature

rất hẹp so với tỷ lệ bản ñồ

Vùng ñược dùng ñể biểu diễn

các feature có miền bao xác ñịnh: ruộng

ñất, ao, hồ hay các ñơn vị hành chính…

Hình 1.12: Đối tượng vùng trên bản ñồ

Hình 1.9: Bản ñồ với mô hình dữ liệu Vector

Hình 1.10: Đối tượng ñiểm trên bản ñồ

Hình 1.11: Đối tượng ñường trên bản ñồ

Hình 1.13: Biểu diễn các ñiểm, ñường và vùng trong mô hình vector

4.1.2 Các phép toán phân tích không gian trên

mô hình Vector

GIS cung cấp rất nhiều phép toán phân

tích không gian trên mô hình dữ liệu vector Các

phép toán này dựa trên cơ sở so sánh logic tập

các ñối tượng này với tập ñối tượng khác

a Phép toán tạo vùng ñệm (Buffer)

Cho trước một ñối tượng và một giá trị

khoảng cách, phép toán buffer sẽ tạo ra một

vùng ñệm là một vùng bao phủ xung quanh tất

cả các ñiểm mà khoảng cách từ chúng ñến ñối

tượng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách ñề ra

b Phép toán khác (Difference)

Cho trước hai ñối tượng giao nhau là ñối

tượng cơ sở và ñối tượng so sánh Phép toán

difference sẽ tạo ra một ñối tượng mới trong ñó

giữ nguyên phần của ñối tượng cơ sở không nằm

trong ñối tượng so sánh

c Phép toán cắt (Clip)

Cho trước một ñối tượng và một hình chữ

nhật Phép toán clip sẽ tạo ra một ñối tượng mới

bằng cách cắt ñối tượng ñầu vào theo hình chữ nhật

Hình 1.14: Kết quả buffer

Hình 1.15: Kết quả Difference

Hình 1.16: Kết quả Clip

d Phép toán giao (Intersect)

Cho trước hai ñối tượng Phép toán

intersect sẽ tạo ra một ñối tượng mới chính là

phần giao giữa hai ñối tượng

e Phép toán tạo ñường bao (Convex hull)

Cho trước một ñối tượng, phép toán convex hull sẽ tạo ra một ñối tượng mới là một vùng bằng cách nối tất cả các ñiểm ở biên của ñối tượng ñó Nói cách khác, ñây là vùng nhỏ nhất bao kín ñối tượng

f Phép toán tạo ñối tượng từ phần

khác nhau (Symmetric difference)

Phép toán symmetric difference sẽ

tiến hành so sánh vị trí hai ñối tượng và tạo

ra một ñối tượng mới từ hai ñối tượng ban

ñầu và bỏ ñi phần giao giữa chúng

g Phép toán cắt (Cut)

Cho một ñường cong và một ñối

tượng, phép toán cut sẽ tách ñối tượng này

thành hai phần nửa phải và nửa trái theo

hướng của ñường cong Điểm và tập hợp

ñiểm không ñược áp dụng

h Phép toán gộp /cộng (Union)

Phép toán này tiến hành so sánh vị trí

tương ñối của hai ñối tượng và trả về một

ñối tượng trên cơ sở hợp hai ñối tượng ban ñầu

Mô hình dữ liệu vector cho ta nhiều thao tác hơn trên các ñối tượng so với mô hình raster Việc tính diện tích, ño khoảng cách của các ñối tượng ñược thực hiện bằng các tính toán hình học từ tọa ñộ của các ñối tượng thay vì việc tính toán trên các ñiểm ảnh của mô hình raster Các thao tác trong

Hình 1.17: Kết quả Intersect

Hình 1.18: Kết quả Convex hull

Hình 1.19: Kết quả Symmetric difference

Hình 1.20: Kết quả Cut

Hình 1.21: Kết quả Union

mô hình này nói chung thường chính xác hơn Thí dụ, tính diện tích, chu vi của một vùng nào ñó trên cơ sở ña giác sẽ chính xác hơn việc ñếm các ñiểm ảnh trên bản ñồ có các phép chiếu khác nhau Một số thao tác ở mô hình này cũng thực hiện nhanh hơn như tìm ñường ñi trong mạng lưới giao thông dựa trên lý thuyết ñồ thị Tuy nhiên, ở một số thao tác khác thì mô hình này sẽ chậm hơn so với mô hình raster, chẳng hạn khi thực hiện nạp chồng các lớp của bản ñồ, các thao tác vùng ñệm

Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở quan sát ñối tượng của thế giới thực Quan sát các ñặc trưng theo hướng ñối tượng là phương pháp tổ chức thông tin trong các GIS ñể ñịnh hướng các hệ thống quản trị CSDL Chúng tối ưu trong việc lưu trữ số liệu bản ñồ vì chỉ cần lưu các ñường biên của các ñặc trưng mà không cần phải lưu toàn bộ vùng của chúng Do các thành phần ñồ họa biểu diễn các ñặc trưng của bản ñồ liên kết trực tiếp với các thuộc tính của CSDL nên người dùng dễ dàng tìm kiếm và hiển thị các thông tin từ CSDL

4.2 Mô hình dữ liệu raster

Mô hình raster biểu diễn các ñặc trưng ñịa lý bằng các ñiểm ảnh (pixel) Dữ liệu raster gắn liền với dữ liệu dạng ảnh hoặc dữ liệu có tính liên tục cao Dữ liệu raster có thể biểu diễn ñược rất nhiều các ñối tượng từ hình ảnh bề mặt ñất ñến ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh quét và ảnh chụp Định dạng dữ liệu raster rất ñơn giản nhưng hỗ trợ rất nhiều kiểu dữ liệu khác nhau

.2.1 Nguồn dữ liệu raster

Ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay, ảnh quét, ảnh chụp Trong ñó ảnh chụp từ vệ tinh là cách lấy dữ liệu tốn kém nhất nhưng lại có ý nghĩa to lớn trong việc nghiên cứu tình hình biến ñổi của các sự vật trên trái ñất theo thời gian Ảnh chụp từ máy bay giúp ta vẽ bản ñồ một cách chi tiết

Hình 1.22: Ảnh chụp từ máy bay Hình 1.23: Biến ñổi dữ liệu vector sang raster

4.2.2 Các thành phần dữ liệu

Raster ñược tạo nên bởi một mảng 2 chiều các ñiểm ảnh hay ô (cell) Ô là một

ñơn vị ñồng nhất biểu diễn một vùng xác ñịnh trên trái ñất Các ô ñều có cùng kích thước Gốc tọa ñộ của hệ ñược ñặt tại ô nằm tại ñỉnh góc trái Mỗi ô ñược xác ñịnh bởi chỉ số dòng và chỉ số cột, ñồng thời nó chứa một số nguyên (hoặc số thực) biểu diễn kiểu hay giá trị thuộc tính xuất hiện trên bản ñồ

Kích thước của ô trong raster phụ thuộc nhiều vào ñộ phân giải dữ liệu Ô phải

có kích thước ñủ nhỏ ñể có thể thu thập ñược chi tiết dữ liệu, nhưng cũng phải có kích thước ñủ lớn ñể có thể phân tích dữ liệu một cách thuận tiện

Giá trị của ô sẽ ñịnh nghĩa các nhóm, lớp tại vị trí của ô Ô tại những ñiểm có cùng một giá trị xác ñịnh một vùng, miền Các ô trong cùng một miền không cần phải liên kết với nhau Khi một số nguyên ñược chỉ ñịnh cho một tập các ô, thì số nguyên này có thể là mã phân biệt giữa các nhóm ô Điều này tạo nên một quan hệ một - nhiều giữa mã và các ô có cùng giá trị Ví dụ các ô có giá trị là 400 ñược gán mã là 4, các ô

có giá trị 500 ñược gán mã là 5 Mã này có thể xuất hiện nhiều lần trong raster, nhưng chỉ xuất hiện một lần trong bảng giá trị thuộc tính (hình 1.24) Bảng này lưu các giá trị thuộc tính cho mã, ñiều này giúp việc cập nhật ñơn giản hơn Một thay ñổi nhỏ của giá trị thuộc tính sẽ làm thay ñổi cách thể hiện của hàng trăm ñối tượng trên bản ñồ

Hình 1.24: Mảng ô và bảng thuộc tính Mỗi ô trong một raster ñều có một giá trị Giá trị này biểu diễn một trong bốn kiểu dữ liệu sau:

- Biến tên (Nominal): một giá trị thuộc kiểu dữ liệu nominal sẽ xác ñịnh một thực thể từ một thực thể khác Những giá trị này ñược phân loại ñể tạo thành các nhóm Trong mỗi nhóm, thực thể ñịa lý sẽ liên kết với ô tại vị trí của ô ñó Nominal ñược dùng trong rất nhiều kiểu mã như mã chất lượng nước, loại nước…

- Biến thứ tự (Ordinal): một giá trị thuộc dữ liệu ordinal sẽ xác ñịnh vị trí của một thực thể so với các thực thể khác như thực thể ñược ñặt ở vị trí thứ nhất, thứ hai, hoặc thứ ba Nhưng các giá trị này không thiết lập tỷ lệ tương quan giữa các thực thể Chúng ta không thể suy luận ñược thực thể này lớn hơn, cao hơn hay nặng hơn thực thể khác bao nhiêu

- Biến thời gian (Interval): một giá trị thuộc dữ liệu interval biểu diễn một phép

ño trên một tỷ lệ như thời gian trong ngày Những giá trị này nằm trên một tỷ lệ xác ñịnh và không liên hệ với một ñiểm thực nào

- Biến tỷ lệ (Ratio): một giá trị thuộc kiểu ratio có thể biểu diễn một phép ño trên một tỷ lệ với một ñiểm cố ñịnh và mang ý nghĩa

4.2.3 Biểu diễn ñiểm, ñường và vùng trong raster

Trong cấu trúc dữ liệu raster, ñiểm có thể ñược biểu diễn bằng một ô, ñường ñược biểu diễn bởi một tập các ô có hướng xác ñịnh, ñộ rộng của ñường bằng chiều rộng của một ô, vùng ñược biểu diễn bởi một dãy các ô nằm kề sát nhau

Hình 1.25: Biểu diễn các ñối tượng cơ sở trong raster Mặc dù có thể xác ñịnh các ñiểm, ñường và vùng trong raster một cách trực quan, nhưng nếu muốn tương tác với các ñối tượng này hiệu quả, cách tốt nhất là chuyển ñổi chúng từ dữ liệu raster sang dữ liệu vector

4.3 Chuyển ñổi CSDL dạng vector và raster

Việc chọn lựa cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng Đối với hệ thống vector, thì dữ liệu ñược lưu trữ sẽ chiếm diện

tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, ñồng thời các ñường ñồng mức

(Contour) sẽ chính xác hơn hệ thống raster Ngoài ra cũng tùy vào phần mềm máy tính ñang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay raster Tuy nhiên ñối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì nhất thiết phải sử dụng dưới dạng raster Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy nó ñòi hỏi quá trình biến ñổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, hay còn gọi là raster hoá Biến ñổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector hoá, ñặc biệt cần thiết khi tự ñộng quét ảnh Raster hoá là tiến trình chia ñường hay vùng thành các ô vuông (pixel) Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixel ñể tạo thành ñường hay vùng Nếu dữ liệu raster không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng ñối tượng

sẽ rất phức tạp (thí dụ ảnh vệ tinh)

Hình 1.26: Sự chuyển ñổi dữ liệu giữa raster và vector (Nguồn : Tor Bernhardsen, 1992)

Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong khơng gian raster trùng khớp với vị trí của điểm, đường, đường cong hay đa giác trong biểu diễn vector Tổng quát, tiến trình biến đổi là tiến trình xấp xỉ vì với vùng khơng gian cho trước thì mơ hình raster sẽ chỉ cĩ khả năng địa chỉ hố các vị trí tọa độ nguyên Trong

mơ hình vector, độ chính xác của điểm cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống tọa độ bản đồ cịn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm tốn học

4.4 Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector

Thuận lợi

- Cấu trúc dữ liệu đơn giản

- Chồng các lớp dễ dàng, đơn giản

- Thể hiện biến đổi không gian dễ dàng,

đơn giản

- Thao tác nhập liệu đơn giản, dễ thực

hiện các thao tác xử lý, nâng cao chất

- Dữ liệu chiếm nhiều bộ nhớ

- Khó diễn đạt quan hệ không gian topology

- Hiển thị đồ họa khó nhìn hơn (phụ thuộc

độ phân giải)

- Cấu trúc dữ liệu phức tạp hơn

- Chức năng chồng lớp thực hiện phức tạp hơn

- Hiển thị biến đổi không gian phức tạp hơn

- Không phù hợp với dữ liệu ảnh viễn thám

4 5 Mơ hình TIN

Các ứng dụng mơ hình hố địa

hình địi hỏi phương pháp biểu diễn độ

cao so với bề mặt nước biển Cĩ rất nhiều

mơ hình biểu diễn bề mặt thực hiện cơng

việc này, trong đĩ mơ hình “lưới tam giác

khơng đều” - gọi tắt là mơ hình TIN được

đánh giá là hiệu quả nhất

TIN cĩ khả năng biểu diễn bề mặt

liên tục từ những tập hợp điểm rời rạc Về

mặt hình học, TIN là tập các điểm được

nối với nhau thành các tam giác Các tam

giác này hình thành nên bề mặt 3 chiều

Hình 1.27: Bản đồ với mơ hình dữ liệu TIN

Các ñiểm ñược lưu trữ cùng với giá trị gốc chiếu của chúng Các ñiểm này không cần phải phân bố theo một khuôn mẫu nào và mật ñộ phân bố cũng có thể thay ñổi ở các vùng khác nhau Một ñiểm bất kỳ thuộc vùng biểu diễn sẽ nằm trên ñỉnh, cạnh hoặc trong một tam giác của lưới tam giác Nếu một ñiểm không phải là ñỉnh thì giá trị hình chiếu của nó có ñược từ phép nội suy tuyến tính (của hai ñiểm khác nếu ñiểm này nằm trên cạnh hoặc của ba ñiểm nếu ñiểm này nằm trong tam giác) Vì thế mô hình TIN là

mô hình tuyến tính trong không gian 3 chi ều có thể ñược hình dung như sự kết nối ñơn giản của một tập hợp các tam giác

Ta có thể lưu trữ sơ ñồ của TIN bằng danh sách liên kết ñôi hoặc cấu trúc tứ phân Cả hai phương pháp này ñều mô tả cấu trúc hình học tô pô của bản ñồ chia nhỏ

Sự mô tả này chấp nhận tất cả các thao tác duyệt cần thiết ñể ñạt hiệu quả Trong mô hình TIN ta có thể xây dựng mô hình cấu trúc mạng ñể giải quyết các bài toán về mô tả ñường, vì nó là một trường hợp ñặc biệt của bản ñồ chia nhỏ

Hình 1.28: Mô hình cấu trúc mạng của TIN

Đường ñi này ñược lưu vào không gian nhớ trong ñó mỗi tam giác t, cạnh e và ñỉnh v sẽ cố một bản ghi mô tả ñặc trưng của chúng Bản ghi của tam giác t có 3

trường con trỏ Các con trỏ này trỏ

ñến các bản ghi của các cạnh gắn

liền với t Bản ghi mô tả cạnh e có 4

trường con trỏ, trong ñó 2 con trỏ

ñến hai tam giác gắn liền với nó còn

hai con trỏ khác trỏ ñến hai ñỉnh tạo

nên nó Bản ghi của ñỉnh v có ba

trường lưu giá trị, ñó là tọa ñộ x, y

và giá trị hình chiếu của nó

Các thành phần của TIN

Mô hình TIN có thể biểu

diễn: ñiểm, ñường và vùng Hình 1.29: Biểu diễn TIN từ các ñối tượng cơ bản

klines: là các ñoạn thẳng nối với nhau mà ở ñó bề mặt của ñịa hình có sự

thay ñổi ñột ngột

Exclusion area: biểu diễn các bề mặt có cùng ñộ cao

Project boundary: có thể tách bề mặt ra ngoài một vùng nào ñó Việc này rất

quan trọng trong tính toán giá trị

ước 1: Thu thập các ñiểm cùng với tọa ñộ x, y, z của chúng bằng các thiết bị

chụp, hệ thống GPS… Thu thập các ñường breakline biểu diễn khu vực mà hình dạng

bề mặt thay ñổi ñột ngột Xác ñịnh các miền có cùng ñộ cao so với mặt nước biển gọi

là Exclusion area

ước 2: Từ các dữ liệu về ñiểm và ñường trên, phần mềm GIS sẽ tạo ra một

mạng các tam giác tối ưu nhất, tức là các tam giác trong mạng càng ñều càng tốt

Hình 1.30: Mô hình phân bố ñiểm của TIN

ước 3: Mỗi tam giác ta coi là một

bề mặt với ñộ dốc xác ñịnh

Theo cách xây dựng này, ta có

thể tính toán ñược ñộ cao (so với mặt

biển) tại một ñiểm có tọa ñộ x, y bất

kỳ bằng cách xác ñịnh vị trí tam giác

ñầu tiên sau ñó nội suy theo chiều cao

của nó

Mô hình TIN rất hiệu quả

trong xây dựng bề mặt Mật ñộ của

ñiểm trên bề mặt tỷ lệ với ñộ biến ñổi

của ñịa hình Những bề mặt bằng

phẳng tương ứng với mật ñộ ñiểm

thấp và những ñịa hình ñồi núi có mật

ñộ ñiểm cao

Phương pháp xây dựng TIN từ các ñối tượng hình học cơ bản

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu cách xây dựng TIN từ ñiểm (point), ñường ranh giới ñịa hình thay ñổi ñột ngột (breakline) và vùng (polygon)

Hình 1.31: Bề mặt ñiểm của TIN

Hình 1.32: Mô hình TIN các dạng ñối tượng

Hiển thị bề mặt trong TIN

Có nhiều cách ñể mô tả trực quan bề mặt trong TIN Ta có thể ứng dụng TIN trên bản ñồ 2 chiều trong ñó ta dùng màu sắc ñể thể hiện: ñộ cao, ñộ dốc, hướng Để hiển thị 3 chiều, ta dùng các phần mềm hỗ trợ như ArcInfor của ESRI Phần mềm cho phép ta nhìn các bề mặt ở nhiều góc nhìn khác nhau với các hình ảnh, ñường mức ñược gấp thành các nếp

5 Hệ tọa ñộ ñịa lý và hệ tọa ñộ quy chiếu

Vị trí của vật thể trong không gian ñều phải gắn liền với một hệ tọa ñộ Trong GIS, ñể biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ tọa ñộ: hệ tọa ñộ ñịa

lý và hệ tọa ñộ quy chiếu

Hệ tọa ñộ ñịa lý là hệ tọa ñộ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái ñất làm cơ sở Một ñiểm ñược xác ñịnh bằng kinh ñộ và vĩ ñộ của nó trên mặt cầu

Hệ tọa ñộ quy chiếu là hệ tọa ñộ hai chiều thu ñược bằng cách chiếu dữ liệu bản

ñồ nằm trên hệ tọa ñộ ñịa lý về một mặt phẳng

Vì ñây là hệ tọa ñộ gắn liền với trục trái ñất nên ñể xác ñịnh vị trí của ñối tượng người ta chia bề mặt trái ñất thành các ñường kinh tuyến và vĩ tuyến Kinh tuyến là các ñường cong cách ñều nhau chạy qua hai ñiểm cực Bắc và Nam, vĩ tuyến là các ñường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái ñất Giao ñiểm giữa kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới

Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai ñường quan trọng nhất ñược lấy làm gốc tọa ñộ ñó là: vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là ñường xích ñạo và kinh tuyến chạy qua vùng Greenland nước Anh Giao ñiểm giữa hai ñường này là gốc tọa ñộ Hai ñường này cũng ñồng thời chia trái ñất làm 4 phần bằng nhau: nửa Bắc và Nam nằm phía trên và dưới của ñường xích ñạo; nửa Đông và Tây nằm ở phía bên phải và trái của kinh tuyến gốc

Một ñiểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai

giá trị tọa ñộ là kinh ñộ và vĩ ñộ ñược xác

ñịnh như trong hình vẽ trên Giá trị này có

thể ñược ño bằng ñộ theo cơ số 10 hoặc theo

ñộ, phút, giây

Miền giá trị của vĩ ñộ: -900 ÷ 900

Kinh ñộ: -1800 ÷ 1800

Chú ý: chỉ trên ñường xích ñạo thì khoảng

cách một ñộ của vĩ tuyến mới bằng khoảng

cách một ñộ trên kinh tuyến Trên các vĩ

tuyến khác khoảng cách này khác nhau rất

nhiều Người ta tính rằng một ñộ trên kinh

tuyến dài khoảng 111,321 km trong khi 600

trên vĩ tuyến chỉ có ñộ dài 55,802 km Chính

vì sự khác nhau này nên ta không thể ño chính xác ñược chiều dài và diện tích của ñối tượng khi dữ liệu bản ñồ ñược chiếu lên mặt phẳng

Mặt cầu và mặt Ellipsoid

Trong hệ tọa ñộ ñịa lý có hai bề mặt hình cầu ñược sử dụng ñó là: mặt cầu

(tuyệt ñối) và mặt Ellipsoid

Vì bề mặt của trái ñất của ta không phải là hình cầu tuyệt ñối mà nó gần với

hình Ellipsoid nên mặt Ellipsoid thường ñược dùng ñể biểu diễn Tuy nhiên ñôi khi

người ta cũng sử dụng mặt cầu ñể công việc tính toán dễ dàng hơn Khi tỷ lện bản ñồ rất nhỏ < 1:500.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt cầu và

mặt Ellipsoid là không thể phân biệt

ñược bằng mắt thường Lúc này, mặt

cầu ñược dùng Nhưng khi tỷ lệ >

Nếu mặt cầu dựa trên hình tròn thì mặt Ellipsoid lại có cơ sở là hình Ellip Hình Ellip ñược xác ñịnh 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 ñược hình Ellipsoid Kích thước và hình dạng của Ellipsoid ñược xác ñịnh bởi bán trục lớn a và bán trục

C.2 Hệ tọa ñộ quy chiếu

Để thuận tiện cho sử dụng

người ta phải nghiên cứu cách thể

hiện bề mặt trái ñất lên trên mặt

phẳng của bản ñồ Do ñó phải thực

hiện phép chiếu bề mặt cong của trái

ñất lên mặt phẳng và hệ tọa ñộ quy

chiếu ra ñời Hệ tọa ñộ này luôn lấy

hệ tọa ñộ ñịa lý làm cơ sở

Hệ tọa ñộ quy chiếu ñược ñặc

trưng bởi hai trục x theo phương

ngang và y theo phương thẳng ñứng

Gốc tọa ñộ là giao ñiểm của hai trục

này Hai trục giao nhau ñồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ tọa ñộ ñịa lý Một ñiểm trên mặt ñược xác ñịnh ñược xác ñịnh bởi cặp giá trị (x, y)

Hình 1.36: Minh họa cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng

Hình 1.35: Mặt phẳng hệ tọa ñộ quy chiếu

Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái ñất 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 tọa ñộ ñịa lý theo một hình trụ ñứng Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các ñiểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, ñồng 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 ñã thay ñổi khá nhiều (biến dạng), co lại hoặc dãn ra Càng xa ñường xích ñạo thì sự biến dạng càng lớn Điều này gây nên sự thay ñổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian

Sau ñó người ta dùng các công thức toán học ñể tương ứng tọa ñộ của bề mặt cong lên tọa ñộ mặt phẳng chiếu

Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản ñồ khác nhau nên việc sử dụng phép chiếu nào là dựa vào mục ñích của bản ñồ và ñộ chính xác của dữ liệu

Các phép chiếu cơ bản:

Trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản và thường ñược sử dụng

nhất ñó là phép chiếu với mặt chiếu: mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng

phương vị

Bước ñầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các ñiểm tiếp xúc Các ñiểm tiếp xúc này ñược gọi là các tiếp ñiểm hay là tiếp tuyến (trong trường hợp là ñường thẳng) Các ñiểm này có vai trò rất quan trọng, vì ñộ biến dạng của phép chiếu trên những ñiểm này bằng không Độ biến dạng sẽ tăng khi khoảng cách giữa ñiểm chiếu và ñiểm tiếp xúc tăng

Hình 1.37: Mặt chiếu hình nón

Càng xa vĩ tuyến chuẩn ñộ biến dạng càng tăng Do ñó ñể tăng ñộ chính xác người ta cắt bỏ phần ñỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này Phép chiếu này thường ñược dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình chạy qua và hướng theo chiều Đông - Tây

Mặt hình trụ

Giống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một ñường thẳng tiếp tuyến Khi sử dụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tùy thuộc vào vị trí tương ñối của mặt trụ so với mặt cầu:

Hình trụ ñược ñặt theo phương thẳng ñứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một vị

tuyến, thường là ñường xích ñạo Gọi là phép chiếu Mercator

Hình trụ ñược ñặt theo phương nằm ngang, ñường thẳng tiếp xúc là một kinh

tuyến Gọi là phép chiếu Transverse

Hình trụ ñặt xiên và tiếp xúc với mặt cầu theo một ñường tròn có bán kính lớn

nhất (bằng với bán kính ñường xính ñạo) Gọi là phép chiếu Oblique

Phép chiếu thường ñược sử dụng nhất là Mercator Trong phép chiếu này, các ñường kinh tuyến sẽ ñược chiếu thành những ñường thẳng ñứng cách ñều nhau, các ñường vĩ tuyến sẽ trở thành những ñường nằm ngang khoảng cách không ñều nhau; tăng dần về phía hai cực Do ñó 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 ñược kết quả

Hình 1.38: Mặt chiếu hình trụ

Mặt phẳng phương vị

Hình 1.39: Các vị trí của mặt phẳng phương vị

Là phép chiếu dữ liệu bản ñồ lên một mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu Điểm tiếp xúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại ñường xích ñạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằm giữa Vị trí của ñiểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương ñối 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 ñơn giản nhất và cũng hay dùng nhất Trong phép chiếu này, các ñường kinh tuyến sẽ ñược chiếu thành một chùm ñường thẳng giao nhau ở ñiểm cực, vĩ tuyến là các ñường tròn có cùng tâm

là cực của mặt cầu Góc giữa các ñường kinh tuyến ñược bảo tồn

6 L ch sử phát triển

Thu thập dữ liệu vị trí phân bố không gian trên bề mặt ñất từ lâu ñã là các hoạt ñộng quan trọng trong xã hội loài người Từ xa xưa các nhà hàng hải, các nhà ñịa lý thu thập dữ liệu này, sau ñó các họa ñồ viên can vẽ lại, tô màu ñể trở thành bản ñồ Ban ñầu bản ñồ chỉ ñược sử dụng ñể diễn tả những vị trí cụ thể trợ giúp người ta ñịnh hướng trong không gian dựa trên những hiểu biết của người xây dựng “bản ñồ” “Bản ñồ” vào giai ñoạn này mang tính chủ quan, gần ñúng phụ thuộc nhiều khả năng, kiến thức của người xây dựng nên nó Đến thế kỷ 18, nhu cầu về quản lý biên giới, lãnh thổ trở nên cấp bách thì các quốc gia bắt ñầu thực hiện công tác vẽ bản ñồ một cách có hệ thống Vấn ñề dữ liệu bản ñồ ñã mang tính toàn cầu, vì vậy nó phải ñược xác ñịnh một cách chính xác và khách quan Sự ra ñời các phương pháp lập bản ñồ và tính toán tọa

ñộ thông qua các hệ lưới chiếu là một bước nhảy vọt của bản ñồ học, lúc này bản ñồ ñã ñược thành lập một cách khoa học, có hệ thống và với ñộ chính xác cao (Aronoft,

1989, Nguyễn Đình Dương, 1996, Burrough, 1998, Trần Minh, 2000 )

Thế kỷ 20, nhu cầu về các dữ liệu ảnh hàng không, ảnh viễn thám ñột ngột tăng lên với sự ra ñời các phương pháp chụp ảnh lập thể Cũng như bất kỳ ngành khoa học nào khác, bước ñi ñầu tiên của công việc nghiên cứu là liệt kê, quan sát, phân loại, và lưu trữ Phương pháp phân loại ảnh không thể tránh ñược một khối lượng lớn các chỉ tiêu cho các dữ liệu phức tạp Mô tả ñịnh lượng rất khó khăn do khối lượng dữ liệu và thiếu vắng các chỉ tiêu mẫu từ quan trắc thực ñịa Hơn nữa, không có ñủ bộ công cụ toán học tương ứng ñể mô tả các giá trị ñịnh lượng biến thiên Năm 1930 xuất hiện lần ñầu tiên phương pháp thống kê và phân tích chuỗi Tuy nhiên chỉ ñến những năm 60, người ta mới có công cụ máy tính ñể thực hiện ñược các phương pháp trên Bản ñồ học ñược bắt ñầu phát triển trên máy tính, tuy nhiên vào thời kỳ này nó chỉ hạn chế trong công việc trợ giúp vẽ và in bản ñồ Đối với ngành bản ñồ truyền thống, máy tính không thay ñổi phương pháp làm bản ñồ - lưu trữ thông tin Từ năm 1977, các thử nghiệm sử dụng máy tính trong công tác bản ñồ có những bước tiến rõ rệt, có thể kể ñến những ưu thế của nó so với các phương pháp lập bản ñồ truyền thống, ñó là:

- Tăng ñáng kể tốc ñộ làm việc với bản ñồ

- Giá thành hạ

- Làm cho bản ñồ gần gũi với mục ñích sử dụng của người dùng

- Có thể làm bản ñồ khi không cần kỹ xảo hoặc vắng kỹ thuật viên

- Có các khả năng biểu diễn khác nhau cho cùng một dữ liệu

- Dễ dàng cập nhật dữ liệu mới

- Có khả năng phân tích tổng hợp các dữ liệu thống kê và bản ñồ

- Hạn chế sử dụng bản ñồ in do ñó hạn chế tác hại làm giảm chất lượng dữ liệu

- Có khả năng thành lập các bản ñồ mà rất khó làm bằng tay như: bản ñồ 3 chiều

Do ñó có nhiều công việc trùng nhau và có nhiều công việc phải phối hợp từ nhiều ngành (liên ngành) ñược giải quyết bằng một hệ thống chung, liên kết nhiều dạng xử lý số liệu không gian Thực tế thì các hệ thống kể trên ñều chỉ ra rằng cần phải phát triển một tập các công cụ ñể thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến ñổi và hiển thị các

dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục ñích cụ thể Tập các công cụ kể trên ñược gọi là Hệ thống Thông tin Địa lý (Geographical Information

Systems – GIS)

Từ những năm cuối thập niên 80 của thế kỷ 20, GIS mới bắt ñầu thâm nhập vào Việt Nam qua các dự án hợp tác quốc tế Tuy nhiên, cho ñến giữa thập niên 90, GIS mới có cơ hội phát triển tại Việt Nam GIS ngày càng ñược nhiều người biết ñến như một công cụ hỗ trợ quản lý trong các lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường, quản lý ñất ñai, quản lý quy hoạch phát triển kinh tế xã hội… Hiện nay, nhiều cơ quan nhà nước và doanh nghiệp ñã và ñang tiếp cận cộng nghệ thông tin ñịa

lý (công nghệ GIS) ñể giải quyết những bài toán của cơ quan mình

7 ng dụng GIS vào một số lĩnh vực

Vì GIS ñược thiết kế như một hệ thống chung ñể quản lý dữ liệu không gian, nó

có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển ñô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch ñô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, ñiều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản ñồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS ñóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết ñịnh cho việc lập kế hoạch hoạt ñộng

Khai thác Thủy sản

Trong lĩnh vực này GIS góp phần giúp các nhà quản lý ñịnh lượng và quy hoạch ñược bến cảng, cảng cá, khu neo ñậu tàu cá hay số lượng tàu phù hợp với ngư trường và ñịa phương GIS giúp giám sát tàu cá hoạt ñộng trên biển và hỗ trợ thông tin cho tàu cá chạy tránh bão nhanh chóng, chính xác Ngoài ra, GIS còn giúp chúng ta d ự báo ñược sự di cư của cá, dự báo ñược mùa vụ và vùng khai thác cho từng ñối tượng Chúng ta còn có thể sử dụng GIS ñể quản lý các khu bảo tồn biển, quản lý hệ sinh thái ven biển, xây dựng hệ thống quản lý và ñánh giá nghề cá, GIS còn hỗ trợ quản lý nguồn lợi và ña dạng sinh học biển…

Môi trường

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng ñã phát triển trong những tổ chức quan tâm ñến môi trường Với mức ñơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS ñể ñánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS ñể mô hình hóa các tiến trình xói mòn ñất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với ñối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức

năng phân tích phức tạp thì mơ hình dữ liệu dạng ảnh (raster) cĩ khuynh hướng chiếm

ưu thế

D h E tượng thuF văn

Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục

vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đốn các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đĩ đưa ra các biện pháp phịng chống kịp thời vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mơ hình dữ liệu khơng gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế

cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

Y tế

Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS cịn

cĩ thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ như, nĩ chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa

vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên CSDL giao thơng GIS cũng cĩ thể được sử dụng như là một cơng cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

Chính quyền địa phương

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu khơng gian nhiều nhất Tất cả các

cơ quan của chính quyền địa phương cĩ thể cĩ lợi từ GIS GIS cĩ thể được sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng cĩ thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thơng GIS cịn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

Giao thơng

GIS cĩ khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thơng rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây cĩ

sự quan tâm ñến một lĩnh vực mới là ứng dụng ñịnh vị trong vận tải hàng hải, và hải

ñồ ñiện tử Loại hình ñặc trưng này ñòi hỏi sự hỗ trợ của GIS

Các ngành ñiện, nước, gas, ñiện thoại

Một tổ chức dù có nhiệm vụ lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới, vận chuyển hay cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn công cộng

và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì công nghệ GIS luôn ñóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng thông tin ñịa lý một cách hiệu quả nhằm ñáp ứng các yêu cầu hoạt ñộng và mục ñích chương trình của

tổ chức ñó

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN

Hiện nay, có rất nhiều phần mềm GIS trên thị trường với những chức năng và tính ứng dụng khác nhau Những phần mềm có thể ứng dụng trong lĩnh vực Khai thác Thủy sản như MapInfo, ArcGis, Arcview, … Trong khuôn khổ thời gian và chương trình môn học, tôi sẽ giới thiệu ñến chúng ta phần mềm Arcview bởi nó có một số ñặc ñiểm sau:

- Chiếm ít dụng lượng bộ nhớ khi cài ñặt vào máy tính, dễ dàng sử dụng

- Phục vụ tốt cho các ứng dụng GIS và bản ñồ

- Cho phép tạo CSDL hoặc kết nối dữ liệu từ những CSDL khác ñể từ ñó thực hiện các thao tác như hiển thị, truy vấn, phân tích và tổ chức dữ liệu ñịa lý

- Sử dụng Visua Basic hay Avenue lập trình giao diện cho Arcview dễ dàng

1 Khởi ñộng với Arcview 3.2

Có 3 cách khởi ñộng Arcview 3.2 sau khi ñã cài ñặt vào máy tính:

a Vào Start / Programs / ESRI / ArcView GIS 3.2 / ArcView GIS 3.2

Hình 2.1: Khởi ñộng Arcview 3.2

b Nhấp ñôi vào biểu tượng trên

Desktop

c Vào Start / Run / Browse và tìm ñến

biểu tượng chương trình / chọn và nhấp OK

Hình 2.2: Khởi ñộng Arcview 3.2 (cách 3)

Mục ñích:

- Người học biết cách sử dụng phần mềm Arcview 3.2

- Thực hiện phần thảo luận với các chủ ñề về ứng dụng hệ thống thông tin ñịa lý trong khai thác Thủy sản

Khi ñó màn hình khởi ñộng sẽ hiện ra như hình

Hình 2.3: Màn hình lựa chọn loại project cần mở

Ta có thể chọn 1 trong 3 cách trên rồi nhấn OK hoặc Cancel không chọn Khi Cancel màn hình ñược thể hiện như hình

Hình 2.4: Màn hình tổng thể Arcview

2 Các khái niệm sử dụng trong Arcview 3.2

Dự án (Project)

Khi làm việc với Arcview, chúng ta phải thường xuyên làm việc cùng một lúc với nhiều bảng dữ liệu khác nhau Việc phải mở lại các chủ ñề, tạo lại các biểu ñồ, trang in ở mỗi lần làm việc mất nhiều thời gian Trong Arcview trang bị chức năng Project, với chức năng này chúng ta có thể lưu lại công việc của mình và tự ñộng hóa việc mở cùng một lúc các công việc ñã ñược thực hiện trước ñó

Project là nơi lưu lại tất cả những công

việc thực hiện trên Arcview Một Project (hình

2.5) chứa các chức năng như khung nhìn

(views), bảng biểu (tables), trang in (layouts)

và kịch bản (scripts) mà chúng ta thường sử

dụng khi xây dựng một ứng dụng riêng biệt

trên Arcview hay tập các ứng dụng có liên

quan Khi lưu một Project, Arcview sẽ tạo ra

một tập tin có phần mở rộng Apr, tập tin này

lưu trữ ñường dẫn chỉ ñến vị trí của những tập

tin trong một Project trên ñĩa Bằng cách này,

công việc của chúng ta sẽ ñược lưu trữ tại một

Trong mỗi View có một bảng nội dung (table of contents - TOC) liệt kê danh

sách tên các chủ ñề (theme) Ngoài ra, Arcview sử dụng TOC ñể kiểm soát việc hiển thị của các Theme

Hình 2.5: Khung Project

Chủ ñề - Theme

Bảng nội dung -Table

of Content (TOC)

Hình 2.6: Thông tin chính trong View

TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN

Hiện nay, có nhiều phần mềm GIS thị trường với chức tính ứng dụng khác Những phần mềm ứng dụng lĩnh vực Khai. .. sản 110 10 Lịch sử phát triển 111

CHƯƠN ỨNG DỤNG RS TRONG KHAI THÁC THỦY SẢN 115

1 Ứng dụng RS Khai thác Thủy sản 115

1.1 Phương pháp phát cá trực tiếp... ẢN VỀ

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1 Định nghĩa hệ thống thơng tin địa lý (Geographical Information Systems-GIS

Thuật ngữ GIS ñược sử dụng thường xuyên nhiều