Ứng dụng hệ thống GIS quản lý dữ liệu khống chế địa chính cấp sở

Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là điều kiện tồn tại và phát triển của con người cùng các sinh vật khác trên trái đất. Hiện tại và trong tương lai, công nghệ thông tin phát triển mạnh giúp con người giải quyết rất nhiều vấn đề trong kinh tế xã hội. Để đáp ứng và khai thác tốt công nghệ này trong ngành quản lý đất đai thì phải có sự đổi mới mạnh mẽ trong tổ chức quản lý cũng như chất lượng thông tin. Điều này có ý nghĩa rất lớn khi mà hiện nay công tác quản lý đất đai đang là vấn đề thời sự đang là sự quan tâm của các ngành và toàn xã hội. Tất cả các thông tin về đất đai đều phải đầy đủ, chính xác và kịp thời.

3 Nội dung của đề tài

4 Cấu trúc luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CSDL GIS

1.1 Lịch sử hình thành phát triển

1.2 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý GIS

1.2.1 Khái niệm về GIS

1.2.2 Thành phần của GIS

1.2.3 Chức năng của GIS

1.2.4 ứng dụng của GIS

1.3 giới thiệu về CSDL GIS

1.3.1 Dữ liệu GIS và tổ chức CSDL GIS

1.3.2 Cấu trúc CSDL trong GIS

1.4 Các đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS

1.4.1 Khả năng chồng nắp của bản đồ

1.4.2 Khả năng phân loại các thuộc tính

1.4.3 Khả năng phân tích

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CSDL KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH

2.1 Khái niệm về bản đồ và các đại lượng đo

2.5.1 Xây dựng nội dung CSDL khống chế địa chính

2.5.2 Quy định về hệ quy chiếu tọa độ cho dữ liệu KCDC

2.5.3 Quy trình công nghệ xây dựng CSDL khống chế địa chính

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỮ LIỆU

KCDC CHO MỘT KHU VỰC

3.1 Giới thiệu về khu vực thực nghiệm

3.2 Vài nét về CSDL KCDC của thành phố Buôn Mê Thuột

3.3 Xây dựng CSDL KCDC của thành phố Buôn Mê Thuột3.3.1 Dữ liệu đầu vào

3.3.2 Chuẩn hóa dữ liệu bản đồ

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2 Geographic Information System GIS

Bảng 2.4 Nội dung xây dựng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp biên giới địa giới

Bảng 2.5 Nội dung xây dựng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp giao

thông Bảng 2.6 Nội dung xây dựng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp thủy văn

Bảng 2.7 Nội dung xây dựng dữ liệu thuộc tính nền địa lý lớp địa hình

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của GIS

Hình 1.2 Các thiết bị cơ bản của GIS

Hình 1.3 Ba kiểu hình học cơ bản

Hình1.4.a Hình1.4.b Các đối tượng trong Geodatabase Các định dạng Geodatabase

Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Bản đồ dữ liệu dạng vector Bản đồ dữ liệu dạng rastor Nguyên lý chồng nắp các bản đồ

Hình 1.8 Chồng nắp các bản đồ theo phương pháp cộng

Hình 1.9 Một ví dụ trong việc chồng nắp các bản đồ

Hình 1.10 Bản đồ vùng đệm với các khoảng cách khác nhau

Hình 1.11 Nội suy khoảng cách vùng đệm đến dòng sông

Hình 3.1 Bản đồ hành chính tỉnh Dak Lak giới thiệu khu vực thực nghiệm là thành phố Buôn Mê Thuột Hình 3.2 Nhập bản đồ số vào ArcGIS Hình 3.3 Bảng exel dữ liệu điểm địa chính cơ sở Hình 3.4 Nhập dữ liệu thuộc tính cho lớp “diemdiachinhcoso” Hình 3.5 Bảng thuộc tính của lớp “diemdiachinhcoso” Hình 3.6 Hiển thị nhãn đối tượng Hình 3.7 CSDL khống chế địa chính thành phố Buôn Ma Thuột Hình 3.8 Chọn điểm khống chế địa chính theo địa phận

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đối với mỗi quốc gia, là điều

kiện tồn tại và phát triển của con người cùng các sinh vật khác trên trái đất Hiện tại và trong tương lai, công nghệ thông tin phát triển mạnh giúp con người giải quyết rất nhiều vấn đề trong kinh tế xã hội Để đáp ứng và khai thác tốt công nghệ này trong ngành quản lý đất đai thì phải có sự đổi mới mạnh mẽ trong tổ chức quản lý cũng như chất lượng thông tin Điều này có ý nghĩa rất lớn khi mà hiện nay công tác quản lý đất đai đang là vấn đề thời sự đang là sự quan tâm củacác ngành và toàn xã hội Tất cả các thông tin về đất đai đều phải đầy đủ, chính xác và kịp thời

Dữ liệu địa chính (DLDC) có vai trò quan trọng trong công tác quản lý đất đai Nó là cơ sở của việc đề xuất các chính sách phù hợp và lập ra các kế hoạch hợp lý nhất cho các nhà quản lý phân bổ sử dụng đất, cũng như trong việc ra các quyết định liên quan đến đầu tư và phát triển nhằm khai thác hợp lý nhất đối với tài nguyên đất Trong các nguồn dự liệu địa chính thì dự liệu khống chế địa chính đóng vai trò quan trọng nhằm đảm bảo độ chính xác cho bản đồ địa chính

và các thông tin khác

Trong những năm trước đây dữ liệu địa chính (trong đó có dữ liệukhống chế địa chính) được xây dựng và thành lập bằng nhiều công nghệ khácnhau và được lưu trữ ở cả dạng giấy và dạng số Tùy thuộc vào khả năng của từngđịa phương mà bản đồ và hồ sơ địa chính được thành lập cũng rất đa dạng Bản đồđược lưu ở dạng giấy hoặc các khuôn dạng *.dxf,*.dwg của AutoCAD, *.dgn củaMicroStation

Từ năm 2000 đến nay đã có rất nhiều phần mềm ra đời phục vụ cho côngtác đăng ký đất đai trên cả nước như phần mềm CILIS, PLIS, VILIS, ELIS…Năm 2007, từ khi Bộ Tài nguyên và Môi trường ra quy định sử dụng thống nhấtphần mềm VILIS tại các Sở tài nguyên và môi trường thì việc xây dựng dữ liệu

khống chế địa chính chủ yếu được thành lập bằng phần mềm này Qua đó ta thấy

sự bất cập trong công tác thành lập và quản lý dữ liệu khống chế địa chính, gâykhó khăn cho việc tích hợp dữ liệu khi xây dựng một cơ sở dữ liệu đồng bộ trong

cả nước

Chính vì vậy, việc xây dựng cơ sở dữ liệu khống chế địa chính bằng côngnghệ GIS nhằm phục vụ công tác quản lý dữ liệu khống chế địa chính tại các sởtài nguyên và môi trường theo quy định chuẩn cơ sở dữ liệu địa chính Việt Nam làmột việc làm cấp thiết Xuất phát từ thực tế trên, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề

tài “ Ứng dụng hệ thống GIS quản lý dữ liệu khống chế địa chính cấp sở ”

dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.Nguyễn Quang Minh- Trường đại học Địa chất, Hà Nội

Mỏ-2 Cơ sở khoa học:

Hệ thống thông tin địa lý là công cụ hiện đại và hiệu quả trong lĩnh vực quản

lý dữ liệu Tài nguyên Môi trường, quy hoạch sử dụng đất và quy hoạch phục vụ

thiết kế Hệ thống thông tin địa lý cho phép quản lý và phân tích các thông tin

không gian một cách hiệu quả chính xác, giảm nhẹ công tác văn phòng, giấy tờ

và nâng cao hiệu quả công việc

3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài :

Đề tài sẽ góp phần vào việc đơn giản hóa việc quản lý và sử dụng dữ liệukhống chế địa chính bằng hệ thống GIS Ngoài ra hệ thống GIS sẽ giúp quản lýmột cách thống nhất, chính xác và tránh nhầm lẫn không đáng có trong quá trình

sử dụng dữ liệu khống chế địa chính

4 Mục đích của đề tài :

Nghiên cứu thành lập mô hình cơ sở dữ liệu thông tin địa lý đầy đủ và chitiết trong việc quản lý dữ liệu khống chế địa chính tại các sở tài nguyên và môitrường

5 Nội dung của đề tài:

- Nghiên cứu các văn bản pháp luật, các quy phạm nhà nước về công tác

quản lý lưới khống chế địa chính Từ đó xác định các nhóm thông tin cần thiếtcho công tác quản lý dữ liệu khống chế địa chính

- Tiếp cận hệ thống thông tin địa lý và quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.Tổng quan về khả năng ứng dụng cơ sở dữ liêu hệ thống thông tin địa lý trongcông tác quản lý và ứng dụng dữ liệu khống chế địa chính

- Nghiên cứu thành lập mô hình cơ sở dữ liệu thông tin địa lý dành cho côngtác quản lý dữ liệu khống chế địa chính

6 Cấu trúc luận văn bao gồm;

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 03 chương, kết luận và được trình bày trong 85trang

Luận văn đã được hoàn thành dưới sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn:

TS Nguyễn Quang Minh Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầyhướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này Qua đâytôi cũng xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ môn địa chính và

Bộ môn Trắc địa phổ thông và sai số, Khoa Trắc địa, Phòng Đại học và Sau Đạihọc, Trường Đại học Mỏ địa chất cùng bạn bè đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡtôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Những năm đầu của thập kỉ 60 (1963-1964) các nhà khoa học Canada đãxây dựng hệ GIS đầu tiên với tên gọi “Canada Geographic Information System”được sử dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada Ở thời điểm ban đầunày, hệ GIS được thừa hưởng mọi thành quả trong nghành bản đồ cả về ý tưởngcũng như thành tựu của kĩ thuật bản đồ GIS bắt đầu hoạt động bằng việc thuthập dữ liệu theo định hướng tuỳ thuộc vào mục tiêu đặt ra Tuy nhiên, các thiết

bị máy tính thời đó rất to lớn cồng kềnh việc nhập dữ liệu chậm và khó khăn nênnhững hệ tự động hoá ít khả năng thâm nhập vào thực tế Lúc đó, những phiênbản đầu tiên của hệ thống thông tin địa lý là những phần mền nhập dữ liệu và vẽbản đồ đơn giản, việc xử lý thông tin đồ hoạ còn rất hạn chế

Từ những năm 1960-1980: là thời kì tìm tòi và khám phá về kĩ thuật đồ hoạcủa công nghệ thông tin Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà nhữngkhả năng xử lý đồ hoạ trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện Hàng loạtcác chương trình phần mền xử lý đồ hoạ và các phiên bản đầu tiên của các phầnmền GIS ra đời như phần mền ARC/INFOR

Từ 1980-1990: Công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một côngnghệ có tính thương mại, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạtđộng thực tiễn có sử dụng thông tin không gian, Đặc biệt ở Mỹ, Canada và châu

Âu, người ta đã xây dựng và không ngừng hoàn thiện các chương trình phầnmềm có uy tín quốc tế như ARC/INFOR, PCI, ILWIS, SPAND, IDRISI…

Công nghệ vi điện tử và công nghệ sản xuất máy tính cá nhân (PC) pháttriển mạnh; máy tính trở thành công cụ phổ biến trong mọi hoạt động nghiêncứu, thiết kế và quản lý xã hội Những phần mềm HTTTĐL chạy trên PC ngàycàng phát triển đã làm cho công nghệ HTTTĐL lan truyền nhanh chóng đến cácnước đang phát triển ở châu Á và càng ngày thâm nhập sâu vào lĩnh vực địa lý

và bản đồ

Ở Việt Nam, công nghệ HTTTĐL cũng được ứng dụng và phát triểnnhanh chóng cùng với công nghệ thông tin nói chung Theo các nhà hoạt độngtrong lĩnh vực này, sự hình thành và phát triển công nghệ HTTTĐL ở Việt Nam

có thể chia thành các thời kỳ:

Từ 1980-1985: Bắt đầu nghiên cứu về HTTTĐL

Từ 1985-1994: Tìm tòi và những ứng dụng đầu tiên

Từ 1995 đến nay: Bùng nổ và phát triển

Thời kỳ 1980-1985: là giai đoạn bắt đầu với những hiểu biết sơ bộ và tiếpxúc với HTTTĐL qua các hội thảo quốc tế về công nghệ thông tin và HTTTĐL.Trong giai đoạn này, chúng ta chưa nhập được các chương trình phần mềmmạnh Các phần mềm tự viết và phát triển khả năng đồ hoạ còn rất yếu, chỉ mớigiải quyết được các nhiệm vụ và xuất dữ liệu

Các thiết bị phần cứng còn thiếu thốn và ít Do đó, chúng ta chưa có cácứng dụng cụ thể, song các cơ quan đã bắt đầu quan tâm nghiên cứu về HTTTĐL

và hướng phát triển thành lập, biên tập và sản xuất bản đồ với sự hỗ trợ của máytính điện tử

Công tác đào tạo về HTTTĐL chưa phát triển hội thảo về HTTTĐL chưađược tổ chức, công nghệ này còn chưa được ứng dụng rộng rãi, các ứng dụngmới chỉ mang tính chất thử nghiệm

Thời kì 1985-1994: Những tìm tòi và ứng dụng đầu tiên mới chỉ được thựchiện ở một số chuyên ngành và một số cơ quan ứng dụng cụ thể, trước hết là cơquan nghiên cứu về công nghệ thông tin, tiếp đó là một số cơ quan quản lý tàinguyên như: nông nghiệp, lâm nghiệp, địa chất…

Trong giai đoạn này, những thiết bị phần cứng đã có những tiến bộ lớn, đã

có nhiều máy tính và thiết bị phụ trợ, nhưng giá thành đắt, không phải cơ sở nàocũng mua được, do đó đã hạn chế các ứng dụng tại nhiều cơ quan Tuy nhiên,đối với những nơi được chú trọng phát triển như Viện Công nghệ thông tin, các

công ty máy tính, các dự án, các đề án, các chương trình cấp nhà nước đã bắt đầutriển khai các đề tài, đề án về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ HTTTĐL.

Trong lĩnh vực ứng dụng và sản xuất các chương trình phần mềm, có hai

xu hướng:

- Các chuyên gia lập trình và các chuyên gia của các ngành khác nhau củaViệt Nam phát triển xây dựng các phần mềm HTTTĐL như: POPMAP của VũDuy Mẫn và nhiều người khác (1993), CAPMAP của Lại Huy Phương và công

ty AIC, WINGIS của công ty DOLSOTFT(1995),…

- Mua và sử dụng các phần mềm nước ngoài như MAPINFO,ARC/INFO,MGE (Viện Thông tin lưu trữ và Bảo tàng địa chất, Viện Khoa học

và Công nghệ Địa chính, Viện Địa lý, Trung tâm Viễn thám Geomatic, thuộcTrung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, Viện Thiết kế và quyhoạch nông nghiệp, Trung tâm Tư vấn thông tin Tài nguyên rừng-Viện Điều traquy hoạch rừng-Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn)

Những kết quả nghiên cứu ứng dụng cơ bản của gian đoạn này thuộc cáclĩnh vực: điều tra quy hoạch quản lý các tiểu khu, các loại rừng, thống kê diệntích rừng trong nông nghiệp, xây dựng các bản đồ hiện trạng tài nguyên thiênnhiên, quản lý các thông tin khoáng sản và bản đồ địa chất Nhiều cơ quan đãtiến hành số hoá bản đồ và lưu trữ thông tin chuyên ngành, quản lý dữ liệuchuyên ngành dưới dạng các HTTTĐL Công tác đào tạo về HTTTĐL đã bướcđầu được chú ý song còn mang tính tự phát, nhằm đáp ứng các nhu cầu cụ thểcủa cơ quan, chưa hệ thống, quy mô còn nhỏ Chủ yếu nhằm hướng dẫn sử dụngcác chương trình phần mềm

Thời kì 1995 tới nay: Là giai đoạn phát triển và bùng nổ của HTTTĐLNhờ sự phát triển mạnh mẽ của các công ty máy tính, của các nhà sản xuất vàcung cấp thiết bị tin học, tại Việt Nam đã có mặt các sản phẩm của các nhà sảnxuất thiết bị tin học, tại Việt Nam đã có mặt các sản phẩm của hầu hết các nhà

sản xuất thiết bị máy tính, cần thiết bị máy tính, cần thiết cho các ứng dụngHTTTĐL`như: hãng máy tính IBM, COMPAQ, SUN, ACER, NTEGRAPH …

và các hãng sản xuất các thiết bị ngoại vi: máy quét, bàn số hoá, máy in HP,Epson, CALCOM,…

Một thị trường sôi động về thiết bị công nghệ thông tin đã giúp cho chiphí các phần cứng giảm dần Các cơ quan nghiên cứu và ứng dụng công nghệthông tin có thể trang thiết bị nhập dữ liệu và các thiết bị xuất dữ liệu một cách

dễ dàng

Các phần mềm tiên tiến trong công nghệ HTTTĐL, kết hợp với công nghệviễn thám đều đã có mặt tại Việt Nam Đại lý của các hãng như: MAPINFOR,ACR/INFOR cũng được đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh,… Các phần mềm củaViệt Nam cũng ngày càng được hoàn thiện và phổ cập hơn

Đào tạo về công nghệ HTTTĐL không những được thực hiện trong cáctrường đại học, mà còn được vào chương trình giáo dục phổ thông Đặc biệt,trong chương trình Công nghệ Thông tin của Nhà nước đã có một đã có một dự

án về phát triển HTTTĐL cho các tỉnh của Việt Nam

Công nghệ HTTTĐL không còn là vấn đề của một cơ quan, một đơn vịnghiên cứu, mà đã trở thành một chiến lược của Nhà nước; một công nghệ trong

hệ thống thông tin được Nhà nước quan tâm và khuyến khích phát triển

Cũng từ năm 1995 công nghệ HTTĐL được ứng dụng rộng rãi trong cácngành và trở thành công cụ không thể thiếu cho ngành kinh tế quốc dân.[1]

1.2 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý GIS

1.2.1 Khái niệm về GIS

GIS là từ viết tắt của thuật ngữ: Geographic Information System là hệthống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm “Địa lý, thông tin, hệthống” Cùng với sự hình thành và phát triển của GIS, có nhiều định nghĩa khácnhau được đưa ra

- Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mền GIS nổitiếng, GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềmmáy tính, dữ liệu địa lý và con người được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưutrữ cập nhật , điều khiển, phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin có liênquan đến vị trí địa lý.

- Theo GS.Shunjin Murai, người đã có hơn 40 năm làm việc trong lĩnhvực viễn thám và GIS, GIS là một hệ thống thông tin được sử dụng để nhập, lưutrữ, truy vấn thao tác, phân tích và xuất ra các dữ liệu có tham chiếu địa lý hoặc

dữ liệu địa không gian; hỗ trợ ra quyết định trong việc quy hoạch và quản lý về

sử dụng đất và tài nguyên thiên nhiên, môi trường , giao thông, các tiện ích đôthị và nhiều lĩnh vực quản lý khác

 Định nghĩa: GIS là môt hệ thống thông tin có khả năng xây dựng, cậpnhật, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và xuất ra các dữ liệu có liên quan đến vịtrí địa lý, nhằm hỗ trợ ra quyết định trong các công tác quy hoạch và quản lý tàinguyên thiên nhiên và môi trường

Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nhưng nhìn chung các định nghĩa

về GIS đều có các đặc điểm giống nhau như: bao hàm khái niệm dữ liệu khônggian (spatial data), phân biệt giữa hệ thông tin quản lý Management InformationSystem-MIS và GIS Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản

đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu So với bản đồ thì GIS có lợi thế

là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau Do vậy, GIScho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu

Cho đến nay các quan điểm về GIS đã thống nhất chung như sau:

“HTTTĐL là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùngcác thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý đểphục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định”

Hệ thống phần mềm trong HTTTĐL có thể kết nối thông tin về vị trí địa lý của

sự vật với những thông tin của bản thân sự vật, khác với bản đồ trên giấy,

HTTTĐL có thể tổ hợp nhiều lớp thông tin, mỗi loại thông tin trên bản đồ có thể

tổ hợp nhiều lớp thông tin riêng, người sử dụng có thể bật hoặc tắt các lớp thông tin theo nhu cầu của mình.[1]

1.2.2 Thành phần của GIS

Công nghệ GIS là một hệ thống gồm 5 hợp phần cơ bản với những chứcnăng rõ ràng Đó là: thiết bị, phần mềm, số liệu - dữ liệu địa lý, chuyên viên,chính sách và quản lý

Hình1.2: Các thiết bị cơ bản của GIS

a Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của

vi tính CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiểnsắp đặt phần cứng khác Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm2nhưng nó có khả năng thực hiện hàng triệu thông tin trong một giây

b Bộ nhớ trong (RAM)

Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng giống như “không

gian làm việc” cho chương trình và dữ liệu Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM)

có khả năng giữ một giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian

c Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (Diskette, harddisk, CD-ROM)

Băng từ có tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong

cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ Thuận lợi của dây băng có

từ tính mà nó có thể lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu Sự gia tăng khả năng lưu

trữ thể hiện bằng các đĩa có từ tính Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn và còn ở các đĩa mềm với khả năng giới hạn (2,25inch, với 360 kb hoặc 1,2 Mb hoặc 3,5 inch với 720 Kb hoặc 1,4Mb).

d Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (Input devices)

Sử dụng để đưa dữ liệu vào cơ sở dữ liệu Chúng có thể là: các ổ đọc dữliệu, bàn số hóa dùng để tạo dữ liệu vector, máy quét ảnh dùng để tạo dữ liệuraster, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử, …

e Các bộ phận để in ấn (Output devices)

Sử dụng để hiển thị, trình bày và đưa ra các kết quả xử lý dữ liệu Ngoàicác màn hình máy tính luôn đi cùng với các PC, ở đây chúng tôi muốn nói đếncác thiết bị như: các máy in, các máy vẽ, các ổ ghi CD, các ổ ghi DVD, …

1.2.2.2 Phần mềm

Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tínhthực hiện nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là mộthoặc tổ hợp các phần mềm máy tính Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuậtGIS phải bao gồm tính năng cơ bản sau:

Công cụ nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khíacạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng

số tương thích Đây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng CSDL địa lý

- Lưu trữ và quản lý dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lýCSDL đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính củacác đối tượng địa lý

- Biến đổi dữ liệu (data transfomation): Biến đổi dữ liệu gồm 02 lớp điềuhành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng Biến đổi dữ liệu

có thể thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách táchbiệt hoặc tổng hợp cả hai.

- Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng là yếu

tố rất quan trọng của bất kỳ hệ thống thông tin nào Các giao diện người dùng làmột hệ hống thông tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực châu

Á là ARC/INFO, MAPINFO, IL WIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW, Hiện nay

có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềmnhư sau:

- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO,SPAN, ERDAS-Imagine, IL WIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI,WINGIS,

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

ER-1.2.2.3 Số liệu, dữ liệu địa lý

a Dữ liệu bản đồ

Là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhấtđịnh mà máy tính hiểu được Hệ thống thông tin địa lý dùng CSDL này để xuất

ra các bản đồ trên màn hình hoặc các thiết bị ngoại vi khác

- Dữ liệu Vector: Được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗidạng có liên quan đến một số liệu thuộc tính được lưu trữ trong CSDL

- Dữ liệu Raster: Được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đềunhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính (số liệu của

ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, số liệu bản đồ được quét ảnh là các loại số liệudạng Raster).

b Dữ liệu thuộc tính

Được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số hoặc ký hiệu để mô tả cácthuộc tính của các thông tin thuộc về đối tượng địa lý Trong các dạng số liệutrên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhiều nhất Tuy nhiên số liệu Rasterrất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như nhiệt độ, độ cao, vàthực hiện các phân tích không gian số liệu Còn số liệu thuộc tính được dùng để

mô tả CSDL Có nhiều cách để nhập số liệu nhưng cách thông thường nhất hiệnnay là số hoá (Digitizing) bằng bàn số hoá (Digitizer), hoặc thông qua việc sửdụng máy quét ảnh (Scanner)

1.2.2.4 Chuyên viên

Là một trong những hợp phần rất quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏinhững chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năngphân tích và xử lý các số liệu Đòi hỏi phải thông thạo về việc thực hiện các công

cụ GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang sử dụng và thông hiểu cáctiến trình đang và sẽ thực hiện

1.2.2.5 Chính sách và quản lý

Đây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệthống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS Hệthống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được

bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụngười sử dụng thông tin

Để hoạt động thành công hệ thống GIS phải được đặt trong một khung tổchức phù hợp và phải có hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ vàphân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ GIS theo nhu cầu Hệthống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này cần được

bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống thông tin địa lý GIS một cách có hiệuquả để phục vụ người sử dụng thông tin Trong quá trình hoạt động, mục đíchchỉ có thể đạt được và tính hiệu quả trong kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khicông cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiệnđược những mục tiêu công việc Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chứcnăng có liên quan cũng phải được đặt ra nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIScũng như các nguồn số liệu hiện có

Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóngvai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tốquyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS

Trong phối hợp và vận hành các hợp phần của hệ thống GIS nhằm đưa vàohoạt động có hiệu quả kỹ thuật GIS, 2 yếu tố huấn luyện và chính sách - quản lý

là cơ sở của thành công Việc huấn luyện các phương pháp sử dụng hệ thốngGIS sẽ cho phép kết hợp các phần: Thiết bị, Phần mềm, Chuyên viên và số liệuvới nhau để đưa vào vận hành Tuy nhiên, yếu tố chính sách và quản lý sẽ có tácđộng đến toàn bộ các hợp phần nói trên, đồng thời quyết định đến sự thành côngcủa hoạt động GIS

1.2.3 Chức năng của GIS

Một hệ thống thông tin địa lý có các chức năng cơ bản như: Nhập dữ liệu,lưu trữ dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý vàđưa ra những quyết định Có thể khái quát các chức năng đó như sau:

Nhập và bổ sung dữ liệu : Một trong những chức năng quan trọng củaHTTTĐL là nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc đó không tiến hành riêng rẽ.Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu không

có chức năng đó thì không xem là một HTTTĐL vì chức năng đó là một yêu cầubắt buộc phải có

Chuyển đổi dữ liệu : Chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việcnhập và bổ sung dữ liệu Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyềnbằng cách hạn chế đưa ra các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập Tuy nhiênngười sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệuhiện đang có ở dạng số Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ởnhiều khuôn dạng khác nhau Vì vậy, đối với tư liệu quốc gia, không thể chỉ lưugiữ ở dạng có tính chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khácnhau

Lưu trữ tư liệu : Một chức năng quan trọng của HTTTĐL là lưu trữ và tổchức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu khônggian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ Haiyêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là:

Thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác vàkhông mất thông tin

Thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khácnhau về tỷ lệ, về đơn vị đo thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi mộtcách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả

Điều khiển dữ liệu: Do nhiều HTTTĐL hoạt động đòi hỏi tư liệu khônggian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một sốphương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống

Do đó HTTTĐL phảo đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin khônggian Khả năng điều khiển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm

bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệthống Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêngbiệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính toán và được canthiệp, biến đổi.

Trình bày và hiển thị : Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có củamột HTTĐL Không gian dư ới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lýcần được hiển thị dưới dạng như : chữ và số, dạng bảng biểu hoặc dạng bản đồ.Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ v à số để dễdàng in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau

Phân tích không gian : Trước đây chỉ với 5 chức năng môt tả ở trên làđược tập trung, phát triển bởi nhưng người xây dựng HTTTĐL Chức năng thứsáu là phân tích không gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộcủa công nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng Những địnhnghĩa về HTTĐL trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếpchức năng phân tích không gian Tất cả các chức năng có thể khác nhau đối vớitừng hệ thống song đối với một HTTTĐL sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng

đó là bắt buộc

1.2.4 Ứng dụng của GIS

HTTTĐL được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu khônggian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tựnhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệthống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả, bệnhtật,… Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợquyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động Cụ thể:

1.2.4.1 Trong nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

Theo những chuyên gia về GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứngdụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức đơngiản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường:

- Quản trị rừng: theo dõi sự phân loại, thay đổi…

- Quản trị đường di cư và đời sống của động vật hoang dã

- Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông

- Bảo tồn đất ướt

- Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn

- Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất

- Quản lý chất lượng nước

- Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh

- Xây dựng bản đồ và thống kê chất lượng thổ nhưỡng

- Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai

Ứng dụng GIS với mức độ phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích củaGIS để mô hình hoá các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong môitrường nước hay không khí hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnhhưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượngvùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệudạng ảnh (Raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

1.2.4.2 Trong nghiên cứu điều kiện kinh tế-xã hội

- Quản lý dân số

- Quản lý mạng lưới giao thông: đường thuỷ, đường bộ

- Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục

- Điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng

1.2.4.3 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn

Thổ nhưỡng

- Xây dựng các bản đồ đất và đơn tính đất

- Đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhưỡng

Trồng trọt

- Khả năng thích nghi các loại cây trồng

- Sự thay đổi của việc sử dụng đất

- Xây dựng các đề xuất về sử dụng đất

- Khả năng bền vững của sản xuất nông nghiệp Nông - Lâm kết hợp

- Theo dõi mạng lưới khuyến nông

- Khảo sát nghiên cứu dịch-bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ dại)

- Suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật

Khí tượng thuỷ văn

Trong lĩnh vực này, GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanhphục vụ chống thiên tai: như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoáncác luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt,… từ đó đưa ra các biện pháp phòngchống kịp thời Vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên môhình dữ liệu không gian dạng ảnh (Raster) chiếm ưu thế

Kinh tế nông nghiệp

- Điều tra dân số, nông hộ

- Khảo sát kỹ thuật canh tác

- Xu thế thị trường của cây trồng

- Nguồn nông sản hàng hoá

Phân tích khí hậu

- Hạn hán và các yếu tố thời tiết

- Thống kê

Chăn nuôi gia súc gia cầm

là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xáccao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏinhững dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học,thời tiết và giá trị tài sản

1.2.4.5 Trong lĩnh vực y tế

Ngoại trừ các lĩnh vực đánh giá, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn

có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ như: nó chỉ ra được lộ trình nhanh nhấtgiữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữliệu giao thông GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứudịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật cộng đồng

1.2.4.6 Chính quyền địa phương

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớnnhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất.Tất cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS GIS có thểđược sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất thay thế cho việc hồ sơgiấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trongviệc tái dưỡng nhà cửa và đường giao thông, GIS còn được sử dụng trong cáctrung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

1.2.4.7 Trong lĩnh vực giao thông

GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kếhoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực,nhưng giờ đây có sự quan âm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trongvận tải hàng hải và hải đồ điện tử Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ củaGIS

1.3 Giới thiệu về cơ sở dữ liệu GIS

1.3.1.Dữ liệu GIS và tổ chức CSDL GIS

1.3.1.1 Dữ liệu GIS

Dữ liệu địa lý là dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tínhđược kết hợp với nhau một cách tương ứng Dữ liệu địa lý có thể là các bản đồ

số trên máy vi tính, các mô hình mô phỏng hình dáng bề mặt trái đất, các cơ sở

dữ liệu ảnh bề mặt trái đất Trong đó, bản đồ số là một loại dữ liệu địa lý rấtphổ biến nhưng dữ liệu địa lý không chỉ có mỗi một loại dữ liệu bản đồ số Đây

là điều mà chúng ta cần phân biệt rõ

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thìchúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúngđược thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS cònđược gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng

mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian.Chúng còn khả năng mô tả “ hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng,

số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian

mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình khônggian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thựchiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống

Dữ liệu của GIS là dữ liệu địa lý vì vậy nhiều nơi người ta thường gọi dữliệu địa lý là dữ liệu GIS

Dữ liệu địa lý là dữ liệu lưu trữ thông tin của các đối tượng địa lý Một đốitượng địa lý là một thực thể ngoài thế giới thực có liên quan đến một vị trí trêntrái đất Đối tượng địa lý bao gồm các thông tin sau:

Thông tin về hình học (không gian): là thông tin mô tả vị trí của đối tượng địa lýthông qua tọa độ trong một hệ quy chiếu nhất định Các đối tượng địa lý được

mô hình hoá thành các kiểu đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường vàvùng Một điểm được mô tả bởi một cặp toạ độ x, y Đường được mô tả bằngmột chuỗi các điểm Vùng là một đường khép kín

Hình 1.3 : Ba kiểu hình học cơ bản

Thông tin về thời gian: Là thông tin mô tả các tính chất thời gian của đốitượng địa lý Chẳng hạn như đối tượng tồn tại từ khi nào, đối tượng có những thểhiện đặc biệt gì trong một khoảng thời gian nhất định…

Thông tin thuộc tính chủ đề: Là tất cả các thuộc tính phi không gian, thờigian của đối tượng địa lý Các thông tin này mô tả một số các đặc tính cụ thể củađối tượng theo một chủ đề nhất định

Thông tin quan hệ: Là quan hệ giữa các đối tượng địa lý với nhau, baogồm các quan hệ về không gian, cũng như thời gian

Các thao tác: Là các hành vi của đối tượng địa lý tại một số điều kiệnnhất định

1.3.1.2.Tổ chức CSDL GIS

Tổ chức hệ thống thông tin địa lý phải bắt đầu bằng nhiệm vụ đặt ra của

hệ thống thông tin Từ đó xác định được mức độ đòi hỏi của các loại thông tincần thiết như thông tin thuộc tính tỷ lệ nào, phải có lớp thông tin nào, độ chínhxác của thông tin và thông tin thuộc tính có dạng nào Sau khi xác định được nhucầu thông tin cần tìm xem thông tin này có được từ nguồn nào, có thể lấy được

từ cơ sở dữ liệu quốc gia, cơ sở dữ liệu chuyên ngành mua trên thị trường thôngtin Nếu các nguồn khai thác thông tin đều chưa có hoặc có cần xác định tiếp sửdụng biện pháp nào để thu nhận các thông tin còn thiếu Có thể được các công tycung cấp thông tin hoặc tổ chức thu nhập hệ thống thông tin riêng cho số lượng

dữ liệu cần có nên tổ chức quản lý dưới dạng tập trung hay phân tán cho nhu cầu

và hoàn cảnh khai thác thông tin Khi định dạng thông tin đã rõ mới thiết kếphần cứng và phần mềm phù hợp Không cần có tham số mạnh hơn nhu cầu đòihỏi cũng không yếu hơn để không thực hiện được nhiệm vụ cần thực hiện Nếu

cơ sở dữ liệu định dạng là phân tán thì phải thiết kế phần cứng dưới dạng máytính (intranet) Khi dữ liệu cho phép các hệ thống thông tin khác truy nhập đếncần thiết kế các cổng extranet Từ định hình cơ sở dữ liệu, nhu cầu quản lý vàphần cứng đã được xác định tiếp tục xác định các phần mềm hệ thống, phầnmềm quản trị dữ liệu địa lý và thuộc tính phần mềm quản trị nếu cần, phần mềmứng dụng

1.3.1.3 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở

dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp các công cụ cho phép ngườidùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là từ dịch trong tiếng Anh: DatabaseManagement System(DBMS) Có nghĩa ám chỉ các chương trình phần mềm cókhả năng lưu trữ, sửa chữa, xóa và tìm kiếm một thông tin cho cơ sở dữliệu(CSDL) Có rất nhiều hệ quản trị CSDL khác nhau như: các phần mềm nhỏchạy trên máy tính cá nhân, các hệ quản trị lớn phức tạp chạy trên một hoặcnhiều máy tính có khả năng xử lý mạnh

Tuy nhiên tất cả các hệ quản trị CSDL đều có một đặc điểm chung là sửdụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc gọi là “Structured Query Languaga” (SQL).Các hệ quản trị được biết đến nhiều như: Microsoft Access, SQL server, MySQL, Oracle, PostgreSQL,DB2… Phần lớn các hệ quản trị CSDL kể trên hoạtđộng tốt trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Linux, Unix và MacOS ngoạitrừ SQL Server của Microsoft chỉ chạy trên hệ điều hành Windows

1.3.1.4 Cơ sở dữ liệu GeoDatabase

Geodatabase là một mô hình dữ liệu không gian do ESRI đưa ra, đượcdùng cho việc lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu GIS

Geodatabase là mô hình lưu trữ các đối tượng địa lý trong một cơ sở dữ liệu

Nó là một cấu trúc dữ liệu có ưu điểm nổi bật cung cấp tính năng lưu trữ cơ sở dữliệu địa lý trong một không gian dữ liệu thể hiện dưới hình thức một bảng dữ liệu.Một Geodatabase là một cấu trúc lưu trữ các dữ liệu không gian và thuộc tính cụ thểlưu trữ các cấu trúc của đối tượng, tập hợp của các đối tượng, thuộc tính, các mốiquan hệ giữa các thuộc tính, và mối quan hệ giữa các đối tượng với nhau

Hình 1.4.a Các đối tượng trong geodatabase

Về định nghĩa thì: Geodatabase là dữ liệu lưu trữ phổ biến và được quản

lý trong phần mềm ArcGIS Nó kết hợp "geo" (dữ liệu địa lý) với "database" (kho dữ liệu) để tạo ra một kho dữ liệu trung tâm phục vụ cho việc lưu trữ và quản lý dữ liệu không gian Nó có thể được tạo ra trong máy tính để bàn, máy chủ hoặc các môi trường điện thoại di động và cho phép lưu trữ dữ liệu GIS ở vị trí trung tâm để dễ dàng truy cập và quản lý.

Geodatabase là một kho chứa dữ liệu không gian và thuộc tính trong hệquản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System - DBMS)

- Các thành phần của Geodatabase được lưu trữ trong hệ quản trị cơ sở dữliệu DBMS

- Mô hình Geodatabase có tính chất của mô hình dữ liệu hướng đối tượng

- Dữ liệu được lưu trữ theo mô hình này mang tính toàn vẹn dữ liệu cao

Có hai mô hình Geodatabase: Mô hình Geodatabase một người dùng(Personal Geodatabase) và mô hình Geodatabase nhiều người dùng (EnterpriseGeodatabase)

- Personal Geodatabase: Mô hình sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access

để lưu trữ dữ liệu không gian và thuộc tính, nó chỉ hỗ trợ một người dùng và

được cài đặt trên máy đơn Dung lượng lưu trữ của mô hình này giới hạn do sựhạn chế về dung lượng lưu trữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access.

- Enterprise Geodatabase: Mô hình sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhiềungười dùng như Oracle, SQL Server, DB2, Postgres để lưu trữ dữ liệu Dữ liệulưu trữ được quản lý thông qua ArcSDE, dung lượng lưu trữ của mô hình nàythường không giới hạn do hệ quản trị mà nó sử dụng không giới hạn dung lượnglưu trữ

Hình 1.4.b Các định dạng Geodatabase

Phương pháp chọn lựa mô hình Geodatabase

- Sử dụng mô hình Personal Geodatabase khi:

+ Hệ thống chạy trên máy đơn

+ Dữ liệu đơn giản

+ Dung lượng lưu trữ dữ liệu giới hạn

- Sử dụng mô hình Multiuser Geodatabase khi:

+ Nhiều người dùng truy vấn, hiệu chỉnh trên cùng một Geodatabase.+ Hệ thống dùng mô hình client/server

+ Dung lượng lưu trữ dữ liệu không giới hạn

+ Dữ liệu được truy cập qua Internet,

Lợi ích của Geodatabase

- Tính toàn vẹn dữ liệu

+ Subtypes

+ Domains

+ Validation rules

- Mô hình hóa, quản lý tốt hơn về mối quan hệ giữa các đối tượng

- Dữ liệu không gian và thuộc tính được lưu trữ tập trung và liên tục

- Linh động: Personal hoặc Multiuser Geodatabase

- Hỗ trợ mô hình dữ liệu nhiều người dùng (Multiuser Geodatabase)

- Toàn bộ dữ liệu được tập trung vào một cơ sở dữ liệu

- Thừa kế được các tính năng ưu việt của hệ quản trị cơ sở dữ liệu mà nó

sử dụng để lưu trữ dữ liệu

Các dạng lưu trữ của Geodatabase:

- Personal Geodatabase (PGDB): sử dụng Microsof Accsess để lưu trữ dữliệu, giới hạn dung lượng là 2GB, không lưu trữ được dữ liệu Raster

- File Geodatabase (FGDB): được đề xuất trong phiên bản ArcGIS 9.2.Theo ESRI, có 3 lý do cơ bản cho sự ra đời của File Geodatabase (FGDB)

1. Tránh sự hạn chế về dung lượng của Personal Geodatabase (PGDB) Dunglượng tối đa cho PGDB là 2GB và trong thực tế PGDB hoạt động rất chậmsau khi đã lưu trữ khoảng 500MB dữ liệu

2. Tránh sự hạn chế về môi trường hoạt động của PGDB PGDB chỉ hoạtđộng trên hệ điều hành Windows

3. Tăng cường khả năng khóa geodatabase khỏi ArcReader

Khác với PGDB sử dụng Microsoft Access để lưu trữ dữ liệu, FGDB lưu dữ liệuGIS dưới dạng một thư mục trong đó bao gồm nhiều file được nén và mã hóa.Tập hợp các file trong một FGDB được tổ chức nhằm hỗ trợ các khả năng quantrọng của một cơ sở dữ liệu không gian như: geometric network, raster dataset,subtype, domain,

Do những tính năng ưu việt đó của File Geodatabase trong khuôn khổ luận văntác giả sử dụng FGDB để lưu trữ CSDL GIS trong quản lý dữ liệu khống chế địachính

dữ liệu GIS datasets được lưu trữ

dưới dạng một hệ thống tập tin thư

mục Đây là định dạng dữ liệu gốc

được cung cấp cho ArcGIS lưu trữ

và quản lý trong một thư mục hệ

thống tập tin

Định dạng dữ liệu ban đầu cho ArcGISgeodatabases lưu trữ và quản lý trongMicrosoft Access với các file dữ liệu.Đây là giới hạn về kích thước và hoạtđộng dưới hệ điều hành Windows

Số người

sử dụng

- Người dùng đơn lẻ và nhóm làm

việc nhỏ

- Một số người sử dụng, người viết

cho một phần dữ liệu thuộc tính, dữ

liệu thuộc tính đơn lẻ lớp hoặc

bảng

- Đồng thời sử dụng bất kỳ tập tin

cụ thể tối giản đưa đến người dùng

cuối với lượng lớn người sử dụng

- Người dùng đơn lẻ và nhóm làm việcvới dữ liệu datasets nhỏ

Mỗi số liệu là một tập tin riêng biệt

trên đĩa Một file geodatabase là

một thư mục tập tin chứa các tập tin

Tất cả các nội dung trong từng personalgeodatabase được tổ chức trong một tậptin Microsoft Access (*.mdb)…

Mỗi lớp thuộc tính có thể mở rộnglên đến hàng trăm triệu thuộc tínhvector cho mỗi bộ dữ liệu.

Hai GB cho mỗi truy cập cơ sở dữ liệu

Có hiệu lực giới hạn trước khi thực hiệntối giản là thường khoảng từ 250 và 500

MB mỗi file cơ sở dữ liệu Access

Thường được sử dụng như dưới hình thứcquản lý bảng thuộc tính (thông quaMicrosoft Access) Người sử dụng giốngnhư việc xử lý chuỗi cho thuộc tính vănbản

1.3.2 Cấu trúc CSDL trong GIS

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

số liệu cơ bản: cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính (phi khônggian) Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ

số liệu hiệu quả, xử lý số liệu và hiển thị

1.3.2.1 CSDL không gian

Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồmtọa độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trêntừng bản đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra mộtbản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua các thiết bịngoại vi hay các công cụ chuyên dùng,

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thìchúng càng có ý nghĩa, dữ liệu của hệ thống GIS được lưu giữ trong CSDL vàchúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ thốngGIS còn được gọi là thông tin không gian.Đặc trưng thông tin không gian là cókhả năng mô tả “Vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệkhông gian Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tảchất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng đặc trưng thông tinkhông gian mô tả “Quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hìnhkhông gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năngthực hiện đến phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống

a Cấu trúc dạng Vector

Tất cả các đối tượng đồ hoạ được quy về ba đối tượng cơ bản là: điểm,đường và vùng

- Kiểu đối tượng điểm (Points): Điểm được xác định bởi cặp giá trị toạ độ(x,y) Các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phảnánh là đối tượng điểm.

- Kiểu đối tượng đường (Arcs): Đường được xác định như một tập hợp dẫycủa các điểm Khi mô tả các đối tượng địa lý dạng hình tuyến

- Kiểu đối tượng vùng (Polygons): Vùng được xác định bởi ranh giới cácđường thẳng Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường đượcgọi là đối tượng vùng polygon

Hình 1.5 Bản đồ với mô hình dữ liệu vector

b Cấu trúc dạng Raster

Cấu trúc dạng Raster mô tả một vùng bề mặt trái đất bằng một mảng haichiều (hàng, cột) Mỗi một phần tử của mảng là một ô (pixel) Mỗi pixel thể hiệncho một vùng có diện tích nhỏ nhất của bề mặt cần mô tả Một pixel được xácđịnh toạ độ x,y và một giá trị nào đó Đối tượng điểm thể hiện bằng một pixel.Mỗi một đường thể hiện bằng một dãy các pixel nối nhau có cùng giá trị Vùng

là một tập hợp các ô kề nhau có cùng giá trị

- Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm: Quét ảnh,ảnh hàng không, ảnh viễn thám, chuyển từ dữ liệu vector sang, lưu trữ dữ liệudạng raster, nén theo hàng (Run lengh coding), nén theo chia nhỏ thành từngphần (Quadtree), nén theo ngữ cảnh (Fractal).

- Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster có thể dẫn đến một số chi tiết bị mất.Với lý do này, hệ thống rester- based không được sử dụng trong các trường hợpnơi có các chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi

Hình 1.6 Bản đồ với mô hình dữ liệu raster

c Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster

- Việc chọn của cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tuỳ thuộc vàoyêu cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector thì dữ liệu được lưu trữ sẽchiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đườngcontour sẽ chính xác hơn hệ thống raster Ngoài ra cũng tuỳ vào phần mềm máy

vi tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng raster hayvector Tuy nhiên đối 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 liệuraster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệuraster, hay còn gọi là raster hoá, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh Rasterhoá là tiến trình chia đường hay vùng thành các ô vuông (pixel) Ngược lại,vector hoá là tập hợp các pixel để tạo thành đường hay vùng, dữ liệu rasterkhông có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối tượng sẽ rất phứctạp.

- Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong khônggian raster trùng khớp với vị trí của điểm, đường cong hay đa giác trong biểudiễn vector

Tổng quát, quá trình chuyển đổi là tiến trình xấp xỉ vì với vùng không giancho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khả năng địa chỉ hoá các vị trí toạ độnguyên Trong mô hình vector, độ chính xác của điểm cuối vector được giới hạnbởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ, còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác địnhbởi hàm toán học

1.3.2.2 CSDL thuộc tính

Là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vịtrí địa lý xác định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khảnăng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệuthuộc tính Thông thường hệ thống thông tin địa lý có bốn loại thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian cóthể thực hiện SQL(Structure Query Language) và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: Mô tả những thông tin, các hoạtđộng thuộc vị trí xác định

- Chỉ số địa lý: Tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên quan đếncác đối tượng địa lý.

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phứctạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng)

Để mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêmcác loại đối tượng khác: điểm điều khiển, tọa độ giới hạn và các thông tin mangtính chất mô tả Các thông tin mô tả (Annotation) có các đặc điểm:

- Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ

- Có thể chạy dọc theo arc

- Có thể có các kích thước, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau

- Nhiều mức của thông tin mô tả có thể được tạo ra với các ứng dụng khác nhau

- Có thể tạo thông tin CSDL lưu trữ thuộc tính

- Có thể tạo độc lập với các đối tượng địa lý có trong bản đồ

- Không có liên kết với các đối tượng điểm, đường, vùng và dữ liệu thuộc tínhcủa chúng

Bản chất một số thông tin dữ liệu thuộc tính như sau

- Số liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một

vị trí xác định Không giống các thông tin thuộc tính khác, chúng không mô tả vềbản thân các hình ảnh bản đồ Thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc cáchoạt động liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lýđặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể

trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản đồ trong CSDL của hệ thống Tuynhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng.

- Chỉ số địa lý: Được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết vàtra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa

lý xác định Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý

sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúngxác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thựcthể địa lý Ví dụ chỉ số địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý liên quan đến đườngphố đó

- Mối quan hệ không gian: Các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọngcho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Các mối quan hệ khônggian có thể là mối quan hệ đơn giản hay logic Quan hệ Topology cũng là mộtquan hệ không gian, các quan hệ không gian có thể được mã hoá như các thôngtin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ của các thực thể

- Mối quan hệ giữa các dữ liệu không gian và phi không gian: Thể hiệnphương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữđồng thời trong các thành phần không gian và phi không gian Các bộ xác định

có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lýhay số liệu xác định vị trí lưu trữ chung Bộ xác định cho một thực thể có thểchứa toạ độ phân bố của nó, số hiệu mảnh bản đồ, mô tả khu vực hoặc con trỏđến vị trí lưu trữ của số liệu liên quan

1.3.2.3 Mối liên kết dữ liệu

Mối liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian có thể được thực hiệnbằng cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu không gian Cách thứhai để thực hiện mối liên hệ này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu