Bài giảng môn học cơ sở hệ thống thông tin địa lý bài 1 ths đinh quang toàn

Bài giảng môn học cơ sở hệ thống thông tin địa lý bài 1 ths đinh quang toàn

ThS Đinh Quang Toàn

Khoa Môi trường

Trường Đại học Thủ Dầu Một Điện thoại: 0934.939.678 Email: toandq@tdmu.edu.vn

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

1.Tên môn học: Cơ sở hệ thống tin địa lý

2.Thời lượng: 30 tiết (2+0 tín chỉ)

3.Đối tượng: Sinh viên chuyên ngành môi trường

4.Yêu cầu đối với sinh viên:

Tham gia các buổi học, vắng không quá 20% số tiết

quy định;

Tham khảo tài liệu liên quan đến môn học;

Tích cực thảo luận trong các buổi học;

Tham gia làm bài tiểu luận/bài kiểm tra giữa kỳ;

 [1] Trần Trọng Đức, 2010, GIS Căn bản, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM

 [2] Hà Quang Hải, Trần Tuấn Tú, 2007, Bản đồ học và Hệ thống Thông tin Địa lý, NXB ĐHQG TP HCM

 [3] Nguyễn Thế Thận, 2002, Cơ sở hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

 [4] Trần Vĩnh Phước, 2003, GIS Đại Cương-Phần thực hành, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.HCM

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên rừng

 Ứng dụng GIS trong quản lý chất thải rắn

 Ứng dụng GIS trong quản lý vùng bờ

 Ứng dụng GIS đánh giá ảnh hưởng của hoạt

động du lịch đến môi trường ven biển

 Ứng dụng GIS trong đánh giá xói mòn

 Ứng dụng GIS trong đánh giá ngập úng đô thị

 Ứng dụng GIS trong đánh giá thích nghi đất đai

 Ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng đô thị

 …

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Là thông tin về những vị trí trên bề mặt Trái đất

 Các nguồn tự nhiên:

 Đất, nước, thực vật vv

 Cơ sở hạ tầng:

 Đường xá, cầu cống, cơ sở hạ tầng

 Vị trí kinh tế chính trị, các đường biên giới :

 Đô thị, nhà máy, trường học

 Các thống kê về:

 Dân số, tội phạm…

 Thông tin địa lý là những thông tin về các thực thể tồn tại tại một vị trí xác định trên bề mặt trái đất ở một thời điểm nào đó

 Thông tin địa lý giúp chúng ta nhận biết được thuộc tính của một thực thể tồn tại ở đâu và vào lúc nào

 VD: thông tin về siêu thị, bệnh viện, trường học, mạng tuyến xe buýt, thời tiết, vùng nông nghiệp…

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Thông tin có thể rất chi tiết, ví dụ:

 Thông tin về những vị trí ngôi nhà trong thành phố

 Thông tin về những cây riêng biệt trong khu rừng

 Có thể mang tính tổng quát (rộng), ví dụ:

 Khí hậu trong vùng rộng lớn

 Mật độ dân số một quốc gia

 Thông tin thể hiện phân giải địa lý của chúng khác nhau

 Theo (Rhind 1990)

 1 Vị trí - Ở đâu ?

 Thông tin liên quan tới vị trí (Tọa độ x, y, z, v)

 2 Điều kiện - Cái gì (ở vị trí đó)?

 Thông tin về tính chất của thực thể, hiện tượng

 3 Xu hướng-Nó thay đổi như thế nào ?

 Thông tin về sự biến đổi thời gian – không gian

 4 Tối ưu - vị trí tốt nhất –con đường ngắn nhất?

 Thông tin tối ưu

 5 Tiêu chuẩn – mẫu – Nhận dạng nó là gì?

 Tiêu chuẩn (mẫu) của một nhóm thông tin

 6 Mô hình hóa – Nếu ?

 Thông tin dự báo

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Việt nam ở vị trí nào ?

 Vị trí màu đỏ là nước nào ?

 Việt nam bên cạnh nước nào ?

 Tập hợp thông tin địa lý được nghi thức, lưu trữ trong máy tính

 Mô tả những thực thể có vị trí

 Ghi nhận những thông tin vị trí

 Những thông tin về đặc điểm là các thuộc tính

 Trả lời cho câu hỏi vị trí ?

 Được thể hiện trên bản đồ

và GIS dưới dạng điểm

(point), đường (line) hoặc vùng (polygon)

 Đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt Trái đất

 Luôn được xây dựng trên một hệ thống tọa độ

 Trả lời - nó là cái gì?

 Đặc điểm, tính chất của đối tượng - chiều dài,

rộng của con đường, độ cao của cây rừng vv…

 Liên kết với dữ liệu không gian trong CSDL

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Nó tồn tại khi nào?

 Thời điểm tồn tại hay xuất hiện của đối tượng

 Các thông tin không gian và thông tin thuộc tính

có thể biến đổi không phụ thuộc vào nhau tương đối theo thời gian Ví dụ:

 Thuộc tính có thể thay đổi theo thời gian mà vẫn giữ nguyên tọa độ của mình

 Tọa độ có thể thay đổi mà vẫn giữ nguyên thuộc tính của chúng

 Việc hiểu rõ tính chất này của mối quan hệ các thông tin cho phép dễ dàng phân tích các hiện tượng động lực trong không gian địa lý

Sinh viên tự đọc-trang 122- “Bản đồ học & Hệ thống thông tin địa lý”

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

Tóm tắt quá trình phát triển của GIS

- Đầu thập niên 60: hệ thống thông tin địa lý ra đời và được sử dụng trong các cơ quan địa chính của Canada

- Hai thập niên 60-70: GIS chỉ được một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu

- Đầu thập niên 80: GIS ngày càng được quan tâm và phát triển mạnh trên cơ sở:

 Sự phát triển mạnh của phần cứng máy tính với những tính năng cao, giá thành rẻ

 Kết quả của các thuật toán nhận dạng, xử lý ảnh

 Sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu

 Nhu cầu cần thiết về thông tin

- Cuối thế kỷ 20, trên thế giới hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu

26-Sep-13

 Con người muốn mô hình Thế giới

 Bản đồ  Bản đồ máy tính  GIS

 The common ground between information processing and the many fields using spatial analysis techniques (Tomlinson, 1972)

 A powerful set of tools for collecting, storing,

retrieving, transforming, and displaying spatial data from the real world (Burroughs, 1986)

 A computerised database management system for the capture, storage, retrieval, analysis and display of

spatial (locationally defined) data (NCGIA, 1987)

 A decision support system involving the integration of spatially referenced data in a problem solving

environment (Cowen, 1988)

 Theo quan điểm ứng dụng GIS:

GIS là một hộp công cụ mạnh được dùng để thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt

 Theo quan điểm những chức năng của một hệ GIS:

GIS là một hệ thống gồm 4 khả năng xử lý dữ liệu sau: thu thập, lưu trữ và truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu

 Theo quan điểm hệ thống thông tin:

GIS là một hệ thống máy tính gồm phần cứng, phần mềm và các thiết bị ngoại vi dùng để thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Ủy ban tọa độ quốc gia liên ngành về bản đồ số của Mỹ, 1988 định nghĩa:

 Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp

 Vị trí không gian – Vị trí địa lý

 Thông tin – Phân tích dữ liệu trực quan

 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global

Positioning System)

 Bản đồ tĩnh (A static map – paper or digital)

 Những bản đồ thường là “sản phẩm” của

HTTTĐL

 Phương pháp trực quan trong phân tích

 Các gói phần mềm (A software package)

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Các thiết bị sử dụng trong các thao tác HTTTĐL

 Bàn số hóa:

Đã từng là một trong những thiết

bị thông dụng để nhập dữ liệu đưa

vào GIS Bản đồ giấy được đặt cố

định lên trên mặt bàn số hóa Một

thiết bị đặc biệt, gọi là cursor hoặc

puck, được sử dụng để vẽ theo các

đường trên bản đồ giấy Phía dưới

mặt bàn số hóa là một lưới dây

điện cho phép ghi nhận vị trí x, y

của curror Bàn số hóa có kích

thước thay đổi từ A4 đến A0 và có

độ chính xác đến ± 0,006mm

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Máy quét:

Sử dụng thiết bị cảm ứng ánh sáng – CCD để phát hiện sự khác biệt mức độ từ các phần tử trên ảnh hoặc bản đồ giấy Có 2 loại máy quét

 Máy quét nền phẳng: là loại máy đơn giản và thông dụng nhất Bản đồ hoặc ảnh cần quét được đặt trên một nền thủy tinh phẳng, cứng, thiết bị cảm ứng ánh sáng sẽ

di chuyển phía trên bề mặt ảnh để ghi nhận mức độ sáng của các phần tử ảnh

 Máy quét trống xoay : bản đồ hoặc ảnh được đặt lên trên 1 trục hoặc trống xoay Bản đồ được số hóa dựa trên sự xoay tròn của trống và sự dịch chuyển của bộ

 Cung cấp những chức năng và

những công cụ cần thiết để nhập,

lưu trữ, phân tích và hiển thị

thông tin địa lý :

 Nhập và thao tác với thông tin

địa lý

 Giao tiếp lưu trữ và quản trị cơ

sở dữ liệu

 Cho phép phân tích, thể hiện,

chuyển đổi dữ liệu

 Cho phép giao tiếp đồ họa với

 Một thành phần quan trọng GIS

 GIS tích hợp dữ liệu trong GIS nhằm tổ chức

và duy trì dữ liệu không gian và thuộc tính

 Cơ sở phân tích

 Người sử dụng cần những kiến thức sâu sắc

về dữ liệu sử dụng

Dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu không gian

Dữ liệu thuộc tính

 Trường thuộc tính (Field)

 Đối tượng thuộc tính (Record)

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

Dữ liệu không gian

 Điểm

 Đường

 Vùng

Dữ liệu không gian

 Điểm

 Đường

 Vùng

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

Dữ liệu không gian

 Điểm

 Đường

 Vùng

Dữ liệu trong GIS được thu thập, lưu trữ, tổ chức theo một cấu trúc chuẩn tạo thành cơ sở dữ liệu CSDL gồm 2 phần chính

- CSDL nền, gồm bao gồm những lớp dữ liệu cần thiết cho hầu hết các hệ thống thông tin địa lý như lưới tọa độ, giao thông, thủy văn, độ cao, hành chánh…

- CSDL chuyên ngành, gồm các lớp dữ liệu được sử dụng cho từng chuyên ngành như TNTN, môi trường, địa

 Quản lý và phát triển hệ thống GIS phục vụ yêu cầu thực tế

 Các chuyên gia

 Người thiết kế và duy trì hệ thống

 Người sử dụng để trợ giúp thực hiện những công

việc

 Người dùng trong hệ thống chia làm 3 nhóm

- Nhóm 1 – những người quản trị hệ thống, tiếp nhận, phân tích các yêu cầu, bài toán của những người dùng ngoài hệ thống, lập giải thuật để giao cho nhóm 2 thực hiện

- Nhóm 2 – chuyên viên kỹ thuật GIS, thực hiện các bài toán do nhóm 1 giao trên cơ sở dữ liệu sẵn có hoặc phải xây dựng quy trình thu thập bổ sung

- Nhóm 3 – kỹ thuật viên GIS, làm việc trực tiếp với các thiết bị phần cứng, phần mềm để thu thập, nhập, lưu trữ, hiển thị dữ liệu hoặc thực hiện những tác nghiệp thường xuyên

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Nhân lực trong hệ thống thơng tin địa lý được phân bố theo sơ

đồ hình tháp

 Nhĩm một cĩ số lượng người tham gia ít nhất và nhĩm 3 cĩ

số lượng người tham gia nhiều nhất

Nhóm một

Nhóm hai

Nhóm

ba

 Qui mô hệ GIS

Hệ thống định vị toàn cầu - (Global Positioning Systems - GPS) Viễn thám (Remote Sensing - RS)

Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống định vị toàn cầu - (Global Positioning Systems - GPS) Viễn thám (Remote Sensing - RS)

Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

Thu thập dữ liệu

Dữ liệu từ thế giới thực

Dữ liệu là thành phần quan trọng và tồn tại lâu bền trong hệ thống thông tin địa lý

Trong giai đọan đầu dữ liệu GIS chủ yếu được khởi tạo từ nguồn bản đồ giấy, và các bản biểu, số liệu ghi nhận trên giấy qua các công đoạn số hóa bản đồ và nhập liệu

Tuy nhiên, thế mạnh của GIS nằm ở khả năng tích hợp GPS (Global position system) và RS (Remote sensing)

Ngoài ra, GIS cũng sử dụng một số công nghệ thu thập dữ liệu khác như hệ thống thu thập dữ liệu tự động (SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition),

Dữ liệu có thể được

cung cấp từ bản đồ

giấy, số liệu ghi nhận

trên giấy, ảnh vệ tinh

hoặc ảnh máy bay, các

thiết bị đo đạc kỹ thuật

CSDL GIS

(geodata file)

Mô hình một người

CSDL GIS (geodatabase)

IMS

Dữ liệu không gian của các thực thể trong thế giới thực được biểu diễn theo

mô hình vector hoặc raster

- Mô hình vector – biểu diễn các đối tượng địa lý trên mặt đất bằng những điểm, đường, vùng trong mặt phẳng tọa

độ Descartes

- Mô hình raster - biểu diễn các đối tượng không gian bằng các ô lưới hình vuông (hoặc hình chữ nhật) có kích thước bằng nhau gọi là pixel Vị trí pixel được xác định bằng tọa độ (x,y) là số thứ

tự của hàng, cột của pixel

 Cấu trúc Vector

 Cấu trúc Rastor

 Phân tích trên dữ liệu thuộc tính

Các phân tích này liên quan đến các phân tích thống kê, các truy vấn được thực hiện trên dữ liệu thuộc tính trong cơ

sở dữ liệu GIS và không liên quan đến dữ liệu không gian.

 Phân tích trên dữ liệu không gian

Các phân tích này liên quan đến các phép toán chỉ có thể được thực hiện trên các vị trí, các đối tượng trên bản đồ.

Thuật toán phân tích trên 1 lớp (Single Layer Operations) – xử lý dữ liệu trên 1 lớp như thuật toán buffer…

- Thuật toán phân tích trên nhiều lớp (Multiple Layer Operations) – xử lý dữ liệu trên nhiều lớp dữ liệu không gian như union, intersect, identify…

- Mô hình hóa không gian (Spatial Modeling) bao gồm những thuật toán nội suy không gian, v.v

- Phân tích mẫu điểm (Point Pattern Analysis) thực hiện các thuật toán phân tích số đông trên những lớp dữ liệu không gian điểm

- Phân tích mạng (Network Analysis) là những thuật toán phân tích không gian nhằm giải hai loại bài toán: (1) cấu trúc kết nối giữa các thực thể được biểu diễn như những đường; (2) chuyển động trong hệ thống xuyên qua được những liên kết

- Phân tích bề mặt (Surface Analysis) bao gồm những thuật toán phân tích, cần đến thứ nguyên thứ ba của những biến phân bố trong không gian

Là chức năng của GIS nhằm hiển thị những kết quả truy vấn hoặc phân tích không gian, sử dụng những ký hiệu, biểu tượng gần với ngôn ngữ của con người giúp người dùng ngoài hệ thống dễ tiếp cận với những kết quả của hệ thống

 Hệ thống định vị toàn cầu - (Global Positioning Systems

 Viễn thám (Remote Sensing - RS)

 Sử dụng vệ tinh thu nhận thông tin bề mặt Trái

Đất

 Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

 GPS & RS là nguồn dữ liệu đầu vào cho GIS

 GIS tổ chức,duy trì, phân tích dữ liệu

Đinh Quang Toàn – Khoa Môi trường – ĐH TDM

 Tại sao ứng dụng GIS?

 80% động hoạt yêu cầu cơ sở thông tin địa lý

 Đất đai, phân vùng, đô thị (đường xá, cấp nước,

đường cống), Thu gom rác, Chủ quyền nhà vv

 Đóng góp quan trọng

 Quản lý nguồn tài nguyên tự nhiên

 Hệ thống giao thông

An ninh