Hệ thông tin địa lý và vấn đề quản lý tài nguyên thiên nhiên

Tư liệu số không được tổ chức dưới các dạng quen thuộc như trên các bản đồ đường nét tức là bao gồm điểm, đường và vùng đại diện cho các đối tượng đã biết mà chúng được tổ chức theo các

TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

TRUNG TÂM THÔNG TIN TƯ LIỆU

Tổng luận phân tích

HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VẤN ĐỀ QUẢN LÝ

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

Người biên soạn : PGS Nguyễn Đình Dương

HÀ NỘI - 1996

TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

TRUNG TÂM THÔNG TIN TƯ LIỆU

Tổng luận phân tích

HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ VẤN ĐỀ QUẢN LÝ

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

Người biên soạn : PGS Nguyễn Đình Dương

HÀ NỘI - 1996

TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ

VÀ VẤN ĐỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

Người viết: PTS Nguyễn Đình Dương Với sự tham gia của: KS Trần Thanh Tùng

KS Lê Kim Thoa

Viện địa lý

TRUNG TÂM KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

HỆ THỐNG TIN ĐỊA LÝ

VÀ VẤN ĐỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

Người viết: PTS Nguyễn Đình Dương Với sự tham gia của: KS Trần Thanh Tùng

KS Lê Kim Thoa

Viện địa lý

I MỞ ĐẦU

Từ thời xa xưa con người đã luôn có những nỗ lực tìm kiếm, phát hiện, thu thập và cất giữ các thông tin về trái đất Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, nhu cầu này ngày càng được phát triển và coi trọng Từ thời xa xưa các thông tin không gian (tức là các thông tin bao gồm cả các phần mô tả vị trí) đã được các nhà địa lý thu thập, đo đạc và được các nhà bản đồ sắp xếp, tổ chức và thể hiện dưới các dạng đồ họa khác nhau mà ngày nay chúng ta thường gọi là bản đồ Các bản đồ đầu tiên được sử dụng vào mục đích mô tả các vùng xa xôi hẻo lánh ít người biết đến hoặc được sử dụng cho các mục đích dẫn đường (Hodgkiss 1981) Vào thời La Mã, các cơ quan đo đạc địa chính luôn là một bộ phận quan trọng của chính quyền Trên các bản đồ cảnh quan châu Âu ngày nay chúng ta vẫn còn nhận thấy các dấu ấn của các công trình từ thời bấy giờ (Dilke 1971) Sự tan rã của đế chế La Mã

đã dẫn đến các công tác đo đạc và lập bản đồ bị hủy bỏ Mãi đến tận thế kỷ thứ 18, khi mà các nước thuộc châu Âu lại ý thức được tầm quan trọng của công tác bản đồ, nhiều chính phủ

đã cho thành lập lại các cơ quan chuyên trách trong chính phủ để thực hiện công tác này và việc đo vẽ thành lập bản đồ lại được phát triển và duy trì cho đến tủn ngày nay Trong hơn

200 năm qua nhiêu thế loại hình thức bản đồ đã được ra đời nhưng cuối cùng người ta cũng

đã đi đến được các kiểu bản đồ dường nét trên giấy như chúng ta văn quen dùng ngày nay

Khi mà ảnh hưởng của các thế lực châu Âu được mở rộng và thâm nhập, tới các phần còn lại của thế giới thì các tư tưởng cùng với các phương pháp thành lập bản đồ của họ cũng được truyền bá đi khắp nơi Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện nhiều đối tượng cần thiết phải được ghi nhận lại trên bản đồ Sự phát triển các tư duy và nhận thức

về tài nguyên thiên nhiên như địa chất, địa mạo, thổ nhưỡng, sinh thái và sử dụng đất bắt đầu nảy sinh từ thế kỷ thứ 19 và tiếp tục phát triển cho đến ngày nay đã mở ra rất nhiều đối tượng cho công tác thành lập bản đồ Trong khi bản đồ địa hình được thành lập và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau thì các bản đồ về một chủ đề như địa mạo, địa chất, thổ nhưỡng lại được thành lập với các yêu cầu cụ thể cho một lĩnh vực chuyên môn hoặc một đối tượng hẹp

và những bản đồ đó được gọi là các bản đồ chuyên đề Để việc nghiên cứu tìm hiếu các chuyên đề được thuận tiện và đặc biệt nhằm định vị được nó trên bề mặt trái đất, các bản đồ chuyên đề thường được thành lập tron nén bàn đổ địa hình dã dược đơn giản hóa

Khái niệm bản đồ chuyên đề được sử dụng rất rộng rãi và không chỉ được dùng để mô

tả các đối tượng như thổ nhưỡng, địa mạo, thực vật mà còn được sử dụng cho các dõi tượng rất chuyên sâu và thuộc lĩnh vực rất hẹp như độ pH của đất, mức độ lan truyện dịch bệnh trong thành phố hoặc sự biến thiên khí áp trên các sư đổ khí tượng thủy văn Chủ đề thể hiện thông thường mang tính định tính ví dụ như bản đồ hiện trạng sử dụng đất Đôi khi cũng mang tính định lượng ví dụ như bản đồ mô tả chiều sâu lỗ khoan hoặc áp lực nước ngầm trong các lỗ khoan địa chất thủy văn Cả hai đặc điểm định tính hay định lượng đều có thể được thể hiện trên các bản đồ tô màu (choropieth) tức là trên bản đồ mà mỗi đối tượng có cùng giá trị được tô cùng một màu giống nhau và được tách biệt bởi các ranh giới Những ví

dụ tiêu biểu có thể kể đến như bản đồ hiện trạng sử dụng đất bản đồ thổ nhưỡng Các số liệu định lượng được thể hiện trên bản đồ có thể được thể hiện thông qua các tập hợp điểm rời rạc hoặc bằng một hàm đại số xác định và giá trị tại một điểm bất kỳ có thể được xác định bằng phương pháp nội suy hoặc được tính theo hàm số đã cho Quy luật phân bổ số liệu trong không gian được thể hiện thông qua hệ thống đường đẳng trị tức là các đường nối những điểm có cùng giá trị lại với nhau Ví dụ có thể kể đến như các đường binh độ trên bản đồ địa hình các đường đẳng trị mực nước ngầm trên bản đồ địa chất thủy văn đường đẳng áp trên

4

cũng chưa theo sát được các nhu cầu thực tiễn Các hệ thống số liệu thu thập được trong các đợt khảo sát thực địa thông thường là các tệp số liệu rời rạc, nhiều khi không đầy đủ và đối với những đối tượng tự nhiên có quy luật phân bố không gian phức tạp thì việc lấy mẫu cũng gặp rất nhiều khó khăn Các công cụ toán học phục vụ cho việc mô tả không gian các đối tượng tự nhiên được bắt dầu phát triển vào đầu những năm 1930 và 1940, song song với sự ra đời của lý thuyết thống kê và phân tích chuỗi thời gian Tuy nhiên các công cụ tính toán thực nghiệm trong giai đoạn này còn rất thô sơ do vậy phải tới những năm 1960; khi mà máy tính điện tử ra đời, các phương pháp phân tích không gian, các công nghệ thành lập bản đồ định lượng mới thực sự bắt đầu phát triển

Nhu cầu về thông tin không gian nhanh chóng lan ra rất nhiều lĩnh vực khác, không chỉ còn giới hạn cho các nhà điều tra cơ bản nữa Công tác quy hoạch đô thị, quản lý đất đai, các nhà thiết kế hạ tầng, cơ sở như dường xá, cầu cống cũng có nhu cầu rất lớn đối với việc nắm bắt thông tin không chỉ định tính mà cần phải xác định vị trí của chúng trong không gian

và mối liên quan giữa chúng với nhau

Trước khi công nghệ máy tính được áp dụng cho lĩnh vực bản đồ, mọi loại bản đồ đều

có chung một đặc điểm giống nhau là được thể hiện trên nền phim hoặc giấy Các thông tin được mã hóa dưới dạng điểm, đường hoặc vùng Những đơn vị hình học cơ bản được thể hiện dưới dạng các ký hiệu, màu sắc hoặc chữ và sau đó chúng được giải nghĩa trong bản chú giải

Bản đồ trên giấy cùng với bản chú giải về một khía cạnh nào đó cũng có thể được coi như là một cơ sở dữ liệu Các thông tin trong cơ sở dữ liệu này đã được thu thập, mã hóa theo cách riêng của nó và việc khai thác cũng có những nét đặc biệt có thể tóm tắt như sau:

1 Các số liệu nguyên bản bao giờ cũng phải được khái quát hóa hoặc được phân loại nhằm làm tăng tính dễ hiểu của chúng, và có thể thể hiện được trên bản đồ Do đó có nhiều thông tin đã bị lược bỏ

2 Bản đổ phải được vẽ chính xác, các thông tin chuyên đề phải được thể hiện rõ ràng

3 Để thể hiện được đầy đủ thông tin về một khu vực nào đó người ta phải sử dụng một tỷ lệ bản đồ phù hợp và số lượng, các mảnh bản đồ dõi khi là rất lớn (phụ thuộc vào tỷ lệ chọn lựa)

4 Một khi các thông tin thì được thể hiện cố định trên bản đồ thì việc tách nó ra và phối hợp với các thônh tin không gian khác là một điều không dễ dàng

5 Bản đồ in trên giấy là một tập hợp thông tin Lĩnh và công việc cập nhật nó cho phù hợp với thực tế khách quan là một cùng việc khó khăn

Việc thu thập thông tin, thành lập bản đồ và xuất bản chúng là một công việc đòi hỏi rất nhiều chi phí về thời gian cũng như tài chính Hơn nữa, việc tách một thông tin chuyên đề nào đó từ bản đồ đa chức năng nếu như phải làm bằng phương pháp thủ công thì cũng đòi hỏi những chi phí không nhỏ Bản đồ ngày nay yêu cầu phải thể hiện được những thông tin mới nhất và vì vậy các công nghệ thành lập bản đồ truyền thống không còn phù hợp nữa Ví dụ một số loại bản đồ như bản đồ dự báo khí tượng, bản đồ hệ thống đường dây diện thoại dân dụng cần phải được cập nhật hàng ngày, thậm chí hàng giữ và các công việc cập nhật như vậy không thể thực hiện thủ công được

Về thực chất, bản đồ trên giấy chỉ là một sự ghi nhận tức thời về thế giới khách quan được quan sát, sàng lọc theo một quan điểm chuyên môn nhất định được đo đạc hoặc khảo sát vào một thời điểm nhất định Những bức ảnh chụp từ máy bay hoặc vệ tinh cho phép ghi lại

quá trình diễn thế phát triển và biến động của bề mặt trái đất, của các hiện tượng tự nhiên xảy

ra trên một vùng lãnh thổ rộng lớn ví dụ như quá trình sa mạc hóa, nạn phá rừng, các trận ngập lụt Tuy vậy, các sản phẩm trực tiếp của các máy thu từ tầng vệ linh hoặc máy bay cho

dù dưới dạng tương tự (phim ảnh) hay số (băng từ) vẫn chưa thể coi là bản đồ Tư liệu số không được tổ chức dưới các dạng quen thuộc như trên các bản đồ đường nét tức là bao gồm điểm, đường và vùng đại diện cho các đối tượng đã biết mà chúng được tổ chức theo các phần tử thường được gọi là điểm ảnh hay pixel sắp xếp trong không gian hai chiều dưới dạng các ma trận mà phần tử của nó thể hiện cường độ bức xạ điện tử phản xạ hoặc bức xạ từ bề mặt trái đất Cần phải có các công cụ cần thiết để biến những ma trận số đó thành những dạng thức mà con người có thể đọc và hiểu được Bản thân các nhà bản đồ học không có khả năng thực hiện được công tác này do vậy các nhà khoa học lừ các lĩnh vực như viễn thám, xử lý ảnh và nhận dụng, đã tham gia tích cực vào công việc trên Việc thu thập ảnh vệ tinh bề mặt trái đất được sử dụng cho rất nhiều các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau Ban đầu người ta cho rằng chỉ cần có các tư liệu viễn thám và các công cụ xử lý thích hợp là có thể giải quyết được tất cả cúc vấn đề liên quản tới việc thành lập bản đồ chuyên đề Sau một thời gian phát triển

và ứng dụng người ta bắt đầu hiểu rằng các bài toán thực tiễn chỉ có thể giải quyết trọn vẹn được một khi công việc giải đoán phải được sắn liền với công tác điều tra khảo sắt thực địa

và để xây dựng được các mối liên quan chính xác được những gì thể hiện trên ảnh với đối tượng trên thực tế, cần phải định vụ chính xác vị trí của nó trên bề mặt trái đất Yêu cầu giải quyết trọn vẹn và thỏa đáng các mối liên quan giữa các lĩnh vực viễn thám, điều tra cơ bản và bản đồ học đã dẫn đến sự ra đời của một công nghệ thành lập bản đồ mới đó là hệ thông tin địa lý (HTTĐL) tiếng Anh là GIS - Geographical Information System

Trong những năm 1960 và 1970, người ta đã đưa ra phương thức mới khai thác thông tin bản đồ trong việc đánh giá tài nguyên, quy hoạch lãnh thổ Ý thức được rằng các hợp phần

tự nhiên không hoạt động độc laapk và tách rời nhau, con người đã hiểu ra rằng cần phải đánh giá chúng trong mối liên quan tổng hợp và trên quan điểm liên ngành Người ta đã đề xuất hai hướng nhằm giải quyết vấn đề này Năm 1977, Hopkins đã đưa ra phương pháp gọi

là "zestalle" Theo phương pháp này tác giả giả thiết tồn tại trong tự nhiên những đơn vị môi trường có thể được phát hiện, mô tả và lập bản đồ ghi nhận đầy đủ các mối tương tác giữa các yếu tố liên quan với nhau như địa mạo, địa chất, thổ nhưỡng, thực vật và nước Tổ hợp các quan hệ giữa các hợp phần với nhau được gọi là tổ hợp quan hệ đặc trưng

Khi đẫ có trong tay các bản đồ về từng hợp phần tự nhiên, các nhà khoa học nghĩ đến việc làm thế nào có thể phối hợp chúng với nhau nhằm tạo nên một cách nhìn và một sự đánh giá tổng hợp Các nhà quy hoạch đã phát hiện ra rằng dựa trên các bản copy các bản đồ thành phần lên giấy trong và sau đó đem chồng phủ chúng lên với nhau có thể phát hiện ra các đơn

vị tự nhiên có cùng ranh giới và dựa theo đó có thể thực hiện một số quy hoạch đơn giản Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu theo hướng này và đã mô phỏng sự chồng ghép bản đồ bằng các chương trình máy tính Các phần mềm như SYMAP GRID, IMGRID, GEOMAP đã ra đời và được sử dụng trong thực tiễn

Do sự hạn chế của các thiết bị ngoại vi trong thời gian này cho nên các kết quả xử lý chỉ được in ra dưới hình thức rất đơn giản trên các máy in dòng Các kết quả này đương nhiên không được công nhận là các sản phẩm mang tính bản đồ Chính vì lý do đó, cùng nghệ máy tính vẫn chưa gây được sự quan tâm và chú ý của các nhà bản đồ học Bản đồ vẽ trên giấy văn là dạng cơ sở dữ liệu bản đồ duy nhất được các giới chuyên môn chấp nhận

Vào những năm 1960, 1970 tổn tại hai xu thế trong việc áp dụng máy tính trong lĩnh vực bản đồ: Thứ nhất là tự động hóa công việc tính toán và một số công đoạn khác song yêu

6

cầu nhấn mạnh tới độ chính xác truyền thông và chất lượng hiển thị cũng như bản vẽ đầu ra

và thứ hai là tập trung vào xử lý phân tích không gian đồng thời chất lượng các bản vẽ đầu ra không yêu cầu nhất thiết phải thỏa mãn các, tiêu chuẩn bản đồ hiện đại Cả hai xu thế này cho đến nay vẫn song song tổn tại và cùng phát triển hòa nhịp với các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực máy tính và đồ họa

Việc ứng dụng máy tính trong công tác thành lập bản đồ cũng như phân tích không gian đã dẫn đến sự nghiên cứu phát triển các vấn đề tự động hóa thu thập và phân tích số liệu trong rất nhiều các ngành khoa học gần nhau như thành lập bản đồ địa chính, địa hình, các bản đồ chuyên đề khác nhau, thiết kế công trình, địa lý học, toán học trong việc tìm hiểu quy luật phân bố không gian của các hiện tượng tự nhiên, đo ảnh, quy hoạch nông thôn, đô thị viễn thám và xử lý ảnh Những nghiên cứu có liên quan tới nhau trong các ngành khoa học như vậy tạo ra khả năng liên kết các số liệu với nhau trong một cơ sở dữ liệu thống nhất thực

sự đa năng và liên ngành và có thể được khai thác phục vụ nhiều mục đích ứng dụng khác nhau

Về cơ bản các nghiên cứu trong các ngành khoa học này đều nhằm mục đích xây dựng một tập hợp các công cụ phần mềm đủ mạnh và hữu hiệu trong việc thu thập, phân loại, truy nhập, biến đổi và hiển thị các số liệu từ thế giới khách quan phục vụ cho một số mục đích đặc biệt Một tập hợp các công cụ như vậy tạo nên một "Hệ thông tin địa lý" gọi tắt là HTTĐL tiếng Anh là GIS) Các số liệu thông tin địa lý mô tả các đối tượng từ thế giới khách quan theo nhiều khía cạnh trong đó phải kể đến:

- Vị trí các đối lượng trong một hệ tọa độ quy chiếu xác định

- Các thuộc tính không liên quan lới vị trí

- Mối liên quan không gian giữa các đơn vị hình học với nhau (thuộc tính topo)

Hệ thông tin địa lý về cơ bản có những nét chung với lĩnh vực đồ họa máy tính nhưng xét về bản chất thì rất khác Trong khi đó họa máy tính giải quyết các vấn đề liên quan tới việc hiển thị dữ liệu và các thao tác liên quan và nó không quan tâm đến các thuộc tính chuyên đề của các dữ liệu thì HTTĐL không những có đầy đủ các khả năng của một hệ đồ họa tốt mà còn có nhiều các phép biến đổi, xử lý mà một hệ đồ họa đơn thuần không nhất thiết phải có Như vậy một hệ đồ họa đơn thuần chưa phải là một HTTĐL mà mới chỉ tạo tiền

đề cho một HTTĐL

HTTĐL cần được hiểu theo nghĩa rộng hơn nhiều của một công cụ nhằm mã hóa Sắp xếp, phân loại và khôi phục số liệu về các đối tượng trên bề mặt trái đất Theo nghĩa rộng hơn, mọi số liệu trong hệ thông tin địa lý cho dù được mã hóa dưới dạng bản đồ giấy hoặc dưới dạng số lưu trên băng từ đều có thể được hiểu như một mô hình nào đó của thế giới thực tại Bởi vì các số liệu trong HTTĐL có thể được truy nhập, biến đồi, phối hợp và sử dụng theo phương thức đối thoại giữa người sử dụng và cơ sở dữ liệu cho nên có thể sử dụng HTTĐL như một công cụ cho việc đánh giá môi trường, phân tích xu thế, dự báo kết quả cho các phương án quy hoạch

II NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Một hệ thông tin địa lý chính thống bao gồm ba phần cơ bản: Phần cứng, tập hợp phần mềm ứng dụng và các mối quan hệ hoặc mô hình đánh giá

Bản đồ học (Bản đồ vẽ trên giấy )

Đồ họa máy tính

Đo đạc, khảo sát và đo ảnh

Phân tích không gian

Nội suy số liệu từ tập hợp điểm rời rạc

Phần cứng: Phần cứng của một hệ thông tin địa lý bao gồm bộ xử lý trung tâm, thiết

bị ngoại vi lưu trữ số liệu, thiết bị nhập số liệu như bàn số hóa, máy quét và thiết bị vẽ bản đồ dưới dạng các chủng loại máy vẽ bút màu, tĩnh điện hoặc phun mực Phần cứng có thể được

tổ chức theo một đơn vị độc lập như trong trường hợp máy vi tính, trạm làm việc hoặc được

tổ chức theo một hệ thống mạng trong đó, có nhiều máy tính được nối với nhau và nhiều thiết

bị ngoại vi có thể được sử dụng chung với nhau Một phần rất quan trọng đó là bộ phận hiển thị đồ họa Bộ phận này có thể là một màn hình máy tính như trong trường hợp máy vi tính hoặc trạm làm việc hoặc là một máy vi tính như trong trường hợp mạng máy tính lớn (main frame computer, mini-computer network)

Phần mềm: Phần mềm sử dụng trong HTTĐL bao gồm 5 modul cơ bản như sau:

- Nhập kiểm tra và hiệu đính số liệu

- Lưu trữ số liệu và quản lý cơ sở dữ liệu

- Xuất số liệu dưới dạng đồ họa

- Biến đổi số liệu

- Đối thoại hỏi, đáp

Nhập số liệu là một chức năng quan trọng nhằm chuyển đổi số liệu từ các dạng khác nhau như bản đồ dường nét trên giấy, nền phim, phim ảnh máy bay, số liệu điều tra thực địa

vẻ dạng số mà máy tính có thể hiểu được Có rất nhiều các công cụ phần mềm cũng như phần cứng có thể được sử dụng vào mục đích này ví dụ như bản số hóa các cỡ khác nhau, máy

quét, các chương trình soạn thảo văn bản nhằm nhập các số liệu dưới dạng ký tự, các thiết bị đọc băng từ đĩa quang học

H.4 Những phần mềm cơ bản của hệ thông tin địa lý

Modul lưu trữ số liệu vì quản lý cơ sở dữ liệu là tâp hợp các phần mềm nhằm tổ chức các số liệu thông tin địa lý theo một trật tự và sắp xếp nhất định phù hợp với khả năng kỹ thuật của máy tính, phù hợp với các phương thức truy nhập và bổ xung số liệu cũng như các bài toán dự định sẽ giải quyết Các chương trình máy tính chuyên dụng cho mục đích tổ chức

và quản lý dữ liệu được gọi chung là hệ quản trị cơ sở dữ liệu ( Database Management System - DBMS)

Hiển thị và xuất số liệu đầu ra là một hệ thống bao gồm cả phần cứng lẫn phần mềm

Nó đề cập tới việc hiển thị (trực giác hóa) các kết quả phân tích hoặc trên màn hình hoặc trên các thiết bị như máy in, máy vẽ

Biến đổi số liệu bao gồm hai chức năng chính, thứ nhất nhằm loại bỏ những lỗi có thể trong các số liệu đồ họa, đưa các số liệu về chung một tỷ lệ thống nhất và thứ hai là thực hiẹn các phép phân tích không gian trên tệp số liệu đã có nhằm tìm kiếm, sắp xếp hoặc trả lời các câu hỏi hoặc giải các bài toán theo yêu cầu của người sử dụng Các phép biến đổi có thể được thực hiện trên các tệp số liệu không gian hoặc phi không gian Những biến đổi thông thường nhất mà chúng ta có thể gặp ở bất kỳ một hệ thông tin địa lý nào đó là biến đổi tỷ lệ thay đổi phép chiếu bản đồ, tính diện tích hoặc chu vi Những biến đổi khác thường, nhằm thỏa mãn một số yêu cầu riêng biệt theo một mô hình phân tích chuyên đề nhất định

Những người thiết kế một cơ sở dữ liệu và hệ thống tin địa lý thường phải tính đến các trường hợp mà người sử dụng sẽ yêu cầu được giải đáp một số lượng không hạn chế các câu hỏi mà để có thể trả lời cần phải thao tác với cơ sở dữ liệu có thể bằng các thao tác đơn giản hay phối hợp nhiều thao tác đơn giản với nhau Một số câu hỏi tổng quát có thể như sau:

- Đối lượng A ở đâu?

- Mối tương quan giữa đối lượng A và B là thế nào?

- Liệu có bao nhiêu đối tượng có thuộc tính A xuất hiện trong khu vực có bán kính D tính từ B?

- Hàm Z sẽ có giá trị là bao nhiêu tại điểm X?

- Khoanh vi A có diện tích, chu vi là bao nhiêu?

- Các điểm XI, X2 có các thuộc tính gì?

- Các đối tượng kế cận một đối tượng có một số thuộc tính cho trước là những đối tượng nào ?

- Phân loại các đối tượng theo một nhóm các thuộc tính cho trước

- Sử dụng cơ sở dữ liệu giống như một mô hình số của trái đất, mô phỏng hiệu ứng của quá trình P cho một khoảng thời gian T theo một giả thiết S

Đối thoại hỏi đáp là modul cuối cùng của HTTĐL Đây là modul rất quan trọng nếu không nói là quyết định đối với bất kỳ hệ quản trị cơ sở dữ liệu nào Mức độ người sử dụng

có chấp nhận một HTTĐL nào hay không phụ thuộc rất nhiều vào khả năng trả lời, mức độ thân thiện của chính modul này Trước đây để nhập vào máy tính các câu hỏi hoặc yêu cầu người ta phải sử dụng các bìa hoặc băng giấy dục lỗ và máy tính trả lời thông qua máy in hoặc máy chữ Ngày nay, với các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực thiết bị đầu cuối, người

sử dụng nêu yêu cầu của mình thông qua màn hình và máy tính trả lời cũng thông qua màn hình và việc hỏi đáp được thực hiện hầu như theo thời gian thực Các câu hỏi được nhập vào chủ yếu bằng hai hình thức đó là câu lệnh tiếng Anh hoặc theo thực đơn (menu) Lối nhập

theo thực đơn ngày càng phát triển tạo nên sự thân thiện trong giao liếp giữa người sử dụng

và hệ thống máy tính

Một HTTĐL có thể được tổ chức theo năm tiểu hệ thống liên kết như được thể hiện trên H.5 Rõ ràng rằng HTTĐL chỉ là một khâu trong cả quy trình ứng dụng công nghệ này trong thực tiễn Các mối liên quan giữa lĩnh vực quản lý và nhu cầu xã hội với HTTĐL chính

là động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghệ này

Mặc dù được tổ chức hợp lý như thế nhưng cũng không có gì bảo đảm nó sẽ hoạt động có hiệu quả trong thực liên Để cho một HTTĐL có thể phát huy được hết tác dụng và hiệu quả của mình cần phải đặt nó trong một bối cảnh tổ chức hợp lý Thật không đơn giản khi nghĩ rằng chỉ cần mua được máy tính, phần mềm và thuê được một hoặc hai cán bộ cứ trình độ tay nghề cao là có thể ứng dụng có hiệu quả HTTĐL Việc ứng dụng công nghệ HTTĐL cần được hiểu như mội quá trình trong đó việc đầu tư vào phần mềm, phần cứng chỉ

là một khía cạnh, phần quan trọng hơn là luôn phải tái đào tạo lực lượng cán bộ nhằm theo kịp được tiến độ phát triển của công nghệ này

H.5 Sơ đồ tổ chức hệ thông tin địa lý trong ứng dụng thực tế

Lĩnh vực quản lý

Thông tin trợ giúp quản lý

Mục đích, yêu cầu và đối tượng quản lý

Thu thập số liệu

Hệ thông tin địa lý

III CẤU TRÚC CƠ SỞ DỰ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN

III.1 Cấu trúc dữ liệu trong HTTĐL

Hiện nay có rất nhiều các hệ xử lý thông tin khác nhau Thông tin địa lý là một chủng loại thông tin riêng biệt ghi nhận những đặc tính, tính chất của đối tượng trong mối liên quan chặt chẽ với vị trí địa lý của nó Các khía cạnh không gian và đặc tính topo là điểm phân biệt thông tin địa lý với các chủng loại thông tin khác như thông tin ngân hàng, thư viện được xử lý bằng các hệ xử lý thông tin chuyên đụng Các thông tin địa lý được ghi nhận trong các hệ tọa độ có thể mang tính cục bộ hoặc toàn cầu

Một đối tượng đồ họa có thể được tạo bởi các đơn vị hình học nhỏ bé nhất đó là: điểm, đường và vùng Bất kỳ một đối tượng thông tin địa lý nào cũng có thể về nguyên tắc được mô tả bằng điểm đường, vùng và một nhãn chỉ ra đối tượng đó là gì

Bản đồ được định nghĩa như là một tập hợp các đường, điểm và vùng được xác định trong một hệ tọa độ nhất định cùng với các thuộc tính phi không gian của chúng Bản đồ thường được thể hiện trong không gian hai chiều nhưng cũng không loại trừ việc sử dụng không gian nhiều chiều trong việc thể hiện nếu kỹ thuật biên tập bản đồ cho phép

Chú giải là một phương tiện nhằm liên kết các thuộc tính phi không gian với các đối tượng không gian Các thuộc tính phi không gian thường, được thể hiện bằng màu sắc, ký hiệu hoặc các hình mẫu khác nhau và ý nghĩa của nó được diễn giải bằng lời kèm theo Đối với HTTĐL các thuộc tính phi không gian phải được mã dưới dạng sao cho có thể thực hiện được việc tự động phân tích không gian Một vùng có thể được định nghĩa như một tập hợp các điểm ảnh, các khoanh vi hoặc các đa giác được mô tả bởi một đơn vị trong bản chú giải

Trong quá trình nhập số liệu địa lý vào máy tính người sử dụng sẽ làm việc thuận lợi nhất nếu máy tính có khả năng chấp nhận những cấu trúc dữ liệu cũng như kiểu dạng số liệu

mà người ta quen dùng trong thực tế Nhưng máy tính lại không được tổ chức giống như con người và nó chỉ làm việc được với kiểu dạng số liệu mà nó đã được thiết kế và lập trình Con người quen làm việc với hệ thập phân (hệ cơ số 10) trong khi máy tính hoàn toàn chỉ làm việc với hộ nhị phân (cơ số 2) Cấu trúc dữ liệu cũng không nhất thiết là cố định mà đôi khi nó luôn phải dược sử dụng ở một cấu trúc trung gian phù hợp với một tác nghiệp nào dó mà máy tính dạng thực hiện Ví dụ khi hiển thị trên màn hình số liệu đòi hỏi phải được tổ chức lại phù hợp với nguyên lý làm việc của màn hình máy tính Khi lưu trữ trên đĩa từ, các số liệu được

tổ chức sao cho gọn nhẹ nhất, chiếm ít không gian lưu trữ nhất và đồng thời tạo ra được khả năng truy nhập nhanh cũng như cho phép các thao tác sắp xếp, tìm kiếm được thực hiện thuận lợi Nói đến cấu trúc cơ sở dữ liệu chúng ta sẽ chỉ bàn đến những cấu trúc mà cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên đĩa từ, không bàn đến các cấu trúc trung gian phục vụ một số thao tác đặc biệt

Hiểu được cấu trúc cơ sở dữ liệu trong máy tính đương nhiên không phải là điều bắt buộc đối với người sử dụng nhưng nếu biết được vấn đề này thì người sử dụng có thể hiểu được hệ thống làm việc ra sao cùng với những, ưu nhược điểm của nó Bản chất của việc tổ chức cơ sở dữ liệu trong máy tính là làm sao để máy tính có thể truy nhập và tra cứu mọi thông tin trong cơ sở dữ liệu một cách nhanh chóng Hiện nay tồn tại đổng thời nhiều phương pháp và mô hình tổ chức quản lý dữ liệu song mỗi phương pháp hoặc mô hình đều có những mặt mạnh và mặt yếu của nó không có phương pháp nào có thể được coi là tuyệt đối Sau đây tác giả xin dè cập tới một số dạng cấu trúc dữ liệu hay được sử dụng nhất trong thực tiễn

Bảng danh mục

Bảng danh mục là dạng đơn giản nhất của cơ sở dữ liệu Mỗi một đối tượng được thêm vào danh mục từ dưới lên và tệp số liệu cứ thế dài thêm mãi ra Việc thêm số liệu vào là rất dễ nhưng việc tìm kiếm và lấy ra gặp rất nhiều khó khăn và không tiện lợi chút nào Đối với một bảng danh mục bao gồm n phân tử thì việc tìm kiếm một đối tượng sẽ cần khoảng (n+1)/2 thao tác Nếu có một cơ sử dữ liệu gồm 10000 phân tử và việc tìm kiếm một phần tử 1s thì để tìm kiếm được một phan tử nào đó ta phải cần trung bình 1.4 giờ

Tệp sắp xếp tuần tự

Từ điển với các từ sắp xếp theo vần chữ cái a, b, c hoặc danh bạ điện thoại sắp xếp theo tên là những ví dụ về tệp sắp xếp tuần tự Tệp cơ sở dữ liệu có cấu trúc như vậy cho phép tìm kiếm rất nhanh nhưng mỗi lần thêm bớt thông tin là một lần phải sắp xếp lại toàn bộ cơ sở dữ liệu Số lượng các thao tác tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu này ít hơn nhiều so với kiểu cấu trúc của bảng danh mục Ví dụ với n đối tượng ta phải cần khoảng ln(n+1) các thao tác và nếu mỗi thao tác cần 1 s thì để tìm kiếm một đối tượng nào đó trong cơ sở dữ liệu gồm 10000 bán ghi ta cần trung bình khoảng 14 s: Rõ ràng là nhanh hơn nhiều so với cấu trúc

dữ liệu biểu bảng danh mục như đã trình bày ở trên

Tệp đánh số (indexed nies)

Cấu trúc cơ sở dữ liệu dạng này bao gồm hai tệp chính đó là tệp thuận và tệp đảo trong tệp thuận các thông tin được lưu trữ theo một trình tự sắp xếp tuần tự nào đó và tệp lưu địa chỉ của các đối tượng trong tệp thuận được sắp xếp theo một chủ đề nhất định Cơ sở dữ liệu có cấu trúc như thế này cho phép truy nhập các thông tin rất nhanh nhưng cũng kèm theo nhiều bất lợi liên quan tới việc thêm, bớt các bản ghi Trong trường hợp đó cán phải xây dựng lại toàn bộ cơ sở dữ liệu kể cả tệp thuận cũng như tệp đảo

Mô hình tổ chức cơ sở dữ liệu

Một cở sở dữ liệu thông thường chứa sơ liệu lưu trên nhiều tệp khác nhau Để việc truy nhập số liệu được thuận tiện, cần phải có một mô hình tổ chức số liệu nhất định Tồn lại

ba loại tổ chức đó là: Phân cấp, mạng và quan hệ

Tổ chức dữ liệu phân cấp là một mô hình quản lý các dữ liệu có mối quan hệ với nhau

được phân cấp rõ ràng ví dụ như quan hệ trên dưới, quan hệ một với nhiều đối tượng Cơ sở

dữ liệu dạng này yêu cầu mỗi thứ bậc được định nghĩa bằng một tập họp các chỉ tiêu mô tả cấu trúc dữ liệu của thứ bạc đó Các tập hợp chỉ tiêu được sử dụng để tìm kiếm các đối tượng

Cơ sở dữ liệu kiểu này có ưu điểm giúp người sử dụng hiểu được vấn đề, dễ dàng bổ sung, sửa đổi và mở rộng Yếu điểm chủ yếu của nó là các tệp số liệu (bao gồm cả tệp thuận tệp đảo) thường rất lớn và thường xuyên phải sắp xếp và địa chỉ hóa lại Có nhiều các thuộc tính phải được lưu trữ lặp lại do vậy dẫn đến các tệp số liệu có kích thước tương đối lớn cả thời gian truy nhập do vậy cũng tăng theo Trên H.6 là sơ đồ khái quát tổ chức cơ sở dữ liệu phân cấp Cơ sở dữ liệu M bao gồm hai đối tượng I và II Mỗi đối tượng lại được chia thành các nhóm nhỏ a b c d và từng nhóm lại có các thuộc tính 1, 2, 3, 4 Các thuộc tính này có thể được lưu trữ lặp lại và do vậy kích thước của cơ sở dữ liệu thực sự không phải là tối ưu

Cơ sở dữ liệu cấu trúc mạng là hệ thống tổ chức trong đó các dữ liệu có thể được truy

nhập không phân theo thứ hạng trên dưới Trong mô hình cấu trúc phân cấp các dữ liệu được truy nhập theo cách quản lý từ trên xuống dưới và không thể tạt ngang một cách tùy tiện

Trong cơ sở dữ liệu kiểu mạng việc truy nhập các đối tượng không tuân thủ theo nguyên tắc chặt chẽ như vậy mà có thể rẽ nhánh bất kỳ lúc nào Cơ sử dữ liệu có cấu trúc mạng được sử dụng thường xuyên trong việc quản lý các dữ liệu đồ họa

11.6 Mô hình cơ sở dữ liệu phân cấp có thể thể hiện như sau:

Cơ sở dữ liệt có trấu trúc mạng có ưu thế trong việc tiết kiệm không gian lưu trữ số liệu nhưng có nhược điểm là nó phải cần có một hệ thống các con trỏ rất lớn và đối với cơ sở

dữ liệu lớn thì hệ thống con trỏ cũng chiếm khá nhiều không gian lưu trữ

Mô hình cơ sở dữ liệu cấu trúc mạng có thể được mô tả qua ví dụ sau: Giả sử ta có bản đồ M được tạo bởi hai vùng I và II Vùng I gồm các cạnh a, b, c, d và các đỉnh 1, 2, 3, 4

và vùng II gồm các cạnh c, e, f, g và các đỉnh 3, 4, 6, 5 Mối liên hệ giữa các đối tượng hình học cơ bản vùng, đỉnh và cạnh được thể hiện thông qua mô hình liên kết mạng như được mô

tả trên H.6 (c)

M.6 Mô hình cơ sở dữ liệu mạng

Cơ sở dữ liệu quan hệ về bản chất không có quan hệ thứ bậc, không lưu trữ các con

trỏ và số liệu được lưu theo các bản ghi đơn giản chứa đựng các thuộc tính đã được sắp xếp theo một trật tự nào đó và được ghép nhóm lại với nhau trong một không gian hai chiều dưới dạng các bảng Nhóm các thuộc tính được sắp xếp và ghép nhóm như thế được coi là các quan hệ Thay thế cho con trỏ trong mô hình cơ sở dữ liệu mạng và từ khóa trong mô hình cư

sở dữ liệu phân cấp là các mã nhằm xác định một cách nhất quán các bản ghi trong tệp dữ liệu Các dữ liệu được lấy ra từ cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên các quan hệ mà người sử dụng

đã định nghĩa khi xây dựng cơ sở dữ liệu Đôi khi có những quan hệ chưa được định nghĩa thì người sử dụng phải sử dụng các phương pháp của đại số quan hệ (Boolean algebra) để xây dựng các quan hệ giữa các thuộc tính và tạo dựng nên các bảng (quan hệ) mới Cơ sơ dữ liệu quan hệ có những thuận lợi cơ bản so với các cơ sử dữ liệu khác ở chỗ nó cho phép xây dựng cấu trúc dữ liệu rất mềm dẻo và thỏa mãn các yêu cầu hỏi đáp tìm kiếm dựa trên đại số Boolean Nó cho phép tìm kiếm, phối hợp và so sánh các loại số liệu khác nhau Việc thêm bớt số liệu vào trong cơ sở dữ liệu được thực hiện rất dễ dàng Nhược điểm cơ bản của cơ sơ

dữ liệu kiểu này là phần lớn các thao tác đều dựa trên các phép tìm kiếm tuần tự do vậy trong những cơ sở dữ liệu tương đối lớn việc tìm kiếm nếu không được tổ chức lối cũng chiếm môi thời gian rất lớn Trên H.7 là mô tả cơ sở dữ liệu quan hệ cho ví dụ trên H.6

Tất cả số liệu trong cơ sở dữ liệu với các mô hình khác nhau đều được xây dựng dựa trên các bản ghi Dạng đơn giản nhất của một bản ghi là một ma trận hàng có chiều dài cố định với các phần tử có độ lớn như nhau Các bản ghi với chiều dài cố định không phù hợp khi các phần tử trong, bàn ghi có độ lớn biến thiên hoặc giả cấu trúc các bản ghi không phải lúc nào cũng cố định như nhau Dạng bản ghi có chiểu dài thay đổi được sử dụng nhiều hơn trong thực tiễn Trong trường hợp này mỏi một bản ghi có chứa thêm một phẩn nhỏ thông tin

về cấu trúc dữ liệu trông, bản ghi Phần này người ta hay gọi là phần mở đầu (header)

Hai kiểu dạng bàn ghi có thể được phác họa như sau:

H.8 Bản ghi có chiều dài cố định và biến đổi

Trên H.8 R1, R2 là các bản ghi Bên trái là các bản ghi với chiều dài cố định Bên phải là các bản ghi có chiều dài thay đổi H1, H2, H3 là phần dẫn cho các bản ghi có chiều dài thay đổi

Trong máy tính có hai dạng số liệu đồ họa được sử dụng để mô tả các số liệu địa lý đó

là số liệu lưới điểm (raster) và véctơ

Dữ liệu lưới điểm được tổ chức như một tập hợp các điểm có các giá trị (mô tả thuộc tính) khác nhau và được địa chỉ hóa độc lập với nhau dựa trên tọa độ hàng và cột

Dữ liêu vectơ được tổ chức như tập hợp của các cặp tọa độ mô tả các đối tượng hình học đơn giản như điểm, đường và vùng và chúng được gắn cho một thuộc tính nhất định

Giữa hai dạng số liệu trên không nhất thiết phải tồn tại một mối liên quan thống nhất nào mặc dù trong thực tế cơ sở dữ liệu vec tơ cỏ thể được thể hiện trên màn hình lưới điểm và được in ra trên máy in lưới điểm (các loại máy in phun mực)

Cấu trúc dữ liệu lưới điểm

Cấu trúc dữ liệu lưới điểm đơn giản nhất được tạo nên bởi một ma trận trong đó mỗi phần từ ( thường được gọi là pixel hay điểm ảnh) được xác định bởi tọa độ hàng, cột và giá trị của phần tử

H.9 Cấu trúc dữ liệu lưới điểm

Số liệu địa lý mỏ tả bởi cấu trúc lưới điểm không bảo toàn tính liên tục của số liệu nguyên thủy mà đây thực ra là một không gian rời rạc được lượng tử hóa từ một không gian liên tục Mức độ chính xác của số liệu được mô tả bởi cấu trúc này phụ thuộc vào độ lớn của các điểm hay nói cách khác là nó phụ thuộc vào quá trình lượng từ hóa Trên hình sau mô tả

an hưởng của quá trình lượng tử hóa tới tính trung thực của số liệu Trong không gian liên tục một tam giác được định nghĩa như trên hình H.10 (a) nhưng trong không gian rời rạc sau khi lượng tử hóa tam giác đó được thể hiện dưới cấu trúc lưới điểm như trên H.10 (b)

H.10 Một tam giác sau khi được lượng tử hóa về dạng lưới điểm

Cấu trúc dữ liệu lưới điểm giả thiết rằng không gian địa lý được coi như những mặt phẳng trong không gian tọa độ Đề Cát (Cartesian), trong đó mỗi một điểm tương ứng với một ảnh vuông có kích thước nhất định trên bề mặt trái đất Kích thước đó được coi là độ phân của tư liệu Cấu trúc dữ liệu lưới điểm có ưu điểm và cũng có những nhược điểm của nó điểm nổi bật nhất là nó cho phép thực hiện các thao tác chồng xếp, hiển thị phân loại rất dễ dàng Nhược điểm căn bản là nó đòi hỏi một không gian tương đối lớn trong việc lưu trữ

Cấu trúc dữ liệu vectơ là tính chất hình học của vật thể với mức độ chính xác nhát thể Không gian được đĩnh nghĩa một cách liên tục và không bị lượng tử hóa như trong cấu trúc lưới điểm Các đối tượng có thể được tạo dựng bởi các yếu tố hình học đơn giản nhât như

đường và vùng

Các đối tượng điểm được định nghĩa bởi một cặp tọa độ và các thuộc tính

Các yếu tố dường có khả được định nghĩa như tập hợp các yếu tố tuyến tính tạo nên các đoạn thẳng Các đoạn thẳng được định nghĩa bởi hai điểm đầu và cuối và một bản mô thuộc tính của đường

H.11 Các yếu tố hình học đơn giản

Các yếu tố vùng có thể được định nghĩa bằng rất nhiều cách khác nhau

Điểm: Tọa độ Đường

Cạnh bắt đầu kết thúc

Cạnh và vùng cạnh V trái V phải

Vùng có thể được tạo bải một đa giác đơn giản khép kín không có liên quan với các

kế cận, hoặc có thể là một đa giác khép kín chứa một hoặc nhiều vùng trong lòng nó và tiếp xúc với nhiều vùng khác ở phía bên ngoài

Đối với các số liệu mô tả bởi cấu trúc dữ liệu véc tơ ngoài việc mô tả chính xác các vị trí còn phải mô tả mối tương quan giữa chúng trong không gian hay nói cách khác tức là xác định các thuộc tính topo của đối tượng trong đó xác định thuộc tính topo cho các yếu tố vùng phức tạp nhất

Một tính chất khác của cơ sở dữ liệu véc tơ mà cơ sở dữ liệu lưới điểm không có đó là các lớp (layer)- Các đối tượng với một số thuộc tính giống nhau có thể được tổ chức thành một lớp và các lớp này có thể được hiển thị chồng xếp lên nhau Như vậy người sử dụng sẽ

có khả năng kiểm soát được những thông tin nào muốn hiển thị cũng như việc chọn lựa các thông tin nhằm phối hợp chúng với nhau

Hai dạng số liệu lưới điểm và véc tơ là hai dạng số liệu cơ bản được sử dụng để mô tả các số liệu địa lý Chúng rát khác nhau và có những ưu điểm cũng như nhược điểm hoàn toàn khác nhau Những ưu điểm cũng như nhược điểm của từng dạng số liệu có thể tóm tắt như sau:

- Khó mô phỏng vì mỗi một đối tượng hình học có các thuộc tíng topo khác nhau

- Quá trình hiển thị hoặc vẽ ra có thể mất nhiều thời gian (tốn kém) đặc biệt đối với những bản đồ phải tô màu

- Công nghệ xử lý nhìn chung là phức tạp đứng trên phương diện cả phần cứng cũng như phần mềm đặc biệt đối với những bản đổ yêu cầu chất lượng cao

- Không thể thực hiện việc phân tích không gian và các toán tử lọc bên trong các vùng

Số liệu lưới điểm:

Ưu điểm:

- Cấu trúc dữ liệu đơn giản

- Việc phối hợp các số liệu với nhau và với các tư liệu viễn thám là rất dễ dàng

- Các bài toán phân tích không gian có thể dược thực hiện rất dễ

- Việc mô phỏng có thể thực hiện rất dễ bởi vì các điểm đều có cùng chung một kích thước

- Công nghệ xử lý trên khía cạnh phần cứng cũng như phần mềm nói chung là rẻ

Nhược điểm:

- Khối lượng số liệu rất lớn

- Việc sử dụng các điểm có kích thước lớn ( độ phân giải thấp) dẫn đến sự mất thông tin

- Chất lượng bản vẽ đôi khi không đẹp bằng bản đồ đường nét

- Không thể tạo được các thuộc tính topo mạng

- Việc hiệu chỉnh hình học hoặc thay đổi phép chiếu rất chậm và đôi khi yêu cầu có sự trợ giúp của các phần cứng chuyên dụng hoặc các thuật toán xử lý rất đặc biệt

Một chủng loại dữ liệu đặc biệt khác rất hay được sử dụng trong HTTĐL là số liệu độ cao Số liệu độ cao thường được thể hiện hoặc mô phỏng trong HTTĐL thông qua mô hình số địa hình (Digital Terain Model) Mô hình số địa hình là sự mô phỏng bề mặt trái đất trong không gian 3 chiểu Nhu cầu sử dụng mô hình số địa hình la rất lớn vì chúng phục vụ cho nhiều mục đích như:

- Lưu trữ các số liệu đo cao cho bản đổ địa hình số trong cơ sở dữ liệu quốc gia

- Có thể phục vụ cho nhiều mục đích trong công tác xây dựng công trình công cộng căng như hạ tầng cơ sở

- Thể hiện địa hình trong không gian 3 chiều phục vụ các mục đích hoa tiêu dẫn đường, kiến trúc và quy hoạch

- Phục vụ việc phân tích tầm nhìn

- Phục vụ tính toán thống kê hoặc so sánh giữa các kiểu dạng địa hình khác nhau

- Phục vụ việc tính toán phân tích địa hình như thành lập bản độ độ dốc, hướng sườn mặt phân cắt địa hình, thành lập bản đồ hệ thống dòng chảy bề mặt, nghiên cứu xói mòn

- Có thể được sử dụng như một nền địa hình để thể hiện các yếu tố chuyên đề như hiện trạng sử dụng, lớp phủ bề mặt

- Cung cấp số liệu để mô phỏng cảnh quan trên cơ sở tư liệu ảnh Mô hình số địa hình

có thể được thể hiện bằng các phương pháp sau:

- Đường đẳng trị (bình độ): Thông thường yếu tố độ cao trên các bản đồ địa hình

được thể hiện thông qua các đường binh độ rời rạc với khoảng cao đều cố định (tùy thuộc tỷ

lệ bản đồ)

- Lưới điểm (lưới vuông): Để việc xử lý bằng máy tính đươc thuận tiện người ta

thường lưu số liệu độ cao theo các lưới điểm thành lập dựa trôn bản đổ địa hình, các phương pháp đo ảnh hoặc nội suy từ tạp hợp điểm rời rạc

- Tập hợp các điểm rời rạc: Địa hình có thể được thể hiện thông qua tập hợp các điểm

độ cao rời rạc Trong quá trình xử lý, các điểm rời rạc được nội suy và chuyển về lưới tam giác (TEN) Lưới tam giác có nhiều ưu điểm hơn lưới vuông trong việc nội suy độ cao nhưng cũng có những nhược điểm không tránh khỏi ở chỗ nó đòi hỏi thời gian tính toán nhiều hơn

và việc lập trình cũng phức tạp hơn nhiều

- Các phương pháp toán học: Các phương pháp toán học sử dụng để mô tả địa hình

dựa trên các hàm mô tả bề mặt trong không gian ba chiều Có thể đó là các nhóm hàm mô tả toàn cục hoặc mó tả cục bộ

Các hàm mô tả toàn cục có thể được xây dựng trên cơ sở các chuỗi Fourier hoặc các

đa thức bậc cao Các hàm mô tả cục bộ dựa trên các lưới điểm đều (hình vuông) hoặc không

đều (tam giác) và các hàm nội suy bậc thấp Trên H.12 là loại lưới điểm vuông và trên H.13

là lưới điểm tam giác thường được sử dụng trong việc thành lập mô hình số địa hình

H.12 Lưới điểm vuông

H.13 Lưới điểm tam giác

Đương nhiên trước khi bắt đẩu thực hiện các thao tác xử lý thông tin thì việc quan trọng đáu tiên là việc nhập và hiệu đính số liệu Đây là công việc đòi hỏi tập trung nhiều thời gian và phải qua khâu hiệu đính số liệu rất cẩn thận

Quá trình nhập số liệu vào hệ thông tin địa lý được chia thành 3 bước như sau:

- Nhập các số liệu không gian (số hóa bản đổi)

- Nhập các số liệu phi không gian (bảng biểu thuộc tính)

- Liên kết giữa số liệu không gian và phi không gian

Nhập số liệu không gian: Quá trình nhập số liệu không gian được thực hiện theo bốn

phương pháp sau:

- Nhập số liệu vectơ hoặc lưới điểm bằng bàn phím

- Số hóa bằng bàn số hóa

- Quét bằng các thiết bị scanner

Nhập số liệu phi không gian: Thông thường người ta sử dụng các trình soạn thảo văn

bản để nhập các tệp mã ASCII (chữ số hoặc hành văn mô tả) hoặc sử dụng các hộ quản trị cơ

sở dữ liệu vào mục đích này

Sau khi các số liệu không gian và phi không gian đã được nhập vào máy tính thì tiếp theo cần phải thực hiện bước liên kết chúng với nhau Công việc này được thực hiện bởi các phần mềm chuyên dụng thông qua các mô hình quản lý dữ liệu cụ thể Thông thường các đối tượng hình học được gắn một nhãn và khi nhập các số liệu phi không gian thì các nhãn này cũng là một thuộc tính cần phải nhập

Hiệu dính số liệu: Các sai số thường xuyên xảy ra trong quá trình số hóa bản đồ hoặc

nhập các thuộc tính phi không gian Có thể chia các sai phạm thành các loại sau:

- Các số liệu không gian có thể không đầy đủ hoặc bị số hóa đúp

- Có số liệu không gian không được đặt đúng vị trí

- Số liệu không gian không đồng nhất về tỷ lệ

- Số liệu không gian chịu ảnh hưởng méo hình học

- Số liệu không gian bị liên kết nhầm lẫn với số liệu phi không gian

- Các số liệu phi không gian không đầy đủ

Việc kiểm tra hiệu đính số liệu trong HTTĐL là một công việc đòi hỏi sự kiên trì và

sự am hiểu sâu sắc vấn đề đang giải quyết Không thể tự động hóa hoàn toàn công việc này được Tuy nhiên có thể thực hiện nó với sự trợ giúp của máy tính kết hợp với một trình tự công nghệ cụ thể Trong ác HTTĐL hiện đại như Arc/Info tồn tại các mô dul cho phép loại trừ nhiều loại lỗi xuất hiện trong quá trình số hóa Nhưng những lỗi liên quan tới tính đúng đắn của các thuộc tính phi không gian thì khó loại trừ tự động được mà phải kiểm tra bằng nhiều trình tự công nghệ chặt chẽ

Trên H.14 là sơ đồ công nghệ nhập, hiệu đính và tổ chức số liệu vectơ