Phát triển hệ thống hỗ trợ tìm đường trên cácthiết bị di động có GPS

TÓMTẮTKHÓALUẬN KhóaluậnnàytrìnhbàynhữnghiểubiếtcơbảnvềmộthệthốngthôngtinđịalýGIS,cũngnhưcáckháiniệmliênquan.QuaviệcxemxétmộtsốhệthốngGIStiêubiểu,đểcóthểhìnhdungđượccáchthứclưutrữ,quảnlýd

ĐẠIHỌCQUỐCGIAHÀNỘITRƯỜN GĐẠIHỌCCÔNGNGHỆ

ĐẠIHỌCQUỐCGIAHÀNỘITRƯỜN GĐẠIHỌCCÔNGNGHỆ

Lờicảmơn

Trướctiên,tôixinbàytỏlòngcảmơnchânthànhđếnTS.NguyễnNgọcHóa,ngườiđãhếtlòngchỉbảo,hướngdẫn,chotôicácphươngpháptiếpcậnvấnđề,giúptôigiảiđápnhữngthắcmắc,giảiquyếtcáckhókhănmắcphảiđểcóthểhoànthànhđượckhóaluậnnày

TôicũngxinchânthànhcảmơncácthầycôởkhoaCôngNghệThôngTinđãhếtlòngtruyềnđạtchotôinhữngkiếnthứcnềntảngvềCNTT,giúptôicóđủkiếnthứcđểtiếpcận,hoànthànhđượckhóaluậnnày.Bêncạnhđótôicũngvingửilờicảmơnđếnsựsựgiúpđởnhiệttìnhcủanhàtrườngtạođiềukiệntốtnhấtchotôiđểhoànthànhkhóaluậnnày

Tôixingửilờicảmơnsâusắcđếnnhữngngườithântronggiađình,họđãđộngviênrấtnhiềuvềmặttinhthầnđểtôicóđủnghịlựcđểhoànthànhkhóaluậnnày.Tôicũngxinchânthànhcảmơnbạnbètôi,nhữngđãluônluônbêncạnh,độngviên,tạomọiđiềukiệnthuậnlợinhấtchotôitrongquátrìnhhoànthànhkhóaluận

HàNội,tháng5năm2010

SinhviênNguyễnVănBách

TÓMTẮTKHÓALUẬN

Khóaluậnnàytrìnhbàynhữnghiểubiếtcơbảnvềmộthệthốngthôngtinđịalý(GIS),cũngnhưcáckháiniệmliênquan.QuaviệcxemxétmộtsốhệthốngGIStiêubiểu,đểcóthểhìnhdungđượccáchthứclưutrữ,quảnlýdữliệutrongmộtdữliệukhônggian,nhằmphụcvụhiệuquảchoviệcquảnlýdữliệuđịalý.KhóaluậncũngtrìnhbàychitiếtvềcấutrúcđánhchỉsốR-tree–

mộtcấutrúcđượcdùngphổbiếnchocácCSDLkhônggian.MộtsốphươngphápxửlýtruyvấntrongCSDLkhônggiancũngđượcđưaraởmứctìmhiểusơqua

PhầncuốicủakhóaluậntrìnhbàyvềviệcxâydựngứngdụngbảnđồtrênthiếtbịdiđộnghổtrợGPS.BằngviệcsửdụngGoogleMapsđểcungcấpcácchứcnăngGIScơbảnchongườidùng,nhưhiểnthịbảnđồ,hướngdẫnlộtrình,tìmlộtrìnhtheovịtríhiệntại,điểmđầuđiểmcuối

Mởđầu 1

CHƯƠNG1.TỔNGQUANVỀHỆTHỐNGTHÔNGTINĐỊALÝ 2

1.1 Kháiniệmvềhệthốngthôngtinđịalý 2

1.2 LợiíchvàhạnchếcủaviệcsửdụngGIS 3

1.3 OGC–OPENGIS 3

1.4 Kháiniệmchungvềbảnđồđịalý 4

1.5 TìmhiểumộtsốhệthốngGIStiêubiểu 5

1.5.1 MapInfo 5

1.5.2 ArcViewcủaESRI 5

1.6 MobileGIS 6

1.6.1 HệthốngWebGIS 7

CHƯƠNG2.TỔCHỨCDỮLIỆUTRONGGIS 9

2.1 Tổchứcdữliệutronghệthốngthôngtinđịalý 9

2.1.1 MôhìnhdữliệuVector 10

2.1.2 HệthốngRaster 11

2.1.3 MôhìnhTIN 13

2.2 ĐiểmquacáchtổchứcdữliệutrongmộtsốhệthốngGISthôngdụng 13

2.2.1 TổchứcdữliệutrongMapInfo 13

2.2.2 TổchứcdữliệutrongArcGIScủaESRI 14

2.2.3 TổchứcdữliệutrongGRASS 14

2.3 TìmhiểucấutrúclưutrữcủaShapefile 15

CHƯƠNG3.XỬLÝTRUYVẤNKHÔNGGIAN 20

3.1 CấutrúcR-Treeindex 20

3.1.1 CấutrúccủaR-tree 20

3.1.2 TìmkiếmvàcậpnhậttrongR-tree 21

3.1.3 Cậpnhậtvàcácthaotáckhác 24

3.2 TìmhiểumộtsốthuậttoánxửlýtruyvấntrongCSDLkhônggian 26

3.2.1 XửlýtruyvấntrongkhônggianO-clit 27

3.2.2 Xửlýtruyvấntrongmạngkhônggian 28

3.2.3 Tìmđườngđitrongcókhônggiancóchướngngạivật 28

3.3 TìmhiểuvềPostGIS 32

3.3.1 Giớithiệu 32

3.3.2 SửdụngcácchuẩnOpenGIS 32

3.3.3 ImportdữliệuGIS 32

3.3.4 XuấtbảndữliệuGIS 32

3.3.5 Tạoindexs 33

3.3.6 MộtsốtruyvấnspatialSQLđơngiản 33

CHƯƠNG4.XÂYDỰNGỨNGDỤNG 36

Dựatrênnhữngkiếnthứcthuđược,trongchươngnày,tôisẽtrìnhbàyvềhệthốngdẫnđường(na vigator)thửnghiệmvớimụcđíchminhhọanhữnghiểubiếtvềhệthốngthôngtinđịalývàcácvấ nđềxửlýtruyvấnkhônggian 36

4.1 Mộtsốứngdụngdẫnđườngphổbiến 36

4.1.1 Việtmap 36

4.1.2 Pguider 37

4.1.3 GoogleMapschomobile 37

4.2 Cácchứcnăngcủachươngtrình 38

4.3 Môhìnhđềxuất 39

4.4 Lựachọnngônngữ 41

4.5 TìmhiểucơchếhoạtđộngcủahệthốngGPS 42

4.5.1 Đokhoảngcáchtừmáythuđếncácvệtinh 43

4.5.2 Xácđịnhvịtríhiệntạicủacácvệtinh 44

4.6 Thửnghiệmứngdụng 44

4.6.1 Cáclớpchínhcủachươngtrình 44

4.6.2 Screenshotcủachươngtrình 44

4.7 Nhậnxét 49

CHƯƠNG5.KẾTLUẬN 50

5.1 Kếtquảđạtđược 50

5.2 Hạnchế 50

5.3 Hướngpháttriển 50

Mởđầu

NgàynayvớisựpháttriểnmạnhmẽcủaCNTT,cácứngdụngcủaCNTTđãđượcđưavàohầuhếtcáclĩnhvựccủacuộcsống.Vớisựtrợgiúpcủamáytính,cáccôngviệcphứctạpđượcxửlýnhanhchóngvàchínhxác.CùngvớisựpháttriểncủaInternet,việcchiasẽthôngtingiữacáccánhân,tổchứchaylàmviệcquamạngđãtrởnêndễdàngvàhiệuquả.Hệthốngthôngtinđịalý(GeographicInformationSystem–

GIS)làmộtnhánhcủaCNTTđãtrởthànhmộtcôngcụtrợgiúpquyếtđịnhrấttốtchocáctổchức,chínhphủtrongcáclĩnhvựcliênquanđếnthôngtinđịalý

Đểhoànthànhkhóahọccủamình,tôinhậnthấyGISlàmộthệthốngthôngtinrấtthúvị,việctìmhiểuvềGISsẽgiúptôicómộtcáinhìnsâusắchơnvềmộthệthốngthôngtin,quảntrịCSDL.Giúptôicóđượccáinhìnbanđầuvềphươngpháptiếpcậnđểxâydựng,quảnlýhiệuquảmộthệthốngCSDLmôphỏngthựctế-

hệthốngCSDLđịalý.Vớiđộnglựcđó,khóaluậntốtnghiệpcủatôihướngđếnmụctiêunghiêncứu,tìmhiểuvềhệthốngthôngtinđịalýnóichung,từđóứngdụngtrongbàitoánpháttriểnhệthốngdẫnđườngdựatrêncácthiếtbịdiđộngcóhỗtrợđịnhvịvệtinh(GPS)

1.1 Kháiniệmvềhệthốngthôngtinđịalý

Hệthốngthôngtinđịalý(GeographicInformationSystem–

gọitắtlàGIS)làmộtnhánhcủacôngnghệthôngtinđượchìnhthànhvàonhữngnăm1960vàpháttriểnrấtrộngrãitrong10nămlạiđây.GISngàynaylàcôngcụtrợgiúpquyếtđịnhtrongnhiềuhoạtđộngkinhtế-

xãhội,quốcphòngcủanhiềuquốcgiatrênthếgiới.GIScókhảnăngcungcấpchocáccơquanchínhphủ,cácnhàquảnlý,cácdoanhnghiệp,cáccánhân…

đánhgiáđượchiệntrạngcủacácquátrình,cácthựcthểtựnhiên,kinhtế–

xãhộicủacácvùngđịalýthôngquacácchứcnăngthuthập,quảnlý,truyvấn,phântíchvàtíchhợpcácthôngtinđượcgắnliềnvớimộtnềnhìnhhọc(bảnđồ)nhấtquántrêncơsởtọađộcủacácdữliệuđầuvào

CónhiềucáchtiếpcậnkhácnhaukhiđịnhnghĩaGIS.Nếuxétdướigócđộhệthống,thìGIScó

thểđượchiểunhưmộthệthốnggồm5thànhphầmcơbản:conngười–chuyênviên,thiếtbị-phầncứng,phầnmềm,sốliệu-cơsởdửliệuvàcácquytrìnhkiếnthứcchuyêngia–

nơitậphợpcácquyphạm,tiêuchuẩn,địnhhướng,chủtrươngứngdụngcủanhàquảnlý,cáckiếnthứcchuyênngànhvàcáckiếnthứcvềCNTT

Hình1:CácthànhphầnthiếtyếuchocôngnghệGISTheocáchtiếpcậntruyềnthống,GISlàmộtcôngcụmáytínhđểlậpbảnđồvàphântíchcácsựvật,hiệntượngthựctrêntráiđất.CôngnghệGISkếthợpcácthaotácCSDLthôngthườngkếthợpvớichophépphântíchthốngkê,phântíchkhônggian.NhữngkhảnăngnàyphânbiệtGISvớicáchệthốngthôngtinkhácvàkhiếnGIScó

1.2 LợiíchvàhạnchếcủaviệcsửdụngGIS

GISlàmộtcôngnghệứngdụngtiếnbộcủakhoahọcmáytính,dođóviệcsửdụngGIStrongcácmụctiêunghiêncứusovớicácphươngtiệncổđiểncóthểmanglạihiệuquảcao

- Chiphívànhữngvấnđềkỹthuậtđòihỏitrongviệcchuẩnbịlạicácsốliệuthôhiệncó,đểchuyểntừbảnđồdạngthô(trêngiấy)sangdạngsốtrênmáytính

- Đòihỏinhiềukiếnthứccủacáckỹthuậtcơbảnvềmáytính,vàyêucầulớnvềnguồntàichínhbanđầu

- Đốivớingườipháttriểnứngdụngcóthểdễdàngvàlinhhoạttrongviệcthiếtkếcácphầnmềmtruycậpđếncơsởdữliệuđịalý,sửdụngchungnhữngnguồntàinguyênđịalý.Từđócóthểchọnmôitrườngpháttriểnhoặccungcấpnhữngnềntảngứngdụngđadạngmàvẫncóthểsửdụnglại

- Đốivớicácnhàquảnlýthôngtin:Giúpchoviệcsửdụnghoặcphânphốicơsởdữliệuđịalý,cungcấpnhữngkhảnăngxửlýđịalýtớikháchhàng,tíchhợpdữliệuđịalývàxửlývàomộtkiếntrúctínhtoánliênhợp

- Đốivớingườidùngcuốilànhữngngườihưởnglợitốiưu,họnhậnđượcsựtruynhậpmộtcáchnhanhchóngđếnmộthệthốngthôngtinrộnglớnvớinhiềuứngdụng

VớiviệcrađờicủaOGC-OpenGISgiúpxâydựngnênmộtứngdụngcóthểtổnghợpcácthôngtintừnhiềuhệthốngthôngtinđịalýkhácnhau.Vídụ:cổngthôngtinđịalý(GeoPortal),GeoPortalchophéptổnghợpcácthôngtintừcáchệthốngđịalýkhácnhauthôngquadịchvụWeb

1.4 Kháiniệmchungvềbảnđồđịalý

Địnhnghĩa:Bảnđồđịalýlàsựbiểuthịthunhỏquiướccủabềmặttráiđấtlênmặtphẳng,xâydựngtrêncơsởtoánhọc,sửdụngcáckýhiệuquyướcđểphảnánhsựphânbố,trạngtháivàmốiquanhệtươngquancủacáchiệntượngthiênnhiênvàxãhội

Trênbảnđồngườitathểhiệncácđốitượngvàhiệntượngcótrênmặtđấttrongthiênnhiên,xãhộivàcáclĩnhvựchoạtđộngcủaconngười.Cácyếutốnộidungcủabảnđồlà:

- Cácbảnđồ:giaodiệntrựctuyếnvớidữliệuđịalýđểtracứu,trìnhbàykếtquảvàsửdụngnhưlàmộtnềngiaothứcvớithếgiớithực.

- Cácthôngtinđịalý:chứatrongcáctệptintrongcơsởdữliệugồmcácyêutốcơbản,mạnglưới,topology,địahình,thuộctính,…

- Cácmôhìnhxửlý:tậphợpcácquytrìnhxửlýđểphântíchtựđộng

- Cácmôhìnhdữliệu:GIScungcấpcáccôngcụmạnhhơnlàmộtCSDLthôngthường,baogồmcácquytắcvàsựtoànvẹndữliệugiốngnhưcáchệthốngthôngtinkhác

- Siêudữliệu(metadata)haytàiliệumôtảdữliệu,chophépngườisửdụngtổchức,tìmhiểuvàtruynhậpđượctớitrithứcđịalý

1.5 TìmhiểumộtsốhệthốngGIStiêubiểu

1.5.1 MapInfo

MapInfolàcôngcụkháhữuhiệuđểtạoravàquảnlýmộtCSDLđịalýtrênmáytínhcánhân,làmộtphầnmềmtươngđốigọnnhẹvàdễsửdụng.Đặcbiệt,dùngchomụcđíchgiảngdạyvàthànhlậpcácbảnđồchuyênđềphântíchtrongđịalý

MapBasiclà1ngônngữlậptrìnhtrongmôitrườngMapInfochophéppháttriểncácứngdụngGIS.Nótạoracáchệthốnggiaodiệnngườidùngthuậnlợivànhanhchóngnhưtạothanhmenumới,hộpthoạiđiềukhiểnnhưýmuốnchophéptiếtkiệmthờigianvàtiệnlợichoviệctriểnkhaiứngdụng

MapBasiccũngcungcấpcôngcụxửlýdữliệu,đápứngcácyêucầuđadạngvềdữliệụNóchophéptruyvấnCSDL,lựachọnvàcậpnhậtdữliệubẳngcáccâulệnhtheocúphápSQL.Hiểnthịkếtquảtruyvấntheokhuôndạngmongmuốn

Ngoàira,MapBasicchophépxâydựngchươngtrìnhcócấutrúcmởvìnócókhảnăngliênkếtvớicácứngdụngkhác.ChươngtrìnhMapBasiccóthểgọicácthủtụctrongcácthưviệncáctệpliênkếtđộngcủaWindowsDLLhoặcsửdụngdữliệuchuyểnđổiđộngĐE(DynamicDataExchange)đểlinkếtvớicácphầnmềmkhác

- Tạocácbiểuđồđơngiảndựatrênthuộctínhcủacácđốitượngtrênbảnđồ

- Chuẩnbịcácbảninragiấy

Hình–ArcViewchạytrênWindowsNgoàiraArcViewGIScònhỗtrợchứcnănglậptrìnhthôngquangônngữlậptrìnhAvenue,đượctíchhợpsẵntrongphầnmềm.ArcViewGIScũngcókhảnăngchophéplậptrìnhliênkếtvớicácngônngữkhácnhưVB,VC++

ArcViewGISthíchhợpchonhữngứngdụngGISnhỏ,đơnngườidùng,thíchhợpchoviệcnghiêncứuvềGISvàgiảngdạytrongcáctrườngĐạihọc,Caođẳng

ArcViewcungcấpngônngữkịchbảnriêngcủamình

CáckhotàinguyênscriptsmẫudoESRIcungcấpvớiArcView.NhiềuscriptscóthểtảivềmiễnphítừtrangwebArcScriptscủaESRIvàđưavàochươngtrình

1.6 MobileGIS

MobileGISlàphầnmởrộngcủahệthôngtinđịalý(GIS),chophépcácứngdụngGIScóthểhoạtđộngtrênthựcđịathayvìhoạtđộngtrongphòng.MobileGISchophépngườisửdụngởbênngoàithựcđịathuthập,lưutrữ,cậpnhật,thaotác,phântích,vàhiểnthịcácthôngtinđịalý

Cáckhảnăngchính

- Đượcxâydựngvớicáccôngcụcậpnhậtdữliệuđịalýmạnh,quảnlýdữliệukhônggiantốt,phụcvụquátrìnhchỉnhsửa,cậpnhậtthôngtinchodữliệukhônggianvàthuộctính

- ChophépsửdụngvớicácthiếtbịnhưPPC,SmartPhone,Pcphone

- Chophépsửdụngnhiềudạngdữliệu

- Xâydựngvàquảnlýcơsởdữliệu,ứngdụngcácđoạnmãchươngtrìnhđểxửlýcácquytrìnhGIStựđộng

- ChophépcậpnhậtdữliệuGIStựđộngvàđơngiảnhóa,đồngthờichophéphiệnt

hịvàtạocácbảnđồchấtlượngcaoHệthốngMobileArcGISDesktop

1.6.1.HệthốngWebGIS

WebGISlhệthốngthôngtinđịalýphântántrênmạngmáytínhđểthuthập,phânphát,truyềntảicácthôngtinđịalýdựatrênnềncôngnghệWeb.HệthốngWebGISsửdụngmôhìnhkiếntrúckhách–

chủ.Môhìnhkháchchủcóthểtriểnkhaitheo3cáchtiếpcận“nhẹkhách”(thinclient),“nặngkhách

”(thickclient),hoặcmôhìnhcânđối.

Môhình“nhẹkhách”cónghĩalàhầuhếtcôngviệcxữlýởphíadịchvụ,phíakháchkhônglàm

gìnhiềuhơnlàhiểnthịkếtquả.Ưuđiểmcủamôhìnhnàylàngườidùngkhôngcầncàiđặtthêmcácứngdụng.Máykháchnhẹtảinênkhôngcầncấuhìnhcao.Tuynhiênđểgiảmtảichophíachủcungcấpdịchvụ,cácmáychủWeb,máychủCSDLvàWebGIScóthểkhôngtậptrungtrênmộtmáynềnduynhấtmàphântántrêncácmáychủkhácnhauvàliênkếtquamạng.Vìởmáykháchchỉcónhiệmvụhiểnthịkếtquảdođókhingườisửdụngmuốnsửdụngcácthaotácvớidữliệukhônggian,ví

Môhình“nặngkhách”đốilậpvới“nhẹkhách”.Phíakháchđảmnhiệmthêmmộtsốchứcnă

ngxửlý,cầncàiđặtthêmcáctiệníchvídụcáctrìnhplug-in,ActiveXhayJava-

applets.CáctiệníchGISplug-inmởrộngkhảnăngcủabộduyệtweb,làmchonócókhảnăngxửlýcáckhuôndạngdữliệuGIS.MộtsốchứcnăngGISđơngiảncóthểdocáctrìnhplug-

inhaycácappletthựchiệntạiphíakhách,khôngcầngửivềmáychủdịchvụgiúpgiảmbớtviệctruyềndữliệutrênmạng.Ưuđiểmcủagiảipháp“nặngkhách”làkhảnăngtươngtáccaohơn,ngườisửdụngđượchòanthiệnhơn.Nhượcđiểmcủagiảiphápnàychủyếulàởkhâuphânphátcôngcụngphầnmềmđểcàiđặtởmáykhách

Môhình“cânđối”,ngườithiếtkếphảiquyếtđịnhphânphốitínhtoángiữamáychủvàmáytr

ạmsaochohợplýcũngnhưcânnhắc,tínhtoándữliệutruyền

VídụvềmôhìnhWebGIS:GoogleEarth(KML)làphầnmềmGIScủaGooglexâydựngtrênphạmvitoàncầu,nóđượcxâydựngtrênnềntảngClient-

ServernhờsửdụngKMLđểlưutrữvàquảnlýdữliệu.Cungcấphệthốngbảnđồphongphúvàđadạng,tốcđộxửlýnhanh.KMLcócấutrúcngữphápXMLvàkhuôndạngdữliệuđểmôhìnhvàlưutrữcácđốitượngđồhọađịalýnhưcácđiểm,đường,ảnhvàpolygonđểhiểnthịởphíaClientcủaGoogleEarth.GoogleEarthkếthợpvớicáchệthốngvệtinhđểđưaracáchìnhảnhmớinhấtvàsốngđộngnhấtchongườidùng.GoogleEarthlàmộtsảnphẩmphụctốtchongườidùngnghiệpdư,vớicácchuyêngia,GoogleEarthvẫnchưađápửngđủyêucầu

2.1 Tổchứcdữliệutronghệthốngthôngtinđịalý

GIScungcấpđầyđủcácthôngtinđịalýcủabảnđồ,GISlưutrữcácthànhphầncủabảnđồthành1tậpcáclớptheochủđề,liênkếtvớinhau.Cáchtiếpcậnthànhtừnglớp(layer)chophéptổchứcthếgiớithựcphứctạpthànhdạngđơngiảnhơn,dễquảnlýhơn

Hình2–Tổchứccáclớpcủathếgiớithực

Tronghệthốngthôngtinđịalý,dữliệuđượcchialàmhailoạidữliệucơbản:dữliệukhônggia nvàdữliệuphikhônggian.Mỗiloạicónhữngđặcđiểmriêngvàchúngkhácnhauvềyêucầulưugiữ

sốliệu,hiệuquảxửlývàhiểnthị

Dữliệukhônggianlàdữliệuvềvịtríđịalýcủacácđốitượngtheomộthệtọađộhayhệquychiế

unàođó,lànhữngmôtảsốcủahìnhảnhbảnđồ,chúngbaogồmtoạđộ,quyluậtvàcáckýhiệudùngđểxácđịnhmộtđốitượngđịalýcụthểtrênbảnđồ.Hệthốngthôngtinđịalýdùngcácsốliệukhônggianđểtạoramộtbảnđồhayhìnhảnhbảnđồtrênmànhìnhhoặctrêngiấythôngquathiếtbịngoạivi,…

Dữliệukhônggiancóthểbiểudiễnbằngmôhìnhdữliệurasterhaymôhìnhdữliệuvector.

Dữliệuphikhônggianhaydữliệuthuộctínhlànhữngđặctính,sốlượng,mốiquanhệkếtnốil

ogicgiữacácdữliệukhônggiancủacácđốitượngbảnđồvớivịtríđịalýcủachúng.Dữliệuthuộctínhnóichungthuộckiểusố,hoặcchữsốvàchúngđượctổchứclưuthànhcácbảngdữliệutrongCSDLtheomôhìnhquanhệ

2.1.1 MôhìnhdữliệuVector

Môhìnhdữliệuvectorxemcácsựvật,hiệntượnglàtậpcácthựcthểkhônggiancơsởvàtổhợpcủachúng.Trongmôhình2Dthìcácthựcthểcơsởbaogồm:điểm(point),đường(line),vùng(polygon).Cácthựcthểcơsởnàyđượchìnhthànhtrêncởsởcácvectorhaytoạđộcủacácđiểmtrongmộthệtrụctoạđộnàođó

Loạithựcthểcơsởđượcsửdụngphụthuộcvàotỷlệquansáthaymứcđộkháiquátcủabảnđồ.Vớibảnđồcótỷlệnhỏthìthànhphốđượcbiểudiễnbằngđiểm(point),đườngđi,sôngngòiđượcbiểudiễnbằngđường(line).Khitỷlệthayđổikéotheosựthayđổivềthựcthểbiểudiễn.Thànhphốlúcnàysẽđượcbiểudiễnbởivùngcóđườngranhgiới.Khitỷlệlớnhơn,thànhphốcóthểđượcbiểudiễnbởitậpcácthựcthểtạonêncácđốitượngnhàcửa,đườngsá,cáctrìnhtiệních,…

Cóthểnóimôhìnhdữliệuvectorsửdụngcácđoạnthẳnghaycácđiểmrờirạcđểbiểudiễncácđốitượngđịalýcủathếgiớithực

Hình2–sốliệuVectorđượcbiểudiễndướidạngvùng(polygons)

Đốitượngđiểmđượcbiểudiễndướidạngmộtvector2chiều(x,y),xácđịnhvịtrícủađiểmđótrênbảnđồ.Đốitượnglàđườngđượcxácđịnhnhưtậphợpdãycủacácđiểm,vùngđượcxácđịnhbởiranhgiớicácđườngthẳng,nhữngđốitượngnàyđượcgọilàcácpolygons,đượcmôtảbằngtậpcácđườngvàđiểmnhãn(lablepoints)

Môhìnhdữliệuvectorđịnhhướngđếncáchệthốngquảntrịcơsởdữliệu.Chúngcóưuviệttrongviệclưutrữsốliệubảnđồ.VìcácthànhphầnđồhọabiểudiễncácđặctrưngcủabảnđồliênkếttrựctiếpvớicácthuộctínhđượclưutrongCSDL,dođóviệctìmkiếmcóthểđượcthựchiệndễdàng

2.1.2 HệthốngRaster

Môhìnhdữliệudạngrasterphảnánhtoànbộvùngnghiêncứudướidạngmộtlướicácôvuônghayđiểmảnh(cell).Độphângiảidữliệurasterphụthuộcvàokíchthướccủatếbàohayđiểmảnh,khácnhautừvàichụcdmđếnvàikm.Dữliệurastergắnliềnvớidữliệudạngảnhhoặcdữliệucótínhliêntụccao.Dữliệurastercóthểbiểudiễnđượcrấtnhiềucácđốitượngtừhìnhảnhbềmặtđấtđếnảnhchụptừvệtinh,ảnhquétvàảnhchụp.Địnhdạngdữliệurasterrấtđơngiảnnhưnghỗtrợrấtnhiềukiểudữliệukhácnhau.Môhìnhrastercócácđặcđiểm:

Trongcấutrúcdữliệuraster,cácđiểm(points)cóthểđượcbiểudiễnbằngmộtcell.Lineđượcbiểudiễnbởimộttậpcáccellcóhướngxácđịnh,độrộngcủalinebằngchiểurộngcủamộtcell.Polygonđượcbiểudiễnbởimộtdãycáccellnằmkềsátnhau

Hình3-Mảngcellvàbảngthuộctính

Hình4-Biểudiễncácđốitượngcơsởtrongraster

Tuynhiêndocáchthứcxửlýthôngtinthuộctínhkhácnhau,nênmôhìnhrasterthườngcónhiềubảnđồhơn.Vídụ,trongmôhìnhvectorđểbiểudiễnmứcđộônhiểmcủamột“consông”cóthểđượcgántrựctiếpchonó.Nhưngtrongmôhìnhrasterkhônglàmđượcnhưvậy.Trướchếtphảitạolậptầngbảnđồcho“consông”,sauđótạotầngbảnđồthứhaiđểchỉmứcđộônhiểm.Kếtquảlàsốlượngtầngbảnđồcủamộthệthốngrastertănglênđángkểsovớimôhìnhvector

Ưuđiểmcủamôhìnhrasterlàđơngiản,lướilàmộtbộphậncủabảnđồđãđượcsửdụngđểkiếntạothôngtinđịalý.Khicácsốliệuđầuvàolàcácảnhvệtinhhayảnhtừmáyquét–

cókhuônmẫulưới,chúngsẽphùhợpchomôhìnhdữliệunày.Lợithếlớnnhấtcủahệthốngrasterlàdữliệuhìnhthànhtrongbảnđồtrongbộnhớmáytính.Dovậy,cácthaotáckiểunhưsosánhlướitếbàođượcthựchiệndễdàng.Tuynhiênhệthốngrasterkhôngthuậntiệnchoviệcbiểudiễnđường,điểmvìmổichúnglàtậpcáctếbàotronglưới,dođóđườngthẳngdễbịđứtđoạnhoặcrộnghơnthựctế.Điểmyếunhấtcủamôhìnhdữliệurasterlàphảixửlýkhốidữliệurấtlớn.Nếuđộphângiảicủalướicàngthấpthìcácthựcthểtrênbảnđồcàngcóthểbịmấtđi.NgượclạinếuđộphângiảicaothìphảilưutrữmộtkhốilượnglớncácthôngtintrongCSDL

Môhìnhdữliệuvectorchotanhiềuthaotáchơntrêncácđốitượngsovớimôhìnhraster.Việctínhdiệntích,đokhoảngcáchcủacácđốitượngđượctrongmôhìnhVectorthựchiệnbằngcáctínhtoánhìnhhọctừtoạđộcủacácđốitượngthayvìviệctínhtoántrêncácđiểmảnhnhưởmôhìnhraster

Hình3–Kếthợpgiữamôhìnhvectorvàraster

Vectornếucầnthiết.Thôngthườngngườitabiểudiễnthếgiớithựcbởisựkếthợpgiữagiữliệuvectorvàraster

2.1.3 MôhìnhTIN

Cácứngdụngmôhìnhhoáđịahìnhđòihỏiphươngphápbiểudiễnđộcaosovớibềmặtnướcbiển.Córấtnhiềumôhìnhbiểudiễnbềmặtthựchiệncôngviệcnày,trongđómôhình“lướitamgiáckhôngđều”-gọitắtlàmôhìnhTINđượcđánhgiálàhiệuquảnhất

Hình5-BảnđồvớimôhìnhdữliệuTINTINcókhảnăngbiểudiễnbềmặtliêntụctừnhữngtậphợpđiểmrờirạc.Vềmặthìnhhọc,TINlàtậpcácđiểmđượcnốivớinhauthànhcáctamgiác.Cáctamgiácnàyhìnhthànhnênbềmặt3chiều.Cácđiểmđượclưutrữcùngvớigiátrịgốcchiếucủachúng.Cácđiểmnàykhôngcầnphảiphânbốtheomộtkhuânmẫunàovàmậtđộphânbốcũngcóthểthayđổiởcácvùngkhácnhau.Mộtđiểmbấtkỳthuộcvùngbiểudiễnsẽnằmtrênđỉnh,cạnhhoặctrongmộttamgiáccủalướitamgiác.Nếumộtđiểmkhôngphảilàđỉnhthìgiátrịhìnhchiếucủanócóđượctừphépnộisuytuyếntính(củahaiđiểmkhácnếuđiểmnàynằmtrêncạnhhoặccủabađiểmnếuđiểmnàynằmtrongtamgiác).VìthếmôhìnhTINlàmôhìnhtuyếntínhtrongkhônggian3chiềucóthểđượchìnhdungnhưsựkếtnốiđơngiảncủamộttậphợpcáctamgiác

TacóthểlưutrữsơđồcủaTINbằngdanhsáchliênkếtđôihoặccấutrúctứphân.Cảhaiphươngphápnàyđềumôtảcấutrúchìnhhọctôpôcủabảnđồchianhỏ

2.2 ĐiểmquacáchtổchứcdữliệutrongmộtsốhệthốngGISthôngdụng.

2.2.1 TổchứcdữliệutrongMapInfo

CácthôngtintrongMapInfođượctổchứctheotừngbảng,mỗimộtbảnglàmộttậpcácFilevềthôngtinđồhọahoặcphiđồhọachứacácbảnghidữliệumàhệthốngtạora.CơcấutổchứcthôngtincủacácđốitượngđịalýđượctổchứctheocácFilesauđây:

- tab:môtảkhuôndạngtab,chứathôngtinđểkếtnốitấtcảcáctệpkháctrongứngdụngMapInfo,thôngtinvềkiểudữliệu.

- dathoặc.dbf:tệpchứadữliệuthuộctính,cócấutrúctươngtựnhưtệpCSDLdBaseIII

- map:filechứacácthôngtinmôtảđốitượngđịalýdướidạngmãnhịphân,chophéphiểnthịmộtbảnđồtrênmànhình

- id:filechứacácthôngtinliênkếtcácđốitượnglạivớinhau

- ind:filechứacácchỉsốđốitượng

- wor:tậptinlưutrữtổnghợpcáctablehoặccáccửasốthôngtinkhácnhaucủaMapInfo

2.2.2 TổchứcdữliệutrongArcGIScủaESRI

KhuôndạngshapefileđượcđưavàosửdụngtrongArcGIS2từđầunhữngnăm

90.Thuậtngữ“shapefile”thườngđượcdùngđểchỉmộttậphợpnhiềutệpcóchungtênnhưngvớiphầnmởrộngkhácnhau,cùngtrong1thưmục.ĐểhiểusâuhơnvềcấutrúclưutrữcủamộtGIStasẽđisâutìmhiểushapefilenhưlàmộtvídụởphầnsau

2.2.3 TổchứcdữliệutrongGRASS

GRASSlàmộttrongnhữngứngdụngGISnguồnmởrấtmạnh.GRASSnổitiếngvềphântíchdữliệuraster,điềumàchúngtakhôngthấyởcácGISthươngmạinhưMapInfoProfessionalhoặcArcview.Tuynhiên,saunàycácchứcnăngliênquanđếndữliệuvectorcũngđangđượcpháttriển.DữliệuGIStrongGRASSnằmtrongmộtthưmụcđượcgọilàCSDLGIS(GISDBASE).TrongCSDLGISđócócácthưmụcconđượcgọilàLOCATION(vịtrí),trongcácLOCATIONcócácthưmụccongọilàMAPSET(bộbảnđồ).Cácmapsetsẽchứacáctệpvàcácthưmụccon,gọilàcácphầntử(thànhphần)cơsởdữliệu.MỗimộtphiênlàmviệccủaGRASSchỉđượclàmviệcvớimộtMAPSETtrongmộtLOCATIONmàthôi.Nếukhôngcódữliệusẵn,bạnphảitựtạoraLOCATIONvàMAPSETmới

BảnđồvectortrongGRASSđượclưutrữtheocácbiểudiễncung-nút,baogồmcácđườngconggọilàcung.Mộtcungđượclưutrữnhưmộtdanhsáchcáccặptọađộx,y.Điểmđầu,điểmcuốicủamộtcungđượcgọilànude.Haicặptọađộx,yliêntiếpnhauxácđịnhmộtđoạn(segment)củacung.Cáccungđơnlẽhaykếthợpvớicáccungkháctạoracácđốitượngbảnđồởmứccaohơn.Cáccungđơnlẽtạonêncáclinebiểudiễncácđốitượngnhưđường,sôngsuối,…cáccungbaoquanh1vùngđượcgọilàareaedgeshayareaslines

2.3 TìmhiểucấutrúclưutrữcủaShapefile

Shapefilelàmộtcấutrúcdữliệu I SG đượcđưarabởiESRIchocácnphầnmềmhệthốngthôngtinđịalý,nhưmộtchuẩnmởchoviệcchiasẽdữliệugiữaESRIvàcácphầnmềmGISkhác.Mộtshapefilethườnglà1tậpcácfilescùngtênvớiđuôi

.shp,.shx,.dbf,…

Shapefiledùngđểmôtảcácđốitượngđịalý:điểm,đường,đagiác.Mổiđốitượngcócácthuộctínhđịalý,vídụ:tên,nhiệtđộ,độcao,…

Shapefilelưutrữdữliệudướidạngvectorđểchứacácđốitượngđịalývàcácthôngtinliênquan.Tuynhiên,nókhôngcókhảnăngchứathôngtinmạngtopohìnhhọc

Shapefilelưutrữcácloạidữliệuđịalýcơbảncủacácđiểm,đường,đagiác.Đểcónhữngthôngtinthuộctínhvềcácđốitượngđểxácđịnhđốitượngnàomàchúngbiểudiễn,mộtbảngcácbảnghisẽchứacácthuộctínhchomỗiđốitượngtrongshapefile.Nhữngbiểudiễncủacácđốitượngđịalý(cácđiểm,cácđường,cácđagiác)nàycóthểtạorarấtnhiềubiểudiễncủadữliệuđịalýcungcấpkhảnăngtínhtoánđịalýmạnhmẽvàchínhxác

- sbnvà.sbx:mộtkiểuindexkhônggiancủacácđặctrưng(features)

- fbnvà.fbx:mộtindexkhônggiancủacácđặctrưngchonhữngshapefilechỉđọc

- ainvà.aih:mộtindexthuộctínhcủacáccủacáctrườnghoạtđộngtrongbảnghoặctrongcácthuộctínhcủabảng

- …

Địnhdạnhcủashapefile(.shp)

Filechính(.shp)chứadữliệuthamchiếucủađốitượngđịalýchínhtrongshapefile.Nógồm1tiêuđềđộdàicốđịnhtheosaubởimộthoặcnhiềubảnghiđộdàicóthểthayđỗi.Mỗibảnghinàychứamộtthànhphầnbảnghitiêuđềvàmộtthànhphầnbảnghinộidung

Tiêuđềcủamainfilevớichiềudàicốđịnh:100bytes:

(Trongcácbảng,cộtEndiannesschỉmứcđộquantrọngcủadữliệu).

0-3 Int32 Big Filecode(alwayshexvalue0x0000270a) 4-23 Int32 Big Unused;fiveuint32

24-27 Int32 Big Filelength(in16-bitwords,includingtheheader)

28–31 int32 little Version

32–35 int32 little Shapetype(seereferencebelow)

36–67 double little M in i mumbounding r e c t a n g l e (MBR)ofallshap

escontainedwithintheshapefile;fourdoublesint hefollowingorder:minX,minY,maxX,maxY

68-83 Double Little RangeofZ;twodoublesinthefollowingorder:mi

nZ,maxZ 84-99 Double Little Range of M; two doubles in

thefollowingorder:minM,maxM

File.shpchứasốlượngbảnghithayđổivớisốlượngbấtkỳ.Mỗibảnghiđượcthêmvàođầubởi1bảnghitiêuđềdài8bytes

0-3 Int32 Big Recordnumber(1-based)

4-7 Int32 big Recordlength(in16-bitwords)

Theosaubảnghitiêuđềlàbảnghithật

0-3 Int32 Little Shapetype

Nộidungcủacácbảnghicóchiềudàithayđổiphụthuộcvàoloạicủađốitượngbiểudiễn

Filechỉsốcủashapefilecũngchứatiềuđề100-bytenhư.shp,theosaubởibấtkỳmộtsốcácbảnghicóđộdàicóđịnh8bytevới2trường

0-3 Int32 Big Recordoffset(in16-bitwords) 4-7 Int32 Big Recordlength(in16-bitwords)

Sửdụngchỉsốnày,chophéptìmgiậtlùitrongshapefilebằngcáchtìmkiếmgiậtlùitrongshapeindex,đọcrecordoffset,vàsửdụngnóđểtìmđếnvịtrítươngứngtrong.shpfile.Tươngtự,nócũngchophéptìmkiếmtrênmộtsốtùyýbảnghibởicùngphươngpháp

Filedữliệu(.dbf)

CácthuộctínhchomỗishapeđượcchứadướidạngdBase.MộtđịnhdạngthaythểcũngcóthểđượcsửdụnglàxBase

FileđịnhdạngProject(.prj)

ThôngtinProjectđượcchứatrong.prjfilegiúpngườidùngcóthểhiểuđượcdữliệuđượcchứatrong.shpfilemộtcáchchínhxác.Mặcdùfilenàylàtùychọn,nhưngnóthườngluônđượctạo.

biểudiễnchocácđốitượngkhônggianvàmỗitublecómộtIDduynhất.TrongR-treecácnốtláchứacácbảnghiindexcódạng:

(I,tuple–identifier)Vớituple–identifierthamchiếuđếntupletrongCSDLvàIlàmộthìnhchửnhậtn-

chiều,làhộpbaocủađốitượngkhônggianđượcindex

I=(I0,I1,…,In-1)ỞđâynlàsốchiềuvàIilàmộtkhoảngbịchặnđóng[a,b]môtảsựmởrộngcủađốitượngtheochiềui.Tuynhiên,Iicóthểcómộthoặchaiđiểmcuốibằngvôcùngđểchỉrằngđốitượngmởrộngvôcùngtheohướngi.Mộtnodekhôngphảilàláchứanhữngentriescódạng

(I,child–pointer)Vớichild-pointerlàđịachỉcủanodecontrongR-

root

(3) MỗinodekhôngphảinodelácótừmđếnMcontrừkhinólà

(4)

Vớimỗientry(I,child-pointer)trong1nodekhôngphảilá,Ilàhìnhchửnhậtnhỏnhấtbaocáchìnhchửnhậtcon

(5) Noderootcóítnhất2contrừkhinólàlá.

(6) Tấtcảcácláxuấthiệnvớicùngmức

Hình6–CấutrúcR-treeHình6a,và6bbiểudiễncấutrúccủamộtR-

treevàminhhọamốiquanhệbaohàmvàchồngphủlẫnnhaucóthểtộntạigiữacáchìnhchửnhậttrongR-tree

ChiềucaocủamộtR-treechứaNbảnghiindexítnhấtlà|logmN|-1,vìhệsốnhánhcủamỗinodeítnhấtlàm,sốnodetốiđalà|N/m|+|N/m2|+

+1.Trườnghợpxấunhấtlàtấtcảcácnodechứamentry.Thôngthường,cácnodethườngcónhiềuhơnmentry,vìvậychiềucaocủacâysẽíthơn|logmN|-1

3.1.2

TìmkiếmvàcậpnhậttrongR-treeTìmkiếm

ThuậttoántìmkiếmđixuốngtừroottươngtựnhưB-tree.Tuynhiên,docấutrúcbaohàmvàchồngphủlẫnnhaucóthểtồntạinênsốcâyconđượctìmkiếmcóthểlớnhơn1,vìvậykhôngthếđảmbảomộthiệunăngtốttrongtrườnghợpxấunhất.Tuynhiênvớihầuhếtcácloạidữliệuthuậttoánupdatesẽduytrìcâyởdạngchophépthuậttoántìmkiếmđánhgiácácmiềnkhôngphùhợpcủakhônggianindex,vàchỉxemxétnhữngdữliệugầnvùngtìmkiếm

ThuậttoánSearch.ChomộtR-treevớinoderootlàT,tìmtấtcảcácbảnghiindexchứanhữnghìnhchửnhậtchồnglênhìnhchửnhậtđangtìmS

- S1[Tìmcâycon]NếuTkhôngphảilàlá,kiểmtramỗientryEcủaTđểxácđịnhxemEIcóchồnglênShaykhông.Vớitấtcảentrieschồng,gọihàmSearchtrêncâymànoderootđượctrỏbởiEp

- S2[Tìmnodelá]NếuTlà1lá,kiểmtratấtcảentryEđểxácđịnhEIcóchồnglênShaykhông.Nếucó,Elà1bảnghi“cóchấtlượng”

(ỞđâyEIlàhìnhchửnhậtđượctrởđếnbởientryE,EplàcontrỏtrongentryE).

Chèn

ViệcchèncácbảnghiindexchonhữngtuplesdatamớicũngcótưtưởngtươngtựnhưchèntrongB-

tree:cácbảnghimớisẽđượcthêmvàocáclá,cácnodebịtrànsẽđượccắtra,vàviệccắtsẽlantruyềnlên

ThuậttoánInsertchèn1indexmớiEvàoR-tree:

- I1[Tìmvịtríchobảnghimới]GọihàmChoseLeafđểtìmmộtnodeláLđểđặtE

- I2[Thêmbảnghivàonodelá]NếuLcóchốtrống,đưaEvàoL.NếukhônggọihàmSplitNodeđểđượcLvàLLchứaEvàtấtcảcácentriescủcủaL

- I3[Lantruyềnthayđổilêntrên]GọihàmAdjustTreetrênL,cảLLnếuxảyraviệcchianode

- I4[Mọccâycaohơn]Nếuviệclantruyềnchianodelàmchorootcũngbịchia,tạomộtrootmớicócácconlà2nodeđượctạora

ThuậttoánAdjustTree:ĐilêntừnodeláLđếnroot,điểuchỉnhcáchỉnhchửnhậtbaoph

ủvàlantruyềnviệcchiacácnodenếucầnthiết

- AT1[khởitạo]ĐặtN=L,nếuLđãbịchiatrướcđó,đặtNNlàkếtquảthứ2(NN=LL)

- AT2[kiểmtrahoànthành]NếuNlàroot,dừng