Tài liệu tập huấn Hệ thống thông tin Địa lý

Những hợp phần quan trọng của GIS là một hệ thống máy tính, dữ liệu không gian địa lý và và người sử dụng, như được thấy trong hình 1.1.. Các hợp phần quan trong của GIS Hệ thống máy tín

Đề tài: Thiết lập, sử dụng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý và kết hợp ứng dụng viễn thám phục vụ qui hoạch môi trường bền vững các tỉnh ven biển Hải Phòng và Quảng Ninh

Tài liệu tập huấn

hệ thông tin địa lý

Biên tập: ThS Trần Văn Điện

Hải Phòng - 2002

Mục lục

Trang

2.2 Hình học và quan hệ không gian của cấu trúc dữ liệu vector 12

2.2 Hình học và quan hệ không gian của cấu trúc dữ liệu vector 13

2.4 Quan hệ không gian giữa các đối t−ợng 14 2.5 Hình học và quan hệ không gian của dữ liệu raster 16

2.6 Đặc tính quan hệ không gian của dữ liệu raster 17

2.8 Cấu trúc dữ liệu cho mô hình bề mặt liên tục 19

6.4 Những nguyên nhân để một GIS không thành công 54

6.6 Chi phí phân tích của dự án GIS 56

9.4 Phép nội suy độ cao từ những đường đồng mức 80

Chương 1 Các khái niệm cơ bản

1.1 Định nghĩa của GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) được định nghĩa như một hệ thống thông tin mà nó dùng để nhập, lưu trữ, truy cập, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý hoặc dữ liệu không gian,

để hỗ trợ việc ra quyết định, qui hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông vận tải, hạ tầng đô thị, và các hồ sơ hành chính khác

Những hợp phần quan trọng của GIS là một hệ thống máy tính, dữ liệu không gian địa lý và và người sử dụng, như được thấy trong hình 1.1

Hình 1.1 Các hợp phần quan trong của GIS

Hệ thống máy tính

Dữ liệu không gian

Người sử dụng

Phần cứng và phần mềm cho nhập, cất giữ, truy cập, thao tác, phân tích và hiển thị

Bản đồ, ảnh máy bay, ảnh vệ

tinh, bảng thống kê, v.v

Thiết kế chuẩn, cập nhật, phân tích và bổ sung

Hình 1.2 Khái niệm dữ liệu không gian địa lý

Hệ thống máy tính cho GIS bao gồm phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế cho việc thu nhận dữ liệu, xử lý, phân tích, mô hình và hiển thị dữ liệu địa không gian

Nguồn dữ liệu không gian là các bản đồ số, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh, bảng thống kê, và các tài liệu liên quan khác

Dữ liệu địa không gian được phân thành dữ liệu địa lý (gọi là dữ liệu hình học) và những dữ liệu thuộc tính (hoặc được gọi là dữ liệu chuyên đề) như được cho thấy trong hình 1.2 Dữ liệu

địa không gian có ba yếu tố; điểm (gọi là nút), đường (gọi là cung) và vùng (gọi là polygon) trong cả dạng vectơ hoặc dạng lưới chúng thể hiện cấu trúc hình học, cỡ, hình dạng, vị trí và hướng

Vai trò của người sử dụng là để lựa chọn thông tin thích hợp, đặt những tiêu chuẩn cần thiết, thiết kế giá phù hợp cập nhật lên bản đồ, phân tích những đầu ra của GIS phụ vụ những mục

đích thích hợp và lập kế hoạch bổ sung

1.2 Tại sao lại cần GIS

Có những lý do sau giải thích tại sao cần GIS:

- Dữ liệu không gian kém được bảo trì

- Bản đồ và thông tin thống kê quá cũ

- Dữ liệu và thông tin không chính xác

- Không có ai dịch vụ phục lấy ra dữ liệu

- Không có sự chia sẻ dữ liệu

Một hệ thống GIS được triển khai, mong đợi những lợi ích sau:

- Dữ liệu không gian được bảo trì tốt hơn trong một khuôn dạng chuẩn

- Sửa chữa và cập nhật dễ hơn

- Dữ liệu không gian và thông tin dễ tìm kiếm, phân tích và hiển thị

- Nhiều giá trị hơn được thêm vào sản phẩm

- Dữ liệu không gian có thể được chia sẻ và trao đổi tùy thích

- Năng suất làm việc của nhân viên được cải tiến và hiệu quả hơn

- Tiết kiệm thời gian và tiền bạc

- Ra nh ững quyết định được tốt hơn

Bảng 1.1 cho thấy những lợi thế của GIS và những bất lợi của công việc bằng tay truyền thống khi không có GIS

Hình 1.3 cho thấy sự so sánh giữa quản lý thông tin không gian với và không có GIS

Bảng 1.1 GIS khác với công việc bằng tay

Lưu trữ Được chuẩn hoá và thống

nhất

Tỷ lệ khác nhau trên các chuẩn khác nhau

Chồng lớp Được thực hiện hệ thống Đắt và tốn thời gian

Phân tích không gian Rất nhanh Tốn thời gian và năng lượng

1.3 Yêu cầu các hàm cho GIS

Các câu hỏi mà GIS được yêu cầu trả lời chủ yếu như sau:

- ở đó là cài gì ? (câu hỏi vị trí: tồn tại cái gì ở một vị trí cụ thể)

- Nó ở đâu ? (câu hỏi điều kiện: vị trí nào thoả mãn những điều kiện nhất định)

- Nó biến động như thế nào ? (câu hỏi khuynh hướng: xác định biến cố địa lý hoặc hướng mà đã thay đổi hoặc trong quá trình thay đổi)

- Dữ liệu nào có liên quan ? (câu hỏi quan hệ: phân tích mối quan hệ không gian giữa những đối tượng của những đặc trưng địa lý)

- Cái gì nếu ? (câu hỏi trên mô hình; tính toán và hiển thị một đường tối ưu, một khu

đất thích hợp, khu vực rủi ro thiên tai v.v dựa vào mô hình)

Hình 1.4 cho thấy ví dụ những câu hỏi sẽ được trả lời bởi GIS

Để đạt những yêu cầu trên, những hàm sau đây cần thiết cho GIS (xem bảng 1.2):

- Thu nhận và tiền xử lý dữ liệu

- Quản lý và truy cập trên cơ sở dữ liệu

- Đo đạc và phân tích không gian

- Đầu ra và hiển thị hình ảnh

Hình 1.3 So sánh quản lý thông tin không gian địa lý

Bảng 1.2 Các hàm cơ bản của GIS

Thu nhận và tiền xử lý dữ liệu Số hoá

Sửa chữa Xây dựng quan hệ không gian Chuyển đổi hệ qui chiếu Chuyển dạng dữ liệu Gán thuộc tính Quản lý và truy cập dữ liệu Lưu trữ dữ liệu

Mô hình thứ bậc Mô hình mạng lưới Mô hình quan hệ Chất vấn thuộc tính Cơ sở dữ liệu định hướng mục đích

Đo đạc và phân tích không gian Phép đo đạc

Làm vòng đệm Phép toán chồng lớp Phép toán kết nối

Đầu ra và hiển thị hình ảnh Biến đổi tỉ lệ

Khái quát hoá

Vẽ bản đồ địa hình

Vẽ bản đồ thống kê Hiển thị không gian 3 chiều

1 4 Hệ thống máy tính cho GIS

Một hệ thống máy tính chủ yếu được hợp thành bởi phần cứng và phần mềm

1.4.1 Hệ thống phần cứng

Hình 1.4 Các hàm yêu cầu của GIS

Một hệ thống phần cứng được cung cấp bởi một số hợp phần:

• Bộ xử lý trung tâm (CPU):

CPU thực hiện các chương trình xử và điều khiển sự hoạt động của tất cả các hợp phần Thông thường máy tính cá nhân PC hay máy trạm được lựa chon theo yêu cầu CPU như một máy tính server

• Hệ điều hành (OS): điều khiển các hoạt động của các chương trình cũng như nhập và xuất

• Cho máy tính cá nhân: MS-DOS (IBM PCs) và WINDOWS là các hệ điều hành phổ biến

• Cho trạm làm việc: Unix và VMS là các hệ điều hành phổ biến

Hình 1.5 Các hợp phần của hệ thống phần cứng của GIS

• Biên dịch: chuyển một chương trình được viết ở dạng ngôn ngữ máy thành mã máy cho CPU có thể thực hiện các phép tính nhị phân Các ngôn ngữ thông dụng như C, Pascal, FORTRAN và BASIC

• Các trình ứng dụng: rất nhiều công ty đang cung cấp các hệ thống phầm mềm GIS được liệt kê ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Một số công ty phần mềm GIS

liệu

ứng dụng Phần mềm Côn ty

Chú ý: * phần mềm công cộng

1.5 GIS như là một khoa học đa ngành

GIS một khoa học tổng hợp đa ngành gồm có các môn truyền thống sau:

Bảng 1.4 tổng kết các môn khoa học tạo nên GIS như thế nào với với khía cạnh các hàm GIS có sự thay đổi nhiều tên sử dụng qua nhiều năm theo phạm vi ứng dụng và tầm quan trọng

được liệt kê dưới đây:

- Hệ thông tin đất (LIS)

- Bản đồ và quản lý thiết bị tự động (AM/FM)

- Hệ thông tin môi trường (EIS)

- Hệ thông tin tài nguyên

- Hệ thông tin qui hoạch

- Hệ thống quản lý thông tin không gian

GIS ngày nay trở thành một môn khoa học độc lập với tên "Geomatic", "Geoinformatics" hay

"Geospatial Information Science” được dùng ở nhiều bộ của chính phủ và trường đại học

Bảng 1.4 Quan hệ giữa các ngành khoa học truyền thống với GIS

Các hàm của GIS

Các ngành khoa học

Thu nhận dữ

liệu

Lập bản

đồ

Tiền

xử lý

Cấu trúc dữ

Mô

hình hóa

Hiển thị

ứng dụng

1.6 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS

Các lĩnh vực ứng dụng chính của GIS được nhóm thành 5 nhóm sau:

• Quản lý phương tiện (AM/FM)

Các bản đồ tỷ lệ lớn và chính xác và phân tích mạng lưới được sử dụng chủ yếu cho quản lý vật dụng AM/FM thường sử dụng ở lĩnh vực này

• Quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên

Các bản đồ tỷ lệ nhỏ đến trung bình và công nghệ chống lớp kết hợp với ảnh máy bay và vệ tinh được sử dụng cho quản lý tài nguyên thiên nhiên và phân tích tác động môi trường

Các bản đồ địa chính tỉ lệ lớn hay các bản đồ lô đất và phân tích không gian được sử dụng cho quản lý địa chính, thuế, v.v Bảng 5 tổng kết các lĩnh vực chính ứng dụng của GIS

Bảng 1.5 Những lĩnh vực ứng dụng chính của GIS

Quản lý phương tiện - Xác định vị trí đường cáp và ống đưới đất

- Lập kế hoạch duy tu phương tiện

- Dịch vụ mạng lưới viễn thông

- Theo dõi sử dụng năng lượng và qui hoạch Quản lý tài nguyên và môi trường - Nghiên cứu phù hợp cho mùa vụ nông nghiệp

- Quản lý rừng, đất nông nghiệp, tài nguyên nước, đất ngập nước

- Phân tích tác động môi trường

- Quản lý và giảm thiểu thiên tai

- Xác định vị trí đổ thải Mạng lưới giao thông - Di chuyển của ô tô (lộ trình)

Cơ sở hạ tầng xã hội xã hội tốt hơn

Cơ sở hạ tầng môi trường quản lý tốt hơn

Cơ sở hạ tầng đô thị cuộc sống tốt hơn

Cơ sở hạ tầng kinh tế doanh nghiệp tốt hơn

Cơ sở hạ tầng giáo dục hiểu biết tốt hơn

Hình 1.6 cho thấy những thành phần chính của cơ sở hạ tầng thông tin GIS

Để đạt được cơ sở hạ tầng thông tin GIS, những vấn đề sau cần phải được giải quyết và đẩy mạnh (hình 1.7)

• Chính sách dữ liệu mở

Dữ liệu và thông tin GIS cần phải có thể tiếp cận bởi bất kỳ người dùng nào, miễn phí hoặc giá thấp và không bị hạn chế

• Tiêu chuẩn hóa

Những tiêu chuẩn cho khuôn dạng và cấu trúc dữ liệu cần phải phát triển để cho phép truyền

và trao đổi dữ liệu không gian

Cơ sở hạ tầng xã hội

Dân số

Đất sử dụng

Địa chính

GIS thông tin cơ

sở hạ tầng

Cơ sở hạ tầng môi trường

Cơ sở hạ tầng

đô thị

Cơ sở hạ tầng kinh tế

Cơ sở hạ tầng giáo dục

Hình 1.6 Cơ sở hạ tầng thông tin GIS

Tài nguyên thiên nhiên

ô nhiễm Thiên tai

Cảnh sát, chữa cháy

Đường cáp, ống Giao thông, v.v

Kiến thức cơ bản Máy tính trợ giúp giáo dục

Tiếp thị Giao dịch ngân hàng Xác định tuyến xe

• Chia sẻ dữ liệu / thông tin

Để tiết kiệm tiền bạc và thời gian cho số hoá, chia sẻ dữ liệu cần phải được đẩy mạnh Để khuyến khích các hoạt động sử dụng dữ liệu không gian, thông tin và kinh nghiệm cần phải chia sẽ giữa những người sử dụng

1.8 GIS hỗ trợ cho việc ra quyết định

GIS có thể là một công cụ rất quan trọng trong việc ra quyết định cho phát triển bền vững, vì GIS có thể cung cấp cho những nhà ra quyết định những thông tin hữu ích bởi những phương tiện phân tích và đo đạc của cơ sở dữ liệu không gian như được đưa ra ở hình 1.8

Ra quyết định bao gồm cả làm chính sách, qui hoạch và quản lý có thể được thực hiện ảnh hưởng lẫn nhau được đưa vào xem xét các hoạt động của con người thông qua sự nhất trí của cộng đồng Hoạt động bao gồm sự tăng trưởng dân cư, sức khoẻ, công nghệ, chính trị, kinh tế, v.v., qua đó xã hội loài người sẽ thiết lập những mục tiêu làm thế nào để cải thiện chất lượng cuộc sống

Như vậy hoạt động của con người sẽ gây ra những tác động lên môi trường như phát triển tài nguyên thiên nhiên, đô thị hóa, công nghiệp hóa, xây dựng, tiêu thụ năng lượng v.v Những tác

động con người này sẽ gây ra những sự thay đổi môi trường tương ứng như biến đổi sử dụng

đất, thay đổi lối sống, suy thoái đất, ô nhiễm, thay đổi khí hậu v.v Những biến đổi môi trường này cần phải theo dõi để tăng thêm nhận thức công cộng Viễn thám có thể rất hữu ích cho hiểu tốt hơn mối quan hệ giữa những tác động con người và biến đổi môi trường cũng như để xây dựng cơ sở dữ liệu

Tự nhiên được theo dõi bởi viễn thám có tác động trở lại con người thông qua qua sự phân tích

và sự đo đạc bởi GIS để hỗ trợ quyết định tốt hơn Trong trường hợp này, viễn thám cần phải kết hợp với GIS

Con người Tự nhiên

- Ra quyết định chính trị

- Qui hoạch

- Quản lý

Ra quyết định

- Biến động sử dụng đất

- Biến đổi lối sống

- Suy thoái đất

- Ô nhiễm

- Biến đổi khí hậu

Biến động môi trường

ảnh, thứ tự cột và thứ tự hàng, vị trí đó chứa một giá trị đơn của thuộc tính

Hình 2.1 Mô hình dữ liệu raster và vector

2.2 Hình học và quan hệ không gian của cấu trúc dữ liệu vector

Các đối tuợng không gian được phân thành đối tượng điểm như trạm khí tượng, đối tượng

đường như đường cao tốc và đối tượng vùng như đất nông nghiệp, chúng được thể hiện bởi

điểm, đường, vùng riêng biệt Cho mục tiêu phân tích không gian trong GIS, chỉ các hình với

vị trí, hình dạng, kích thước trong một hệ thống toạ độ chưa đủ mà cần mà cần có quan hệ không gian (topology)

Quan hệ không gian (topology) được xem như là mối quan hệ hay mối liên kết giữa các đối tượng không gian

Hình học của một điểm được cung cấp bởi toạ độ hai chiều (x,y) trong khi đường, chuỗi, vùng dựa vào tập hợp toạ độ các điểm như được chỉ ra trên hình 2.2 (a) Tuy nhiên quan hệ không

gian được định nghĩa theo theo cấu trúc bổ sung như sau (hình 2.2 (b)):

Nút (node): là chỗ giao nhau của hai đường trở lên hay bắt đầu và kết thúc của một chuỗi với

số hiệu nút

Chuỗi (chain): một đường hay đoạn với số chuỗi, số của nút đầu và số nút cuối, vùng bên trái

và bên phải

Vùng (Polygon): một vùng với số hiệu vùng, tập hơp các chuỗi tạo lên vùng theo chiều kim

đồng hồ

2.3 Cấu trúc dữu liệu quan hệ không gian

Để phân tích quan hệ bao gồm nút, chuỗi các quan hệ không gian sau đây cần xây dựng

Chuỗi: chuỗi ID, nút đầu ID, nút cuối ID, thuộc tính

Nút: nút ID, (x, y), chuỗi kế cạnh IDs (dương cho tới nút, âm cho từ nút)

Để không chỉ phân tích mạng lưới nhưng các mối quan hệ giữa các vùng, thêm vào đó là hình học và quan hệ không gian yêu cầu như thấy trên hình 2.3

Hình học chuỗi: chuỗi ID, toạ độ bắt đầu, toạ độ các điểm, toạ độ cuỗi

Quan hệ không gian của vùng: vùng ID, tập hợp các chuỗi theo chiều kim đồng hồ, (thuộc

tính)

Quan hệ không gian chuỗi: chuỗi ID, nút đầu ID, nút cuỗi ID, vùng bên trái ID, vùng bên

phải ID, (thuộc tính)

Lợi thế của dữ liệu quan hệ không gian là loại trừ được lặp lại trong khi số hoá các biên gới chung của hai vùng và giải quyết vấn đề khi hai phiên bản của vùng có ranh giới chung không khớp nhau

Hình 2.2 Hình học và quan hệ không gian của dữ liệu vector

Bất lợi của quan hệ không gian là phải xây dựng thật chính xác bộ dữ liệu có quan hệ không gian với không có một lỗi nào và không thể có các đảo ở trong vùng

2.4 Quan hệ không gian giữa các đối tượng

Trong các ứng dụng thực tế, tất cả các quan hệ trong dữ liệu phải được sử dụng một cách lôgic với cấu trúc dữ liệu phức tạp Sau đây là các quan hệ không gian thông dụng:

Quan hệ điểm - điểm:

"trong khoảng": với một khoảng cách nhất định

"gần nhất tới": gần nhất tới một điểm cố định

Quan hệ điểm - đường:

“trên đường”: 1 điểm trên 1 đường

“gần nhất tới”: 1 điểm gần nhất tới 1 đường

Quan hệ điểm - vùng

“chứa trong”: điển ở trong vùng

“trên ranh giới vùng”: một điểm ở trên biên giới của một vùng

Quan hệ đường - đường

"cắt" : hai đường cắt nhau

"vắt qua" : hai đường vắt qua nhau mà không cắt nhau

"chảy vào" : một dòng suối chảy vào sông

Mối quan hệ đường - vùng:

Hình 2.3 Xây dựng quan hệ không gian

"cắt ngang" : một đường cắt ngang một vùng

"viền" : một đường là một một bộ phận của viền của một vùng

Mối quan hệ vùng - vùng

"gối lên nhau " : hai vùng chồng lên

"bên trong" : một hòn đảo bên trong một vùng

"kề bên với" : hai vùng chia sẻ một ranh giới chung

Hình 2.4 cho thấy vài mối quan hệ không gian giữa những đối tượng không gian

Hình 2.5 cho thấy mô hình không gian và hình học giữa điểm, đường và vùng

Hình 2.4 Quan hệ không gian giữa các đối tượng

Hình 2.5 Mô hình cấu trúc dữ liệu hình học và quan hệ không gian

2.5 Hình học và quan hệ không gian của dữ liệu raster

Hình học của dữ liệu raster được dựa vào các đối tượng điểm, đường và vùng như sau (xem hình 2.6 (a))

Những đối tượng điểm: Một điểm được dựa trên điểm ID, tọa độ (i, j) và thuộc tính

Đối tượng đường: Một đường dựa trên đường ID, tập hợp các tọa độ hình thành đường, và

thuộc tính

Đối tượng vùng: Một phần vùng dựa trên vùng ID, tập hợp những tọa độ hình thành vùng và

thuộc tính Đối tượng vùng trong mô hình raster tiêu biểu cho “run lengh" mà nâng lên raster dưạ vào sự nối tiếp của độ dài (hoặc số điểm) của mỗi lớp như được cho thấy trong hình 2.6 (a)

Quan hệ không gian của đối tượng đường dựa trên sự nối tiếp nhau của những điểm hình thành

đoạn đường

Quan hệ không gian của một đối tượng vùng thông thường do cấu trúc “run lengh” như sau:

- Số hiệu đường bắt đầu (số hiệu điểm bắt đầu, số pixel)

- Số hiệu đường thứ hai (số hiệu điểm bắt đầu, số pixel)

Hình 2.6 Hình học và quan hệ không gian của dữ liệu raster

2.6 Đặc tính quan hệ không gian của dữ liệu raster

Một trong những điểm yếu trong mô hình raster là khó khăn trong phân tích không gian và quan hệ so sánh với mô hình vectơ

Ví dụ một đường dễ dàng được xác định như một nhóm của những điểm hình thành hàng, sự nối tiếp của những điểm nối thành một chuỗi trở lên hơi khó trong đánh dấu Trong trường hợp vùng trong mô hình raster, mỗi vùng dễ dàng được xác định nhưng ranh giới và nút (khi ít nhất hơn ba hình nhiều cạnh cắt chéo nhau) cần phải được đánh dấu hoặc phát hiện ra

Hướng chảy: Một đường với những hướng có thể được thể hiện bởi bốn hướng hoặc tám

hướng như được cho thấy trong Hình 2.7 (a) và (b) Hình 2.7 (c) cho thấy một ví dụ của những hướng luồng trong sự chuyển động của Nữ hoàng Dòng nước, liên kết của một mạng, đường vân vân có thể được thể hiện bởi những hướng chảy

Hình 2.7 Hướng chảy

Hình 2.8 Xác định đường biên và nút

Những đặc tính quan hệ không gian của dữ liệu raster: Ranh giới được định nghĩa như cửa

sổ 2 x 2 điểm mà có hai lớp khác nhau như thấy trên hình 2.8 (a) Nếu một cửa sổ được chạy theo vết theo phương hướng thấy hình 2.8 (a), thì ranh giới có thể được xác định

Nút: Một nút trong mô hình vùng có thể được định nghĩa như một cửa sổ 2 x 2 mà có hơn ba

lớp khác nhau như được thể hiện trên hình 2.8 ( b) Hình 2.8 (c) và (d) cho thấy một ví dụ sự nhận ra của những điểm trên ranh giới và nút

2.7 Mô hình dữ liệu chuyên đề

Những thực thể tự nhiên phức tạp, chúng cần phải được phân loại vào những lớp đối tượng với

sự giống nhau nào đó qua mô hình dữ liệu chuyên đề trong cơ sở dữ liệu không gian

Những đối tượng trong một cơ sở dữ liệu không gian được định nghĩa như những hiện diện của những thực thể tự nhiên với những thuộc tính liên quan

Nói chung, dữ liệu không gian có ba thành phần chính: vị trí, những thuộc tính và thời gian Những thuộc tính thường được gọi "dữ liệu chuyên đề "dữ liệu phi không gian", nó được liên kết với dữ liệu không gian hoặc dữ liệu hình học

Một thuộc tính có một đặc tính chỉ định của thực thể trong tự nhiên

Thuộc tính có thể được phân loại như bình thường, thứ tự, số, điều kiện và những đặc trưng khác Những giá trị thuộc tính thường được liệt kê trong những bảng thuộc tính mà sẽ thiết lập những mối quan hệ giữa những thuộc tính và dữ liệu không gian như những đối tượng điểm,

đường và vùng, và giữa những thuộc tính

Hình 2.9 cho thấy một sơ đồ sơ đồ của mô hình dữ liệu chuyên đề

Những đối tượng không gian trong thể hiện số có thể được nhóm lại vào trong những lớp như

được cho thấy trong hình 2.10

Ví dụ, một bản đồ có thể đang chia ra một tập hợp những lớp bản đồ gồm có đường đồng mức, ranh giới , đường, sông, nhà, rừng, v.v

không gian

Hình 2.9 Mô hình dữ liệu chuyên đề

Có Thuộc

Có Thuộc

ThuộcChứa

Quan hệ

2.8 Cấu trúc dữ liệu cho mô hình bề mặt liên tục

Trong GIS, những bề mặt liên tục như bề mặt địa hình, quan sát khí tượng (mưa rơi, nhiệt độ,

áp suất v.v.) mật độ dân cư vân vân cần được mô hình hoá Các điểm mẫu được quan sát ở khoảng riêng biệt, mô hình bề mặt nhằm để thể hiện hình dạng không gian ba chiều z = f(x, y) cần được xây dựng để cho phép phép nội suy giá trị tại điểm quan tâm bất kỳ

Bốn kiểu cấu trúc lấy mẫu điểm thông thường sau đây được mô hình trong DEM:

• Lưới tại những khoảng đều đặn:

Bề mặt tuyến tính bậc 2 với 4 điểm hay bậc 3 với 16 điểm thường được sử dụng

Những mặt cắt được quan sát thẳng góc tới một đường thẳng hoặc một đường cong, ví dụ như

đường cao tốc Trong trường hợp đường là một đường thẳng, những điểm lưới sẽ được nội suy Trong trường hợp sự liên kết là một đường cong, TIN sẽ được dùng

Hình 2.10 Các lớp bản đồ

H×nh 2.11 cho thÊy nh÷ng kiÓu DEMs kh¸c nhau

H×nh 2.11 C¸c kiÓu DEM kh¸c nhau

Chương 3 Dữ liệu không gian được nhập vào GIS

3.1 Yêu cầu của những nguồn dữ liệu cho GIS

Thu nhận dữ liệu hay nhập dữ liệu không gian trong khuôn dạng số là đắt nhất (khoảng 80 % của toàn bộ kinh phí của dự án GIS) và những thủ tục mất nhiều thời gian trong GIS, nguồn dữ liệu cho thu nhận dữ liệu cần phải được lựa chọn cẩn thận cho những mục đích cụ thể

Những nguồn dữ liệu sau được sử dụng rộng rãi

Bản đồ tương tự: Những những bản đồ với những đường công tua và những nét địa hình khác

và bản đồ chuyên đề với khía cạnh lớp đối tượng xác định được số hoá bằng tay hoặc bởi những máy quét bán tự động Những vấn đề của bản đồ tương tự là không sẵn sàng, quá hạn, không thống nhất về thời gian xuất bản bản đồ, không chính xác, v v

ảnh máy bay: ảnh máy bay dạng ảnh chụp hay ảnh số là khá đắt nhưng là phương pháp tốt

nhất để cập nhật

ảnh vệ tinh :ảnh dữ liệu vệ tinh sẵn sàng cho phân loại sử dụng đất, mô hình số độ cao

(DEM), cập nhật mạng lưới cao tốc vân vân Nhưng quy mô bản đồ ảnh khoảng 1:50,000 tới 1:100,000 ảnh vệ tinh phân giải cao với độ phân giải mặt đất 1~3 mét sẽ dùng sản xuất bản

đồ địa hình 1 : 25,000 trong tương lai

Khảo sát mặt đất với GPS: Toàn bộ trạm cùng với GPS (Hệ thống xác định vị trí toàn cầu) sẽ

hiện đại hóa sự khảo sát mặt đất Nó rất chính xác nhưng quá đắt khi bao trùm những vùng rộng

Báo cáo và những ấn bản: Dữ liệu kinh tế xã hội thông thường được liệt kê trong những báo

cáo thống kê và điều tra đối với những đơn vị hành chính

Hình 3.1 tổng kết những nguồn dữ liệu chính cho GIS

Bảng 3.1 cho thấy phương pháp, những thiết bị, sự chính xác và giá cho những nguồn dữ liệu khác nhau

Dân số Kinh tế

Hình 3.1 Những nguồn dữ liệu chính cho GIS

Bảng 3.1 Lựa chọn phương pháp nhập dữ liệu

Bản đồ tương tự Số hóa bằng tay Bàn số ± 0,1mm (trên bản đồ) rẻ

Quét bán tự động Máy quét ± 0,1mm (trên bản đồ) đắt

ảnh máy bay Phân tích trắc đạc Máy vẽ ảnh lập

3.2 Số hoá để nhập vào dữ liệu vectơ

Bàn số với một chỏ chuột tự do nối với một máy tính cá nhân là thiết bị phổ biến nhất cho số

hoá các đối tượng không gian với những tọa độ phép đo mặt bằng từ bản đồ tương tự Bản đồ

tương tự được đặt lên mặt của bàn số như được cho thấy trong hình 3.2 Kích thước của bàn số

thông thường trong khoảng từ A3 đến kích thước Ao

Thao tác số hóa như sau:

Bước 1 : bản đồ được gắn lên bàn số

Bước 2: điểm khống chế hay tics ở bốn góc của tờ bản đồ cần phải số hoá và nhập vào PC

những tọa độ bản đồ của bốn góc

Bước 3: nội dung bản đồ được số theo những hệ thống mã bản đồ và lớp bản đồ trong chế độ

điểm hoặc chế độ đường trong khoảng thời gian ngắn

Bước 4: sửa lỗi ví dụ như những chỗ trống nhỏ tại những chỗ nối đường, vượt quá, trùng nhau

v v., cần phải được thực hiện để có một tập dữ liệu sạch, không có những lỗi

Bước 5: chuyển đổi từ những tọa độ bàn số thành những tọa độ bản đồ để lưu giữ trong một cơ

sở dữ liệu không gian

Những vấn đề chính của số hoá bản đồ:

- Bản đồ sẽ trải ra hoặc làm co ngày qua ngày mà những điểm khống chế mới sẽ xê dịch một

chút khỏi điểm trước đây

- Chính bản đồ cũng có sai sót

- Sự không thống nhất qua những tờ bản đồ bên cạnh sẽ gây ra sự không nối liên tục

- Những thao tác viên có thể sẽ tạo ra nhiều lỗi, những lỗi trong khi số hoá như được chỉ ra ở

hình 3.3

Hình 3.2 Bàn số

Hình 3.3 Những lỗi đặc tr−ng

3.3 Máy quét (scanner) cho nhập dữ liệu raster

Máy quét được sử dụng để chuyển đổi từ những bản đồ tương tự hoặc những sự ảnh chụp thành dữ liệu ảnh số trong khuôn dạng raster Dữ liệu ảnh số thông thường dựa trên số nguyên với một byte cấp độ xám (256 ton xám từ 0 đến 255) cho ảnh đen trắng và một tập hợp của ba cấp độ xám của màu đỏ ( R), màu xanh lục (G) Và xanh lam (B) cho hình ảnh màu

Sau đây là bốn loại máy quét thường sử dụng trong GIS và viễn thám

Máy quét cơ học (Mechanical scanner)

Nó được gọi máy quét trống khi một bản đồ hoặc một ảnh đặt trên một cái trống được số hoá một cách cơ học với sự quay của cái trống và chuyển của bộ cảm như trên hình 3.4 (a) Nó là chính xác nhưng chậm

Máy ghi hình (Video Camera)

Video camera với CRT (cathode ray tube) thường được sử dụng để số hoá một phần nhỏ của bản đồ hay phim Nó không chính xác lắm nhưng rẻ (xem hình 3.4 (b))

Bảng 3.2 cho thấy sự làm việc của những máy quét chính

Hình 3.4 Các loại máy quét chính

Bảng 3.2 So sánh các loại máy quét

Máy quét cơ học rất cao

ảnh trắc đạc phân tích

Mặc dù những hệ thống máy tính được sử dụng cho phép tam giác trắc lượng không gian, đo

đạc dữ liệu bản đồ, soạn thảo và đầu ra với máy vẽ bút, một cặp phim tương tự lập thể được thiết lập trong một máy vẽ lập thể và thao tác viên sẽ đọc bằng tay những nét địa hình xuyên qua máy vẽ trắc đạc lập thể gọi là máy vẽ phân tích

ảnh trắc đạc số

Trong ảnh chụp số, phim trên không được chuyển đổi thành dữ liệu hình ảnh số với độ phân giải cao ( 5-25 mm) Mô hình số độ cao (DEM) được làm tự động với sự thích ứng lập thể sử dụng trạm làm việc ảnh số Bức ảnh 3 chiều số sử dụng DEM sẽ cũng tự động được tạo ra như những sản phẩm kéo theo Nó vẫn rất đắt trừ phi chỉ một phương pháp để lập bản đồ tự động

Đó là nhu cầu cho nghiên cứu trong tương lai để xác định những mẫu của những cái nhà, những con đường, những cấu trúc và những nét địa hình khác tự động, như vậy được gọi hiểu hình ảnh

Hình 3.6 cho thấy một trạm làm việc ảnh trắc đạc số

Hình 3.5 Những qui trình của trắc đạc ảnh máy bay

3.5 Viễn thám với ảnh vệ tinh

Viễn thám vệ tinh là một công nghệ hiện đại thu dữ liệu ảnh số của bề mặt địa hình dưới vùng sóng điện từ nhìn thấy, hồng ngoại và cao tần

Các băng ảnh đa phổ bao gồm vùng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại nhiệt được sử dụng thông dụng nhất để thành lập bản đồ sử dụng đất, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ địa chất, bản đồ sản xuất nông nghiệp, v.v ở tỷ lệ từ 1:50,000 đến 1:250,000 Rất nhiều vệ tinh quan sát mặt đất như Landsat, SPOT, ERS-1, JERS-1, IRS, Radarsat v v có thể dùng Rađa độ mở tổng hợp (SAR) ngày nay đang trở thành công nghệ mới trong viễn thám bởi vì SAR có thể xuyên qua mây, mà cho phép tạo ảnh không mây trong mọi điều kiện thời tiết

Những ảnh vệ tinh có độ phân giải mặt đất khác nhau phụ thuộc vào bộ cảm sử dụng được liệt

kê ở bảng 3.3

Từ những năm 1960 qua thời kỳ chiến tranh lạnh, ảnh vệ tinh phân giải cao với độ phân giải mặt đất 1-3 mét đã có được vào năm 1998 Nhữnh ảnh vệ tinh phân giải cao dự kiến để xác

định các nhà riêng rẽ trên khu vực đô thị Bảng 3.4 cho thấy những ảnh vệ tinh phân giải cao

dự kiến được phóng bởi 3 công ty thương mại Mỹ

Những ảnh vệ tinh phân giải cao đang chờ đợi cho những ứng dụng cho GIS đô thị

Hình 3.6 Trạm làm việc trắc đạc số

Bảng 3.3 Những vệ tinh quan sát trái đất hiện nay Tên Số kênh phổ Độ phân giải mặt đất (m) Mục tiêu chính Landsat TM

(Mỹ)

6 (VIS và NIR), 1(TIR)

30

120

Lớp phủ đất Spot Pan

(Châu Âu)

Sóng Băng JERS-1 OPT

(Nhật Bản) SAR

8 SAR (L)

18x24 18x18

Lớp phủ đất

Địa chất Yếu tố địa hình IRS-ID MSS

(ấn Độ) PAN

4

1

23.5 5.8

Lớp phủ đất Bản đồ địa hình Radarsat

(Canada)

Tuyết Bảng 3.4 Những vệ tinh độ phân giải cao

Công ty Earth Watch Orbital Imaging Space Imaging

Lập thể Trên đường bay Trên đường bay Trên và ngang đường bay

Số ảnh (tối đa) 100 cảnh/ vòng 535 cảnh/ ngày 600 cảnh/ ngày

Bộ nhớ trên vệ tinh 100 cảnh 250 cảnh 100 cảnh

Những thành viên Ball Corp., Hitachi

Ltd., NUOVA Telespazio, CTA Inc., Datrib system

Orbital Sciences, EIRAD, PR Applied Sciences, Fairchild Event Systems, MDA

Locked E-system, Mitsubishi

3.6 Raster hoá

Việc chuyển đổi giữa dữ liệu raster và dữ liệu vectơ rất hữu ích trong những ứng dụng thực tế của GIS Sự raster hoá tham chiếu tới sự chuyển đổi từ dữ liệu vectơ thành dữ liệu raster Định dạng raster tiện lợi hơn cho tạo màu những bản đồ vùng như màu bản đồ sử dụng đất, trong khi bản đồ số trong khuôn dạng vectơ chỉ dễ hơn hơn để phát hiện ranh giới Raster hoá cũng hữu ích kết hợp đối với GIS với viễn thám bởi vì ảnh viễn thám trong định dạng raster

Một thuật toán đơn giản cho sự tính toán diện tích của hình thang có thể được áp dụng chuyển

đổi hình đa giác vector thành hình đa giác raster với những ô lưới như được cho thấy trong hình 3.7 Nếu những đường thẳng đứng tới trục x từ hai kề bên đỉnh, một hình thang sẽ được hình thành như được cho thấy trong hình 3.7

Diện tích của hình thang được tính bằng:

Ai = (Xi+1- xi) (Yi + yi +1) / 2

Tổng tất cả các hình thang sẽ cho vùng hình đa giác nguyên bản như được thấy trên hình 3.7

Sử dụng thuật giải này, hệ thống các ô lưới trong hình đa giác dễ dàng được xác định như được cho thấy trong góc trên bên phải của hình 3.7

3.7 Vectơ hoá

Vectơ hoá tham chiếu tới sự chuyển đổi từ dữ liệu raster thành dữ liệu vectơ, mà thường được gọi là sự chuyển đổi vectơ - raster Vectơ hoá không dễ như so sánh với raster hoá, vì định dạng vectơ cần cấu trúc quan hệ không gian (topology), ví dụ, phương hướng của đường hay chuỗi, ranh giới và những nút của những vùng, thứ tự của những chuỗi tạo thành vùng, vùng bên trái và bên phải, ID của chuỗi, v v

Một thuật giải đơn giản của vectơ hoá được giải thích trong hình 3.8, trong đó ảnh nguyên bản trong định dạng raster được chuyển đổi thành dữ liệu vectơ thông qua làm mỏng và qui tắc chuỗi (xem 2.6) Thuật toám này hữu ích để chuyển đổi ảnh raster thành dữ liệu vectơ với những tọa độ, nhưng nó không đầy đủ bởi vì thuật giải sẽ không xây dựng cấu trúc quan hệ không gian topology

Sự chuyển đổi vectơ - raster với tự động xây dựng của quan hệ không gian có thể nếu cửa sổ 2

x 2 liên tục được di chuyển dọc theo ranh giới từ một nút Ranh giới và nút có thể được xác

Để tự động hóa sự chuyển đổi vectơ-raster dễ dàng hơn, một hình ảnh sạch không có những nhiễu hoặc những dánh dấu không cần thiết cần phải được quét khi bắt đầu

3.8 Những công nghệ tiên tiến cho sự thu nhận dữ liệu gốc

Vài công nghệ tiên tiến đã có cho sự thu nhận dữ liệu gốc của dữ liệu không gian cũng như mô hình số độ cao (DEM)

Những công nghệ tiên tiến sau sẽ hữu ích cho tương lai GIS

Hệ thống khảo sát điện tử mặt đất

Một hệ thống tổng hợp của toàn bộ trạm với tự động hóa theo dõi hàm, hệ thống định vị toàn cầu ( GPS) động học và một máy tính bút (xem hình 3.10 (a)) sẽ thay thế sự khảo sát truyền thống Sự thu nhận dữ liệu trực tiếp trong dạng số, ở vị trí thực tế sẽ rất hữu ích cho bộ dữ liệu

Hình 3.8 Thuật toán vector hóa đơn giản

Hình 3.9 Giảm đồ chuyển đổi raster-vector

GIS tỷ lệ lớn, ví dụ trong ứng dụng cho địa chính, quản lý phương tiện, cấu trúc thành thị vân vân

Hệ thống lập bản đồ di động

Những bộ cảm khác nhau như GPS, INS (hệ thống dẫn đường quán tính), hơn hai camera số, máy ghi tiếng v v., cố định trên một cỗ xe như được trên hình 3.10 (b) để vẽ bản đồ những đối tượng trong phạm vi gần Ví dụ đường trục những đại lộ, đường thiết bị, đường sắt v v cũng như để xác định hành trình của xe cộ đang chuyển động

Laze Scanner

Scanner laze máy bay cùng với GPS và INS sẽ trực tiếp đo đạc địa hình hoặc DEM như được cho thấy trong hình 3.10 ( c) với sự chính xác chiều cao 10cm ở độ cao 1,000m

SAR giao thoa

SAR( rađa độ mở tổng hợp) giao thoa là một công nghệ mới để tạo DEM tự động bởi xử lý giao thoa đặc biệt của một cặp ảnh SAR SAR giao thoa của máy bay và vệ tinh sẵn có hiện nay nếu điều kiện giao thao đạt tiêu chuẩn

Hình 3.10 Những công nghệ tiên tiến cho sự thu nhận dữ liệu gốc

Chương 4 Cơ sở dữ liệu không gian

4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu không gian

Cơ sở dữ liệu không gian được định nghĩa là sự thu thập các dữ liệu không gian có quan hệ với nhau mà nó có thể quản lý và bảo quản một lượng lớn các dữ liệu được chia sẻ được giữa các ứng dụng GIS khác nhau Các chức năng của cơ sở dữ liệu không gian như sau:

- Vững chắc với ít hoặc không có sự dư thừa nào

- Bảo trì chất lượng dữ liệu bao gồm cập nhật

- Được miêu tả với từ điển dữ liệu

- Hiệu suất cao bởi hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu với ngôn ngữ cơ sở dữ liệu

- Bảo đảm an toàn bao gồm điều khiển truy nhập

Trong thập kỷ 1980, trụ sở của GIS được tập trung với một cơ sở dữ liệu không gian tập trung Trong nhưng năm 1990, khái niệm mạng xuất hiện, nó sẽ tiện lợi hơn để đáp ứng nhu cầu của người dùng với những cơ sở dữ liệu được phân bố như thấy trong hình 4.1 Những cơ sở dữ liệu được phân bố như vậy trong một cấu trúc mạng có những lợi ích sau:

- Lưu trữ dữ liệu và sự cập nhật tốt hơn

- Truy nhập hiệu quả hơn

- Đầu ra hiệu quả hơn

Cập nhật

định kỳ

Cập nhật liên tục

Cập nhật liên tục

Thiết bị công cộng

Thông tin môi trường

Cục đo đạc

bản đồ

Cục địa chính

Cơ quan phục

vụ công cộng

Cục Môi trường

Trung tâm GIS

Dự án chung

Kho dữ liệu trao đổi

Cục quản lý

đường bộ

Văn phòng dân số

Cập nhật liên tục

Cập nhật

định kỳ

Cập nhật

định kỳ Hình 4.1 Phân loại dữ liệu không gian

4.2 Thiết kế sở dữ liệu không gian

Thiết kế cơ sở dữ liệu không gian sẽ được thực hiện bởi bởi người quản lý cơ sở dữ liệu, người

mà có trách nhiệm với những vấn đề sau:

- Xác định nội dung cơ sở dữ liệu

- Lựa chọn cấu trúc cơ sở dữ liệu

- Phân phối dữ liệu tới những người dùng

- Điều khiển việc cập và bảo quản

- Hoạt động hàng ngày

Cho thiết kế những mục chi tiết, những tham số sau cần phải được thiết kế cẩn thận

Phương tiện lưu trữ: Dung tích, tốc độ truy nhập và dịch vụ trực tuyến cần phải được xem

xét Bảng 4.1 cho thấy khác nhau của những loại phương tiện lưu trữ

Phần chia của dữ liệu: Lựa chọn những ranh giới hành chính, những tờ bản đồ, những lưu

vực vân vân sẽ được đưa vào xem xét những ứng dụng GIS ( xem Hình 4.2)

Những tiêu chuẩn: Khuôn dạng, sự chính xác và chất lượng cần phải được tiêu chuẩn hóa Thay đổi và cập nhật: Thêm, xóa, soạn thảo và cập nhật cần phải được điều khiển cẩn thận

bởi người quản lý cơ sở dữ liệu

Hoạch định: Tính sẵn sàng dữ liệu , những quyền ưu tiên, sự thu nhận dữ liệu v.v cần phải

được hoạch định cẩn thận

Sự an toàn: Bản quyền, hệ thống sao lưu và những trách nhiệm cần phải được quản lý cẩn

thận

Bảng 4.1 Các phương tiện lưu trữ

Phương tiện Dung lượng Thời gian ghi Thời gian tìm kiếm

Hình 4.2 Sự phân chia của dữ liệu không gian

4.3 Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

Một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS) cung cấp một số chức năng để tạo ra, soạn thảo, thao tác và phân tích dữ liệu phi không gian và không gian trong những ứng dụng một hệ thống thông tin địa lý

Những chức năng chính của một cơ sở dữ liệu như sau:

- Tạo ra những bản ghi của nhiều loại dữ liệu: số nguyên , số thực, đặc tính, dữ liệu, hình ảnh v.v

- Thao tác: phân loại, xóa, soạn thảo, lựa chọn v.v

- Vận dụng: nhập vào, phân tích, xuất ra, định đạng lại v.v

- Truy vấn: sẽ được thực hiện bởi ngôn ngữ chuẩn như SQL (ngôn ngữ truy vấn chuẩn)

- Lập trình: sẽ hữu ích cho những chương trình ứng dụng

- Cung cấp tài liệu: từ điển dữ liệu hay sự mô tả của nội dung cơ sở dữ liệu cần phải làm theo

đối tượng là một khái niệm mới mà gần đây đã được phát triển

Có cuộc tranh luận về những hướng nào của hai lớp hoặc đối tượng định hướng hiệu quả trong GIS Những lớp có thể hiệu quả cho quản lý những tài nguyên tự nhiên, ví dụ với những lớp khác nhau sử dụngđất, thổ những, địa chất, nông nghiệp, rừng v.v

Mặt khác sự định hướng đối tượng có thể tiện lợi hơn cho quản lý phương tiện với những nhóm thuộc tính

Hình 4.3 cho thấy khái niệm của bốn kiểu mô hình cơ sở dữ liệu

4.4 Mô hình thứ bậc

Vài mẩu tin hoặc những tệp có liên quan thức bậc với nhau Ví dụ, một tổ chức có vài ban, từng ban có những thuộc tính như tên giám đốc, số nhân viên , sản phẩm hàng năm v.v Mỗi ban có vài bộ phận với những thuộc tính như tên giám đốc, số nhân viên, sản phẩm hàng năm v.v

Rồi mỗi bộ phận có vài nhóm với những thuộc tính như tên nhóm trưởng, số nhân viên, số PC v.v

Mô hình thứ bậc là một kiểu cấu trúc cây như được thấy trong hình 4.3(a) Một tập hợp những mối liên kết nối tất cả loại bản ghi trong một cấu trúc cây

Những lợi thế của mô hình thứ bậc là tốc độ truy nhập cao tới tập dữ liệu lớn và dễ dàng cập nhật Tuy nhiên sự bất lợi là những sự kết nối có thể chỉ thẳng đứng nhưng không phương nằm ngang hoặc theo đường chéo, điều đó có nghĩa là không có quan hệ giữa khác nhau trên cây tại cùng mức đó trừ phi chúng chia sẻ cùng cha mẹ

Cây chẻ tư được sử dụng để truy nhập một bộ phận của một ảnh raster hoặc vùng bản đồ lớn là một loại của mô hình thứ bậc Cây trẻ tư trước hết chia cắt toàn bộ vùng bản đồ thành 4, 16, 32, từng bước như được cho thấy trong hình 4.4(a)

Sau đó một câu trẻ tư được xây dựng như trên hình 4.4(b), mà sự truy nhập tới một vùng đặc biệt với tốc độ cao Số 0, 1 , 2 và 3 được biết như sắp đặt Morton, làm cho việc tạo mã một khối hoặc một điểm trong mô hình raster có hiệu quả Ví dụ khối 211 trong hình 4.4(a) có thể

được biểu thị bằng 100101 trong một cặp nhị phân cơ sở, trong khi thông thường khối ghi số (4,3), số đường và hàng cần nhiều bộ nhớ hơn trong một máy tính

Hình 4.3 Khái niệm về mô hình cơ sở dữ liệu

H×nh 4.4 M« h×nh c©y chÎ t−

(b) C©y chÎ t−

4.5 Cơ sở dữ liệu quan hệ

Cơ sở dữ liệu quan hệ là mô hình phổ biến nhất trong GIS Ví dụ, những phần mềm cơ sở dữ liệu có quan hệ sau được sử dụng rộng rãi

- INFO trong ARC/INFO

- DBASE III cho vài GIS cho PC

- ORACLE cho vài sử dụng GIS

Cơ sở dữ liệu quan hệ là một mô hình liên kết những mối quan hệ không gian phức tạp giữa những đối tượng

Những đối tượng không gian được xếp thành bảng gồm có những bản ghi với một tập hợp của những thuộc tính như cho thấy trong hình 4.3(c) Mỗi bảng (được gọi là quan hệ) gồm có các

số khác nhau của những thuộc tính, được gọi cấp Cấp của những một thuộc tính tham chiếu tới quan hệ n-phân (ví dụ n-phân, nhị phân)

Trong một mô hình có quan hệ, hai khái niệm quan trọng sau cần phải được định nghĩa:

- Chìa khóa của quan hệ: một tập con của những thuộc tính

- Xác minh duy nhất: ví dụ những thuộc tính chìa khóa là một thư mục điện thoại trong một tập hợp của tên, họ và địa chỉ

- Không dư thừa: bất kỳ thuộc tính chìa khóa nào được lựa chọn và xếp thành bảng cần phải giữ sự duy nhất của chìa khóa Ví dụ địa chỉ không thể được cho vào từ địa chỉ điện thoại, vì có thể nhiều người cùng tên

- Thuộc tính đầu tiên : một thuộc tính liệt kê trong ít nhất một chìa khóa

Điểm quan trọng nhất của thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ là xây dựng cho một tập hợp những thuộc tính chìa khóa với một thuộc tính đầu tiên để cho phép sự phụ thuộc giữa những thuộc tính cũng như tránh sự mất mát thông tin chung khi những bản ghi được chèn vào hoặc đã bị xóa

Bảng 4.2 chỉ ra để xây dựng cơ sở dữ liệu quan hệ bởi việc bình thường hóa một bảng phi cấu trúc như thế nào

Những lợi thế của cơ sở dữ liệu quan hệ như sau: