đề cương TIN học ỨNG DỤNG

không gian thông tin địa lý: cặp tọa độ x,y trong hệ tọa độ phẳng hoặc địa lý và các thông tin thuộc tính liên kết chặt chẽ với nhau và... Câu 4: Những khái niệm nhỏ trong một hệ thống t

TIN HỌC ỨNG DỤNG

I. Hệ thống thông tin địa lý

Câu 1: Những thành phần hợp thành một hệ thống thông tin địa lý

-Đầu vào: Lấy dữ liệu không gian và thuộc tính vào trong GIS Ở đây, bạn thu thập và tiền xử lý dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau

-Tiền xử lý: Tổ chức dữ liệu để truy cập và chỉnh sửa Hệ thống con này cho phép bạn quản lý, xem xét, và chỉnh sửa bộ số liệu hiện có

-Phân tích: Thực hiện các thao tác đối với dữ liệu Với hệ thống con này, bạn tiến hành phân tích không gian để tạo nên thông tin

-Đầu ra: Tạo nên những bản đồ chuyên đề, những mô hình, và số liệu thống kê.

Câu 2: Những bộ phần cấu tạo thành một hệ thống thông tin địa lý Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý:

năng thực hiện các chức năng nhập thông tin (Input), xuất thông tin (Output) và xử lý thông tin của phần mềm Hệ thống này gồm có máy chủ (server), máy khách (client), máy quét (scanner), máy in (printer) được liên kết với nhau trong mạng LAN hay Internet

phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây:

khác nhau.

+ Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian

và thông tin thuộc tính.

+ Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết

+ Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau.

không gian (thông tin địa lý: cặp tọa độ x,y trong hệ tọa độ phẳng hoặc địa lý) và các thông tin thuộc tính liên kết chặt chẽ với nhau và

được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định Thời gian được

mô tả như một kiểu thuộc tính đặc biệt

trong hình

Bao gồm

Nhà quản lý

Cộng đồng

Chuyên gia CNTT

Chuyên gia chuyên ngành

Câu 3 : Những câu hỏi liên quan đến một hệ thống thông tin địa lý

Bạn có thể đặt 4 loại câu hỏi đối với GIS

1. Có gì tại … ? Câu hỏi đơn giản này đi tìm thứ tồn tại ở vị trí cụ thể Một ví dụ như, có gì tại góc đường Main Street và 12th Avenue?

2. Nó ở đâu? Dạng câu hỏi này đơn giản là yêu cầu tìm vị trí của một đối tượng cụ thể (như khu chợ hoặc cửa hàng sách gần nhất), hoặc có thể là một cầu hỏi khó hơn cho phép khảo sát những địa điểm thỏa mãn điều kiện cụ thể nào đó Chẳng hạn, một bản đồ thành phố có thể giúp nhận diện được tất cả những lô đất rộng hơn 5 acre, còn trống, và cách cầu vượt đường cao tốc không quá nửa dặm

3. Có những mẫu không gian nào đang tồn tại? Câu hỏi này nhằm mô tả

và so sánh những mẫu không gian tại các vị trí khác nhau Nó nhằm tìm ra những mẫu không gian—có lẽ là sự tập trung của hiện tượng Quá trình tìm kiếm, biểu thị và giải thích các mẫu địa lý rất thường gặp trong phân tích khôn gian Stewart Fotheringham đã định nghĩa phân tích không gian như một cách xử lý dữ liệu không gian nhằm chiết xuất những ý nghĩa mới Xét về khía cạnh GIS, phân tích không gian đặt ra hai câu hỏi: (a) Đâu là mối quan hệ giữa nhiều tập hợp số liệu tồn tại cùng một địa điểm? Chẳng hạn bạn có thể thấy mối liên hệ trực tiếp giữa sự thay đổi độ cao địa hình của một vùng và lượng mưa của vùng đó (b) Những thay đổi nào về mặt địa lý xảy ra trong không gian? Tất cả các hiện tượng địa lý đều có cường độ thay đổi trong không gian Hãy xét độ phì nhiêu của đất trên lãnh thổ nước Mỹ Có vùng độ phì cao và có vùng thì thấp Để trả lời câu hỏi này một cách đầy đủ, bạn phải mô tả và giải thích được những mẫu đó

4. Điều gì sẽ xảy ra nếu… ? Những câu hỏi dạng này liên quan đến các kịch bản khác nhau khi bạn thay đổi tham số của mô hình Một ví dụ

bao gồm việc theo dõi điều gì xảy đến với dân số một vùng khi tuyến đường cao tốc được xây dựng chạy qua khu vực dưới những điều kiện ràng buộc nhất định

Câu 4: Những khái niệm nhỏ trong một hệ thống thông tin địa lý (Bản đồ, địa vật, điểm, đường …)

• BẢN ĐỒ TRONG VAI TRÒ CỦA MỘT MÔ HÌNH CỦA THỰC TẾ

-Thế giới thực quá phức tạp và không thể kiểm soát nổi để có thể hiểu thấu

đáo và tiến hành phân tích, bởi sự đa dạng và vô vàn các yếu tố biến đổi

Để mô tả và định vị từng thành phố, ngôi nhà, gốc cây, ngọn cỏ, hạt cát

là nhiệm vụ bất khả thi Làm thế nào để ta giảm độ phức tạp của trái đất

và sinh vật trên đó, để có thể ghi chúng lại trong một cơ sở dữ liệu và trên bản đồ? Ta làm điều đó bằng cách chọn những địa vật có ý nghĩa nhất (bỏ qua những thứ mà ta nghĩ không cần thiết cho dự án hoặc nghiên cứu cụ thể đang tiến hành) rồi khá quát hoá những địa vật được chọn

• ĐỊA VẬT

-Địa vật có 2 phần

+ Một thành phần không gian hay bản đồ và một thành phần thuộc tính hay cơ sở dữ liệu Chúng được biểu diễn dưới dạng không gian trên bản đồ và các thuộc tính mô tả được lưu trong file (tập tin) dữ liệu

+Hai phần này được kết nối với nhau Nói cách khác, mỗi địa vật trên bản đồ được nối đến một bản ghi trong file dữ liệu miêu tả địa vật đó Nếu bạn xóa các thuộc tính của địa vật khỏi file dữ liệu thì hình ảnh địa vật cũng sẽ biến mất trên bản đồ Ngược lại, nếu bạn xóa hình địa vật khỏi bản đồ thì thuộc tính của nó cũng biến mất

-Địa vật là đối tượng hoặc sự kiện riêng lẻ có vị trí (hoặc xảy ra) ở hiện tại, quá khứ hay tương lai, trong không gian một lô đất là ví dụ cho địa vật Trong công nghiệp GIS, các địa vật mang nhiều tên gọi khác nhau như đối tượng, sự kiện, hoạt động, thể, chứng tích, thực thể, và tài nguyên Khi kết hợp với các địa vật khác cùng loại, chúng được sắp xếp trong các file dữ liệu được gọi là lớp, lớp phủ, hay chuyên đề Trong cuốn sách này, ta sẽ dùng các thuật ngữ: địa vật và lớp

-Ngoài vị trí ra, mỗi địa vật còn thường có một tập hợp các thuộc tính mô

tả, để đặc trưng cho địa vật đơn lẻ Mỗi đặc tính có dạng con số hoặc chữ (kí tự), và những giá trị này có thể định tính (chẳng hạn như: thấp, trung bình, hoặc cao) hay định lượng (con số đo đạc cụ thể) Đôi khi, địa vật còn có chiều thời gian; một khoảng thời gian trong đó dữ liệu không gian hoặc thuộc tính của địa vật có thể thay đổi

• ĐIỂM, ĐƯỜNG GẤP KHÚC VÀ ĐA GIÁC

-Điểm: là kiểu địa vật có số chiều bằng 0 (nghĩa là chúng chỉ có 1 cặp tọa

độ x, y) và có vị trí biểu thị bởi một kí hiệu nhỏ Các ví dụ gồm có cột đèn, gốc cây, giếng nước, điểm xảy ra tai nạn xe, xảy ra phạm tội, bốt điện thoại, tâm chấn của động đất, và thậm chí, tùy theo tỉ lệ bản đồ, có thể bao gồm các toà nhà và thành phố

-Đường gấp khúc: được hình thành từ một loạt (ít nhất là hai) cặp tọa độ Cặp đầu tiên là điểm bắt đầu và cặp cuối cùng kết thúc Hai cặp tọa độ hình thành một đoạn thẳng Các cặp tọa độ phụ thêm sẽ hình thành những điểm giữa hai điểm đầu cuối này, cho phép đường có những đoạn ngoặt Đường gấp khúc thuộc loại địa vật 1 chiều vì có chiều dài (đo được) nhưng không có bề rộng.vd kênh dẫn, đường sắt, sông ngòi, tuyến bay, và đường đồng mức địa hình được biểu diễn dạng đường

-Đa giác là các địa vật có đường biên Được hình thành bởi một dãy các cặp điểm tọa độ, đa giác khác với đường ở chỗ là điểm đầu cũng chính là điểm cuối Điều này khiến cho đa giác có cả chiều dài lẫn chiều rộng, như vậy dạng địa vật 2 chiều này có diện tích bao bọc một số ví dụ gồm

có ao hồ, cánh rừng, nhà cửa, quận huyện, tỉnh thành, lãnh thổ quốc gia, bang

• TÔ-PÔ

-Một trong số các khái niệm quan trọng nhất gắn với GIS và các công nghệ địa lý khác là tô-pô Khi các địa vật được thêm vào GIS, chúng hình thành các mối quan hệ không gian—được gọi là tô-pô—với nhau (xét cả các địa vật trong cùng lớp và khác lớp nhau nó có cả đặc tính không gian

và đặc tính toán học Những mối liên hệ có thể dưới dạng đơn giản là khoảng cách giữa các địa vật, nhưng cũng có thể bao gồm các vấn đề khác nhau như sự liền kề và tính kết nối

+ Khoảng cách giữa các địa vật Kiểu tô-pô này xét tới quan hệ

không gian nơi mà các địa vật tồn tại Hãy xét vị trí không gian của các tuyến phố, các dải đường cho xe đạp, vỉa hè, và đèn đường Chúng được

bố trí để đi cùng nhau Đây là một dạng tô-pô; đã có mối quan hệ tồn tại

+Tính liền kề Tính liền kề tập trung vào một kiểu địa vật (như

đường phố hoặc khối nhà) và xem liệu hai hoặc nhiều địa vật có phần nào chung nhau không Mối quan hệ tô-pô này miêu tả các địa vật được liên hệ với nhau thế nào

+Tính kết nối Cũng với mục đích tập trung vào mối quan hệ giữa

các địa vật, nhưng tính kết nối lại cụ thể hóa cách mà các địa vật được liên kết trong một mạng lướng Mặc dù hai con phố có thể giáp nhau về không gian, nhưng điều đó không có nghĩa là giao thông có thể theo hai chiều được Đây là những mối quan hệ tô-pô mà bạn có thể chỉ định Khác với sự liền kề, tính kết nối có thể bao gồm nhiều kiểu địa vật khác nhau Chẳng hạn, bạn có thể xác định dòng nước chảy qua các địa vật gồm đường ống và chốt van

II. Viễn thám

Câu 1: Định nghĩa và nguyên lý cơ bản của viễn thám

công nghệ để thu nhận thông tin về một đối tượng , một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng , khu vực hoặc hiện tượng được nghiên cứu.

dữ liệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số.

ghi nhận năng lượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát Năng lượng phổ dưới

dạng sóng điện tuef, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tượng một cách chính xác hơn.

nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán vật thể bằng cách phân tích đường cong phổ thu được tuef ảnh vệ tinh.

phổ bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra.

các phần mềm xử lý ảnh như IDRISI, ERDAS (PC), ERDAS Imagine (UNIX), PCI, ERMAPER, DRAGON, ENVI, ILWIS…

dựa trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:

+ đa phổ: sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ

từ nhìn thấy đến sóng radar.

+ đa nguồn dữ liệu: dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau

ơ các độ cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy bay trực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có người điều khiển hoặc tự động.

+ đa thời gian: dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau + đa độ phân giải: dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian, phổ và thời gian.

+ đa phương pháp: xử lý ảnh bằng mắt và bằng số.

Câu 2: Các cách tiếp cận thông tin ảnh viễn thám

Câu 3: Khái niệm và cách thức hoạt động của hệ định vị toàn cầu (GPS) trong viễn thám

thống định vị toàn cầu.

-Các điểm trên mặt đất được xác định vị trí (toạ độ và độ cao) dựa và hệ

này, cần có một thiết bị thu nhận và xử lý tín hiệu từ các vệ tinh định

vị Thiết bị đó gọi chung là GPS.

được nối với một máy tính đã cài sẵn phần mềm xử lý Nguồn năng lượng cung cấp cho GPS thường là pin hoặc acqui.

hiệu radio từ các vệ tinh định vị với đầy đủ thông tin chính xác về quĩ đạo cũng như thời gian Dựa trên các thông số đó, toạ độ chính xác của thiết bị thu GPS được xác định.

định vị (được tính toán theo độ chênh thời gian) và căn cứ vào vị trí

đã biết của các vệ tinh, vị trí của thiết bị thu được xác định, sau đó được tính toán chuyển đổi theo một hệ toạ độ do người dùng định nghĩa.

là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái dự bị) chuyển động trên các quỹ đạo chung quanh trái đất, mạng lưới theo dõi và người sử dụng GPS

quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào, cũng có thể “nhìn thấy” từ 4 -8 vệ tinh với góc cao lớn hơn

15 0 Mỗi vệ tinh phát 2 tín hiệu trên dải sóng L (L1=1575.42 mhz ,

kiểm soát mặt đất Nhiệm vụ của mạng lưới này là báo trước các quỹ đạo, chuẩn hóa các đồng hồ, nạp dữ liệu cho vệ tinh và theo dõi chúng.

-Người sử dụng gồm có 2 loại: dân sự và quân sự Máy thu của quân sự

có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với máy thu của dân sự.

chọn vị trí cao, quang đãng để sử dụng GPS Khi bật máy lần đầu, GPS thường cần từ 15 - 30 phút để dò tìm và xác định vị trí các vệ tinh định

vị Số lượng vệ tinh tìm thấy sẽ được báo trên màn hình hiển thị bằng

ký hiệu Khi bắt được 3 vệ tinh trở lên, máy bắt đầu tính toán toạ độ Khi có 4 vệ tinh, máy sẽ tính được độ cao Toạ độ và độ cao được hiển thị tự động trên màn hình hoặc khi ấn nút position Các thông số này không cố định mà luôn thay đổi Chờ một thời gian cho ổn định rồi ghi lại toạ độ điểm cần đo Chú ý rằng càng bắt được nhiều vệ tinh, toạ độ máy xác định được càng chính xác

Câu 4: Những ứng dụng và phân loại của viễn thám

Hiện nay, viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau

các thông tin địa chất Dữ liệu viễn thám được dùng cho giải đoán là các ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và ảnh radar Lĩnh vực dùng dữ liệu này

có thể kể đến là địa mạo, cấu trúc địa chất, trầm tích, khai khoáng, dầu mỏ, địa tầng, địa chất công trình, nước ngầm và các nghiên cứu

về dịa chất môi trường Dữ liệu ảnh radar cho phép nghiên cứu cấu trúc địa chất một cách hữu hiệu vì ảnh radar rất nhạy cảm với địa hình Tổ hợp dữ liệu viễn thám với dữ liệu địa lý sẽ làm giàu thêm khả năng nghiên cứu các thông tin địa chất cần quan tâm Một số ứng dụng của viễn thám trong địa chất có thể kể ra như sau:

+ứng dụng trong nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình được thể hiện rất rõ trên ảnh viễn thám (địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sông suối, địa hình tam giác châu, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng) và được giải đoán một cách chính xác.

+ cấu trúc địa chất: giải đoán các bề mặt và độ dốc của tầng trầm tích, các yếu tố uốn nếp, đứt gãy, linearment và chuyển động nâng hạ

(dùng ảnh giao thoa radar), các rift núi lửa hiện đại, các cấu trúc vòng, tiêm nhập, bất chỉnh hợp địa tầng, các ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực.

+ nghiên cứu thạch học: định các đá trầm tích, macma, biến chất

và thành tạo xen kẽ khác Nghiên cứu trật tự địa tầng và tương quan tuổi.

+ ứng dụng trong khai khoáng và khai thác dầu.

+ điều tra khảo sát nước ngầm, điều tra địa chất công trình…

cứu môi trường đất liền (xói mòn, ô nhiễm), môi trường biển (đo nhiệt

độ, màu nước biển, gió sóng).

độ quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng.

cầu nghiên cứu thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn Thực vật là đối tượng đầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận được thông tin Trên ảnh viễn thám chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trưởng thành sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật, có thể nghiên cứu cáy rừng qua các ảnh vệ tinh.

rất rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vi được chúng Dữ liệu ảnh vệ tinh, được ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính toán diện tích thiên tai và cho khả năng dự báo lũ lụt.

phép nghiên cứu các vì sao và mặt trăng Điều này khẳng định rằng viễn thám là một công nghệ và có ứng dụng hết sức rộng lớn vượt ra khỏi tầm trái đất.

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:

Có hai phương thức phân loại viễn thám chính là

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại: + chủ động: nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo, thường là các máy đặt trên các thiết bị bay.

+ thụ động: nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên

địa tính và viễn thám vệ tinh quỹ đạo (hay gần cực)

+vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất

là đứng yên.

+vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp lại là cố định với 1 vệ tinh

phép nghiên cứu các vì sao và mặt trăng Điều này khẳng định rằng viễn thám là một công nghệ ứng dụng hết sức rộng lớn vượt ra khỏi tầm trái đất.