D an tt nghip hoa

Cấu trúc cơ sở dữ liệu của GIS là tập hợp của các dữ liệu không gian và phi không gian thể hiện sự trừu tợng hóa các đốitợng tự nhiên và mối liên hệ giữa chúng, đợc tổ chức và lu trữtheo

MụC LụC

Chơng 1: Tổng quan về hệ thông tin địa lý 6

1.1 Hệ thông tin địa lý GIS 6

1.1.1 Định nghĩa hệ thông tin địa lý 6

1.1.2 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS 6

1.1.3 Các chức năng cơ bản của GIS 10

1.1.4 Khả năng phân tích không gian của hệ thông tin địa lý (HTTĐL) 10

1.1.5 Các ứng dụng của GIS đối với việc quản lý tài nguyên thiên nhiên 14

1.2 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu của GIS 14

1.3 Cấu trúc cơ sở dữ liệu 15

1.3.1 Cơ sở dữ liệu không gian 15

1.3.2 Dữ liệu phi không gian 23

1.3.3 Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu 24

1 4 Các loại chuẩn dữ liệu GIS (Data standards) 25

1.5 Tổ chức dữ liệu GIS (Geodatabase) 25

1.6 Các phơng pháp thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 27

Chơng 2: tổng quan về phần mềm arcgis 9.2 29

2.1 Phần mềm ArcMap 30

2.1.1 Các chế độ hiển thị 30

2.1.2 Các công cụ trong ARCMap 32

2.2 Phần mềm ArcCatalog 40

2.2.1 Khởi động ArcCatalog: 40

2.2.2 Các chế độ hiển thị 41

2.2.3 Tạo mới dữ liệu 41

2.3 Phần mềm ArcToolBox 42

2.3.1 Khởi động Arc Toolbox 42

2.3.2 Nhập dữ liệu từ các phần mềm khác vào ArcGis 42

2.3.3 Các công cụ chuyển đổi định dạng 43

2.3.4 Các chức năng truy vấn, đo đạc và chồng xếp không gian 43

2.4 Trình bày in bản đồ hành chính 46

Chơng 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ đánh giá tác động của quá trình chuyển đổi sử dụng đất đến sự phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vực 48

Thái Thụy - Thái Bình 48

3 1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 48

3.1 1 Vị trí địa lý 48

3.1 2 Địa hình, địa mạo 49

3.1 3 Khí hậu 49

3.1 4 Thuỷ văn 49

3 1.5 Dân số và đời sống xã hội 50

3.1.6 Thông tin về t liệu sử dụng trong đề tài 50

3.2 Tình hình nghiên cứu thực vật ngập mặn và các yếu tố ảnh hởng 51

3.2.1 Khái niệm thực vật ngập mặn, rừng ngập mặn 54

3.2.2 Vai trò và tiềm năng của thảm thực vật RNM 55

3.2.3 Nguyên nhân làm biến đổi rừng ngập mặn và hậu quả 57

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ việc đánh giá tác động của quá trình chuyển đổi sử dụng đất đến sự phát triển rừng ngập mặn ven biển khu vực Thái Thụy -Thái Bình 59

3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình 59

3.3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng RNM 67

3.4 Đánh giá tác động của việc chuyển đổi sử dụng

đất đến sự phát triển RNM khu vực Thái Thụy - Thái Bình 75 Kết luận và kiến nghị 78

Mở đầu

Vấn đề môi trờng đang là vấn đề bức thiết đối với các nớctrên thế giới, đặc biệt là đối với các nớc đang phát triển nh ViệtNam Cùng với sự tăng trởng dân số, nhu cầu ngày càng tăng củacuộc sống hiện nay đã dẫn đến việc khai thác, sử dụng tàinguyên thiên nhiên một cách không hợp lý trong đó có rừng ngậpmặn (RNM) RNM là hệ sinh thái phân bố ở vùng đất lầy ven cửasông và dọc các sông ven biển, chịu tác động trực tiếp của thuỷtriều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới Đó là các vùng chuyển tiếpgiữa môi trờng biển và đất liền

HuyệnThái Thuỵ - Thái Bình có 1552.3 ha rừng ngập mặn,tập trung tại các xã ven biển Nó là hệ sinh thái đặc biệt, có tácdụng lớn trong phòng hộ đê biển, điều hòa khí hậu, có giá trị

và ý nghĩa to lớn về đa dạng sinh học đối với việc bảo vệ môitrờng, đời sống ngời dân và phát triển kinh tế xã hội Bên cạnh

đó, RNM cũng rất nhạy cảm với tác động của con ngời và thiênnhiên

Một số năm trớc đây, RNM ở Thái Thuỵ bị suy thoái rấtnhiều do tốc độ phát triển nuôi trồng thuỷ sản ven bờ, các chủrừng đã khoanh nuôi, đắp đầm nuôi trồng thuỷ sản làm suygiảm một phần hệ sinh thái RNM Sự chuyển đổi cơ cấu sảnxuất chạy theo lợi ích kinh tế trớc mắt là nguyên nhân gây racác hậu quả về sinh thái, môi trờng nh gây ô nhiễm môi trờng,diện tích đất thoái hoá ngày càng nhanh, nớc mặn lấn sâu vàonội địa làm giảm năng suất cây nông nghiệp, nguồn giốngtôm cua giảm, môi trờng sinh sản và phát triển của nhiều loàihải sản bị suy thoái; bão táp phá đê, nhà cửa, đời sống của ngờidân ven biển bị đe doạ nghiêm trọng

Từ những thực trạng trên cho thấy việc đánh giá tác động

của việc chuyển đổi sử dụng đất đến sự phát triển RNM khuvực ven biển Thái Thuỵ - Thái Bình là rất cần thiết Công việcnày sẽ đợc thực hiện có hiệu quả nếu chúng ta có một hệ thốngthông tin với các cơ sở dữ liệu tốt, các thông tin đợc cập nhật th-ờng xuyên với độ tin cậy cao

Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đatin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đờisống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa

học Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System)

là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tinhọc trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị vàcảnh báo môi trờng Đặc biệt, GIS thực sự là một công cụ hữuích đối với việc đánh giá tác động môi trờng ven biển vì nótích hợp thông tin trên cơ sở địa lý GIS thực hiện hai chứcnăng chính là quản lý cơ sở dữ liệu và phân tích dữ liệukhông gian Do vậy, việc ứng dụng GIS vào quản lý đất đai vàRNM khu vực ven biển sẽ đạt đợc hiệu quả cao

Để bổ sung thêm kiến thức về công nghệ GIS và ứng dụng,

em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ứng dụng ARCGIS

trong đánh giá biến động RNM khu vực Thái Thuỵ - Thái Bình từ năm 1989 - 2002 và năm 2000 - 2004.”

 Nhiệm vụ của đề tài là:

- Thu thập tài liệu nhằm hiểu biết thêm về GIS và khảnăng ứng dụng của nó

- Tìm hiểu quy trình chuyển đổi dữ liệu DGN sang

tổ chức dữ liệu Geodatabase

- Giải đoán bằng mắt ảnh vệ tinh

- Thực hiện quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL)nền địa hình và CSDL hiện trạng RNM

- Đánh giá tác động của việc chuyển đổi sử dụng đất

Sinh viên: Nguyễn Thanh Hoà

Lớp : Trắc Địa C K49.

-Chơng 1 Tổng quan về hệ thông tin địa lý1.1 Hệ thông tin địa lý GIS

1.1.1 Định nghĩa hệ thông tin địa lý

Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographical Information

System) có một số định nghĩa nh sau:

- Theo GS Shunji Murai, ngời đã có hơn 40 năm làm việctrong lĩnh vực viễn thám và GIS, GIS là một hệ thống thông tin

đợc sử dụng để nhập, lu trữ, truy vấn, thao tác, phân tích vàxuất ra các dữ liệu có tham chiếu địa lý hoặc dữ liệu địakhông gian; hỗ trợ ra quyết định trong việc quy hoạch và quản

lý về sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trờng, giao thông,các tiện ích đô thị và nhiều lĩnh vực quản lý khác

- Theo Viện nghiên cứu môi trờng của Mỹ - 1994

(Environmental System Research Institute - ESRI): “GIS là một tập

hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý

và ngời thiết kế để thực hiện có hiệu quả việc thu thập, lu trữ,cập nhật, xử lý, phân tích và thể hiện các thông tin địa lý”

GIS là hệ thông tin địa lý trong đó có chức năng thànhlập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tợng thực trên trái

đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thôngthờng nh cấu trúc hỏi đáp và các phép phân tích thống kê,phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình

ảnh đợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng nàyphân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS

có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau(phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch địnhchiến lợc)

1.1.2 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS

Hệ thông tin địa lý GIS có hai khả năng chính là phântích không gian và chồng xếp thông tin GIS đợc kiến trúc từcác thành phần cơ bản là: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữliệu, con ngời sử dụng

- Các thiết bị lu trữ dữ liệu: các đĩa CD, đĩa DVD, các ổcứng,…v.v.

- Các thiết bị ngoại vi (Peripherals)

 Các thiết bị đầu vào (Input): sử dụng để đa dữ liệu

vào cơ sở dữ liệu Chúng có thể là các ổ đọc dữliệu, bàn số hóa dùng để tạo dữ liệu vectơ, máy quét

ảnh dùng để tạo dữ liệu raster, các thiết bị thu nhậnthông tin điện tử, …v.v

 Các thiết bị đầu ra (Output): sử dụng để hiển thị,

trình bày và đa ra các kết quả xử lý dữ liệu Ngoàicác màn hình máy tính luôn đi cùng với các PC còn cócác thiết bị nh: các loại máy in, máy vẽ, các ổ ghi CD,các ổ ghi DVD, …v.v

b Phần mềm

Là công cụ quan trọng trong công nghệ GIS cung cấp cácchức năng cần thiết để lu giữ, phân tích xử lý và hiển thịthông tin địa lý Các phần mềm có thể giống nhau ở chứcnăng, song khác về tên gọi, hệ điều hành, môi trờng hoạt

động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trịcơ sở dữ liệu

Theo thời gian, phần mềm GIS đã phát triển ngày càng

đ-ợc hoàn thiện toàn diện về chức năng, có khả năng xử lý vàquản trị dữ liệu hiệu quả hơn Nhìn chung các phần mềm GIS

có một số chức năng chính sau:

- Nhập và kiểm tra dữ liệu

- Phân tích và biến đổi dữ liệu

- Lu trữ và quản trị dữ liệu

- Hỏi đáp về dữ liệu và tơng tác với ngời sử dụng

- Xuất và in ấn dữ liệu

c Cơ cở dữ liệu

Thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là cơ sở dữliệu và chi phí để xây dựng cơ sở dữ liệu chiếm 70% giáthành toàn hệ GIS Cơ sở dữ liệu của hệ GIS là tập hợp tất cả

các số liệu có dạng: bản đồ số (Digital Map), dạng ký tự (Text), dạng ảnh (Raster); đợc lu trữ xử lý và quản lý bởi các phần mềm GIS Cấu trúc cơ sở dữ liệu của GIS là tập hợp của các dữ liệu

không gian và phi không gian thể hiện sự trừu tợng hóa các đốitợng tự nhiên và mối liên hệ giữa chúng, đợc tổ chức và lu trữtheo một khuôn dạng dữ liệu nào đó của hệ thống .v.v

- Dữ liệu không gian: là dữ liệu về vị trí và hình dạngcủa các đối tợng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nhất

định (toạ độ)

Hình 1.2: Dữ liệu GIS

- Dữ liệu phi không gian: là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệumô tả các đối tợng địa lý, dữ liệu này có thể là định lợnghoặc định tính

Khi cơ sở dữ liệu đã đợc xây dựng, ngời sử dụng có thểtruy vấn, phân tích nó Kết quả đợc lấy ra dới dạng các tệp vănbản, các biểu đồ phân tích, các bản đồ số, các ảnh số, phục

vụ cho các mục đích nghiên cứu hay quản lý khác nhau

d Con ngời

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con ngời thamgia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trongthực tế Ngời sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kĩ thuật,ngời thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những ngời dùng GIS

để giải quyết các vấn đề trong công việc

e Chính sách và quản lý

Trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý

đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt độngcủa hệ thống, nó tác động đến toàn bộ các hợp phần nói trên

đồng thời là yếu tố quyết định sự thành công của việc pháttriển công nghệ GIS

Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải đợc đặttrong một khung tổ chức phù hợp và có những hớng dẫn cầnthiết để quản lý, thu thập, lu trữ và phân tích số liệu, đồngthời có khả năng phát triển đợc hệ thống GIS theo yêu cầu.Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt đợc vàtính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ đợc minh chứng khi công cụnày có thể hỗ trợ những ngời sử dụng thông tin để giúp họ thựchiện đợc những mục tiêu công việc

1.1.3 Các chức năng cơ bản của GIS

Các chức năng cơ bản của GIS gồm:

- Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian vàphi không gian) từ dạng thực tế (bản đồ, biểu đồ, bảng số liệu)sang dạng số thích hợp để tạo một cơ sở dữ liệu làm nguồn

thông tin cơ bản cho các GIS.

- Quản lý dữ liệu với các chức năng: lu trữ, hiển thị, cậpnhật và truy xuất dữ liệu (chức năng của một hệ quản trịCSDL)

- Xử lý phân tích dữ liệu: là chức năng quan trọng củaGIS, là khả năng kết nối, phân tích các dữ liệu không gian vàphi không gian, phân tích tổng hợp để giải quyết các yêu cầucủa bài toán

- Xuất dữ liệu theo các dạng sử dụng thông thờng nh bản

đồ, bảng biểu, biểu đồ, các dạng lu trữ mới nh đĩa mềm, đĩaquang, đĩa CD, ổ cứng

1.1.4 Khả năng phân tích không gian của hệ thông tin

địa lý (HTTĐL)

0.1.4.1 Thông tin không gian trong HTTĐL

Thông tin không gian trong HTTĐL đợc xây dựng và pháttriển tơng tự nh cách xây dựng các thông tin bản đồ Các đối t-ợng số trong CSDL không gian là sự phản ánh lại các thực thể trongthế giới thực cùng với thông tin thuộc tính tơng ứng Các thông tin

đợc mô tả bao gồm: Địa hình, địa vật, (những chi tiết về mặtphẳng), và một số chú giải mô tả Địa hình có thể đợc mô tảbằng các đờng đồng mức, các điểm ghi chú độ cao hoặc môhình số độ cao, còn những chi tiết về mặt phẳng có thể đợcthể hiện bằng điểm, đờng, vùng

Để phản ánh đợc toàn bộ các thông tin cần thiết của các

đối tợng số, các đối tợng địa lý còn đợc phản ánh theo cấu trúcphân mảnh, phân lớp thông tin Tuy nhiên, khái niệm mảnhtrong HTTĐL không hoàn toàn giống với khái niệm chia mảnh bản

đồ mà nó có hình dạng bất kỳ sao cho phù hợp với khả năng xử

lý của hệ thống Ví dụ nh: Chia theo đơn vị hành chính, hoặcchia theo mật độ phân bố dân c,

Một trong những bớc quan trọng trong xây dựng CSDLthông tin địa lý là phân loại các lớp thông tin Mỗi một lớp thôngtin lu trữ một loại các đối tợng có những tính chất, đặc điểmgiống nhau, cách phân lớp thông tin sẽ ảnh hởng rất lớn đếntính hiệu quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của CSDLkhông gian Để đạt đợc điều này trớc hết cần thiết kế các lớpthông tin cơ bản và các lớp thông tin bổ sung tuỳ theo các ứngdụng khác

1.1.4.2 Khả năng phân tích không gian của HTTĐL

Các chức năng xử lý phân tích thông tin địa lý có thểchia thành các nhóm phép tính sau:

* Các phép toán về xử lý cơ sở toán học thông tin không gian:

- Chuyển đổi phép chiếu, chuyển đổi toạ độ, múichiếu, chuyển đổi tỷ lệ nền địa lý

- Chuyển đổi giữa các đơn vị đo khác nhau

- Nắn chỉnh hình học, thực hiện việc điều chỉnh hình

ảnh bản đồ theo điều kiện hình học để chuyển về đồ hìnhthực của nó, nhằm loại bỏ các sai số biến dạng hình học

- Xử lý thông tin bản đồ: Tiếp biên, ghép bản đồ, chồnglớp không gian, lập bản đồ chuyên đề, phân tích hoặc chồngphủ các vùng

* Các phép toán về chỉnh sửa, chuẩn hoá dữ liệu

- Phép sửa lỗi (CLEAN): Đợc dùng để sửa các lỗi thờng gặptrong quá trình nhập các lỗi bản đồ (có thể là tự động hoặchiển thị lỗi để thao tác viên sửa

- Phép toán xây dựng topology (BUILD) có chức năng chạy

tự động nhằm xây dựng cấu trúc topology cho các đối tợngkhông gian dạng Vector.

- Các phép toán chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu khi xuấtdữ liệu dạng các hệ thông tin địa lý khác

* Các phép phân tích dữ liệu địa lý

Các công cụ về phân tích dữ liệu địa lý chia thành cácnhóm chính là hỏi đáp CSDL (Database Query), đại số bản đồ(Map Algbra) và các toán tử nội suy bề mặt

- Hỏi đáp cơ sở dữ liệu thờng có hai định hớng:

 Hỏi đáp dữ liệu không gian (Spatial Query) để trả lờicâu hỏi chúng ta có gì tại vị trí này

 Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính (Attribute Query) để trả lờicâu hỏi những vị trí nào mang thuộc tính này Gồmhai bớc, chọn các đối tợng thoả mãn điều kiện tìm kiếmtheo từng lớp thông tin riêng rẽ và chồng xếp các đối tợngtìm riêng rẽ trên từng lớp ra tập các đối tợng thoả mãntoàn bộ các điều kiện chung cho các lớp thông tin

- Các phép toán nội suy bề mặt: Bao gồm các phép toánliên quan đến nội suy địa hình hoặc bề mặt liên tụcnào đó trong không gian ba chiều (3D):

 Nội suy bề mặt địa hình từ các số liệu đầu vào

 Các phép toán giải quyết các bài toán liên quan đếnkhoảng cách

 Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới

nằm ở đâu?

GIS cung cấp khả năng hỏi đáp đơn giản “chỉ và nhấn”

và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thôngtin cho những ngời quản lý và phân tích Các hệ GIS hiện đại

có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụquan trọng đặc biệt:

đó của một feature đợc cho trớc

Hình 1.4: Vùng đệm kiểu điểm

Hình 1.5: Vùng đệm kiểu đờng

Hình 1.6: Vùng đệm kiểu đa giác

Ta có thể dùng GIS để tạo ra những vùng đệm và sau đóxác định tất cả các feature nằm trong một khoảng cách cụ thể.Chẳng hạn nh ta chọn tất cả các địa chỉ trong vòng một vùng

đệm 500m của một con đờng đông đúc và so sánh chúng vớidữ liệu về tác động của bệnh hen suyễn Bằng cách so sánhhai tập hợp dữ liệu, ta có thể thống kê đợc những ngời bệnhsuyễn đang sống trong vùng đệm nhiều hơn là dân số chung

Nó cho phép ta phân tích có hay không nhân tố của sự sốnggần những con đờng đông đúc với nguyên nhân gây ra bệnhhen suyễn

 Phân tích chồng xếp:

Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khácnhau Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữliệu phải đợc liên kết vật lý

Hình 1.7: Phân tích chồng xếp.

Quá trình chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh rathông tin mới và các đối tợng mới Trong nhiều trờng hợp topologymới sẽ đợc tạo lại Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian vàthuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống

đợc khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là đợc sử dụng chotừng vùng cụ thể hoặc cả nớc với tỷ lệ bản đồ phù hợp

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng

đ-ợc hiển thị tốt nhất dới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ kháhiệu quả trong lu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cungcấp nhiều công cụ mới để mở rộng tính nghệ thuật và khoahọc của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể đợc kết hợp vớicác báo cáo, hình ảnh ba chiều, và những dữ liệu khác (đa ph-

ơng tiện) Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ

sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lýtài nguyên môi trờng Các mô hình phức tạp cũng có thể dễdàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS

1.1.5 Các ứng dụng của GIS đối với việc quản lý tài nguyên thiên nhiên

Hệ thống đợc xây dựng để có thể thực hiện một số nhiệm

vụ liên quan đến công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi ờng và phát triển bền vững nh :

tr Từng bớc cập nhật và đánh giá hiện trạng các nguồn tàinguyên thiên nhiên cho các nhà quản lý theo dõi, phân tích diễnbiến các nguồn tài nguyên này trong quá trình con ngời khai thác

sử dụng

- Lập quy hoạch, kế hoạch khai thác sử dụng bền vững cácnguồn tài nguyên thiên nhiên trên phạm vi toàn quốc và vùng lãnhthổ

- Theo dõi cân bằng sinh thái, đa dạng sinh học

- Theo dõi và có những đề xuất xử lý ô nhiễm nguồn nớc, ônhiễm môi trờng không khí

- Theo dõi các sự cố, tai biến môi trờng nh cháy rừng, ảnh ởng của bão, ngập lụt, xói mòn

h-Tùy thuộc vào phạm vi hành chính, mức độ quản lý và nộidung cụ thể mà hệ thống thông tin này sẽ có cấu trúc cơ sở dữ

liệu đợc xây dựng cho phù hợp.

1.2 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu của GIS

Cơ sở dữ liệu (Database) là tập hợp các thông tin đợc thuthập theo mục đích sử dụng nào đó, đợc lu trữ trong máy tínhtheo những quy tắc nhất định Đó là tập hợp dữ liệu mà cóthể điều khiển và lu trữ một số lợng lớn dữ liệu và các dữ liệunày có khả năng trao đổi hoặc biến đổi để phục vụ cho đangành, đa mục đích cho nhiều ngời sử dụng

Trong hệ GIS, cơ sở dữ liệu đợc mở rộng và đa dạng hóa.Ngoài các dữ liệu ở dạng thống kê hay mô tả cho đối tợng, đợc l-

u trữ dới dạng các bảng dữ liệu hoặc các tệp tin văn bản (mà

đợc gọi là dữ liệu thuộc tính) còn có dạng dữ liệu đồ họa dùng

để biểu diễn các dữ liệu địa lý (còn đợc gọi là dữ liệu khônggian)

Cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lý là tập hợp các bản

đồ, hình ảnh địa lý đợc chuyển hoá thành các đối tợng toánhọc nh: điểm, đờng thẳng, đờng cong, vùng cùng với cácthông tin số, chữ, thuộc tính của chúng, tất cả các dữ liệu đó

đợc lu trữ, quản lý theo một cơ chế liên kết thống nhất Nhờ sựliên kết dữ liệu không gian (bản đồ) với dữ liệu thuộc tính của

nó sẽ cho ta một cơ sở dữ liệu với các hình ảnh thực sinh động,

có đầy đủ các thông tin liên quan một cách tổng thể toàn bộhiện trạng các nguồn tài nguyên, thông tin quản lý, từ đó xác

định đợc phơng thức sử dụng tối u các nguồn tài nguyên đó

những thông tin về định vị của đối tợng Các dữ liệu này lànhững thông tin mô tả về đặc tính hình học của các đối tợng

địa lý nh hình dạng, kích thớc, vị trí, v.v tồn tại trong thếgiới thực của chúng Những yếu tố không gian địa lý đợc phản

ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất định

Dữ liệu không gian có ba dạng cơ bản là:

- Đối tợng điểm: Thể hiện các vị trí rời rạc nhằm xác

định các đối tợng bản đồ mà hình dạng của chúng quá nhỏ

để có thể thể hiện thành đờng hoặc miền Thông thờng dùng

các kí hiệu đặc biệt hoặc các nhãn (Lable) để thể hiện đối

Dữ liệu không gian có thể lu trữ ở dạng vector hay dạngraster

Hình 1.8: Cấu trúc dữ liệu vector và raster

1.3.1.1 Cấu trúc vector

Vector đợc thể hiện bằng một điểm xuất phát (starting

point) với toạ độ X và Y đã cho, một hớng (direction) nghĩa là có

một góc nào đó theo hớng Đông, Tây, Nam, Bắc và một độ dài

(length).

Cấu trúc vector thể hiện toàn bộ thông tin thông qua cácphần tử cơ bản là điểm, đờng, vùng và quan hệ giữa các đốitợng với nhau

 Đối tợng điểm (Point): Điểm trong cấu trúc dữ liệu

vector đợc mô tả bởi cặp toạ độ x, y trong một hệ thống toạ

độ nhất định Các đối tợng điểm có đặc điểm:

- Là toạ độ đơn (x, y)

- Không thể hiện chiều dài và diện tích

 Đối tợng dạng đờng (Line, Polyline, Arc): Đợc dùng để biểu

diễn các đối tợng có dạng tuyến, đợc tào nên từ hai hay nhiềuhơn các cặp toạ độ (x, y) hoặc (x, y, z) Các đối tợng dạng đ-ờng cũng là những đối tợng phi tỷ lệ và có đặc điểm:

- Là một dãy các cặp toạ độ

- Một đờng thẳng bắt đầu và kết thúc bởi nút

- Các đờng thẳng nối với nhau và cắt nhau tại nút

- Hình dạng của đờng thẳng đợc định nghĩa bởi các

đỉnh (Vertices).

- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ

 Đối tợng dạng vùng (Polygon): Vùng đợc xác định bởi ranh

giới các đờng thẳng Các đối tợng địa lý có diện tích và đóngkín bởi một đờng đợc gọi là đối tợng vùng polygon, có các đặc

điểm:

- Vùng đợc mô tả bằng tập các đờng và điểm nhãn (label

points).

- Một hoặc nhiều đờng định nghĩa đờng bao của vùng

- Một điểm nhãn nằm trong vùng để mô tả, xác định chomỗi một vùng

1.3.1.2 Quan hệ không gian giữa các đối tợng địa lý

Dữ liệu vector thể hiện quan hệ hình học Topology.Topology là khái niệm dùng để xác định các quan hệ khônggian giữa các đối tợng địa lý

Các dữ liệu địa lý có hai kiểu quan hệ không gian phổbiến là:

 Quan hệ Spaghetti (với dữ liệu vector)

Khi mỗi đối tợng địa lý đợc thể hiện bởi các thực thểhình học độc lập, đợc biểu diễn bằng tọa độ hoặc các phơngtrình tham số (đờng thẳng, đờng tròn, đờng cong ), ta nóicác đối tợng đồ họa có quan hệ Spaghetti

Dữ liệu không gian trong quan hệ Spaghetti là một tập hợpcác điểm và đờng khung có kết nối Mỗi đối tợng độc lập với

đối tợng liền kề nó nên mô hình dữ liệu này có tổ chức dữliệu đơn giản nhng có lợng d thừa dữ liệu Mô hình này khôngthể phát triển dữ liệu thành các mô hình dữ liệu không giankhác và khả năng phân tích dữ liệu kém

 Quan hệ Topology (với cả dữ liệu vector và dữ liệu

Topology là ngành toán học nghiên cứu các tính chất hình học không đổi trong các biến đổi nhất định nh giãn, uốn, Topology đề cập tới các mối quan hệ chứa đựng, nằm trên, gần nhất, hoặc tính tiếp nối, tính liên tục giữa các đối tợng

không gian Topology xác định các cấu trúc bổ sung, các nút

(node), chuỗi (chain), và các đối tợng vùng (polygon).

Quan hệ topology giúp xác lập rõ ràng mối quan hệ khônggian giữa các đối tợng địa lý độc lập với tọa độ của chúng.Việc tạo lập và lu trữ các quan hệ topology giữa các đối tợng

địa lý có những u điểm:

- Dữ liệu đợc đầy đủ hơn, chuẩn xác hơn

- Loại bỏ đợc sự d thừa dữ liệu (khi các đối tợng không gian

có chung đờng ranh giới)

Khi đã xây dựng đợc các quan hệ topology, chúng ta cóthể thực hiện các thao tác phân tích, chồng phủ các đối tợng

vùng (polygon) với các đối tợng ở các dạng khác Chúng ta có thể

nhập vào, tách ra, sửa một phần, các đối tợng dạng đờng haydạng vùng, chồng phủ các đối tợng điểm nằm trong đối tợngvùng

Các cơ sở dữ liệu không gian lu trữ trong cơ sở dữ liệuGIS hầu nh đều đợc xây dựng quan hệ topology

1.3.1.3 Một số mối quan hệ topology giữa các vật thể trong không gian

* Quan hệ giữa điểm với điểm

Trong vòng

Mỗi ô vuông có chứa thông tin về một đối tợng hay một sựhợp phần của đối tợng Vị trí của đối tợng đợc xác định bởi vịtrí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột Cấu trúc dữ liệuRaster đơn giản nhất là cấu trúc dạng bảng, ở đó có chứa cácthông tin về toạ độ và thuộc tính phi không gian Mỗi pixel sẽ t-

ơng ứng với một diện tích vuông trên thực tế Giá trị độ lớn củapixel còn đợc gọi là độ phân giải của dữ liệu

Trong cấu trúc dữ liệu raster các đối tợng cơ bản đợc biểudiễn là:

 Đối tợng điểm: đợc xác định tơng ứng với một pixel độclập Yếu tố hình học và topology dạng điểm của dữ liệu raster

đợc biểu thị ở hình

Hình 1.9: Hình học và topology của các đối tợng điểm

trong dữ liệu raster

 Đối tợng đờng: đợc coi là tập hợp các pixel liên tiếp nhau

có cùng giá trị Yếu tố hình học và topology dạng đờng dữ liệuraster đợc chỉ ra ở hình

Hình 1.10: Hình học và topology của các đối tợng đờng

trong dữ liệu raster

 Đối tợng vùng: đợc xác định bởi một tập hợp các pixel cócùng giá trị liên tục nhau theo các hớng Yếu tố hình học vàtopology dạng vùng của dữ liệu raster đợc thể hiện ở hình1.11

Hình 1.11: Hình học và topology của các đối tợng vùng

trong dữ liệu raster

1.3.1.5 Ưu nhợc điểm của mô hình vector

- Các bài toán mô phỏng thờng

khó giải vì mỗi đơn vị không gian

1.3.2 Dữ liệu phi không gian

Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là nhữngmô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tợng xảy ra tại các

vị trí địa lý xác định Thông thờng, hệ thông tin địa lý có 4loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tợng: Liên kết chặt chẽ với các thông tinkhông gian có thể thực hiện tìm và phân tích

- Số liệu hiện tợng, tham khảo địa lý: Miêu tả những thôngtin, các hoạt động thuộc vị trí xác định

- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phơng hớng địnhvị.v.v liên quan đến các đối tợng địa lý

- Quan hệ giữa các đối tợng trong không gian, có thể đơngiản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tơng thích, mối quan hệ

đồ hình giữa các đối tợng)

Số liệu thuộc tính phi không gian mô tả các thông tin về

đặc tính của các hình ảnh bản đồ Chúng đợc liên kết với cáchình ảnh không gian thông qua các chỉ số xác định chung,thông thờng gọi là mã hoá địa lý (Geocode) đợc lu trữ trong cả

hai bản ghi dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian Trongmôi trờng GIS các thông tin thuộc tính nh trên đã nêu là nhữngmô tả về đặc tính, đặc điểm của các đối tợng và các hiện t-ợng xảy ra tại vị trí địa lý xác định Một trong các chức năng

đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng đặc biệt của nótrong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ vớidữ liệu thuộc tính

1.3.3 Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu

Ngoài việc chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu với các phầnmềm khác thì một trong những chức năng quan trọng cầnthiết là chuyển đổi từ vector sang raster và ngợc lại Chức năngnày cho phép sử dụng linh hoạt những lớp thông tin có sẵntrong CSDL hoặc các lớp thông tin mới tạo nên để đa vào xử lýnhanh chóng trong hệ thống

Chuyển dổi dữ liệu thành raster (raster hoá) là quá trìnhchia đờng hay vùng thành các pixel Vector hóa là tập hợp cácpixel để tạo thành đờng hay vùng Để Raster hoá cần thiết phảitạo lới với độ phân giải (kích thớc pixel) thích hợp lên toàn bộbản đồ và tính giá trị pixel bằng việc lựa chọn các vùng mẫu tạinơi giao nhau của các đờng vector hoặc nơi tiếp giáp của cácpolygon, từ đó gắn giá trị các pixel tại nơi tiếp giáp, sao cho nóphân biệt hẳn với các pixel ở xung quanh Nếu vector hoá với

độ phân giải thấp thì sẽ làm giảm độ chính xác của bản đồ

đôi khi làm rối các đờng contour

Chuyển dữ liệu raster thành vector (vector hoá) có nhiềuphơng pháp Công việc này chỉ thực hiện một khi tài liệu gốc

có ở dạng Raster Vector hoá chỉ thực hiện đợc khi chiều rộngcủa dải pixel đợc xác định và có đờng nối giữa các pixel đó vớinhau

Hình1.14 Chuyển đổi Raster và Vector

1 4 Các loại chuẩn dữ liệu GIS (Data standards)

Tổ chức chuẩn hóa Quốc tế (ISO - International Standard Organization) đã đa ra tiêu chuẩn ISO/TC211, bao gồm 32 tiêu

chuẩn trong đó có các tiêu chuẩn về hệ thông tin địa lý, trong

đó một số chuẩn thờng dùng nh sau:

- Chuẩn định dạng dữ liệu

- Chuẩn lới chiếu (projection)

- Chuẩn topology

- Chuẩn phân loại dữ liệu (data classification standards),

ví dụ nh: phân loại đất

- Chuẩn nội dung dữ liệu (data content standards): định

nghĩa các đối tợng

- Chuẩn ký hiệu (data symbology standards): chuẩn ký

hiệu hoặc hiển thị dữ liệu chuẩn hóa ngôn ngữ mô tả kýhiệu

- Chuẩn trao đổi dữ liệu (data transfer standards): làm

dễ dàng chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống Có thể đợchiểu là chuẩn khuôn dạng dữ liệu

1.5 Tổ chức dữ liệu GIS

Hiện nay có rất nhiều cách tổ chức CSDL trong một hệ

GIS, cách tổ chức này phụ thuộc vào các phần mềm thơng mại

mà chúng ta đa vào sử dụng Phổ biến hiện nay là phần mềmARCGIS với cách tổ chức dữ liệu quản lý trong hệ thống theo

Geodatabase Geodatabase (geographic database) là mô hình

thông tin địa lý cốt lõi để tổ chức dữ liệu GIS vào trong cáclớp chủ đề và trình diễn dữ liệu không gian

Geodatabase có thể hiểu là một loại cơ sở dữ liệu với cáctính năng mở rộng cho việc lu trữ, truy vấn và thao tác với cácthông tin địa lý và dữ liệu không gian Cũng có thể hiểu

Geodatabase là cơ sở dữ liệu không gian (spatial database).

Cấu trúc dữ liệu Geodabase đợc mô tả nh sau:

- Personal geodatabase (cơ sở dữ liệu cá nhân) đợc thiếtlập để lu trữ cơ sở dữ liệu không gian của cá nhân VớiPersonal geodatabase, nhiều ngời có thể đọc dữ liệu nhng chỉ

có một ngời có quyền biên tập dữ liệu

- Geodatabase feature dataset (tập dữ liệu đối tợng) nằm ở

Personal Geodatabes

Feature datasetFeature class

bên trong của Geodatabase cá nhân và chứa các feature class

có cùng phần mở rộng và hệ tọa độ Feature dataset tơng

đ-ơng với một bản đồ

- Feature class (nhóm đối tợng): mỗi feature class bao gồm

tập hợp nhiều đối tợng địa lý (Geographic feature) có cùng kiểu

hình học (point, line, polygon) và có cùng thuộc tính Cácfeature class chứa đặc trng topology đợc xếp trong các featuredataset nhằm đảm bảo duy trì hệ tọa độ chung cho dữ liệubên trong Các feature class tơng đơng với một lớp trên bản đồ.Dới feature dataset là các feature data

- Feature (đối tợng địa lý - spatial object) có vị trí địa lý(tọa độ xác định), có quan hệ không gian

Cấu trúc dữ liệu Geodatabase là cấu trúc chuẩn định dạngdữ liệu GIS thế giới Cơ sở dữ liệu của GIS bao gồm hai phần

chính là cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên đề và

chúng đợc thiết kế theo mô hình cơ sở dữ liệu Geodatabase Trong GIS, 7 lớp thông tin cơ bản gọi là lớp cơ sở dữ liệu nền(cơ sở toán học, địa hình, giao thông, thủy hệ, dân c, ranhgiới hành chính và thực phủ) nếu đợc thể hiện đồng thời sẽ tạonên bản đồ địa hình Các lớp chuyên đề còn lại trong GIS, khi

đợc chồng ghép với các lớp này theo một trật tự nhất định sẽ tạonên bản đồ chuyên đề

Dữ liệu nền của hệ thống thông tin địa lý chính là phầngiao của các tập dữ liệu chuyên đề trong cùng một hệ thống

Chơng 2 tổng quan về arcgis 9.2

Arcgis Desktop là một sản phẩm của Viện Nghiên cứu hệthống môi trờng (ESRI) Có thể nói đây là một phần mềm vềGis hoàn thiện nhất Arcgis cho phép ngời sử dụng thực hiệnnhững chức năng của Gis ở bất cứ nơi nào họ muốn: trên mànhình, máy chủ, trên web, trên các field Phần mềm ArcgisDesktop bao gồm 3 ứng dụng chính sau:

 ArcMap

- ArcMap để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tíchcác bản đồ

+ Tạo các bản đồ từ các rất nhiều các loại dữ liệukhác nhau.

+ Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểumối liên hệ giữa các đối tợng không gian

+ Tạo các biểu đồ+ Hiển thị trang in ấn

 ArcToolbox

- ArcToolbox: cung cấp các công cụ để xử lý, xuất-nhập cácdữ liệu từ các định dạng khác nh MapInfo, MicroStation,AutoCad

+ Layout View: hiển thị bản đồ trong chế độ nh chúng ta

in ra giấy Ngoài các đối tợng bản đồ còn hiển thị các yếu tốtrang trí bản đồ nh khung, lới toạ độ, chú giải

Để thay đổi chế độ hiển thị chọn thanh thực đơn View vàchọn chế độ hiển thị

2.1.1.1 Khởi động Arcmap: chọn

menu Start > programs > ArcGIS >

Arcmap Hoặc kích đúp vào biểu

t-ợng trên màn hình Desktop

2.1.1.2 Trên màn hình xuất hiện

hộp thoại ArcMap, lựa chọn chơng

trình làm việc rồi click Ok

- A new empty map: tạo một

bản đồ mới

- A template: mở mẫu có sẵn

- An existing map: mở một bản đồ cũ Để chọn đờng dẫn

cho bản đồ ta chọn Browse for maps

2.1.1.3 Đặt các tham số cho Data

Frame

 Trong th mục Table of

contents (TOC) của bản đồ vừa tạo

có 1 Data frame có tên mặc định

là Layers Data Frame này hiện còn đang rỗng

Đặt hệ thống toạ độ cho DataFrame

 Bấm chuột phải vào rồi trong menu hiện ra chọn

Properties

 Trong hộp thoại hiện ra bấm vào trang Coordinate System

 Trong hộp thoại Select a coordinate system chọn

Predefined> Geographic Coordinate Systems >World >WGS 1984

 Bấm Apply

Từ giờ trở đi bản đồ sẽ đợc hiển

thị trong hệ toạ độ địa lý WGS-84

Nếu bạn thêm vào Data Frame (tức là

thêm vào bản đồ các dữ liệu trong

hệ quy chiếu khác) thì chúng sẽ đợc

tự động chuyển đổi về hệ WGS-84

Đổi tên cho DataFrame

 Bấm chuột phải vào

rồi chọn Properties

 Bấm vào trang General

 Trong ô Name gõ “WGS84” để đổi tên của Data Frame

 Trong ô Display chọn Degrees Minutes Seconds để hiểnthị toạ độ dới dạng độ-phút-giây

- ấn phím Shift nếu muốn chọn đồng thời nhiều lớp

- Bấm Add

2.1.1.5 Tạo một Data Frame mới

 Chọn menu Insert > Data Frame

 xuất hiện trong TOC Để ý các layer củaData Frame WGS 84 không hiển thị trên màn hình nữa (dotrong chế độ Data View, ArcMap chỉ hiển thị 1 Data Frametrong 1 thời điểm, đó là Active Frame - tên của nó đợc viếtbằng chữ đậm trong TOC) Ta có thể chon hệ quy chiếu káchcho New Data Frame này

 Để tắt New Data Frame cho bật WGS84, trong TOCbấm chuột phải vào data frame WGS 84 rồi chọn Activate NewData Frame sẽ tắt đi và trên màn hình sẽ hiện ra data frameWGS 84

2.1.2 Các công cụ trong ARCMap

2.1.2.1 Thay đổi tỷ lệ bản đồ và dịch chuyển cửa sổ

- Phóng to (Zoom in) và thu nhỏ (Zoom out)

- Phóng to/ thu nhỏ theo tâm cảu màn hình (Centeredzoom)

- Phóng to hết cỡ (Full extent) và dịch chuyển (Pan)

2.1.2.2 Các công cụ để hiển thị bản

đồ

1 Tắt/bật các layer

Trong khi xem một bản đồ, bạn có thể sử

dụng chức năng bật hay tắt một layer Một

layer sẽ đợc tắt đi khi bạn muốn thể hiện một

layer khác hay bản đồ nằm ngoài tỷ lệ layer

cho phép

Layer đang đợc thể hiện trên

View

Layer đang bị tắt

2 Xem các thông tin thuộc tính

Mỗi một Layer đều có một bảng thuộc tính đi kèm để môtả các đối tợng của lớp đó Để xem thông tin thuộc tính của một

đối tợng nào đó ta có thể mở bảng Attribute Table hay dùngcông cụ Identify

 Bấm vào công cụ Identify

 Bấm chuột vào đối tợng cần hiển thị trên bản đồ

 Kết quản đợc hiển thị trong cửa sổ Identify results

3 Chọn đối tợng (Select a feature)

Trớc khi làm việc với một đối tợng

hay một nhóm đối tợng nào đó ta cần

phải lựa chọn chúng Để chọn đối tợng

ta có thể sử dụng công cụ Select a

feature hay bằng các hỏi đáp - query)

 Vào menu Selection > Set

Selectable Layers

Tuỳ theo chế độ chọn đợc đặt

trong menu Selection > Interactive

Selection Method khi ta bấm vào đối

nên có một số đối tợng nào đó tuy đã đợc chọn nhng bị khuấtkhông nhìn thấy đợc Để hiển thị chúng ta dùng công cụZoomto Selected

Trong menu Selection > Zoom to Selected