Quản lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ GIS

Quản lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ GIS luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

_ Chân lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ So

ĐẶT VAN DE

1ø

Trong những thập kỷ gần đây, công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng và

có mặt ở hầu khắp các lĩnh vực khoa học và xã hội Với ngành địa lý, thuật ngữ GIS

hay hệ thống thông tin địa lý đã trở nên quen thuộc Phân tích dữ liệu bản đồ bao gồm quá trình thu thập, lưu trữ, phân tích và kết xuất đữ liệu Quá trình này trước đây thường được làm bằng tay, trên dữ liệu tương tự và sản phẩm tạo ra là bản đồ giấy Tuy nhiên, vấn đề là đữ liệu được lấy từ rất nhiều nguồn khác nhau, tại các vị trí khác nhau do đó mà chúng thường có tỷ lệ và phép chiếu khác nhau Để tổng hợp được nguồn dữ liệu này ta cần phải quy đổi chúng về cùng một tỷ lệ và phép chiếu

Công việc này tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc mà độ chính xác lại không cao Sự

ra đời của GIS đã cho ta một cái nhìn khác về phân tích đữ liệu bản đồ Các bản đồ

giờ đây được số hoá và đặt trong một hệ toạ độ tiêu chuẩn, VIỆC tổng hợp và quy đổi

dữ liệu được thực hiện đễ dàng bằng các phần mềm chuyên dụng

Cùng với tập các tiến trình xử lý đữ liệu thô để sản sinh ra các thông tin có ích

cho công tác lập quyết định, hệ thống thông tin địa lý đã được thiết kế để làm việc

với dữ liệu quy chiếu hay toạ độ địa lý Nhờ vào khả năng sử dụng dữ liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau nên công nghệ GIS được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như quản lý hệ thống đường phó, quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên môi trường, quản lý quy hoạch, quản lý thiết bị, phân tích tổng

điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện Đồng thời GIS cũng là sự

hội tụ của các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống: địa lý, bản đồ, khoa

học viễn thám, thống kê, khoa học máy tính, toán học Nó hợp nhất các số liệu

mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích Vì vậy có thể nói,

LẠ)

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra

ngành khoa học mới

Một điểm mạnh của GIS so với các công nghệ trước đây là khả năng tích hợp

dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (phi không gian) bên trong một hệ quản trị

cơ sở dữ liệu quan hệ Điều này giúp cho việc biểu diễn thông tin bản đồ linh động

và trực quan hơn Đặc biệt là khi những thông tin này được đưa lên mạng Internet

Hiện nay, vấn đề giao thông luôn là vấn đề nóng bỏng của mọi quốc gia khiến cho thông tin về nó ngày càng quan trọng, đặc biệt là khi nước ta đang trong quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng giao thông tốt nhằm phục vụ cho việc đi lại trong các

thành phố và các địa điểm lân cận thêm thuận tiện Do đó rất cần thiết phải có một

hệ thống cung cấp thông tin về giao thông đến tất cả mọi người đân ArcGIS 1a mét

công cụ mạnh mẽ, cho phép ta kết xuất dữ liệu bản đồ dưới dạng ảnh phục vụ cho

việc truyền qua mạng, thực hiện các phép toán phân tích không gian cơ bản để từ đó

xây dựng nên các chức năng tra cứu bản đồ có kết hợp yếu tố không gian và thuộc

tính, điều mà các công nghệ khác không làm được Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, em muốn áp dụng những kiến thức được học trên ghế nhà trường vào công việc

cụ thể Được sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Cảnh Lương, em đã quyết định chọn cho mình một đề tài nhỏ nhưng rất thực tế về vấn đề quản lý giao thông,

đó là: “Quản lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ GIS” Đề tài được xây

dựng với mục đích đưa ra thông tin chính xác về vị trí các cây xăng thuộc địa bàn

Hà Nội giúp cho người điều khiển phương tiện giao thông có thể xác định chính xác được phương hướng đến các trạm xăng một cách gần nhất và nhanh nhất, tiết kiệm

thời gian và công sức cho người tham gia giao thông Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng đây chưa phải thưc sự là một web site hoàn thiện để đưa vào sử dụng vì web

site chưa sử lý được nhiều chỉ tiết phức tạp Vì đây là lần đầu tiên là em làm quen với công nghệ GIS, một công nghệ còn rất mới ở nước ta, khả năng bản thân còn hạn

( ))

chế và thời lượng thực hiện có hạn, do vậy em không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự góp ý của các thầy cô cùng các bạn để web site ngày càng hoàn thiện và có thể áp dụng trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Cảnh Lương và các thầy

cô giáo trong khoa Toán - Tin Ứng Dụng đã tạo điều kiện cho em hoàn tắt đề tài

nghiên cứu này

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

CHUONG I

TONG QUAN VE GIS

I KHAI NIEM GIS

GIS - Geographic Information System hay hé théng thông tin địa lý được hình

thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống Khái niệm “địa lý” liên quan đến

các đặc trưng về không gian, vị trí Các đặc trưng này ánh xạ trực tiếp đến các đối

tượng trong không gian Chúng có thể là vật lý, văn hoá, kinh tế, tự nhiên Khái niệm “thông tin” đề cập đến phần đữ liệu được quản lý bởi GIS Đó là các đữ liệu về thuộc tính và không gian của đối tượng GIS có tính “hệ thống” tức là hệ thống GIS

được xây dựng từ các module Việc tạo module giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất

GIS là một hệ thống có ứng dụng rất lớn Từ năm 1980 đến nay đã có rất

nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy

đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thê

trong từng lĩnh vực Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhất:

+ GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu

trong một hệ toạ độ quy chiếu GIS bao gồm một hệ cơ sở đữ liệu và các phương

thức để thao tác với dữ liệu đó

+ GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác,

phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trai dat

+ GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và

hiển thị đữ liệu bản đồ

CE

Hình 1.1 Mô hình công nghệ GIS

+ Dữ liệu vào: đữ liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyên đổi

giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp

+ Quản lý dữ liệu: sau khi đữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung

cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu nhằm đảm bảo về bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì GIS lưu thông tin thế giới thực

thành các tầng dữ liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và

chúng có khả năng liên kết với nhau

+ Xứ lý dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin

Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì Kết quả của xử lý

dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ

+ Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần của

GIS Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và

định lượng thông tin đã thu thập

+ Dữ liệu ra: một trong các phương điện công nghệ GIS là sự thay đổi của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý bằng GIS Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các

bản đồ và ảnh 3 chiều

CS

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

2 Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS

GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích Vì vậy có thể nói GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác

nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể Các ngành này bao gồm:

+ Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và vị trí của đối tượng trong thế giới Nó có truyền thống lâu đời về phân tích không gian

và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu

+ Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ Ngành

bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là khuân

mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS

+ Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tỉnh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa

lý quan trọng cho hệ GIS Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý đữ liệu ở

mọi vị trí trên quả địa cầu Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tỉnh có thể được

trộn với các lớp dữ liệu của GIS

+ Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy bay

là nguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào

+ Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới

đất đai, nhà cửa

+ Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu

GIS Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi hoặc tính

không chắc chắn trong số liệu của GIS

+ Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị biểu diễn dữ liệu Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thẻ hiện, quản lý các đối

CGD

- -

_ Quản lý hệ thống cây xăng áng dụng công nghệ (9 CC

tượng đồ hoạ Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu điễn dữ liệu dưới đạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật

+ Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế

hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian

3 Một số ứng dụng

Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi GIS có khả năng sử dụng

dữ liệu không gian và thuộc tính (phi không gian) từ các nguồn khác nhau khi thực

hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng Một số ứng dụng

cụ thể của GIS thường thấy trong thực tế là:

+ Quản lý hệ thống đường phố bao gồm các chức năng: tìm kiếm toạ độ khi

xác định được vị trí đường phố hoặc tìm vị trí khi biết trước toạ độ đường phó Đường giao thông và sơ đồ; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ Phân

tích vị trí, chọn khu vực xây dựng các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe Lập kế hoạch phát triển giao thông

+ Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các chức năng: quản lý gió và sông ngòi, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ, vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự nhiên, phân tích tác động môi trường

Xác định ví trí chất thải độc hại Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm Phân

tích phân bố dân cư, quy hoạch tuyến tinh

+ Quản lý quy hoạch bao gồm các chức năng: phân vùng quy hoạch sử dụng đất Các hiện trạng xu thế môi trường Quản lý chất lượng nước

+ Quản lý các thiết bị bao gồm các chức năng: xác định đường ống ngầm, cáp

ngầm Xác định tải trọng của lưới điện Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng

đường điện

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

+ Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y té, buu dién va

nhiều ứng dụng khác

4 Các hệ thống tương tác

Các hệ thống xử lý số liệu: số liệu vào từ các bản đồ, ảnh hoặc đo đạc hiện

trường cần được xử lý để đưa vào cơ sở dữ liệu số Sau đó là quá trình lưu trữ số

liệu, cách sử dụng, cập nhật

Hệ phân tích đữ liệu: rút ra và phân tích, có thể đơn giản để đáp ứng yêu cầu

hoặc các phân tích thống kê tổng hợp dữ liệu Thông tin ra hay cách hiên thị kết quả

có thể là bản đồ, bảng biểu và cũng có thê dùng dé đưa vào một hệ dữ liệu số khác

Hệ sử dụng thông tin: người đùng có thé 1a các nhà điều tra, quy hoạch, quản

lý Sự tương tác cần thiết giữa các nhóm GIS và người str dung dé lập kế hoạch cho các thủ tục phân tích và hệ thống quản lý cấu trúc dữ liệu

nhau nhằm tự động quản lý và phân phối

thông tin thông qua biểu diễn địa lý

Hình 1.2 Các thành phần của GIS

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

tạo tốt về lĩnh vực GIS hoặc là các chuyên gia

+ Người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn

khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu

+ Người xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ đưới nhiều

định dạng xuất khác nhau

+ Người phân tích: giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí + Người xây dựng dữ liệu: là những người chuyên nhập đữ liệu bản đồ bằng

các cách khác nhau như vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập cơ sở dữ liệu

+ Người quản trị cơ sở dữ liệu: quản lý cơ sở dữ liệu GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt

+ Người thiết kế cơ sở dữ liệu: xây dựng các mô hình dữ liệu vật ly va logic

+ Người phát triển: xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các

nhu cầu cụ thể

2 Dữ liệu

Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại:

+ Dữ liệu không gian (spatial): cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý

của các đối tượng trên bề mặt trái đất

+ Dữ liệu thuộc tính (non-spatial): là các đữ liệu ở đạng văn bản cho ta biết

thêm thông tin thuộc tính của đối tượng

CC

- _ Quén by hệ thống cây xăng áng dụng cing ngh GIS Co

3 Phần cứng

Là các máy tính điện tử: PC, Mini Computer, MainFrame là các thiết bị

mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng GIS cũng đòi hỏi các thiết

bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như máy số hoá (digitizer), máy vẽ

(plotter), may quét (scanner)

4 Phần mềm

Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng Mỗi công ty xây dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các công ty phải xây dựng là hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm cơ sở đữ liệu thương mại trong việc sao lưu

dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao địch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa

lý dưới dạng các đối tượng hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiêu công việc khác

II CHỨC NĂNG GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

+ Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thê lấy từ rất nhiều nguồn, có thé là

bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số

+ Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu đưới dang vector hay raster

+ Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thé truy vấn thông tin đồ hoạ

hiển thị trên bản đỏ

+ Analyze: phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người

dùng Xác định những tình huống có thê xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

+ Display: hién thi Hién thi bản đồ

+ Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định

dang: giấy in, Web, ảnh, file

an rTLTLTLTLTLBNNEA LAIA¿‹:)

«@ »

Tài liệu, bản đồ giấy Quan sát thực địa

Thu nhập dữ liệu

Xuất dữ liệu Thiết bị ra

Hình 1.3 Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS

1 Thu thập dữ liệu

Thu thập đữ liệu là quá trình thu nhận đữ liệu theo khuân mẫu được áp dụng

cho GIS Mức độ đơn giản nhất của thu thập đữ liệu là chuyển đổi khuân dạng mẫu

có sẵn từ bên ngoài Trong trường hợp này, GIS phải có các tiện ích đề hiểu được các khuân dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau đề trao đổi GIS còn phải có khả năng

nhập các ảnh bản đồ Trong thực tế, nhiều kỹ thuật trắc địa được áp dụng để thu thập

dữ liệu thô, bao gồm thu thập dữ liệu về bề mặt trái đất như địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờ trắc địa đo đặc hay ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay Các dữ liệu như

kinh tế - xã hội thu thập từ điều tra phỏng vấn hay chuyền đổi từ các bài tư liệu viết Bản đồ vẽ bằng tay trên giấy phải được số hoá sang dạng rzs¿er Việc sử dụng ảnh

CS

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

vệ tỉnh hay ảnh chụp từ máy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên

cứu tải nguyên thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình

Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay ban d6 đưới khuôn mẫu tương tự Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số

hoá Ở mức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính

mô tả các đặc trưng đó Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ bằng máy

quét ảnh đề phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ Đầu ra của máy quét là ma trận của các

giá trị điểm ảnh 2D, có thể được sử dụng cho công việc vec/or hoá để tạo ra bản đồ

mã hoá đữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có được đữ liệu phù hợp

Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ

khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS

Quá trình thu thập đữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu Chúng ta

có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và tổ chức cho phù hợp Vì vậy cần cung cấp phương tiện

cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để thích nghỉ với các yêu cầu khác nhau Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năng thay đổi cách biểu diễn, thay đồi

phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệu

rasfer, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình đữ liệu vec/or sang đữ liệu

raster, qua trình này được gọi là raster hoa Mét sé công cụ phân tích khác lại làm

việc chủ yếu với mô hình vec/or, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ zs/er sang

vector, hay con goi la vector hoa Raster hoa là quá trình phân tích đường (line) hay

CS)

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel) Ngược lại, vector hod 1a qua trinh tập

hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền Dữ liệu ban đầu của ta thông

thường la duéi dang raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận đạng mẫu sẽ rất phức tạp

Khi so sánh đữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử

dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình

xp xi hoa dé biển đổi về cùng một phân lớp

Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ của

chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu này không thẻ tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục

toạ độ

2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập cơ sở dữ liệu không gian (đồ hoạ, bản

đồ) Nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vec/or hoặc dữ

liệu ras#er hoặc cả hai, dữ liệu thuộc tính dé nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong

bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục đữ liệu thuộc tính khác Chỉ danh đối tượng không

gian đuy nhất được dùng đề liên kết giữa đữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian

tương ứng Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả giá trị không gian như độ

dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học

Với dữ liệu rzs/er thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan

đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc Việc lựa chọn mô hình

raster hay m6 hinh vector dé t6 chire dit liéu không gian được thực hiện khi thu thập

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau Thông thường cơ sở

dữ liệu GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây dựng

cơ sở đữ liệu không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện

tượng tương ứng

Theo thuật ngữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu thì các mô hình vector va raster

được xem như những thí dụ của mô hình quan niệm Chúng mô tả các quan niệm liên quan đến ứng dụng thế giới thực được biểu diễn trong cơ sở dữ liệu Các mô

hình quan niệm được mô tả theo nhiều cấp bậc trừu tượng, trong đó các mô hình

vector va raster là ở mức trừu tượng thấp nhất Chúng gần với biểu diễn dữ liệu máy

tính hơn các mô hình trên cơ sở dữ liệu đối tượng, mạng và bề mặt Khái niệm mô hình dữ liệu lôgic được sử dụng đề đề cập đến cách mà hệ quản trị cơ sở dữ liệu tổ

chức mô hình quan niệm thành tệp, bản ghi, chỉ số Ngày nay, công nghệ cơ sở đữ

liệu truyền thống không còn thích hợp với việc quản lý đữ liệu địa lý Một số hệ GIS

được sử dụng rộng rãi đã xây dựng cơ sở đữ liệu trên cơ sở tổ hợp mô hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học và lược đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưu trữ, xử

lý dữ liệu không gian Một vài GIS khác đã lợi dụng các phương tiện của lược đồ lưu trữ cơ sở dữ liệu quan hệ để quản lý cả hai loại dữ liệu hình học và phi hình học

Phương tiện truy nhập trong cơ sở dữ liệu GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn của

cơ sở dữ liệu quan hệ chuẩn và khả năng xây đựng câu hỏi truy vấn đề tìm thông tin

mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian Do nhu cầu khai thác thông tin trên cơ sở đữ liệu không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số không gian đặc biệt Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các

biên của cửa số hình chữ nhật Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không

gian được xem như là nền tảng của thâm nhập cơ sở dữ liệu GIS

ST E.`

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian

Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không

gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra

quyết định của người dùng GIS

Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích đữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một

số phương pháp được đùng phổ biến nhất:

Buffer (tìm kiếm dữ liệu trong vung khong gian): Buffer hay con gọi là truy

vẫn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với đối tượng kia Phương pháp ðz/jer được chia làm nhiều loại (phép toán) khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:

+ Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng gốc

+ Áp dụng một quan hệ không gian dé tim ra các đối tượng khác mà có quan

hệ đặc biệt với các đối tượng gốc

+ Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tinh Một số phép toán bz/er thông dụng:

+ Tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác: phép toán này xác định quan hệ “bao kín” giữa các đối tượng không gian Đường thắng bao gồm nhiều điểm, một đa giác (polygon) có thê bao gồm nhiều đường thắng hoặc gồm các đa giác con khác

+ Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác: phép toán này xác định các đối

tượng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tượng khác Hai đa giác giao nhau nếu chúng có một miền chung Hai đường thắng cắt nhau nếu chúng có một điểm

CED

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

chung Một đường thắng giao với một đa giác khi nó nằm một phần hay toàn bộ trong đa giác

+ Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác: đây là kiêu tìm kiếm

trong đó các đối tượng có chung đường bao (biên) Quan hệ này chỉ áp dụng cho đường thắng hoặc đa giác

+ Tìm các đối tượng nằm bên trong hoặc bên ngoài một khoảng cách xác định: kiêu tìm kiếm này được sử đụng trong việc xác định các đối tượng xung quanh

một hay nhiều các điểm mốc Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tượng căn cứ vào vị trí của

chúng so với vùng đệm tạo ra

Một bài toán rất điển hình cho phuong phap buffer nay 1a bài toán về “Nhà

máy hoá chất và các bệnh viện” Mục đích của bài toán là xác định các vị trí thuận tiện nhất trên bản đồ cho việc đi đời các bệnh viện trong trường hợp nhà máy hoá

chất gặp sự có Các nhà máy hoá chất và bệnh viện được biểu diễn trên bản đồ bằng

các đối tượng điểm (points) Mỗi nhà máy bao gồm các thông tin chỉ tiết về loại hoá chất sản xuất và mức độ phát tán chất độc ra môi trường trong các điều kiện thời tiết

khác nhau Khi có sự cố, vùng nguy hiểm cần di đời sẽ được thể hiện trên bản đồ Từ

đó, chúng ta có thể biết được nên chuyển bệnh viện đến vùng nảo là an toàn và thuận tiện nhất

Hình 1.4 B„//ƒer bên trong một vùng có bán kính xác định TTEEEKEKEEHaaa ‹:;)

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ): một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng

được biểu diễn bằng một kiểu đữ liệu đồ hoạ Phần đồ hoạ này có thê thu được bằng

cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng

ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng

của đối tượng thông qua các đữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên

quan

Geocoding (address matching) là một tiễn trình nhằm xác định các đối tượng

trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây là một kỹ thuật rất nỗi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS

Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyên đổi toàn bộ mô tả thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian

Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến ít

nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin

không gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Các

gocoding service cé thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham chiếu khác nhau

Sau khi đã geocoding đữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào

mô tả không gian) Ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm Quy trình xử lý trải qua các bước sau:

+ Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành

phần địa chỉ nhỏ

+ Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn đữ liệu tham chiếu để xác định các đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào Mỗi kiểu geocoding service sé quy định các định dạng của các thành phần địa chỉ này

+ Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúng nhất

(qmxxmămm.Ề T/,)

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng cơng nghệ 9

+ Œeocoding service sẽ đánh đấu đơi tượng vừa được tìm thấy trên bản đồ

bằng một đối tượng đồ hoạ

-Í

Hình 1.5 Kết quả tìm kiếm theo địa chí

Networks (phân tích mạng): Neworks là kỹ thuật được ứng đụng rất rộng rãi trong giao thơng, phân phối hàng hố và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thơng tin qua mạng viễn thơng Trong GIS,

nefworks được mơ hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được hiễn thị trên bản đồ, mỗi đối tượng

đĩng vai trị là canh hoặc z/ trong mạng Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các /opology cho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu Quan hé topology gitta các đối tượng gần giống quan hệ giữa các bảng (relationship)

Chúng ta cĩ hai kiểu liên kết là mi - cạnh và cạnh - cạnh Núứ - cạnh là luật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng

kiểu B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiêu A và một cạnh

của đối tượng kiêu B qua một tập các nút

TT aậ.:)

( ))

Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình

thành Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng đẻ giải quyết các bài toán

đặt ra

Hình 1.6 Kết qua tìm kiếm trên mạng giao thông

Overlay (phủ trùm hay chồng bản đồ): đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là

mạnh nhất của GIS Overlay cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dit liệu khác nhau Người ta dinh nghia: “Overlay là quá trình chồng khít hai lớp đữ liệu

bản đồ với nhau dé tạo ra một lớp bản đồ mới” Điều này tương tự như việc nhân hai

ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu dé tao ra bang

mới, với overlay là gộp hai lớp trên ban dé dé tạo ra ban d6 moi Overlay thy hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu

thuộc tính từ một trong hai lớp

Người ta chia over/ay thành ba dạng phân tích khác nhau:

+ Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point + Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line + Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon va polygon, đầu ra là lớp polygon

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình

ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai Ở đây chúng ta thấy có hai lớp

là lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng và lớp thuộc về đất đai Thông thường hai

lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau

Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai

lớp bản đồ Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ

không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này Ví dụ

này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”

Qua bài toán chúng ta có thê thấy một điều rằng hai Ip ma ta dua vao overlay phải có sự thống nhất với nhau Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có

được điều kiện này ta mới tiễn hành overlay dugc

Qua trinh overlay thuong duge tién hanh qua 2 bước:

+ Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao

điểm này

+ Kết hợp đữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ

Các phép toán overlay bao gồm: phép hop (Union), phép giao (Intersect) và

phép đồng nhất (Identity)

- Phép hợp: hoạt động như toán tử Or Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là

polygon Két qua đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách over/ay hai miền đữ liệu

đầu vào và đữ liệu thuộc tính của chúng

Điều kiện: miền đữ liệu phải là polygon

Hình 1.7 Phép hợp

CS)

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

- Phép giao: hoạt động như toán tử And Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overiay hai tập đữ liệu đầu vào Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào

cả hai tập dữ liệu đầu vào

Hinh 1.8 Phép giao

- Phép đồng nhất: tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overiay

hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần đữ liệu của lớp

đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít

_

Hình 1.9 Phép đồng nhất

- Proximity (tim kiém trong khoang can ké): Proximity là phép tìm kiếm trên

cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng Khoảng cách này được tính theo khoang cach Euclidean

C6 3 phuong phap phan tich proximity:

Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm

kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp

buffer Viéc tim kiém này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm,

nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng Trong các hệ thống trên cơ sở raster thi viéc tạo lập vùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với

đối tượng xác định trước, chăng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ

xây dựng nhà máy

Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều Các mẫu thường là các

điểm Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác /hiessen, nó xác định các

vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác Sơ đồ đa giác

thiessen còn được gọi là sơ đồ voronoi Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử

dụng từ các mẫu đất cách biệt

IV VECTOR VÀ RASTER TRONG GIS

Có hai phương pháp chính để lưu trữ thông tin bản đồ: GIS lưu các đối tượng bản đồ trong dinh dang vector và trong dinh dang raster

Trong dinh dang vector, cac đối tượng bản đồ được biểu diễn bởi các đối

tuong hinh hoc co ban point (diém), line (duong), polygon (ving) Point ding xac định các đối tượng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay có kích thước quá nhỏ

so voi ty 1é ban dé Line dé xac định các đối tượng có chiều đài xác định Pojygon để

xác định các vùng, miền trên mặt đất Trong định dạng này, thông tin được mô tả có

tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ Thông tin lưu trong định dạng vecứor chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng, hệ thống thông tin dat đai

Trong định dang raster, các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi các điểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua

chỉ số hàng và cột trong lưới Trong ras/er, point sé duoc biéu diễn bởi một điểm ảnh đơn, /ize được biểu điễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau, va polygon

xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau Dữ liệu được lưu trong định dạng

an

AA()

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

nay rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn #as/er phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng Ras¿er được ứng dụng nhiều trong phân

tích bề mặt liên tục

Hình 1.10 Dinh dạng dữ liệu Vecfor và Rasfer

V HỆ TOẠ ĐỘ ĐỊA LÝ VÀ HỆ TOẠ ĐỘ QUY CHIẾU

Vị trí của vật thể trong không gian đều phải gắn liền với một hệ toạ độ Trong

GIS, dé biểu diễn dữ liệu không gian người ta thường dùng 2 hệ toạ độ là hệ toạ độ

địa lý và hệ toạ độ quy chiếu

Hệ toạ độ địa lý là hệ toạ độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ

sở Một điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu

Hệ toạ độ quy chiếu là hệ toạ độ hai chiều thu được bằng cách chiếu đữ liệu bản đồ nằm trên hệ toạ độ địa lý về một mặt phẳng

— Cấn l/ hệ thống cây xăng ting dung céngngh6 GIS

1 Hệ toa độ địa lý

Hệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên

trái đất Đơn vị đo của hệ là độ

Vì đây là hệ tọa độ gắn liền với trục trái đất nên để xác định vị trí của đối

tượng người ta chia bề mặt trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến Kinh tuyến là các đường cong cách đều nhau chạy qua hai điểm cực Bắc và Nam, vĩ tuyến

là các đường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái đất Giao điểm giữa kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới

Trong số các kinh tuyến và vĩ tuyến có hai đường quan trọng nhất được lấy làm gốc toạ độ đó là vĩ tuyến có bán kính lớn nhất - chính là đường xích đạo và kinh tuyến chạy qua vùng Greenland nước Anh Giao điểm giữa hai đường này là gốc toạ

độ Hai đường này cũng đồng thời chia trái đất làm 4 phần bằng nhau là nửa Bắc và Nam nằm phía trên và đưới của đường xích đạo, nửa Đông và Tây nằm ở phía bên

phải và trái của kinh tuyến gốc Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị toạ độ là kinh độ và vĩ độ được xác định như trong hình vẽ trên Giá trị này có thể được đo bằng độ theo cơ số 10 hoặc theo độ, phút, giây

Miền giá trị của vĩ độ: -900 + 90°

kinh độ: -1800+ 1800

Hình 1.11 Hệ toạ độ địa lý (trực quan)

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Chú ý là chỉ trên đường xích đạo thì khoảng cách một độ của vĩ tuyến mới bằng khoảng cách một độ trên kinh tuyến Trên các vĩ tuyến khác khoảng cách này khác nhau rất nhiều Người ta tính rằng một độ trên kinh tuyến dài khoảng 111,321

km trong khi 60° trén vi tuyén chỉ có độ dài 55,802 km Chính vì sự khác nhau này

nên ta không thể đo chính xác được chiều dài và điện tích của đối tượng khi đữ liệu

bản đồ được chiếu lên mặt phẳng

Mặt cầu và mặt Ellipsoid: trong hệ toa độ địa lý có hai bề mặt hình cầu được

sử dụng đó là mặt cau (tuyét déi) va mat ellipsoid

Vì bề mặt của trái đất của ta không phải là hình cầu tuyệt đối mà nó gần với

hình e/1jpsoid nên mặt ellipsoid thường được dùng để biểu diễn Tuy nhiên đôi khi

người ta cũng sử dụng mặt cầu đề công việc tính toán dé đàng hơn Khi tỷ lện bản đồ

rất nhỏ < 1:5000.000, ở tỷ lệ này sự khác biệt giữa dữ liệu biểu dién bằng mặt cầu và

mat ellipsoid la khéng thé phân biệt được bằng mặt thường Lúc này, mặt cầu được

dùng Nhưng khi tỷ lệ > 1:1.000.000 thì người ta cần thiết phai ding mit ellipsoid dé

đảm bảo độ chính xác Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt e/lipsoid phu thuéc vào

mục đích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu

Mặt cầu Mit Ellipsoid

Hinh 1.12 Mat cau va mat ellipsoid

Nếu mặt cầu dựa trên hình tron thi mat e/lipsoid lại có cơ sở là hình eiljp

Hình e//p được xác định bởi hai bán trục mà ta hay gọi là bán trục lớn và bán trục

nhỏ Ta cho eÏjp xoay quanh bán trục nhỏ ta sẽ thu được hinh ellipsoid

ự )}

Kích thước và hình dang cua ellipsoid được xác định bởi bán trục lớn a va ban

trục nhỏ b, hay bởi z và hệ sé det f

f=(a-b)/a

Vì hệ số ƒ rất nhỏ nên người ta thường dùng giá trị 1/f

A = 6378137.0 m 1= 298.25122563

2 Hệ toạ độ quy chiếu

Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt trái

đất lên trên mặt phẳng của bản đồ Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng và hệ toạ độ quy chiếu ra đời Hệ toạ độ này luôn lấy hệ toạ

độ địa lý làm cơ sở

Hệ toạ độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x theo phương ngang và y theo phương thắng đứng Gốc toạ độ là giao điểm của hai trục này Hai trục giao nhau đồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ toạ độ địa

lý Một điểm trên mặt được xác định được xác định bởi cap gia tri (x, y)

Y

X<0 X0 Y>0 Y>0

X<0 X>0 Y<0 Y<0

Hình 1.13 Mặt phẳng hệ toạ độ quy chiếu

mm LLLIIENHNNANEaAAAA.<-)

a ))

Có rất nhiều phép chiếu bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng song về cơ bản ta có thể hiểu như sau Lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ

toạ độ địa lý theo một hình trụ đứng Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ các tia cắt các

điểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ Thực chất của việc này là chiếu các ô lưới lên bề mặt phẳng Mở tờ bìa ra ta có kết quả của phép

chiếu Nhìn vào tấm bìa ta nhận thấy, các ô lưới đã thay đổi khá nhiều (biến dạng),

co lại hoặc dãn ra Càng xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn Điều này gây nên sự thay đồi về hình đạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu không gian

Sau đó người ta dùng các công thức toán học đề tương ứng toạ độ của bề mặt cong lên toạ độ mặt phẳng chiếu

Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc sử

dụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Các phép chiếu cơ bản: trong phần này ta sẽ tìm hiểu ba phép chiếu cơ bản

và thường được sử dụng nhất đó là phép chiếu với mặt chiếu là mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng phương vị

Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập các điểm

tiếp xúc Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay là tiếp tuyến (trong trường hợp là đường thắng) Các điểm này có vai trò rất quan trọng, vì độ biến dạng của phép chiếu trên những điểm này bằng không Độ biến dạng sẽ tăng khi khoảng cách giữa điểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng

+ Mặt hình nón: để thực hiên phép chiếu này người ta cho đùng một mặt hình nón “úp” lên bề mặt cầu Đường thăng tiếp xúc giữa mặt nón và mặt cầu là một

vĩ tuyến và được gọi là vĩ tuyến chuân Các đường kinh tuyến sau khi chiếu mặt nón

sẽ thành những đường thắng đứng, các đường vĩ tuyến sẽ tạo thành những đường

tròn

Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt hình nón dọc theo một kinh

tuyến bất kỳ, lúc này ta sẽ được kết quả của phép chiếu trên bề mặt nón Sự giao nhau giữa những đường thắng và cung tròn sẽ tạo nên một mặt lưới Đường thẳng đối diện với đường cắt được gọi là kinh tuyến trung tâm Càng xa vĩ tuyến chuẩn độ biến dạng càng tăng Do đó đề tăng độ chính xác người ta cắt bỏ phần đỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này Phép chiếu này thường được dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình chạy qua và hướng theo chiều

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

+ Mặt hình trụ: giống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một đường thẳng tiếp tuyến Khi sử đụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tuỳ thuộc vào

vị trí tương đối của mặt trụ so với mặt cầu:

- Hình trụ được đặt theo phương thắng đứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một

vị tuyến, thường là đường xích đạo Gọi la phép chiéu Mercator

- Hình trụ được đặt theo phương nằm ngang, đường thẳng tiếp xúc là một kinh tuyến Gọi là phép chiéu Transverse

- Hình trụ đặt xiên và tiếp xúc với mặt cầu theo một đường tròn có bán kính

lớn nhất (bằng với bán kính đường xính đạo) Gọi là phép chiéu Oblique

Phép chiếu thường được sử dụng nhất là Mercator Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành những đường thẳng đứng cách đều nhau, các đường vĩ tuyến sẽ trở thành những đường nằm ngang khoảng cách không đều nhau; tăng dần về phía hai cực Do đó biến dạng sẽ tăng dần về phía hai cực Sau khi thực

hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt mặt hình trụ dọc theo một kinh tuyến, trải ra trên

mặt phẳng ta sẽ thu được kết quả

+ Mặt phẳng phương vị: là phép chiếu đữ liệu bản đồ lên một mặt phẳng tiếp

xúc với mặt cầu Điểm tiếp xúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại đường xích đạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằm giữa VỊ trí của điểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương

( )) đối của mặt phẳng chiếu với mặt cầu và tạo nên ba kiểu chiếu khác nhau: polar,

_ Chân lý hé thing edy xéing ting dung cdng nghé GIS

CHUONG II

DU LIEU VA CAC MO HINH BIEU DIEN DU LIEU

TRONG GIS

I DU LIEU TRONG GIS

Trong các mô hình biểu diễn đữ liệu của GIS, chúng ta thường nhắc đến một

Organization): “Feature là sự trừu tượng hoá của một sự vật trong thế giới thực

Trong đó, thuộc tính ctia feature chính là đặc điểm mô tả ƒea#zre đó” GIS chia thuộc

tính của ƒeafure thành 2 loại là thuộc tính không gian và thuộc tính mô tả lần lượt

tương ứng với hai loại dữ liệu là Ở# liệu không gian (spatial data) và dữ liệu thuộc tính (non-spatial data) Trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu, các feature sé duoc lưu trữ trong một bảng, một feature sẽ tương ứng với một dòng và các thuộc tính sẽ tương ứng với các cột trong dòng

Thuộc tính mô ta cho ta biết chỉ tiết thông tin vé tig feature Vi dụ, feature

là một thửa đất thì thuộc tính của nó có thể là: số hiệu thửa, chủ sở hữu, diện tích

thửa, chiều đài thửa, mặt tiền thửa, giá trị chuyển nhượng, loại đất

Thuộc tính không gian được xác định bởi hình dang va vi tri cua feature trong thế giới thực Hình dạng của /ez/wre được biểu diễn bằng các đối tượng hình học (Geometry) VỊ trí của ƒea/„re trong không gian được xác định bởi hệ toạ độ quy chiêu găn với nó

CED

MultipPoint: là một tập các điểm xác định trên mặt phẳng x, y VỊ trí của các

điểm được lấy tương đối so với một điểm làm gốc

Line: là một tập các điểm được xác định bởi hai điểm đầu và cuối

Arc: là một tập các điểm được xác định bởi hai điểm đầu và cuối Quỹ đạo tập

hợp các điểm tuân theo quy luật của một hàm toán học

Polyline: là một chuỗi các điểm, được nối với nhau theo ting doan (segment)

Mỗi đoạn có thê là /ze hoặc arc

Annotation: do la cac ky tu, nhan nhằm biểu đạt các thông tin trên bản đồ

Polygon: là một phần của mặt phẳng x, y được xác dinh béi mét polyline dang

vòng goi la bién Polygon la đối tượng phức tạp nhất, vì vậy việc xác định tọa độ của

nó phải tuân theo một số nguyên tắc Các tắc này do các nhà phát triển đặt ra trong

quá trình xây dựng phần mềm của mình

+ Nếu pojygon là một miền kín đơn (đạng đơn giản nhất) tọa độ các điểm sẽ được lưu trữ theo quy tắc ngược kim đồng hồ

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Một số quy ước đối với các đối tượng hình học (Geometry)

+ Point và MultipPoint

- Không có kích thước, đối tượng vô hướng

- Hình chữ nhật bao quanh một pø¡z tương đương với giá trị toạ độ x,y của point do

- Hinh chit nhat bao quanh m6t multipoint 1a hinh bao nho nhat phi trim tat

ca cac point nay

+ Line va PolyLine

- Hai điểm liên tiếp không thể có cùng một toạ độ

- Mỗi đoạn (line) phải chứa ít nhất hai điểm phân biệt

- Với poiyline, điểm đầu và điểm cuối có thể trùng nhau nhưng kết quả của

“vòng bao kín” đó không thê coi la mét polygon

- Độ dài của poj/ine được tinh bằng tổng chiều dai các đoạn (line)

+ Polygon

- Hai điểm liên tiếp không thể có cùng một toạ độ

- Tập các đoạn thắng tạo nên øoj»gon phải tạo thành một miền kín và không giao nhau Toạ độ các điểm được lưu theo nguyên tắc ngược chiều kim đồng hồ

- Đối với các pojygon chứa một hay nhiều vùng trống ở miền trong, phải xác định mối quan hệ tương đối giữa vùng trống với nhau và giữa vùng trống với

polygon

- Với các polygon có đường bao vùng trồng bên trong tiếp xúc với đường bao polygon, phải đảo ngược toa độ của vùng trống này và kết hợp với polygon

- Hình chữ nhật bao quanh poiygon có toạ độ chính bằng toạ độ cận trên và

cận dưới của polygon

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Thuộc tính của các Geometry

+Miền trong, biên, miền ngoài: tất cả các đối tượng đều chiếm giữ một vị trí

trong không gian được xác định bởi miền trong, biên và miền ngoài Miền ngoài của

một đối tượng là vùng không gian mà nó không chiếm tới Biên là phần giao giữa

miền trong và miền ngoài Miền trong là miền mà đối tượng chiếm giữ Khái niệm miền trong và miền ngoài đối với các đối tượng là giống nhau, nhưng biên của các đối tượng khác nhau là khác nhau

+ Đơn và không đơn: một số đối tượng có cả thuộc tính đơn và không đơn

Chúng mang thuộc tính đơn nếu chúng tuân theo các quy ước đặt ra trong một lớp

các đối tượng và không đơn nếu chúng không tuân theo các quy ước này Đối tượng point chỉ có thuộc tính đơn A⁄wiipoin là đơn khi không có hai điểm có cùng một toạ d6 Line mang thuéc tinh don, polyline la don khi khéng cé hai đoạn thắng nào cắt nhau

+ Rỗng: một đối tượng là rỗng khi nó không chứa một điểm nào Khi này các

thuộc tính khác như: hình chữ nhật (bao quanh), miền trong, biên, miền ngoài đều bằng rỗng Đối tượng rỗng luôn luôn đơn và có thể có toạ độ Z Một /ize là rỗng có chiều đài bằng 0 Poj;gon là rỗng có diện tích miền trong bằng 0

+ Hình chữ nhật (bao quanh): hình chữ nhật của một đối tượng là hình bao

quanh đối tượng đó Toạ độ của hình chữ nhật này chính là toạ độ cận trên và cân

dưới của đối tượng Tuy nhiên, hình chữ nhật của đối tượng poz là một điểm vì cận

trên và cận dưới của nó trùng nhau

+ Số chiều biểu diễn: mỗi đối tượng có số chiều biểu diễn là: 0, 1 hoặc 2

Số chiều = 0: không có kích thước, diện tích

1: chỉ có chiều đài, chiều rộng = 0

2: là một miền có diện tích xác định

_ Chấn lý hệ thống cây xăng ứng dụng công nghệ 9

Point va multipoint 1a hai d6i tugng c6 số chiéu bang 0 Point biểu điễn các

ƒeature vô hướng và có thể được mô hình bằng một toạ độ đơn

Line và polpline có số chiều bằng 1 Chúng dùng để biểu diễn đường giao

thông, hệ thống sông ngòi và các đối tượng tuyến tính khác

Polygon va multipolygon là các đối tượng 2 chiều Các loại ƒeaure thường

được biểu diễn bằng chúng là: các khu vực hành chính, thửa đất, đồng ruộng

Việc xác định số chiều sẽ làm tiền đề cho chúng ta xác định mối quan hệ giữa

các ƒea#ure vì ta chỉ có thể so sánh các đối tượng khi chúng có số chiều bằng nhau

+ Toạ độ Z: một số đối tượng có thêm toạ độ Z Toạ độ này mô tả độ cao hay

độ sâu của đôi tượng so với mặt nước biên

Il CAC MO HINH BIEU DIEN DU LIEU

Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS:

+ Modelling with vector data: mô hình dữ liệu vector

+ Modelling with taster data: mô hình dữ liệu raster

+ Modelling with triangulated data: mô hình lưới tam giác không đều

1 Mô hình dữ liệu vector

Mô hình dữ liệu vec/or xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không

gian cơ sở và tổ hợp của chúng Trong mô hình 2D thì các thực thê cơ sở bao gồm diém (point), đường (line), vùng (polygon) Các thực thể sở đắng được hình thành

trên cở sở các vector hay toa d6 cua các điểm trong một hệ trục toạ độ nào đó

Loại thực thể cơ sở được sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức độ

khái quát Với bản đồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố được biểu diễn bằng điểm (point),

đường đi, sông ngòi được biểu diễn bằng đường (line) Khi tỷ lệ thay đổi kéo theo sự

thay đổi về thực thể biểu diễn Thành phố lúc này sẽ được biểu diễn bởi vùng có

( ) đường ranh giới Khi tỷ lệ lớn hơn, thành phó có thể được biểu diễn bởi tập các thực

thể tạo nên các đối tượng nhà cửa, đường sá, các trình tiện ích Nói chung mô hình

dữ liệu vec/or sử dụng các đoạn thắng hay các điểm rời rạc để nhận biết các vị trí

của thế giới thực

Trong mô hình vecíor người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi

chúng là các feature Cac feature duge biéu dién bang cac déi tugng hinh hoc: point, line, polygon Các biểu diễn này áp dụng cho những đối tượng đơn có hình dạng và đường bao cụ thể

Hình 2.2 Bản đồ với mô hình dữ liệu

Trong cách biểu diễn này, người ta định nghĩa:

+ Feature là một đối tượng trên bản đồ có hình đạng và vị trí xác định, có các

thuộc tính cùng với hành vi cụ thê

+ Feature Class 1a m6t tap cac feature cd cing kiểu tức là tập các poiu, line,

hay polygon Cac feature class tương đương với một lớp trên bản đồ

+ Feature Dataset 1a tap cac feature class hay tap hop các lớp trên cùng một

hé toa d6 Feature dataset tuong duong voi mot ban đồ

Các thành phần dữ liệu

Trong ƒea/ure dafaset, mỗi poinf được lưu đưới một toạ độ đơn tương ứng,

line được lưu dưới một chuỗi các điểm có toạ độ x, y cho trước, øolygon được lưu thành một tập các điểm có toạ độ x, y xác định những đoạn thắng và đóng kín

cmmmmmmmHAAaaằẶg./;)

(( ))

Points biéu dién cac feature khong cé mién bao hay d6 dai, nhiều khi nó biểu

dién cdc feature c6 kích thước quá nhỏ so với tỷ lệ của ban dé

Polygons duoc dung để biểu diễn các ƒea/re có miền bao xác định: ruộng

đất, ao, hồ hay các đơn vị hành chính

Các phép toán phân tích không gian

GIS cung cấp rất nhiều phép toán phân tích không gian trên mô hình dữ liệu vecíor Các phép toán này dựa trên cơ sở so sánh légic tập các đối tượng này với tập đối tượng khác

đôi tượng mới trong đó giữ nguyên

trong đối tượng so sánh

Cho trước một đối tượng và một

một đôi tượng mới băng cách cất đổi ;z/s;sec/ sẽ tạo ra một đối tượng mới tượng đầu vào theo hình chữ nhật chính là phần giao giữa hai đối tượng

convex hull sẽ tạo ra một đối tượng mới

là một pojygon bằng cách nói tat ca các

điểm ở biên của đối tượng đó Nói cách

khac, day la polygon nhỏ nhất bao kín

đối tượng

Cut

Cho một đường cong và một đối

tượng, phép toán cz/ sẽ tách đối tượng

này thành hai phần nửa phải và nửa trái

theo hướng của đường cong Pøiz và

multipoint khong dugc ap dung Line va

polygon phải cắt đường cong

Symmetric difference

Phép toan symmetric difference sé

tiến hành so sánh vị trí hai đối tượng và

tạo ra một đối tượng mới từ hai đối

tượng ban đầu và bỏ đi phần giao giữa chúng

Union

Phép toán này tiến hành so sánh vị

trí tương đối của hai đối tượng và trả về

một đối tượng trên cơ sở hợp hai đối

tượng ban đầu

Mô hình dữ liệu vec/or cho ta nhiều thao tác hơn trên các đối tượng so với mô

hình ras⁄er Việc tính diện tích, đo khoảng cách của các đối tượng được thực hiện

bằng các tính toán hình học từ toạ độ của các đối tượng thay vì việc tính toán trên