Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS phục vụ định hướng phát triển du lịch tỉnh Savannakhet, Lào

Tài nguyên du lịch bao gồm: Di sản văn hóa thế giới truyền miệng và phi vật thể, các lễ hội truyền thống, nghềvà làng nghề thủ công cổ truyền, văn hóa nghệ thuật, văn hóa ẩm thực, văn hó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LờI CảM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận đ-ợc rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các tập thể nghiên cứu

Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đặng Xuân Phong, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Quản lý tài nguyên

và môi tr-ờng, Ban Chủ nhiệm khoa Địa lý, phòng Sau đại học, Tr-ờng Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thành viên của Phòng Sinh thái cảnh quan, Viện Địa lý đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn tất cả gia đình và bè bạn

Học viờn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG 4

1.1 Cơ sở lý luận về du lịch 4

1.1.1 Định nghĩa về du lịch 4

1.1.2 Tài nguyên du lịch 4

1.1.3 Tài nguyên du lịch tự nhiên 5

1.2 Những vấn đề cơ bản về cơ sở dữ liệu 7

1.2.1 Tổng quan về GIS 7

1.2.2 Cơ sở dữ liệu trong GIS 10

1.3 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS 23

1.3.1 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS 23

1.3.2 Công nghệ xây dựng và phát triển CSDL GIS Savannakhet 29

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ NGUỒN LỰC VÀ THỰC TRẠNG PHÁT TRIỂN DU LỊCH TỈNH SAVANNAKHET 35

2.1.Điều kiện tự nhiên 35

2.1.1.Vị trí địa lý 35

2.1.2 Địa hình 36

2.1.3.Địa mạo 36

2.1.4 Khí hậu 37

2.1.5 Thổ nhưỡng 38

2.1.6 Thảm thực vật 41

2.1.7 Thủy văn 46

2.2 Kinh tế xã hội 49

2.2.1.Dân cư-dân tộc 49

2.2.2 Tình hình phát triển kinh tế 50

2.3 Đánh giá các nguồn lực và thực trạng du lịch tỉnh Savannakhet 59

2.3.1 Tiềm năng du lịch của tỉnh Savannakhet 59

2.3.2 Thực trạng phát triển du lịch của tỉnh 63

2.4 Định hướng phát triển du lịch tỉnh Savannakhet và các giải pháp 65

2.4.1 Các định hướng về quy hoạch không gian du lịch 65

2.4.2 Các giải pháp phát triển du lịch 66

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS VỀ ĐIÊU KIỆN TỰ NHIÊN - KINH TẾ XÃ HỘI PHỤC VỤ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN DU LỊCH TỈNH SAVANNAKHET - LÀO 68

3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu GIS 68

3.1.1 Dữ liệu nền 68

3.1.2 Các lớp dữ liệu chuyên đề 71

3.2 Giao diện, các chức năng của hệ thống cơ sở dữ liệu GIS Savannakhet 73

3.2.1.Nhóm chức năng quản lý dữ liệu 74

3.2.2 Nhóm chức năng hiển thị và chỉnh sửa đối tượng 76

3.3 Chức năng hỏi đáp, tìm kiếm thông tin phục vụ định hướng, phát triển du lịch 86

KẾT LUẬN 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

MỘT SỐ ẢNH HỌC VIÊN ĐI THỰC ĐỊA TẠI SAVANAKHET 96

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình tổ chức của GIS 9

Hình 1.2: Thế giới thực trên hai mô hình raster (a) và vector (b) GIS 14

Hình 1.3 : Biểu diễn vị trí của ba đối tượng 14

Hình 1.4: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector 15

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point) 16

Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc 16

Hình 1.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon) 17

Hình 1.8: Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ 17

Hình 1.9: Ma trận không gian của một file GIS raster cấu trúc từ các pixel 19

Hình 1.10: Sự khác biệt giữa vector và raster trong thể hiện cấu trúc line 20

Hình 1.11: Biểu diễn các đối tượng cơ sở trong Raster 21

Hình 1.12: Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính 23

Hình 1.13 :Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu 23

Hình 1.14: Mô tả tổ chức và các ứng dụng mở rộng trên ArcGIS của ESRI 28

Hình 1.15: Sơ đồ công nghệ xây dựng và phát triển CSDL GIS Savannkhet 29

HÌnh 3.1 Dữ liệu nền ở định dạng shapefile trên nền phần mềm Arcgis 9.3 71

Hình 3.2 Dữ liệu địa mạo ở định dạng shapefile trên nền phần mềm Arcgis 9.3 73

Hình 3.3: Giao diện chung của hệ thống cơ sở dữ liệu 74

Hình 3.4 Chức năng quản lý và thiết lập bản đồ 75

Hình 3.5 Thay đổi dữ liệu sau khi thiết lập xong bản đồ hành chính 76

Hình 3.6: Thông tin thuộc tính của bản đồ thảm thực vật trong hệ thống CSDL GIS 78

Hình 3.7: Cập nhập thông tin thuộc tính trong CSDL GIS 81

Hình 3.8: Giao diện cửa sổ truy vấn dữ liệu theo thuộc tính 86

Hình 3.9: Giao diện cửa số truy vấn dữ liệu theo không gian 87

Hình 3.10: Chức năng tìm kiếm thông tin từ bản đồ du lịch 88

Hình 3.11: Hiện thị thông tin minh họa về điểm du lịch tìm kiếm 89

Hình 3.12: Hiện thị thông tin minh họa về điểm du lịch tìm kiếm 90

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Mạng lưới sông tỉnh Savannakhet 47

Bảng 2.2: Dân số và mật độ số theo huyện năm 2009 49

Bảng 2.3: Cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp của tỉnh năm 2009 52

Bảng 2.4: Sản lượng một số cây trồng chính của tỉnh Savanakhet năm 2009 54

Bảng 2.5: Các cơ sở phục vụ du lịch của tỉnh Savannakhet 64

KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

1 GIS Hệ thông tin địa lý

2 CSDL Cơ sở dữ liệu

3 ĐKTN Điều kiện tự nhiên

4 KT-XH Kinh tế - xã hội

5 GDP Tổng sản phẩm quốc nội

6 UBND Ủy ban nhân dân

7 HTSDĐ Hiện trạng sử dụng đất

8 NSD Người sử dụng

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Du lịch ngày nay đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong đời sống kinh tế - xã hội của mỗi quốc gia Ngành “công nghiệp không khói” này đang phát triển mạnh mẽ, mang lại hiệu quả kinh tế cao, được nhiều quốc gia đầu tư phát triển để trở thành ngành kinh tế mũi nhọn

Vào đầu những năm 60 thế kỉ trước, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Canada Từ đó đến nay, công nghệ GIS đã phát triển mạnh mẽ, mang lại rất nhiều tiện ích cho sự phát triển kinh tế-xã hội của tất cả các quốc gia trên thế giới Các thông tin về du lịch cơ bản là những thông tin địa lý bao gồm vị trí đối tượng và đặc điểm của đối tượng đó Mặt khác tài nguyên du lịch luôn luôn thay đổi theo thời gian Do đó việc quản lý, đánh giá cũng như quảng bá hay tìm kiếm thông tin phục vụ cho phát triển du lịch còn hạn chế Chính vì thế các nhà quản lý đã xem GIS như công cụ hữu hiệu để hỗ trợ cho việc ra giải quyết những khó khăn của vấn đề này

Tỉnh Savannakhet có diện tích là 21.774 km2, dân số tính đến năm 2008 khoảng 857.781 người; mật độ dân số trung bình 34 người/km2, trung tâm là thành phố Kaysone Phomvihan Savannakhet nằm ở miền Trung của CHDCND Lào, giáp tỉnh Khammouan về phía bắc, tỉnh Salavan về phía nam, tỉnh Quảng Trị của Việt Nam về phía đông và Thái Lan về phía tây Cầu Hữu Nghị nối tỉnh này với tỉnh Mukdahan của Thái Lan ở phía Tây và với Quảng Trị ở phía đông qua đường 9 thuộc Hành lang kinh tế Đông - Tây vừa được khánh thành… Savannakhet là tỉnh có rất nhiều tiềm năng về tự nhiên, nhân văn cho phát triển du lịch; đồng thời, các lợi thế tạo ra từ việc đưa vào sử dụng và khai thác Hành lang Kinh tế Đông Tây làm cho các tiềm năng đó có khả năng trở thành hiện thực hơn bao giờ hết Hiện nay tại Savannakhet các thông tin về du lịch cũng như hệ thống thông tin về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và kinh tế xã hội vẫn còn chưa hệ thống hóa, phân tán ở nhiều nơi, đặc biệt là các thông tin gắn với bản đồ hay cơ sở dữ liệu phục vụ cho các công tác định hướng, phát triển du lịch còn thiếu đồng bộ, có độ tin cậy chưa cao

Vì vậy, việc tập hợp, xử lý, khai thác và sử dụng những nguồn thông tin này còn nhiều hạn chế và khó khăn Điều này đòi hỏi cần có một phương pháp và phương

tiện lưu trữ, quản lý các loại dữ liệu thông tin trên một cách khoa học, hệ thống

để có thể xử lý và khai thác chúng dễ dàng và có hiệu quả

Bởi vậy đó là lý do học viện thực hiện lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Xây

dựng cơ sở dữ liệu trong GIS phục vụ định hướng phát triển du lịch tỉnh Savannakhet, Lào”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS phục vụ định hướng phát triển du

lịch tỉnh Savannakhet CHDCND Lào cụ thể là dữ liệu về tài nguyên du lịch, tuyến du lịch và một số dữ liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội

- Thiết kế lập trình hệ thống quản lý, hỗ trợ sử dụng và đưa ra các bài toán

về tìm kiếm thông tin phục vụ mục đích du lịch

3 Nội dung nghiên cứu

-Thu thập, chỉnh lý, số liệu, tài liệu bản đồ về điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và kinh tế xã hội của tỉnh Savannakhet

- Điều tra, cập nhật bổ sung, chuẩn hóa và biên tập những dữ liệu thu được

- Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS cụ thể là các dữ liệu về điều kiên tự nhiên, và kinh tế xã hội có liên quan và ảnh hưởng tới hoạt động du lịch để từ đó đưa ra các bài toán hỗ trợ nhằm phục vụ công tác định hướng phát triển du lịch

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu thực địa: Đây là phương pháp truyền thống được sử dụng để đi khảo sát, điều tra nghiên cứu thực tế nhằm thu thập được các

số liệu chính xác về tài liệu, số liệu, dữ liệu liên quan để phục vụ vấn đề nghiên cứu

- Phương pháp thống kê và phân tích hệ thống: Nhằm tập hợp, kế thừa các tài liệu đã có, phân tích đánh giá tổng hợp các điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội để phục vụ phát triển du lịch

- Phương pháp đánh giá tổng hợp trên quan điểm hệ thống: Sử dụng trong việc đề xuất hướng khai thác, sử dụng và phát triển du lịch

- Phương pháp hệ thông tin địa lý (GIS): Đây là phương pháp quan trọng

và được khai thác sử dụng nhiều nhất để ứng dụng các chương trình, phần mềm thích ứng cũng nhưng công nghệ GIS mới để xây dựng cơ sở dữ liệu (lưu trữ, khai thác và cập nhật )

5 Bố cục luận văn

Phần Mở đầu

Chương 1.Cơ sở lý luận chung

1.1 Cơ sở lý luận về du lịch 1.2 Những vấn đề về cơ bản về cơ sở dữ liệu trong GIS 1.3.Quy trình xây dựng CSDL trong GIS

Chương 2: Đặc điểm điều kiện tự nhiên-kinh tế xã hội tỉnh Savannakhet

2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 2.3 Đánh giá các nguồn lực và thực trạng du lịch tỉnh Savannakhet 2.4 Định hướng và phát triển du lịch tỉnh Savannakhet

Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS phục vụ định hướng phát triển du lịch tỉnh Savannakhet

3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu 3.2 Giao diện, các chức năng của hệ thống cơ sở dữ liệu GIS Savannakhet

3.3.Chức năng hỏi đáp, tìm kiếm thông tin phục vụ định hướng, phát triển du lịch

Kết luận và kiến nghị

Phụ lục

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG 1.1 Cơ sở lý luận về du lịch

Ngày nay, du lịch là một hoạt động không thể thiếu được trong hoạt động kinh tế xã hội của mỗi người Du lịch đang phát triển mạnh mẽ và trở thành một ngành kinh tế quan trọng của mỗi quốc gia Tuy nhiên do sự khác nhau về hoàn cảnh và góc độ nghiên cứu nên có rất nhiều định nghĩa khác nhau về du lịch

1.1.1 Định nghĩa về du lịch

Định nghĩa của Liên Hiệp Quốc tế các Tổ chức Lữ hành chính thức: “Du lịch được hiểu là hành động du hành đến một nơi khác với địa điểm cư trú thường xuyên của mình nhằm mục đích không phải để làm ăn, tức không phải để làm một nghề hay một việc kiếm tiền sinh sống…”

Theo I.I.Pirogonic (1985): “Du lịch là một dạng hoạt động của dân cư trong thời gian rỗi liên quan với sự di chuyển và lưu lại tạm thời bên ngoài nơi

cư trú thường xuyên nhằm nghỉ ngơi, chữa bệnh, phát triển thể chất và tinh thần, nâng cao trình độ nhận thức văn hoá hoặc thể thao kèm theo việc tiêu thụ những giá trị về tự nhiên, kinh tế, văn hoá”

Theo Luật Du lịch Việt Nam (44/2005/QH11): “Du lịch là các hoạt động

có liên quan đến chuyến đi của con người ngoài nơi cư trú thường xuyên của mình nhằm đáp ứng nhu cầu tham quan, tìm hiểu, giải trí, nghỉ dưỡng trong một thời gian nhất định”

1.1.2 Tài nguyên du lịch

Theo Khoản 4 (Điều 4 - Chương I - Luật Du lịch Việt Nam): “Tài nguyên du lịch là cảnh quan thiên nhiên, yếu tố tự nhiên, di tích lịch sử - văn hoá, công trình lao động sáng tạo của con người và các giá trị nhân văn khác có thể được sử dụng nhằm đáp ứng nhu cầu du lịch, là yếu tố cơ bản để hình thành các khu du lịch, điểm du lịch, tuyến du lịch, đô thị du lịch.”

Như vậy, tài nguyên du lịch là tiền đề phát triển các hoạt động du lịch Tài nguyên du lịch càng phong phú đa dạng thì các hoạt động du lịch càng phát triển Tài nguyên du lịch gồm tài nguyên du lịch tự nhiên và tài nguyên du lịch nhân văn đang được khai thác và chưa được khai thác

1.1.3 Tài nguyên du lịch tự nhiên

Tài nguyên du lịch tự nhiên gồm các yếu tố địa chất, địa hình, địa mạo, khí hậu, thuỷ văn, hệ sinh thái, cảnh quan thiên nhiên có thể được

- Thủy văn: nước mặt: sông, hồ, suối, thác nư ớc, các vùng ngập nước ngọt, các vùng nước ven biển; các vùng nước ven biển có bãi cát đẹp hoặc ven các hồ, sông có môi trường trong sạch thường được khai thác để phát triển các loại hình thể thao, bơi lội, lặn biển, tắm biển, đua thuyền, lướt ván, các thác nước cũng tạo nơi có phong cảnh đẹp và hấp dẫn du khách; các điểm nước khoáng, suối nước nóng

hệ sinh thái đặc biệt và các điểm tham quan sinh vật

- Tuyến du lịch: Tuyến du lịch là lộ trình liên kết các khu du lịch, điểm du lịch, cơ sở cung cấp dịch vụ du lịch, gắn với các tuyến giao thông đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường hàng không

- Điểm du lịch: Điểm du lịch là nơi có tài nguyên du lịch hấp dẫn, phục vụ nhu cầu tham quan của khách du lịch

Các khu, tuyến, điểm du lịch có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển

du lịch Chúng tạo nên sức thu hút về du lịch, thỏa mãn nhu cầu đa dạng của du khách, tạo ra giá trị mới về kinh tế và góp phần vào sự tăng trưởng kinh tế của địa phương và ngành du lịch, đóng góp vào ngân sách và ngày một tăng, tạo thêm nhiều công ăn việc làm và giúp chuyển dịch cơ cấu kinh tế

Thông qua việc tổ chức du lịch với các dịch vụ khác nhau, nâng cao thể trí cho khách du lịch góp phần tái tạo lại sức lao động xã hội và nâng cao dân trí cho khách du lịch Củng cố và phát triển tình đoàn kết, hữu nghị giữa các dân tộc trong cộng đồng và giữa nhân dân bản với khách du lịch nước ngoài Giáo dục lòng yêu thiên nhiên, môi trường, yêu đất nước, tôn trọng những giá trị về văn hóa lịch sử, kiến trúc, thờ tín

Khu, tuyến, điểm du lịch có những mối quan hệ hữu cơ, phụ thuộc vào nhau hết sức khách quan Sự tác động của con người vào mối quan hệ phụ thuộc vào nhau của khu, tuyến, điểm du lịch nếu theo phương pháp tiếp cận khoa học dựa trên quy hoạch chiến lược phát triển dựa trên cân đối cung cầu du lịch, đầu

tư hợp lý, cân bằng sẽ tất yếu cho một kết quả khả quan, mang lại hiệu quả kinh

tế, xã hội và mức sinh lợi cao

1.1.4 Tài nguyên du lịch nhân văn

Tài nguyên du lịch nhân văn gồm truyền thống văn hóa, các yếu

tố văn hoá, văn nghệ dân gian, di tích lịch sử, cách mạng, khảo cổ, kiến trúc, các công trình lao động sáng tạo của con người và các di sản văn hoá vật thể, phi vật thể khác có thể được sử dụng phục vụ mục đích du lịch

- Tài nguyên du lịch nhân văn vật thể:

Tài nguyên du lịch nhân văn vật thể thực chất là những di sản văn hóa, hấp dẫn du khách có thể bảo tồn, khai thác vào mục đích phát triển du lịch, mang lại hiệu quả về kinh tế - xã hội và môi trường

+ Di sản văn hóa thế giới vật thể

+ Các di tích lịch sử văn hóa, danh thắng cấp quốc gia và địa phương + Các cổ vật và bảo vật quốc gia

+ Các công trình đương đại

- Tài nguyên du lịch nhân văn phi vật thể

Tài nguyên du lịch nhân văn phi vật thể là di sản văn hóa phi vật thể có giá trị hấp dẫn du khách có thể bảo tồn, khai thác vào mục đích phát triển du lịch, mang lại hiệu quả về kinh tế - xã hội và môi trường Tài nguyên du lịch bao gồm: Di sản văn hóa thế giới truyền miệng và phi vật thể, các lễ hội truyền thống, nghềvà làng nghề thủ công cổ truyền, văn hóa nghệ thuật, văn hóa ẩm thực, văn hóa ứng xử, phong tục, tập quán, thơ ca và văn học, văn hóa các tộc người, các phát minh sáng kiến khoa học, các hoạt động văn hóa, thể thao, kinh

cơ sở dữ liệu thông thường (như 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 được cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng Hiện nay, GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề

Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ Trước khi có công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết

để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định

Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS 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 thể 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 dữ 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 trái đất

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

Hình 1.1: Mô hình tổ chức của GIS

*Phần cứng:

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

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), máy quét (scanner), máy định vị toàn cầu (GPS)…

*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 CSDL địa lý Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch 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 nhiều công việc khác

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

+ Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

+ Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

+ Giao diện đồ hoạ người - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

*Dữ liệu:

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu theo không gian và dữ liệu phi không gian liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS (Database Management System) để tổ chức lưu giữ và quản lý 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 phi không gian (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng

1.2.2 Cơ sở dữ liệu trong GIS

Hiện nay, thuật ngữ CSDL được hiểu như hệ thống các thông tin được sắp đặt cho một mục đích sử dụng cụ thể và được thiết kế quản lý và lưu trữ trong máy tính Có rất nhiều loại hình CSDL, chúng được xử lý bằng phần mềm quản

lý CSDL Tuy nhiên trong phạm vi của luận văn chỉ đề cập tới những vấn đề về CSDL GIS

Trong cấu trúc của một hệ thống GIS, cơ sở dữ liệu có vai trò quyết định của hệ thống và chiếm tới 80 phần trăm giá trị về về lý thuyết cũng như về giá trị kinh tế của hệ thống Vì thế CSDL được coi là một phần quan trọng nhất của GIS và được gọi là nhân của hệ thống Một CSDL đặc biệt gồm các dữ liệu về vị trí, hình dạng không gian của các đối tượng địa lý được thể hiện dưới dạng: điểm, đường, vùng trong cấu trúc vector hoặc các ô vuông (pixel) trong cấu trúc raster với các giá trị thuộc tính phi không gian của chúng

Một cơ sở dữ liệu (CSDL) là một kho chứa các khả năng lưu trữ những số

lượng dữ liệu lớn Nó bao gồm một số các chức năng hữu dụng như sau (theo Rolf A de By.ITC):

1 Cho phép nhiều nhiều người cùng sử dụng trong cùng một thời gian,

nghĩa là, nó cho phép sử dụng đồng thời

2 Cho phép tạo ra một số phương pháp kỹ thuật để lưu trữ dữ liệu và cho

phép sử dụng hiệu quả nhất, nghĩa là, nó hỗ trợ tối ưu hóa lưu trữ

3 Cho phép áp đặt các quy tắc đối với dữ liệu được lưu trữ, những quy

tắc là sẽ tự động kiểm tra sau mỗi lần cập nhật dữ liệu, nghĩa là, nó hỗ trợ tính

toàn vẹn dữ liệu

4 Tạo ra sự dễ dàng trong việc sử dụng ngôn ngữ thao tác dữ liệu, điều

này cho phép thực hiện các kiểu kết xuất dữ liệu và cập nhật dữ liệu, nghĩa là, nó

có khả năng truy vấn

5 Cố gắng thực hiện từng truy vấn bằng ngụn ngữ thao tác dữ liệu theo

cách hiệu quả nhất, nghĩa là nó cung cấp tối ưu hóa truy vấn

Các cơ sở dữ liệu có thể lưu trữ gần như bất kỳ loại dữ liệu nào và có thể xây dựng từ nhiều nguồn, trong đó viễn thám là một nguồn tư liệu hết sức quan trọng Song khi đưa vào cơ sở dữ liệu, thông tin viễn thám phải được bổ sung, chỉnh lý và lựa chọn để trở thành các lớp thông tin trong cơ sở dữ liệu GIS

Đặc điểm nổi bật của CSDL GIS là bao gồm các thông tin đã được sắp xếp và gắn với một lãnh thổ nhất định Hệ thống dữ liệu này phải quản lý cả hai dạng thông tin: không gian và phi không gian

Số liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi, …

Số liệu phi không gian là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng Các số liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung

Dữ liệu địa lý (số liệu không gian) bao gồm các thể loại:

 Ảnh hàng không vũ trụ

 Bản đồ trực ảnh (orthophotomap)

 Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không - vũ trụ

 Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất

 Bản đồ địa chính

 Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình

Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng vector hoặc raster hỗn hợp raster - vector Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector được phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin Thông thường người

ta hay phân lớp theo tính chất thông tin: lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp thức phụ, lớp giới hành chính v.v Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn, người ta sẽ phân lớp chuyên biệt hơn như trong lớp thuỷ văn được phân thành các lớp con: các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ,v.v…

Các thông tin ở dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ, không gian quản lý như một đối tượng địa lý Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa lý Các đối tượng này thể hiện ở 3 dạng: điểm, đường và vùng hoặc miền Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, vị trí Vấn đề được đặt ra là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để thoả mãn các yêu cầu sau:

 Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết

 Độ dư và độ thừa nhỏ nhất

 Truy cập thông tin nhanh

 Cập nhật thông tin dễ dàng và không sai sót (xoá bỏ thông tin không cần thiết, bổ sung thông tin mới, chỉnh lý các thông tin đã lạc hậu)

 Thuận lợi cho việc hiển thị thông tin

Dữ liệu thuộc tính (Attribute) (số liệu phi không gian): là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý đã và đang xảy ra Các thông tin này được lưu trữ dữ liệu thông thường Vấn đề đặt ra là là phải tìm mối quan hệ giữa thông tin địa lý và thông tin thuộc tính Từ thông tin ta có thể tìm ra được các thông tin kia trong cơ sở dữ liệu

Một đặc điểm nữa của CSDL GIS là một CSDL được tổ chức theo kiểu quan hệ, trong đó số liệu được lưu trữ, sắp xếp theo các bảng ghi chứa các đối tượng và các giá trị thuộc tính

Mối liên kết các dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng địa lý đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng Đồng thời qua nó, người sử dụng dễ dạng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index

1.2.2.1 Mô hình thông tin không gian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng

mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng,

số lượng của hình dạng và cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian

mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống

Dữ liệu không gian trong GIS được thiết kế trên mô hình dữ liệu raster và vector Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng: điểm, đường và vùng Trong mỗi kiểu cấu trúc dữ liệu, cách tổ chức dữ liệu cho

ba đối tượng không gian trên khác nhau Ba đối tượng không gian dù ở trong mô hình cấu trúc dữ liệu GIS nào đều có một điểm chung là vị trí của chúng được ghi nhận bằng giá trị tọa độ trong một hệ tọa độ nào đó tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho Trái đất Ngoài ra, chúng cũng có một tên trường trùng nhau là mã của chúng Thế giới thực có thể được thể hiện theo hai mô hình raster và vector GIS (hình 1)

Hình 1.2: Thế giới thực trên hai mô hình raster (a) và vector (b) GIS

a Hệ thống Vector

Xét về mặt toán học, vector là một đoạn thẳng có hướng và có độ dài nhất định Điểm là một vector có độ dài bằng không Trong mô hình dữ liệu vector GIS vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chính xác bằng các tọa độ x,

y trong một hệ tọa độ tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho Trái đất

Hình 1.3 : Biểu diễn vị trí của ba đối tượng

không gian trong hệ tọa độ UTM

Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi chúng là các feature Các feature được biểu diễn bằng các đối tượng hình học: point, line, polygon Các biểu diễn này áp dụng cho những đối tượng đơn có hình dạng và đường bao cụ thể

Hình 1.3: Biểu diễn vị trí của ba đối tượng không gian trong hệ tọa độ UTM

Hình 1.4: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector Trong cách biểu diễn này, người ta định nghĩa:

Feature là một đối tượng trên bản đồ có hình dạng và vị trí xác định, có các thuộc tính cùng với hành vi cụ thể

Feature Class là một tập các feature có cùng kiểu tức là tập các point, line, hay polygon Các feature class tương đương với một lớp trên bản đồ

Feature Dataset là tập các feature class hay tập hợp các lớp trên cùng một

hệ toạ độ Feature dataset tương đương với một bản đồ

Các thành phần dữ liệu Trong feature dataset, mỗi point được lưu dưới một toạ độ đơn tương ứng, line được lưu dưới một chuỗi các điểm có toạ độ x, y cho trước, polygon được lưu thành một tập các điểm có toạ độ x, y xác định những đoạn thẳng và đóng kín

*Kiểu đối tượng điểm (Points)

Điểm được xác định bởi cặp giá trị đ Các đối tượng đơn về thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm Các đối tượng kiểu điểm có đặc điểm:

- Là toạ độ đơn (x,y)

- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point)

Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm Vì vậy, các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau

*Kiểu đối tượng đường (Arcs)

Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:

- Là một dãy các cặp toạ độ

- Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node

- Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node

- Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices

- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ

Kiểu đối tượng vùng (Polygons)

Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các đặc điểm sau:

- Polygons được mô tả bằng tập các đường (arcs) và điểm nhãn (label points)

- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng

- Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng

Hình 1.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon)

Hình 1.8: Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ

Ngoài ra, vector GIS có hai mô hình dữ liệu: dữ liệu vector topology và

dữ liệu vector spaghetti

* Ưu nhược điểm của mô hình dữ liệu vector:

Có thể kể ra những ưu điểm của dữ liệu vector như:

- Việc lưu trữ được đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster

- Bản đồ gốc có thể được hiện diện ở sự phân giải gốc của nó

- Đặc tính phương pháp như là các kiểu từng, đường sá, sông suối, đất đai

có thể được khôi phục lại và tiến triển 1 cách đặc biệt

- Điều này dễ hơn để kết hợp trạng thái khác nhau của phương pháp mô tả

dữ liệu với 1 đặc tính phương pháp đơn

- Hệ số hoá các bản đổ không cần được khôi phục lại từ hình thức raster

- Dữ liệu lưu trữ có thể được tiến triển trong bản đồ kiểu dạng đường thẳng mà không 1 raster để sự khôi phục vector

Ngoài ra, mô hình dữ liệu vector cho ta nhiều thao tác hơn trên các đối tượng so với mô hình raster 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 các điểm ảnh của mô hình raster Một số thao tác ở mô hình này cũng thực hiện nhanh hơn như tìm đường đi trong mạng lưới giao thông dựa trên lý thuyết đồ thị Tuy nhiên, ở một số thao tác khác thì mô hình này sẽ chậm hơn so với mô hình raster, chẳng hạn khi thực hiện nạp chồng các lớp của bản đồ, các thao tác vùng đệm Bên cạnh đó, dữ liệu vector tồn tại một số hạn chế như: Vị trí của điểm đỉnh cần được lưu trữ 1 cách rõ ràng; mối quan hệ của những điểm này phải được định dạng trong 1 cấu trúc thuộc về địa hình học; thuật toán cho việc hoàn thành chức năng thì hoàn toàn tương đương trong hệ thống cơ sở dữ liệu raster là quá phức tạp và việc hoàn thành có lẽ là không xác thực; sự thay đổi 1 cách liên tiếp dữ liệu thuộc về không gian không thể được hiện diện như raster

Hình 1.9: Ma trận không gian của một file GIS raster cấu trúc từ các pixel

Vị trí của pixel trong một ma trận không gian được xác định bằng vị trí so với vị trí gốc của ảnh đó Pixel đầu tiên ở cột thứ nhất ( kể từ trái sang phải) và thứ nhất (kể từ trên xuống) Pixel cuối cùng ở dòng cuối và cột cuối của file ảnh Nếu vị trí của mỗi một ô ảnh pixel được tham chiếu với vị trí địa lý thật của nó trong một hệ tọa độ Cartesian trên Trái đất thì nó được định vị Giá trị số của chính pixel đó sẽ diễn tả một hoặc nhiều thuộc tính không gian của đối tượng nghiên cứu Tất cả các thông số tọa độ và thuộc tính của đối tượng được ghi nhận bằng các phần mềm chuyên dụng là các phần mềm Raster GIS hoặc phần mềm xử lý ảnh số (thực chất là modul GIS) Raster GIS là hệ GIS dùng để thu thập, xử lý, phân tích, mô hình hóa các dữ liệu raster Giá trị của pixel chỉ tính chất của đối tượng không gian Ba đối tượng không gian chính là điểm, đường và vùng được thể hiện trong raster GIS sẽ khác hẳn trong vector GIS Độ lớn của pixel theo chiều x, y sẽ là độ phân giải không gian của ma trận Raster (trong viễn thám gọi là độ phân giải của ảnh) Một đường trong thế giới thực (ví dụ đường dây điện, đường ống dẫn nước ) được thể hiện trên mô hình raster như là tổ hợp của một dãy pixel có cùng giá trị liên tiếp nhau Đối với một file dữ liệu raster GIS cần có một file thông báo về tổ chức của fiel dữ liệu này goị là file tiền dữ liệu dưới dạng văn bản File văn bản ghi lại tóm tắt về cấu trúc của file dữ liệu trong đó sẽ chỉ ra số dòng, số cột, hệ tọa độ được dùng, vị trí tọa độ của pixel có

trong ảnh giá trị lớn nhất của pixel trong file ảnh File văn kiện dữ liệu này gọi là

file đi trước hay Header file Nó chỉ ra kiểu cấu trúc của file dữ liệu lưu trữ theo

cấu trúc raster File này có nhiều kiểu lưu trữ khác nhau, có thể ở dạng nhị phân (binary), dạng nén, dạng ASCII (American Standard Code for interchange) Dạng ASCII là dữ liệu GIS được mã hóa dưới dạng văn bản Các file này có thể

đọc được bằng các chương trình soạn thảo văn bản, nhưng để hiển thị một file dữ liệu không gian dạng này cần phải có phần mềm GIS để thực hiện Dạng ASCII

là dạng trung gian để có thể chuyển đổi file từ một hệ GIS này sang một hệ GIS khác hoặc sang một trình không thuộc GIS có thể đọc được Các giá trị thuộc tính có thể được ghi nhận tách biệt trong bảng cơ sở dữ liệu Giá trị của pixel được tham chiếu đến bảng cơ sở dữ liệu này Trên thực tế mỗi pixel có một cặp tọa độ X,Y duy nhất Một đối tượng không gian có kích thước nhỏ hơn một pixel, ví dụ lớn hơn một nửa pixel, sẽ được coi như là một pixel trọn vẹn và có giá trị về diện tích và tọa độ của chính pixel mà nó nằm trong Vì vậy, độ phân giải của pixel đóng vai trò hết sức quan trọng về độ chính xác của dữ liệu raster

GIS Trên Hình 10 minh họa sự khác biệt giữ vector GIS và raster GIS Ở dạng

vector, một đường được tạo nên bởi các vectors có hướng nối các điểm vectex (a), còn trong mô hình cấu trúc raster GIS con đường đó là tập của các pixels

Kích thước của pixel trong raster phụ thuộc nhiều vào độ phân giải dữ liệu Pixel phải có kích thước đủ nhỏ để có thể thu thập được chi tiết dữ liệu, nhưng cũng phải có kích thước đủ lớn để có thể phân tích dữ liệu một cách thuận tiện

Hình 1.10: Sự khác biệt giữa vector và raster trong thể hiện cấu trúc line

*Nguồn dữ liệu raster

Ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay, ảnh quét, ảnh chụp Trong đó ảnh chụp từ vệ tinh là cách lấy dữ liệu tốn kém nhất nhưng lại có ý nghĩa to lớn trong việc nghiên cứu tình hình biến đổi của các sự vật trên trái đất theo thời gian Ảnh chụp từ máy bay giúp ta vẽ bản đồ một cách chi tiết Ngoài ra ta còn raster còn có thể được tạo ra bằng cách chuyển đổi từ nhiều nguồn dữ liệu khác như vector hay TIN

Cấu trúc dữ liệu Raster GIS có hai kiểu chính: cấu trúc dữ liệu raster đơn giản và cấu trúc dữ liệu raster phân cấp Trong cấu trúc dữ liệu raster, point có

Hình 1.12: Sự khác biệt giữa cấu trúc dữ liệu vector (a) và raster (b) trong việc thể hiện các đối tượng không gian dạng đường

thể được biểu diễn bằng một cell Line được biểu diễn bởi một tập các cell có hướng xác định, độ rộng của line bằng chiểu rộng của một cell Polygon được biểu diễn bởi một dãy các cell nằm kề sát nhau

Hình 1.11: Biểu diễn các đối tượng cơ sở trong Raster

1.2.2.2.Mô hình thông tin thuộc tính

Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết

và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định

- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, …liên quan đến các đối tượng địa lý

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng)

Để mô tả một cách đầy đủ các đối tượng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối tượng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả (annotation)

Annotation: Các thông tin mô tả có các đặc điểm:

• Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ

• Có thể chạy dọc theo arc

• Có thể có các kích thước, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau

• Nhiều mức của thông tin mô tả có thể được tạo ra với ứng dụng khác nhau

• Có thể tạo thông tin cơ sở dữ liệu lưu trữ thuộc tính

• Có thể tạo độc lập với các đối tượng địa lý ïcó trong bản đồ

• Không có liên kết với các đối tượng điểm, đường, vùng và dữ liệu thuộc tính của chúng

Bản chất một số thông tin dữ liệu thuộc tính như sau:

- Số liệu tham khảo địa lý: mô tả các sự vật hoặc hiện tượng xảy ra tại một

vị trí xác định Chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản

đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự vật hay hiện tượng

- Chỉ số địa lý: được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết

và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý Ví dụ: chỉ số địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó

- Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Các mối quan hệ không gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay lôgic, ví dụ tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà 103 nếu là số nhà bên lẻ hoặc nếu là bên chẵn thì cả hai đều phải

là các số chẵn kề nhau Các quan hệ không gian có thể được mã hoá như các thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ của các thực thể

- Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và phi không gian: thể hiện phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lưu trữ đồng thời trong các thành phần không gian và phi không gian Các bộ xác định có thể đơn giản là một số duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay số

liệu xác định vị trí lưu trữ chung Bộ xác định được lưu trữ cùng với các bản ghi toạ độ hoặc mô tả số khác của các hình ảnh không gian và cùng với các bản ghi

số liệu thuộc tính liên quan

Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thể hiện theo sơ đồ sau:

Hình 1.12: Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính

(Nguồn: Nguyễn Thế Thận, Trần Công Yên, 2000)

1.3 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS

1.3.1 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS

Hình 1.13 :Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS

Các tham khảo ban đầu

(Xác định vùng nghiên cứu, mục tiêu, nội dung của CSDL GIS)

LIỆU VÀO CSDL GIS

LƯU TRỮ VÀ QUẢN LÝ DỮ LIỆU

DỮ LIỆU

Xác định các thông tin thuộc tính cho từng đối tƣợng Mã hoá các giá trị thuộc tính

BIÊN TẬP, KIỂM TRA HIỆU CHỈNH CSDL

 Báo cáo khoa học

 Tài liệu nghiên cứu

Để xây dựng CSDL GIS cần tuân theo các bước cơ bản sau :

a Giai đoạn khởi đầu :

Trong giai đoạn này cần phải xác định phạm vi khu vực nghiên cứu và phải xác định rõ : CSDL nhằm mục đích gì, cho ai dùng và bao gồm những nội dung gì Từ đó sẽ quyết định những nội dung tiếp theo trong quy trình xây dựng CSDL GIS Tùy từng mục đích khác nhau mà CSDL sẽ có cấu trúc khác nhau,

dữ liệu sẽ được tổ chức khác nhau và có các thuộc tính khác nhau Từ những mục tiêu trên sẽ quyết định lựa chọn các lớp thông tin cần có trong CSDL, lựa chọn lưới chiếu, tỷ lệ bản đồ và lựa chọn phần mềm sử dụng trong CSDL GIS

b Thu thập bản đồ, số liệu cần thiết :

Đây là bước quan trọng Những tài liệu thu thập là các bản đồ nền, bản đồ chuyên đề, các tài liệu ảnh vệ tinh, ảnh máy bay của khu vực nghiên cứu, các bảng biểu thống kê, các báo cáo khoa học, các tài liệu nghiên cứu có liên quan đến mục đích và nội dung của CSDL

Những tài liệu này được chia thành hai nhóm chính Đó là các dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính thể hiện đặc trưng của các đối tượng nghiên cứu Điều này còn liên quan đến sự lựa chọn phương pháp lưu trữ

- Nhập dữ liệu vào GIS : Nhập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính vào CSDL Liên kết dữ liệu không gian với dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý tương ứng để hình thành CSDL thống nhất

- Biên tập, kiểm tra, hiệu chỉnh CSDL

d Lưu trữ và quản lý dữ liệu :

Dữ liệu sau khi đã được kiểm tra, loại bỏ lỗi sẽ được đưa vào lưu trữ và quản lý trong CSDL để sử dụng phân tích tiếp theo

Hiện nay có nhiều công nghệ hỗ trợ cho việc xây dựng CSDLGIS , lưu trữ, xử lý thông tin và biên tập bản đồ, nhưng có hai phần mềm được sử dụng rộng rãi nhất là phần mềm MapInfo, phần mềm ArcViewGIS và ArcGIS của hãng ESRI chạy trên nền phần cứng server hoặc personal, hệ điều hành windows hay linux

* Phần mềm MapInfo

Mapinfo là hệ phần mềm GIS chuyên về quản lý dữ liệu và in ấn bản đồ

Ưu điểm nổi bật của nó là khả năng hỏi đáp cơ sở dữ liệu địa lý mà sử dụng được các tài nguyên của môi trường Windows Cho đến nay theo nhiều chuyên gia đã sử dụng Mapinfo đều đánh giá rằng ít có hệ mềm nào lại dễ sử dụng và in

ấn bản đồ đẹp như Mapinfo Chính vì vậy rất nhiều cơ quan và rất nhiều dự án đã

sử dụng Mapinfo như một giai đoạn cuối trong quan hệ công nghệ GIS của mình Các chức năng của Mapinfo:

- Trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác (Import và Export)

- Mô tả các đối tượng bằng các dữ liệu, không gian và thuộc tính

- Khả năng hỏi đáp và tạo lập Selection để sửa lỗi dữ liệu cũ, tạo cơ sở dữ liệu mới một cách dễ dàng

- Có khả năng hiển thị số liệu theo 3 cách: Map Windows, Browser và Graph Windows

- Mapinfo cung cấp một tập hợp các phím lệnh (button) rất thuận tiện cho việc sửa chữa (Editing) và vẽ (Drawing)

- Tạo lập các bản đồ chuyên đề

- Trình bày và in ấn các bản đồ dạng Vector với đầy đủ hệ thống ký hiệu

- Ngoài ra, Mapinfo Corporation đưa ra ngôn ngữ lập trình MapBasic tạo khả năng xây dựng các ứng dụng (Application) riêng trong Mapinfo

dữ liệu hình ảnh dạng Bitmap, TIFF, IMAGINE

- Hiển thị hình ảnh và dữ liệu bảng

- Tự động tính toán thống kê để tạo cơ sở dữ liệu dạng bảng (tính toán diện tích, độ dài , chu vi …)

- Tạo lập đồ thị từ các số liệu thống kê

- Tạo lập các layout mới (các lớp thông tin tổng hợp)

- Bổ sung cơ sở dữ liệu không gian dưới dạng bản đồ, hoặc biểu bảng: Chỉnh sửa vector, thay đổi màu sắc, ký hiệu…

-Tổ chức in ấn bản đồ với hệ thống toạ độ địa lý

-Giao diện với các phần mềm khác: chuyển dữ liệu thành các format: Bitmap, JPEG và các dạng khác như: WWF, EPS

Hiện nay, do tính chất thuận tiện và gọn nhẹ của Arview mà nó luôn được

sử dụng , nâng cấp để có thêm nhiều chức năng mới, đặc biệt là chức năng xử lý thông tin không gian cho một hoặc nhiều lớp với những môdul mở rộng( Modul EXENTION) Trên cơ sở của Acview mà nhiều phần mềm mới được đưa ra như : ARC GIS 8.0 và 8.1

* Phần mềm ArcGIS của hãng ESRI

Các giải pháp GIS thương phẩm của ESRI cung cấp cho quân đội công nghệ siêu cấp và các thuận lợi về giá thành thấp và mở ra khả năng rộng lớn và

hỗ trợ kết hợp với giao tiếp người dùng Công nghệ GIS của ESRI ngày nay

được dựa trên các tiêu chuẩn kỹ nghệ công nghệ thông tin Thay vì việc tạo ra các công nghệ đặc thù ESRI đang bổ sung các khả năng không gian cho các hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS), mô hình đối tượng thành phần của MicroSoft (COM), Java, XML, HTML và nhiều nữa, mà chính là các khối xây dựng mang tính thương phẩm làm cơ sở cho các hệ thống điều khiển và chỉ huy hiện đại

Hình 1.14: Mô tả tổ chức và các ứng dụng mở rộng trên ArcGIS của ESRI Hiện nay, công nghệ của hãng ESRI (Mỹ) đang được các chuyên gia GIS coi là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: Desktop, Server, các ứng dụng WEB hoặc hệ thống thiết bị di động,…và có khả năng tương thích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau

ArcGIS Desktop là một dòng sản phẩm phần mềm GIS

- Chứa dựng một loạt các ứng dụng Windows bao gồm các lớp sản phẩm sau: ArcView, ArcEditor, ArcInfo

- ArcView: Chứa đựng các công cụ để hiển thị dữ liệu, lập bản đồ, và thực

hiện các phân tích trên đó

- ArcEditor: Chứa đựng tất cả các chức năng của ArcView và kèm theo

chức năng biên tập đối tượng bản đồ và xây dựng dữ liệu

- ArcInfo: Là một sản phẩm hoàn thiện, là một ứng dụng GIS chuyên

nghiệp, nó có đầy đr các chức năng cần thiết cho một hệ thông tin địa lý kể cả các công cụ xử lý thông tin liên quan đến đối tượng địa lý

1.3.2 Công nghệ xây dựng và phát triển CSDL GIS Savannakhet

Hình 1.15: Sơ đồ công nghệ xây dựng và phát triển CSDL GIS Savannkhet CSDL GIS của Savannkhet được xây dựng và phát triển trên nền tảng DotNet Framework của hãng Microsoft Do yếu tố sử dụng miễn phí và dễ cài đặt nên đây là nền tảng phần mềm phổ biến nhất thế giới hiện nay và được các công ty phần mềm định hướng xây dựng các phần mềm theo yêu cầu của khách hàng Phần mềm này cũng cấp các bộ thư viện trong lập trình máy tính, hỗ trợ cho nhiều ngôn ngữ lập trình và thông tin về tài nguyên của nó có thể tìm thấy rất dễ dàng trên Internet

NET Framework là một công nghệ hỗ trợ xây dựng và chạy các thế hệ tiếp theo của các ứng dụng và dịch vụ Web XML…NET Framework được thiết kế

để thực hiện các mục tiêu sau đây:

- Cung cấp một môi trường lập trình hướng đối tượng phù hợp, xem mã đối tượng được lưu trữ và thực hiện cục bộ, thực hiện cục bộ nhưng phân tán trên Internet, hoặc thực hiện từ xa

ArcGIS Engine

Programming Language (C#)

DotNet FrameWork

FTool

- Cung cấp một môi trường thực thi mã nguồn giảm thiểu việc triển khai phần mềm và các xung đột versioning

- Cung cấp một môi trường thực hiện mã nguồn thúc đẩy thực thi mã an toàn, bao gồm mã nguồn được tạo ra bởi một bên thứ ba

- Tạo ra sự nhất quán trong kinh nghiệm phát triển trên các loại khác nhau của các ứng dụng, chẳng hạn như các ứng dụng Windows và các ứng dụng trên Web

- Xây dựng kênh thông tin liên lạc tiêu chuẩn công nghiệp để đảm bảo rằng mã nguồn trên NET Framework có thể tích hợp với các mã nguồn khác

Đi kèm với việc phát triển công cụ này trên nền DotNet, thì việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C# trong bộ Visual Studio 2005 để viết các hàm xử lý và xây dựng giao diện cho người dùng Ngôn ngữ này phù hợp với nền tảng DotNet Phần truy xuất và hiển thị dữ liệu không gian sử dụng các hàm trong bộ phần mềm ArcGIS Engine runtime của hãng ESRI ArcGIS Engine là một thư viện đầy đủ của các thành phần GIS nhúng cho các nhà phát triển để xây dựng các ứng dụng tùy chỉnh Sử dụng ArcGIS Engine, bạn có thể nhúng các chức năng GIS vào các ứng dụng hiện có, bao gồm cả các sản phẩm Microsoft Office, chẳng hạn như Word và Excel, và xây dựng tập trung các ứng dụng tùy chỉnh để cung cấp các hệ thống GIS tiên tiến tới nhiều người dùng ArcGIS Engine bao gồm một bộ phát triển phần mềm và một bộ runtime cung cấp nền tảng cho tất

cả các ứng dụng ArcGIS Kể từ khi ArcGIS Engine được hỗ trợ trên Windows, Solaris, và Linux (Intel), các nhà phát triển có thể tạo ra nền tảng giải pháp tùy chỉnh cho một loạt đối tượng người sử dụng

Năm thành phần của ArcGIS Engine được nêu dưới đây và được minh họa trong biểu đồ ở trên:

Base Services: nhân GIS là ArcObjects cần thiết cho hầu như bất kỳ ứng

dụng GIS nào, như các tính năng hình học và hiển thị

- Data Access: ArcGIS Engine cung cấp quyền truy cập vào một loạt các

định dạng raster và vector bao gồm cả sức mạnh và tính linh hoạt của cơ sở dữ liệu địa lý

- Map Presentation: ArcObjects tạo bản đồ và hiển thị với ký hiệu, nhãn

và khả năng lập bản đồ chuyên đề bao gồm các ứng dụng tùy chỉnh

- Developer Components: giao diện người dùng điều khiển cao cấp, để

phát triển ứng dụng nhanh chóng

- Extensions: Phần mở rộng ArcGIS Engine Runtime triển khai với các

chức năng chuẩn hoặc phần mở rộng với các chức năng nâng cao

Mỗi bộ phận, bao gồm các chức năng mở rộng, được thực hiện thông qua ArcGIS Engine Developer Kit ArcGIS Engine Runtime và phần mở rộng của

nó, mặc dù các yếu tố không thể thiếu trong sự phát triển của một ứng dụng GIS, đặc biệt liên quan đến việc triển khai ứng dụng và do đó nó nên là 1 phần riêng rẽ

Các dữ liệu của Savannkhet được thiết kế xây dựng và lưu trữ trên phần mềm Arcgis Desktop thông qua nhiều workspace hay còn gọi là các mxd riêng biệt Trong ArcGIS có 3 dạng dữ liệu cơ bản chính đó là: Dữ liệu bản đồ (Mapdata), Dữ liệu thuộc tính (Attribute data) và Dữ liệu dạng ảnh (Image data)

Dữ liệu bản đồ: chứa thông tin về vị trí, hình dạng của đối tượng địa lý theo dạng điểm (point), đường (line) và vùng (polygon)

Dữ liệu thuộc tính: là phần thông tin được liên kết với dữ liệu bản đồ để “miêu tả” tính chất, đặc điểm của đối tượng đó

Dữ liệu dạng ảnh: là toàn bộ các dữ liệu từ ảnh vệ tinh, ảnh máy bay hoặc ảnh scan

Một mô hình dữ liệu phát triển đầy đủ sẽ định rõ tất cả các lớp, mối quan hệ giữa các thực thể, các quy luật toàn vẹn và các thao tác trên các thực thể Các lớp

đối tượng và lưới ô vuông của ARC/INFO sử dụng mô hình dữ liệu địa lý quan hệ,

mô hình dữ liệu lai kết hợp dữ liệu không gian (trong lớp đối lưới hoặc lưới ô) và các dữ liêụ thuộc tính (trong bảng) Các mô hình dữ liệu khác được dùng trong ARC/INFO bao gồm lưới tam giác bất chính quy, ảnh và ô lưới Quá trình thiết kế

và biên tập các dữ liệu bản đồ của Savannakhet trong phần mềm Arcgis gồm các bước sau:

a Công tác chuẩn bị:

Trong công tác chuẩn ở đây bao gồm việc thu thập các số liệu như bản đồ địa hình khu vực, các bản đồ chuyên đề khác như sử dụng đất, địa chất, khí hậu,v.v, và các số liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội cũng như các số liệu liên quan khác

Tuỳ thuộc theo mục đích xây dựng CSDL nào ta sẽ tập trung khai thác, tìm tòi các loại dữ liệu sao cho phù hợp nhất phù hợp

Ví dụ khi xây dựng CSDL về văn hoá - xã hội ngoài các yếu tố nền phải thu thập thì phải tập trung mạnh vào các yếu tố sau:

+ Dân cư: Xác định số tỉnh, huyện nằm trong khu vực; vị trí thành phố, thị xã, tỉnh lỵ, huyện lỵ kèm theo tên trên bản đồ, xác định địa giới chính xác và không chính xác trên bản đồ (có ghi chú kèm theo),

+ Các công trình văn hoá di tích lịch sử: Thống kê và mô tả các đình đền chùa quan trọng trong khu vực; Các di tích lịch sử danh lam thắng cảnh; Các cơ sở kinh

tế lớn;

b Công tác làm sạch và chuẩn hóa dữ liệu

Trước khi đưa vào hệ GIS cần phải được làm sạch tất cả các yếu tố như: Đường cắt thừa; Đường chưa cắt tới; Một đoạn đường quá nhiều đỉnh; Trùng lặp nhiều đường trên cùng một vị trí; Không đóng vùng đối tượng (đối tượng vùng như làng, hồ), sông 2 nét; Đường xoáy ốc (1 đường tự cắt nhau); Không bắt đúng

vị trí (quên không Snap),

- Xác định hệ toạ độ đây được coi như là xương sống của CSDL do vậy

các lớp thông tin được tạo lập hay thu thập, cập nhật phải được xác định ở một

hệ toạ độ duy nhất (x,y,z)

Tránh trường hợp cùng một mảnh bản đồ nhưng các lớp thông tin ở hệ toạ độ khác nhau dẫn đến sai sót khi chồng khớp lớp thông tin kết quả là thông tin sai Hệ tọa độ được dùng trong xây dựng CSDL Savannakhet 1/50.000 là UTM84-48N

source: us defense mapping agency, tr-8350.2-b, december 1987

- Chuẩn hoá các lớp thông tin: Việc chuẩn hoá ở đây có thể được liệt kê theo các phương thức như sau:

+ Chuẩn mô hình dữ liệu (Spatial Data Model Standard) là chuẩn về cách thức mô tả và lưu trữ thông tin trong hệ thống

+ Chuẩn về nội dung dữ liệu (Content Data Standard) là chuẩn về nội dung của CSDL bao gồm những lớp đối tượng nào; mô tả về từng lớp đối tượng