Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin địa hình 3d phục vụ công tác quy hoạch đô thị nông thôn

1.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUY HOẠCH ĐÔ THỊ Trong quy hoạch đô thị việc chọn vùng quy hoạch thuận lợi là quan trọng vì nó giải quyết được những vấn đề về: sự phát triển của khu vực đó về

PH¹M NGäC THµNH

NGHI£N CøU X¢Y DùNG C¥ Së D÷ LIÖU TH¤NG TIN

§ÞA H×NH 3D PHôC Vô C¤NG T¸C QUY HO¹CH

§¤ THÞ - N¤NG TH¤N

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PH¹M NGäC THµNH

NGHI£N CøU X¢Y DùNG C¥ Së D÷ LIÖU TH¤NG TIN

§ÞA H×NH 3D PHôC Vô C¤NG T¸C QUY HO¹CH

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Thành

LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của các công nghệ tin học, thông tin ngày càng đa dạng, phong phú đồng thời thông tin cũng được quản lý một cách khoa học và chính xác Trong những thông tin được ứng dụng rộng rãi là thông tin địa lý Một trong những cách mà thông tin địa

lý thể hiện là dưới dạng cơ sở dữ liệu thông tin địa lý (CSDL HTTĐL) - bản

đồ Trên đó, các đối tượng được mô tả về vị trí, hình dạng và các dữ liệu có liên quan khác

Từ xưa đến nay, ngành bản đồ ở nước ta chủ yếu thể hiện dưới dạng bản

đồ giấy, bản đồ số 2D, cơ sở dữ liệu 2D trong khi đó trên thế giới dữ liệu 3D đang được sử dụng và dần thay thế dữ liệu 2D

Việc ứng dụng rộng rãi công nghệ tin học trong thành lập bản đồ đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới Trong điều kiện thuận lợi này, các sản phẩm bản đồ cũng được đa dạng hoá rất nhiều Ngành bản đồ các nước đang hướng đến hai loại bản đồ tiên tiến là bản đồ 3D và bản đồ động Mô Hình 3D với các nhóm nội dung, độ chi tiết khác nhau phục vụ cho các mục đích khác nhau cũng đã trở thành thương phẩm thường gặp tại nhiều nước phát triển Mô hình dữ liệu, phương pháp thành lập, khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào các công nghệ sẵn có trong từng trường hợp

Ở Việt Nam, từ những năm 90, máy tính đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi cho việc thành lập dữ liệu đồ họa nói chung và các loại bản đồ nói riêng Các sản phẩm mô hình và địa chính được thành lập ở các tỷ lệ khác nhau trên diện rộng cho lãnh thổ Việt Nam tạo thành một nguồn dữ liệu bản đồ lớn và

đa dạng Các ngành khoa học tuỳ theo yêu cầu riêng biệt và điều kiện vật chất

kỹ thuật của mình cũng đã có một số sản phẩm đồ họa có các yếu tố địa Hình

3D trong đó như: sơ đồ tuyến, mặt cắt trong các ngành giao thông, thuỷ lợi; DEM được tạo trong quá trình xử lý ảnh máy bay; bản đồ tác chiến trong quân sự; mô hình cảnh quan trong giáo dục hay du lịch

Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu ‘ nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin địa Hình 3D phục vụ công tác quy hoạch đô thị - nông thôn’ là cần thiết

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu các phương pháp thành lập mô hình 3D, mô hình số độ cao

và mô hình đô thị 3D

Nội dung và phạm vi nghiên cứu

• Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi lãnh thổ : sử dụng dữ liệu tại Việt Nam

• Nội dung của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quy hoạch đô thị

- Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết 3D GIS

- Thử nghiệm xây dựng mô hình 3D GIS

- Lập mô hình đánh giá độ chính xác mô hình 3D

Bố cục của đề tài

Luận văn bao gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận, dài 99 trang, có 23 hình vẽ

1 CHƯƠNG 1

CƠ SỞ DỮ LIỆU TIỆN ÍCH PHỤC VỤ QUY HOẠCH ĐÔ THỊ NÓI CHUNG VÀ DỮ LIỆU TIỆN ÍCH PHỤC VỤ QUY

HOẠCH ĐÔ THỊ NÔNG THÔN RIÊNG

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

1.1.1 KHÁI NIỆM QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

Quy hoạch đô thị là bộ môn khoa học, kĩ thuật, xã hội và nhân văn, là nghệ thuật về tôt chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị

Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra, dự báo tính toán sự phát triển đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình

đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực và hướng tới sự phát triển bền vững Công tác quy hoạch xây dựng đô thị nhằm xác định sự phát triển hợp lý của đô thị trong từng giai đoạn và việc định hướng phát triển lâu dài cho đo thị về các mặt :

- Tổ chức sản xuất : Quy hoạch đô thị đảm bảo phân phối hợp lý các khu vực sản xuất trong đô thị

- Tổ chức đời sống : Quy hoạch đô thị có nhiệm vụ tổ chức tốt cuộc sống

và mọi hoạt động hàng ngày của người dân lao đô thị,tạo cơ cấu hợp lý trong việc phân bố dân cư và sử dụng đất đai đô thị, tổ chức việc xây dựng các khu

ở, khu trung tâm và khu dịch vụ công cộng, khu nghỉ ngơi, giải trí, cũng như việc đi lại giao tiếp của người dân đô thị

- Tổ chức không gian kiến trúc, cảnh quan và môi trường đô thị : là nhiệm vụ rất quan trọng của quy hoạch nhằm cụ thể hóa công tác quy hoạch

đô thị, tạo cho đô thị một đặc trưng về hình thái kiến trúc đẹp hài hòa với

thiên nhiên, môi trường và cảnh quan

1.1.2 QUY HOẠCH XÂY DỰNG VÙNG

Quy hoạch xây dựng vùng là sự phân bố các lực lượng sản xuất, hệ thốn dân cư đô thị và nông thôn trên phạm vi nông thôn lãnh thổ của một miền, một tỉnh hay một vùng của đô thị lớn Sơ đồ quy hoạch vùng được lập cho các loại vùng, lãnh thổ có chức năng tổng hợp hoặc chuyên ngàng như :

- Quy hoạch vùng công nghiệp

- Quy hoạch vùng nông nghiệp

- Quy hoạch vùng du lịch nghỉ ngơi

- Quy hoạch vùng phân bố dân cư đô thị và nông thôn

- Quy hoạch vùng ngoại thành các thành phố lớn

Quy hoạch vùng tổng hợp thường được nghiên cứu trên phạm vi của các vùng kinh tế hành chính tỉnh, huyện hoặc các khu vực kinh tế phát triển

Nhiệm vụ của quy hoạch vùng là :

- Đánh giá tổng hợp thực trạng và nguồn lực phát triển của vùng

- Dự báo các khả năng tăng trưởng về các mặt kinh tế, dân số, đất đai, nhu cầu xã hội…, hình thành các phương án cân đối khả năng nhu cầu

- Xây dựng mục tiêu quan điểm phát triển vùng

- Định hướng tổ chức không gian nhằm phân định các vùng chức năng,

cở sở hạ tầng và các biện pháp bảo vệ môi trường

- Chọn các khu vực và đối tượng ưu tiên phát triển

- Kiến nghị cơ chế và các chính sách quản lý phát triển vùng

1.1.3 QUY HOẠCH CHUNG XÂY DỰNG ĐÔ THỊ

 Quy hoạch chung xây dựng đô thị xác định phương hướng cải tạo, phát triển đô thị về tổ chức không gian và cơ cấu sử dụng đất đô thị, về cơ sở hạ

tầng và mối quan hệ hữu cơ về mặt bên trong và bên ngoài đô thị nhằm tạo lập môi trường và khung cảnh sống thích hợp cùng với các hoạt động phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội khác

Nhiệm vụ chủ yếu của quy hoạch chung xây dựng đô thị là :

- Đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên và hiện trang của đô thị, xác định thế mạnh và động lực phát triển đô thị

- Xác định tính chất quy mô, cơ sở kinh tế - kĩ thuật và các chỉ tiêu quy hoạch xây dựng và phát triển đô thị

- Định hướng phát triển không gian kiến trúc, môi trường và cơ sở hạ tầng đô thị

- Quy hoạch xây dựng đợt đầu 5 - 10 và hình thành các cơ sở để lập các

đồ án quy hoạch chi tiết và dự án đầu tư xây dựng

- Xác lập căn cứ pháp lí để quản lý xây dựng đô thị

1.1.4 QUY HOẠCH CHI TIẾT XÂY DỰNG ĐÔ THỊ

Quy hoạch chi tiết cụ thể hóa ý đồ của quy hoạch chung xây dựng đô thị

Đồ án quy hoạch chi tiết chia và quy định cụ thể chế độ sử dụng đất đai cho từng chức năng công cộng hoặc riêng lẻ, xác định chỉ giới xây dựng, phân rõ chức năng cụ thể và tỉ trọng xây dựng cho từng loại đất theo một cơ cấu thống nhất Ngoài ra, nó còn nghiên cứu bố trí các hạng mục công trình xây dựng trong từng lô đất nhằm nêu rõ ý đồ về không gian kiến trúc quy hoạch

Đồ án quy hoạch chi tiết xây dựng thường được nghiên cứu ở tỉ lệ 1/2000 ; 1/1000 và 1/500 tùy theo quy mô và mức độ yêu cầu của nhiệm vụ đặt ra

Nhiệm vụ chủ yếu của quy hoạch chi tiết bao gồm :

- Cụ thể hóa và làm chính xác ý đồ và những quy định của quy hoạch chung

- Đánh giá thực trạng xây dựng, khả năng sử dụng và phát triển quỹ đất hiện có

- Tập hợp cân đối các yêu cầu đầu tư xây dựng

- Nghiên cứu để xuất các định hướng kiến trúc và bảo vệ cảnh quan môi trường đô thị

- Quy hoạch mặt bằng sử dụng đất đai, phân chia các lô đất cho từng đối tượng sử dụng và lập chỉ giới xây dựng, xác định tầng cao khối tích và tỷ trọng xây dựng các loại công trình

- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cải tạo xây dựng hệ thống công trình

hạ tầng kĩ thuật

- Soạn thảo quy chế quản lý xây dựng

Đồ án xây dựng quy hoạch phân lô thực chất là các dự án tiền khả thi nhằm xác định khả năng đầu tư xây dựng để thu hút ngân sách và các nguồn đầu tư xây dựng

1.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

Trong quy hoạch đô thị việc chọn vùng quy hoạch thuận lợi là quan trọng vì nó giải quyết được những vấn đề về: sự phát triển của khu vực đó về sau, có tính thuyết phục các nhà đầu tư Bằng phần mềm GIS sử dụng vào việc quy hoạch rất phù hợp với phần mềm này có ưu điểm quản lý dữ liệu, nhập bổ sung dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, phân tích dữ liệu thuộc tính và không gian và lựa chọn ưu tiên rất tốt

1.2.1 CỞ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUY HOẠCH CHUNG XÂY DỰNG

ĐÔ THỊ

Quy hoạch chung xây dựng đô thị còn được gọi là quy hoạch tổng thể xây dựng đô thị Nó xác định phương hướng cải tạo và xây dựng đô thị về phát triển không gian, cơ sở hạ tầng và môi trường sống thích hợp Cơ sở

phục vụ cho quy hoạch chung xây dựng đô thị cần phải tính đến các yếu tố :

• Xây dựng các tiền đề phát triển của đô thị :

- Tính chất của đô thị : căn cứ vào đắc điểm tình hình và khả năng phát triển của đô thị , mối đô thị có một tính chất riêng phản ánh vị trí, vai trò và tính chất khai thác ở đô thị đó về mặt kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội và môi trường Trên cơ sở đó người ta thường phân thành các loại đô thị có những tính chất riêng, ví dụ : đô thị công nghiệp, đô thị giao thông, đô thị hành chính, đô thị du lịch,…

- Dân số đô thị là động lực chính thúc đẩy sự phát triển kinh tế, văn hóa,

xã hội của đô thị, là cơ sở phân loại đô thị trong quản lí và xác định quy mô đất đai của đô thị, để xác định khối lượng xây dựng nhà ở, công trình công cộng cũng như mạng lưới công trình kĩ thuật khác Từ dân số đô thị người ta định ra các chính sách phát triển và quản lí của từng kế hoạch đầu tư Do đó việc xác định quy mô dân số đô thị là một trong những nhiệm vụ cơ bản nhất khi thiết kế quy hoạch đô thị Việc tính toán quy mô dân số đô thị chủ yếu là phương pháp dự đoán

- Đất đai : Việc chuyển đổi chức nằng sử dụng đất đai từ khu vực nông thôn sang đô thị giá đất đã tăng vọt, ở các trung tâm đô thị lớn Việt Nam có nơi giá đất đá lên tới vài ngàn đô la trên một mét vuông trong những năm gần đây Vì vậy việc đánh giá đúng mức giá trị đất đai cho từng mục tiêu sử dụng

ở đô thị là hết sức quan trọng và cần thiết đối với mỗi đồ án quy hoạch xây dựng phát triển đô thị Sau khi đánh giá đúng giá trị đất đai, việc lựa chọn đất đai xây dựng và phát triển đô thị hợp lí phù hợp với từng chức năng đối tượng

có tác dụng lớn đến sự phát triển các hoạt động của đô thị

- Cở sở kinh tế - kĩ thuật phát triển đô thị : là một trong những tiền đề quan trong nhất nhất đối với mỗi đô thị Nó là động lực phát triển chủ yếu của

đô thị Tùy theo vị trí chức năng của đô thị, quá trình công nghiệp hóa sẽ kéo

theo sự phát triển các ngành khác như giao thông, thương mại, du lịch, dịch

vụ khoa học công nghệ,… Khả năng nâng cao tỉ lệ tăng trưởng kinh tế ở đô thị phuc thuộc vào tỉ lệ đầu tư vào các ngành kinh tế chủ đạo của đô thị, trước tiên là công nghiệp

Việc đầu tư xây dựng các cơ sở sản xuất và kĩ thuật ở đô thị phụ thuộc rất nhiều vào chính sách khai thác và đầu tư ở đô thị đó Một đồ án quy hoạch hợp lý tạo điều cho các cơ sở kinh tế kĩ thuật phát triển, ngược lại các cơ sở kịnh tế kĩ thuật ở đô thị lại là động lực chính thực thi ý đồ quy hoạch xây dựng phát triển đô thị

• Định hướng phát triển không gian đô thị : Chiếm vị trí rất quan trọng trọng quy hoạch xây dựng phát triển đô thị Nó quyết định hướng đi đúng đắn của đô thị trong cả quá trình phát triển

1.2.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ CHI TIẾT QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

Đồ án quy hoạch chi tiết nhằm cụ thể hóa những định hướng của quy hoạch chung đô thị đối với khu đất, xác định các giải pháp cụ thể về sử dụng đất, phân khu chức năng, tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan, quy hoạch

hệ thống hạ tầng kĩ thuật, các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật đối với mỗi loại công trình xây dựng trong khu vực, phương thức đầu tư và khai thác đất, phương thức và quy chuẩn quản lý xây dựng theo quy hoạch Quy hoạch chi tiết là cơ

sở kĩ thuật và pháp lý để xây dựng các dự án đầu tư và các công trình kiến trúc, hạ tầng

Xác định các yếu tố ảnh hưởng quy hoạch khu đất

Để tiến hành quy hoạch cần xác định các yếu tố cấu thành và ảnh hưởng quyết định đến mọi hoạt động kinh tế, kĩ thuật và xã hội sẽ xảy ra trên khu đất Nghiên cứu những yếu tố trên nhằm tạo cơ sở để xác định các phương án, giải pháp kĩ thuật đúng đắn, hiệu quả của đồ án quy hoạch chi tiết

Những yếu tố tổng hợp có ảnh hưởng đến sự hình thành các hoạt động quy hoạch xây dựng trên khu đất được chọn để nghiên cứu bao gồm :

• Yếu tố khách quan : mối quan hệ giữa khu đất và môi trường xung quanh :

- Với tư cách là một bộ phận hữu cơ của không gian đô thị hay của vùng, những ảnh hưởng qua lại, mối quan hệ không gian, chức năng giữa khu đất với môi trường xung quanh là một trong những yếu tố quyết định đến mọi hoạt động trên khu đất dự kiến quy hoạch

• Những điều kiện tiềm năng của khu đất :

- Điều kiện tự nhiên của khu vực như khí hậu, địa hình, địa chất, thủy văn Những đặc trưng của cảnh quan khu vực

- Các điều kiện hiện trạng về sử dụng đất, dân cư, các công trình kiến trúc, hạ tầng kĩ thuật

• Những hoạt động kinh tế, kĩ thuật và xã hội

Sẽ hình thành trên khu đất theo dự kiến quy hoạch : ở, sản xuất, giao thông, hoạt động văn hóa, dịch vụ, giao dục, giải trí, …

1.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ QUẢN LÝ DỮ LIỆU

1.3.1 QUẢN LÝ DỮ LIỆU

Chức năng của phần mềm HTTĐL là hệ thống quản lý dữ liệu (data base management system DBMS) Hệ thống TTĐL phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm HTTĐL là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu Các tài liệu mô tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng Sự liên kết đó

là một ưu thế nổi bật của việc vận hành HTTĐL:

Thứ nhất: các tài liệu liệu thuộc tính nhất thiết phải được thể hiện trên

những chi tiết của bản đồ Ví dụ số liệu về dân số của một thành phố cũng được gọi ra một cách tự động mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác Đối với bản đồ học thì công việc tra cứu thường phải làm độc lập, không thực hiện tự động được Ngoài ra việc bổ sung số liệu cũng đòi hỏi phải được cập nhật thường xuyên nên chỉ HTTĐL mới có thể đáp ứng được đầy đủ

Thứ hai: sự thay đổi về những chi tiết bản đồ nhất thiết phải phù hợp với

sự thay đổi về tự nhiên thuộc tính Ví dụ, sự thay đổi về diện tích đô thị về số liệu phải tương xứng với sự thay đổi về đường ranh giới thành phố Khi thay đổi ranh giới thì số liệu tính toán về diện tích cũng tự động được thay đổi Các chức năng của phần mềm HTTĐL

1.3.2 NHẬP VÀ BỔ SUNG DỮ LIỆU

Một trong những chức năng quan trọng của HTTĐL là nhập và bổ sung

dữ liệu mà công việc đó không tiến hành riêng rẽ Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu không có chức năng đó thì không được xem là một HTTĐL vì chức năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có

Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dưới dạng số hoặc dạng analog Dạng tư liệu không gian như bản đồ giây hoặc ảnh

vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng

1.3.3 CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU

Chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung

dữ liệu Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn

phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện đang có ở dạng số Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau Vì vậy, đối với tư liệu, không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tích chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khác nhau Như vậyvới phần mềm HTTĐL đã có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau

1.3.4 LƯU GIỮ TƯ LIỆU

Một chức năng quan trọng của HTTĐL là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng

về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin, thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả

1.3.5 ĐIỀU KHIỂN GIỮ LIỆU

Do nhiều HTTĐL hoạt động đòi hỏi tư liệu không gian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó HTTĐL phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các

dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính toán và được can thiệp, biến đổi

1.3.6 TRÌNH BÀY VÀ HIỂN THỊ

Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một HTTĐL Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần mềm khác nhau Các

dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in Như vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết của một HTTĐL

1.3.7 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN

Phân tích không gian HTTĐL Bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên tập

dữ liệu mới từ cơ sở dữ liệu ban đầu Mục tiêu của việc phân tích không gian

là từ việc giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện tượng, các vấn đề trong không gian, đi đến tập hợp thành các thuộc tính của một hay nhiều lớp và phân tích được sự liên quan giữa các dữ liệu ban đầu

Trong ứng dụng của HTTĐL, các đặc điểm và thuộc tính về không gian

là rất phổ biến Câu hỏi về thuộc tính (attribute query) có chứa đựng cả tích chất thông tin về không gian Ví dụ: Trong cơ sở dữ liệu của một hành phố, ở

đó mỗi mảng bản đồ đều có Code thuộc tính về sử dụng đất, một bảng thuộc tính đơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng đất có trong bản đồ Bảng thuộc tính đó có thể tạo được mà không hề có

sự tham khảo về các mảng trên bản đồ Vì không có thông tin không gian đòi hỏi trả lời cho câu hỏi này nên bảng đó được xem như là bảng thuộc tính (attribute query) Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có các Code của sử

dụng đất đã được xác định Các thông tin khác có thể được tạo nên ví dụ: như

số mảng đơn vị (parcel) của loại hình sử dụng đất này, hoặc tổng diện tích của loại hình sử dụng đất này ở trong thành phố Tất nhiên những bài toán xử lý thông tin cho một lớp là cần thiết, song trong ứng dụng, việc xử lý thông tin của nhiều lớp cũng là công việc rất quan trọng và đòi hỏi nhiều công sức trong lập trình Ví dụ giải bài toán về 2 lớp không gian về tính toán diện tích của các loại hình sử dụng đất theo các cấp độ dốc khác nhau Những bài toán

đó đặt ra đối với nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà những phần mềm chuyên tự động hóa bản đồ hay quản lý dữ liệu không đáp ứng được Tất nhiên do mục đích của HTTĐL là tập trung vào xử lý không gian, nên một số chức năng của việc tự động hóa bản đồ hoặc tính toán thống kê chuyên đề thì

Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép tạo ra nhiều đơn vị bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hoá thông tin của từng phần trong một đơn vị bản đồ Ví dụ hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp sẽ cho bản đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau

Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không gian cần phải tính toán được mối quan hệ giữa chúng

Phân tích các mẫu điểm: một số đối tượng tự nhiên hoặc hiện tượng tự

nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất định Ví dụ: phân bố của các đồng cỏ, hệ thống các điểm bố sụt cactor, phân bố của các loài động vật, thực vật quý hiếm Trong xử lý không gian, sự phân bố về những điểm đó cần được nhận diện và phân loại

Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: ví dụ tạo tuyến xe bus gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố, mở một hệ thống đường nối giữa các khu dân cư, thiết kế một tuyến đường ống dẫn dầu Tất nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau, ví dụ: địa hình, sử dụng đất…

Phân tích, xử lý theo ô lưới (grid analysis) Bài toán xử lý ô lưới rất phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành: ví dụ tính toán lan truyền ô nhiễm, lập các đường đẳng trị, dự báo cháy rừng…

Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện Đây là chức năng phức tạp và đa dạng nhất của xử lý không gian Nhiều bài toán được áp dụng

để biến đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới: ví

dụ tính độ dốc, hướng dốc, tính mật độ, bài toán boolean, bài toán logic, các phép phân chia, tính căn bản đồ, những lớp thông tin mới

Vùng bên trong là phần không bao gồm đường biên Polygon là diện tích

có vùng bên trong, một đường viền bên ngoài, không có điểm giao cắt ở bên trong và không có khoanh vi nào khác ở phía trong Polygon phức tạp: là polygon có một hoặc nhiều khoanh vi khác ở bên trong

1.3.9 MỐI LIÊN KẾT GIỮ LIỆU

Cùng với dữ liệu không gian, các dữ liệu thuộc tính của cùng yếu tố cũng được lưu trữ và đều được liên kết với dữ liệu không gian của chính đối tượng đó Mối liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian có thể được

thực hiện bằng cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu không gian Cách thứ hai để thực hiện mối liên kết này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính theo cùng một trình tự, sau đó gán mã duy nhất cho

cả hai loại dữ liệu

Mối liên kết dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ 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 đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index

Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là môi trường quản lý và xử lý các thông tin không gian và thông tin thuộc tính hệ thống định vị vệ tinh và hệ thống đo vẽ ảnh số trong hệ thống cơ sở dữ liệu đồng nhất, đồng thời nó cũng

là nguồn dữ liệu hỗ trợ cho các giải pháp xử lý kỹ thuật khi thực hiện gia công trên các hệ thống trên

Hình 1.1 Cơ sở dữ liệu HTTTĐL

§ång møc Hµnh chÝnh

§−êng

Thñy v¨n Khu

Sö dông

Thông tin không gian

NN 150

LN 00

Thông tin thuộc tính

1.3.10 SỰ KHÁC BIỆT GIỮA PHẦN MỀM GIS VÀ AUTOCAD

Tèt Tèt

1.4 DỮ LIỆU TIỆN ÍCH PHỤC VỤ QUY HOẠCH NÔNG THÔN RIÊNG

1.4.1 CỞ SỞ TIỆN ÍCH TRONG QUY HOẠCH NÔNG THÔN

Trong thực tế hiện nay nền kinh tế đang từng bước phát triển, để sự phát triển được đồng đều phần lớn là phụ thuộc vào việc đầu tư các khu công nghiệp và đặc biệt là đầu tư xây dựng các khu đô thị ở các vùng nông thôn được hợp lý để tạo điều kiện thuận lợi cho các khu bên cạnh được ảnh hưởng của sự phát triển đó

Tính khái lược được dự toán đầu tư của từng khu đô thị để tạo điều kiện thuận lợi cho các chủ đầu tư có hướng đầu tư phù hợp với khả năng

Với tiện ích nổi bật của phần mềm GIS về phân tích tổng hợp dữ liệu thuộc tính và không gian thông qua nhiều vấn đề với các chỉ tiêu của từng yếu

tố đó về: môi trường, hạ tầng, văn hóa xã hội, và đưa ra sự lựa chọn một hoặc một vài khu vực để xây dựng đô thị một cách hợp lý

Việc chọn lựa vùng quy hoạch được dựa trên nhiều lớp dữ liệu khác nhau trong một cơ sở dữ liệu

1.4.2 VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH TRONG QUY HOẠCH

- Phân tích chồng xếp: là xử lý mối quan hệ lôgic và tổ hợp thông tin không gian của nhiều lớp thành một lớp riêng biệt

- Phân tích quan hệ gần gũi có mục đích là đo đạc về khoảng cách giữa các đặc điểm đối tượng ở các lớp khác nhau

- Phân tích quan không gian để làm rõ môi quan hệ giữa cá đối tượng khác nhau

Nguyên tắc của chồng xếp thông tin là xử lý điều kiện logic, trong đó thuật toán Boolean là hay sử dụng Điều kiện logic được sử dụng với yếu tố

dữ liệu (operand) và quan hệ giữa các yếu tố dữ liệu (operation) Các quan hệ thường gặp bao gồm: AND, OR, XOR (chỉ có) và NOT

A and B: kết quả phải thể hiện cả tính chất của A và B

A or B: kết quả có tính chất của A hoặc B

A not B: Kết quả có A mà không có B

A xor B: kết quả không có A nhưng có thể có B và ngược lại

Có 3 chức năng thông dụng của việc chồng xếp nhiều lớp là: tổng hợp( union), giao cắt ( intersection) hoặc tách biệt (identity)

5

1 2 3

Hình 1.3 Kết quả trong phép tính đồng nhất (Identity)

Ví dụ: xác định phân bố thực vật ở vùng phân bố động vật hoang dã tại khu vực A (phân tích từ ảnh)

Sau khi phân tích ảnh, lập được 3 lớp bản đồ phân bố các loại thực vật chính, ta lập bản đồ bằng phép identity để xác định mối liên hệ giữa phân bố động vật và các loại thực vật chính trong khu vực Kết quả sẽ có toàn bộ các loài thực vật chính cả cả 3 lớp có ở trong vùng phân bố

Phân tích tính tần số hay mật độ (Frequency/density): Phân tích không gian thường yêu cầu tính toán tần số (đếm) hay mật độ của đối tượng có ở một lớp song lại được tính (hay đếm) ở một vùng nhất định thuộc lớp khác (lớp cơ sở), dữ liệu của lớp ban đầu có thể ở dạng điểm, đường hoặc polygon

Ví dụ: tính số cây xuấ hiện ở trong một vùng khoanh định Để giải quyết vấn

đề, phải có 2 lớp: lớp 1 - phân bố cây trong toàn vùng; lớp 2 - ranh giới khu vực cần nghiên cứu

Khi chồng xếp (overlay) 2 lớp sẽ tính được số cây trong vùng cần nghiên cứu theo đơn vị diện tích Trong trưòng hợp tính cho đường, thường tính theo

độ dài của đường mà không tính số lượng đường Phép tính này hay sử dụng

để nghiên cứu địa chất Sau khi xử lý xong, có thể tiếp tục thực hiện bản đồ phân bố mật độ hoặc sơ đồ hoa hồng để phục vụ nghiên cứu đứt gãy - kiến tạo Ngoài ra có thể áp dụng cho việc nghiên cứu mật độ đường giao thông,

nghiên cứu phân bố dân tộc hặc phân bố các loài động thực vật

Tương tự như vậy, có thể tính toán mật độ cho polygon Phép tính này có thể áp dụng cho nhiều nội dung nghiên cứu khác nhau: chẳng hạn để nghiên cứu sự tập trung (đồng nhất) hay phân tán của một số loài thực vật trong một khu vực nhất định

Quan hệ gần gũi có thể được phân tích nước cách, tuỳ thuộc vào đặc điểm đối tượng Sự gần gũi giữa các polygon có thể được tính bằng phương pháp khoảng cách tách biệt chung (interseparation distance), cụ thể hơn đó là khoảng cách tách biệt giữa chu vi các polygon, hay khoảng cách giữa cá vị trí trung tâm (centrer locations) Việc nghiên cứu khoảng cách giữa các điểm trung tâm được thực hiện theo nguyên tắc đo khoảng cách giữa các điểm Việc đo quan hệ gần gũi giữa các đường được thực hiện trong việc phân tích mạng lưới Trong phần này, nội dung xử lý được áp dụng chỉ cho các đối tượng điểm mà thôi

Quan hệ gần (NEAR): Chức năng NEAR trong xử lý HTTĐL có khả năng phát hiện các điểm hoặc đường trong một lớp với một điểm ở trong lớp khác và tính toán khoảng cách tới điểm đó

x

x x

Mối quan hệ NEAR có thể dùng để xác định vị trí gần nhất tới một đối tượng đường hoặc điểm, đây là những tính toán trong việc thiết kế các điểm cấp nước, các chòi canh chống lửa cháy trong rừng

Tính khoảng cách các điểm (Point Distance): Thuật toán này dùng để tính khoảng cách giữa các điểm ở lớp này tới điểm khác ở lớp khác Cũng có thể áp dụng tính toán này cho một lớp

- Đo khoảng cách giữa các điểm với nhau one - to - one (các điểm có thể

ở cùng hoặc khác lớp) lớp cơ sở (base) và lớp tiêu (target)

- Đo khoảng cách từ một điểm tới nhiều điểm one - to - many (điểm chính nằm ở lớp khác với các điểm xung quanh)

- Đo khoảng cách nhiều điểm tương ứng với nhau many - to - many (hai nhóm điểm nằm ở hai lớp)

- Đo khoảng cách giưa bất kỳ điểm nào trên lớp cơ sở với toàn bộ các điểm trên lưới tiêu ( many - to - all)

Tương tụ như vậy, phép đo khoảng cách cũng có thể được thực hiện để

đo giữa điểm ở lớp cơ sở và yếu tố đường ở lớp tiêu, với các phương thức (one - to - one), (one - to - many), (many - to - many), (many - to - all)

Mục tiêu của việc phân tíhc là xác định mối quan hệ giữa các dạng khác nhau của các đối tượng không gian Cụ thể là phân tích và xác định về quan

hệ phân bố giữa các đối tượng ở lớp này với các đối tượng phân bố ở lớp khác của dữ liệu không gian

Ví dụ: phân tích để xác định mối quan hệ giữa đất và thực vật Sau khi tổng hợp và xử lý thông tin sẽ xác định được mối quan hệ của từng nhóm hoặc loại cậy với đất và ngược lại Nếu quan hệ đó là chất thì thực vật có thể của từng nhóm hoặc loài cậy với đất và ngược lại Nếu quan hệ đó là chất thì thực vật có thể được dùng làm chỉ thị cho đất nằm ở phía dưới và ngược lại đất có thể dùng làm chỉ thị cho việc đánh giá tiềm năng về diện tích một số loài thực vật nhất định

Vì vậy hiểu được mối quan hệ giữa các đối tượng là rất quan trọng trong điều hành không gian Việc phân tích có thể được thực hiện bằng nhiều cách, tuỳ thuộc vào tỷ lệ đo đạc của các thông số cần nghiên cứu ở tỷ lệ thông thường, có thể định mối quan hệ bằng cách sử dụng bảng ngẫu nhiên (contigency table) và bình phương của hệ số khoảng tra độ thích hợp nhất Nếu sự khác biệt là theo khoảng hoặc tỉ lệ thì hệ số tương quan và mô hình hồi quy (regression model) sẽ cung cấp phương pháp thích hợp hơn cho việc nghiên cứu mối quan hệ

Phương pháp bình phương của hệ số kiểm tra là thích hợp nhất Việc phân tích tần số sẽ được áp dụng để xác định các mẫu không gian trong việc phân bố của các hiện tượng Việc đó cũng được sử dụng để kiểm tra các giả thiết về mối liên quan giữa các hiện tượng Trong phân tích quan hệ, phải xác

định được xu hướng mà tần số sẽ tăng lên tại một vùng nào đó chẳng hạn Trong việc nước, tội phạm và ma tuý sẽ tìm được vị trí phát sinh khi xác định được mối quan hệ giữa những hành vi phạm tội và sự phân bố của một nhóm người nào đó khi phân tích đặc điểm dân cư của một khu vực Các nhà sinh vậy học sẽ tìm được mối quan hệ của một số loài sinh vật quý hiểm với một số quần xã thực vật Khi nghiên cứu phân tích mối quan hệ giữa động vật

và thực vật Trong HTTĐL, đó là công việc phân tích quan hệ thông tin giữa các lớp tư liệu

Hệ số liên quan( hay hệ số quan hệ ): ở tỷ lệ đo đạc thông thường, phương pháp tính hệ số liên quan cho phép xác định được mối liên hệ giữa hai lớp thông tin khác biệt Khi nghiên cứu ở tỷ lệ khoảng (interval) hay tỉ số khác biệt (ratio) thì thường áp dụng hệ số tương quan giật lùi Đây cũng là phương pháp phổ bién trong xử lý các mô hinh không gian Về bản chất việc tính hệ số tương quan chỉ cho biết xu thế liên quan về giá trị của các thông tin Trong việc tính tương quan giật lùi thì tính toán một cách cụ thể đương phương thức của sự liên quan Ví dụ: nói rằng x và y có quan hệ tỉ lệ thuận chặt chẽ, song trong tính tương quan giật lùi còn cho biệt được phương thức liên quan, chẳng hạn y = 2x, nghĩa là y tăng theo tỷ lệ 2x

Trong ví dụ sau sẽ minh hoạ rõ phương thức thính mối liên hệ giữa các

vị trí so với trạm giao thông và giá vé Với các khoảng cách khác nhau thì giá tiền để tính từ bến tàu cũng khác nhau (xem sơ đồ):

Gi¸ t iÒn (000)

Hình 1.6 Tinh toán khoảng cách giữa các vị trí khác nhau

Ở đây: n là số lượng các đơn vị bản đồ (trong bảng n = 8)

Sx và Sy là độ lệch chuẩn của x và y

x là giá tiền và y là khoảng cách

r sẽ có giá trị thay đổi từ -1 đến

Nếu giá trị đó dương thì quan hệ đó là tỉ lệ thuận và ngược lại, r âm thì quan hệ là tỉ lệ nghịch

Nếu r =1 thì quan hệ rất chặt Nếu r = 0 thì không có quan hệ

Tóm lại, một yêu cầu cơ bản của HTTĐL là phải có khả năng xử lý tư liệu và tổ chức thành những lớp riêng biệt, có quan hệ logic Sự phân bố của

cá hiện tượng địa lý là phức tạp và bao gồm nhiều yếu tố có quan hệ theo nhiều phương thức khác nhau Một trong những chức năng của HTTĐL là phân tích được phương thức phân bố của các yếu tố thông qua các số liệu Xử

lý nhiều lớp thông tin cho phép tách biệt hoặc kết hợp để xử lý một cách hiệu quả các số liệu thống kê ban đầu

Trong xử lý nhiều lớp thông tin có một số phương thức cơ bản là chồng xếp, xác định sự gần gũi và xác định quan hệ đó Thuật toán Boolean được áp dụng tương đối phổ biến trong các phép xử lý đó

- Phép chồng xếp là thiết lập sự liên kết không gian giữa các lớp tư liệu riêng biệt, từ đó liên kết được các yếu tố khác nhau

- Phân tích sự gần gũi là phân tích và thiết lập cá khoảng cách lân cận, tạo nên những lớp thông tin mới

- Phân tích quan hệ là xác định mối liên quan giữa các hiện tượng và sự phân bố không gian của các đặc điểm khác nhau giữa một hay nhiều lớp tư liệu

2.1.1 Ngoài nước :

Mô Hình 3 chiều (3 dimensional model) đã được nghiên cứu và ứng dụng cho công tác quy hoạch ở nhiều nước trên thế giới như Úc, Đức, Anh, Thụy sĩ v.v (Zlatanova, 2000) Ý tưởng về ứng dụng công nghệ mô phỏng 3 chiều (3D) cho công tác quy hoạch đã được Saarinen (1943) đưa ra từ nửa đầu thế kỷ trước Tuy nhiên, chỉ đến khi công nghệ tin học phát triển thì việc hiện thực hóa ý tưởng trên mới có thể thực hiện được (Zhang và Zhu, 2004) Các

mô Hình 3 chiều hiện nay chủ yếu được xây dựng và hiển thị trên máy tính bằng các phần mềm đồ họa và hệ thống thông tin địa lý như AutoCAD, MicroStation, 3D studio max, ArcGIS, v.v Mô Hình 3 chiều với khả năng mô phỏng hiện thực cung cấp cho các nhà quy hoạch hình ảnh trực quan về không gian khu vực quy hoạch, tác động của các yếu tố tự nhiên và con người đến không gian quy hoạch cũng như mô phỏng được tác động của ý tưởng quy hoạch đến không gian sống của con người và tự nhiên

Hiện nay trên thế giới, các nghiên cứu về xây dựng mô Hình 3D ứng dụng cho quy hoạch được phát triển theo hai hướng chính (Abdul-Rahman và Pilouk, 2008) Thứ nhất, mô Hình 3D được xây dựng là sản phẩm kết hợp của nhiều loại dữ liệu khác nhau như dữ liệu mô hình số độ cao (Digital Elevation Model – DEM), dữ liệu ảnh vệ tinh, dữ liệu thông tin địa hình, ảnh chụp mặt đất để tạo ra mô hình có tính trực quan cao, giúp cho người quy hoạch có

được cảm nhận tốt về không gian và tính liên kết giữa các đối tượng địa lý trong khu vực (Klosterman, 2001) Các nghiên cứu theo hướng này được áp dụng để xây dựng các mô hình đô thị 3D trực quan (3D city models) cung cấp các thông tin trực quan hỗ trợ cho quá trình ra các quyết định quy hoạch Các

mô hình đô thị 3D xây dựng theo phương pháp này có tính mô phỏng không gian thực cao, tuy nhiên khả năng phân tích thông tin lại tương đối hạn chế Hướng phát triển thứ hai xuất phát từ việc ứng dụng công nghệ thông tin địa

lý cho công tác quy hoạch Trước đây, hệ thống thông tin địa lý được sử dụng cho công tác quy hoạch chủ yếu là hệ thống thông tin địa lý 2D cho phép phân tích và hiển thị không gian bằng bản đồ mặt bằng Xuất phát từ nhu cầu thực tế đối với các hệ thống GIS hiển thị và phân tích dữ liệu trên không gian

3 chiều, nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu xây dựng mô Hình 3D dựa trên nền tảng của công nghệ hệ thống thông tin địa lý cho phép thực hiện các công tác phân tích thông tin không gian, cung cấp các thông tin cần thiết

hỗ trợ cho phép đưa ra các quyết định quy hoạch hợp lý (Wang, 2006) Theo hướng phát triển này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào xây dựng các hệ thống thông tin địa lý 3D (3D GIS) kết hợp với mô hình hóa không gian quy hoạch

2.1.2 Trong nước :

Ở trong nước công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi trong công tác kiến trúc và quy hoạch nói chung tại Việt nam Việc mô phỏng không gian quy hoạch 3 chiều chủ yếu được thực hiện dựa trên một số phần mềm hỗ trợ thiết kế như MircoStation, AutoCAD và phần mềm hỗ trợ diễn họa và thể hiện như Photoshop, Illustrator, 3D StudioMax Các phần mềm này chủ yếu mang chức năng đồ họa chứ không có khả năng phân tích thông tin không gian như các hệ thống thông tin địa lý (Lưu Đức Minh, 2010) Trên cơ sở nền

đồ họa của các phần mềm trên, một số công ty như Hài Hòa đã xây dựng các phần mềm có một số tính năng của hệ thống thông tin địa lý như tính toán khối lượng san nền, mô hình ngập lụt, v.v Tuy nhiên, các phần mềm này chưa phải là một hệ thống thông tin địa lý với các tính năng đầy đủ

Công nghệ GIS đã bước đầu được ứng dụng trong công tác quy hoạch từ những năm 1996 (Phạm Trọng Mạnh, 1996) và từ đó đã có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học về các khía cạnh khác nhau của GIS cũng như ứng dụng thí điểm tại một loạt tỉnh và thành phố như Cần thơ, Hà nội, Đà lạt, Hạ long (Vũ Chí Đồng và nnk, 2002, 2008) Tuy nhiên, việc triển khai ứng dụng GIS

ở Việt nam còn mang tính nhỏ lẻ, dữ liệu GIS chủ yếu được ứng dụng dưới dạng 2D (Dương Quốc Nghị, 2006) Khái niệm 3D GIS và ứng dụng 3D GIS cho công tác quy hoạch, quản lý và nghiên cứu về đô thị mới được một số nhà khoa học nước ngoài đưa vào giới thiệu tại Việt nam tại một số hội nghị, hội thảo (Hellmeier, 2008) Hiện đã có một số nhà khoa học trong nước tiến hành nghiên cứu thành lập mô hình cảnh quan đô thị ảo 3D Tuy nhiên, có thể thấy rằng các nghiên cứu về mô hình đô thị 3D trên cơ sở hệ thống thông tin địa lý (3D GIS) chưa được thực hiện nhiều ở Việt nam (Nguyễn Thế Thận, 2008, Lưu Đức Hải, 2008)

2.2 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CƠ SỞ GIỮ LIỆU GIS

2.2.1 KHÁI NIỆM VỀ HTTĐL

Hệ thông tin địa lý -HTTĐL (Geographic Information System- gọi tắt là GIS -tiếng Anh và tiếng Pháp là : Système d'Information Géographique -SIG)

HTTĐL là một nhánh của công nghệ thông tin, được hình thành vào những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh mẽ trong những năm

gần đây HTTĐL được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gần với các thông tin thuộc tính phục vụ nghiên cứu, quy hoạch

và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ

Ngày nay, HTTĐL đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới HTTĐL có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân v.v đánh giá được hiện trạng của các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào

Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa HTTĐL như sau:

a Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con (Subsytem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích (Theo định nghĩa của Calkin và Tomlisnon, 1977)

b Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian (Theo định nghĩa của National Center for Information and Analyis, 1988)

c Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất (Theo định nghĩa của ESRI)

Cho đến nay đã thống nhất quan niệm chung là: HTTĐL là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi

để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ cho mục đích nghiên cứu nhất định

Theo tôi, nếu xét dưới góc độ hệ thống thì HTTĐL có thể hiểu như một

hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và các cơ sở

tri thức chuyên gia, nơi tập hợp các định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin Chính tập hợp các tri thức chuyên gia này sẽ quyết định xem HTTĐL sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện như thế nào Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem HTTĐL định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp gì và lúc

đó mới có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như các cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển HTTĐL

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, HTTDL có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ ( bản đồ ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý

Do các ứng dụng HTTĐL trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng

và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây HTTĐL thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy

mô và đa tỷ lệ Tuỳ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn là ở các tỷ lệ khác nhau

Những thành phần chính của GIS là hệ thống máy tính (Computer System), cơ sở dữ liệu không gian địa lý và con người Các thành phần của GIS được minh học theo hình sau:

a.Hệ thống thiết bị phần cứng

Về cơ bản hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU), các thiết bị đầu vào như bàn số hoá, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ

Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU) được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấp không gian để lưu trữ số liệu và các chương trình Máy số hoá (Digitizer) hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hoá các số liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểu hiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật liệu in Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệ thống mạng với các đường dẫn

dữ liệu đặc biệt Người sử dụng máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (như

H×nh 2.1

máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị khác nói với máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (Video Display Unit - VDU) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng

d Đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật

Như chúng ta đã biết, đối với một tổ chức không chỉ đơn giản mua hệ thống phần cứng và một phần mềm nào đó là đủ, nó đồi hỏi phải có đội ngũ các chuyên gia và cán bộ kỹ thuật là những người trực tiếp thiết kế, xây dựng

và vận hành hệ thống thông tin địa lý

Sự khác nhau giữa hệ thống thông tin địa lý với các hệ thống thông tin khác ở hai điểm sau:

- Cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính ( các dự liệu chữ - số, dữ liệu multimedial ) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này

- Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi phải

có những đặc thù riêng về độ chính xác

Như trên ta đã giới thiệu, dữ liệu trong HTTTĐL bao gồm dữ liệu địa lý

và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu địa lý được thu thập từ các thể loại sau:

- Các số liệu đo đạc thực địa

Các loại ảnh, bản đồ nói trên ở dạng số và lưu dạng vector hoặc raster hoặc hỗn hợp raster - vector Các dữ liệu địa lý dạng vector được phân lớp thông tin theo yêu cầu của việc tổ chức các thông tin Thông thường người ta hay phân tích lớp theo tính chất thông tin như lớp cơ sở toán học, lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp thực phủ, lớp địa

giới hành chính v.v

Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn người ta sẽ phân chia lớp chi tiết hơn như trong lớp thuỷ văn được phân thành các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp bờ biển, lớp ao hồ

Các thông tin dạng raster là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ, không tham gia quản lý như một đối tượng địa lý Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp vào quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa

lý Các đối tượng này thể hiện ở ba dạng: Điểm, đường và vùng Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, màu sắc, 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 thừa nhỏ nhất

- Truy nhập thông tin nhanh nhất

- Cập nhật thông tin dễ dàng và không gây sai sót

- Thuận lợi cho việc hiển thị thông tin

Các thuộc tính là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý gắn liền với các đối tượng địa lý Các thông tin này được lưu trữ trong các cơ sở

dữ liệu thông thường Vấn đề đặt ra là phải tìm được mối quan hệ giữa thông tin địa lý và thông tin thuộc tính Từ thông tin này có thể tìm ra được thông tin kia trong cơ sở dữ liệu

Tổ chức hệ thống thông tin địa lý phải bắt đầu bằng nhiệm vụ đặt ra của

hệ thống thông tin Từ đó xác định được đòi hỏi của các loại thông tin cần thiết như thông tin địa lý dựa trên nền ở tỷ lệ nào, phải có các lớp thông tin nào, độ chính xác của thông tin và thông tin thuộc tính cần có ở dạng nào Sau

khi xác định được nhu cầu thông tin cần tìm xem thông tin này có thể có được

từ nguồn nào, có thể lấy được từ cơ sở dữ liệu quốc gia, cơ sở dữ liệu chuyên ngành hay mua trên thị trường thông tin

Nếu các nguồn khai thác thông tin đều chưa có hoặc chưa đủ thì cần xác định tiếp sử dụng biện pháp nào để thu nhận các thông tin còn thiếu Có thể đặt hàng ở các công ty cung cấp thông tin hoặc tổ chức thu nhập hệ thống thông tin riêng cho mình Với số lượng dữ liệu cần có nên tổ chức quản lý dưới dạng tập trung hay phân tán cho phù hợp với nhu cầu và hoàn cảnh khai thác thông tin Khi định dạng thông tin đã rõ mới thiết kế hệ thống phần cứng

và phần mềm phù hợp, không cần có tham số mạnh hơn nhu cầu đòi hỏi nhưng cũng không yếu hơn để không thực hiện được nhiệm vụ cần thực hiện

Cơ sở dữ liệu của HTTTĐL có hai thành phần là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Về lý thuyết có thể tổ chức quản lý cả hai loại dữ liệu này trong cùng một cơ sở dữ liệu và trong cung một hệ quản trị

dữ liệu Lúc này các dữ liệu thuộc tính được coi như các lớp riêng biệt gắn liền với các đối tượng địa lý Trong thực tế vấn đề trở nên phức tạp khi số lượng dữ liệu quá lớn, vấn đề tìm thông tin và cập nhật thông tin không được giải quyết Vì vậy người ta tổ chức quản lý các dữ liệu này trong hai cơ sở dữ liệu riêng biệt với hai hệ quản trị dữ liệu riêng biệt

Cơ sở dữ liệu thuộc tính được lưu giữ tương tự như các loại cơ sở dữ liệu thông thường khác như Ngân hàng, luật pháp, hành chính, v.v các dữ liệu được lưu trữ dưới dạng các bảng với các cột gọi là trường và các hàng gọi là tấm tin Vấn đề sẽ không phải thảo luận gì nhiều nếu chỉ có một bảng Thực tế bức tranh quan hệ giữa các dữ liệu đã làm người ta phải tổ chức quản lý ở nhiều bảng khác nhau và phải tìm được một số trường tả mối quan hệ giữa

các bảng Căn cứ vào mối quan hệ này để giải quyết việc tìm dữ liệu và cập nhật dữ liệu Dạng tổ chức cơ sở dữ liệu như vậy được gọi là cơ sở dữ liệu quan hệ Hiện nay các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thường gặp đều ở dạng cơ sở

dữ liệu như: DataBase, DB, DB2, Informix, SQL Server, Oracle, Microsoft Access sự khác nhau giữa các hệ quản trị dữ liệu là định dạng dữ liệu (Format) và ngôn ngữ hỏi đáp để tìm và cập nhật dữ liệu

Cơ sở dữ liệu địa lý (chủ yếu là dữ liệu địa hình hoặc các thông tin bản đồ) không thể lưu trữ và quản lý theo nguyên tắc như các loại cơ sở dữ liệu thông thường nói trên Các dữ liệu bản đồ được cấu tạo bởi các yếu tố thành phần là toạ độ của các điểm, đẩy toạ độ của các điểm nối giữa hai điểm (đường) và đẩy các đường nối liên tiếp trong một nhóm điểm (vùng) Như vậy bức tranh dữ liệu ở đây khác so với các dữ liệu thông thường Vì chúng ta có các đối tượng địa lý khác nhau nên các điểm, đường, vùng của từng loại đối tượng địa lý sẽ được quản lý riêng trong từng lớp thông tin Trong các lớp thông tin này, có một lớp thông tin cơ bản nhất là lớp về hệ quy chiếu (lưới toạ độ) làm cơ sở để thể hiện các lớp thông tin theo yêu cầu Hiện nay có rất nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý khác nhau như Arc/Info, Mge, Map/Info, GeoMedia, Professional , mỗi hệ có định dạng dữ liệu khác nhau, xác định quan hệ hình học khác nhau và thủ tục tìm – cập nhật dữ liệu khác nhau

Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính và không gian nói trên đã giải quyết khá trọn vẹn công việc trong từng cơ sở dữ liệu Công việc quản trị dữ liệu bao gồm các công việc sau:

- Đưa thông tin vào cơ sở dữ liệu

- Tìm nhanh chóng các dữ liệu cần thiết

- Tổ chức cập nhật các dữ liệu mới gồm việc xoá bỏ các dữ liệu không cần thiết, bổ sung các dữ liệu mới và hiệu chỉnh các dữ liệu đang có (hay lưu