Ứng dụng công nghệ hệ thông tin địa lý để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác thuỷ lợi

Mục đích và nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải quyết một số vấn đề về thủy lợi: + Xây dựng cơ sở dữ liệu về thủy lợi lưu trữ các thông tin chuyên

NGUYỄN THẾ HIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THÔNG TIN ĐỊA

LÝ ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ

CÔNG TÁC THỦY LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010

NGUYỄN THẾ HIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HỆ THÔNG TIN ĐỊA

LÝ ĐỂ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ

CÔNG TÁC THỦY LỢI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa

Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRẦN VÂN ANH

Hà Nội – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực

Hà nội, ngày 09 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn

Nguyễn Thế Hiệp

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa ……….……

Lời cam đoan…… ……… 1

Mục lục…… ……… 2

Danh mục các hình vẽ……… …… 4

MỞ ĐẦU……… ……… …… 5

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ HỆ THÔNG TIN 8

1.1 Tổng quan về hệ thông tin địa lý……… ……… 8

1.2 Khái niệm về CSDL trong HTTĐL……… ……….……… 23

1.3 Một số ứng dụng của hệ thông tin địa lý……… 32

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CƠ SƠ DỮ LIỆU PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI 33

2.1 Thiết kế hệ thông tin thủy lợi……… ……… 33

2.1.1 Nội dung cơ sở dữ liệu……… …….… 33

2.1.2 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu thủy lợi 36

2.2 Tổng quan về ArcGIS 38

2.2.1 Tổng quan về ArcGIS (Overview of ArcGIS)……… …… 38

2.2.2 Tổng quan về các ứng dụng (Overview of applications)………… 39

CHƯƠNG 3 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM DỮ LIỆU HUYỆN LẬP THẠCH- VĨNH PHÚC……… ……… ……… 44

3.1 Nhiệm vụ của đề tài……… ……….……… 44

3.1.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu……… 44

3.1.2 Khái quát về hệ thống Thủy lợi khu vực thi công………… ….… 48

3.2.Tiến hành tính toán thực nghiệm cho Huyện Lập Thạch – Tỉnh Vĩnh Phúc…… 52

3.2.1 Dữ liệu thu thập được……… … …… ………….…… 52

3.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý……… 72

3.2.3 Cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi……… …….…… 78

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……… ….…… 90

PHỤ LỤC 1……… 91

PHỤ LỤC 2……… 92

PHỤ LỤC 3……… 93

PHỤ LỤC 4……… 94

PHỤ LỤC 5……… 95

PHỤ LỤC 6……… 96

PHỤ LỤC 7……… 97

PHỤ LỤC 8……… 99

PHỤ LỤC 9……… 100

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình1.1: Cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý………….……… 31

Hình 2.1: Tổng quan về ArcGIS……….……… 38

Hình 2.2: Các ứng dụng của ArcGIS……….……… 39

Hình 2.3: Các công cụ của ArcMap……….……… 40

Hình 2.4: Chức năng của ArcCatalog ……….………… ……… 41

Hình 2.5: Các công cụ của ArcToolbox ……….………….……… …… 41

Hình 2.6: Tạo hình ảnh phối cảnh bằng ArcScene ……… …….……… 42

Hình 2.7: Chức năng trợ giúp của ArcGIS ……….……….………… 43

Hình 3.1: Bản đồ khảo sát vị trí các đối tượng thủy lợi xã Hợp Lý – Lập Thạch……….……… 53

Hình 3.2: Cơ sở dữ liệu nền – Huyện Lập Thạch……… 72

Hình 3.3: Đối tượng ranh giới……….……… 73

Hình 3.4: Đối tượng giao thông……… ……… 74

Hình 3.5: Đối tượng thủy hệ……….……… 75

Hình 3.6: Đối tượng dân cư và kinh tế xã hội……….……… 76

Hình 3.7: Đối tượng địa hình……….……… 77

Hình 3.8: Cấu trúc cơ sở dữ liệu 78

Hình 3.9: Cấu trúc dữ liệu trạm bơm tưới……… 79

Hình 3.10: Cấu trúc dữ liệu trạm bơm tiêu……….……… 80

Hình 3.11: Cấu trúc dữ liệu mặt cắt đê……….……… 82

Hình 3.12: Cấu trúc dữ liệu điếm canh đê……… 83

Hình 3.13: Cấu trúc dữ liệu kênh tiêu……… 84

Hình 3.14: Hiển thị đối tượng kênh tưới……… 85

Hình 3.15: Hiển thị các đối tượng thủy lợi được cập nhật……… ………… 87

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển thủy lợi đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội và môi trường đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, làm cơ sở để phát triển nông nghiệp bền vững, theo hướng hiện đại hóa, thâm canh cao, góp phần phát triển kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, đảm bảo an ninh lương thực và xuất khẩu, lợi ích quốc gia và hài hòa lợi ích giữa các vùng, các ngành

Khai thác sử dụng nước hợp lý, phục vụ đa mục tiêu, thống nhất theo lưu vực sông và hệ thống công trình thủy lợi, không chia cắt theo địa giới hành chính Khai thác sử dụng đi đôi với bảo vệ, chống suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, đặc biệt môi trường nước trong hệ thống công trình thủy lợi

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi thực hiện luận văn: “ Ứng dụng

công nghệ Hệ thông tin địa lý để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác thủy lợi”

2 Cơ sở khoa học của đề tài

Dựa trên công nghệ Hệ thông tin địa lý

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Tổng hợp và kế thừa các thành quả nghiên cứu ứng dụng của các đề tài, dự án ứng dụng tại các cơ quan nghiên cứu sản xuất

+ Sử dụng thiết bị, công nghệ, phần mềm hiện có và các thành quả sản xuất của các đơn vị để thực nghiệm

+ Phân tích, đánh giá từ lý thuyết và thực nghiệm về những vấn đề nghiên cứu trong phạm vi đề tài

3 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải quyết một số vấn đề về thủy lợi:

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu về thủy lợi lưu trữ các thông tin chuyên đề

về thủy lợi tích hợp với cơ sở dữ liệu bản đồ nền địa hình trong một hệ thống GIS thống nhất

+ Hỗ trợ công tác quản lý thủy lợi bằng công nghệ GIS

4 Nội dung đề tài

+ Tìm hiểu công nghệ Hệ thông tin địa lý

+ Lựa chọn công nghệ (Arc GIS)

+ Thử nghiệm và kết luận

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện những mục đích nghiên cứu Luận văn đã sử dụng tổng hợp các nghiên cứu sau:

+ Phương pháp thực nghiệm

+ Phương pháp phân tích nghiên cứu các tài liệu chuyên môn, bài báo,

đề tài khoa học có liên quan đã được công bố

+ Phương pháp đánh giá và khai thác công nghệ

+ Phương pháp chuyên gia, tiếp thu ý kiến giáo viên hướng dẫn, các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong luận văn

6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Góp phần bổ sung khả năng ứng dụng của Hệ thông tin địa lý trong công tác xây dựng hệ thông tin phục vụ cho công tác tưới tiêu

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày trong 3 chương với 101 trang A4 và 23 hình

Có được kết quả này trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới

TS Trần Vân Anh đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn Bộ môn Đo Ảnh và Viễn Thám, trường ĐH

Mỏ - Địa chất, Trung tâm Viễn Thám Quốc Gia đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ nhiều mặt để tác giả hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường ĐH Mỏ - Địa chất, Phòng Đại học và Sau Đại học và Khoa Trắc địa – Trường ĐH Mỏ - Địa chất

đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn những tập thể, cá nhân đã hết sức quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các đồng nghiệp và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ HỆ THÔNG TIN

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1.1 Khái niệm chung về HTTĐL

Hệ thông tin địa lý – HTTĐL (Geographic Information System – gọi tắt là GIS - tiếng anh và tiếng Pháp là: Système d’ Information Geosgraphique - 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 tọa 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 bao 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 thưc tổ chức thực hiện như thế nào Chỉ trên cơ sở đó người ta mới 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, HTTĐL có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có tọa 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 thông tin đa quy

mô và đa tỷ lệ Tùy 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

1.1.2 Các thành phần trong hệ thông tin địa lý

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 hóa, 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 hóa (Digitizer) hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hóa 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 dãn tư liệu đặc biệt Người sử dụng máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (như máy

in, máy vẽ, máy số hóa và các thiết bị khác nối 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

b Hệ thống phần mềm

Đi kèm với hệ thống thiết bị Trong HTTĐL ở trên là một hệ phần mềm

có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây:

- Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau

- Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính

- Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình phỏng không gian – thời gian

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

Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích đặc biệt là các chương trình ứng dụng

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 phần mềm nào đó là đủ, nó đòi 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 thông tin địa lý

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

- Cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ 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

1.1.3 Chức năng cơ bản của GIS

a Nhập dữ liệu

Bao gồm mọi khía cạnh của việc biến đổi các số liệu thu nhập được dưới dạng các bản đồ, số liệu đo đạc ngoại nghiệp, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các thiết bị ghi thành một hình thức số tương thích

Một tập hợp lớn các công cụ máy tính cho mục đích này bao gồm đầu tương tác hoặc thiết bị hiện hình khả biến, máy số hóa, các danh mục, số liệu trong các tệp văn bản, các loại máy quét (có thể được đặt trên vê tinh hoặc máy bay) để ghi trực tiếp hoặc để chuyển đổi các bản đồ và các hình ảnh chụp sang dạng khác mà máy tính có thể đọc được cùng với các thiết bị cần thiết cho việc ghi các số liệu đã viết trên phương tiện từ như băng từ hay đĩa từ Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu cần thiết cho xây dựng một cơ sở

dữ liệu địa lý Việc kiểm tra thông tin dữ liệu đầu vào có yêu cầu sau:

+ Tất cả các thông tin đầu vào phải đảm bảo tính chính xác duy nhất và không có lỗi khi mô tả thuộc tính

+ Kiểm tra các lỗi sai lệch vị trí, tỷ lệ, độ méo hình và tính không đầy

đủ của các thông tin dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và so sánh vói các thông tin gốc

+ Kiểm tra các thông tin sai sót đối với các thông tin không gian bằng cách in ra và kiểm tra so với thông tin đã có

b Lưu trữ và quản lý dữ liệu

Các chương trình phần mềm được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ tổ chức

cơ sở dữ liệu và có thể xem đây là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu Các chương trình này sẽ lưu trữ và quản lý dữ liệu theo cách thức chuẩn mẫu riêng hợp lý để đáp ứng mọi nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất

c Biến đổi dữ liệu

Bao gồm hai hoạt động là:

+ Những biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các dữ liệu) hoặc đưa chúng vào số liệu mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác

+ Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các dữ liệu hoặc dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp Việc

sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng trong điều kiện thuận lợi và đúng đắn thì đều theo cách biến đổi đơn giản có thể được phối hợp để thực hiện một thể loại nào đó của mô hình hóa địa lý mô hình không gian Việc kết nối dữ liệu cũng có thể coi như quá trình biến đổi dữ liệu

Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn

đề nào đó trong hệ thống thì cần thiết phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trường hợp nhất để từ đó

có được cách nhìn riêng biệt hay tổng thể người thiết kế hệ thống làm việc với

hệ thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ phép biến đổi dữ liệu thông qua việc sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả Quá trình này dẫn đến việc người sử dụng sẽ muốn đặt một lượng hầu như không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần phải được trả lời bằng cách sử dụng các mô hình tổ hợp tìm kiếm dữ liệu và cách lựa chọn phép biến đổi Các câu hỏi phân tích mà một hệ thông tin địa lý có thể trả lời về thông

thường được miêu tả theo hai cách: theo định nghĩa thông thường và qua các khả năng thực hiện của các bài toán tử không gian và sự liên kết dữ liệu

Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thông tin địa lý thông dụng có thể trả lời được là:

+ Có cái gì tại vị trí này?

+ Mối quan hệ giữa các đối tượng như thế nào?

+ Ở đâu thỏa mãn những điều kiện này?

+ Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác?

+ Những mẫu không gian nào tồn tại?

+ Nó sẽ như thế nào nếu quá trình diễn ra?

……

d Xuất dữ liệu và trình bày

Sau các quá trình xử lý số liệu, kết quả thu được sẽ thể hiện theo nhiều phương thức khác nhau và các kết quả phân tích sẽ được báo cáo cho người

sử dụng theo nhiều dạng

Các số liệu có thể được biểu thị dưới dạng bản đồ, các bảng biểu hay hình vẽ ( đồ thị hoặc sơ đồ khối) theo nhiều phương thức Số liệu sẽ được chuyển từ dạng hình ảnh luôn thay đổi thông tin giữa các hệ thống máy tính

và chúng sẽ được chuyển đổi nhờ các công cụ trung gian như băng từ, đĩa từ, các loại mạng thông tin khác

e Tương tác với người sử dụng

Đó là yếu tố thiết yếu cho sự thừa nhận và sử dụng bất cứ hệ thống thông tin nào Trước đây, một số phần mềm đồ họa của hệ thông tin địa lý được đặt trong môi trường điều hành DOS như: AutoCad, Arc/info,… nên giao diện giữa thao tác viên và hệ thống bị hạn chế, không linh hoạt, hiệu quả

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, khả năng giao diện giữa người và máy càng ngày càng thân thiện hoàn hảo trong môi trường Windows

1.1.4 Các loại thông tin trong hệ thông tin địa lý

Như trên ta đã giới thiệu, dữ liệu trong HTTĐL 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 rastor - 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 thủy 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 thủy văn được phân thành các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp bờ biển, lớp ao hồ v.v…

Các thông tin dạng rastor 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 thỏa 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 được thông tin kia trong cơ sở dữ liệu

Ngày nay, trong hệ thông tin địa lý người ta còn đưa vào một loại thông tin đặc biệt gọi là metadata

Metadata hiện đang được dùng như một thuật ngữ riêng của cơ sở dữ liệu

Ở Việt Nam, thuật ngữ này thường được giữ nguyên trong các văn bản, tài liệu

nghiên cứu, đôi khi nó được dịch là dữ liệu của dữ liệu hoặc siêu dữ liệu

Metadata được hiểu là một loại dữ liệu mô tả nội dung, chất lượng, điều kiện và các thông tin khác về dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu Tuy nhiên, về cấu trúc và nội dung, metadata được nhìn nhận theo những quan điểm khác nhau

Trong các từ điển của các nhà tin học, metadata được định nghĩa như một dạng từ điển dữ liệu trợ giúp các nhà thiết kế hệ thống trong việc duy trì tính tương thích giữa các trình ứng dụng trong hệ thống Từ điển dữ liệu mô

tả các thông tin về đường dẫn, vị trí, kiểu dữ liệu và các mô tả dữ liệu sẽ được

sử dụng khi chạy các trình ứng dụng

Khi mở rộng phạm vi sử dụng của metadata ra khỏi các trình úng dụng, metadata được sử dụng trước tiên cho mục đích tra cứu và tìm kiếm dữ liệu Khi đó metadata đơn giản là dữ liệu ở dạng văn bản chỉ dẫn cho biết các

thông tin cơ bản về dữ liệu trong cơ sở dữ liệu như: dữ liệu do ai làm ra; dữ liệu gì, mục đích sử dụng của dữ liệu (dựa trên một số tiêu chuẩn và yêu cầu

cụ thể); dữ liệu được xây dựng như thế nào (nguồn tài liệu và công nghệ); có thể sao chép dữ liệu ở đâu, ở dạng dữ liệu nào; và hướng dẫn sử dụng dữ liệu

Tuy nhiên, để phục vụ cho việc chia sẻ dữ liệu và sử dụng dữ liệu một cách hiệu quả đặc biệt là dữ liệu địa lý, nội dung của metadata không dừng lại

ở những thông tin cơ bản về dữ liệu Metadata bổ sung các thông tin giúp người sử dụng đánh giá và truy cập dữ liệu bao gồm thông tin về chất lượng,

số lượng, cơ quan, tổ chức quản lý dữ liệu, tính hiện thời, quy chế phân phối

và tham khảo dữ liệu

Bên cạnh mục đích đáp ứng nhu cầu tra cứu, tìm kiếm thông tin, metadata còn được nhìn nhận như một công cụ quan trọng trợ giúp các nhà quản trị cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý, bảo trì và xây dựng dữ liệu trong

cơ sở dữ liệu Khi đó, metadata không chỉ trả lời các câu hỏi cơ bản về dữ liệu

có trong cơ sở dữ liệu mà nó trả lời cả các câu hỏi liên quan đến quá trình sản xuất, làm bao giờ, ai là người kiểm tra nghiệm thu

Tóm lại, trên cả phương diện kỹ thuật và quản lý, metadata phải được xây dựng để đáp ứng yêu cầu của không những của các nhà quản lý hệ thống, người sử dụng dữ liệu, mà còn cả những nhà quản lý cơ sở dữ liệu Một cách

đầy đủ và ngắn gọn, metadata được định nghĩa như sau: “Metadata là một loại

dữ liệu được sử dụng để mô tả, định vị và kiểm soát dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Metadata cũng bao gồm các dữ liệu mô tả và kiểm soát các quá trình xử

lý, xây dựng và quản lý dữ liệu Đây là thông tin cho phép lựa chọn, nhận dạng dữ liệu dựa trên các thuộc tính của nó như: nội dung dữ liệu hay chất lượng của dữ liệu nguồn”

Metadata xây dựng thông tin không gian tiện ích hơn với người sử dụng khi họ có thể dễ dàng tìm kiếm và định vị dữ liệu Việc có được dữ liệu

từ nhiều nguồn khác nhau đã giúp công nghệ HTTĐL được ứng dụng rộng rãi Với metadata, nhà cung cấp dữ liệu có thể xuất bản thông tin về dữ liệu và người sử dụng dữ liệu có thể tìm kiếm dữ liệu họ cần

Do dữ liệu không gian là quan trọng nhất trong hệ thông tin địa lý, nên việc biết được người sử dụng cần gì ở dữ liệu rất quan trọng Nhưng người sử dụng dữ liệu cần metadata để xác định dữ liệu thích hợp Metadata cung cấp thông tin về dữ liệu sẵn có trong một tổ chức hay từ những dịch vụ danh mục, hay từ những nguồn bên ngoài Metadata không chỉ giúp tìm kiếm dữ liệu, mà còn cho biết cách xuất và sử dụng dữ liệu Việc xuất bản metadata làm việc chia sẻ dữ liệu trở nên dễ dàng hơn Metadata trong HTTĐL còn có thành phần không gian, đó chính là dữ liệu bề mặt trái đất Metadata có thể mô tả dữ liệu HTTĐL, dịch vụ GIS WEB hay một danh mục metadata trực tuyến

Metadata cũng có thể mô tả dữ liệu bản đồ giấy hay dữ liệu lưu trữ trên băng đĩa từ

1.1.5 Tổ chức hệ thông tin địa lý

Tổ chức hệ 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 thi 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

1.1.6 Quản trị và khai thác dữ liệu

Cơ sở dữ liệu của HTTĐL 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 cùng một hệ quản trị

dữ liệu Lúc này các dữ liệu thuộc tính được coi như 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 hợp 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 tọa độ của các điểm, dãy tọa độ của các điểm nối giữa hai điểm (đường)

và dãy 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 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 tọa độ) làm cơ

sở để thực 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 xóa bỏ các dữ liệu không cần thiết, bổ sung các dữ liệu mới và hiệu chỉnh các dữ liệu đang có (hay lưu

ý khó khăn của thủ tục cập nhật là do mối quan hệ phức tạp giữa các dữ liệu

và bao giờ cũng phải lưu tệp tin dữ liệu gốc)

- Phân chia các nhóm thông tin theo phân cấp bảo mật thông tin

- Bảo đảm an toàn trong thông tin cơ sở dữ liệu (không mất thông tin ngay cả trong trường hợp hỏng hóc toàn hệ thống)

- Đánh giá hiện trạng của dữ liệu

- Xuất thông tin ra theo nhu cầu người sử dụng

Trong hệ thông tin địa lý, vấn đề quản trị dữ liệu có một đặc thù riêng,

đó là vấn đề khai thác liên kết giữa các cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Vấn đề đặt ra là tìm mối quan hệ giữa đối tượng địa lý trong

cơ sở dữ liêu không gian với thuộc tính của nó trong cơ sở dữ liệu thuộc tính

và ngược lại Lý thuyết thông tin hiện đại đã giải quyết khá trọn vẹn việc quản trị mối quan hệ này Cách giải quyết có thể đi theo hướng những dữ liệu của

cơ sở dữ liệu này vào môi trường của cơ sở dữ liệu kia hoặc có thể tìm một môi trường trung gian để thể hiện cả hai loại dữ liệu

Khai thác dữ liệu là một nhu cầu đặt ra có tầm quan trọng đặc biệt để giúp người sử dụng mọi điều kiện thuận lợi tiếp cận với dữ liệu trong phạm vi được phép Khai thác dữ liệu được thể hiện ở các dạng sau:

- Tìm các nhóm dữ liệu để cung cấp các cơ sở dữ liệu khác thông qua mạng máy tính và các thiết bị nhớ

- Phân tích, tổng hợp thông tin để trả lời một số câu hỏi có tính quản lý

- Thực hiện các bài toán ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau như quản lý Nhà nước, quản lý sản xuất - kinh doanh, quản trị xã hội, nghiên cứu khoa học, giáo dục đào tạo và nâng cao dân trí

- Hiển thi dữ liệu ở dạng khác nhau như bản đồ, biểu đồ, đồ thị, bảng số liệu, văn bản phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội

1.1.7 Định chuẩn hệ thống và hệ thống mở

Hệ thống thông tin càng phát huy tác dụng rộng rãi nếu hệ thống này được định chuẩn Điều kiện này giúp cho thông tin được trao đổi rộng rãi hơn, người sử dụng thông tin nhiều hơn, hệ thống cập nhật thông tin đa dạng hơn, hiệu quả là tránh được lãng phí trong quá trình phát triển Muốn vậy các ngành cần thống nhất một chuẩn chung mang tính Quốc gia Việc định chuẩn

có thể hiểu được dữ liệu của nhau Vấn đề chuẩn hóa thông tin đang là nội dụng chủ yếu trong giai đoạn phát triển công nghệ thông tin hiện nay

Công việc chuẩn hóa thông tin bao gồm các nội dung sau:

- Chuẩn hóa môi trường tin học trong môi trường hệ thống, môi trường

đồ họa, thiết kế cơ sở dữ liệu

- Chuẩn hóa thông tin tiếng việt

- Chuẩn hóa định dạng (Format) thông tin ở các thể loại chữ - số, vector, raster, multimedia …

- Chuẩn hóa hệ quy chiếu Quốc gia

- Chuẩn hóa hệ địa danh và địa giới hành chính các cấp

- Chuẩn hóa việc định nghĩa các đối tượng địa lý, phân lớp thông tin địa lý

- Chuẩn hóa đường chuyền dữ liệu trên mạng

Vấn đề chuẩn hóa cũng cần tránh xu hướng quá khích trong việc cưỡng bức sử dụng một số sản phẩm phần cứng và phần mềm nào đó

Vấn đề chuẩn hóa sẽ được giải quyết nhẹ nhàng hơn khi con người đưa

ra khái niệm hệ thống mở Khái niệm này được thực hiện ở khía cạnh sau:

- Mở phần mềm cứng để đảm bảo không bị lạc hậu khi công nghệ phần cứng phát triển, có thể thay đổi, nâng cấp trên cơ sở các phần cứng phổ biến khác

- Mở về phần mềm là việc công bố rõ các giao diện ở đầu vào và đầu ra cùng với khả năng kết nối với các phần mềm ứng dụng khác hoặc có thể xây dựng các trình tiện ích liên kết vào trong chương trình

- Mở về cơ sở dữ liệu là có các giao diện chung với các cơ sở dữ liệu khác hoặc thực hiện chuyển đổi được khuôn dạng

Tính mở của hệ thống không chỉ để giải quyết việc giảm nhẹ công việc chuẩn hóa mà còn tạo khả năng dễ dàng mở rộng hệ thống trong quá trình công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ như hiện nay

1.2 KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU TRONG HTTĐL

1.2.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu

a.Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu

Các tệp dữ liệu chứa thông tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ chức, một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính theo quy định nào đó, theo mục đích sử dụng được gọi là cơ sở dữ liệu (viết tắt CSDL, tiếng Anh là Database)

Phần chương trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ sở

dữ liệu (HQTCSDL, tiếng Anh là Database management system) Theo nghĩa này HQTCSDL có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy Mục đích chính của hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung cấp một cách lưu trữ và truy lục thông tin trong cơ sở dữ liệu sao cho vừa thuận tiện vừa hiệu quả

Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu được thiết kế để quản lý một lượng lớn thông tin Việc quản lý dữ liệu bao gồm cả việc định nghĩa các cấu trúc để lưu giữ thông tin Ngoài ra, các hệ cơ sở dữ liệu phải đảm bảo được sự an toàn cho thông tin được lưu dù có trục trặc hệ thống hoặc có những truy xuất trái phép Nếu dữ liệu được chia sẻ cho nhiều người dùng chung thì phải tránh được các kết quả sai có thể xảy ra

b Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu

Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp tin có liên quan với nhau cùng với một tập các chương trình cho phép người sử dụng truy xuất và sửa đổi những tập tin này Mục đích chính của hệ thống CSDL là cung cấp cho người dùng một hình ảnh trìu tượng về dữ liệu, nghĩa là hệ thống che khuất nhiều chi tiết

về việc lưu trữ và duy trì các dữ liệu Mức trìu tượng hóa thấp nhất của kiến trúc một hệ CSDL là cơ sở dữ liệu vật lý (mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên các thiết bị nhớ thứ cấp (như đĩa từ, băng từ…) Mức này mô tả chi tiết các cấu trúc dữ liệu phức tạp ở mức thấp nhất

Ở mức vật lý, một mẫu tin có thể được mô tả như một khối các vị trí lưu trữ nằm kế cận nhau (ví dụ như các từ nhớ hoặc byte) Trình biên dịch của ngôn ngữ che khuất không cho chúng thấy mức chi tiết này Tương tự, hệ thống CSDL che khuất nhiều chi tiết lưu trữ ở mức thấp nhất Tuy nhiên, người quản trị CSDL có thể biết được một số chi tiết tổ chức vật lý của dữ liệu CSDL mức khái niệm còn gọi là mức logic, đó là mức trìu tượng hóa

kế tiếp mô tả việc những dữ liệu nào được lưu trong CSDL và mối quan hệ tồn tại giữa các dữ liệu này Mức logic vì thế mô tả toàn bộ CSDL theo một

số ít cấu trúc tương đối đơn giản, mặc dù bản cài đặt các cấu trúc đơn giản ở mức logic có thể chứa đựng các cấu trúc phức tạp của mức vật lý, người sử dụng không cần biết về sự phức tạp này Ở mức này, mỗi mẫu tin như thế được mô tả bằng một định nghĩa kiểu giống như đoạn mã ở trên và mối liên

hệ qua lại giữa các kiểu dữ liệu này cũng được định nghĩa

Mức khung nhìn là mức trìu tượng hóa cao nhất chỉ mô tả một phần CSDL Mặc dù mức logic sử dụng các cấu trúc đơn giản, sự phức tạp vẫn còn

do có rất nhiều loại thông tin trong một CSDL lớn Nhiều người sử dụng hệ thống CSDL không cần tất cả mọi loại thông tin này, thay vào đó họ cần truy xuất một phần CSDL Như vậy mức khung nhìn tồn tại để đơn giản hóa sự

tương tác với hệ thống Hệ thống có thể cung cấp nhiều khung nhìn trên cùng một CSDL và người sử dụng CSDL chỉ nhìn thấy những khung nhìn này Về tính độc lập của dữ liệu, chúng ta hãy xem xét các khung nhìn tới CSDL khái niệm và CSDL vật lý cho thấy có hai mức “độc lập dữ liệu” Thứ nhất, lược

đồ con Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu trúc dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính toán của các chương trình ứng dụng nhưng không đòi hỏi phải viết lại các chương trình đó Tính độc lập này gọi là độc lập dữ liệu mức vật lý

Mối liên hệ giữa các khung nhìn và lược đồ khái niệm do thêm một loại độc lập nữa, gọi là độc lập dữ liệu logic Khi sử dụng một CSDL, có thể cần thiết phải thay đổi lược đồ khái niệm như thêm thông tin về các loại khác nhau của các thực thể hoặc bớt, xóa các thông tin về các thực thể đang tồn tại trong CSDL Việc thay đổi lược đồ con đang tồn tại, do đó không cần thiết phải thay đổi các chương trình ứng dụng

Vì thế tính độc lập dữ liệu là mục đích chủ yếu của các hệ CSDL Có thể định nghĩa tính độc lập dữ liệu là “tính bất biến của hệ ứng dụng đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiến lược truy cập”

1.2.2 Cấu trúc CSDL trong hệ thông tin địa lý

Cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 70% giá trị của hệ thông tin địa lý Cơ sở

dữ liệu hệ thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có liên quan đến nhau được lưu trữ dưới dạng số Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên quan với các đặc điểm trưng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Hai loại dữ liệu này cần phải tuân theo một cấu trúc hợp lý để thuận tiện quản lý, lưu trữ, sửa đổi và khai thác theo mục đích sử dụng

a Cơ sở dữ liệu không gian

Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu chứa trong nó những thông tin về định vị của đối tượng Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tượng có kích thước vật lý nhất định Nếu là những cơ sở dữ liệu không gian địa lý thì đó là những dữ liệu phản ánh những đối tượng có trên bề mặt hoặc ở trong lòng đất

Từ góc độ công nghệ thông tin địa lý, đó là những yếu tố không gian đại lý được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc nhất định Tuy nhiên cơ sở dữ liệu không gian không đơn thuần là sự mô tả địa chỉ của một khu dân cư mà chúng ta nên hiểu rằng khu dân cư đó chính là một cơ sở dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có ba dạng cơ bản là điểm, đường và vùng Các đối tương kiểu đất cảnh quan như hồ nước, ranh giới thảm thực vật… là cơ sở dữ liệu dạng vùng; sông, đường giao thông… là những cơ sở

dữ liệu dạng đường; điểm mốc trắc địa, điểm giếng khoan… là những cơ sở

dữ liệu dạng điểm

Tất cả các đối tượng trên bề mặt trái đất đều có thể gộp vào ba dạng cơ bản trên bởi vì công nghệ hệ thông tin địa lý là công nghệ tin học và máy tính không hiểu được khái niệm giếng khoan, sông là gì nhưng nó có thể hiểu được định nghĩa về điểm, đường, vùng Các yếu tố cơ bản nêu trên thường được gắn với lời chú giải hoặc ký hiệu Ví dụ những bãi bùn cát, vùng cây ngập nước được thể hiện bằng vùng bao phủ tập hợp tọa độ cùng với những

ký hiệu thực tế hoặc số quy ước hay ký hiệu đặc biệt

Để quy định dữ liệu không gian về ba loại trên, cần thiết phải xác định:

* Vị trí đối tượng

Trong khi tạo dựng dữ liệu chúng ta luôn phải trả lời câu hỏi cái này ở đâu? Vị trí của nó ở chỗ nào trong hệ quy chiếu đã chọn…, vì vậy việc xác định vị trí các đối tượng là hết sức cần thiết

* Đặc trưng của đối tượng

Đây chính là mô tả thuộc tính của đối tượng và máy tính có thể hiểu được nhờ mã hóa chúng theo mức dữ liệu và các giá trị số khác nhau

* Mối quan hệ giữa các đối tượng

Các đối tượng nghiên cứu chuyên ngành luôn được so sánh với nhau để tìm ra mối liên quan hình học và ảnh hưởng giữa chúng Đây là một yếu tố rất quan trọng và có thể là yếu tố then chốt trong công nghệ thông tin địa lý và cũng

là sự khác nhau cơ bản giữa HTTĐL hiện đại và các hệ sử lý đồ thị khác

Tất cả các yếu tố đối tượng trong hệ thông tin địa lý đều có thể được

mô tả theo hai kiểu cấu trúc dữ liệu raster hoặc vector

* Cấu trúc dữ liệu Raster mô tả vị trí của các đối tượng và hiện trạng, cụ thể:

* Cấu trúc dữ liệu vector mô tả chính xác vị trí và mối quan hệ không gian của các đối tượng và hiện tượng cụ thể:

Yếu tố điểm

Điểm trong cấu trúc dữ liệu vector được mô tả bằng cặp tọa độ X, Y trong một hệ thống tọa độ nhất định Đi kèm theo giá trị tọa độ X, Y của điểm còn có chỉ số cụ thể mô tả đặc tính (điểm đơn giản, điểm nút, độ sâu…)

Yếu tố đường

Về mặt lý thuyết đường là tập hợp vô số các điểm Trong cấu trúc dữ liệu vector thường mô tả đường là tập hợp các cung, mỗi cung là tập hợp các đoạn thẳng nhỏ nối giữa xã điểm kề nhau đã được chọn Các đoạn thẳng này đủ nhỏ

để đảm bảo không lệch khỏi đoạn thực một khoảng vượt sai số cho phép

Số liệu định vị của các yếu tố đường được lưu trong máy tính dưới dạng tập hợp các cặp tọa độ, trong đó các cặp tọa độ đặc trưng cho điểm thuộc đường đó Với một đoạn thẳng ta có thể lưu trữ tọa độ của hai điểm đầu và điểm cuối, nhưng với một đường cong số lượng điểm lưu trữ rất lớn Muốn giảm bớt số lượng ô nhớ khi lưu trữ đường cong thì đoạn thẳng giữa các điểm lưu trữ có thể sắp đặt lại theo các dạng của cung cong Khi đó phải chỉ ra cách tạo dựng đường cùng các điểm được lưu trữ, phải chỉ rõ các kiểu đường (kiểu nội suy) đối với từng yếu tố đường Đối với từng kiểu đường có nhiều nét chung giống nhau cần đặt ra những quy tắc lưu giữ hợp lý

Các điểm của đường được chọn để lưu trữ thường là các điểm ngoặt (điểm đặc trưng) phản ánh đúng hình thái của đường một cách đơn giản nhất Tuy nhiên một đường cũng có thể chia nhỏ thành nhiều đoạn, từng đoạn có thể lưu trữ tách riêng với nhau Trong trường hợp này cần cung cấp địa chỉ lưu trữ của mỗi đoạn kế tiếp sau kèm theo đoạn đó

Yếu tố vùng

Vùng (hay còn gọi là miền) có thể coi là tập hợp vô số điểm được giới hạn bởi một đường khép kín Số liệu định vị của các yếu tố vùng được xác định bởi đường bao của chúng

Nói chung không có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu tố đường và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường Nhưng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu định vị kèm theo kiểu yếu tố được biểu thị (điểm, đường, vùng) Ngoài ra cũng có khả năng ngầm hiểu ví dụ: như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt là yếu tố đường… Đường bao của một vùng khép kín không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ, đường bình độ không là yếu tố vùng)

Trong thực tế các yếu tố vùng nằm kề nhau (có bờ ngăn cách chung)

Để giảm việc lãng phí bộ nhớ do lưu trữ các cạnh chung hai lần, người ta chỉ tiến hành lưu trữ mỗi cạnh một lần, đồng thời cung cấp cho từng vùng những thông tin về cạnh thuộc nó

Sự tiết kiệm bộ nhớ này chỉ thực sự có giá trị khi số lượng cạnh chung khá lớn Tuy nhiên điều đáng kể ở đây là cách tổ chức dữ liệu như trên cho phép thao tác với số liệu thuận lợi hơn

b Cơ sở dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệuu phi không gian) là cơ

sở dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau Ví dụ, các thông tin về chủ đất, chất lượng đất, thể loại đất… là những dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính định lượng và thường được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột Mỗi hàng bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như: tên, diện tích… Mỗi loại thông tin khác nhau này gọi là một trường, mỗi trường được sắp xếp tương ứng với một cột Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng gồm các hàng, các cột như trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp dữ liệu phi không gian Ngoài những đặc điểm đã nêu trên, dữ liệu phi không gian có thể bao gồm các hình thức trưng bày chuẩn của mỗi yếu tố (màu sắc, lực nét, kiểu đường…) nhằm giúp cho các quá trình

sử dụng các ký hiệu và dụng cụ vẽ được thuận tiện Điều này đặc biệt có lợi

để biểu thị dữ liệu đồ họa có kết quả và nhanh chóng

Dữ liệu thuộc tính có thể được vào trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các tệp văn bản hoặc thu nhận từ các phần mềm khác nhau

c Mối liên kết dữ 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 gan 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 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

Đồng mức Hành chính

Đường Thủy văn Khu dân

cư

Sử dụng đất

Thông tin không gian

Bảng thuộc tính

Đường Ruộng Dan cư Số Sử dụng đất Diện tích

01 24

1 15

NN 150

LN 300 CSD 100

Thông tin thuộc tính

Hình1.1: Cơ sở dữ liệu HTTĐL

1.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

Công nghệ hệ thông tin địa lý ngày càng được sử dụng rộng rãi Hệ thông tin địa lý có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng

Một vài ứng dụng cụ thể của hệ thông tin địa lý là:

- Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: bao gồm các chức năng tìm kiếm, địa chỉ, tìm vị trí khi biết trước địa chỉ đường phố; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng các công trình công cộng; lập kế hoạch phát triển đường giao thông

- Giám sát tài nguyên, thiên nhiên môi trường: bao gồm các chức năng quản lý sông, ngòi, các vùng lụt, vùng đất nông nghiệp, đất rừng; phân tích tác động môi trường; vị trí của các công trình công cộng…

- Quản lý đất đai: bao gồm các chức năng lập kế hoạch vùng, miền sử dụng đất; quản lý nước tưới tiêu; kiến trúc mặt bằng sử dụng đất…

- Quản lý và lập kế hoạch các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm địa điểm cho các công trình ngầm: ống dẫn, đường điện…; cân đối tải điện; lập kế hoạch bảo dưỡng các công trình công cộng…

- Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện

và nhiều ứng dụng khác

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI

2.1 THIẾT KẾ HỆ THÔNG TIN THỦY LỢI

2.1.1 Nội dung cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu bao gồm :

• Các lớp thông tin địa lý nền

• Các lớp thông tin, bản đồ chuyên đề về thủy lợi

• Các bảng thông tin ( thuộc tính) về thủy lợi

a Các lớp thông tin địa lý nền

Nội dung các lớp thông tin địa lý nền :

Mô tả dữ liệu

1 CS01 Sơ đồ phân mảnh bản đồ địa hình nền

2 CS02 Điểm khống chế đo vẽ, điểm trắc địa

3

Coso

(Cơ sở toán

học) CS03 Ghi chú các đối tượng điểm trắc địa, điểm tọa độ

độ cao, điểm khống chế đo vẽ

4 TH01 Sông ngòi 1 nét

5 TH02 Đường bờ, đường mép nước

6 TH03 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng đường

7 TH04 Sông ngòi 2 nét

8 TH05 Sông ngòi 2 nét (vẽ tim đường)

9 TH06 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng vùng

10 TH07 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng điểm

11 TH08 Ghi chú các đối tượng thuỷ hệ

16 DH04 Các đối tượng điểm độ cao

17 DH05 Các đối tượng dáng đất và chất đất dạng điểm

18 DH06 Ghi chú các đối tượng địa hình

19 GT01 Các đối tượng đường sắt

20 GT02 Đối tượng đường bộ dạng đường (phi tỷ lệ)

22 GT04 Viền đường và ký hiệu trục phân tuyến đường

23 GT05 Đối tượng nút giao thông dạng đường (nửa tỷ lệ)

24 GT06 Đối tượng đường bộ dạng vùng (theo tỷ lệ)

25 GT07 Đối tượng nút giao thông dạng vùng (theo tỷ lệ)

26 GT08 Đối tượng nút giao thông dạng điểm (phi tỷ lệ)

27

Giaothong

(Giao thông)

GT09 Ghi chú các đối tượng giao thông

28 DC01 Các đối tượng dân cư và kinh tế xã hội dạng vùng

29 DC02 Các đối tượng kinh tế xã hội dạng điểm

30 DC03 Các đối tượng kinh tế xã hội dạng đường

DC05 Ghi chú các đối tượng sử dụng đất

33 RG01 Các đối tượng đường địa giới

34 RG02 Các đường ranh giới khác

35 RG03 Các đối tượng mốc địa giới

Bảng mã loại/Mã nhận dạng các đối tượng về Giao thông

44 MaloaiDC Bảng mã loại/Mã nhận dạng các đối tượng về Dân

b Các lớp thông tin bản đồ chuyên đề về thủy lợi

Các lớp thông tin bản đồ chuyên đề về thủy lợi bao gồm :

+ Hệ thống các cống tưới ( lưu trữ những thông tin về cống tưới)

+ Hệ thống các trạm bơm kết hợp (lưu trữ những thông tin về trạm bơm kết hợp)

+ Hệ thống các trạm bơm tưới (lưu trữ những thông tin về trạm bơm tưới) + Hệ thống các trạm bơm tiêu (lưu trữ những thông tin về trạm bơm tiêu) + Hệ thống các kênh tiêu (lưu trữ những thông tin về kênh tiêu)

+ Hệ thống các kênh tưới (lưu trữ những thông tin về kênh tưới)

+ Các ao hồ (cho phép lưu trữ những thông tin về ao hồ)

+ Đê điều ( cho phép lưu trữ những thông tin về đê)

+ Kè, đập ( cho phép lưu trữ những thông tin về kè)

+ Thửa ruộng (lưu trữ những thông tin về thửa ruộng)

Thông tin thuộc tính của các lớp thông tin trên được mô tả chi tiết trong

phần phụ

c Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề về thủy lợi

Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề về thủy lợi bao gồm :

+ Danh mục các cấp hạn hán (tblCacCapHanHan)

+ Danh mục các cấp ngập úng (tblCacCapNgapUng)

+ Danh mục các đợt hạn hán (tblCacDotHanHan)

+ Danh mục các đợt ngập úng (tblCacDotNgapUng)

+ Danh mục cơ cấu cây trồng (tblCCCT)

+ Danh mục lịch gieo trồng (tblLichGieoTrong)

+ Danh mục lịch sử hạn hán (tblLichsu_HanHan)

+ Danh mục lịch sử ngập úng (tblLichsu_NgapUng)

+ Danh mục lịch sử cơ cấu cây trồng (tblLichsuCCCT_Ruong)

+ Danh mục lịch sử duy tu bảo dưỡng

Thông tin chi tiết của các lớp thông tin trên được mô tả chi tiết trong

phần phụ luc 1 của thiết kế

2.1.2 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu thủy lợi

a Cơ sở dữ liệu địa lý nền

Quy trình công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý nền:

¾ Thu thập CSDL đầu vào (Nền địa lý : bản đồ tỷ lệ 1: 2000 và

1 :5000; số liệu thống kê, số liệu mô tả các công trình )

¾ Kiểm tra đánh giá, phân loại CSDL đầu vào

¾ Chuẩn hóa CSDL đầu vào : Quy chuẩn hệ tọa độ, hệ quy chiếu không

gian theo Hệ tọa độ VN-2000; phân lớp đối tượng nền địa lý

¾ Chuẩn hóa CSDL đầu ra theo thiết kế;

¾ Kiểm tra, đánh giá CSDL đầu ra, mối quan hệ không gian, quan hệ

Topo và chuẩn thông tin thuộc tính

¾ Xây dựng quy định về Biên tập bản đồ, thiết kế ký hiệu bản đồ trên

nền ArcGis (ArcMap)

¾ Biên tập bản đồ nền địa lý

¾ Kiểm tra, nghiệm thu và sao lưu dữ liệu

b Cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi

Các bước xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề về thủy lợi như sau:

- Điều tra, khảo sát vị trí và số liệu, thông tin về các công trình thuỷ lợi

¾ Lập phiếu điều tra thông tin về CTTL

¾ Lập sơ đồ các xã phục vụ công tác điều tra thu thập thông tin về đối

tượng, vị trí đối tượng, hình dạng đối tượng CTTL trên địa bàn xã

¾ Lấy thông tin cho phiếu điều tra

¾ Khảo sát, xác định vị trí, hình dạng về CTTL trên sơ đồ

¾ Đánh giá, phân loại số liệu thu thập

¾ Nhập thông tin về vị trí và thông tin thuộc tính đối tượng vào CSDL

thủy lợi

¾ Biên tập trên nền CSDL Địa lý

¾ Kiểm tra, đánh giá

a Điều tra, khảo sát về hiện trạng sử dụng đất (thửa ruộng)

¾ Biên tập sơ đồ phục vụ công tác điều tra thu thập thông tin về hiện trạng sử dụng đất đối với hệ thống ruộng đất trên địa bàn xã

¾ Điều tra số liệu theo sơ đồ

¾ Xác định khoanh vi thửa ruộng trên bản đồ đất

¾ Nhập thuộc tính liên quan thửa ruộng

¾ Biên tập trên nền CSDL địa lý

¾ Kiểm tra, đánh giá

Các dữ liệu được cập nhật ở đây là những loại dữ liệu ít thay đổi, tạm gọi

là dữ liệu tĩnh Dữ liệu tình là dữ liệu nền của hệ thống thông tin Những loại

dữ liệu thay đổi theo mùa vụ hay thay đổi thường xuyên như lịch gieo trồng,

cơ cấu cây trồng trong vụ, lịch tưới, lịch vận hành các công trình, thông tin về hạn hán gay ngập úng, thông tin về duy tu công trình sẽ được người dùng cập nhật trong quá trình sử dụng hệ thống

2.2 TỔNG QUAN VỀ ARC GIS

2.2.1 Tổng quan về ArcGIS (Overview of ArcGIS)

Hình 2.1: Tổng quan về ArcGIS

ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thông tin địa lý của ESRI

ArcGIS Desktop bao gồm một loạt các ứng dụng được tích hợp với nhau: ArcMap, ArcCatalog, và ArcToolbox Sử dụng kết hợp ba ứng dụng này, ta có thể thực hiện bất kỳ công việc nào của GIS từ đơn giản tới nâng cao như: vẽ bản đồ, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu địa lý, biên tập dữ liệu và

xử lý thông tin địa lý Thêm vào đó, ArcGIS cho phép người sử dụng khai thác các nguồn dữ liệu không gian sẵn có rất nhiều qua dịch vụ ArcIMS trên Internet hoặc dữ liệu được lưu trữ trong CSDL ArcSDE

ArcGIS Desktop là một hệ thống tích hợp, toàn diện được thiết kế để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng ArcGIS Desktop có thể được truy cập bằng cách sử dụng ba sản phẩm phần mềm, mỗi phần mềm cung cấp các chức năng đáp ứng nhu cầu của người sử dụng ở các mức độ khác nhau:

ArcView cung cấp hệ thống vẽ bản đồ toàn diện và các công cụ phân tích dễ dàng sử dụng như chỉnh sửa và xử lý thông tin địa lý