Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý - Kiều Quốc Lập

Giáo trình “Hệ thống thông tin địa lý” là tài liệu học tập cho sinh viên các ngành Địa lý Tự nhiên, Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường của trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, ngoài ra còn cung cấp những kiến thức cơ bản nhất về GIS, cơ sở dữ liệu, các chức năng của GIS, phần mềm ứng dụng và triển vọng phát triển GIS.

KIỀU QUỐC LẬP (Chủ biên) - NGÔ VĂN GIỚI

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2018

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 với những đột phá chưa từng có về công nghệ, liên quan đến kết nối Internet, điện toán đám mây, in 3D, công nghệ cảm biến, thực tế ảo, phân tích không gian, Cuộc cách mạng này được dự đoán

sẽ tác động mạnh mẽ đến mọi quốc gia và vùng lãnh thổ, làm thay đổi căn bản phương thức học tập, nghiên cứu và làm việc Trong bối cảnh đó nhân loại phải thích ứng kịp thời với sự phát triển của khoa học công nghệ

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, hình thành từ những năm 60 của thế kỷ XX và phát triển rất mạnh trong những thập niên gần đây GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm họa thiên tai, quản lý tài nguyên và giám sát môi trường GIS đã trở thành một học phần bắt buộc trong chương trình đào tạo bậc đại học của nhiều chuyên ngành thuộc khối ngành khoa học Trái đất - mỏ Để phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu chúng tôi tiến hành biên

soạn giáo trình “Hệ thống thông tin địa lý” Giáo trình cung cấp những kiến thức cơ bản

nhất về GIS, cơ sở dữ liệu, các chức năng của GIS, phần mềm ứng dụng và triển vọng phát triển GIS Giáo trình cũng giới thiệu khái quát về phần mềm MapInfo và một số bài toán ứng dụng cụ thể, nhằm tăng cường kỹ năng thực hành và ứng dụng cho sinh viên

Giáo trình “Hệ thống thông tin địa lý” là tài liệu học tập cho sinh viên các ngành Địa

lý Tự nhiên, Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường của trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đồng thời cũng là tài liệu tham khảo phục vụ các chuyên ngành liên quan như: địa chất, trắc địa - bản đồ, quản lý đất đai, quản lý đô thị, phát triển nông thôn

Trong quá trình biên soạn, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn sẽ còn nhiều sai sót và hạn chế, rất mong nhận được sự góp ý của đồng nghiệp và sinh viên Tập thể tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các nhà khoa học, quý đồng nghiệp và các tác giả đã góp ý

và cung cấp tài liệu tham khảo cho Giáo trình được hoàn thiện

Trân trọng cảm ơn!

Tập thể tác giả

MỤC LỤC

1.3 Mối quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác 13

2.2.1 Khái niệm về bản đồ, mối quan hệ giữa bản đồ và GIS 23

2.2.4 Hệ quy chiếu và hệ tọa độ dùng ở Việt Nam 26

2.4.3 So sánh và chuyển đổi mô hình dữ liệu vector - raster 42

3.1.1 Khái quát về chức năng nhập dữ liệu 48

3.2.1 Khái quát về chức năng lưu trữ và quản lý dữ liệu 52 3.2.2 Các phương tiện lưu trữ và quản lý dữ liệu 53

3.3.2 Một số thuật toán trong phân tích dữ liệu GIS 59

3.4.1 Khái quát về chức năng hiển thị và xuất dữ liệu 76

5.1.2 Tổ chức thông tin trong MapInfo 99

5.1.4 Thanh công cụ và Menu trong MapInfo 15.0 102 5.2 Một số bài tập thực hành trên phần mềm MapInfo 115 5.2.1 Xây dựng dữ liệu bản đồ từ dữ liệu truyền thống 115

5.2.3 Tạo lập, chỉnh sửa và chuyển đổi dữ liệu 121

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GIS

1.1 Khái niệm về GIS

GIS (viết tắt của cụm từ Geographic Information System) là một nhánh của công

nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ XX và phát triển rất mạnh trong những thập niên gần đây GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ

Ngày nay ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm họa, thiên tai, v.v GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các tổ chức và cá nhân trong đánh giá hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên

cơ sở tọa độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào

Để hiểu được khái niệm về Hệ thống Thông tin Địa lý - GIS, trước hết chúng ta cần hiểu được các cụm từ “Hệ thống”, “Hệ thống thông tin” và “Thông tin địa lý” Theo từ

điển bách khoa toàn thư, Hệ thống (Systems) là tập hợp các phần tử có quan hệ hữu cơ

với nhau, tác động chi phối lẫn nhau theo các quy luật nhất định để trở thành một chỉnh

thể Hệ thống thông tin (Information Systems) là một hệ thống bao gồm các yếu tố có

quan hệ với nhau cùng làm nhiệm vụ thu thập, xử lý, lưu trữ và phân phối thông

tin và dữ liệu Thông tin địa lý (Geographical Information) là loại thông tin cho biết đặc

điểm đối tượng và vị trí của đối tượng đó

Có nhiều định nghĩa về GIS, như:

(1) GIS là một tập hợp các phần cứng, phần mềm máy tính cùng với các thông tin địa lý Tập hợp này được thiết kế để thu thập, lưu trữ, cập nhật, thao tác, phân tích, thể

hiện tất cả các hình thức thông tin mang tính không gian (R Tomlinson)

(2) GIS là một hệ thống máy tính có khả năng lưu trữ và sử dụng dữ liệu mô tả các

vị trí (nơi) trên bề mặt Trái đất - Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ

hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian (Viện Không gian Địa cầu Trung Quốc)

(3) GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những hiện tượng

đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất (Viện Nghiên cứu hệ thống Môi trường

Mỹ - ESRI)

(4) GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế nhằm thu thập, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian để giải

quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch (Trung tâm Quốc gia về phân tích thông tin địa lý Mỹ - NCGIA)

Từ những khái niệm trên có thể thấy những điểm chung thống nhất quan niệm về

GIS: 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 phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định

Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể

Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS là hệ thống các phần mềm nhằm xử lý thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có tọa độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý

Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, phương pháp và con người

1.2 Nguồn gốc và lịch sử phát triển GIS

GIS ra đời đánh dấu một cuộc cách mạng trong việc mô hình hoá các sự vật, hiện tượng trên bề mặt Trái đất GIS là một trong các công cụ quan trọng khi ra quyết định, chúng có thể giúp ta trong bất kỳ lĩnh vực nào và càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của con người Những tiến bộ của GIS là kết quả kết hợp của rất nhiều công nghệ, các lĩnh vực khác nhau Cơ sở dữ liệu (Database), thành lập bản đồ, viễn thám (Remote sensing), toán học, lập trình, địa lý, thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD) và khoa học máy tính là những nhân tố quan trọng trong sự phát triển của GIS

Để nghiên cứu nguồn gốc, lịch sử hình thành và phát triển của GIS cần điểm lại các mốc thời gian quan trọng sau:

(1) Thời kỳ trước những năm 1960: Đây có thể coi là thời kỳ sơ khai, khởi nguồn

của công nghệ GIS Năm 1940 ngành đồ họa máy tính (Computer Graphics) bắt đầu

hình thành và phát triển Nhiều người cho rằng, nguồn gốc GIS chính là việc tạo các bản

đồ chuyên đề bằng máy tính Các nhà quy hoạch sử dụng phương pháp chồng xếp bản

đồ (Overlay), phương pháp này được mô tả một cách có hệ thống lần đầu tiên bởi Jacqueline Tyrwhitt trong cuốn sổ tay quy hoạch vào năm 1950, kỹ thuật này còn được

sử dụng trong việc tìm kiếm vị trí thích hợp cho các công trình được quy hoạch

(2) Thời kỳ 1960 - 1980: Đây là giai đoạn ra đời và xây dựng ý tưởng GIS

Năm 1962, Roger Tomlinson khởi xướng, lên kế hoạch và chỉ đạo trực tiếp việc phát triển của hệ thống địa lý Canada (CGIS) Đây là một thời điểm quan trọng trong lịch sử của GIS và nhiều người cho rằng CGIS là gốc của GIS, đồng thời xem Roger

Tomlinson là cha đẻ của GIS Thuật ngữ “Geographic Information System” được Roger Tomlinson đưa ra đầu tiên trong bài báo “A Geographic Information System for Regional Planning” của ông năm 1968 Hệ thống CGIS được sử dụng để lưu trữ, phân tích và thao tác trên dữ liệu được thu thập cho công tác điều tra đất (sử dụng các đặc tính của đất, hệ thống thoát nước và khí hậu để xác định khả năng trồng các loại cây trồng và các vùng trồng rừng) Họ nhanh chóng nhận ra rằng dữ liệu chính xác và phù hợp là rất quan trọng để quy hoạch đất đai và ra quyết định

Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng GIS Trong các GIS được tạo ra cũng có rất nhiều hệ không tồn tại được lâu vì nó được thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao Lúc đó người ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong quá trình xử lý các số liệu đồ họa truyền thống lên hàng đầu Họ tập trung giải quyết vấn đề đưa bản đồ, hình dạng, hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phương pháp số để xử lý các dữ liệu này Tuy kỹ thuật

số hóa đã được sử dụng từ năm 1950 nhưng điểm mới của giai đoạn này chính là các bản đồ được số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của một khu vực Từ đó máy tính được sử dụng và phân tích các đặc trưng của các nguồn tài nguyên đó, cung cấp các thông tin bổ ích, kịp thời cho việc quy hoạch Việc hoàn thiện một GIS còn phụ thuộc vào công nghệ phần cứng mà ở thời kỳ này các máy tính IBM 1401 còn chưa đủ mạnh Giai đoạn này đánh dấu sự ra đời của GIS chủ yếu được phục vụ cho công tác điều tra quản lý tài nguyên

Trong năm 1964, Howard T Fisher lập phòng thí nghiệm đồ họa máy tính và phân tích không gian ở Harvard, nơi mà một số khái niệm trong kiểm soát dữ liệu không gian được phát triển Sau đó phòng thí nghiệm đồ họa máy tính đã phân phối mã nguồn và hệ thống phần mềm như SYMAP, GRID và ODYSSEY, đây được xem là nguồn gốc của các sự phát triển các phần mềm thương mại ngày nay Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Ủy ban thu thập và xử lý dữ liệu địa lý

Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trường và phát triển GIS Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của GIS, đặc biệt là sự giảm giá thành cùng với sự tăng kích thước bộ nhớ, tăng tốc độ tính toán của máy tính Chính nhờ những thuận lợi này

mà GIS dần dần được thương mại hóa Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại phải kể đến các công ty như ESRI, GIMNS, Intergraph, Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” và vấn đề phải nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng Năm 1977 đã có 54 GIS khác nhau trên thế giới Bên cạnh GIS, thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám Một hướng nghiên cứu kết hợp GIS và viễn thám được đặt ra và cùng bắt đầu thực hiện

(3) Thời kỳ 1980 - 2000: Giai đoạn phát triển phần mềm thương mại GIS

Đầu những năm 1980, khi kích thước bộ nhớ và khả năng đồ họa của máy tính được cải thiện đã đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống các phần mềm GIS Đầu tiên

phải kể đến M&S Computer (mà sau này trở thành Intergraph) cùng với Bentley Systems Incorporated xây dựng nền tảng hệ thống CAD, ESRI (Environmental Systems Research Institute), CARIS (Computer Aided Resource Information System), ERDAS (Earth Resource Data Analysis System) nổi lên như những phần mềm thương mại GIS

Hệ thống phần mềm này đã thành công trong việc kết hợp nhiều đặc trưng của CGIS, kết hợp phương pháp thời kỳ đầu là tách thông tin không gian và thuộc tính với phương pháp thời kỳ thứ hai là sắp xếp thuộc tính vào trong những cấu trúc CSDL Cùng với đó

là sự phát triển của hai hệ thống công cộng là MOSS và GRASS GIS

Một trong những nhà cung cấp phần mềm GIS là ESRI, hiện là công ty phần mềm GIS lớn nhất trên thế giới Năm 1982, ARC/INFO chạy trên máy tính mini được phát hành và vào năm 1986, PC ARC/INFO đã được giới thiệu chạy trên các máy tính chạy

bộ vi xử lý của Intel ESRI hiện tại là chuyên gia hàng đầu thế giới trong việc phát triển phần mềm GIS và đã đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử của GIS

Ở thời điểm này, các hội nghị đầu tiên và các xuất bản về GIS đã diễn ra Hội nghị ESRI tổ chức đầu tiên vào năm 1981 thu hút sự tham gia của 18 thành viên Các nhà tư vấn về GIS đã bắt đầu xuất hiện Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng GIS ngày càng tăng với các quy mô khác nhau Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu, Thời kỳ này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự mềm dẻo trong việc

xử lý dữ liệu không gian Thập kỷ này được đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng GIS như: khảo sát thị trường, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên, các bài toán giao thông, cấp thoát nước

Có thể nói đây là thời kỳ bùng nổ GIS

Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hoà nhập giữa viễn thám và GIS Các nước Bắc Mỹ và châu Âu gặt hái được nhiều thành công trong lĩnh vực này Khu vực châu Á - Thái Bình Dương cũng đã thành lập được nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và GIS Rất nhiều hội thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và GIS được tổ chức nhằm trao đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triển các ứng dụng của công nghệ GIS

(4) Thời kỳ 2000 - nay: Bước sang thế kỷ XXI, GIS thực sự trở thành một công cụ

có tầm ảnh hưởng sâu rộng, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề khác nhau Sự phát triển GIS trong giai đoạn này đánh dấu bằng sự tăng vọt về số người sử dụng, sự phát triển mạnh mẽ về tốc độ xử lý và sự bùng nổ các phần mềm mã nguồn mở

Đầu những năm 2000 là thời kỳ quan trọng đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, trong đó có GIS Phần mềm GIS đã có thể xử lý cả dữ liệu vector

và raster Có nhiều vệ tinh được phóng lên quỹ đạo, dữ liệu được thu thập từ không gian

có thể được sử dụng trong GIS Bộ vi xử lý máy tính và Card đồ họa mạnh hơn rất nhiều so với trước đây Dữ liệu GIS đã trở nên phổ biến hơn Dữ liệu TIGER, hình ảnh

vệ tinh Landsat và thậm chí cả dữ liệu LiDAR có thể tải về miễn phí Kho trực tuyến

như ArcGIS Online với khối lượng rất lớn các dữ liệu không gian Các chức năng, các yêu cầu mới dường như là vô tận và vượt ra ngoài khả năng của các sản phẩm phần mềm GIS thương mại

Cùng với sự kết hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã đem lại cho người sử dụng nhiều công cụ hơn so với trước đây GPS đã dẫn đường cho các sản phẩm sáng tạo

vĩ đại như hệ thống định vị xe hơi và máy bay không người lái Cánh cửa cho GIS và GPS phát triển đã bắt đầu mở ra Điều này đưa chúng ta đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong lịch sử của GIS: sự bùng nổ phần mềm nguồn mở Phần mềm mã nguồn mở nổi lên với sự thay đổi lớn của người sử dụng GIS trong việc xây dựng phần mềm GIS của riêng họ theo dạng cộng tác Ưu điểm lớn nhất là người sử dụng được dùng miễn phí Phần mềm mã nguồn mở đang trở thành xu hướng chủ đạo ngày nay Chúng ta đang dần bước vào một kỷ nguyên của phần mềm GIS nguồn mở ví dụ như phần mềm QGIS Mặc dù vậy vẫn luôn có một chỗ cho các phần mềm GIS thương mại Các công

ty phần mềm giống như ESRI cung cấp các giải pháp đến thực tế bất kỳ các bài toán về không gian tồn tại ngày nay

Như vậy, qua từng giai đoạn phát triển GIS đã trở thành một công cụ máy tính cần thiết để lưu trữ và thao tác dữ liệu địa lý Hiện nay, GIS trở thành một công nghệ mới, chịu trách nhiệm cho các quyết định quan trọng nhất của Trái đất chúng ta đang phải đối mặt Các công ty, tổ chức, chính phủ áp dụng GIS bởi vì nó là một công cụ để giúp đưa

ra quyết định dựa trên tri thức

Ở Việt Nam, từ những năm cuối thập niên 80 của thế kỷ XX, GIS bắt đầu thâm nhập

qua các dự án hợp tác quốc tế Tuy nhiên, cho đến giữa thập niên 90, GIS mới có cơ hội phát triển ở Việt Nam GIS ngày càng được nhiều người biết đến như một công cụ hỗ trợ quản lý trong các lĩnh vực như quản lý tài nguyên thiên nhiên, giám sát môi trường, quản

lý đất đai, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, Hiện nay, nhiều cơ quan Nhà nước và doanh nghiệp đã và đang tiếp cận công nghệ GIS để giải quyết các bài toán của mình như: quản lý môi trường, tài nguyên hoặc thực hiện các bài toán quy hoạch sử dụng đất, quản

lý và thiết kế các công trình hạ tầng kỹ thuật Sự phát triển của GIS với nhiều ứng dụng hữu hiệu đã thu hút sự quan tâm của nhiều người và những ứng dụng ngày càng phong phú đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của GIS tại Việt Nam

1.3 Mối quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác

Giống như các ngành khoa học ứng dụng khác, trong quá trình phát triển của mình, công nghệ GIS luôn liên quan mật thiết với các ngành khoa học khác như: khoa học máy tính, địa lý học, bản đồ học, trắc địa, viễn thám, quản trị dữ liệu, toán học,

- Khoa học máy tính: Máy tính là một trong các thành phần của công nghệ GIS, dựa

trên cơ sở nền tảng của các bộ xử lý (CPU), hệ điều hành các phần mềm GIS không ngừng phát triển và hoàn thiện Có thể nói sự phát triển của công nghệ máy tính sẽ quyết định sự phát triển và phạm vi ứng dụng của công nghệ GIS

- Địa lý học: Dữ liệu GIS sử dụng là dữ liệu địa lý, tức là dữ liệu gắn với không

gian, đồng thời mang các đặc điểm thuộc tính kèm theo Địa lý học vừa là khoa học cung cấp dữ liệu, đồng thời là ngành ứng dụng công nghệ GIS nhiều nhất Đặc biệt, địa

lý học hiện đại thiên về phân tích không gian đa chiều, đánh giá theo phương pháp định lượng thì việc sử dụng công cụ GIS càng phổ biến

Hình 1.1: Mối quan hệ GIS với các ngành khoa học khác

- Ngành bản đồ học: Bản đồ là ngành khoa học thể hiện các đối tượng địa lý trên bề

mặt Trái đất Dữ liệu bản đồ là một thành phần chính trong cơ sở dữ liệu của GIS Sự phát triển của ngành bản đồ sẽ giúp cho GIS hoàn thiện các chức năng xử lý dữ liệu không gian

Dữ liệu bản đồ được xem như dữ liệu đầu vào và là sản phẩm đầu ra của GIS

- Ngành trắc địa và viễn thám: Các dữ liệu trong GIS luôn gắn chặt với thế giới

thực Cơ sở toán học đảm bảo cho sự liên kết mạng lưới tọa độ thống nhất (hệ tọa độ quốc gia) Ngành trắc địa cung cấp các số liệu tọa độ Nhà nước chính xác và thống nhất Các thông tin quản lý trong GIS phần lớn là thông tin tĩnh, tức là chúng là những thông tin về những sự vật và hiện tượng đã xảy ra ở tại một thời điểm hoặc một khoảng thời gian nhất định nào đó Để có thể đổi mới và cập nhật thông tin trong GIS cho phù hợp với những biến đổi đã xảy ra ở thời điểm hiện tại cần phải có các số liệu, tư liệu mới về chúng và nguồn thông tin mới có thể được thu nhận nhanh chóng và cập nhật cho hệ GIS là các ảnh hàng không hoặc ảnh viễn thám

- Ngành khoa học quản trị dữ liệu: Các dữ liệu trong GIS được tổ chức và quản lý

dựa trên nền tảng nguyên tắc của các phần mềm quản trị dữ liệu Cơ sở dữ liệu cũng là một thành phần cơ bản của hệ GIS Sự phát triển và hoàn thiện của hệ thống quản trị dữ liệu sẽ giúp cho GIS hoàn thiện chức năng quản lý cơ sở dữ liệu của mình tối ưu hơn

- Ngành toán học: Các chức năng xử lý của GIS luôn gắn liền với các thuật toán cụ

thể trong toán học Sự hoàn thiện trong việc giải quyết các thuật toán ứng dụng đã giúp cho các nhà lập trình phần mềm GIS có thêm khả năng mở rộng và hoàn thiện các chức

Bản đồ học

Khoa học khác

Máy tính Tin học

GIS

Quản trị

dữ liệu

Trắc địa và viễn thám

năng trong GIS, nhất là các chức năng xử lý địa lý Toán học là một trong các nền tảng

cơ sở để phát triển và hoàn thiện các chức năng bên trong của các phần mềm GIS

- Ngành truyền thông thông tin: Các thông tin trong GIS chỉ có thể trao đổi với

nhau thông qua các phương tiện truyền thông Sự phát triển của ngành này sẽ cung cấp cho GIS năng lực liên kết các mạng máy tính, tạo ra các hệ GIS đa ngành Nếu trước đây phần lớn GIS được sử dụng độc lập thì ngày nay hầu hết đã được kết nối thành mạng máy tính sử dụng chung cho các cơ quan khác nhau đã làm cho các nhà quản lý thấy rõ thêm hiệu quả đầu tư và lợi ích của công nghệ GIS

Thiết bị nhập dữ liệu bao gồm bàn nhập dữ liệu vector (bàn số hóa), máy scan nhập các dữ liệu raster và bàn phím Ngày nay thiết bị nhập dữ liệu ngày càng được cải tiến

và hiện đại Bàn số hóa vector được tự động hóa Máy scan có khả năng nhập dữ liệu raster với dung lượng lớn, độ phân giải cao, có khả năng tự động chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu

Thiết bị lưu trữ dữ liệu gồm có băng từ tính, thẻ nhớ, USB, đĩa quang, ổ cứng di động Các thiết bị lưu trữ dữ liệu ngày càng đa dạng, có khả năng lưu trữ được dung lượng dữ liệu lớn, sử dụng được nhiều lần Phương pháp lưu trữ dữ liệu cũng có sự thay đổi, dần tiến tới lưu trữ trực tuyến bằng các kho dữ liệu online

Thiết bị xử lý dữ liệu là bộ xử lý trung tâm (CPU), đây là phần cứng quan trọng nhất của GIS CPU bao gồm bộ vi xử lý được ví như bộ não điều khiển máy tính, đưa ra các phép tính để tính toán và xử lý dữ liệu

Thiết bị xuất dữ liệu chủ yếu là các dạng máy in dùng để in ấn bản đồ và các dữ liệu thuộc tính dưới nhiều kích thước khác nhau Ngoài ra, ở khổ in có kích thước lớn có thể

sử dụng các dạng máy vẽ (Plotter)

b) Phần mềm(Software)

Gồm các chương trình chạy trên máy tính được thiết kế cho việc điều khiển và phân tích các dữ liệu địa lý Hiện nay, có rất nhiều phần mềm GIS, mỗi phần mềm đều phục vụ cho các mục đích khác nhau Một số phần mềm GIS phổ biến như: ArcView, ArcGIS, ArcInfo (ESRI), MapInfo, MapGIS, SuperMap, MapWindow, Genamap, Spans, ENvi, ERDAS Imagine,

Mỗi một phần mềm GIS đều có các chức năng như: 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 mô phỏng không gian, thời gian; Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau

Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích và các chương trình ứng dụng Một số phần mềm mã nguồn mở có khả năng cập nhật

và sửa đổi tùy theo mục đích của người sử dụng

Ngoài ra, trong mỗi phần mềm GIS còn bao gồm: hệ thống số hóa cung cấp các công cụ nhập và thao tác dữ liệu; Hệ thống phân tích địa lý cung cấp các công cụ hỗ trợ phân tích; Hệ thống hiển thị bản đồ; Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu; Hệ thống phân tích thống kê và Hệ thống xử lý ảnh

c) Dữ liệu (Data)

Dữ liệu được ví như nguyên liệu để tạo ra GIS, gồm các các dữ liệu không gian,

dữ liệu thuộc tính phản ánh vị trí địa lý, thuộc tính, mối quan hệ không gian và thời gian của các đối tượng Dữ liệu là thành phần quan trọng nhất của GIS, nó cũng chiếm nhiều kinh phí nhất trong hệ thống (có thể chiểm đến 70% giá trị của một dự án ứng dụng GIS)

Dữ liệu không gian là những mô tả hình ảnh không gian (bản đồ) được số hóa theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính có thể hiểu được Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc là dữ liệu Vector và dữ liệu Raster

Dữ liệu thuộc tính được trình bày dưới dạng các ký tự, số hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của đối tượng

Dữ liệu GIS được nhập vào từ nhiều nguồn khác nhau, từ dữ liệu có sẵn, dữ liệu dạng số, dữ liệu bản đồ giấy, dữ liệu thu được thông qua thiết bị GPS, dữ liệu ảnh viễn thám, dữ liệu điều tra, thống kê,

d) Phương pháp (Methods)

Phương pháp đóng vai trò rất quan trọng, sẽ đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống và quyết định sự thành công của một dự án GIS Thành phần phương pháp bao gồm kỹ thuật và các thao tác được sử dụng để nhập, quản lý, phân tích và thể hiện các

dữ liệu không gian và bảo đảm chất lượng của nó (số hoá, xây dựng CSDL, phân tích không gian, xây dựng bản đồ, metadata)

e) Con người (People)

Gồm những người sử dụng, thiết kế, xây dựng, duy trì và bảo dưỡng chương trình của GIS, cung cấp dữ liệu, giải thích và báo cáo kết quả Thành phần con người thường được chia làm 3 nhóm: Nhóm thu thập dữ liệu, nhóm kỹ thuật và nhóm cán bộ quản lý

1.5 Các đặc điểm của GIS

GIS là một hệ thống thông tin Giống như các hệ thống thông tin khác, GIS bao gồm các hợp phần: hệ thống thiết bị phần cứng (máy tính, các thiết bị đầu vào, các thiết

bị đầu ra); hệ thống phần mềm (phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần mềm ứng dụng); hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống cập nhật thông tin; hệ thống cơ sở dữ liệu; hệ thống hiển thị thông tin và giao diện với người sử dụng

Tuy nhiên, GIS có sự khác biệt với các hệ thống thông tin khác ở chỗ chỉ có GIS mới có khả năng phân tích các dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính) Đây cũng

chính là đặc điểm nổi bật của GIS, thể hiện cụ thể ở 3 đặc điểm chính: khả năng chồng xếp các lớp bản đồ, khả năng phân tích không gian và khả năng phân loại thuộc tính

a) Khả năng chồng xếp bản đồ (Map Overlaying)

Chồng xếp các lớp bản đồ là một đặc tính nổi bật của GIS trong việc phân tích các

dữ liệu địa lý Việc chồng xếp các lớp bản đồ có thể tạo thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ trước đây

Chồng xếp bản đồ cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai hoặc nhiều lớp dữ liệu khác nhau Điều này tương tự như việc nhân hai (hoặc nhiều) ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn các bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới Dựa vào kỹ thuật chồng xếp các bản đồ ta có các phương pháp sau: phương pháp cộng (sum), phương pháp nhân (multiply), phương pháp trừ (substract), phương pháp chia (divide), phương pháp tính trung bình (average), phương pháp hàm số mũ (exponent), phương pháp che (cover) và phương pháp tổ hợp (crosstabulation)

Hình 1.3: Nguyên lý chồng xếp các lớp bản đồ trong GIS

sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, chúng ta tiến hành chồng xếp hai lớp bản đồ Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt, chứ không được lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon” Bài toán cho thấy hai lớp được đưa vào chồng xếp phải có sự thống nhất với nhau, thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ

Quá trình chồng xếp thường được tiến hành qua 2 bước: Bước 1- Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng xếp hai lớp bản đồ tại giao điểm này; Bước 2 - Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ

b) Khả năng phân tích không gian (Spatial Analysis)

Phân tích không gian là đặc điểm, đồng thời cũng là chức năng rất quan trọng của GIS Đặc điểm này tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các hệ thống thông tin khác Phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ họa theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng

Khả năng phân tích không gian GIS bao gồm 4 chức năng cơ bản: tìm kiếm không gian, nội suy không gian, phân tích vùng đệm và tính diện tích

(1) Tìm kiếm không gian (Searching)

Là khả năng phân tích các dữ liệu địa lý của GIS giúp người sử dụng tìm kiếm các phương án không gian theo yêu cầu nhất định Ví dụ: Tìm đường đi trên xe taxi, tìm khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm A và B, tìm đặc tính của một khu đất, theo dõi hướng bay của các loài chim di cư,

Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồ họa Phần đồ họa này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Dữ liệu không gian trong GIS cho phép chúng ta xác định được vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của đối tượng Muốn tìm kiếm đối tượng nào đó ta cần xác định địa chỉ của đối tượng cần tìm kiếm GIS có khả năng phân tích, tham chiếu các thông tin không gian để đưa ra kết quả cần tìm kiếm

Nếu dữ liệu được mã hoá trong hệ vector sử dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ, thì dữ liệu được nhóm lại với nhau sao cho có thể tìm kiếm các lớp thông tin một cách dễ dàng Trong GISthường hay sử dụng các phép logic để tìm kiếm Các thủ tục tìm kiếm

dữ liệu sử dụng các thuật toán logic Boole để thao tác trên các thuộc tính và đặc tính không gian Đại số Boole sử dụng các toán tử And, Or, Not tùy từng điều kiện cụ thể cho giá trị đúng, sai

Một ví dụ cho việc tìm kiếm không gian GIS: Khi có 2 bản đồ A và B như hình

dưới với thuật toán “and” và điều kiện “Tìm những nơi có đất phù sa trồng ngô” ta tìm

kiếm được những đối tượng không gian như bản đồ C

Lúa

Ngô

Hoa màu

Đất phù sa Đất phèn

Bản đồ A

Bản đồ C Bản đồ B

Đất phèn trồng hoa màu

Đất phù sa trồng ngô

Hình 1.4: Ví dụ về việc tìm kiếm không gian trong GIS

(2) Nội suy không gian (Spatial Interpolation)

Trên thực tế khi phân tích các đối tượng không gian chúng ta thường gặp tình huống thông tin phân tích bị thiếu (số lượng điểm lấy mẫu ít, thiếu dữ liệu không gian cho các điểm, vùng, ) Trong trường hợp này cần phải sử dụng đến phép nội suy không gian Nghĩa là phải giải đoán giá trị hay tập giá trị mới, phần này mô tả nội suy hướng điểm, có nghĩa một hay nhiều điểm trong không gian được sử dụng để phát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi không đo trực tiếp được dữ liệu Các dữ liệu nội suy có mối quan hệ không gian với nhau, tức là các điểm gần nhau thì “giống” nhau nhiều hơn so với những điểm ở xa

Phương pháp nội suy không gian GIS hiện nay được sử dụng khá rộng rãi trong các bài toán phân tích không gian Chẳng hạn như trong các trung tâm dự báo về thời tiết (các bản đồ dự báo xây dựng từ các trạm thuỷ văn, xây dựng các bản đồ mưa, nhiệt), trong lĩnh vực tài nguyên môi trường (xây dựng các bản đồ vùng ô nhiễm, bản đồ phân loại đất, bản đồ độ chua, ) Hình 1.5 là một ví dụ về nội suy không gian: Từ các điểm khảo sát mực nước ngầm ở khu vực đồng bằng Tây Bắc của Trung Quốc, ứng dụng mô hình nội suy thống kê bằng phần mềm ArcGis để xây dựng bản đồ phân cấp mực nước ngầm, qua đó xây dựng được các vùng phân bố của mực nước ngầm phục vụ cho công tác xây dựng, dự báo sử dụng tài nguyên nước

Hình 1.5: Ví dụ về việc nội suy không gian trong GIS (Nguồn Yong Xiao, 2013)

Có nhiều phương pháp nội suy không gian, tiêu biểu như: Phương pháp InverseDistance Weighting (IDW), phương pháp nội suy Spline, phương pháp nội suy Kriging, phương pháp nội suy bằng mô hình TIN

(3) Phân tích vùng đệm (Buffer zone)

Nếu đường biên bên trong thì gọi là lõi còn nếu bên ngoài đường biên thì gọi là đệm (buffer) Vùng đệm sử dụng nhiều thao tác phân tích và mô hình hoá không gian GIS Phân

tích vùng đệm được hiểu là phương pháp truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với đối tượng kia Phương pháp phân tích vùng đệm được chia làm nhiều loại khác nhau nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:

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

- Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan hệ đặc biệt với các đối tượng gốc;

- Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tính

Một số phép toán phân tích vùng đệm thông dụng như: tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác, tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác, tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác,

(4) Tính diện tích (Area Calculation)

Thông thường để tính diện tích của đối tượng dạng vùng ta thường áp dụng các phương pháp thủ công như: đếm ô, cân trọng lượng, đo thước tỷ lệ, GIS cho phép tự

động tính toán diện tích các vùng một cách đơn giản Đối với dữ liệu Vector, GIS thường chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác để tính diện tích Đối với các dữ liệu Raster, GIS tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ

1.6 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS

GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính, có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như là: quản lý tài nguyên, giám sát môi trường, dự báo thiên tai, quy hoạch lãnh thổ, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình giao thông, quản lý nhân khẩu, cứu hoả, Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động

Sau đây là ví dụ ứng dụng GIS trong một số lĩnh vực cụ thể:

- Môi trường: GIS có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực môi trường Với mức đơn

giản nhất, người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ đánh giá vị trí và thuộc tính của cây rừng, đánh giá mức độ ô nhiễm từ nguồn xả thải Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất, sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì

mô hình dữ liệu dạng ảnh có khuynh hướng chiếm ưu thế

- Khí tượng thuỷ văn: Trong lĩnh vực này, GIS được dùng như là một hệ thống đáp

ứng nhanh, phục vụ dự báo và phòng chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy ngầm, xác định mức độ ngập lụt, xác định hướng

đi của cơn bão, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời

- Nông nghiệp: Những ứng dụng đặc trưng của GIS trong nông nghiệp như: giám

sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo nông sản, nghiên cứu đánh giá thích nghi cây trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước, quy hoạch hệ thống thủy lợi,

- Dịch vụ tài chính: GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như

là một ứng dụng đơn lẻ Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng Hiện nay, việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏi những

dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, thời tiết và giá trị tài sản

- Y tế: Ví dụ ứng dụng GIS để chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của

xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bùng phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

- Chính quyền địa phương: Chính quyền địa phương là một tổ chức sử dụng dữ liệu

không gian nhiều nhất Ngày nay, tất cả các cơ quan của chính quyền địa phương đều có thể ứng dụng các chức năng của GIS GIS có thể được sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

- Bán lẻ và phân phối: GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế - xã hội của

khách hàng trong một vùng nào đó Một vùng thích hợp cho việc xây dựng một siêu thị

có thể được tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị cạnh tranh GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn nhất

- Giao thông vận tải: GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải

Việc lập kế hoạch và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực Đặc biệt ứng dụng của GIS trong các phần mềm và thiết bị định vị dẫn đường đang là một ứng dụng quan trọng trong giao thông vận tải

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Trình bày hiểu biết của anh (chị) về GIS?

2 Trong xu thế cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 xu hướng phát triển của GIS sẽ diễn ra như thế nào? Anh (chị) hãy dự đoán các hướng ứng dụng mới của GIS

3 Trong các bộ phận cấu thành GIS (bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp và con người) theo anh (chị) thành phần nào quan trọng nhất, vì sao?

4 Sự khác biệt lớn nhất giữa GIS và các hệ thống thông tin khác là gì? Vì sao có thể nói khả năng phân tích không gian là đặc trưng nổi bật của GIS?

5 Anh (chị) hãy lấy một ví dụ và phân tích khả năng ứng dụng của GIS trong lĩnh vực chuyên ngành của mình?

Chương 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS

2.1 Khái quát về cơ sở dữ liệu GIS

Cơ sở dữ liệu (Database) dưới góc độ kỹ thuật được hiểu là một tập hợp thông tin

có cấu trúc Tuy nhiên, thuật ngữ này thường dùng trong công nghệ thông tin và nó được hiểu là một tập hợp liên kết các dữ liệu đủ lớn để lưu trên một thiết bị Dữ liệu này được duy trì dưới dạng một tập hợp các tập tin trong hệ điều hành hay được lưu trữ trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu GIS là một thành phần quan trọng nhất và được coi là “lõi” của GIS Tùy theo mục đích và yêu cầu của người dùng để thiết kế cơ sở dữ liệu (tổ chức và cấu trúc) có mức độ phức tạp khác nhau Cơ sở dữ liệu GIS bao gồm 2 thành phần là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (còn gọi là dữ liệu phi không gian)

Dữ liệu không gian là những mô tả hình ảnh không gian của đối tượng, chúng bao gồm tọa độ, vị trí, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định không gian của đối tượng trên bản đồ GIS dùng các dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi Dữ liệu thuộc tính mô tả số lượng, đặc tính, mối quan hệ của các đối tượng Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được liên kết với nhau thông qua mã (code) đối tượng, mã đối tượng có tính chất duy nhất

Dữ liệu GIS được quản lý bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System - DBMS) Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ

cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu

2.2 Cơ sở dữ liệu bản đồ

2.2.1 Khái niệm về bản đồ, mối quan hệ giữa bản đồ và GIS

Theo K A Salishev: “Bản đồ là khoa học về sự nghiên cứu và phản ánh sự phân bố không gian, sự phối hợp và sự liên kết lẫn nhau của các hiện tượng tự nhiên và xã hội (cả những biến đổi của chúng theo thời gian) bằng các mô hình ký hiệu hình tượng đặc biệt - sự biểu hiện bản đồ” Trong khái niệm bản đồ thường được đề cập đến khái niệm bản đồ địa lý Bản đồ địa lý là những biểu hiện thu nhỏ, được quy định về mặt toán học,

có tính chất hình ảnh, ký hiệu và được khái quát hoá bề mặt Trái đất lên trên mặt phẳng Bản đồ thường chứa hai dạng thông tin cơ bản: thông tin không gian mô tả hình dạng của các đối tượng địa lý và mối quan hệ không gian giữa chúng; thông tin thuộc tính mô tả các tính chất và số lượng, chất lượng, đặc tính của các đối tượng

Bản đồ được coi là nguồn dữ liệu quan trọng, là đầu vào và đầu ra, là nguyên liệu

và là sản phẩm của GIS Ngược lại, GIS đồng thời là công cụ đặc biệt tiện lợi và hiệu quả để thành lập, cập nhật, khai thác và sử dụng bản đồ

Cơ sở dữ liệu bản đồ trong GIS là cơ sở dữ liệu bản đồ số Bản đồ số là loại bản đồ được thành lập dưới dạng cơ sở dữ liệu máy tính trên cơ sở xử lý số liệu nhận được từ các thiết bị quét chuyên dụng, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, viễn thám hoặc số hóa các bản đồ giấy, trong đó toàn bộ thông tin về các đối tượng được mã hóa thành dữ liệu số Như vậy, khi xây dựng một dự án GIS, việc đầu tiên là phải tạo ra một cơ sở dữ liệu bản đồ số Để tự động hóa các bản đồ cần lưu trữ thông tin theo hệ thống cấu trúc cơ sở

dữ liệu rõ ràng, đảm bảo tính thống nhất và khoa học GIS có khả năng mô phỏng dữ liệu cho việc biểu diễn bản đồ trong máy tính đảm bảo các yêu cầu đó

2.2.2 Các tính chất của bản đồ

Bản đồ có ba đặc tính cơ bản sau đây:

a) Bản đồ được thành lập trên một cơ sở toán học nhất định

Cơ sở toán học của bản đồ nhằm thiết lập mối quan hệ hàm số giữa tọa độ địa lý của các điểm trên bề mặt đất và tọa độ vuông góc của các điểm tương ứng đó trên mặt phẳng, tức là trên bản đồ Cơ sở toán học của bản đồ gồm có: tỷ lệ bản đồ, các phép chiếu hình bản đồ, hệ tọa độ, phương hướng, hệ thống danh pháp, khung và bố cục bản

đồ Trong đó tỷ lệ bản đồ và phép chiếu hình bản đồ là hai yếu tố quan trọng nhất Khi xây dựng cở sở dữ liệu bản đồ trong GIS cần chú ý đến các yếu tố cơ sở toán học, đặc biệt là chọn lưới chiếu, tỷ lệ bản đồ phù hợp

b) Bản đồ sử dụng ngôn ngữ hình ảnh, ký hiệu

Các yếu tố địa hình, địa vật trên bề mặt đất rất phức tạp và đa dạng Có địa vật hình dạng giống nhau nhưng bản chất lại khác nhau, hoặc có hình dạng khác nhau, hoặc có hình dạng khác nhau nhưng lại có bản chất giống nhau, đồng thời lại có những đối tượng, hiện tượng mà ta không nhìn thấy được Vì vậy, để biểu diễn chúng trên bản đồ

ta phải sử dụng những ký hiệu đặc biệt, gọi là ký hiệu quy ước

Kí hiệu quy ước là tập hợp các hình vẽ, đồ thị, ghi chú và màu sắc dùng để biểu diễn hình dạng, kích thước, đặc tính và mối quan hệ của các đối tượng, hiện tượng trên mặt đất lên bản đồ Kí hiệu quy ước cung cấp cho người đọc bản đồ những hiểu biết về các hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội đồng thời thiết lập trên bản đồ một mô hình phản ánh thực tế khách quan của bề mặt Trái đất

c) Bản đồ có sự tổng quát hóa

Trên mặt đất, tồn tại rất nhiều chi tiết tự nhiên, kinh tế, văn hóa, xã hội mà ta không thể biểu diễn tất cả chúng trên bản đồ Mặt khác, khi tỷ lệ bản đồ càng nhỏ thì mức độ thu nhỏ càng lớn Vì vậy, những đối tượng, hiện tượng được đưa lên bản đồ cần phải được chọn lọc có ý thức, cần loại bỏ những đối tượng và những khía cạnh không cần

thiết, chỉ giữ lại và nêu bật những đối tượng, hiện tượng với những nét đặc trưng chủ yếu, điển hình, quan trọng nhất trên cơ sở mục đích, chủ đề, tỷ lệ bản đồ và đặc điểm lãnh thổ thể hiện Quá trình đó gọi là quá trình tổng quát hóa bản đồ

Tổng quát hóa bản đồ chỉ giữ lại và làm nổi bật những khía cạnh, những nét đặc trưng nhất của đối tượng, cho phép phân biệt được trên bản đồ những cái chủ yếu, cho phép ta hiểu được những hình ảnh rõ ràng và sâu sắc của lãnh thổ Tổng quát hóa, trừu tượng hóa bản đồ để nhận thức, đem đến cho bản đồ một phẩm chất mới, làm cho những bản đồ với mục đích, chủ đề, tỷ lệ khác nhau có nội dung khác nhau

2.2.3 Các yếu tố của bản đồ

Để thành lập và sử dụng các dạng bản đồ, không những phải hiểu rõ những tính chất đặc điểm của nó, mà còn phải phân biệt được các yếu tố hợp thành, hiểu rõ ý nghĩa, giá trị và tác dụng của từng yếu tố và mối liên hệ giữa chúng Mọi bản đồ đều bao gồm: Các yếu tố nội dung, cơ sở toán học, các yếu tố hỗ trợ và bổ sung

a) Các yếu tố nội dung của bản đồ

Sự thể hiện nội dung bản đồ bằng các phương pháp biểu thị thông qua hệ thống ký hiệu quy ước là bộ phận chủ yếu của bản đồ, bao gồm các thông tin về các đối tượng và các hiện tượng được biểu đạt trên bản đồ: sự phân bố, các tính chất, những mối liên hệ,

sự biến đổi của chúng theo thời gian Những thông tin đó chính là nội dung của bản đồ

Ví dụ, các yếu tố nội dung bản đồ địa hình là: thuỷ hệ, các điểm dân cư, dáng đất, lớp phủ thực vật, mạng lưới các đường giao thông và thông tin, một số đối tượng kinh tế công, nông nghiệp và văn hoá, sự phân chia hành chính, chính trị Các yếu tố nội dung của bản đồ chuyên đề thì phụ thuộc vào đề tài cụ thể của nó

Khi thể hiện nội dung bản đồ phải phân biệt nội dung chứa đựng trong đó và hình thức truyền đạt nội dung thông qua hệ thống ký hiệu bản đồ

b) Yếu tố cơ sở toán học bản đồ

Các quy luật hình học của sự biểu thị bản đồ phụ thuộc vào cơ sở toán học của bản

đồ, bao gồm: mô hình toán học biểu diễn bề mặt Trái đất, tỷ lệ bản đồ, phép chiếu bản đồ; mạng lưới khống chế trắc địa, phương hướng và bố cục của bản đồ

Mô hình toán học biểu diễn hình dạng bề mặt Trái đất là cơ sở toán học để xây dựng các phép chiếu và lưới chiếu bản đồ Tỷ lệ bản đồ phản ánh mức độ thu nhỏ của các đối tượng trên bản đồ so với ngoài thực địa Tỷ lệ bản đồ cũng là yếu tố để tính toán các phương pháp biểu diễn bản đồ, mức độ tổng quát hóa của sự vật hiện tượng

Bản chất của phép chiếu bản đồ là sự phụ thuộc hàm số giữa tọa độ điểm của bề mặt Ellipsoid Trái đất và hình chiếu của nó trên mặt phẳng Hệ thống lưới tọa độ là cơ sở của mọi bản đồ địa lý Các công tác thành lập bản đồ bao giờ cũng được bắt đầu từ việc dựng lưới tọa độ và khi sử dụng bản đồ thì mạng lưới tọa độ chính là cơ sở tiến hành những đo đạc khác nhau trên bản đồ

Mạng lưới các điểm trắc địa bảo đảm cho việc chuyển từ bề mặt tự nhiên của mặt đất lên bề mặt Ellipsoid và đảm bảo cho việc xác định vị trí chính xác của các yếu tố địa

lý của bản đồ so với mạng lưới tọa độ, mạng lưới trắc địa thường được thể hiện trên các bản đồ địa hình

Ngoài ra, bố cục bản đồ bao gồm khung bản đồ, sự định hướng và bố trí lãnh thổ bản đồ trong khung, sự phân mảnh đánh số bản đồ cũng là các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ

đó của nội dung bản đồ

Ngoài ra, bố cục bản đồ (bao gồm khung bản đồ, sự định hướng và sự bố trí lãnh thổ bản đồ trong khung), sự phân chia các bản đồ có kích thước lớn thành các mảnh và

hệ thống đánh số các mảnh cũng là các yếu tố cơ sở toán học của bản đồ

2.2.4 Hệ quy chiếu và hệ tọa độ dùng ở Việt Nam

Khi xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ, đặc biệt là bản đồ số trong GIS cần chú ý đến hệ quy chiếu và hệ tọa độ sử dụng Mỗi một loại bản đồ đều có hệ quy chiếu riêng phù hợp với từng lãnh thổ Để sử dụng được hết các chức năng của GIS cơ sở dữ liệu bản đồ (đầu vào) phải đảm bảo tính đồng nhất về hệ quy chiếu và hệ tọa độ

Hệ tọa độ là phương tiện để biểu diễn vị trí các điểm trên mặt đất, ngoài không gian theo những quy định, quy ước nhất định Thông thường trong GIS ta thường đề cập đến

2 dạng hệ tọa độ là Hệ tọa độ địa lý và Hệ tọa độ quy chiếu

Hệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên Trái đất Vì đây là hệ tọa độ gắn liền với trục Trái đất nên để xác định vị trí của đối tượng người ta chia bề mặt Trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến Giao điểm giữa kinh tuyến và vĩ tuyến tạo thành các ô lưới Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị tọa độ là kinh độ và vĩ độ

Để thuận tiện cho sử dụng người ta phải nghiên cứu cách thể hiện bề mặt Trái đất lên trên mặt phẳng của bản đồ Do đó phải thực hiện phép chiếu bề mặt cong của Trái đất lên mặt phẳng và hệ tọa độ quy chiếu ra đời Hệ tọa độ này luôn lấy hệ tọa độ địa lý

làm cơ sở Hệ tọa độ quy chiếu được đặc trưng bởi hai trục x, y theo phương ngang và thẳng đứng Gốc tọa độ là giao điểm của hai trục này Hai trục giao nhau đồng thời chia mặt phẳng làm 4 phần tương ứng với 4 phần trong hệ tọa độ địa lý Một điểm trên mặt được xác định được xác định bởi cặp giá trị (x, y)

Các hệ tọa độ được xây dựng trong một hệ quy chiếu nhất định Vì vậy, cùng là tọa

độ của một điểm nhưng ở các hệ quy chiếu khác nhau sẽ có giá trị khác nhau Xác định

hệ quy chiếu chính là xác định hình dạng, kích thước, các thông số vật lý của Trái đất và định vị mô hình Trái đất sao cho phù hợp với lãnh thổ (hoặc khu vực) nào đó Mỗi một quốc gia đều ban hành một hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia riêng

Ở Việt Nam, từ năm 2000 cơ sở dữ liệu bản đồ GIS dùng cho lãnh thổ Việt Nam thống nhất sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 Theo đó, lựa chọn hệ quy chiếu quốc tế WGS-84 toàn cầu làm ellipsoid quy chiếu quốc gia, lựa chọn điểm gốc tọa độ N00 đặt tại Viện Nghiên cứu Địa chính (Hà Nội) làm điểm gốc tọa độ quốc gia, lựa chọn lưới chiếu tọa độ UTM quốc tế là lưới chiếu tọa độ phẳng quốc gia Việc chia múi và phân mảnh bản đồ dựa vào hệ thống lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế

2.3 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS

Có hai dạng cấu trúc cơ sở dữ liệu cơ bản trong GIS là cơ sở dữ liệu không gian và

cơ sở dữ liệu thuộc tính Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là: dữ liệu

không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL) và

có quan hệ chặt chẽ với nhau

2.3.1 Cơ sở dữ liệu không gian

Đây là dạng dữ liệu cơ bản của một GIS Dạng dữ liệu này bao gồm các thông tin

có tính đồ họa chỉ rõ hình dạng, phạm vi không gian, vị trí địa lý của một thực thể trong thế giới thực được khái quát hóa thành các đặc tính địa lý như điểm, đường hay vùng trên bản đồ Trong máy tính số, dữ liệu không gian của các thực thể có thể được biểu diễn theo hai mô hình Raster và Vector

Các đối tượng không gian trong GIS được nhóm theo ba loại đối tượng: điểm (poit), đường (line) và vùng (polygon):

- Điểm dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng điểm như: các điểm dân

cư, nhà máy, trụ điện, trường học, công viên, Phương pháp biểu diễn thường dùng các

ký hiệu (hình vẽ, biểu tượng, hình học, chữ viết) đặt vào đúng vị trí của đối tượng trên bản đồ

- Đường dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng tuyến (đường) như: đường giao thông, sông ngòi đường ranh giới tiếp giáp, Các ký hiệu đường phản ánh được sự đồng dạng và hướng của đối tượng, nhưng không thể hiện được tỉ lệ độ lớn của đối tượng

- Vùng dùng để biểu diễn các đối tượng phân bố theo dạng vùng trên một diện tích nhất định như: vùng hành chính, vùng trồng lúa, vùng nuôi tôm, vùng ô nhiễm, Các

ký hiệu vùng phản ánh được cả về vị trí, hình dạng và kích thước của đối tượng

Trong mỗi kiểu cấu trúc dữ liệu, cách tổ chức dữ liệu cho ba đối tượng không gian trên khác nhau Tùy tỷ lệ hoặc mức độ chi tiết mà các đối tượng không gian được thiết

kế khác nhau Ở tỷ lệ nhỏ nhiều khi điểm là cả một vùng (trường học, bệnh viện, sân vận động, ) Ba đối tượng không gian dù ở mô hình cấu trúc dữ liệu GIS nào đều có một điểm chung là vị trí của chúng đều được ghi nhận bằng giá trị tọa độ trong một hệ tọa độ nào đó tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho Trái đất

2.3.2 Cơ sở dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng Dữ liệu thuộc tính

có thể là định tính (qualitative) - mô tả chất lượng hay là định lượng (quantative) - mô tả

số lượng Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong CSDL, GIS đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối tượng thông qua các bảng số liệu Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó

Hình 2.1: Cấu trúc bảng dữ liệu thuộc tính

a) Các loại dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa

lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ CSDL thuộc tính GIS thường có 4 loại cơ bản:

- Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ liệu

này được xử lý theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc và phân tích Chúng được liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã địa

lý và được lưu trữ trong cả hai mảng đồ thị và phi đồ thị GIS có thể xử lý các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ chuyên đề trên cơ sở các giá trị thuộc tính Các thông tin thuộc tính này cũng có thể được hiển thị như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các thuộc tính đó như là các

ký hiệu bản đồ

- Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một vị trí

xác định Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trường, liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống Tuy nhiên, các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng

- Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên quan

đến các đối tượng địa lý, được lưu trữ trong GIS để chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu trên

cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định Một chỉ số địa lý có thể bao gồm nhiều dữ liệu xác định cho các thực thể sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý

- Quan hệ không gian giữa các đối tượng: Dữ liệu thuộc tính luôn có mối quan hệ

không gian giữa các đối tượng, đặc tính này rất quan trọng cho các chức năng xử lý của GIS Các mối quan hệ không gian có thể đơn giản hay phức tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo giữa các đối tượng

b) Tổ chức cấu trúc dữ liệu thuộc tính

Các dữ liệu thuộc tính trong GIS thường rất lớn và lưu trữ ở các dạng file khác nhau nên tương đối phức tạp Do vậy để quản lý, người ta phải xây dựng tổ chức các cấu trúc chặt chẽ cho các CSDL Có 3 dạng cấu trúc CSDL thuộc tính sau:

(1) Cấu trúc phân nhánh (hierarchical data structure)

Cấu trúc phân nhánh thường sử dụng cho các dữ liệu được phân cấp theo quan hệ mẹ-con hoặc 1- n Cấu trúc này rất thuận lợi cho việc truy cập theo từ khóa nhưng nếu muốn tìm kiếm theo hệ thống thì tương đối khó khăn Hệ thống rất dễ dàng được mở rộng bằng cách thêm nhánh nhưng rất khó sửa đổi toàn bộ cấu trúc hệ Một bất cập khác của cấu trúc dữ liệu kiểu này là phải duy trì các file chỉ số lớn (index) và những giá trị thuộc tính phải lặp đi lặp lại ở các cấp Điều này làm dư thừa dữ liệu, tăng chi phí lưu trữ và thời gian truy cập

(2) Cấu trúc mạng (network system)

Cấu trúc mạng thường hay sử dụng cho các dữ liệu địa lý có nhiều thuộc tính và mỗi thuộc tính thì lại liên kết với nhiều đối tượng Cấu trúc mạng rất tiện lợi khi thể

hiện các mối quan hệ n - n, giúp cho việc tìm kiếm thông tin tương đối mềm dẻo, nhanh chóng, tránh dữ liệu thừa Tuy nhiên, đây là một hệ cấu trúc phức tạp, tương đối khó thiết kế, cần phải xác định rõ các mối quan hệ để tránh nhầm lẫn

(3) Cấu trúc quan hệ (relation structure)

Dữ liệu được lưu trữ trong các bản ghi (record) gọi là bộ (tuple), là tập hợp các thông tin của một đối tượng theo một khuôn mẫu quy định trước Các bộ tập hợp thành một bảng hai chiều gọi là một quan hệ Như vậy, mỗi cột trong quan hệ thể hiện một thuộc tính Mỗi một record có một mã index để nhận dạng và như vậy có thể liên kết qua các bảng quan hệ với nhau thông qua mã index

Cấu trúc quan hệ có thể tìm kiếm, truy cập đối tượng nhanh chóng và linh động bằng nhiều khóa khác nhau Có thể tổ chức, bổ sung dữ liệu tương đối dễ dàng vì đây

là những dạng bảng đơn giản Số lượng liên kết không bị hạn chế và không gây nhầm lẫn như trong quan hệ mạng Do vậy, không cần lưu trữ dư thừa Tuy nhiên, chính vì không có con trỏ nên việc thao tác tuần tự trên các file để tìm kiếm, truy cập sẽ mất nhiều thời gian

2.4 Các mô hình dữ liệu không gian

2.4.1 Mô hình dữ liệu Vector

a) Khái quát về mô hình dữ liệu Vector

Xét về mặt toán học, vector là một đoạn thẳng có hướng và có độ dài nhất định, vị trí của đối tượng không gian được ghi nhận chích xác bằng các tọa độ x, y trong một hệ tọa độ tham chiếu với hệ tọa độ dùng cho Trái đất Mô hình dữ liệu vector mô tả vị trí

và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng

Trong GIS mô hình dữ liệu vector được biểu diễn bởi 3 dạng đối tượng: đối tượng

dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay

polygon) Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ x, y Đường là một chuỗi các cặp tọa độ x, y liên tục Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ x, y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau phản ảnh bởi đường bao khép kín Mô hình dữ liệu vector coi vật thể tự nhiên là tập hợp các thực thể không gian cơ sở (điểm, đường và vùng) và tổ hợp giữa các thực thể này Các thực thể sơ cấp này được thành lập trên cơ sở các cặp tọa độ của các điểm trong một hệ tọa độ nhất định

- Dạng đối tượng điểm (point): Trong mô hình vector, điểm (thực thể địa lý) được

thể hiện như một vector có độ dài bằng không (không thể hiện chiều dài và diện tích) và

vị trí của nó được xác định bởi một cặp tọa độ (x, y) đơn nhất Ngoài ra, các dữ liệu mô

tả điểm như ký hiệu, tên gọi, cũng được lưu trữ cùng với cặp tọa độ Trên những bản

đồ tỷ lệ nhỏ, xét về khía cạnh tổng quát hóa các đối tượng vùng có thể được thể hiện bằng một điểm (ví dụ điểm trường học, điểm bệnh viện, )

- Dạng đối tượng đường (line): Đường được định nghĩa như là tập hợp các thực

thể địa lý được xác định bằng những đoạn thẳng có ít nhất hai hay nhiều cặp tọa độ Đường đơn giản nhất là đường nối giữa hai điểm bất kỳ có tọa độ (xi, yi) và (xj, yj) và

có thể kèm theo dữ liệu ký hiệu thể hiện nó trên bản đồ Điểm xuất phát và điểm kết thúc của đường gọi là nút (node) Một cung (arc), một kênh (chain) hay một chuỗi (string) là tập hợp của n cặp tọa độ biểu thị một đường cong phức tạp và liên tục Dạng đối tượng đường trong mô hình dữ liệu vector có hướng và có độ dài, chúng được ghi nhận hướng của đường theo một trật tự nhất định, có thể là bắt đầu từ nút i

và kết thúc là nút j bất kỳ

Đường có thể tồn tại kiểu đường thẳng, đường cong hoặc mạng lưới Đường thẳng

là kiểu đơn giản nhất được tạo thành bởi hai điểm có tọa độ Đường cong hay còn gọi

là đường gấp khúc tạo nên bằng các đoạn thẳng nhỏ Các đoạn thẳng nhỏ này được nối với nhau tại các điểm trung gian gọi là vertex và tọa độ của chúng cũng được ghi nhận trong GIS Mạng lưới đường (line network) là tổ hợp các đoạn thẳng có mối quan hệ mạng lưới với nhau, chúng liên kết với nhau thông qua các điểm nút (node) Các node cho biết hướng và xác định góc mà mỗi đoạn cong gắn vào nút, tạo thành mối quan hệ không gian cho toàn bộ mạng lưới (topology) Trong thực tế các đối tượng được biểu diễn bằng mạng lưới đường khá điển hình như hệ thống sông ngòi, hệ thống đường giao thông,

Hình 2.2: Dạng đối tượng điểm, đường và vùng trong mô hình dữ liệu vector

- Dạng đối tượng vùng (polygon): Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều Đối

tượng không gian dạng vùng trong mô hình dữ liệu vector được thể hiện là một đa giác (polygon) khép kín bởi các đường Vậy vùng là tổ hợp của đường khép kín nên tọa độ của vùng tại ranh giới vùng chính là tọa độ của các điểm (nút hoặc vertex) nằm trong các đường hình thành nên vùng Khi có bất kỳ tọa độ nào nằm trong vùng mà không được ghi nhận trong cơ sở dữ liệu vùng, GIS có thể cho phép đưa ra tọa độ của chúng bằng các modul nội suy một cách nhanh chóng và chính xác Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay tập hợp của nhiều đa giác đơn giản Do một vùng được cấu tạo từ các đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác phải ghi lại được sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên đa giác

b) Phân loại cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng

Trong 3 dạng đối tượng của mô hình dữ liệu vector, đối tượng dạng vùng có cấu trúc phức tạp nhất, mức độ sử dụng thường xuyên hơn đổi tượng điểm và đường

Mục đích của cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng là nhằm biểu thị được các tính chất topo không gian của các thực thể phân bố theo diện (như hình dạng, quan hệ kề cận và phân cấp) Trên bản đồ cấu trúc dữ liệu vector dạng vùng thường được thể hiện bằng hệ thống mạng lưới các vùng Mỗi một vùng sơ cấp trên bản đồ sẽ có một giá trị diện tích, chu vi và hình dạng duy nhất Các dữ liệu vùng phải kèm theo dữ liệu về các thực thể giáp ranh tương tự như mạng lưới đường Các vùng khác nhau trong một bản đồ chuyên dụng không nhất thiết phải được thể hiện đồng mức Các vùng kích thước nhỏ có thể nằm gọn trong các vùng lớn

Trong mô hình dữ liệu vector các phương pháp để thể hiện đối tượng dạng vùng có thể được phân loại như: thể hiện bằng các đa giác thông thường; thể hiện bằng điểm tương ứng duy nhất cho từng đa giác, chứa các cặp tọa độ của các đỉnh; thể hiện thành một hệ thống với các quan hệ topo rõ ràng; và cấu trúc mạng topo

a) Cấu trúc bên trong của vùng b) Cấu trúc đường bao của vùng

Hình 2.3: Cấu trúc vector dạng vùng

- Vùng thể hiện bằng các đa giác thông thường: Phương pháp đơn giản nhất để thể

hiện một đa giác là mở rộng cách lưu trữ đường cong như là một tập hợp các cặp tọa độ

(x, y) trên đường biên của đa giác Tên hay ký hiệu của vùng mà đa giác đại diện được lưu trữ dưới dạng các ký tự văn bản (text) để người sử dụng biết thông tin riêng của vùng Mặc dù đây là cách biểu thị đơn giản nhưng nó còn tồn tại nhiều nhược điểm, như: các đường biên của các vùng kề nhau phải được số hóa và lưu trữ hai lần, điều này rất dễ tạo ra sai số khi ghép biên và sinh ra các vùng nhỏ mới không có ý nghĩa giữa các đường biên chung; không có thông tin về các quan hệ tiếp giáp; không thể hiện được sự hiện diện của các đa giác con nằm bên trong một đa giác lớn khác; sẽ rất khó khăn khi muốn kiểm tra được các lỗi trên các đường biên như đường biên không khép kín, đa giác có cạnh cắt chéo vào phía trong hay không,

- Vùng thể hiện bằng các điểm tọa độ lưu trữ theo thứ tự: Trong loại lưu trữ này,

các cặp tọa độ điểm được đánh số liên tiếp theo một hướng nhất định và cũng được gắn với một chỉ số cho biết điểm đó thuộc về vùng nào đó Loại dữ liệu này tránh được sự trùng lặp lưu trữ các đường biên của đa giác nhưng các vấn đề về truy xét lân cận và nhận biết bao trùm vẫn không giải quyết được

- Vùng với cấu trúc topo riêng: Loại lưu trữ dữ liệu không gian này có một bảng dữ

liệu riêng biệt để chứa các thông tin về thành phần các đường trong từng vùng (hình 2.4) Loại cấu trúc dữ liệu vector này vẫn chưa tạo điều kiện tốt cho việc phân tích dữ liệu (chồng xếp hay tìm kiếm) và vẫn còn phải lưu trữ nhiều dữ liệu thừa

Hình 2.4: Vùng với cấu trúc topo riêng biệt

- Vùng với cấu trúc mạng topo hoàn chỉnh: là loại cấu trúc vector được sử dụng

trong hầu hết các phần mềm vector GIS hiện nay Nó được trình bày trực quan như trong sơ đồ Hình 2.5 Cấu trúc vùng với mạng topo hoàn chỉnh này cho phép giải quyết vấn đề các vùng con nằm trong vùng lớn, vấn đề xử lý các sai số đường biên và vùng tiếp giáp,

Hình 2.5: Vùng với cấu trúc topo mạng đầy đủ

c) Quan hệ trong cấu trúc mạng vector

(1) Cấu trúc dữ liệu cung - nút (arc - node)

Khi vẽ các đường bao của các thửa đất liền kề chúng ta không muốn vẽ lại các cạnh dùng chung Ứng dụng tương tự như vậy cũng được áp dụng trong máy tính để lưu giữ đường bao thửa Việc lặp lại tọa độ cho một điểm dùng chung của nhiều đường là không hiệu quả, bởi vì điểm sẽ phải lưu giữ nhiều lần Cách hiệu quả nhất để lưu giữ dữ liệu vector là cấu trúc dữ liệu cung - nút

Cấu trúc dữ liệu cung - nút lưu giữ và tham chiếu đến dữ liệu theo cách điểm nút sẽ xác định cung, còn cung sẽ xác định các vùng Điểm nút là hai điểm đầu và cuối của một cung; điểm nút còn dùng để kết nối hai hay nhiều cung Cung là đoạn đường nằm giữa hai điểm nút Cung hình thành từ hai điểm nút và một dãy các điểm thể hiện hình dạng của cung gọi là vertices Điểm nút và vertices được biểu diễn bằng các tọa độ (x, y)

Trong ví dụ (Hình 2.6), vùng A và B được biểu diễn bằng một dãy các tọa độ liên kết, các điểm nút được tạo ở những chỗ các đường giao nhau, cung được tạo ra giữa các điểm nút, các vertices thể hiện hình dạng của cung Vùng A được tạo thành từ 6 điểm nút (1, 2, 3, 4, 5, 6) và 6 cung (a, b, c, d, e, f) Vùng B được tạo thành từ 7 điểm nút (1,

7, 8, 9, 10, 5, 6) và 7 cung (g, h, i k, l, e, f) Hai vùng A và B có chung điểm nút 1, 6, 5

và cùng chung cung e, f

Hình 2.6: Cấu trúc dữ liệu cung - nút (Arc - node)

(2) Cấu trúc dữ liệu dạng Topology

Trong bản đồ số, mối quan hệ không gian giữa các đối tượng trên bản đồ gọi là topology Đối với một bản đồ, topology cho biết sự liên tục giữa các đối tượng, chỉ ra các vùng kề nhau và có thể xác định được một đối tượng như một vùng là một tập hợp của một loại đối tượng khác Topology hàm ẩn việc khai báo các quan hệ không gian Nguyên lý làm việc biểu thị mối quan hệ không gian được thể hiện dưới dạng các “danh sách” Tạo và lưu giữ quan hệ Topology có nhiều lợi thế Dữ liệu được lưu trữ hiệu quả,

do vậy tập dữ liệu lớn vẫn được xử lý nhanh Topology làm đơn giản các hàm phân tích như là lập mô hình luồng trong mạng, gộp các vùng có tính chất tương tự nằm liền kề, xác định các đặc trưng nằm kề bên nhau và chồng xếp các đối tượng địa lý,

Có 3 loại cấu trúc quan hệ Topology chủ yếu là: Các cung kết nối với nhau tại các nút (cung - nút), dùng để nhận biết mối liên kết giữa các đối tượng đường; Các cung kết nối bao quanh thành miền để định nghĩa một vùng (vùng - cung), dùng để xác định một đối tượng vùng; Các cung có hướng và kề cận trái, phải (trái - phải), dùng để nhận biết các vùng kế cận nhau

Cấu trúc quan hệ cung - nút hỗ trợ cấu trúc quan hệ Topology thể hiện ở 3 tính chất quan trọng là tính liên tục, tính tạo vùng và tính tiếp giáp

Tính liên tục (hay còn gọi là tính kết nối) cho phép xác định các đối tượng vùng

theo tuyến, như: mạng lưới đường giao thông trong vùng, dòng chảy các con sông trong cùng một lưu vực,

Vị trí tọa độ các điểm dọc theo một cung xác định hình dạng của cung đó Điểm cuối của cung gọi là điểm nút Trong cấu trúc dữ liệu cung - nút, một cung được định nghĩa bằng hai điểm, from - node là điểm bắt đầu của cung và to - node là điểm

mà cung kết thúc Các cung chỉ có thể nối được với nhau tại các điểm cuối của chúng (điểm nút) Để biết được cung nào nối với cung nào thì chương trình máy tính chỉ việc rà soát dữ liệu ở tất cả các nút Đây gọi là cung - nút Topology Cung - nút Topology sẽ liệt kê một danh sách cung - nút Danh sách này chứa thông tin về các điểm đầu và điểm cuối của từng cung Các cung kết nối với nhau sẽ có chung một số điểm nút

Tính tạo vùng thể hiện ở các cung hoặc đường nối lần lượt với nhau thành vòng

khép kín, bao quanh tạo thành một vùng Rất nhiều đối tượng địa lý mà ta muốn biểu diễn chiếm một diện tích cụ thể trên bề mặt Trái đất như hồ nước, thửa đất, Diện tích một vùng được hiển thị trên mô hình vector bằng đường bao của vùng Cách giải quyết này không được thỏa đáng, lấy ví dụ của hồ nước có đảo ở giữa làm ví dụ Thực

tế, hồ nước có hai đường bao, một đường là ranh giới ngoài và hòn đảo là ranh giới trong của nó Trong mô hình vector, hòn đảo khai báo đường bao trong của vùng Trong cấu trúc cung - nút, các cung liên kết bao quanh một vùng sẽ định nghĩa một vùng và các vùng được biểu diễn dưới dạng một danh sách các cung chứ không phải

là các tọa độ của vòng khép kín Máy tính lưu trữ danh sách các vùng cùng với các cung tạo thành mỗi vùng, gọi là polygon - Arc list, bên cạnh danh sách tọa độ các cung như thường lệ

Tính tiếp giáp thể hiện ở các cung đều có hướng phía trái và phía phải, chúng luôn

được gán chỉ số biểu thị cho các polygon ở bên phải và bên trái nó Hai đối tượng địa lý cùng dùng chung một đường bao được gọi là nằm kề nhau Khái niệm tiếp giáp là khái niệm của Topological cho phép mô hình dữ liệu vector xác định được các đối tượng nằm liền kề nhau Mỗi một cung đều được gán cho chỉ số hướng (điểm đầu và điểm cuối) nên có thể lưu trữ danh sách liệt kê các vùng nào nằm ở bên phải hoặc bên trái của từng cung, gọi là danh sách trái - phải Như vậy, ta có thể nhận ra các vùng nào tiếp giáp nhau nếu chúng có chung ít nhất một cung

d) Mở rộng mô hình dữ liệu vector

Cấu trúc dữ liệu Topology cho phép chúng ta định nghĩa các vùng và lập mô hình cho các kiểu phối hợp, liên kết và tiếp giáp Những kiểu kết hợp khác giữa các đối tượng địa lý là rất quan trọng, chúng thể hiện ở chỗ:

- Một đối tượng địa lý có thể là một đối tượng phức tạp Ví dụ: Một dạng cảnh quan được tạo thành từ các dạng địa hình, địa mạo, thổ nhưỡng, khí hậu và thảm thực vật khác nhau Một lưu vực sông được tạo thành bởi hệ thống chi lưu, phụ lưu, kết hợp với

hệ thống địa hình phức tạp

- Cùng là một đối tượng địa lý nhưng cũng có thể có những thay đổi theo thời gian, việc theo dõi được những thay đổi ấy là rất quan trọng Ví dụ lưu lượng xe trên đường giao thông thay đổi tùy theo thời gian, tăng mạnh vào những giờ cao điểm hay vào những ngày nghỉ cuối tuần

- Hai đối tượng địa lý của cùng một lớp đối tượng có thể chồng đè lên nhau Ví dụ: Hai dạng cảnh quan khác nhau được thể hiện bởi cùng một kiểu khí hậu

Như vậy, những khái niệm thông thường của mô hình dữ liệu vector không hỗ trợ

cho các kiểu dữ liệu kết hợp này Chỉ có hai đối tượng là vùng chồng khít (regions) và tuyến đường (routes) là hỗ trợ cho việc mô hình hóa những quan hệ phức tạp này

Vùng chồng khít hỗ trợ cho việc mô hình hóa các quan hệ phức tạp giữa các đối

tượng địa lý được hiển thị dưới dạng vùng Một trong những cơ sở lựa chọn để biểu diễn đối tượng địa lý dưới dạng vùng đó là vì các vùng không nằm đè lên nhau và hoàn toàn khép kín Điều kiện ràng buộc này hoàn toàn không có đối với vùng chồng khít Trong vùng chồng khít, các vùng biểu diễn các đối tượng địa lý có thể nằm tự do hay chồng lên nhau Một lý do nữa để chọn cách biểu diễn đối tượng địa

lý cho vùng chồng khít đó là biểu diễn bằng một vùng Điều này đã được mở rộng hơn đối với vùng chồng khít, tức là một đối tượng địa lý đơn có thể được biểu diễn bởi một số vùng Ví dụ: Quần đảo Trường Sa là một vùng chồng khít hình thành từ nhiều đảo (vùng)

Xây dựng vùng chồng khít từ các vùng cũng tương tự như xây dựng vùng từ các cung Trong khi vùng là danh sách của các cung, thì vùng chồng khít đơn giản là danh sách của các vùng Xây dựng các vùng chồng khít cũng tương tự như xây dựng vùng Trong khi các vùng cùng chia sẻ chung một cung thì các vùng chồng khít sẽ dùng chung một vùng nơi mà chúng nằm chồng lên nhau Vùng chồng khít đòi hỏi phải quản lý dữ liệu thật tốt bởi vì nó tích hợp nhiều loại đối tượng địa lý Quản lý các quan hệ giữa các đối tượng địa lý trong mô hình dữ liệu cũng cần phải được chú ý để có thể thực hiện được các phân tích phức tạp

Tuyến đường sẽ khai báo một lộ trình dọc theo một dãy các đối tượng dạng đường

Tuyến đường được hình thành từ cung: đi từ điểm này sang điểm khác, có thể là một vòng khép kín, có thể bị ngắt quãng như là một con đường bị sông chia cắt Đôi khi

tuyến đường bắt đầu từ một điểm nào đấy dọc theo cung, có nghĩa là chỉ có một phần của cung được sử dụng để khai báo điểm đầu và điểm cuối của tuyến đường Vùng được đưa vào để cho biết thông tin nơi nào thì tuyến đường bắt đầu và kết thúc Một vùng được biểu diễn bởi một hàng trong bảng mô tả tuyến đường, cung mà nó định vị và hai kiểu đo dọc theo cung Hai cột F-Meas và T-Meas dùng để mô tả khoảng cách dọc theo tuyến đường Hai cột F-Pos và T-Pos dùng để mô tả phần trăm sử dụng của cung

Hai kiểu sự kiện dọc theo tuyến đường là điểm sự kiện và đường sự kiện Điểm sự kiện mô tả vị trí của điểm dọc theo đường, như là trạm báo dừng hay điểm xảy ra tai nạn giao thông Chúng được định vị theo đơn vị đo dọc theo tuyến đường Đường sự kiện mô

tả vị trí của sự kiện dọc theo tuyến đường, như hiện trạng lớp trải mặt đường Chúng được định vị thành từng đoạn có điểm bắt đầu và điểm kết thúc dọc theo tuyến đường

2.4.2 Mô hình dữ liệu raster

a) Khái quát mô hình dữ liệu raster

Một file ảnh chụp về một đối tượng không gian qua máy ảnh kỹ thuật số hoặc dữ liệu ảnh vệ tinh là những ví dụ về dữ liệu raster Raster được định nghĩa như là ma trận không gian của các đơn vị ảnh (picture element) còn gọi là các pixel Các pixel có kích thước đồng nhất về mặt hình học, chúng là các ô vuông nhỏ và được xếp theo các dòng

và các cột giống như một lưới ô vuông (Hình 2.7)

Hình 2.7: Dữ liệu raster có cấu trúc pixel

Cấu trúc raster là một trong những cấu trúc dữ liệu đơn giản nhất trong GIS Cấu trúc raster còn được gọi là “tổ chức theo ô vuông của dữ liệu không gian” Pixel là phần

tử cơ sở của cấu trúc dữ liệu raster để biểu diễn một đặc trưng địa lý f (x, y) nào đó, giá trị của pixel chỉ tính chất của đối tượng không gian Giá trị số của pixel chính là mã được gắn cho đối tượng không gian (tức là mỗi đối tượng không gian có một mã nhất định) Giá trị bằng không thường là những pixel chỉ vùng ngoài khu vực nghiên cứu Ví dụ: Các đối tượng đất trồng lúa có mã bằng 1, đất trồng ngô có mã bằng 2, đất trồng mía

có mã bằng 3, đất trồng rau có mã bằng 4 (Hình 2.8)

Hình 2.8: Các đối tượng không gian được mã hoá trong mô hình Raster

Như vậy, mô hình raster biểu diễn không gian như là một ma trận số nguyên, mỗi một giá trị số nguyên đại diện cho một thuộc tính, vị trí của số nguyên chính là vị trí của đối tượng Ma trận không gian từ các ô ảnh này được mã hoá và lưu trữ trong máy tính theo quy luật nhất định thông qua vị trí của từng ô ảnh và được tham chiếu tới hệ tọa độ dùng cho Trái đất gọi là hệ tọa độ Cartsian theo hai trục x và y

Khác với mô hình dữ liệu vector, không gian cấu trúc dữ liệu dạng raster được chia thành các ô Vị trí của các đối tượng địa lý được xác định bởi vị trí dòng và cột Độ phân giải không gian được quyết định bởi kích thước các ô Trong cấu trúc dữ liệu raster các đối tượng địa lý cũng được thể hiện bằng các dạng điểm, đường và vùng

- Đối tượng điểm: được biểu diễn bằng một ô gồm một pixel hay nhiều pixel tùy

thuộc vào tỷ lệ ảnh

- Đối tượng đường: là tập hợp các ô lưới vuông có cùng giá trị f (x, y) nối tiếp nhau

và sắp xếp theo một hướng nhất định Trong cấu trúc dữ liệu raster đối tượng đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f (x, y) liên tiếp nhau và được xếp theo hàng, cột, như một ma trận điểm nên đường nét không trơn, có dạng zic - zac

- Đối tượng vùng: là tập hợp liên tục dày đặc các ô trải theo nhiều phương khác

nhau Vùng được xác định bằng một mảng gồm nhiều pixel có cùng giá trị thuộc tính f (x, y) trải rộng ra theo nhiều phương

Trên thực tế mỗi pixel có một cặp tọa độ (x, y) duy nhất Một đối tượng không gian

có kích thước nhỏ hơn một pixel, ví dụ lớn hơn một nửa pixel, sẽ được coi như là một pixel trọn vẹn, có giá trị về diện tích và tọa độ của chính pixel mà nó nằm trong Vì vậy,

độ phân giải của pixel đóng vai trò hết sức quan trọng về độ chính xác của dữ liệu raster Kích thước được chọn cho một ô lưới (pixel) của một vùng nghiên cứu phụ thuộc vào độ phân giải dữ liệu yêu cầu cho phân tích chi tiết Ô phải đủ nhỏ để nắm bắt chi tiết được yêu cầu, nhưng đủ lớn để bộ nhớ máy tính và phép toán phân tích có thể thực hiện hiệu quả

Hình 2.9: Đối tượng điểm, đường, vùng trong mô hình cấu trúc Raster

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý và phân tích, tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng, thuận lợi trong liên kết với dữ liệu viễn thám Cấu trúc raster có nhược điểm là kém chính xác về

vị trí không gian của đối tượng, khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thì sự sai lệch này càng tăng

Mô hình dữ liệu raster thích hợp trong mô tả các đối tượng, hiện tượng phân bố liên tục trong không gian (độ cao, nhiệt độ, loại hình sử dụng đất ), dùng để lưu giữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, hàng không, vũ trụ ) Một số dạng mô hình biểu diễn bề mặt như mô hình DEM (Digital Elevation Model), mô hình DTM (Digital Terrain Model), mô hình TIN (Triangulated Irregular Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster

b) Giá trị thuộc tính và độ phân giải của ảnh raster:

Mô hình dữ liệu raster đặc trương bởi dữ liệu ảnh Khi nghiên cứu dữ liệu raster ta thường đề cập đến giá trị thuộc tính và độ phân giải ảnh Giá trị thuộc tính và độ phân giải ảnh có mối quan hệ mật thiết với nhau

Giá trị thuộc tính dữ liệu raster gán cho ô sẽ định nghĩa phân lớp, nhóm, chủ đề hoặc giá trị đo được ở tại vị trí của ô Ô có thể có giá trị là số nguyên hoặc số thập phân Khi một giá trị số nguyên được sử dụng cho ô ảnh, nó có thể được dùng làm mã nhận dạng Có ba cách để xác định giá trị thuộc tính của ảnh Cách thứ nhất là phân loại mỗi chấm điểm của ảnh, mỗi nhóm các pixel được phân loại tương tự trở thành một đối tượng Cách thứ hai là đo giá trị màu của ảnh Cách thứ ba là xác định pixel tương đối với một điểm quy chiếu

Hình 2.10: Giá trị thuộc tính của ảnh raster

Độ phân giải ảnh là khả năng hiển thị đối tượng dưới dạng dữ liệu raster Độ phân giải phụ thuộc vào kích thước của pixel Kích thước của pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao, đối tượng được hiển thị càng trung thực Nói một cách tổng quát, độ phân giải của ảnh càng cao thì việc hiển thị trên thiết bị càng rõ nét Do đó, một vài bức ảnh có độ phân giải rất cao có thể chứa nhiều pixels hơn mức mà mà mắt người có thể nhìn thấy trong điều kiện bình thường

c) Nguồn gốc và phân loại dữ liệu raster

Dữ liệu raster có nhiều nguồn khác nhau: từ ảnh quét, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh chụp trực tiếp Trong đó, ảnh vệ tinh là dữ liệu raster thông dụng và cơ bản nhất Ngoài ra, dữ liệu raster còn được tạo ra từ việc chuyển đổi từ nguồn dữ liệu vector, từ

mô hình TIN hoặc mô hình DEM

Phân loại dữ liệu raster thường dựa vào giá trị thuộc tính của ảnh Căn cứ vào giá trị

ô ảnh có thể biểu diễn cho một trong bốn kiểu dữ liệu sau đây:

- Kiểu dữ liệu định danh: Một giá trị kiểu dữ liệu định danh giúp nhận dạng thực thể

này với thực thể khác Đây là những giá trị định tính, không phải là giá trị định lượng

- Kiểu dữ liệu thứ tự: Một giá trị kiểu dữ liệu thứ tự xác định hạng của một thực thể

so với những thực thể khác Những phép đo này cho thấy vị trí, như thứ tự thứ nhất, thứ hai hoặc thứ ba nhưng chúng không thiết lập tỷ lệ tương đối hoặc biên độ; cũng không thể suy luận ra được sự khác nhau về định lượng như là thực thể này lớn hơn, cao hơn, hoặc dày đặc hơn những thực thể khác ra sao

- Kiểu khoảng dữ liệu: Một giá trị kiểu khoảng dữ liệu đại diện cho một phép đo

theo một thang chia độ nào đấy như thời gian trong ngày, nhiệt độ Fahrenheit và giá trị

độ pH Có thể làm những phép so sánh tương đối giữa các khoảng dữ liệu Việc so sánh giá trị đo với điểm 0 của thang chia độ là không có ý nghĩa

- Kiểu dữ liệu tỷ lệ: Một giá trị kiểu dữ liệu tỷ lệ đại diện một giá trị đo trên một

thang chia độ với điểm gốc 0 cố định và có ý nghĩa Các toán tử có thể sử dụng được những giá trị này để dự đoán kết quả Những ví dụ của kiểu dữ liệu tỷ lệ là độ tuổi, khoảng cách, trọng lượng và thể tích