6. Hệ thống giao thông. Đây là yếu tố có dạng hình tuyến, dựa vào hình dáng và vị trí tương hỗ với các đối tượng khác có thể nhận biết chúng và các
1.6 Cơ sở khoa học của hệ thông tin địa lý (GIS)
1.6.5 Các chức năng cơ bản của phần mềm GIS
Một phần mềm GIS có các chức năng cơ bản nh− sau: nhập và bổ sung dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý và đ−a ra quyết định. Có thể khái quát về các chức năng đó nh− sau:
1.6.5.1 Nhập và bổ sung dữ liệu
Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu mà công việc đó không thể tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu.
Việc nhập, bổ sung và cập nhật dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn t−
liệu dưới dạng số hoặc dạng analog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải đ−ợc chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng.
1.6.5.2 Chuyển đổi dữ liệu
Chuyển đổi dữ liệu là chức năng cần đ−ợc làm ngay sau khi thực hiện việc thu thập, bổ sung và cập nhật dữ liệu. Nhiều phần mềm th−ơng mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đ−a các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hoá
thêm những tài liệu đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một t− liệu nh−ng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau.
1.6.5.3 Lưu trữ dữ liệu
Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối l−ợng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về
thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin; thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo... thì phải đ−ợc
định vị chính xác. Đối với tư liệu quốc gia không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tính chất phổ biến để sử dụng đ−ợc trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nh− vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
1.6.5.4 Điều khiển dữ liệu
Do nhiều GIS hoạt động đòi hỏi t− liệu không gian phải đ−ợc lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó GIS phải đảm nhiệm
đ−ợc chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khiển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ
liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý đ−ợc nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể đ−ợc tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể đ−ợc xác định, đ−ợc tính toán, đ−ợc can thiệp và biến đổi.
1.6.5.5 Trình bày và hiển thị
Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một GIS. Không gian d−ới dạng tài liệu nguyên thuỷ hay tài liệu đ−ợc xử lý cần đ−ợc hiển thị d−ới các khuôn dạng nh−: chữ và số, dạng bảng biểu hoặc dạng bản đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu trữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể
được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế
để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm để in. Như vây, hiển thị và in ra cũng là những chức năng rất cần thiết của một GIS.
1.6.5.6 Phân tích không gian
Tr−ớc đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là đ−ợc tập trung, phát triển bởi những ng−ời xây dựng GIS. Chức năng thứ 6 là phân tích không gian đ−ợc phát triển dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thật sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về GIS trước đây trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích không gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống đ−ợc gọi là GIS. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống, song
đối với một GIS sử dụng t− liệu bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc.
Phân tích không gian của GIS bao gồm 3 hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên các tập dữ liệu mới từ các cơ sở dữ liệu ban đầu. m ục tiêu của phân tích không gian là từ việc giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện t−ợng, các vấn đề trong không gian đi đến hợp thành các thuộc tính một hay nhiều lớp và phân tích đ−ợc sự liên quan giữa các dữ liệu ban đầu.
Trong ứng dụng của GIS, các đặc điểm và thuộc tính về không gian là rất phổ biến. Câu hỏi về thuộc tính có chứa đựng cả tính chất thông tin về không gian. Ví dụ trong cơ sở dữ liệu của một thành phố, ở đó mỗi mảnh bản
đồ đều có Code thuộc tính về sử dụng đất, một bảng thuộc tính đơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng đất có trong bản đồ. Vì không có thông tin không gian đòi hỏi trả lời cho câu hỏi này nên bảng đó đ−ợc xem nh− bảng thuộc tính. Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có chứa các Code của sử dụng đất đ5 đ−ợc xác định. Các thông tin khác có thể đ−ợc tạo nên ví dụ nh− số mảnh đơn vị của loại hình sử dụng đất này, hoặc tổng diện tích của loại hình sử dụng đất này trong thành phố... Tất nhiên những bài toán xử lý thông tin cho một lớp là rất cần thiết, song trong ứng dụng việc xử lý thông tin của nhiều lớp cũng là công việc rất quan trọng và
đòi hỏi nhiều công sức trong lập trình. Ví dụ, giải bài toán về 2 lớp thông tin không gian về tính toán diện tích của các loại hình sử dụng đất theo các cấp
độ dốc khác nhau... Những bài toán đó đặt ra đối với nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà phần mềm chuyên tự động hoá bản đồ hay quản lý dữ liệu không đáp ứng đ−ợc. Tất nhiên do mục đích của GIS mà tập trung vào xử lý không gian nên một số chức năng của việc tự động hoá bản đồ hoặc tính toán thống kê chuyên đề thì có thể GIS không đáp ứng đ−ợc.
Một số vấn đề cơ bản trong xử lý không gian đ−ợc cụ thể hoá nh− sau:
+ Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn đề về thuộc tính các
đối t−ợng trong một lớp, đo đạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các đối t−ợng trong một lớp bản đồ. Ví dụ xác định tên, tính diện tích, chu vi của từng khoanh vi bản đồ, xác định khoảng cách, tạo các vùng ảnh hưởng.
+ Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép tạo ra nhiều lớp bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hoá thông tin của từng phần trong một đối t−ợng bản đồ. Ví dụ, hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp sẽ cho bản đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau.
+ Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không gian cần phải tính toán đ−ợc mối quan hệ giữa chúng:
- Phân tích các mẫu điểm: một số đối t−ợng tự nhiên hoặc hiện t−ợng tự nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất
định. Ví dụ: phân bố của đồng cỏ, hệ thống các điểm sụt Karst...Trong xử lý không gian, sự phân bố những điểm đó cần đ−ợc nhận diện và phân loại.
- Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: Ví dụ tạo tuyến xe buýt gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố; mở hệ thống
đ−ờng nối giữa các khu dân c−; thiết kế một tuyến đ−ờng ống dẫn dầu...Tất
nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau ví dụ địa hình, sử dụng đất...
- Phân tích xử lý theo ô l−ới: bài toán xử lý ô l−ới rất phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành. Ví dụ tính toán lan truyền ô nhiễm, lập các đường đẳng trị, dự báo cháy rừng...
- Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện; đây là chức năng phức tạp và đa dạng nhất của xử lý không gian. Nhiều bài toán đ−ợc áp dụng để biến đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới:
Ví dụ tính độ dốc, hướng dốc, tính mật độ, bài toán logic, các phép phân chia, tính căn... bản đồ.