CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

1. Trang chủ >
2. Thạc sĩ - Cao học >
3. Khoa học tự nhiên >

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.26 MB, 97 trang )

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU1.1. Hệ thông tin địa lý (GIS)1.1.1 Khái niệmGIS - chữ viết tắt của “Geographical Information System” hay còn gọi là hệthông tin địa lý ra đời vào đầu những năm 1960, trên cơ sở kế thừa những kiến thứccủa ngành bản đồ học, công cụ tính toán tự động của tin học và các thông tin khônggian cập nhật từ lĩnh vực viễn thám. Các chức năng và công cụ tính toán trong GISngày càng hoàn thiện, do đó khả năng ứng dụng của GIS rất đa dạng.a) Định nghĩaHệ thông tin địa lý (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứngmáy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động mộtcách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộcác dạng dữ liệu địa lý. Hệ thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữliệu trong môi trường không gian địa lý. (Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ1994 - ESRI )Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thíchGIS - Hệ thông tin địa lý: là một hệ thống bao gồm 4 thành phần:- Máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năngvào ra và xử lý thông tin của phần mềm.- Một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian ( thông tin địa lý) vàcác thông tin thuộc tính, được tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.- Một phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng:+ Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồnkhác nhau.5+ Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian vàthông tin thuộc tính.+ Phân tích , biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyếtcác 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 cácbiện pháp khác nhau.- Các kiến thức chuyên gia, chuyên ngành.b) Các thành phần của GIS- Phần cứng máy tính- Phần mềm- Cơ sở dữ liệu- Người điều hành- Quy trình nghiên cứu- MạngHình 1.1 Các thành phần của GIS6* Phần cứngPhần cứng bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU- Central UnitProfessor), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét các thiết bị thu nhận thôngtin điện tử và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máyvẽ,…Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin haymạng cục bộ.Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấpkhông gian để lưu trữ số liệu và các chương trình. Máy số hoá (digitizer) hoặc thiếtbị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hoá các số liệu từ bản đồ và các tư liệuthành dạng số rồi đưa vào máy tính. Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểuhiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vậtliệu in. Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệthống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt. Người sử dụng máy tính và cácthiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị khác nối vớimáy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (VDU - Video Display Unit) đểcho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng.* Phần mềmLà tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tínhthực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là mộthoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GISphải bao gồm các tính năng cơ bản sau:- Nhập và kiểm tra dữ liệu: Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệuđã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Đây là giaiđoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cậpđến phương pháp kết nối thông tin vị trí và thông tin thuộc tính của các đối tượngđịa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin7này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính sao cho chúng có thể lĩnhhội được bởi người sử dụng hệ thống.- Xuất dữ liệu: Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tớingười sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ đượcthể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ..- Biến đổi dữ liệu: Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đíchkhắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiệntrên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cảhai.- Tương tác với người dùng: Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọngnhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tinđược thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó.Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực ChâuÁ là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS, IDRISIW,..Hiện nay córất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm nhưsau:- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO,SPAN, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI,WINGIS,..- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ERMAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,..Tùy theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năngkinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau.* Dữ liệu8Có thể coi dữ liệu là thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS. Các dữliệu địa lý và dự liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợphoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệukhông gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng một hệ quản trịCSDL (DBMS - Database Management System) để tổ chức lưu giữ và quản lý dữliệu. Tuy nhiên, các dữ liệu này phải có đủ độ tin cậy và phải luôn được cập nhật.Như vậy, dữ liệu trong hệ thống sẽ là dữ liệu đa thời gian.* Quy trìnhNói một cách chính xác hơn là quy trình quản lý. Đây là thành phần kháquan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định đếnsự thành công của việc phát triển công nghệ HTTĐL. Để hoạt động thành công, hệthống HTTĐL phải được đặt trong một khung tổ chức phù hợp và có những hướngdẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ, và phân tích số liệu đồng thời có khảnăng phát triển được hệ thống HTTĐL theo nhu cầu.* Con ngườiVì GIS là một hệ thống tổng hợp của nhiều cụng việc kỹ thuật, do đó đòi hỏingười điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Ngườiđiều hành là một phần không thể thiếu được của GIS. Hơn nữa sự phát triển khôngngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luônđược đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề như:có những kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin, cókinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS, có hiểu biết về các loại dữ liệu,có khả năng phân tích.1.1.2 Chức năng cơ bản của GISNhập và biến đổi dữ liệu địa lý:9Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, vănbản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS.Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoànthiện dữ liệu – bản đồ trên máy với các nội dung như:- Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gianvà dữ liệu thuộc tính.- Xây dựng cấu trúc topo (quan hệ không gian)- Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ- Chuyển đổi hệ chiếu (hệ tọa độ)- Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ..Quản lý dữ liệu:Trong GIS, dữ liệu được sắp xếp theo các lớp (layer), theo chủ đề, theo khônggian (khu vực), theo thời gian (năm tháng) và theo tầng cao và được lưu trữ ở cácthư mục một cách hệ thống.Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau:- Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS- Khôi phục dữ liệu từ CSDL- Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp- Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ.- Truy nhập và cập nhật dữ liệu,- GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước mộtcách dễ dàng và chính xác.10Xử lý và phân tích dữ liệu:GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệumột cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phântích quy hoạch lãnh thổ.GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lýdữ liệu không gian theo các mô hình.Xuất và trình bày dữ liệu:Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một hệ thông tin địa lý. Khônggian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dướicác khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ.Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàngin ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thểđược lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế đểhiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thịvà in ra là những chức năng rất cần thiết của một hệ thông tin địa lý.1.1.3 Cơ sở dữ liệu (CSDL) trong GISLà tập hợp dữ liệu liên quan đến nhau được lưu trữ dưới dạng số. Phần lớncác thông tin trong cơ sở dữ liệu của GIS là những số liệu thay đổi theo thời gianvà có những mối quan hệ phức tạp. Chúng bao gồm các dữ liệu không gian địa lý,các dữ liệu thuộc tính và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này. Nói cách khác đó lànhững mô tả dưới dạng số của các hình ảnh không gian, mối quan hệ logic giữa cáchình ảnh đó, những số liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các thông tin vềcác hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định.CSDL trong GIS có nhiệm vụ quản lý các dữ liệu không gian; trong đó dữ liệuđược ghi nhớ trong nhiều tệp tin và được quản lý theo một cấu trúc nhất định. Có ba11dạng cấu trúc cơ bản của CSDL trong GIS là: 1- Cấu trúc kiểu cành cây; 2- Cấu trúckiểu mạng liên kết; 3- Cấu trúc quan hệ.1.1.4 Các kiểu dữ liệuCó hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và dữliệu thuộc tính. Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùngmột CSDL và có quan hệ chặt chẽ với nhau.* Dữ liệu thuộc tínhDữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu thuộc tínhcó thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantitative).Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn.Thông thường chúng được lưu giữ ở dạng số, chữ hoặc bảng biểu trong hệ thốngthông tin địa lý. Chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian vàliên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chếthống nhất chung. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trongCSDL, người ta đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đốitượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượngđịa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó.* Dữ liệu không gianCấu trúc hình dạng của thực thể được mô hình hóa trên máy tính theo một tronghai cách: Raster hoặc vector+ Cấu trúc raster:Raster được hiểu là ô hình vuông có kích thước nhất định gọi là cell hoặc pixell(picture element), cấu trúc raster là cấu trúc hình ảnh. Mỗi ô vuông có chứa thôngtin về một đối tượng hay một sự hợp phần của đối tượng. Vị trí của đối tượng đượcxác định bởi vị trí của các ô vuông theo trật tự hàng và cột. Nếu vị trí của mỗi mộtô ảnh pixel được tham chiếu với vị trí địa lý thật của nó trong một hệ tọa độ12Cartesian trên Trái đất. Cấu trúc dữ liệu Raster đơn giản nhất là cấu trúc dạng bảng,ở đó có chứa các thông tin về toạ độ và thuộc tính phi không gian. Thông tin về vịtrí được thể hiện ở toạ độ theo hàng và cột, tính theo trật tự sắp xếp của dữ liệu.Trường hợp có nhiều tính chất thì có thể gọi là thông tin nhiều chiều. Bảng thuộctính hai chiều của đối tượng được gọi là bảng một chiều hay còn gọi là bảng thuộctính raster mở rộng (Expanded Raster Table). Cấu trúc Raster đầy đủ là cấu trúc cóđầy đủ số lượng các pixel sắp xếp theo những vị trí xác định.Cấu trúc raster rất tiện lợi cho việc áp dụng các chức năng xử lý không giandựa trên nguyên tắc chồng xếp thông tin nhiều lớp. Các đặc điểm không gian là cóthông tin về địa lý, nghĩa là chúng có thể được trình bày trên bất cứ một bản đồ nàocủa một hệ toạ độ đã biết. Cấu trúc Raster yêu cầu mỗi một đặc điểm phải đượctrình bày thành dạng đơn vị hình ảnh. Trong trường hợp này một bản đồ được phânchia thành nhiều pixel, mỗi pixel có vị trí theo hàng và cột. Một điểm nhỏ nhất đượctrình bày bởi một pixel đơn lẻ và nó chiếm một diện tích bằng kích thước của mộtpixel.Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lývà phân tích. Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng. Dễdàng liên kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nhược điểm là chiếm nhiềuđĩa cứng, thể hiện thô trên bản đồ, chuyển hệ tọa khó khăn và kém chính xác về vịtrí không gian của đối tượng. Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thìsự sai lệch này càng tăng.Hình 1.2 Cấu trúc raster13+ Cấu trúc vectorCấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằngtọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Vềmặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng : đối tượng dạng điểm, đốitượng dạng đường và đối tượng dạng vùng. Điểm được xác định bằng một cặp tọađộ (X,Y). Đường là một chuỗi các cặp tọa độ (X,Y) liên tục. Vùng là khoảng khônggian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểmcuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.Hình 1.3 Cấu trúc vector14Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác(nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao); Cấu trúc này giúp cho người sửdụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này có nhượcđiểm là cấu trúc phức tạp, khó thực hiện các phép chồng xếp bản đồ và khó môphỏng vì mỗi đối tượng có một topology khác nhau. Có thể chuyển đổi dữ liệu từcấu trúc raster sang vector và ngược lại thông qua các chức năng của các phần mềmhệ thông tin địa lý.Hình 1.4 Chuyển dữ liệu từ vector sang rasterHình 1.5 Chuyển dữ liệu từ raster sang vectorTóm lại, nếu so sánh thì độ chính xác của dữ liệu vector cao hơn raster, tuynhiên khái niệm độ chính xác của các đối tượng trong HTTĐL vẫn chỉ là tương đối.Trong quá trình xử lý theo mô hình không gian thì sự phối hợp giữa hai dạng tư liệulà điều cần thiết. Thông thường, các mô hình xử lý tư liệu thường là không gian haichiều hoặc ba chiều. Trong tương lai, để theo dõi diễn biến của các đối tượng thì15

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• ứng dụng gis trong quản lý csdl giáo dục quận hoàng mai - hà nội luận văn ths. bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý
  • 97
  • 3,849
  • 4
• de kt lop 10 tham khao
  • 0
  • 9
  • 0
• Dap An Hoc Ky I
  • 1
  • 245
  • 0
• Dap An Hoc Ky I
  • 1
  • 91
  • 0
• Vẽ Bản đồ tư duy bằng phần mềm MindMapper2008
  • 1
  • 1
  • 6

Tải bản đầy đủ (.pdf) (97 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(4.26 MB) - ứng dụng gis trong quản lý csdl giáo dục quận hoàng mai - hà nội luận văn ths. bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý-97 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×