Tài liệu Tích hợp gis và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển hải phòng

  • Số trang: 64 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 85 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Lê Thanh Bình TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖ TRỢ QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Mã số: KHOA HỌC MÁY TÍNH 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Đặng Văn Đức Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn “Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo. Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010 Lê Thanh Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 6 1. Lý do chọn đề tài............................................................................................ 6 2. Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài ............................................. 6 3. Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng ................................................................... 6 4. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................... 6 5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 6 TỔNG QUAN ......................................................................................................... 7 NỘI DUNG ............................................................................................................. 6 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM...................................... 9 1.1. Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS ............................................................. 9 1.1.1. Khái niệm Hệ thông tin địa lý.................................................................. 9 1.1.2. Các thành phần của Hệ thông tin địa lý ................................................. 12 1.1.3. Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý ......................................... 15 1.1.4. Hệ thông tin địa lý làm việc như thế nào ............................................... 17 1.2. Khái quát về viễn thám ................................................................................ 22 1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................ 22 1.2.2. Phân loại viễn thám theo bước sóng ...................................................... 22 1.2.3. Nguyên lý cơ bản của viễn thám............................................................. 23 1.2.4. Ứng dụng của viễn thám ....................................................................... 25 1.2.5. Phân loại viễn thám ............................................................................... 26 1.2.6. Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám ..................................... 28 CHƢƠNG 2. TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƢỜNG ........................................ 30 2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook ...................................................... 30 2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ .................................................. 31 2.3 Nắn chỉnh dữ liệu bản đồ .............................................................................. 38 2.4 Đơn giản hóa dữ liệu không gian .................................................................. 42 2.5 Chồng ghếp bản đồ ....................................................................................... 43 2.6 Một số thuật toán minh họa .......................................................................... 48 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG ............................... 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 3.1 Giới thiệu bài toán ........................................................................................ 54 3.2 Giới thiệu về ArcGIS.................................................................................... 54 3.2.1 Giới thiệu về phần mềm ArcGIS .......................................................... 54 3.2.2 Giới thiệu về ArcMap ........................................................................... 55 3.3 Vị trí vùng nghiên cứu .................................................................................. 57 3.4 Khái quát biến động địa hình vùng nghiên cứu ............................................. 58 3.4.1 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh ............................................. 58 3.4.2 Chồng ghép bản đồ ............................................................................... 61 3.4.3 Tính diện tích biến động ....................................................................... 62 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô hình một hệ thống thông tin địa lý ..................................................... 9 Hình 1.2. Các tầng trong GIS ................................................................................. 9 Hình 1.3. Các thành phần của GIS ....................................................................... 11 Hình 1.4. Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính .......................................... 12 Hình 1.5. Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện........................................... 13 Hình 1.6. Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý .............................................. 15 Hình 1.7: Các layer .............................................................................................. 16 Hình 1.8. Dữ liệu biểu diễn dạng Vector............................................................... 18 Hình 1.9. Dữ liệu biểu diễn dạng Raster ............................................................... 19 Hình 1.10. Biểu diễn dạng vector, raster .............................................................. 19 Hình 1.11. Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất................................ 20 Hình 1.12. Phân loại viễn thám theo bước sóng.................................................... 22 Hình 1.13. Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm .................................................... 23 Hình 1.14. Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động...................... 26 Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực ... 26 Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng ................. 30 Hình 2.2. Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng ................. 30 Hình 2.3. Phần mềm nhập bản đồ qua bàn số hóa ................................................ 35 Hình 2.4. Số hóa bản đồ ....................................................................................... 36 Hình 2.5. Minh họa thuật toán Douglas-Peucker .................................................. 36 Hình 2.6. Chồng ghép dữ liệu ............................................................................. 42 Hình 2.7. Chồng ghép đa giác ............................................................................ 44 Hình 2.8. Tiến trình phủ đa giác ........................................................................... 45 Hình 2.9. Đường và đa giác lệch nhau ................................................................. 46 Hình 2.10. Giao của các đoạn thẳng .................................................................... 48 Hình 2.11. Điểm trong đa giác ............................................................................. 49 Hình 2.12. Điểm trong đa giác ............................................................................. 49 Hình 2.13. Diện tích đa giác ................................................................................. 50 Hình 2.14. Giao 2 đa giác .................................................................................... 51 Hình 2.15. Xác định cạnh trong đa giác ............................................................... 52 Hình 2.16. Tách các đa giác kết quả ..................................................................... 52 Hình 3.1. Giới thiệu ArcGIS ......................................................................................... 54 Hình 3.2. Giới thiệu ArcMAP ....................................................................................... 56 Hình 3.3. Các điểm khống chế được lựa chọn ...................................................... 57 Hình 3.4. Lựa chọn điểm khống chế trên bản đồ vector ........................................ 58 Hình 3.5. Lựa chọn điểm khống chế tương ứng trên ảnh VT năm 2000 ................. 58 Hình 3.6. Thao tác nắn chỉnh................................................................................ 59 Hình 3.7. Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 2000 ............................. 59 Hình 3.8. Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 1990 ............................. 60 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ .......................................................................... 17 Bảng 1.2 So sánh mô hình Raster và Vector ......................................................... 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Công nghệ GIS và viễn thám đã được các nước phát triển trên thế giới phát triển ứng dụng hiệu quả, tại Việt Nam hiện tại công nghệ này mới ở giai đoạn khởi đầu. - Hải Phòng là thành phố có dải bờ biển đẹp và tương đối dài. Theo thời gian thì dải bờ biển này có sự biến động. Lựa chọn đề tài này để nắm được và chỉ ra sự biến động đó. 2. Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc xác định biến động dải bờ biển Hải Phòng theo thời gian. 3. Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng - Các tài liệu, thông tin có liên quan tới GIS - Các tài liệu, thông tin liên quan tới xử lý ảnh viễn thám và dữ liệu bản đồ 4. Ý nghĩa khoa học Thông qua việc sử dụng công nghệ GIS và ảnh viễn thám để hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Khai thác thông tin từ nhiều nguồn, hệ thống hóa và lựa chọn các thông tin cần thiết. - Tìm hiểu, khảo sát thực tế hiện trạng công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên - Sử dụng các công cụ thu thập và xử lý ảnh viễn thám, thu thập dữ liệu bản đồ - Sử dụng phương pháp chuyên gia phân tích và thiết kế hệ thống, xây dựng kiến trúc tổng thể, xây dựng các chi tiết kỹ thuật, nghiên cứu xây dựng mô hình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 TỔNG QUAN Việt Nam có đường bờ biển dài 3200 km, với khoảng 3000 đảo và khoảng 4000 xã ven biển. Cũng giống như nhiều nước Đông Nam Á, phần lớn dân số, công nghiệp, dịch vụ, đầu tư, những thành phố lớn đều nằm ven biển. Thành phố Hải Phòng có dải bờ biển dài trên 125 km, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là cát bùn do 5 cửa sông chính đổ ra biển. Có khoảng gần 40% dân số sống trên diện tích 780km2 thuộc các xã, quận, huyện sát biển. Khu nội thành được đô thị hóa trên trăm năm nằm ngay cận cửa biển Nam Triệu. Vì vậy, Hải Phòng là địa phương chịu nhiều tác động môi trường do ảnh hưởng của nước biển dâng. Xói sạt bờ biển là hiện tượng phổ biến ở ven biển Hải Phòng, kể cả ở bờ các đảo và nhiều đoạn nằm sâu phía trong và nhiều đoạn bờ nằm sâu phía trong các cửa sông. Xói lở các đoạn bờ đảo Cát Hải đã trở thành điển hình cả nước. Đời sống của một bộ phận không nhỏ của những ngư dân sống trong vùng ven biển vẫn còn gặp nhiều khó khăn, trình độ dân trí thấp, phương thức khai thác tài nguyên còn lạc hậu. Đây là một nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tài nguyên biển, và ảnh hưởng sâu sắc đến tình hình kinh tế, chính trị, môi trường sinh thái. Đứng trước thực tế đó, việc tìm ra sự thay đổi địa hình dải bờ biển Hải Phòng và các nguyên nhân nhằm giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra các biện pháp bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên biển là một việc làm hết sức quan trọng và cần thiết. Nghiên cứu về tài nguyên môi trường đã được thực hiện không chỉ dựa trên các phương tiện, công nghệ truyền thống mà đã bắt đầu thực hiện bằng các hệ thống quan sát từ xa đặt trên các vệ tinh nhân tạo hoặc các thiết bị bay có người điều khiển. Công nghệ vũ trụ với các hệ thống thu thập thông tin đa phổ, đa thời gian đã cho phép chúng ta thực hiện các công việc thu thập và tổng hợp dữ liệu một cách nhanh chóng hơn, hiệu quả hơn. Việc ứng dụng các công nghệ vũ trụ đã và đang đem lại những hiệu quả to lớn trong việc gìn giữ và phát triển bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Ngày nay, qua thực tế và các công trình nghiên cứu, con người cũng đã nhận thấy tính không ổn định của hệ thống Trái đất với các hiện tượng như lũ lụt, hạn hán, sạt nở đất, các báo động về nguồn nước ngầm,…, do đó, để có thể đưa ra những quyết định cũng như các kế hoạch đúng đắn trong việc sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên biển, thì ngoài các nghiên cứu chuyên đề khác, chúng ta phải đánh giá được thực trạng biến đổi dải bờ biển qua các thời kỳ. Vùng biển thành phố Hải Phòng là nơi có sự thay đổi tương đối mạnh về địa chất, đặc biệt dải bờ biển trong những năm gần đây do sự tác động mạnh của thiên nhiên và con người đã có sụ biến động. Hiện nay có nhiều phương pháp cũng như cách tiếp cận khác nhau để theo dõi, nghiên cứu sự thay đổi địa hình bờ biển. Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS là một trong những phương pháp hiện đại, sử dụng công cụ mạnh có khả năng giúp giải quyết những vấn đề về không gian ở tầm vĩ mô trong một thời gian ngắn và trên một diện tích rộng. Từ những quan điểm nêu trên thì việc nghiên cứu và phát triển rộng phương pháp sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám và các dữ liệu địa lý để tìm hiểu sự thay đổi hiện trạng bờ biển và xem xét các sự thay đổi đó nhằm đưa ra những khuyến cáo phù hợp để tăng cường hơn nữa công tác quản lý dải bờ biển. Nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi dải bờ biển qua các giai đoạn khác nhau đã có nhiều tác giả đề cập trong nhiều các công trình và đề tài nghiên cứu. Tuy nhiên việc áp dụng chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra cách tiếp cận hợp lý cũng như đánh giá khả năng ứng dụng của chúng một cách đúng đắn. Từ các lý do như đã nêu, được sự đồng ý của khoa Công nghệ thông tin tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM 1.1. Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS 1.1.1. Khái niệm Hệ thông tin địa lý Có nhiều cách hiểu cũng như định nghĩa khác nhau về GIS, song đều có điểm giống nhau như: bao hàm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS. So với bản đồ thì GIS lưu trữ và biểu diễn dữ liệu hoàn toàn độc lập với nhau. GIS cung cấp khả năng quan sát trên các góc độ khác nhau với cùng một tập dữ liệu. Theo cách định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft khoa địa lý trường đại học TEXAS : GIS là cơ sở dữ liệu (CSDL) số chuyên dụng trong đó hệ trục toạ độ không gian là phương tiện tham chiếu chính. GIS gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau : - Nhập số liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu tổng hợp từ các nguồn khác. - Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL. - Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hoá bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian. - Lập báo cáo gồm các bản đồ chuyên đề, bảng biểu, kế hoạch. Từ định nghĩa trên cho thấy 3 vấn đề cơ bản của GIS: - Thứ nhất: GIS có quan hệ với ứng dụng CSDL, toàn bộ thông tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian, CSDL GIS sử dụng phép chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm nhập thông tin. - Thứ hai: GIS là công nghệ tích hợp, một hệ thống GIS đầy đủ có khả năng phân tích bao gồm phân tích ảnh vệ tinh, ảnh máy bay… hay tạo mô hình thống kê, vẽ bản đồ. - Thứ ba: GIS không chỉ đơn thuần là hệ thống phần cứng, phần mềm rời rạc mà còn sử dụng vào hỗ trợ quyết định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Theo cách định nghĩa của David Cowen (Hoa kỳ): GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp. Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Để lưu trữ, quản lý các dữ liệu về thế giới thực cần có một CSDL lớn. Khi lưu trữ dữ liệu này cần giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng các quá trình đơn giản hoá hay trừu tượng hoá. Thực chất đó là quá trình tập trung chọn lọc những điểm cơ bản, đặc trưng nhất của đối tượng cần lưu trữ, loại bỏ các chi tiết thừa không cần thiết đồng thời hình tượng hoá đối tượng đó. Phần mềm công cụ GIS + CSDL trừu tượng hoá Thế giới thực Người sử dụng Kết quả Hình 1.1. Mô hình một hệ thống thông tin địa lý Mục tiêu của GIS là: cung cấp cấu trúc một hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng…. GIS lưu thông tin về thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên đề (Layer) có khả năng liên kết địa lý với nhau từ các đối tượng có liên quan, khi thể hiện một bản đồ chuyên đề các layer tương ứng được gọi ra. Layer CTCC Layer nhà ở Layer đường thông Layer địa hình Hình 1.2. Các tầng trong GIS Ví dụ bản đồ một thành phố có thể được tách thành các layer để hiển thị và lưu trữ dữ liệu như hình trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 Hệ thống thông tin địa lý mang lại hiệu quả to lớn trong công tác lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược). Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng. Khi xác định một công việc kinh doanh mới (như tìm một khu đất tốt cho trồng chuối, hoặc tính toán lộ trình tối ưu cho một chuyến xe khẩn cấp), GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trước đây không thực hiện được. GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề. Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ. Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định. Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới. GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới. Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS. Vậy có thể hiểu GIS là một tập hợp có tổ chức gồm: phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý, con người được thiết kế để nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, thao tác và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến các vị trí địa lý. [1] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 1.2. Các thành phần của Hệ thông tin địa lý GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Các hợp phần này phải được hợp nhất tốt để phục vụ cho việc sử dụng GIS hiệu quả sự phát triển và tương thích của các hợp phần là một quá trình lập đi, lập lại theo chiều hướng phát triển liên tục. Việc trang bị phần cưng, phần mềm thường là những bước dễ dàng nhất và nhanh nhất trong quá trình phát triển một hệ thống GIS. Việc thu thập và tổ chức dữ liệu, phát triển nhân sự và thiết lập quy định cho vấn đề sử dụng GIS thường khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn. Hình 1.3. Các thành phần của GIS Phần cứng Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng. Các thiêt bị cơ bản gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi như: bàn số hóa, máy quét, máy in và máy vẽ. Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng do các hãng khác nhau sản xuất và được kết nối với nhau thành hệ thống phần cứng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Hình 1.4. Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính Phần mềm Phần mềm GIS rất đa dạng và do nhiều hãng khác nhau sản xuất. Hệ thống phần mềm phục vụ cho GIS bao gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ hoạ, các module chương trình cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý và phân tích không gian dễ dàng và chính xác. Dựa trên mục tiêu xây dựng của hệ thống GIS mà lựa chọn các giải pháp đồng bộ cho phần cứng và phần mềm. Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: - Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) - Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý - Giao diện đồ hoạ người - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Phần mềm thu thập dữ liệu Chuyển đổi dữ liệu Giao diện người dùng Hệ Quản trị CSDL đị a lý Phân tích không gian Hiển thị báo cáo Hình 1.5. Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện Dữ liệu Dữ liệu GIS là phần quan trọng nhất trong một hệ thống GIS. Đó là thông tin về các đối tượng của thế giới thực đựơc lưu trong máy tính sau khi được trừu tượng hoá, đơn giản hoá qua các thiết bị phần cứng, phần mềm. Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian. Dữ liệu không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nào đó. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hay cả hai, tùy thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể. Dữ liệu phi không gian là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý. Trong đó, dữ liệu thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng. Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS. Dữ liệu GIS quyết định khả năng hoạt động của một hệ thống GIS và được xây dựng tuỳ thuộc mục đích hoạt động của hệ thống. Xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS là một đầu tư lớn về thời gian, công sức và tiền bạc do vậy, phần dữ liệu GIS phải được quản lý khai thác một cách an toàn, tiện lợi và hiệu quả. Con ngƣời Con người tham gia vào việc thiết lập, khai thác và bảo trì hệ thống một cách gián tiếp hay trực tiếp. Có hai nhóm người quan trọng trực tiếp quyết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 định sự tồn tại và phát triển của GIS là người sử dụng và người quản lý sử dụng GIS. Đội ngũ những người sử dụng GIS bao gồm các thao tác viên, kỹ thuật viên hỗ trợ kỹ thuật và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau có sử dụng thông tin địa lý. Người sử dụng trở thành một thành phần của GIS khi tiến hành những phép phân tích phức tạp, các thao tác phân tích không gian và mô hình hóa. Công việc này yêu cầu các kỹ năng để chọn lựa và sử dụng các công cụ từ hộp công cụ của GIS và có kiến thức về các dữ liệu mang được sử dụng. Hiện tại và trong những năm trước mắt, GIS vẫn sẽ phụ thuộc vào người sử dụng có nắm vững kiến thức về những gì họ đang làm chứ không đơn giản chỉ ấn một nút là đủ. Tóm lại, một dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và con người tại mỗi công đoạn phải có kỹ năng tốt. Phƣơng pháp Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. 1.3. Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý Nhập dữ liệu Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS. Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS Quản lý dữ liệu Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc. Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS. Điều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu, một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất. Phân tích dữ liệu Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS. GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian. Xuất dữ liệu Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên nàm hình hay trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khả năng của các thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in và máy vẽ. Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau. Kỹ thuật xây dựng các chức năng cũng rất khác nhau. Sơ đồ sau đây mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS. Hình 1.6. Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực và từ các tài liệu, bản đồ giấy, đôi khi chúng có sẵn dưới dạng số. Kết quả ta có tập dữ liệu thô, có nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống. Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cấu trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian. Kết quả tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc. Hệ thống thông tin địa lý phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải. Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả các loại dữ liệu. 1.4. Hệ thông tin địa lý làm việc nhƣ thế nào GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Ðiều này đơn giản nhưng vô cùng quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường phân phối của các chuyến xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự lưu thông khí quyển toàn cầu. Hình 1.7: Các layer Tham khảo địa lý Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện (chẳng hạn như kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham khảo địa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 lý ẩn (như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng hoặc tên đường). Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là những mô tả, như địa chỉ). Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như khu vực rừng hay địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả đất phục vụ mục đích phân tích. Mô hình Vector và Raster Dữ liệu không gian là những mô tả dạng số của hình ảnh bản đồ, gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên tờ bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng 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. Bản đồ là bản vẽ thể hiện hình ảnh các đối tượng thực tế trên bề mặt quả đất qua quá trình trừu tượng hay đơn giản hoá đối tượng đó. Khi thể hiện các đối tượng đó trên một vị trí không gian trong một hệ trục toạ độ thống nhất GIS sử dụng hai mô hình dữ liệu không gian là: mô hình dữ liệu dạng Vector và mô hình dữ liệu dạng Raster. Mô hình dữ liệu Vector Biểu diễn các đặc trưng địa lý bằng các phần tử đồ hoạ cơ bản (điểm, đường, đa giác, bề mặt ba chiều và khối trong 3D) dựa trên việc quan sát đối tượng của thế gới thực. Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ .+x Điểm Biểu diễn dạng Vector (x,y) trong 2D (x, y, z) trong 3D Danh sách toạ độ (toạ độ Đường các điểm đầu, cuối và các điểm tại các vị trí cong) hoặc hàm toán học mô tả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ Biểu diễn dạng Vector Đường có điểm đầu và cuối trùng nhau hoặc tập Vùng hợp các đường nếu có các vùng lồng nhau. Ma trận tập hợp các điểm Bề mặt hoặc các hàm toán học mô tả và các đường bình độ. Khối Tập các bề mặt. Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ Điểm là thành phần sơ cấp của dữ liệu GIS trong mô hình vector, các điểm được nối với nhau bởi các đường để tạo thành các thực thể khác. Tuỳ theo tỷ lệ quan sát mà các thực thể được biểu diễn bằng các điểm, đường hay vùng…Như vậy mô hình này sử dụng các điểm hay đoạn thẳng để nhận biết các vị trí của vật thể trong thế giới thực nên phép thao tác nhiều hơn trên các đối tượng so với mô hình Raster và việc tính toán các đặc điểm như diện tích, chu vi đặc biệt là tìm đường đi nhanh và hiệu quả hơn. Hình 1.8. Dữ liệu biểu diễn dạng Vector Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 Mô hình dữ liệu Raster Số liệu được tạo thành từ ma trận các ô lưới với độ phân giải xác định. Mỗi ô lưới nhận một gía trị xác định tương ứng với thông tin mà nó lưu trữ. Nếu độ phân giải nhỏ sẽ làm giảm độ chính xác về thông tin của các đối tượng cần lưu trữ, nếu độ phân giải lớn thì cơ sở dữ liệu lưu trữ yêu cầu cần phải lớn. Hình 1.9. Dữ liệu biểu diễn dạng Raster Biểu diễn dạng Vector, Raster X2,Y2 X1,Y1 X3,Y3 X5,Y5 X4,Y4 Dạng Vector Dạng Raster Hình 1.10. Biểu diễn dạng vector, raster Dưới đây là hình vẽ mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -