Tài liệu Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình của quận đồ sơn, thành phố hải phòng

MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................3 Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................5 1.1 Mục đích, nhiệm vụ, nội dung và ý nghĩa của đề tài: “........................................5 1.1.1 Mục đích:......................................................................................................5 1.1.2 Nhiệm vụ:.....................................................................................................5 1.1.3 Nội dung:......................................................................................................5 1.1.4 Ý nghĩa của đề tài:........................................................................................5 1.2 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu:.............................................................5 1.2.1 Vị trí của khu vực cần nghiên cứu:...............................................................5 1.2.2 Đặc điểm của khu vực cần nghiên cứu:.........................................................6 1.2.3 Tài liệu đã có của khu vực nghiên cứu..........................................................7 Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ GIS....................................................................8 2.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý:...............................................................8 2.2 Khái niệm về GIS:...............................................................................................9 2.2.1 Định nghĩa GIS:............................................................................................9 2.2.2 Cơ sỡ dữ liệu GIS:......................................................................................10 2.3 Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS:.........................................11 2.4 Các lĩnh vực ứng dụng GIS:...............................................................................12 2.5 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý:........................................................13 2.5.1 Con người:..................................................................................................13 2.5.2 Dữ liệu:.......................................................................................................14 2.5.3 Phần mềm:..................................................................................................14 2.5.4 Phần cứng...................................................................................................15 2.5.5 Phương pháp:..............................................................................................16 2.6 Chức năng của hệ thống thông tin địa lý............................................................16 2.7 Cơ sở dữ liệu của GIS........................................................................................21 2.7.1 Khái niệm chung.........................................................................................21 2.7.2 Các hệ tọa độ dùng trong hệ GIS................................................................22 2.8 Phân tích không gian trong GIS.........................................................................26 2.8.1 Phân tích không gian là gì?.........................................................................26 2.8.2 Một số ứng dụng của GIS...........................................................................27 2.8.3 Quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.........................................................30 1 2.9 Chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia................................................................37 2.9.1 Yêu cầu chuẩn về mô hình..........................................................................37 2.9.2 Yêu cầu chuẩn về không gian.....................................................................38 2.9.3 Yêu cầu chuẩn về thuộc tính.......................................................................38 Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ARCGIS..........................................40 3.1. ArcMap:............................................................................................................40 3.1.1. Kiến thức nền về ArcMap:.........................................................................41 3.1.2 Làm quen với phần mềm ArcMap:.............................................................43 3.2 ArcCatalog:........................................................................................................45 3.3 ArcToolbox:.......................................................................................................46 Chương 4 : THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CSDL GIS CHO QUẬN ĐỒ SƠN – THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG..................................................................47 4.1 Xây dựng CSDL địa hình quận Đồ Sơn:............................................................47 4.1.1 Quy trình công nghệ tổng thể:.....................................................................47 4.1.2 Xây dựng cơ sở không gian:.......................................................................49 4.1.3 Xây dựng dữ liệu thuộc tính:.......................................................................89 4.1.4 Quản lí và lưu trữ dữ liệu:...........................................................................93 4.1.5 Phân tích dữ liệu.........................................................................................96 4.1.6 Lập báo cáo phân tích dữ liệu:..................................................................103 4.2 Arcgis Online:..................................................................................................104 4.3 Các cách khác để chia sẻ bản đồ:.....................................................................107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................108 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................110 2 LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, trong tất cả các ngành, các lĩnh vực, chúng ta đều gặp các hệ thông tin và xử lý thông tin. Nếu thông tin được lưu trữ đầy đủ chính xác, khoa học và được cập nhật thường xuyên thì sẽ đóng vai trò quyết định cho mọi công việc. Với thế mạnh phân tích quản lý và thể hiện dữ liệu thì GIS đang được sử dụng như một hệ thống các công cụ hữu hiệu để lưu trữ, xử lý, cập nhật, quản lý và xuất các thông tin địa lý phục vụ cho các nội dung ứng dụng cụ thể khác nhau, đặc biệt trong lĩnh vực quản lý tài nguyên, quản lý lãnh thổ. “ “ Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế - xã hội và quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, quản lý đô thị hóa ở Hải Phòng cũng diễn ra nhanh chóng. “ “ Là sinh viên năm cuối của trường Đai học Hàng Hải Việt Nam - chuyên ngành Bảo Đảm An Toàn Hàng Hải, đồng thời là công dân của thành phố cảng Hải Phòng, kết thúc khóa học tại trường em đã lựa chọn và thực hiện đề tài tốt nghiệp: “ “ “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình của quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng” Mặc dù bước đầu gặp khá nhiều khó khăn, song em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn – Th.S Lê Sỹ Xinh đã chỉ bảo cho em rất tận tình, giúp em có thể hoàn thành được việc thực hiện đề tài tốt nghiệp. Tuy nhiên do hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế, nên dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi có nhiều sai sót. Do vậy em mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và của các bạn sinh viên, để bài làm của mình có thể được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn An toàn đường thủy, đã giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên “ “ Nguyễn Lê Vân “ “ 3 4 Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mục đích, nhiệm vụ, nội dung và ý nghĩa của đề tài: 1.1.1 “ Mục đích: Tìm hiểu, nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Arcgis bản 10.2.2 trong xây dựng CSDL phục vụ quy hoạch cho quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. 1.1.2 1.1.3 Nhiệm vụ: - Khái niệm thuộc tính, không gian, cơ sở dữ liệu - Nghiên cứu về khái niệm, khuôn dạng, đặc điểm, cơ sở toán học của bản đồ địa hình - Xây dựng CSDL bằng phần mềm ArcGis cho quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Nội dung : - Nghiên cứu các thông tin cơ sở toán học, địa giới hành chính, giao thông, địa hình, thủy hệ, dân cư, thực vật của quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. - Số hóa bản đồ địa hình quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. - Sử dụng phần mềm Arcgis để xây dựng CSDL GIS. 1.1.4 Ý nghĩa của đề tài : - Kết quả của đề tài là tiền đề để phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý khu vực quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng về các lĩnh vực như: quy hoạch đô thị, quản lý hành chính, thực vật,… - Giúp chúng ta có một cái nhìn bao quát và dễ dàng hơn về quận Đồ Sơn, thành phố Hải Phòng. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu 1.2 1.2.1 : Vị trí của quận Đồ Sơn: Tọa độ: 20°42’49”B 106°47’22”Đ “ “ Đồ Sơn là một quận của thành phố Hải Phòng, cách trung tâm thành phố khoảng 20 km về hướng đông nam. Đồ Sơn tiếp giáp với huyện Kiến Thụy về phía tây và tây bắc, tiếp giáp với Biển Đông ở các hướng còn lại. Nước biển ở khu vực này (nhất là Khu II) khá đục, nguyên nhân do ở phía nam và phía bắc của quận là 2 cửa sông Văn Úc và Lạch Tray, thuộc hệ thống sông Thái Bình đổ ra biển kèm theo nhiều phù sa, thêm vào đó việc quai đê lấn biển ở đảo Hòn Dấu để xây dựng các khu nghỉ dưỡng cao cấp. Dù vậy nhưng Đồ Sơn vẫn là một điểm đến thu hút một lượng lớn khách du lịch. 5 Hình 1.2.1.1.1. 1.2.2 Quận Đồ Sơn, Hải Phòng Đặc điểm của quận Đồ Sơn: Quận Đồ Sơn được thành lập ngày 12 tháng 9 năm 2007 trên cơ sở toàn bộ diện tích của thị xã Đồ Sơn cũ theo nghị định 145/2007/NĐ-CP của Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam . “ “ Về hành chính: Quận Đồ Sơn có 51.417 người và có 4.237,29 ha diện tích tự nhiên. Quận có 7 phường bao gồm: Vạn Sơn, Vạn Hương, Ngọc Xuyên, Ngọc Hải, Minh Đức, Hợp Đức, Bàng La. “Về lịch sử: Đồ Sơn là bãi biển nổi tiếng từ thời nhà Nguyễn và thời Pháp thuộc. Đồ Sơn cũng được nhắc đến trong truyện Trống mái (1936) của nhà văn Khái Hưng.” “Thị xã Đồ Sơn được thành lập ngày 14 tháng 3 năm 1963, trên cơ sở tách khu vực Đồ Sơn và 2 xã: Ngọc Hải và Vạn Sơn thuộc huyện Kiến Thụy. Từ đó thành lập 4 phường: Ngọc Xuyên, Ngọc Hải, Vạn Sơn, Vạn Hương. Ngày 7 tháng 4 năm 1966, chuyển xã Bàng La trực thuộc huyện Kiến Thụy vào thị xã Đồ Sơn. Ngày 5 tháng 3 năm 1980, sáp nhập vào huyện Kiến Thụy thành huyện Đồ Sơn, gồm 1 thị trấn Đồ Sơn và 24 xã: Minh Tân, Tân Phong, Tú Sơn, Đại Hợp, Đoàn Xá, Tân Trào, Ngũ Đoan, Đại Hà, Thanh Sơn, Thụy Hương, Kiến Quốc, Ngũ Phúc, Thuận Thiên, Hữu Bằng, Đại Đồng, Đông Phương, Hợp Đức, Hòa Nghĩa, Tân Thành, Hải Thành, Đa Phúc, Hưng Đạo, Anh Dũng, Bàng La. Huyện lị đặt tại thị trấn Núi Đối (xã Thanh Sơn thành lập năm 1986). Tháng 6 năm 1988, tách huyện Đồ Sơn thành 2 đơn vị hành chính như cũ là thị xã Đồ Sơn và huyện Kiến Thụy. Từ đó, thị xã Đồ Sơn có 4 phường: Ngọc Xuyên, Vạn Hương, Vạn Sơn, Ngọc Hải và một xã Bàng La. Ngay 12 tháng 9 năm 2007, thị xã Đồ Sơn được nâng cấp thành quận Đồ Sơn theo nghị định số 145/2007/NĐ-CP của Chính phủ Việt Nam (bao gồm xã Hợp Đức thuộc huyện Kiến 6 Thụy, và chia thành 2 phương: Minh Đức và Hợp Đức, chuyển xã Bàng La thành phường Bàng La)” Về kinh tế - xã hội: Cơ cấu kinh tế của toàn huyện, trong đó ngành đánh bắt thủy sản và nông nghiệp chiếm 23%, ngành du lịch và dịch vụ chiếm khoảng 70% và công nghiệp xây dựng khoảng 7%. Theo ước lượng, đến năm 2005, GDP đạt khoảng 1.100USD trên đầu người. Đồ Sơn là một khu du lịch, nghỉ dưỡng thu hút một lượng lớn khách du lịch trong và ngoài nước đến tắm biển, leo núi, nghỉ ngơi, và ngắm nhìn phong cảnh biển tuyệt đẹp lúc hoàng hôn. Đồ Sơn có một sự kết hợp hài hòa giữa những ngọn đồi thông, phi lao với biển cả mênh mông đậm màu phù sa, cát trắng mịn màng…Trong thời phong kiến, nơi đây là một địa điểm mà vua chúa, quan lại đô hộ thường xuyên lui tới nghỉ ngơi, hưởng thụ. Có tất cả 3 bãi tắm chính tại đây, là khu I, khu II và khu III. Khu du lịch đảo Dáu với bể bơi nhân tạo thuộc hàng lớn nhất Châu Á, có vườn chim, vườn thú, khu vui chơi giải trí, các khách sạn đẳng cấp 3 đến 5 sao, đặc biệt không thể thiếu ngọn hải đăng cổ kính hơn trăm năm tuổi. Kể từ khi được tu sửa khang trang, nơi đây còn có thêm khu "Đà Lạt thu nhỏ", hằng năm được rất đông du khách đến vui chơi giải trí vào những ngày hè . “ ” Đồ Sơn còn có vinh dự là nơi có đảo Hoa Phượng – hòn đảo nhân tạo đầu tiên của Việt Nam. Đảo Hoa Phượng được đặt tại ngay trung tâm của khu du lịch, được trang bị đầy đủ những tiện nghị hiện đại, như một trung tâm thương mại cao cấp. Đảo bao gồm khách sạn đẳng cấp 5 cao, khu biệt thự nghỉ dưỡng, bể bơi nhân tạo, bến du thuyền,…Trong tương lai, đảo Hoa Phượng là một điểm dừng chân lí tưởng của du khách đến nghỉ dưỡng. Hiện nay, tại Đồ Sơn có sòng bạc Do Son Casino, thu hút rất nhiều du khách quốc tế đến chơi, đặc biệt phải kể đến người Trung Quốc. Tuy nhiên người dân nội địa thì không được cho phép vào đây. Một di tích cần phải nhắc đến khi nói về Đồ Sơn, đó là di tích Bến tàu không số, nằm ở chân đồi Nghĩa Phong. Du khách sẽ có thêm nhiều hiểu biết về con đường Hồ Chí Minh đầy gian khổ nằm trên biển. Về văn hóa: Đồ Sơn là nơi tọa lạc của Đền Bà Đế. Cứ mỗi dịp Lễ Tết, người dân khắp nơi lại đổ về đây để cầu phúc cho một năm nhà cửa êm ấm, mưa thuận gió hòa. 1.2.3 Tài liệu đã có của khu vực nghiên cứu “ - Bản đồ địa hình quận Đồ Sơn, tỉ lệ 1/10.000 “ “ - Trang web của quận Đồ Sơn: http://doson.haiphong.gov.vn/ “ “ - Trang Wikipedia của quận Đồ Sơn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Đồ_sơn “ “ 7 2.1 Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ GIS Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý : Địa lý (geography) được hình thành từ hai khái niệm: trái đất (geo-earth) và tiến trình mô tả (graphy). Như vậy, địa lý được xem như tiến trình mô tả trái đất. Khi mô tả trái đất, các nhà địa lý luôn đề cập đến quan hệ không gian. Chìa khóa của nghiên cứu các quan hệ không gian là bản đồ. Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế thì bản đồ là biểu diễn bằng đồ họa tập các đặc trưng trừu tượng và các quan hệ không gian trên bề mặt trái đất. Nói một cách khác bản đồ là quá trình chuyển đổi từ thông tin bề mặt trái đất sang bản đồ giấy . “ “ Hệ thống thông tin là tập các tiền xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông tin có ích cho công tác lập quyết định. Chúng bao gồm các thao tác dẫn chúng ta đi từ lập kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lưu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử dụng các thông tin suy diễn trong việc lập quyết đinh. Theo quan niệm này thì bản đồ cũng là một loại hệ thông tin. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy diễn từ nó được sử dụng vào công việc lập quyết định. “ Hệ thông tin địa lý là hệ thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu quy chiếu không gian hay tọa độ địa lý. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý được hình thành dựa trên 3 khái niệm: hệ thống, thông tin, địa lý, và được viết tắt là GIS. Diễn giải ý nghĩa của chúng như sau: - USA: Geographic Information System - Australia, England, Canada: Geographical Information System - Nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của Hệ thông tin địa lý và các công nghệ - thông tin địa lý: Geographic Information Science Nghiên cứu về ngữ cảnh xã hội của thông tin: Geographic Information Studies Khái niệm “địa lý” được sử dụng vì đầu tiên, GIS liên quan đến các đặc trưng không gian hoặc địa lý. Các đặc trưng này được ánh xạ hay liên quan đến các đối tượng không gian. Các đối tượng này có thể là các đối tượng văn hóa, kinh tế hay vật lý trong tự nhiên. “Các đặc trưng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không gian trong thế giới thực. Biểu tượng, màu và kiểu đường được sử dụng để thể hiện các đặc trung không gian khác nhau trên bản đồ 2D.” “Khái niệm “thông tin” đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý. Các đối tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ-số thuộc tính hay đặc tính (còn gọi là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần cho lưu trữ, quản lý các đặc trưng không gian.” “Khái niệm “hệ thống” đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Mỗi trường hệ thống GIS được chia nhỏ thành các môđun để dễ hiểu, dễ quản lý nhưng chúng được tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn. Công nghệ thông tin đã trở thành quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều được xây dựng trên cơ sở máy tính.” [Theo http://phqt.edu.vn/chuyende/seminarGIS-k.doc] 2.2 Khái niệm về GIS : Thông tin địa lý bao gồm dữ liệu về bề mặt trái đất và các diễn giải dữ liệu để con người dễ hiểu. Nhìn chung thì thông tin địa lý được thu thập từ bản đồ hay được “ 8 thu thập thông qua đo đạc, viễn thám, điều tra, phân tích hay mô phỏng. Thông tin địa lý bao hàm hai loại dữ liệu: không gian và phi không gian . “ 2.2.1 Định nghĩa GIS: Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng đều có điểm giống nhau như: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS. So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau. Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu. Sau đây là một số định nghĩa GIS hay sử dụng : “ “ - “GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng, trong đó hệ trục tọa độ không gian là - phương tiệm tham chiếu chính. GIS gồm các công cụ để thực hiện các công việc như: + Nhập DL từ bản đồ giấy, số liệu điều tra, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh và các nguồn khác. + Biến đổi DL, phân tích, mô hình hóa, bao gồm các DL thống kê và không gian. +Lưu trữ DL, khai thác và truy vấn cơ sở dữ liệu. + Lập báo cáo bao gồm các bảng biểu, biểu đồ, kế hoạch bà các bản đồ chuyên đề.” [Theo dự án The Geographer’s Craft, đại học Texas] “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 hóa và hiển thị các DL quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp” [Theo David Cowen, Mỹ] 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 hóa 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, song con người luôn mong lưu trữ, quản lý các dữ liệu về thế giới thực thế nên phải có CSDL lớn vô hạn để lưu trữ thông tin chính xác về chúng. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực và máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến trình đơn giản hóa hay trừu tượng hóa. Trừu tượng là đơn giản một cách thông minh, trừu tượng cho ta tổng quát hóa và ý tưởng hóa vấn đề đang xem xét, loại bỏ các chi tiết dư thừa mà chỉ tập trung vào các điểm chính, cơ bản. Các đặc trưng đại lý phải được biểu diễn bởi các thanh phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy tính . “ “ Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và nguồn dữ liệu khác biệt. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng... Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về không gian. Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng. GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau . “ “ 2.2.2 Cơ sỡ dữ liệu GIS : 9 CSDL GIS là một nhóm xác định các dữ liệu trong một cấu trúc của một phần mềm quản lý CSDL, đó là tập hợp của các dữ liệu không gian và phi không gian . “ “ - Dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm tạo độ, quy luật và các ký hiệu dùng để sác định một hình ảnh cụ thể trên bản đồ . “ “ - Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính): diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng . “ “ Bảng 2.2.2.1.1.1. Cơ sở dữ liệu GIS Dữ liệu không gian Dữ phi liệu không gian Dạng thông tin Điểm, đường, vùng, ghi chú. Thuộc tính, tham khảo địa lý, chỉ số địa lý, các quan hệ không gian. Lưu trữ dạng Tọa độ, ký hiệu, chấm điểm, quy luật hiển thị. Chữ số, ký tự... Ví dụ tại thành phố Hải Phòng. Chúng ta có thể tách bản đồ ra thành các tầng như trong hình vẽ dưới đây : “ “ Tầng biên hành chính Tầng khách hàng Tầng đường quốc lộ 10 Tầng nhà ở Tầng bản đồ Hình 2.2.2.1.2. “ 2.3 “ Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan tới GIS: GIS được xây dựng dựa trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra một ngành khoa học mới. Trong đó : “ “  Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết tới vấn đề hiểu thế giới và vị trí của con người trong thế giới, cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian . “ “  Ngành bản đồ: bản đồ chính là dữ liệu đầu vào của GIS đồng thời cũng là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS . “ “  Công nghệ viễn thám, ảnh máy bay: ảnh viễn thám và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu quan trọng của GIS. Viễn thám bao gồm cả kĩ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi vị trí trên địa cầu với giá rẻ, ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn dữ liệu chính xác về độ cao bề mặt trái đất sử dụng làm đầu vào của GIS . “ “  Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa ... “ “  Ngành đo đạc, thống kê: cung cấp các vị trí cần quản lý và các phương pháp phân tích dữ liệu GIS. Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong việc hiểu các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong dữ liệu GIS . “ “  Khoa học tính toán: tự động thiết kế bằng máy tính cung cấp các kỹ thuật nhập, hiển thị, biểu diễn dữ liệu. Máy tính hoạt động như một chuyên gia trong việc thiết kế bản đồ, phát sinh các dặc trưng bản đồ . “ “  Toán học: các ngành như hình học, đồ thị được sử dụng trong thiết kế và phân tích dữ liệu không gian . “ “ 2.4 Các lĩnh vực ứng dụng GIS: Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người dùng như : “ “  Có cái gì ở...? Nhận diện: nhận biết tên hay các thông tin khác của đối tượng nào đó trên bản đồ . “ “  ... ở đâu? Vị trí: chỉ ra một hoặc nhiều vị trí thỏa mãn yêu cầu người dùng . “ “  Cái gì thay đổi từ...? Xu thế: câu hỏi liên quan trực tiếp đến các dữ liệu không gian tạm thời, ví dụ như câu hỏi liên quan tới phát triển thành phố sẽ đưa ra các vùng qui hoạch chính trên bản đồ GIS . “ “ 11  Đường đi nào tốt nhất từ... đến...? Tìm đường đi tối ưu: dựa trên cơ sở mạng lưới của đường đi cho biết đường đi nào là rẻ nhất, ngắn nhất... mở rộng ra là đường đi qua một hệ thống điểm . “ “  Giữa... và ... có quan hệ gì? Mẫu: câu hỏi này khác phức tạp tác động trên nhiều tập dữ liệu như quan hệ giữa vị trí nhà máy và địa phương, khí hậu và vùng sản xuất ... “ “  Cái gì xẩy ra nếu...? Mô hình: đây là câu hỏi liên quan đến các hoạt động lập kế hoạch và dự án như khi nâng cấp hệ thống giao thông tại Hải Phòng thì ảnh hưởng thế nào tới mạng lưới cung cấp điện, điện thoại, nước, dân cư ... “ “   Dưới đây là một vài ứng dụng chủ yếu của GIS trong thực tế : “ “ Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: bao gồm các chức năng tìm kiếm địa chỉ, tìm ví trí khi biết địa chỉ đường phố; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ; phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng các công trình công cộng; lập kế hoạch phát triển đường giao thông . “ “  Giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi trường: bao gồm chức năng quản lý tài nguyên, phân tích tác động môi trường ... “ “   Quản lý đất đai: lập kế hoạch cùng, miền sử dụng đất; quản lý tưới tiêu ... “ “ Quản lý và lập các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm địa điểm cho các công trình ngầm; quản lý, bảo dưỡng công trình ... “ “  Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và các dịch vụ công cộng khác ... “ “ Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý: Hệ thống GIS có 5 thành phần chính, bao gồm people (con người), data (dữ liệu, software (phần mềm), hardware (phần cứng), method (phương pháp). Để GIS có thể hoạt động hiệu quả thì 5 thành phần này phải hoàn chỉnh và cân bằng với nhau. 2.5 “ 12 Các thành tố của hệ thống thông tin địa lý Hình 2.5.1.1.1. “ 2.5.1 Con người: “Con người ở đây là các chuyên viên tin học, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS bao gồm”:  “Người sử dụng hệ thống: là những người sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý. Những người này phải thường xuyên được đào tạo lại do GIS thay đổi liên tục và yêu cầu mới của kỹ thuật phân tích”  “Thao tác viên hệ thống: có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao. Họ còn làm việc như quản trị hệ thống, quản trị CSDL, an toàn, toàn vẹn CSDL tránh hư hỏng, mất mát dữ liệu”.  “Nhà cung cấp GIS: cung cấp các phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống”.  “Nhà cung cấp dữ liệu: là các cơ quan nhà nước hay tư nhân cung cấp các dữ liệu sửa đổi từ nhà nước”.  “Người phát triển ứng dụng: là những lập trình viên, họ xây dựng giao diện người dùng, giảm khó khăn các thao tác cụ thể trên hệ thống GIS”...  “Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống, được đào tạo chuyên nghiệp có trách nhiệm xác định các mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn…” 2.5.2 Dữ liệu: 13 Dữ liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced data) riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính (attributes) của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là : “ “ Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ . “ “ Dữ liệu Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu . “ “ Dữ liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh Vệ tinh và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster . “ “ Số liệu thuộc tính (Attribute): được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý. Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ...và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu. Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá (digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh (Scanner) . “ “ 2.5.3 Phần mềm: Một hệ thống GIS bao gồm nhiều môdun phần mềm. Khả năng lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian bằng hệ quản trị CSDL địa lý là khía cạnh quan trọng nhất của GIS. Một phần mềm xử lý GIS tốt phải cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý, phân tích không gian dễ dàng, chính xác . “ “ Thu thập dữ liệu Chuyển đổi dữ liệu Giao diện người dùng Quản trị CSDL địa lý Hiển thị, báo cáo, Phân tích không 14 Hình 2.5.3.1.1. “ 2.5.4 Phần mềm GIS “ Phần cứng Gồm máy vi tính, các thiết bị ngoại vi như bàn số hoá (DIGITIZER), máy quét (SCANNER), máy in (PRINTER), máy vẽ (PLOTTER), đĩa CD. Ngày nay, phần mềm GIS chạy được trên nhiều chủng loại phần cứng khác nhau, từ các máy chủ trung tâm (computer servers) tới các máy tính desktop được sử dụng riêng lẻ hoặc nối mạng . “ “ Hình 2.5.4.1.1. “ 2.5.5 Phần cứng “ Phương pháp: “Là việc phân tích dữ liệu không gian như tạo vùng đệm, phân tích vùng lân cận, phân tích thống kê không gian…phân tích và ghi các dữ liệu thuộc tính về biến… Ngoài ra, GIS còn sử dụng các phương pháp nội suy không gian dựa trên điểm, vùng… sử dụng phương pháp đo và tính toán, chuyển hệ tọa độ nhằm mục đích trả lời những câu hỏi được đặt ra hay bài toán cần giải quyết.” Chức năng của hệ thống thông tin địa lý “Trong những chương trước đã nêu khái quát thế nào là hệ thống thông tin địa lý và đã có một số khái niệm về các loại dữ liệu không gian, phi không gian, và sự tương tác lẫn nhau giữa các loại dữ liệu đó. Trong chương này tiếp tục trình bày về những đặc điểm mà hệ thống thông tin địa lý có thể làm được. Phần lớn các phần mềm về GIS đều có các chức năng mà có thể phân ra thành 5 đặc trưng sau:” 2.6 1. Nhập dữ liệu “ “ 2. Xử lý dữ liệu sơ bộ “ “ 15 3. Lưu trữ và biên tập dữ liệu “ “ 4. Tìm kiếm và phân tích không gian “ 5. Hiển thị và tương tác “ “ “ Mỗi phần mềm khác nhau sẽ có những khả năng khác nhau trong mỗi chức năng nêu ở trên. Có những chức năng mạnh, có chức năng yếu và chúng cũng sử dụng những thuật toán và các hàm khác nhau để thực hiện các chức năng trên. Hình 2.3 biểu diễn mối quan hệ giữa những chức năng của hệ thống thông tin địa lý . “ “ Hiện tượng quan sát Tài liệu và bản đồồ giấấy Thu thập dữ liệu Dữ liệu thồ Lưu trữ và khai CSDL Xử lý sơ bộ dữ liệu Hiển thị và tương tác Thiếất bị đồồ họa Dữ liệu có cấấu trúc Tìm kiếấm và phấn tch Diếễn giải Hình 2.6.1.1.1. Hình 2.6.1.1.2. “ Nhập dữ liệu 2.6.2 “ Khái quát về 5 loại chức năng của GIS “ “ “Là việc thu nhận dữ liệu thực hoặc từ những văn bản hoặc bản đồ sẵn có để đưa vào hệ thống phần mềm GIS. Nhập dữ liệu là một quá trình đọc dữ liệu dưới khuôn dạng mà hệ phần mềm có thể xử lý được. Có rất nhiều loại khuôn dạng format để nhập vào và mỗi loại dữ liệu lại có một số loại format khác nhau. Ví dụ như dữ liệu không gian có thể đọc các loại format như: DLG,DGN, DXF và NTF, SHP. GIS có thể nhập các loại format ảnh như là các ảnh hàng không quét mà nó thường được lưu trữ dưới dạng TIFF hay GIF. Hiện nay có rất nhiều loại dữ liệu không gian và có thể thu thập theo nhiều cách khác nhau như là: dữ liệu khảo sát trực tiếp ngoài thực địa, được nhập vào dưới dạng sổ đo, dữ liệu ảnh hàng không dưới dạng tương tự sau đó được quét và chuyển sang dạng số, ảnh vệ tinh số, bản đồ giấy ở các tỷ lệ khác nhau rồi được quét hoặc vector hóa trực tiếp bằng bàn số hóa. Dữ liệu phi không gian cũng có thể được nhập trực tiếp từ các tài liệu có liên quan như các tài liệu thống kê, các bản đồ, và các số liệu điều tra thu thập” 16 Dữ liệu địa lý có thể dùng được cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số gọi là quá trình “ Số hóa”. “ “ Xử lý dữ liệu 2.6.3 “ “ Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định . “ “ Những công việc chính của xử lý dữ liệu bao gồm : “ “ - Tạo Topology cho các dữ liệu vector “ “ - Phân loại các đối tượng cho các loại ảnh viễn thám “ “ - Chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector và ngược lại “ - Nội suy mô hình số địa hình “ - Chuyển đổi hệ quy chiếu “ Lưu trữ dữ liệu 2.6.4 “ “ “ “ “ Chức năng của lưu trữ dữ liệu liên quan đến việc tạo ra cơ sở dữ liệu không gian. Trong thực tế nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm việc kết nối dữ liệu không gian vector và (hoặc ) dữ liệu không gian raster và cơ sở dữ liệu thuộc tính mà thuộc tính này chính là dữ liệu tham khảo của các đối tượng không gian được liên kết với chúng . “ “ Như đã nói ở trên thì dữ liệu thuộc tính thường được lưu dưới dạng bảng và lưu giữ những thông tin liên quan đến các đối tượng không gian, nhưng đôi khi các dữ liệu trong bảng thuộc tính bao gồm các giá trị của dữ liệu không gian ví dụ như diện tích, chiều dài của đối tượng mà nó có thể nhận được từ dữ liệu không gian đã được xử lý để taọ liên kết topology . “ “ Đối với dữ liệu raster, các file thuộc tính thường có liên quan đến các lớp đối tượng ví dụ như đất hoặc thực vật mà không giống như đối với dữ liệu vector là có liên kết với từng đối tượng riêng biệt . “ “ Sự lựa chọn dữ liệu không gian được tổ chức phù hợp với mô hình vector hay raster thì được làm ở khâu thu nhận dữ liệu, do đó mỗi mô hình dữ liệu sẽ có những cách tiếp cận thông tin khác nhau. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, rất nhiều cơ sở dữ liệu GIS có thể duy trì cả hai mô hình dữ liệu không gian. Khi xây dựng dữ liệu không gian, nó có thể cần thiết kết nối với nhau những bảng của dữ liệu mà nó liên quan đến cùng một hiện tượng, nó được mô tả như một toán tử kết nối . “ “ Soils-ID Samp-date pH O.M. ParcelID A 26/7/95 4.0 0.50 003 B 26/7/95 6.5 0.25 004 C 27/7/95 5.0 0.33 005 17 D 27/7/95 Hình 2.6.4.1.1. 5.0 0.45 006 Lưu trữ dữ liệu Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và lượng người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (eDBMS) để giúp cho việc lưu trữ, tổ chức và quản lí thông tin: SQL, Access, Exel ,… “ “ Tìm kiếm và phân tích không gian 2.6.5 “ “ “Lập bản đồ và phân tích các đối tượng có tham chiếu vị trí 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 trước đây. Trước khi có 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. GIS vừa cung cấp phương thức hỏi đáp đơn giản vừa hỗ trợ các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và các nhà nghiên cứu. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt là phân tích liền kề và phân tích chồng xếp chồng chập. Nhóm này tạo nên ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tính phân tích.” “Việc tìm kiếm và lưu trữ dữ liệu GIS thông thường là do để giải quyết một số vấn đề hoặc để đưa ra những quyết định có liên quan đến những ứng dụng đặc biệt. Để có câu trả lời về thế giới thực bằng việc sử dụng các ngôn ngữ hỏi đáp và đó chính là việc phân tích không gian. Phép phân tích không gian sử dụng từ những phép số học đơn giản đến những phép logic hoặc những phân tích mô hình phức tạp” “Phần lớn các hệ thống phần mềm GIS đều có đủ các chức năng để phân tích không gian, chúng được khái quát bằng một số chức năng sau đây” - Tìm kiếm (Searching), truy vấn (Query) “ “ - Phân tích chồng xếp, chồng chập (Overlay) “ - Phân tích liền kề - vùng đệm (Buffer zone) “ - Nội suy không gian (Spatial Interpolation) “ - Thực hiện các phép toán với dữ liệu raster “ Hiển thị và tương tác 2.6.6 “ “ “ “ “ “ “Sau khi đã xử lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và lưu trữ chúng trong một thiết bị lưu trữ dữ liệu như ổ cứng, đĩa CD ROM, hoặc DVD ROM chúng ta có thể hiển thị các thành quả của GIS lên màn hình, hoặc đưa chúng ra máy in bằng những hệ thống phần mềm của GIS. Đối với việc hiển thị bản đồ trên màn hình, các hệ thống phần mềm GIS rất linh hoạt, chúng có thể biểu diễn nhiều bản đồ khác nhau bằng việc lựa chọn các lớp bản đồ hiển thị. Ví dụ như để hiển thị bản đồ hiện trạng sử dụng đất chúng ta có thể mở lớp chuyên đề về sử dụng đất kết hợp với một số lớp khác như đường giao thông, điểm độ cao, đường bình độ…” 18 Hình 2.6.6.1.1. “ Lớp sông, hồ và lớp vị trí điểm giếng khoan khai thác nước ngầm “ “Khi hiển thị các lớp bản đồ trên màn hình chúng ta có thể hiển thị thêm các thông tin thuộc tính của từng lớp bản đồ bằng công cụ Info, hoặc chúng ta có thể hiển thị nhãn của các đối tượng lên màn hình (hình vẽ 2-5)” “Chúng ta cũng có thể hiển thị các mô hình số địa hình dưới dạng không gian 3 chiều, thay đổi bảng mầu, tông mầu, độ sáng … hoặc tạo ra các hiển thị dưới dạng hình động (animation). Hình 2-6 biểu diễn việc hiển thị mô hình số địa hình của vùng Kagoshima – Nhật bản.” Hình 2.6.6.1.2. “ Mô hình số địa hình của Kagoshima (Nhật bản) (sử dụng GRASS GIS 6.0) 2.7 “ Cơ sở dữ liệu của GIS 2.7.1 Khái niệm chung + Cơ sở dữ liệu (Database): Là một ngân hàng dữ liệu, phần lớn có thể truy cập, lưu trữ và chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau. Dữ liệu trong GIS bao gồm dữ liệu “ 19 không gian và dữ liệu phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ dữ liệu, hiệu quả, xử lí và hiển thị . “ - Dữ liệu không gian( dữ liệu địa lý): là những mô tả số của đối tượng bản đồ, chúng bao gồm tọa độ, quy luật và kí hiệu dùng để xác định một đối tượng cụ thể. GIS dùng các số liệu không gian để tạo ra đối tượng trên bản đồ hay hình ảnh trên màn hình hoặc bản đồ giấy . “ “ Dữ liệu có thể khai thác từ các tư liệu sau : “ “ + Ảnh hàng không-Ảnh vệ tinh . “ “ + Bản đồ trực ảnh . “ “ + Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không-ảnh vệ tinh . “ “ + Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất . “ “ + Bản đồ địa chính . “ “ + Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình . “ “ Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng Vector hoặc Raster hoặc hỗn hợp Raster-Vector. Các dữ liệu địa lý dạng vector được phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường người ta hay phân lớp theo tính chất thông tin:lớp địa hình, lớp dân cư…Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn người ta sẽ phân lớp chi tiết hơn. Ví dụ lớp thủy văn được phân thành các lớp con: sông lớn, sông nhỏ, ao hồ ,… “ “ - Dữ liệu phi không gian: là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các đối tượng bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các số liệu phi không gian còn gọi là các dữ liệu thuộc tính, có liên quan đến vị trí đối tượng và liên kết chặt chẽ với chúng qua cơ chế thống nhất chung. Có 2 loại dữ liệu thuộc tính : “ “ + Dữ liệu thuộc tính định lượng: Mô tả các yếu tố định lượng như kích thước, diện tích . “ “ + Dữ liệu thuộc tính định tính:Mô tả các yếu tố định tính như phân lớp, kiểu, tên, tính chất . “ “ -“Mối quan hệ giữa dữ liệu địa lí và dữ liệu thuộc tính: GIS sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu trên thông qua bộ xác định hay chỉ số Index, đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điếm riêng biệt của đổi tượng. Đồng thời qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu” “Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thế hiện theo sơ đồ sau:” 20