ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
MỤC LỤC Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
DANH MỤC CÁC HèNH
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay đòi hỏi
phải tận dụng các nguồn tài nguyên sẵn có trong nước và đi đôi với sự phát
triển kinh tế là sự khai thác tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là đất đai ở các
tỉnh miền nùi và trung du với tốc độ chưa từng thấy dẫn tới những hậu quả
trầm trọng: Suy thoái các nguồn tài nguyên thiên nhiên và chất lượng môi
trường. Do đó, công tác theo dõi, quản lý và khai thác đất đai theo đúng mục
đích sử dụng đất, dự báo kịp thời về tình trạng suy thoái tài nguyên đất, đưa ra
các phương hướng và biện pháp bảo vệ đất đai ngày càng trở lên cấp bách.
Để làm tốt công tác quản lý tài nguyên đất ở quy mô quốc gia và quy mô
của một tỉnh, Nhà nước cần có những cơ sở dữ liệu khoa học, quản lý các
thông tin về đất, đầy đủ, chính xác và được cập nhật thường xuyên. Có như
vậy mới nhanh chóng đưa ra các giải pháp, các quyết định hợp lý trong quá
trình xây dựng chiến lược phát triển kinh tế xã hội và giám sát tài nguyên môi
trường như khuyến cáo hoặc vạch ra hướng sử dụng đất đai một cách hợp lý
và giảm thiểu các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sinh thái trong các dự
án phát triển kinh tế ở các địa phương.
Hiện nay tại các tỉnh, các cơ quan nghiên cứu trung ương đã tập trung
được một khối lượng lớn thông tin, số liệu điều tra về đất đai của mỗi tỉnh, địa
phương, nhưng việc tập hợp, xử lý, sử dụng và khai thác chỳng cũn nhiều khó
khăn, do tình hình phân tán và thiếu hệ thống của chúng. Nhu cầu có một
phương pháp và phương tiện quản lý các loại dữ liệu, thông tin về tài nguyên

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG
TIN ĐỊA LÝ GIS
Trong xã hội thông tin, thông tin địa lý giữ một vai trò rất quan trọng.
Khi cung cấp bất kỳ thông tin gì hoặc sự kiện gì, nhà cung cấp thông tin cần
phải cho biết vật ấy, sự kiện ấy xảy ra ở đâu, khi nào. Đú chớnh là thông tin
địa lý (geographic information).
Từ khi ra đời, với tư cách là một công nghệ, GIS (Geographic
Information System) đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. GIS
đã phát triển từ những ứng dụng trờn cỏc đối tượng liên quan đến đất đai và
biến đổi chậm như tài nguyên, môi trường đến các ứng dụng trong các lĩnh
vực liên quan đến con người hoặc những đối tượng có tần số biến đổi nhanh
như cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội.
Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong các
lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đó xỏc lập một
nghành khoa học mới, khoa học thông tin địa lý – GIS (Geographic
Information Science). GIS đã từng bước hoàn thiện các mô hình biểu diễn các
đối tượng, các hoạt động, các sự kiện và các quan hệ của chúng trong thế giới
thực, đồng thời nghiên cứu phát triển các thuật toán lưu trữ, xử lý dữ liệu theo
không gian và thời gian.
GIS ra đời từ đầu thập niên 60 ở Canada, và suốt thời gian của hai thập
niên 60 và 70, GIS cũng chỉ được một vài cơ quan chính quyền ở khu vực
Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu. Mãi đến đầu thập niên 80, khi công nghệ sản
xuất phần cứng máy tính phát triển mạnh với tính năng cao, giá thành hạ,
đồng thời với sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
3
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
(CSDL) cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin địa lý làm cho công nghệ GIS
ngày càng được quan tâm hơn.

vật chất và ô nhiễm, phát triển các phương pháp và kỹ thuật GIS.
1.2. CƠ SỞ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS
1.2.1. Định nghĩa GIS
GIS đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển hơn một thập
niên qua, đây là một dạng ứng dụng công nghệ tin học (Information
Technology) nhằm mô tả thế giới thực (Real world) mà loài người đang sống,
tìm hiểu, khai thác. Với những tính năng ưu việt, GIS ngày nay đang được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và quản lý, đặc biệt trong quản lý
và quy hoạch sử dụng - khai thác các nguồn tài nguyên một cách bền vững và
hợp lý.
Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đưa tin học thâm
nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới
trong quá trình phát triển khoa học. GIS là một trong những ứng dụng rất có
giá trị của công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô
thị và cảnh báo môi trường.
Vậy GIS là gì?
Khái niệm GIS được hình thành từ ba khái niệm:
• Hệ thống – Công nghệ máy tính và các hạ tầng hỗ trợ khác (System)
• Thông tin – Dữ liệu và Thông tin (Information)
• Địa lý – Thế giới thực, các thực thể không gian (Geographic )
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
5
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
GIS là một kỹ thuật ứng dụng hệ thống vi tính số hoá, xuất hiện trong
những năm 1960 cho đến nay công nghệ này được biết đến như là một kỹ
thuật toàn cầu.
Đã có nhiều định nghĩa về GIS ra đời, dưới đõy là một số định nghĩa của
một số tác giả:
- GIS là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và
hiển thị dữ liệu không gian (Clarke 1995).

Hình 1.1: Mô hình công nghệ GIS.
- Số liệu vào: được nhập từ các nguồn khác nhau, như chuyển đổi giữa
các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp…
- Quản lý số liệu: sau khi số liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần
cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì số liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số
liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông
tin thế giới thực thành các tầng số liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng
một hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau.
- Xử lý số liệu: với các chức năng thao tác trên số liệu được bằng các
phần mềm chuyên dụng, GIS tạo ra các sản phẩm là các loại thông tin mà
người sử dụng yêu cầu. Đồng thời trợ giúp cho người sử dụng lựa chọn các
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
Số
liệu
vào
Số
liệu
ra
Quản
lý
số
liệu
Phân
tích
mô
hình
hóa
Xử
lý
SL

điều khiển sắp đặt phần cứng khác mà nó thỡ cần thiết cho việc quản lý thông
tin theo sau thông qua hệ thống. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ
khoảng 5mm2 nhưng có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng
triệu thông tin trong một giây.
1.2.2.1.2. Bộ nhớ trong (RAM)
Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là "không
gian làm việc" cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên
(RAM) này có khả năng giữ 1 giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời
gian (ví dụ, hệ điều hành MS-DOS mẫu có 640Kb ở RAM ). Điều này có
nghĩa nó sẽ ít có khả năng thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn
trong hệ điều hành.
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
9
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
1.2.2.1.3. Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (diskette, harddisk, CD-ROM)
Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong
cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như cuốn băng
được dùng trong máy hát nhạc). Thuận lợi của dây băng có từ tính là nó có
thể lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu (ví dụ toàn bộ Landsat MSS đòi hỏi 8MB
của khả năng lưu trữ trên một băng).
Sự gia tăng khả năng lưu trữ thực hiện bằng các đĩa có từ tính. Các đĩa
cứng với khả năng lưu trữ rất lớn (được sử dụng trên PCS phổ biến 700Mb),
còn ở các đĩa mềm với khả năng giới hạn (khoảng 1.4Mb). Đĩa cứng thông
thường được sử dụng cho lưu trữ tạm thời mà thông qua quá trình xử lý, sau
khi dữ liệu được gán trong đĩa floppy hoặc dây băng có từ tính. Công nghệ
phát triển cũng tạo ra thêm nhiều loại thiết bị có thể lưu trữ và truyền số liệu
đọc qua cổng USB của máy vi tớnh. Các đĩa DVD ngày nay có thể lưu trữ dữ
liệu tới 50GB và rất thuận tiện để sao lưu số liệu.
1.2.2.1.4. Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (INPUT DEVICES)
• Digitizer

thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể
là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ
thuật GIS phải đảm bảo các tính năng cơ bản sau:
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
11
ATN: Xõy dng c s d liu a hỡnh t l 1:10000 tnh H Giang bng phn mm ArcGIS
Hỡnh 1.4: Thnh phn phn mm c bn ca GIS.
- Nhp v kim tra d liu (Data input): Gm tt c cỏc khớa cnh v
bin i d liu dng bn , trong lnh vc quan sỏt vo mt dng s tng
thớch. ộừy l giai on rt quan trng cho vic xõy dng c s d liu a lý.
- Lu tr v qun lý c s d liu (Geographic database): Lu tr v
qun lý c s d liu cp n phng phỏp kt ni thụng tin v trớ
(topology) v thụng tin thuc tớnh (attributes) ca cỏc i tng a lý (im,
ng i din cho cỏc i tng trờn b mt trỏi t). Hai thụng tin ny c
t chc v liờn h qua cỏc thao tỏc trờn mỏy tớnh v sao cho chỳng cú th lnh
hi c bi ngi s dng h thng.
- Xut d liu v trỡnh by kt qu (Display and reporting): Xut d
liu a ra l cỏc bỏo cỏo kt qu quỏ trỡnh phõn tớch ti ngi s dng, cú th
bao gm cỏc dng: bn , bng biu hay hỡnh v ( th hoc s khi)
c th hin bng hỡnh nh trờn mỏy tớnh, mỏy in, mỏy v hoc c ghi
trờn cỏc thit b t di dng s.
- Bin i d liu (Data transformation): Bin i d liu gm hai lp
iu hnh nhm mc ớch khc phc li t d liu v cp nht chỳng. Bin
Sv: Nguyn Vn Huynh Lp: Trc a B K 50
12
Tơng tác với
ngời sử dụng
Tơng tác với
ngời sử dụng
Lu trữ và bảo

liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ sở dữ liệu bản đồ -Dữ liệu không gian
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.
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
13
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
Số 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.
Số 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 đổ 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 số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy
nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả cỏc 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).
1.2.2.5. Chính sách và quản lý (Policy and management)
éõy là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ
thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS.
Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải
được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để

Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
15
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này
với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi
hỏi một số quá trình số hoá thủ công. Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý
thực sự cú cỏc định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được
từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS.
1.2.3.2. Thao tác dữ liệu
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.
Ví dụ, các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác
nhau (hệ thống đường phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi
tiết hơn trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng). Trước
khi các thông tin này được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng
một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng
tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Công
nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và
cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết.
1.2.3.3. Quản lý dữ liệu
Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng
các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng
người dùng cũng nhiều lờn, thỡ cỏch tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ
liệu (DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một
DBMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu.
Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ
tỏ ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các
bảng. Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
16

1.2.3.5. Hiển thị
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt
nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và
trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở
rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể
được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ
liệu khác (đa phương tiện).
1.3. CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA GIS
1.3.1. Khái niệm chung
* Cơ sở dữ liệu (Database): Là một ngân hàng dữ liệu, phần lớn dữ liệu
có thể truy cập, lưu trữ và chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau. Dữ liệu trong
GIS bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian. Mỗi loại có
những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu
quả, xử lý và hiển thị.
- Dữ liệu không gian (dữ liệu địa lý): Là những mô tả số của hình ảnh
bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một
hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dựng cỏc
số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình
hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi.
Dữ liệu có thể khai thác từ các tư liệu sau:
+ Ảnh hàng không - ảnh vệ tinh.
+ Bản đồ trực ảnh (orthophotomap).
+ Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không - ảnh vệ tinh.
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
18
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
+ 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

cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu.
* Topology: Là một thủ tục toán học sủ dụng để xác định mối quan hệ
giữa các đối tượng địa lý. Trong bản đồ số Topology xây dựng các quan hệ
giữa các đối tượng, nhận biết cỏc vựng kề cận nhau và có thể tự động nhận
biết ra các đối tượng vùng, đường, điểm theo các đặc tính hình học của chúng.
1.3.2. Tổ chức cơ sở dữ liệu
Dữ liệu được nhập vào và lưu trữ trên PC trong một không gian nhờ các
phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp các phương
thức biểu diễn thực dưới dạng các dữ liệu có liên kết qua lại (tương hỗ) ở mức
tối đa. Những dữ liệu được ghi nhận theo một chuỗi với cấu trúc hợp lý sao
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
20
ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS
cho có thể truy cập và khai thác sử dụng dễ dàng, thỏa mãn các yêu cầu khi
cần phải cung cấp thông tin và các chỉ dẫn cho người sử dụng.
Cơ sở dữ liệu được tổ chức ở dạng thư mục, trong đó dữ liệu được ghi
nhận trong nhiều tệp.
Phần mềm quản lý cho phép ghi nhận các tệp tin theo thứ tự hoặc theo
các chỉ số trực tiếp. Chúng quản lý các tệp một cách độc lập. Các tệp có cấu
trúc thứ bậc, dạng mạng hay dạng quan hệ.
1.3.3. Cấu trúc và mô hình dữ liệu trong GIS
* Mô hình dữ liệu như là một tập hợp các qui tắc để biểu diễn sự tổ chức
logic của dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. Mô hình dữ liệu được chọn cho một đối
tượng hoặc cho một ứng dụng chịu tác động bởi:
- Phần mềm của hệ thống.
- Trình độ của người sử dụng.
- Nguyên tắc hoạt động (tiền lệ) mang tính lịch sử.
* Cấu trúc cơ sở dữ liệu: Khi nhập dữ liệu vào hệ thống GIS cú cỏc cấu
trúc dữ liệu như sau:
- Cấu trúc dữ liệu theo quan niệm của người sử dụng.

• Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node.
• Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node.
• Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices.
• Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ.
Hình 1.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường (Arc).
- Kiểu đối tượng vùng (Polygons)
Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng. Các đối tượng địa lý
có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons,
cú cỏc đặc điểm sau:
• Polygons được mô tả bằng tập các đường và điểm nhãn (label points).
• Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng.
• Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi
một vùng.
Sv: Nguyễn Văn Huynh Lớp: Trắc Địa B – K 50
23