ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ
NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG
NGHỆ
NGUYỄN ĐĂNG CƯỜNG
MỘT SỐ THUẬT TOÁN KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ
VÀ ỨNG DỤNG
Hà Nội -
2011
III
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN I
LỜI CÁM ƠN II
MỤC LỤC III
Danh mục các hình vẽ VI
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GIS 2
1.1. Khái niệm chung về bản đồ 2
1.1.1. Định nghĩa 2
1.1.1.1. Bản đồ nhƣ mô hình toán học 2
1.1.1.2. Mô hình thực tiễn 3
1.1.1.3. Bản đồ nhƣ mô hình qui ƣớc 4
1.1.2. Các tính chất của bản đồ 4
1.1.3. Các yếu tố nội dung của bản đồ 5
1.1.3.1. Thủy hệ 5
1.1.3.2. Điểm dân cƣ 5
1.1.3.3. Đƣờng giao thông 6
1.1.3.4. Các đối tƣợng kinh tế xã hội 6
1.1.3.5. Dáng đất 6
1.1.3.6. Ranh giới hành chính - chính trị 6
1.1.3.7. Cơ sở thiên văn- trắc địa và điểm định hƣớng (bản đồ địa hình) 7
1.1.3.8. Ghi chú trên bản đồ 7
1.1.3.9. Lớp phủ thực vật, thổ nhƣỡng 7
2.8.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng khái quát hóa tự động bản đồ ở các nƣớc trên
thế giới 41
2.8.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng khái quát hóa tự động bản đồ tại Việt Nam 43
Chƣơng 3: MỘT SỐ THUẬT TOÁN KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 44
3.1. Toán tử lựa chọn đối tƣợng 44
3.2. Đơn giản hóa đƣờng cong 45
3.2.1. Thuật toán Douglas- Peucker 46
3.2.2. Thuật toán sử dụng điểm độc lập 47
3.2.3. Thuật toán sử dụng khoảng cách giữa các điểm hoặc đƣờng vuông góc 48
3.2.4. Thuật toán Reumann- Witkam 49
3.2.5. Thuật toán Zhao - Saalfeld 50
3.2.6. Thuật toán Opheim 51
3.2.7. Thuật toán Lang 52
3.2.8. Thuật toán Visvalingam – Whyatt 53
Chƣơng 4: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG KHÁI QUÁT HÓA BẢN ĐỒ 55
4.1. Phân tích và thiết kế hệ thống 55
4.1.1. Yêu cầu phần mềm 55
4.1.2. Các chức năng của phần mềm 56
4.2. Giải pháp triển khai 56
4.2.1. Công nghệ GIS 56
4.2.2. Ngôn ngữ lập trình 57
4.2.3. Tổ chức triển khai 58
4.3. Phần mềm khái quát hóa bản đồ - MapGeneralization 67
4.3.1. Chức năng phân tích dữ liệu 68
4.3.2. Chức năng khái quá hóa điểm 69
4.3.3. Chức năng khái quát hóa đƣờng 69
4.3.4. Chức năng khái quá hóa vùng 70
4.4. Kết quả thử nghiệm 71
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
Hình 1-1: Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng(Keith Clarke, 1995) 2
Hình 1-2: Dạng Geoid và hình Elipxoid(Dorothy Freidel, 1993) 3
Hình 1-3 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS 8
Hình 1-4 Lớp bản đồ 14
Hình 1-5: Các hợp phần thiết yếu cho công nghệ GIS 16
Hình 1-6 : Các thành phần phần cứng cơ bản của GIS 17
Hình 1-7: Định dạng dữ liệu Vector và Raster 20
Hình 1-8: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm (point) 21
Hình 1-9: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng Arc 22
Hình 1-10: Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng (Polygon) 22
Hình 1-11: Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính 25
Bảng 2-1: Khái quát hóa 30
Hình 2-1: Biểu thị kết quả làm trơn 34
Hình 2-2: Biểu thị kết quả giản lƣợc hóa 34
Hình 2-3: Biểu thị kết quả gộp vùng 35
Hình 2-4: Biểu thị kết quả gộp điểm 35
Hình 2-6: Biểu thị kết quả hợp nhất 36
Hình 2-7: Biểu thị kết quả phá đối tƣợng 36
Hình 2-8: Biểu thị kết quả phóng đại 37
Hình 2-9: Biểu thị kết quả dịch chuyển 37
Hình 2-10: Khái quát hóa và trật tự mô hình hóa 40
Hình 3-1: Đơn giản hóa đƣờng nhờ giảm thiểu tọa độ 46
Hình 4-1 : Giao diện chính của phần mềm - MapGeneralization 67
Hình 4-2 : Thống kê đối tƣợng dạng vùng trong một phạm vi bất kỳ 68
Hình 4-3: Kết quả đơn giản hóa lớp đoạn tim đƣờng bộ 69
Hình 4-4: Thống kê đối tƣợng dạng vùng theo diện tích nhỏ 70
1
Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GIS
1.1. Khái niệm chung về bản đồ
1.1.1. Định nghĩa
Bản đồ địa lý là sự biểu thị thu nhỏ qui ƣớc của bề mặt trái đất lên mặt phẳng,
xây dựng trên cơ sở toán học với sự trợ giúp và sử dụng các ký hiệu qui ƣớc để phản
ánh sự phân bố, trạng thái và mối quan hệ tƣơng quan của các hiện tƣợng thiên nhiên
và xã hội đƣợc lựa chọn và khái quát hoá để phù hợp với mục đích sử dụng của bản đồ
và đặc trƣng cho khu vực nghiên cứu[2].
Hình 1-1: Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng(Keith Clarke, 1995)
1.1.1.1. Bản đồ như mô hình toán học
* Geoid
Trên thực tế bề mặt tự nhiên của trái đất rất phức tạp về mặt hình học, không thể
biểu thị nó theo một qui luật nhất định nào. Do vậy bề mặt tự nhiên trái đất đƣợc thay
thế bằng mặt Geoid. Mặt Geoid là mặt nƣớc biển trung bình yên tĩnh trải rộng xuyên
qua lục địa và luôn vuông góc với các hƣớng dây dọi. Do sự phân bố không đồng đều
của các khối vật chất trong vỏ quả đất làm biến đổi hƣớng trọng lực, làm bề mặt Geoid
có dạng phức tạp về mặt hình học.
* Bề mặt Elipxoid quay của trái đất
Ngƣời ta lấy mặt Elipxoid quay có hình dạng kích thƣớc gần giống Geoid làm bề
mặt toán học thay cho Geoid. Kích thƣớc của Elipxoid trái đất đƣợc tính theo tài liệu
đo đạc trắc địa, thiên văn và trọng lực. Ngoài việc xác định kích thƣớc của Elipxoid
thay cho Geoid, cần phải đặt đúng Elipxoid ở thể trái đất gọi là định hƣớng Elipxoid.
Định hƣớng Elipxoid khác nhau dẫn đến sự khác nhau về toạ độ của một điểm khi tính
3
dùng làm cơ sở để chuyển vẽ toàn bộ nội dung còn lại của bản đồ.
1.1.1.2. Mô hình thực tiễn
Trên bản đồ ngƣời ta có thể thể hiện các đối tƣợng và hiện tƣợng có trên mặt đất
trong thiên nhiên, xã hội và các lĩnh vực hoạt động của con ngƣời.
Các yếu tố nội dung của bản đồ:
- Thuỷ hệ
4
- Địa hình bề mặt
- Dân cƣ
- Đƣờng giao thông
- Ranh giới hành chính - chính trị
- Lớp phủ thổ nhƣỡng - thực vật
- Các đối tƣợng kinh tế xã hội
Các yếu tố kể trên đƣợc thể hiện trên bản đồ địa lý chung và trên một số các bản
đồ chuyên đề.
Bản đồ chuyên đề có các yếu tố nội dung riêng đặc trƣng cho từng loại nhƣ thổ
nhƣỡng địa chất. Trên các bản đồ chuyên đề các yếu tố địa lý chung đƣợc thể hiện với
các mức độ khác nhau phụ thuộc vào giá trị của chúng trong việc nêu bật các yếu tố
chính của bản đồ chuyên đề.
1.1.1.3. Bản đồ như mô hình qui ước
Các yếu tố nội dung của bản đồ đƣợc thể hiện bằng những ký hiệu qui ƣớc. Các
ký hiệu thể hiện vị trí, hình dáng kích thƣớc của đối tƣợng trong thực tế, ngoài ra còn
thể hiện một số đặc trƣng về số lƣợng và chất lƣợng.
Phân ra 3 loại ký hiệu:
- Ký hiệu theo tỷ lệ - vùng
- Ký hiệu theo tỷ lệ - đƣờng
hình toán học của các hiện tƣợng địa lý, giải quyết các bài toán khoa học và thực tiễn.
- Tính thông tin
Khả năng lƣu trữ và truyền đạt thông tin cho ngƣời sử dụng.
1.1.3. Các yếu tố nội dung của bản đồ
1.1.3.1. Thủy hệ
Lớp thủy hệ bao gồm các đối tƣợng thuỷ văn nhƣ: biển, sông, kênh, hồ, các hồ
chứa nƣớc nhân tạo, mạch nƣớc, mƣơng máng, các công trình thuỷ lợi khác và giao
thông thuỷ: bến cảng, cầu cống, thuỷ điện, Theo giá trị giao thông chia sông thành
tàu bè đi lại đƣợc hay không, theo tính chất dòng chảy: có dòng chảy hoặc khô cạn
một mùa, nguồn nƣớc: tự nhiên nhân tạo các kiểu đƣờng bờ. Khi thể hiện thuỷ hệ
ngƣời ta dùng các ký hiệu khác nhau ho phép phản ánh đầy đủ nhất các đặc tính. Bằng
những ký hiệu bổ sung, giải thích con số, thể hiện các đặc tính nhƣ: chiều rộng, sâu
tốc độ hƣớng dòng chảy, chất đáy, điểm đƣờng bờ chất lƣợng nƣớc, đối với những
đối tƣợng quan trọng ta ghi chú tên gọi địa lý của chúng. Trên bản đồ sông đƣợc thể
hiện bằng một hoặc hai nét phụ thuộc vào độ rộng trên thực địa mức độ quan trọng và
tỷ lệ bản đồ.
1.1.3.2. Điểm dân cư
Lớp điểm dân cƣ là một trong nhứng lớp quan trọng nhất của bản đồ địa hình
đƣợc đặc trƣng bởi kiểu cƣ trú, dân số ý nghĩa hành chính chính trị. Đặc điểm của dân
cƣ đƣợc biểu thị bằng độ lớn, màu sắc, kiểu dáng của ký hiệu và ghi chú tên gọi.
Ví dụ: trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1/5.000 biểu thị tất cả các công trình xây dựng
theo tỷ lệ, đặc trƣng của vật liệu xây dựng Trên bản đồ 25.000 đến 100.000 biểu thị
các điểm dân cƣ tập trung bằng các ô phố và khái quát đặc trƣng chất lƣợng. Các công
trình xây dựng độc lập biểu thị bằng ký hiệu phi tỷ lệ, cố gắng giữ sự phân bố.
6
1.1.3.3. Đường giao thông
Bao gồm ranh giới quốc gia và ranh giới cấp hành chính tuỳ thuộc vào vào tỷ lệ
và mục đích sử dụng của bản đồ.
7
1.1.3.7. Cơ sở thiên văn- trắc địa và điểm định hướng (bản đồ địa hình)
Địa vật định hƣớng là những đối tƣợng cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng
và chính xác trên bản đồ thƣờng đƣợc biểu tƣợng bằng các đối tƣợng phi tỷ lệ trên
thực tế là những địa vật dễ nhận biết (ngã ba, ngã tƣ đƣờng sá, giếng ở xa khu dân
cƣ ) hoặc nhô cao so với mặt đất. Các điểm thuộc lƣới khống chế cơ sở đƣợc biểu thị
với mức độ chi tiết và độ chính xác phụ thuộc vào tỷ lệ cũng nhƣ mức độ sử dụng của
bản đồ.
1.1.3.8. Ghi chú trên bản đồ
Ghi chú trên bản đồ là các chữ viết nhằm giải thích theo ký hiệu, các địa danh,
tên các đối tƣợng. Chúng kết hợp với ký hiệu trên bản đồ và làm phong phú nội dung
của bản đồ. Ghi chú bản đồ giúp chúng ta khái quát nội dung của bản đồ cũng nhƣ
phân biệt các đối tƣợng.
Phân loại ghi chú trên bản đồ:
Có nhiều loại ghi chú khác nhau
- Tên riêng của các đối tƣợng: tên thành phố, tên tỉnh,
- Ghi chú chỉ dẫn
- Ghi chú giải thích tính chất của các đối tƣợng, thuật ngữ địa lý, các
đặc trƣng về số lƣợng, chất lƣợng
- Ghi chú có khả năng chuyển tải thông tin bằng font chữ, kích thƣớc, màu sắc,
định hƣớng Ghi chú thƣờng đƣợc bố trí gần với các đối tƣợng liên quan.
1.1.3.9. Lớp phủ thực vật, thổ nhưỡng
Trên bản đồ biểu thị các loại ruộng muối, đất mặn, đầm lầy, rừng, cây bụi, vƣờn
cây, đồn điền. Ranh giới các khu vực đƣợc biểu thị chính xác về phƣơng diện đồ hoạ,
Hình 1-3 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS
Mạng lƣới sông rạch
Loại đất
Cao độ
Hiện trạng
Bản đồ nền
9
số điểm và một số hƣớng tuỳ thuộc vào phép chiếu. Ta hiểu tỷ lệ của bản đồ là mức độ
thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu diễn lên bản đồ.
Tỉ lệ bản đồ nói lên mức độ chi tiết các thành phần có thể biểu hiện đƣợc trên bản
đồ và kích thƣớc các chi tiết có thể đo đạc đƣợc tƣơng ứng với điều kiện ngoài thực tế.
Tỉ lệ bản đồ có thể đƣợc biểu hiện nhƣ là một đơn vị đo đạc và chuyển đổi, thí dụ nhƣ
ở tỉ lệ 1/25.000, 1 cm trên bản đồ tƣơng ứng với 25.000 cm ngoài thực tế hoặc 25 m.
Một bản đồ có tỉ lệ là 1/10.000 sẽ bao phủ một vùng rộng lớn hơn bản đồ ở tỉ lệ
1/25.000, tuy nhiên bản đồ có tỉ lệ lớn sẽ chứa các đặc điểm chi tiết hơn bản đồ có tỉ lệ
nhỏ.
1.1.4.2. Cơ sở trắc địa, thiên văn của bản đồ
Đƣợc đặc trƣng bởi hình Elipxoit và hệ thống toạ độ trắc địa khởi điểm đã sử
dụng để thành lập bản đồ. Cơ sở trắc địa - thiên văn đƣợc thể hiện bằng các điểm
khống chế, các điểm khống chế là những điểm đã đƣợc cố định trên thực địa và đƣợc
xác định toạ độ. Những điểm khống chế này đƣợc sử dụng khi thành lập bản đồ tỷ lệ
lớn để xác định đúng vị trí các yếu tố nội dung của bản đồ
Các nguồn tài liệu trắc địa - bản đồ ở Việt Nam:
- Bản đồ do Pháp thành lập trƣớc năm 1954 chủ yếu sử dụng Elipxoid Cbamie
1880.
- Bản đồ sau năm 1954 sử dụng Elipxoid Krassobsk, lƣới chiếu Gauss, Kruger
tạo với nó một góc đó chính là vĩ độ địa lý, đƣợc tính từ xích đạo, nhận giá trị từ 0 đến
90
0
lên Bắc ký hiệu là v.B hoặc N; v.N hoặc S.
Góc giữa các mặt phẳng kinh tuyến đi qua một điểm cho trƣớc và mặt phẳng của
kinh tuyến gốc gọi là kinh độ địa lý. Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc (kinh tuyến
Greenwich) sang đông đến 180
0
là dƣơng (k.đ.E); kinh tuyến gốc sang tây đến 180
0
(k.t.W).
1.1.4.4. Bố cục và khung bản đồ
Bố cục bản đồ: là sự bố trí khu vực đƣợc thành lập bản đồ trên bản đồ, xác định
khung của nó, sắp xếp những yếu tố trình bày ngoài khung và những tƣ liệu bổ sung.
Các bản đồ địa hình bao giờ cũng định hƣớng kinh tuyến giữa theo bắc nam. Trong
khung biểu thị khu vực đƣợc thành lập liên tục và không lập lại trên những mảnh phụ
cận. Bố trí tên bản đồ, số hiệu mảnh, tỷ lệ, các tài liệu tra cứu và giải thích dựa theo
mẫu qui định.
Khung bản đồ: là một đƣờng giới hạn lãnh thổ đƣợc thể hiện. Bản đồ có 2
khung, khung trong và khung ngoài. Ngƣời ta vẽ khung ngoài có tính chất trang trí,
giữa khung trong và khung ngoài là trị số các đƣờng kinh vĩ tuyến, địa danh các đƣờng
phụ cận, nút giao thông gần nhất.
Đối với các bản đồ chuyên đề, trong khung bản đồ có thể bố trí bản chú thích, tài
liệu tra cứu, đồ thị, bản đồ phụ Tên bản đồ, tỷ lệ cũng có thể đặt ở trong khung.
1.1.4.5. Phân mảnh bản đồ
Phụ thuộc vào tỷ lệ và lãnh thổ mà bản đồ có thể nằm trên 1 hoặc nhiều mảnh.
Bản đồ địa hình chính là loại bản đồ nhiều mảnh có cách phân mảnh và đánh số đƣợc
qui định chặt chẽ, có thể phân mảnh bản đồ theo lƣới kinh vĩ tuyến hoặc theo km, hoặc
theo khung bản đồ có kích thƣớc đặt sẵn,
bằng chữ Ả Rập F - 48- 143.
- Mảnh bản đồ 1: 100.000 hạn chế bởi hình thang 20x30 là cơ sở để phân mảnh
và đánh số các tỷ lệ lớn hơn.
- Mảnh bản đồ 1: 100.000 chia ra làm 4 mảnh 1:50.000 đánh số A, B, C, D; F-48-
143-A.
- Mảnh 50.000 chia ra làm 4 mảnh 1: 25.000; đánh số a,b,c,d; F-48-143-A-b.
- Mảnh 25.000 chia ra 4 mảnh 1: 10.000 đánh số 1 đến 4. Ví dụ: F-48-143-A-b-1.
- Mảnh 1:100.000 chia ra làm 384 mảnh 1: 5.000 đánh số từ 1 đến 324. Ví dụ: F-
48-143-(322)
- Mảnh 1:5000 chia ra làm 6 mảnh 1: 2000 đánh số từ a đến f
12
1.2. Hệ thống thông tin địa lý – GIS
Hệ thống thông tin là tập các tiến trình xử lý dữ liệu thô để sản sinh ra các thông
tin có ích cho công tác lập quyết định. Chúng bao gồm tập các thao tác dẫn chúng ta đi
từ lập kế hoạch quan sát và thu thập dữ liệu tới lƣu trữ và phân tích dữ liệu, tới sử
dụng các thông tin suy diễn trong công việc lập quyết định[2]. 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 đƣợc sử dụng vào công việc lập quyết định. Để hiệu quả, việc biểu diễn
thông tin bản đồ phải rõ ràng, không nhập nhằng và quen với ngƣời dùng. Hệ thông tin
địa lý là hệ thông tin đƣợc thiết kế để làm việc với dữ liệu quy chiếu không gian hay
tọa độ địa lý. Khái niệm hệ thông tin địa lý đƣợc hình thành từ ba khái niệm địa lý,
thông tin và hệ thống và đƣợc viết tắt là GIS. ý nghĩa của chúng đƣợc diễn giải nhƣ
sau đây:
• Geographic Information Systems (Mỹ).
• Geographical Information Systems (Anh, Ôxtrâylia, Canada).
• Geographic Information Science (nghiên cứu lý thuyết và quan niệm của hệ
• Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS): đo đạc vị trí trên
mặt đất trên cơ sở hệ thống các vệ tinh.
• Viễn thám (remote sensing): sử dụng vệ tinh để thu thập thông tin về Trái đất.
• Hệ thông tin địa lý (GIS).
1.2.1. Định nghĩa GIS
Hệ thống thông tin địa lý(Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một
nhánh của công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất
rộng rãi trong 10 năm lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều
hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả
năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân
đánh giá đƣợc hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội
thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông
tin đƣợc gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu
đầu vào
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhƣng chúng đều có điểm giống nhau
nhƣ: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý
(Management Information System - MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì
GIS là kết hợp của lập bản đồ với trợ giúp của máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu
(CSDL). So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lƣu 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 vài định nghĩa GIS hay đƣợc sử dụng[1]:
Định nghĩa của Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI, Mỹ
GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn
tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất. Công nghệ GIS tích hợp các thao tác CSDL nhƣ
truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê bản đồ. Các
khả năng này sẽ phân biệt GIS với các hệ thông tin khác. Có rất nhiều chƣơng trình
máy tính sử dụng dữ liệu không gian nhƣ AutoCAD và các chƣơng trình thống kê,
nhƣng chúng không phải là GIS vì chúng không có khả năng thực hiện các thao tác
không gian[1].
Tầng khách hàng
Tầng biên
Hành chính
15
GIS lƣu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng (layer) bản đồ chuyên đề mà
chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau. Giả sử ta có vùng quan sát nhƣ trên hình 1-
4. Mỗi nhóm ngƣời sử dụng sẽ quan tâm nhiều hơn đến một hay vài loại thông tin. Thí
dụ, Sở Giao thông công chính sẽ quan tâm nhiều đến hệ thống đƣờng phố. Sở Nhà đất
quan tâm nhiều đến các khu dân cƣ và công sở. Sở Công thƣơng quan tâm nhiều đến
phân bổ khách hàng trong vùng. Tƣ tƣởng tách bản đồ thành tầng tuy đơn giản nhƣng
khá mềm dẻo và hiệu quả, chúng cho khả năng giải quyết rất nhiều vấn đề về thế giới
thực, từ theo dõi điều hành xe cộ giao thông, đến các ứng dụng lập kế hoạch và mô
hình hóa lƣu thông. Ta có thể sử dụng tiến trình tự động, gọi là mã hóa địa lý
(geocoding) để liên kết dữ liệu bên ngoài với dữ liệu bản đồ. Thí dụ sử dụng mã hóa
địa lý để ánh xạ thông tin bán hàng bằng mã bƣu điện (ZIP) hay chỉ ra địa chỉ khách
hàng trên bản đồ bằng các điểm.
Hiểu biết của chúng ta về Trái đất là giới hạn vì thiếu thông tin cũng nhƣ thiếu tri
thức. Để quan sát vật thể quá nhỏ con ngƣời đã phát minh ra kính hiển vi, để quan sát
vật thể quá lớn nhƣ toàn bộ Trái đất, con ngƣời đã phải sử dụng vệ tinh nhân tạo. Hệ
thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ và thời gian khác
nhau, theo các khuôn mẫu khác nhau. Ngƣời sử dụng thông tin địa lý nhƣ các nhà
khoa học, giám sát tài nguyên môi trƣờng, lập kế hoạch phát triển đô thị đều làm
việc theo vùng hay lãnh thổ. Họ quan sát và đo đạc các tham số môi trƣờng. Họ xây
dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc tính Trái đất. Họ giám sát sự thay đổi xung
quanh ta theo thời gian và không gian. Cuối cùng, họ mô hình hóa các tác động, tiến
trình trong môi trƣờng. Hiệu quả cơ bản của các hoạt động này sẽ đƣợc nâng cao nhờ
Hình 1-6 : Các thành phần phần cứng cơ bản của GIS
1.2.2.2. Phần mềm (Software)
Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính 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 đƣợc sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao
gồm các tính năng cơ bản sau:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến
đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tƣơng thích.
Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý.
- Lƣu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lƣu trữ và quản lý
cơ sở dữ liệu đề cập đến phƣơng pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin
thuộc tính (attributes) của các đối tƣợng địa lý (điểm, đƣờng đại diện cho các
đối tƣợng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này đƣợc tổ chức và liên hệ qua các thao
tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội đƣợc bởi ngƣời sử dụng hệ thống.
- Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu đƣa ra là các báo cáo kết quả quá
trình phân tích tới ngƣời sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ (MAP), bảng biểu
(TABLE), biểu đồ, lƣu đồ (FIGURE) đƣợc thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ
- Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành
nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể
đƣợc thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc
tổng hợp cả hai.
18
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 thƣờng sử dụng nhất. Tuy
nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục nhƣ: nhiệt độ,
cao độ và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số
liệu thuộc tính đƣợc dùng để mô tả cơ sở dữ liệu.
19
Có nhiều cách để nhập số liệu, nhƣng cách thông thƣờng 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)
Ðây 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
đƣợc điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải đƣợc bổ nhiệm để tổ chức
hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ ngƣời sử dụng thông tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải đƣợc đặt trong 1 khung tổ chức phù
hợp và có những hƣớng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lƣu trữ và phân tích số liệu,
đồng thời có khả năng phát triển đƣợc hệ thống GIS theo nhu cầu. Hệ thống GIS cần
đƣợc điều hành bởi 1 bộ phận quản lý, bộ phận này phải đƣợc bổ nhiệm để tổ chức
hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ ngƣời sử dụng thông tin.
Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt đƣợc và tính hiệu quả của kỹ thuật
GIS chỉ đƣợc minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những ngƣời sử dụng thông
tin để giúp họ thực hiện đƣợc những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa
các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải đƣợc đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử
dụng của GIS cũng nhƣ các nguồn số liệu hiện có.
Nhƣ vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò
rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây là yếu tố quyết định
vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình
dạng hiện tƣợng” thông qua mô tả chất lƣợng, số lƣợng của hình dạng và cấu trúc.
Cuối cùng, đặc trƣng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tƣơng tác” giữa các hiện
tƣợng tự nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh
hƣởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ
thống.
Hình 1-7: Định dạng dữ liệu Vector và Raster
Copyright: Tài liệu đại học ©