LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin chân thành
cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Thông Tin, đặc biệt là các thầy,
cô giáo trong bộ môn Các Hệ Thống Thông Tin, trường Đại học Công Nghệ
Thông Tin và Truyền Thông – Đại học Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo, đem
đến cho em nhiều kiến thức quý báu trong suốt 5 năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo Th.s Ngô Thị Lan Phương
người đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá
trình làm đồ án.
Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em có thể hoàn thành
đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án trong phạm vi và khả năng cho
phép nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu xót. Em kính mong
nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 06 năm 2012
Sinh viên

Nguyễn Đình Thắng



LỜI CAM ĐOAN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp bản thân em đã nghiên cứu và cố gắng rất
nhiều để có thể hoàn thiện đồ án đúng thời gian quy định. Em đã tham khảo một
số tài liệu và làm đồ án không hề sao chép từ bất kỳ một đồ án nào. Toàn bộ đồ
án là do em tự nghiên cứu và xây dựng nên.
Em xin cam đoan những lời khai trên là đúng, mọi thông tin sai lệch em xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm trước giáo viên hướng dẫn và Trường Đại học công
nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên.

4


•
•

Chương II: Khảo sát, phân tích và thiết kế hệ thống
Chương III: Xây dựng chương trình

CHƯƠNG I.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Tổng quan về GIS (Geographic Information System)
1.1.1. GIS là gì?
Từ năm 1980 đến nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy
nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều
được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực. Có ba định
nghĩa được dùng nhiều nhất:
•

GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ
liệu trong một hệ toạ độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu

và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó.
• GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao
tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất.
• GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân
tích và hiển thị dữ liệu bản đồ.
1.1.1.1

của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị
khi nó được xử lý bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng
và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều.
1.1.1.2 Các lĩnh vực khoa học có liên quan
GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp
nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân
tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành
khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành
này bao gồm:
•

Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới
và vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về
phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không
gian khi nghiên cứu.

6


•

Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ.
Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do

vậy nó cũng là khuân mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS.
• Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ
liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu
thập và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu. Các dữ liệu đầu ra
của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của
GIS.

trước địa chỉ phố. Đường giao thông và sơ đồ; điều khiển đường đi,
lập kế hoạch lưu thông xe cộ. Phân tích vị trí, chọn khu vực xây dựng

7


các tiện ích như bãi đỗ xe, ga tàu xe…Lập kế hoạch phát triển giao
thông.
• Quản lý giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường bao gồm các
chức năng: quản lý gió và thuỷ hệ, các nguồn nhân tạo, bình đồ lũ,
vùng ngập úng, đất nông nghiệp, tầng ngập nước, rừng, vùng tự
nhiên, phân tích tác động môi trường… Xác định ví trí chất thải độc
hại. Mô hình hoá nước ngầm và đường ô nhiễm. Phân tích phân bố
dân cư, quy hoạch tuyến tính.
• Quản lý quy hoạch: phân vùng quy hoạch sử dụng đất. Các hiện
trạng xu thế môi trường. Quản lý chất lượng nước.
• Quản lý các thiết bị: xác định đường ống ngầm, cáp ngầm. Xác định
tải trọng của lưới điện. Duy trì quy hoạch các thiết bị, sử dụng
đường điện.
• Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện
và nhiều ứng dụng khác.
1.1.2. Các thành phần của một hệ thống GIS

8


1.1.2.1. Con người
• Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thưc hiện các

thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS.

giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
•

Dữ liệu không gian là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng
bao gồm tọa độ, quy luật và các kí hiệu dùng để xác định một hình
ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. GIS dung các số liệu không gian
để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên

giấy thông qua các thiết bị ngoại vi,…
• Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính) là những diễn tả đặc
tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý
của chúng. Các dữ liệu thuộc tính liên quan đến vị trí địa lý hoặc các
đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong GIS thông
qua một cơ chế thống nhất chung.
Phần cứng

1.1.2.3.

Là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị
mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các
thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá
(digitizer), máy vẽ (plotter), máy quét (scanner), các phương tiện lưu trữ dữ
liệu,…
1.1.2.4.

Phần mềm

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
10

phí của đơn vị, việc chọn một phần mềm GIS sẽ khác nhau.
1.1.2.5.

Phương pháp phân tích và quản lý

Đây là thành 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 các có hiệu quả để phục
vụ người sử dụng thông tin.
Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong một khung tổ
chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và
phần tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu
cầu. Trong quá trình hoạt đông, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả
của kĩ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những
người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện những mục tiêu công việc. Ngoài
ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt
11


ra, nhằm gia tang hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện
có.
1.1.3. Các chức năng của GIS

Một hệ thống GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:
• Thu thập dữ liệu (Capture): Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có
thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…
• Lưu trữ (Store): Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster.
• Truy vấn (Query) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển
thị trên bản đồ.


12
Xuất

dữ liệu

Thiết bị ra


Hình 1.3: Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
Thu thập dữ liệu
Thu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo khuân mẫu được áp
1.1.3.1.

dụng cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuân
dạng mẫu có sẵn từ bên ngoài. Trong trường hợp này, GIS phải có các tiện ích
để hiểu được các khuân dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau để trao đổi. GIS
còn phải có khả năng nhập các ảnh bản đồ. Trong thực tế, nhiều kỹ thuật trắc
địa được áp dụng để thu thập dữ liệu thô, bao gồm thu thập dữ liệu về bề mặt
trái đất như địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờ trắc địa đo đặc hay
ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay. Các dữ liệu như kinh tế - xã hội thu thập từ điều
tra phỏng vấn hay chuyển đổi từ các bài tư liệu viết. Bản đồ vẽ bằng tay trên
giấy phải được số hoá sang dạng raster. Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp
từ máy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên
thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình.
Công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn
và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS.
Quá trình thu thập dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu.
Chúng ta có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình
hướng đối tượng, mạng và bề mặt. Quá trình phân tích trên cơ sở các cách

raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian.
Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong
bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối
tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Chỉ danh đối
tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và
dữ liệu không gian tương ứng. Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả
giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn
xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học.
Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên
quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc. Việc lựa
chọn mô hình raster hay mô hinh vector để tổ chức dữ liệu không gian được
thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác
nhau. Thông thường CSDL GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không
gian nói trên, khi xây dựng CSDL không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng
dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng.

14


Phương tiện truy nhập trong CSDL GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn
của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông
tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc tính đặc
biệt theo vị trí đối với hệ toạ độ nào đó và theo các quan hệ không gian. Do nhu
cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thường bao gồm phương pháp
chỉ số không gian đặc biệt. Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng
nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ liệu trên
cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập
CSDL GIS.
1.1.4. Lợi ích và hạn chế của việc sử dụng GIS



ứng của việc thay đổi một chính sách đối với người dân.
Chi phí và những vấn đề kỹ thuật đòi hỏi trong việc chuẩn bị lại các
số liệu thô hiện có, nhằm có thể chuyển từ bản đồ dạng giấy truyền

15


thống sang dạng kỹ thuật số trên máy tính (thông qua việc số hóa,
quét ảnh…)
• Đòi hỏi nhiều kiến thức của các kỹ thuật cơ bản về máy tính, yêu cầu
•

lớn về nguồn tài chính ban đầu.
Chi phí của việc mua sắm và lắp đặt thiết bị và phần mềm GIS khá

cao.
• Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chính thu lại thấp.
1.1.5. Các mô hình dữ liệu không gian trong GIS
1.1.5.1. Mô hình dữ liệu vector
Mô hình dữ liệu vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể
không gian cơ sở và tổ hợp của chúng. Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở
bao gồm: điểm (point), đường (line), vùng (polygon). Các thực thể sở đẳng
được hình thành trên cở sở các vector hay toạ độ của các điểm trong một hệ
trục toạ độ nào đó.
Đối tượng dạng điểm
Trong mô hình vector, điểm được thể hiện như một vector có độ dài bằng
không (không có kích thước), và vị trí của nó được xác định bởi một cặp tọa độ
(x,y) duy nhất.Ngoài ra thì các dữ liệu mô tả điểm đó như kí hiệu, tên gọi,..
cũng được lưu trữ cùng với cặp tọa độ.

không được khi nhận trong cơ sở dữ liệu vùng, GIS có thể cho phép đưa ra tọa
độ của chúng bằng các module nội suy một cách nhanh chóng và chính xác.
Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản.
Do một vùng được cấu tạo từ các đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác phải
ghi lại được sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên
đa giác.

Hình 1.6 Số liệu vecter được biểu diễn dạng vùng.
1.1.5.2.

Mô hình dữ liệu raster
Khái niệm ảnh raster

18


Một file ảnh chụp về một đối tượng không gian qua máy ảnh hoặc một số
ảnh chụp từ máy chụp số hoặc ảnh số thu nhận từ các đầu ghi phổ trên các vệ
tinh là các ảnh có cấu trúc raster.
Raster được định nghĩa như là ma trận không gian của các điểm ảnh còn
gọi là cell. Cell là một đơn vị đồng nhất biểu diễn một vùng xác định trên trái
đất. Các cell đều có cùng kích thước. Gốc toạ độ của hệ được đặt tại cell nằm
tại đỉnh góc trái. Trong cấu trúc dữ liệu raster:
•
•

Điểm (Point) : Được biểu diễn bằng 1 cell
Đường (Line): Được biểu diễn bằng 1 tập hợp các cell có hướng xác

định, độ rộng của line bằng chiều rộng của 1 cell

nhận người ta sẽ đưa ra các quyết định về sử dụng đất.
Dùng trong phân tích thủy văn: Thông tin địa thế thông thường nằm ở
dạng raster với những giá trị độ cao cho từng ô ảnh. Đây là mô hình số đo độ
cao. Các công cụ GIS dành cho raster cho phép xác định được hướng nước
chảy, lưu lượng tích trữ của dòng nước ở hạ lưu và dự đoán được lũ lụt.
Dùng trong phân tích môi trường: Bởi vì dữ liệu về phân bố sử dụng đất,
về thực phủ và địa thế thông thường được cất giữ dưới dạng ảnh raster, do
vậy đa số các phép tính toán phân tích môi trường đều liên quan đến dữ liệu
raster. Công cụ phân tích GIS dành cho dữ liệu raster đã phát triển đến mức
cho phép sử dụng dữ liệu raster để giải quyết những vấn đề ở nhiều mức độ.
Từ công tác bảo tồn rừng cho tới nghiên cứu những thay đổi của động vật
hoang dã do đô thị hóa.
Dùng trong phân tích địa thế: Mô hình số độ cao chứa nhứng giá trị độ
cao cho từng ô ảnh. Arcinfo có nhiều công cụ phân tích raster để tính độ dốc,
khả năng nhận ánh sang và tính toán độ cong của mặt đất mà thường được sử
dụng trong lập kế hoạch sử dụng đất hoặc chọn vị trí để xây dựng công trình.
20


1.1.5.3.

Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster

Việc chọn cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hay raster tùy thuộc vào yêu
cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu trữ sẽ
chiếm dung lượng ít hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đường
cong sẽ chính xác hơn hệ thống raster. Ngoài ra cũng tùy vào phần mềm máy
tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay
raster.
Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu

Mối quan hệ giữa các điểm trở nên khó xác định.
Sự thay đổi một cách liên tiếp về dữ liệu không được cập nhật một

cách nhanh chóng như trong dữ liệu raster.
• Khó khăn trong việc chồng xếp bản đồ.
• Không phù hợp với dữ liệu viễn thám.
Thuận lợi của hệ thống dữ liệu raster
• Vị trí địa lý của mỗi ô sẽ được xác định bởi vị trí của nó trong mảng
được biểu diễn.
• Việc lưu trữ là dễ dàng, có khả năng cung cấp đầy đủ dữ liệu vào bất
kì thời điểm nào
• Những vị trí kế cận được biểu diễn bởi ô kế cận do đó các ô có mối
liên hệ mật thiết với nhau.
• Quá trình tính toán đơn giản và thực hiện dễ dàng
• Ranh giới giữa các vùng lãnh thổ có thể được xác định bởi giá trị
của các ô khác nhau. Nếu giá trị của các ô thay đổi thì ranh giới
•
•
•
•
•
1.1.6.

cũng thay đổi theo.
Cấu trúc dữ liệu đơn giản
Thay đổi hệ quy chiếu một cách dễ dàng
Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster
Đòi hỏi không gian lưu trữ lớn
Kích thước của các ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện.
Độ chính xác không cao.

vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS bao gồm 2 cơ sở dữ liệu
thành phần chính là:
• Cơ sở dữ liệu địa lý (không gian)
• Cơ sở dữ liệu thuộc tính (phi không gian)
Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm
2 hệ quản trị cơ sở dữ liệu riêng cho từng phần hoặc xây dựng một hệ quản trị
cơ sở dữ liệu chung cho cả hai cơ sở dữ liệu con kể trên. Thông thường hệ
quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm 3 hệ quản trị cơ sở dữ liệu
con:
•
•

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho cơ sở dữ liệu địa lý.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp. Hệ này
được tích hợp cùng với hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý cho phép
người ta dùng truy nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính đồng
thời. Tuy nhiên, hệ quản trị cơ sở dữ liệu này cho thao tác trên cơ sở

dữ liệu thuộc tính bị hạn chế.
• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính. Thông thường các hệ thống GIS
đều lấy một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hiện có để quản trị và
thực hiện các bài toán trên cơ sở dữ liệu thuộc tính mà không liên
quan đến dữ liệu không dan. VD như: FOX, SQL, ORACLE.

23


Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho dữ liệu không gian bao gồm các hệ thống
con sau:
•

Hệ thống đầu ra: Hệ thống có nhiệm vụ in ra các bản đồ đối với các
thiết bị đầu ra thông dụng như: máy in, máy vẽ… và cần hỗ trợ các

1.2.

thiết bị đầu ra tương thích
Giới thiệu phần mềm Mapinfo
1.2.1. Giới thiệu chung
Mapinfo là một công cụ khá hữu hiệu để tạo ra và quản lý CSDL vừa và
nhỏ trên máy tính cá nhân. Sử dụng công cụ Mapinfo có thể thực hiện xây
dựng một hệ thống thông tin địa lý phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học
và sản xuất cho các tổ chức kinh tế và xã hội của các ngành và địa phương.
Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện lợi và
đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
1.2.2. Một số đặc điểm chính của Mapinfo
• Chạy trên các hệ điều hành: DOS, Windows.
• Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.

24


•

Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích

•
•
•
•
•

Ngoài ra, Mapinfo còn tổ chức thông tin theo lớp đối tượng. Các thông tin
bản đồ trong phần mềm GIS thường được tổ chức theo từng lớp bản đồ. Một
lớp bản đồ máy tính là sự chồng xếp của các lớp thông tin lên nhau. Mỗi lớp
thông tin thể hiện một khía cạnh của mảnh bản đồ tổng thể. Lớp thông tin là
một tập hợp các đối tượng bản đồ thống nhất. Thể hiện và quản lý các đối
tượng địa lý không gian theo một chủ đề cụ thể, phục vụ một mục đích nhất
định trong hệ thống.
Với cách tổ chức thông tin theo từng lớp như vậy đã giúp cho phần mềm
Mapinfo xây dựng thành các khối thông tin độc lập cho các mảnh bản đồ máy
tính. Điều này sẽ giúp ta thành lập các bản đồ máy tính linh hoạt hơn theo các
cách tập hợp lớp thông tin khác nhau trong hệ thống, dễ dàng thêm vào mảnh

25