Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý GIS

Nội dung text: Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý GIS

1. Phần 1 - Những kiến thức chung về GIS Chương 1: Tổng quan về hệ thông tin địa lý và những khái niệm cơ bản của bản đồ số. Hệ thống thông tin địa lý GIS có rất nhiều ứng dụng, nếu con người biết sử dụng và khai thác tiềm năng rộng lớn của nó thì GIS sẽ như lắp thêm đôi mắt, đôi tay, đôi cánh giúp con người nhìn thế giới trực quan hơn, chính xác hơn và nhanh chóng chinh phục được thế giới trong tiềm năng vốn có của mình. ứng dụng đầu tiên của GIS phải nói đến là bộ công cụ tốt nhất cho việc xây dựng và biên tập bản đồ số. Đó chính là ứng dụng khởi đầu cho mọi ứng dụng tiếp theo của GIS. Vậy những ứng dụng tiếp theo của GIS là gì? Khi đã có bản đồ số cùng cơ sở dữ liệu tương ứng của một khu vực nào đó thì : GIS là công cụ để cập nhật nhanh nhất những biến động thông tin bản đồ GIS là công cụ để truy xuất, tìm kiếm và khai thác thông tin về các đối tượng GIS là công cụ để quản lý cơ sở dữ liệu các đối tượng bản đồ GIS là công cụ tốt nhất cho việc chiết xuất những thông tin thứ cấp GIS là công cụ để đánh giá biến động phục vụ theo dõi diễn biến lớp phủ GIS là công cụ tốt cho việc quy hoạch phát triển và tổ chức thực hiện sản xuất 1.1. Lược sử ra đời và phát triển của hệ thông tin địa lý. Từ xa xưa con người đã biết cách biểu diễn các thông tin địa lý bằng cách thu nhỏ các sự vật theo một kích thước nào đó, rồi vẽ lên mặt phẳng. Để đánh dấu các đặc tính của sự vật, người ta dùng các loại ký hiệu khác nhau như độ cao được biểu diễn bằng những đường bình độ, một số đối tượng được biểu thị bởi các loại màu sắc tương ứng hoặc bằng chú thích cùng các số hiệu đi kèm. Sự biểu thị kết quả thể hiện các ý tưởng đó được gọi là bản đồ. Dần dần, bản đồ === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 1
2. chiếm một vị trí quan trọng không thể thiếu được trong đời sống của con người và có thể nói: Bản đồ là một công cụ thông tin quen thuộc đối với loài người. Trong quá trình phát triển kinh tế kỹ thuật, bản đồ luôn được cải tiến sao cho ngày càng đầy đủ thông tin hơn, ngày càng chính xác hơn. Khi khối lượng thông tin quá lớn trên một đơn vị diện tích bản đồ thì người ta tiến đến lập bản đồ chuyên đề. ở bản đồ chuyên đề chỉ biểu diễn những thông tin theo một chuyên đề sử dụng nào đó. Trên một đơn vị diện tích địa lí sẽ có nhiều loại bản đồ chuyên đề: bản đồ địa hình, bản đồ hành chính, bản đồ địa chất, bản đồ du lịch, bản đồ giao thông vận tải Trên cơ sở của hệ thông tin bản đồ, những năm đầu của thập kỷ 60(1963- 1964) các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi là GIS (Geographical Information Systems - GIS). GIS kế thừa mọi thành tựu trong ngành bản đồ cả về ý tưởng lẫn thành tựu của kỹ thuật bản đồ. GIS bắt đầu hoạt động cũng bằng việc thu thập dữ liệu theo định hướng tuỳ thuộc vào muc tiêu đặt ra. Dù là hệ thông tin địa lý hay hệ thông tin bản đồ, đều có nhiệm vụ phục vụ những yêu cầu chung nhất của các ngành như: Địa chính, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Ngư nghiệp, Giao thông, Xây dựng, Thuỷ lợi Nhưng mỗi ngành lại có những yêu cầu khác nhau về các thông tin đó. Cho nên một hệ thông tin xây dựng cho nhiều ngành thì không thể thoả mãn yêu cầu riêng của một ngành. Vì vậy lại xuất hiện hệ thông tin chuyên ngành như hệ thông tin địa lý nông nghiệp, hệ thông tin địa lý lâm nghiệp, hệ thông tin địa lý giao thông Hệ thông tin đia lý (GIS) có thể hiểu một cách đơn giản là tập hợp các thông tin có liên quan đến các yếu tố địa lý một cách đồng bộ và logic. Như vậy về ý tưởng nó được xuất hiện rất sớm cùng với sự phát minh ra bản đồ. Nhưng sự hình thành rõ nét của hệ thông tin địa lý một cách hoàn chỉnh, và đưa vào ứng dụng có hiệu quả thì cũng chỉ nghiên cứu phát triển trong một số năm gần đây. Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trường và phát triển GIS. Thời kỳ này hàng loạt thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của GIS, đặc biệt là sự gia tăng ứng dụng của máy tính với === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 2
3. kích thước bộ nhớ và tốc độ tăng. Chính những thuận lợi này mà GIS dần dần được thương mại hoá. Năm 1977 đã có nhiều hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới. Bên cạnh GIS thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám. Một hướng nghiên cứu kết hợp giữa GIS và viễn thám được đặt ra. ở thời kỳ này những nước có những đầu tư đáng kể cho việc phát triển ứng dụng làm bản đồ, hay quản lý dữ liệu có sự trợ giúp máy tính là Canada và Mỹ sau đó đến các nước như Thuỵ Điển, Đan Mạch, Pháp Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng GIS ngày càng tăng với các quy mô khác nhau. Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những năm trước mà nổi lên là vấn đề số hoá dữ liệu. Thập kỷ này đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng GIS như: theo dõi sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, các bài toán giao thông GIS trở thành một công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý và trợ giúp quyết định. Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu hoà nhập giữa viễn thám và GIS. Các nước Bắc Mỹ và châu Âu thu được nhiều thành công trong lĩnh vực này. Khu vực châu á Thái Bình Dương cũng đã thành lập nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và GIS. ở các nước như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan đã chú ý nghiên cứu đến GIS chủ yếu vào lĩnh vực quản lý, đánh giá tài nguyên thiên nhiên và môi trường. ở Việt Nam việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thông tin địa lý cũng mới chỉ bắt đầu, và chỉ được triển khai ở những cơ quan lớn như tổng cục địa chính, trường Đại học mỏ Địa chất, Viện Điều tra quy hoạch rừng, Viện địa chất Đồng thời mức độ ứng dụng còn hạn chế, và mới chỉ có ý nghĩa nghiên cứu hoặc ứng dụng để giải quyết một số các nhiệm vụ trước mắt. Như vậy hầu hết các nước trên thế giới trong đó có Việt nam đều quan tâm nghiên cứu hệ thông tin địa lý và ứng dụng nó vào nhiều ngành, trong đó có ngành Lâm nghiệp. Ngày nay, phần mềm GIS đang hướng tới đưa công nghệ GIS === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 3
4. trở thành hệ tự động thành lập bản đồ và xử lý dữ liệu ngày càng đạt hiệu quả cao về tốc độ và độ chính xác. Nói chung, trong thời đại khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển với tốc độ chóng mặt như hiện nay và sự phát triển của công nghệ GIS cũng không nằm ngoài trào lưu đó, có hướng tiến tới mang tính phổ cập đại chúng cho các công tác quản lý và khai thác thông tin bản đồ cho nhiều mục đích khác nhau. Vì vậy phần cứng của GIS phát triển mạnh theo giải pháp máy tính để bàn và ngày càng gọn nhẹ, nhất là những năm gần đây ra đời các bộ vi xử lý cực mạnh, thiết bị lưu trữ dữ liệu, hiển thị và in ấn tiên tiến đã làm cho công nghệ GIS thay đổi về chất. Có thể nói trong suốt quá trình hình thành và phát triển của mình, công nghệ GIS đã luôn tự hoàn thiện từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp để phù hợp với các tiến bộ mới nhất của khoa học kỹ thuật. 1.2. Khái niệm chung về công nghệ thông tin 1.2.1. Khái niệm Nói đến công nghệ thông tin trước hết phải nói đến tin học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu việc thu thập thông tin, xử lý thông tin, quản lý thông tin, truyền thông tin và cung cấp thông tin nhằm đạt được mức độ tốt nhất mục tiêu đặt ra từ trước của con người. Thông tin có ở khắp mọi nơi và các nhu cầu thu thập, lưu trữ, truyền nhận, xử lý thông tin là phổ biến trong mọi hoạt động của tự nhiên và xã hội. Khi nền kinh tế cùng các vấn đề văn hoá xã hội càng phát triển thì vị trí thông tin càng quan trọng. Các nhu cầu khai thác, xử lý thông tin càng trở nên cấp thiết. Hiện nay, thông tin đã trở thành một lực lượng vật chất có ý nghĩa và đóng vai trò như một loại hàng hoá cao cấp và được sự thừa nhận của tất cả các quốc gia và được con người sử dụng thường xuyên trong mọi hoạt động kinh tế xã hội. Cùng với thông tin, các công cụ không thể thiếu được liên quan đến thông tin đó là máy tính, các trang thiết bị tin học và các phương tiện truyền thông, đặc biệt là viễn thông đã tạo ra công nghệ thông tin. Theo thời gian, công nghệ thông tin đã từng bước thể hiện vai trò ưu việt trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật, === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 4
5. kinh tế xã hội và đã từng bước khẳng định vị trí không thể thiếu được trong quá trình phát triển của mỗi quốc gia, mỗi khu vực trên một số lĩnh vực cơ bản đó là: 1. Thu thập thông tin - Kỹ thuật điều tra thu thập số liệu trực tiếp tại hiện trường - Kế thừa những thông tin đã có thông qua bộ máy quản lý của ngành - Tổ chức hệ thống cập nhật bổ sung dữ liệu 2. Quản lý thông tin - Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu - Xây dựng hệ quản trị dữ liệu. 3. Xử lý thông tin - Phân tích và tổng hợp hệ thống thông tin - Giải các bài toán ứng dụng chuyên ngành 4. Truyền thông tin - Xây dựng hệ thống luồng truyền tin - Giải pháp truyền thông tin trên mạng - Hệ quản trị mạng thông tin - Bảo vệ an toàn trên đường truyền thông tin - Bảo mật thông tin 5. Cung cấp thông tin - Xây dựng giao diện với người sử dụng - Hiển thị thông tin theo nhu cầu - Tổ chức mạng dịch vụ thông tin. Để công nghệ thông tin đạt được các nhiệm vụ đã nêu ở trên có hiệu quả thì cần phài xác định đúng thể loại thông tin, các chuẩn thông tin, lựa chọn phần cứng đồng bộ đủ mạnh và phần mềm hệ thống phù hợp cùng với các công tác tổ chức cho toàn hệ thống phải hợp lý và đạt hiệu quả cao. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 5
6. 1.2.2. Hệ thống thông tin Hiện nay ở hầu hết các nước có trình độ phát triển cao đã có một khối lượng thông tin lớn để phục vụ cho nhu cầu sử dụng thông tin của xã hội. Hệ thống thông tin có thể được hiểu là tập hợp các dữ liệu được khảo sát, thu thập, lưu trữ xử lý và sử dụng giúp cho việc lựa chọn để ra quyết định có lợi nhất cho con người. Nếu gọi thông tin là đầu ra thì các dữ liệu là đầu vào được thu thập bằng nhiều cách, ở nhiều mức khác nhau, ở những vị trí khác nhau trong nhiều thời điểm khác nhau vẽ lên một bức tranh tổng quát hay chi tiết sự vật hiện tượng cần nghiên cứu. Khi thu thập thông tin phải biết được thông tin đó dùng để làm gì, độ chính xác của thông tin đến đâu thì các dữ liệu được tạo ra mới có giá trị sử dụng. Theo những mục tiêu cụ thể sẽ đòi hỏi nội dung và hình thức một hệ thông tin riêng. chính vì lẽ này mà người ta thường thiết kế hệ thống thông tin dạng chuyên đề. Ví dụ: Hệ thống thông tin đất đai, hệ thông tin về khí hậu, hệ thông tin về thảm thực vật, hệ thông tin địa chất, hệ thông tin quy hoạch, hệ thông tin quản lý đô thị . ở những nước phát triển người ta lại xây dựng hệ thông tin tổng hợp, đa chức năng, nó có thể đáp ứng hầu hết các yêu cầu sử dụng thông tin của các cơ quan nhưng khối lượng thông tin rất lớn và sự liên kết nội bộ giữa chúng rất khó khăn. Song bất kỳ một hệ thông tin nào cũng có bốn chức năng chính sau đây: 1. Chức năng nhận dữ liệu từ các nguồn dữ liệu 2. Chức năng xử lý số liệu 3. Chức năng trình bày dữ liệu 4. Chức năng suy giải và phân tích thông tin để ra quyết định. 1.2.3. Hệ thông tin có toạ độ không gian Từ trước tới nay việc so sánh đối chiếu các số liệu phân bố không gian về các đối tượng trên mặt đất luôn là một bộ phận quan trọng của các tổ chức hoạt động xã hội. Các số liệu không gian được đo đạc, thu thập và xử lý thành bản đồ === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 6
7. là sản phẩm không thể thiếu được trong kết quả nghiên cứu và phục vụ sản xuất của nhiều ngành liên quan tới điều tra, xây dựng cơ bản và quản lý bảo vệ tài nguyên môi trường. Quá trình đo đạc, thu thập, xử lý, lưu trữ bản đồ để sử dụng tạo thành hệ thông tin bản đồ, và do vậy từ lâu bản đồ luôn là một công cụ thông tin quen thuộc đối với loài người. Trong quá trình phát triển kinh tế kỹ thuật, bản đồ luôn được cải tiến sao cho ngày càng đầy đủ thông tin hơn, chính xác hơn và việc lưu trữ, quản lý và khai thác thông tin ngày càng tiện lợi, dễ sử dụng và có hiệu quả cao. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy móc thiết bị hiện đại ra đời, nhu cầu phát triển và sử dụng bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề đối với bề mặt trái đất đã gia tăng đáng kể, nhất là các bản đồ chuyên đề cung cấp những thông tin hữu ích để khai thác và quản lý tài nguyên, môi trường. Do vậy việc nghiên cứu phân bố không gian bề mặt trái đất đã bắt đầu hướng theo con đường định lượng, nhưng lúc đầu còn gặp nhiều khó khăn không chỉ do khối lượng quá lớn về số liệu và phân tích số liệu, mà còn thiếu những công cụ quan trọng để mô tả sự biến thiên không gian mang tính chất định lượng. Từ những năm 1960 với sự có mặt của máy tính xử lý số thì việc phân tích không gian và làm bản đồ chuyên đề mang tính định lượng mới được nảy sinh và phát triển. Vì vậy nhu cầu đối với các số liệu không gian và phân tích không gian đã không còn hạn chế đối với các nhà khoa học về trái đất. Tuy nhiên thời kỳ này các tờ bản đồ tạo ra vẫn còn nhiều hạn chế. Càng ngày con người càng cần nhiều thông tin về sự thay đổi theo thời gian trên mặt đất, vì vậy các kỹ thuật truyền thống làm bản đồ bây giờ đã không còn thích hợp. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn sản xuất và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật một lớp công cụ làm bản đồ mới ra đời đó chính là hệ thống thông tin địa lý (Geographycal Information System) Hệ thông tin địa lý thực chất là một hệ thông tin không gian mà trái đất là đối tượng định vị chính. Nó được hình thành từ một tập hợp các dữ liệu định vị trong không gian và có cấu trúc thuận tiện khi cung cấp thông tin tổng hợp để ra === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 7
8. các quyết định. Như vậy nó là một công cụ bảo quản rất có hiệu quả, dễ truy nhập, thao tác cũng như thể hiện các dữ liệu không gian trong quá trình đánh giá thông tin. Do vậy hệ thông tin theo toạ độ không gian là một hệ thông tin địa lý. Việc thu thập số liệu một cách tự động, phân tích số liệu và trình bày só liệu trong một số lĩnh vực như lập bản đồ Địa hình, bản đồ Địa chất, bản đồ Lâm nghiệp, bản đồ Đánh giá tác động môi trường, đo vẽ ảnh và viễn thám các lĩnh vực này riêng biệt nhau nhưng lại liên quan chặt chẽ với nhau, liên kết quá trình xử lý số liệu không gian thành những hệ thống thông tin phục vụ cho mục đích chung về địa lý. Vậy hệ thống thông tin địa lý có thể được gọi là một hệ thống có sự trợ giúp của máy tính điện tử bao gồm các cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian và thông tin thuộc tính và các nhóm phần mềm với các chức năng lưu trữ, thể hiện, trao đổi, xử lý cùng với các kiến thức chuyên ngành. 1.3. Kháí niệm về bản đồ số 1.3.1. Khái niệm Như chúng ta đã biết, bản đồ được vẽ trên giấy là bản đồ mà các thông tin được thể hiện nhờ các đường nét, màu sắc, hệ thống ký hiệu và các ghi chú. Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành điện tử tin học, các máy tính số ngày càng mạnh, các thiết bị đo ghi tự động, các loại máy in, máy vẽ tự động có chất lượng cao không ngừng được hoàn thiện. Trên cơ sở đó người xây dựng hệ thống thông tin địa lý, hệ thống thông tin đất đai và các hệ hống thông tin chuyên ngành hiện đại khác, mà phần quan trọng của nó là việc xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu bản đồ gồm bản đồ địa hình và các loại bản đồ chuyên đề trên cùng một phạm vi lãnh thổ nào đó. Thế giới thực được thu nhỏ bởi các đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ dựa trên cơ sở mô hình hoá toán học trong không gian hai chiều hoặc ba chiều. Các đối tượng được chia hành các nhóm, lớp (như : thuỷ hệ, Giao thông, địa hình, sư phân bố dân cư, thực vật, thổ nhưỡng, các loại ranh giới.) tổng hợp các nhóm, lớp lại . ta được nội dung bản đồ. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 8
9. Vậy có thể định nghĩa: Bản đồ số là một tập hợp có tổ chức các dữ liệu bản đồ trên thiết bị có khả năng đọc bằng máy tính và được thể hiện dưới dạng hình ảnh bản đồ. Các thành phần cơ bản của bản đồ số bao gồm: Thiết bị ghi dữ liệu Máy tính Cơ sở dữ liệu bản đồ Thiết bị thể hiện bản đồ Bản đồ số được lưu trữ gọn nhẹ khác với bản đồ truyền thống ở chỗ: Bản đồ số chỉ là các file dữ liệu ghi trong bộ nhớ máy tính và có thể thể hiện ở dạng hình ảnh giống như bản đồ truyền thống trên màn hình máy tính. Nếu sử dụng máy vẽ thì ta có thể in được bản đồ số trên giấy giống như bản đồ thông thường. Bản đồ số địa hình là cơ sở dữ liệu không gian cho hệ thống thông tin địa lý (GIS) và thường được sử dụng làm bản đồ nền cho các loại bản đồ chuyên đề. Ví dụ: Bản đồ số địa chính là loại bản đồ chuyên ngành đất đai được thiết kế biên tập lưu trữ và hiển thị trong máy tính như các loại bản đồ số thông thường và cơ sở dữ liệu của nó chính là hệ thống thông tin đất đai (LIS). Bản đồ số Lâm nghiệp là loại bản đồ chuyên ngành Lâm nghiệp và cơ sở dữ liệu của nó chính là hệ thống thông tin Lâm nghiệp (FIS). Nhờ các máy tính có khả năng lưu trữ khối lượng thông tin lớn, khả năng tổng hợp, cập nhật, phân tích thông tin và xử lý dữ liệu bản đồ phong phú nên bản đồ số được ứng dụng rộng rãi và đa dạng hơn rất nhiều so với bản đồ giấy thông thường. 1.3.2. Đặc điểm bản đồ số và những ưu điểm hơn hẳn của nó. 1) Mỗi bản đồ số có một hệ quy chiếu nhất định thường là hệ quy chiếu phẳng. Các thông tin không gian được tính toán và thể hiện trong một hệ quy chiếu đã chọn. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 9
10. 2) Mức độ đầy đủ các thông tin về nội dung và độ chính xác các yếu tố trong bản đồ số hoàn toàn đáp ứng yêu cầu các tiêu chuẩn bản đồ theo thiết kế ban đầu. 3) Bản đồ số thực chất là một tập hợp có tổ chức các dữ liệu trong một hệ quy chiếu nhất định. Tỷ lệ của bản đồ số không giống như tỷ lệ của bản đồ thông thường. 4) Hệ thống ký hiệu trong bản đồ số thực chất là các ký hiệu của bản đồ thông thường đã được số hoá. Nhờ vậy có thể thể hiện bản đồ dưới dạng hình ảnh trên màn hình hoặc in ra giấy. 5) Các yếu tố của bản đồ giữ nguyên được độ chính xác của dữ liệu đo đạc ban đầu và không chịu ảnh hưởng của sai số đồ hoạ. 6) Khi thành lập bản đồ số, các công đoạn ban đầu từ khâu thu thập và xử lý số liệu đòi hỏi tính đồng bộ và lôgic cao nên người thực hiện công việc này phải có trình độ kỹ thuật và tay nghề cao. 7) Bản đồ số có tính linh hoạt hơn hẳn bản đồ truyền thống có thể dễ dàng thực hiện các công việc như: - Cập nhật và hiện chỉnh thông tin - Chồng xếp hoặc tách lớp thông tin theo ý muốn - Dễ dàng biên tập và tạo ra phiên bản mới của bản đồ - Dễ dàng in ra với số lượng và tỷ lệ tuỳ ý - Có khả năng liên kết và sử dụng trong mạng máy tính. Việc sử dụng bản đồ số thuận lợi và có hiệu quả kinh tế cao, vì thế hiện này trong thực tế chủ yếu sử dụng kỹ thuật công nghệ mới để thành lập và sử dụng bản đồ trong công tác quản lý tài nguyên nói chung và quản lý đất đai nói riêng. 1.3.3. Khái niệm cơ bản về cơ sở dữ liệu bản đồ === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 10
11. Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một tập hợp số liệu được lựa chọn và phân chia bởi người sử dụng. Đó là một nhóm các bản ghi và các file số liệu được lưu trữ trong một tổ chức có cấu trúc. Nhơ phần mềm quản trị CSDL người ta có thể sử dụng dữ liệu cho các mục đích tính toán, phân tích, tổng hợp, khôi phục dữ liệu Trong những năm gần đây Việt Nam đã triển khai”Chương trình công nghệ thông tin quốc gia” trong đó có dự án “Xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về tài nguyên đất” Mục tiêu là xây dựng các khối thông tin cơ bản đó là: 1. Hệ quy chiếu Quốc gia 2. Hệ toạ độ và độ cao nhà nước 3. Hệ thống bản đồ địa hình cơ bản 4. Đường biên giới và địa giới hành chính 5. Mô hình số độ cao địa hình 6. Phân loại đất theo hiện trạng sử dụng 7. Quy hoạch và kế hoạch sử dụng đất 8. Hệ thống bản đồ địa chính 9. Chủ sử dụng đất 10. Các dữ liệu khác có liên quan Cơ sở dữ liệu tài nguyên đất khi hoàn thành sẽ phục vụ đắc lực cho công tác quản lý nhà nước về đất đai, trợ giúp hoạch định chính sách, quy hoạch tổng thể và sử dụng có hiệu quả tài nguyên đất. Đối với hệ thống bản đồ địa hình cơ bản cần phải xây dựng “ Cơ sở dữ liệu địa lý”, cơ sở dữ liệu này gồm hai phần, đó là cơ sở dữ liệu không gian bao gồm hình dạng, kích thước và vị trí các đối tượng cùng với sự biểu diễn dáng đất tại khu vực đó và cơ sở dữ liệu thuộc tính bao gồm các đặc điểm tính chất của đối tượng. Đối với hệ thống bản đồ địa chính cần xây dựng “Cơ sở dữ liệu địa chính. Cơ sở dữ liệu này gồm hai phần cơ bản đó là CSDL bản đồ địa chính và CSDL hồ sơ địa chính. CSDL địa chính là phần quan trọng của hệ thống thông tin đất đai, Nó không những phục vụ trực tiếp cho công tác quản lý đất đai mà còn phục vụ gián tiếp đến công tác Quy hoạch phát triển kinh tế tại khu vực đó. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 11
12. 1.3.4. Phân loại dữ liệu bản đồ Dữ liệu bản đồ là những mô tả theo phương pháp số các hình ảnh của bản đồ, Chúng gồm toạ độ các điểm được lưu trữ theo một quy luật hay một cấu trúc nào đó và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể. Qua phần mềm điều hành có thể tạo ra hình ảnh bản đồ cụ thẻ. Qua phần mềm điều hành của GIS có thể tạo ra hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc in ra giấy. Trong bản đồ số nói chung, các dữ liệu được phân chia thành hai loại là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. 1) Dữ liệu không gian. Dữ liệu không gian là loại dữ liệu thể hiện chính xác vị trí trong không gian thực của đối tượng và quan hệ giữa các đối tượng qua mô tả hình học, mô tả bản đồ và mô tả topology. Đối tượng không gian của bản đồ số gồm các điểm khống chế tọa độ, địa giới hành chính, các thửa đất, các lô đất .các công trình xây dựng, hệ thống giao thông, thuỷ văn và các yếu tố khác có liên quan. Các dữ liệu không gian thể hiện các đối tượng bản đồ qua ba yếu tố hình học cơ bản là điểm, đường và vùng. Các đối tượng không gian cần được ghi nhận vị trí trong không gian bản đồ, mối liên hệ của nó với các đối tượng xung quanh và một số thuộc tính liên quan để mô tả đối tượng. Thông tin vị trí các đối tượng bản đồ luôn phải kèm theo các thông tin về quan hệ không gian (Topology), nó được thể hiện qua ba kiểu quan hệ: Liên thông nhau, kề nhau, nằm trong hoặc bao nhau. Ví dụ: Dữ liệu không gian của thửa đất chính là toạ độ các góc thửa (điểm), ranh giới thửa ( đường khép kín) và miền nằm trong ranh giới. Chúng được mô tả bằng ký hiệu bản đồ dạng đường. Đặc biệt trong CSDL còn lưu trữ dữ liệu mô tả quan hệ không gian (Topology) của thửa đất đối với các đối tượng khác ở xung quanh. 2). Dữ liệu thuộc tính === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 12
13. Dữ liệu thuộc tính còn được gọi là dữ liệu phi không gian, đó là dữ liệu thể hiện các thông tin về đặc điểm cần có của các yếu tố bản đồ. Cần phân biệt hai loại thuộc tính sau đây: Thuộc tính định lượng: Kích thước, diện tích, độ nghiêng. Thuộc tính định tính: Kiểu, màu sắc, tên, tính chất Thông thường các dữ liệu thuộc tính được thể hiện bằng các mã và lưu trữ trong các bảng hai chiều. Tuỳ theo đặc điểm chuyên đề và thuộc tính của nó mà các đối tượng được xếp vào các lớp khác nhau. Ví dụ1: Thông tin thuộc tính của dữ liệu địa chính gồm: Số hiệu thửa đất, diện tích, chủ sử dụng đất, địa chỉ, địa danh, phân loại đất, phân hạng đất, giá đất, mức thuế và các thông tin pháp lý Ví dụ 2: Thông tin thuộc tính của dữ liệu về hiện trạng rừng gồm: số hiệu các lô rừng, tên lô, diện tích lô, trạng thái, loài cây, trữ lượng, v.v 1.3.5. Cấu trúc dữ liệu bản đồ só Đối với một khu vực có lượng thông tin lớn thì một cơ sở dữ liệu được sắp xếp trong nhiều tệp tin khác nhau và đặc điểm của các thông tin trong mỗi tệp tin cũng rất đa dạng. Vì vậy, nếu muốn truy cập nhanh chóng và chính xác các thông tin đó thì cần phải tổ chức và liên kết chúng một cách khoa học, đó chính là cấu trúc dữ liệu. Mỗi phần mềm quản lý thông tin thường sắp xếp và ghi nhớ các tệp tin trong một tệp riêng theo thứ tự hoặc theo chỉ số nhận dạng. Hiện nay các cơ sở dữ liệu thường sử dụng ba loại cấu trúc đó là: cấu trúc phân cấp, cấu trúc quan hệ và cấu trúc mạng. Tuy nhiên trong bản đồ số địa chính thì cấu trúc quan hệ thường được sử dụng. Trong cấu trúc quan hệ các tệp tin thường được ghi trong các bảng hai chiều. Ngoài việc truy cập theo trình tự phân cấp, có thể tìm kiếm cơ sở dữ liệu thông qua mối quan hệ trực tiếp giữa các tệp nhờ các chỉ số nhận dạng. Loại cấu trúc này có ưu điểm là giảm được các thông tin ghi trùng lặp, dễ truy cập, bổ sung và dễ chỉnh sửa dữ liệu. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 13
14. 1.3.6. Sơ đồ khái chung làm bản đồ số bằng GIS Hình1.1: Sơ đồ tổng quan làm bản đồ bằng GIS Nhìn vào sơ đồ ở (Hình1.1) ta nhận thấy: Để làm bản đồ số bằng GIS thì cơ sở dữ liệu có thể lấy từ nhiều nguồn như: số liệu điều tra đo đạc trực tiếp ngoài thực địa, Bản đồ giấy, tư liệu viễn thám Mỗi loại tư liệu sẽ có những đặc điểm riêng và vì vậy sẽ có những phương pháp nhập cơ sở dữ liệu khác nhau Sản phẩm đầu ra của GIS là bản đồ số, nó sẽ khác bản đồ đầu vào cả về chất và về lượng dễ dàng cập nhật và khai thác thông tin thuận lợi nhờ sự trợ giúp của máy tính. 1.4. ưu điểm của việc ứng dụng HTTĐL trong xây dựng bản đồ Hiện nay hầu hết các lĩnh vực chuyên ngành như Địa chất, Địa lý, Trắc địa bản đồ, Quy hoạch đô thị, Bảo vệ môi trường đều quan tâm tới GIS và khai thác chúng với những mục đích riêng biệt bởi vì: GIS là một hệ thống tự động quản lý, lưu trữ, tìm kiếm dữ liệu chuyên ngành với sự phát triển của máy tính đặc biệt chúng có khả === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 14
15. năng biến đổi dữ liệu mà những công việc này không thể thực hiện bằng phương pháp thô sơ. GIS có khả năng chuẩn hoá ngân hàng dữ liệu để có thể đưa vào các hệ thống xử lý khác nhau, do đó phát triển khả năng khai thác dữ liệu. GIS có khả năng biến đổi dữ liệu để đáp ứng những bài toán cụ thể cần được giải quyết. GIS có thể cung cấp những thông tin mới nhất và chính xác nhất cho người sử dụng cùng với khả năng dự đoán diễn biến theo thời gian. Đồng thời GIS cho sự biến dạng thông tin là ít nhất. Trong công tác xây dựng quản lý bản đồ, GIS có một số thuận tiện sau: - Tạo một bản đồ trên nền một bản đồ cũ nhanh và rẻ hơn. - Với các bản đồ chuyên đề chỉ mô tả về một chuyên đề nào đó thì bằng phép chồng xếp các lớp thông tin sẽ cho một bản đồ mới với mục đích tổng quát hơn và chứa đựng nhiều thông tin hơn. - Thuận tiện trong việc tạo và cập nhật bản đồ khi dữ liệu đã ở dạng số. - Thuận tiện đối với phân tích dữ liệu mà dữ liệu đó yêu cầu tương tác giữa phân tích thống kê với bản đồ. - Tối thiểu hoá việc sử dụng bản đồ như là nơi lưu trữ dữ liệu (chỉ cần sử dụng một lệnh đơn giản nào đó sẽ làm xuất hiện bản thông tin thay cho các ký hiệu trên mặt bản đồ). - Việc tra cứu các thông tin trên bản đồ được thực hiện nhanh và chính xác. - Rất thuận lợi trong việc tổng hợp thống kê các dữ liệu thuộc tính Như vậy: Hệ thống thông tin địa lý không những là bộ công cụ làm bản đồ tuyệt vời mà nó còn là bộ công cụ để quản lý, lưu trữ và khai thác thông tin thuận lợi nhất. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 15
16. Chương 2: Hệ thống thông tin địa lý và những yếu tố cơ bản của nó. 2.1. Khái niệm Về cơ bản, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát triển song song tự động hoá công tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình bày dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn như Trắc địa bản đồ, Địa chất, Nông Lâm nghiệp, Quy hoạch phát triển, Môi trường Do có nhiều công việc phải xử lí các thông tin liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau nên cần phải có hệ thống quản lý, liên kết các dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như bản đồ các loại, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu quan trắc, điều tra, khảo sát Hay nói cách khác là cần phải phát triển một hệ thống các công cụ để thu thập tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ những mục đích cụ thể và tập hợp các công cụ trên chính là hệ thống thông tin địa lý. Đó là hệ thống thể hiện các đối tượng từ thế giới thực thông qua các dữ liệu cơ bản như: - Vị trí các đối tượng thông qua một hệ toạ độ - Các thuộc tính của các đối tượng - Quan hệ không gian giữa các đối tượng Từ đó hệ thống thông tin địa lý có thể được định nghĩa như sau: Hệ thống thông tin địa lý, đó là một hệ thống bao gồm: máy tính và các thiết bị ngoại vi, phần mềm và một cơ sở dữ liệu đủ lớn cùng đội ngũ chuyên gia có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến vị trí địa lý trên bề mặt trái đất. Nếu nhìn ở một góc độ khác thì có thể định nghĩa: Hệ thống thông tin địa lý là bộ công cụ để xây dựng bản đồ số cùng với các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị, phân tích và khai thác thông tin bản đò. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 16
17. Như vậy hệ thống thông tin địa lý khác với hệ thống thông tin quản lý chung chính là ở chỗ, nó chủ yếu đi vào mô tả việc nghiên cứu và sự tồn tại của các thực thể không gian và mối quan hệ giữa chúng. Nói một cách khác thì hề thống thông tin địa lý không những được bắt nguồn từ những nhu cầu của các hệ thống thông tin khác như hệ thống thông tin bản đồ, hệ thống thông tin tài nguyên, hệ thống thông tin môi trường mà nó còn là tiền đề là cơ sở để xây dựng những hệ thống thông tin chuyên ngành. 2.2. Giới thiệu các thành phần cơ bản của HTTĐL Theo định nghĩa, công nghệ GIS được hiểu là một hệ thống và được kiến trúc từ các thành phần cơ bản là: Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và người sử dụng, Các thành phần đó phải cân đối, liên quan mật thiết với nhau thì hệ thống mới hoạt động được tốt. 2.2.1. Phần cứng - Máy tính và các thiết bị ngoại vi. Về cơ bản hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các phần chính là Bộ xử lý trung tâm (CPU), các thiết bị đầu vào như bàn số hoá, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện từ các thiết bị lưu trữ (bộ nhớ ngoài), thiết bị hiển thị (màn hình), thiết bị in (máy vẽ) v.v Máy tính còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) được nối với thiết bị chứa bộ nhớ ngoài (ổ đĩa) để chứa không gian lưu trữ số liệu và các chương trình Máy số hoá hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hoá các số liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính. Máy vẽ (Plotter) hoặc các loại thiết bị tương tự khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật liệu in. Sự liên hệ nội bộ bên trong máy tính giữa các cấu thành của phần cứng cũng có thể được thực hiện thông qua hệ thống mạng với các đường dẫn dữ liệu đặc biệt. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 17
18. Người sử dụng các thiết bị máy tính và liên kết với các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ, máy số hoá và các thiết bị ngoại vi khác thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (Video Display Unit - VDU) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng (Hình 2.1). Hình 2.1.: Sơ đồ tổ chức cấu thành một hệ phần cứng của HTTĐL. 2.2.2. Phần mềm và các chức năng cơ bản của nó trong HTTĐL. Phần mềm gồm có bốn loại, đó là: phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần mềm ứng dụng. Các phần mềm trong lĩnh vực Hệ thống thông tin địa lý phải bảo đảm được 4 chức năng sau đây: Các dữ liệu không gian thu thập từ các nguồn dữ liệu khác nhau như bản đồ, tư liệu viễn thám, số liệu đo ngoại nghiệp phải có được chức năng liên kết và xử lý đồng bộ. Có khả năng lưu trữ, sửa chữa đồng bộ các nhóm dữ liệu không gian nhanh chóng để phục vụ các phân tích tiếp theo và còn cho phép biến đổi nhanh và chính xác các dữ liệu không gian. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 18
19. Đảm bảo các khả năng phân tích ở các trạng thái khác nhau, có khả năng thay đổi cấu trúc dữ liệu phục vụ người dùng, các nguyên tắc để kết nạp các sản phẩm, các biện pháp đánh giá chất lượng sản phẩm và các nguyên tắc xử lý chuẩn các thông tin theo không gian, thời gian cũng như theo các kiểu mẫu thích hợp khác Các dữ liệu phải có khả năng hiển thị toàn bộ hoặc từng phần theo thông tin gốc, các dữ liệu nếu đã qua xử lý cần phải thể hiện tốt hơn bằng các bảng biểu hay các loại bản đồ. Chính vì vậy có thể định nghĩa phần mềm như sau: Phần mềm của HTTĐL là một tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định. Phần mềm được lưu giữ trong máy tính như là các chương trình trong bộ nhớ của hệ thống nhằm cung cấp các thư mục hoạt động trong hệ thống cơ sở của máy tính. Phần mềm có thể chia làm hai lớp: - Lớp phần mềm mức thấp: Hệ điều hành cơ sở - Lớp phần mềm mức cao: Các chương trình ứng dụng, dùng thực hiện việc thành lập bản đồ và các thao tác phân tích không gian địa lý. Vai trò và đặc tính phần mềm được gắn liền với kiến trúc của phần cứng sử dụng trong máy tính và sự tiến bộ của công nghệ tin học. Ngày nay phần lớn các phần mềm GIS là giao diện thân thiện với người sử dụng. Trong HTTĐL phần mềm có những chức năng cơ bản như quản lý, lưu trữ, tìm kiếm, thể hiện, trao đổi và xử lý các dữ liệu không gian cũng như dữ liệu thuộc tính. Quá trình thực hiện chúng qua các bước sau: - Nhập số liệu và kiểm tra số liệu. - Lưu trữ số liệu và quản lý cơ sở dữ liệu. - Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu. - Biến đổi dữ liệu. - Đối tác với người sử dụng. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 19
20. Nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu. Nhập dữ liệu là biến đổi các dữ liệu thu thập được dưới hình thức bản đồ, các quan trắc đo đạc ngoại nghiệp và các máy cảm nhận (bao gồm các máy chụp ảnh hàng không, vệ tinh và các thiết bị ghi) thành dạng số. Hiện nay, đã có một loạt các công cụ máy tính dùng cho mục đích này, bao gồm đầu tương tác và thiết bị hiện hình (VDU), bàn số hóa (Digitizer), danh mục các tập số liệu trong tập văn bản, các máy quét (Scanner) và các thiết bị cần thiết cho việc ghi số liệu đã viết tên phương tiện từ như băng hoặc đĩa từ. Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu là rất cần thiết cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý. Hình 2.2: Nhập dữ liệu trong HTTĐL Lưu trữ và quản lý dữ liệu Việc lưu trữ và quản lý dữ liệu đề cập tới việc tổ chức các dữ liệu về vị trí, các mối liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (Điểm, đường, diện tích) biểu thị các đối tượng trên mặt đất (Polygon). Chúng được tổ chức và quản lý theo những cấu trúc, khuôn dạng riêng tuỳ thuộc vào chức năng phần mềm nào === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 20
21. đó của hệ TTĐL. (Hình2.3) là biểu thị các thành phần cơ bản của một cơ sở dữ liệu địa lý. Các chương trình phần mềm được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ tổ chức cơ sở dữ liệu và có thể xem đây là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu. Các chương trình này sẽ lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu theo cách thức quản lý riêng hợp lý để đáp ứng mọi nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất. Hình 2.3: Các thành phần cơ bản của một cơ sở dữ liệu địa lý. Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu đề cập đến những phương thức thể hiện kết quả các dữ liệu cho người sử dụng. Các dữ liệu có thể biểu hiện dưới dạng bản đồ, các bảng biểu, hình vẽ Việc trình bày và xuất dữ liệu có thể thông qua các loại đầu ra như thiết bị hiện hình (VDV), máy in, máy vẽ hay các thông tin được ghi lại trên phương tiện từ dưới dạng số hoá (Hình 2.4). Ngoài ra, các thông tin đầu ra đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu đảm bảo cho quá trình chuyển đổi thông tin giữa các hệ thống máy tính và chúng sẽ được chuyển đổi nhờ các công cụ trung gian như băng từ, đĩa từ hoặc các loại mạng thông tin khác. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 21
22. Hình 2.4: Xuất dữ liệu cho người sử dụng. Biến đổi dữ liệu Bao gồm hai loại hoạt động là: + Những biến đổi cần thiết để khử các sai số thô từ số liệu, hoặc chuyển hoá chúng thành loại số liệu mới có đủ điều kiện để tiến hành những bước xử lý tiếp theo, hoặc có thể so sánh chúng với các bộ số liệu quy chuẩn khác. + Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống. Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các dữ liệu riêng lẻ hoặc các dữ liệu đã hợp nhất thành các tổ hợp. Việc sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng được thực hiện trong điều kiện thuận lợi và đơn giản. Song cũng có thể được thực hiện phối hợp với một thể loại nào đó của mô hình hoá địa lý mô hình không gian. Trong đó, việc kết nối dữ liệu cũng có thể coi đó là quá trình biến đổi dữ liệu. Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng. Bởi vì khi giải quyết một vấn đề nào đó trong hệ thống thì cần phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trường hợp nhất để từ đó có một cách nhìn riêng biệt hay tổng thể. Người thiết kế hệ thống làm việc với hệ thống thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ các phép biến đổi dữ liệu thông qua việc sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả. Vì vậy người sử dụng có thể đặt một số lượng hầu như không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 22
23. này cần được trả lời bằng cách xây dựng các mô hình tìm kiếm dữ liệu và các cách lựa chọn phép biến đổi. Các câu hỏi phân tích mà một hệ thống thông tin địa lý có thể trả lời và mô tả theo định nghĩa thông thường hoặc qua các khả năng thực hiện của các toán tử không gian và sự liên kết các dữ liệu với nhau. Thông thường có một số dạng câu hỏi mà hệ thống thông tin địa lý có thể trả lời, đó là: ở đâu thoả mãn các điều kiện này? Cái gì thoả mãn các điều kiện này? Có cái gì tại vị trí này? Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác? Những mẫu không gian nào tồn tại trên khu vực này? Nếu quá trình diễn ra thì nó sẽ như thế nào? v.v Quá trình thực hiện hỏi đáp đó chính là khả năng giao diện giữa người và máy, hay nói cách khác là giữa thao tác viên và hệ thống. Trước đây một số phần mềm đồ hoạ hoặc hệ thống thông tin địa lý được đặt trong môi trường điều hành DOS như Autocad, Arc/Info, nên việc giao diện chưa linh hoạt. Ngày nay hầu hết các phần mềm của hệ thống đều được đặt trong môi trường Window với các thanh công cụ có đầy đủ các biểu tượng kích hoạt nên giao diện giữa người và máy khá linh hoạt, hiệu quả và ngày càng hoàn hảo cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học. 2.2.3. Kiến thức chuyên ngành và các vấn đề tổ chức thực hiện Như chúng ta đã biết, với một hệ thống thông tin địa lý không chỉ đơn thuần là một hệ thống phần cứng và một vài phần mềm nào đó là đủ, mà nó đòi hỏi phải có một đồi ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật là những người trực tiếp thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thông tin địa lý. Trong sơ đồ về thành phần cơ bản của công nghệ GIS chúng ta thấy có một thành phần quan trọng đó là Người sử dụng, đây là nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 23
24. Người sử dụng phải có một lượng kiến thức chuyên ngành nhất định mới có thể điều hành được hệ thống. Bởi lẽ, con người nắm bắt các thông tin về các sự vật hiện tượng từ thế giới thực đưa vào GIS quản lý, tạo ra các cơ sở dữ liệu số và được xử lý theo mục đích của người sử dụng rồi trên kết quả phân tích dữ liệu thông qua công cụ phần mềm GIS người sử dụng lại tác động lại thế giới thực nhằm đạt được mục tiêu đã đề ra và thế là lại phát sinh ra các thông tin mới, các thông tin này lại được đưa vào quản lý, xử lý trong GIS, cứ như thế nó là một vòng tuần hoàn khép kín giữa các thông tin thu nhận từ thế giới thực, môi trường công nghệ GIS và người sử dụng. Các Modul kỹ thuật của HTTĐL đưa ra phương pháp mà một hệ thông tin địa lý cần có, tuy nhiên nó không đảm bảo rằng một ứng dụng HTTĐL cứ thiết kế theo mô hình đó là hoạt động có hiệu quả. Muốn hoạt động có hiệu quả thì phải đặt ứng dụng vào ngữ cảnh tổ chức thích hợp. Tuỳ theo mục đích của ứng dụng mà phát triển, tổ chức các modul chức năng một cách thích hợp. 2.3. Sơ đồ tổng quan các thành phần phần mềm của HTTĐL Hình 2.5: Cấu trúc các MODUL trong một phần mềm của HTTĐL === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 24
25. Phần mềm của hệ thống thông tin địa lý thực chất là một chương trình ứng dụng, nhưng nó lại được xây dựng từ nhiều thành phần khác nhau. Sơ đồ dưới đây (hình 2.5) cho biết khái quát chung về các MODUL phần mềm chủ yếu có trong GIS. Xin nói thêm rằng không phải mọi hệ thống đều có những yếu tố này, nhưng thực sự là một Hệ thông tin địa lý thì chắc chắn phải chứa đựng chúng. 2.3.1. Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Nhìn trên sơ đồ chúng ta thấy, phần trung tâm của hệ thống là cơ sở dữ liệu, nó là một hệ thống các thông tin được lưu trữ dưới dạng số. Vì cơ sở dữ liệu có mối liên quan với các điểm đặc trưng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai yếu tố: - Cơ sở dữ liệu không gian mang tính địa lý thể hiện hình dạng, vị trí, kích thước và các nét đặc trưng của bề mặt trái đất. - Cơ sở dữ liệu thuộc tính không mang tính địa lý, thể hiện đặc tính hay chất lượng các nét đặc trưng của bề mặt trái đất. Ví dụ: Trên bản đồ Hiện trạng sử dụng đất, thì hình dạng, vị trí, kích thước và toạ độ các điểm đặc trưng của lô đất, thửa đất chính là cơ sở dữ liệu không gian, còn diện tích, loại đất, mục đích sử dụng và tất cả các đặc điểm tính chất thuộc lô đất đó đều là cơ sở dữ liệu thuộc tính. Trong đó có những dữ liệu thuộc tính có thể được tính trực tiếp từ cơ sở dữ liệu không gian như diện tích, chu vi, còn đại đa số các thuộc tính khác thì phải trực tiếp điều tra phân loại chúng. 2.3.2. Hệ thống thể hiện thuật vẽ bản đồ. Hình 2.5 cho thấy: xung quanh trung tâm cơ sở dữ liệu, chúng ta có hàng loạt các chức năng, trong đó có chức năng hiện và vẽ bản đồ của phần mềm. Hệ thống này cho chúng ta chọn những yếu tố của cơ sở dữ liệu để vẽ trên màn hình, bằng máy vẽ hay bằng máy in. ở đây, hầu hết các hệ thống phần mềm của GIS chỉ cung cấp phần thuật vẽ bản đồ hết sức cơ bản. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 25
26. 2.3.3. Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Thành phần logic tiếp theo của GIS là hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Trước đây, hệ thống quản lý được dùng để cung cấp tài liệu, quản lý và phân tích dữ liệu thuộc tính. Nhưng đối với hệ thống thông tin địa lý thì phải hợp nhất không những quản lý dữ liệu thuộc tính mà còn quản lý dữ liệu không gian và liên kết chúng lại với nhau. Cơ sở dữ liệu có khả năng tiếp cận với những dữ liệu thuộc tính như các bảng thống kê không gian đặc biệt chúng còn cung cấp cho chúng ta khả năng phân tích dữ liệu thuộc tính. 2.3.4. Hệ thống phân tích địa lý. Để có thể thoả mãn đầy đủ yêu cầu của GIS ngoài hệ thống quản lý dữ liệu thuộc tính, hệ thống phân tích địa lý cũng cung cấp cho chúng ta khả năng lưu trữ, phân tích các dữ liệu không gian kết hợp với thuộc tính và kết hợp chúng dưới dạng bản đồ. Với hệ thống này chúng ta mở rộng khả năng tìm kiếm cơ sở dữ liệu dựa vào thuộc tính của chúng. ở đây Hệ thống phân tích địa lý có tác động hai chiều với cơ sở dữ liệu. Do vậy một mặt nó có thể vừa thu thập dữ liệu từ cơ sở dữ liệu để phân tích, măt khác nó lại lấy chính kết quả phân tích đó làm dữ liệu bổ xung cho cơ sở dữ liệu. Do đó hệ thống phân tích địa lý đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển cơ sở dữ liệu. 2.3.5. Hệ thống xử lý hình ảnh. Hệ thống phần mềm này bao gồm khả năng phân tích hình ảnh cho phép chúng ta nắm giữ được hình ảnh phán đoán từ xa như các ảnh hàng không, ảnh vũ trụ, ảnh vệ tinh và biến chúng thành dữ liệu bản đồ. Hệ thống xử lý hình ảnh này có một tầm quan trọng rất lớn. Bởi lẽ, chúng ta có thể coi nó như một kỹ sảo để thu thập dữ liệu chủ yếu trong thế giới phát triển. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 26
27. Chương 3: Cấu trúc dữ liệu và các dạng dữ liệu 3.1. Khái niệm về hình học Topo (Topology) Topology là một thủ tục toán học nhằm xác định mối liên hệ không gian giữa các đối tượng bản đồ. Trong quá trình thành lập bản đồ, Topology giúp ta xác định sự ghép nối và liên hệ giữa các hình ảnh bản đồ. Ngoài ra Topology còn giúp ta xác định được hướng của các đối tượng. Phần mềm công nghệ GIS dùng tập hợp toạ độ các điểm và quan hệ Topology của các đối tượng quản lý trong cơ sở dữ liệu để thể hiện các đối tượng đó trên màn hình máy tính theo các số liệu đã quản lý trong hệ thống. 3.2. Các đơn vị bản đồ Bản đồ là tập hợp các điểm, các đường, các miền (vùng) được định nghĩa cho cả vị trí của chúng trong không gian và cho cả các thuộc tính phi không gian. Mọi dữ liệu địa lý cần phải quy về ba khái niệm Topo cơ bản là điểm, đường và vùng. Mọi hiện tượng địa lý về nguyên tắc phải được biểu diễn bởi một điểm, một đường hoặc một vùng cộng với một nhãn nói lên nó là gì?. 3.2.1. Điểm Điểm có thể được xem như là đại diện bao trùm hầu hết tất cả các thực thể địa lý và đồ hoạ được xác định bởi một cặp toạ độ X,Y. Nhờ toạ độ X,Y những dữ liệu lưu trữ loại khác được chiếu lên điểm và những thông tin trợ giúp khác. Ví dụ “một điểm” có thể là một ký hiệu không liên hệ đến một thông tin nào khác. Bản ghi dữ liệu bao gồm thông tin về ký hiệu, kích thước biểu diễn và hướng của ký hiệu. Nếu điểm là một thực thể văn bản thì bản ghi dữ liệu bao gồm thông tin về các kí tự được biểu diễn, kiểu chữ căn lề, tỷ lệ chia hướng === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 27
28. 3.2.2. Đường hay đoạn thẳng. Đường là tất cả các đặc trưng tuyến tính được xây dựng từ những đoạn thẳng nối hai hay nhiều toạ độ. Đường thẳng đơn giản nhất đòi hỏi sự lưu trữ toạ độ điểm bắt đầu và điểm kết thúc và một bản ghi về ký tự được biểu diễn. Một cung, một chuỗi hay một sâu là một tập hợp của n cặp toạ độ mô tả một đường liên tục. Không gian lưu trữ dữ liệu có thể được tiết kiệm nhưng tốn thời gian xử lý. Việc lưu trữ các cặp số (toạ độ) thích hợp cho việc sử dụng các hàm nội suy toán học và dùng để đưa dữ liệu ra các thiết bị hiển thị. Với các điểm và các đường đơn giản, các chuỗi có thể được lưu trữ thành các bản ghi cùng với ký hiệu đường được dùng để hiển thị. 3.2.3. Vùng hay diện tích. Vùng (miền) là các đa giác có thể được biểu diễn nhiều cách khác nhau trong một cơ sở dữ liệu vector. Hầu hết các bản đồ chuyên đề sử dụng trong hệ thông tin địa lý phải làm việc với các đa giác. Mục đích của một cấu trúc dữ liệu đa giác là khả năng mô tả các đặc trưng Topo của các vùng của các thực thể sao cho các tính chất liên kết của một khối không gian được biểu diễn quản lý và hiển thị trong một bản đồ chuyên đề. Mỗi vùng thành phần trên một bản đồ có một hình dạng chu vi và diện tích duy nhất. 3.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu 3.3.1. Khái niệm cấu trúc cơ sở dữ liệu Một cơ sở dữ liệu bao gồm nhiều tệp dữ liệu. Cấu trúc cơ sở dữ liệu là cách bố trí, tổ chức cơ sở dữ liệu để có thể truy nhập dữ liệu từ một hay nhiều tệp một cách dễ dàng. Có 3 loại mô hình cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính đó là: Cấu trúc phân cấp, cấu trúc mạng, cấu trúc quan hệ và có hai cách biểu diễn dữ liệu không gian Topo là: Dạng biểu diễn raster và dạng biểu diễn vector. Chúng ta đi nghiên cứu cấu trúc dữ liệu hai dạng này. 3.3.2. Cấu trúc dữ liệu Raster (ma trận) === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 28
29. Dạng biểu diễn Raster là tệp các ô được định vị bởi các tổ hợp; mỗi ô được địa chỉ hoá một cách tách biệt với giá trị của thuộc tính. Cấu trúc đơn giản nhất là mảng gồm các ô của bản đồ . Mỗi ô trên bản đồ được biểu diễn bởi tổ hợp toạ độ (hàng, cột) và một giá trị biểu diễn kiểu hoặc thuộc tính của ô đó trên các bản đồ. Trong cấu trúc này mỗi ô tương ứng là một điểm. Khái niệm đường là một dạng các ô liền nhau. Miền là một nhóm các ô liền nhau. Dạng dữ liệu này dễ lưu trữ và thể hiện. Cấu trúc dữ liệu này cũng còn có nghĩa là những khu vực có kích thước nhỏ hơn một ô thì không thể hiện được. Dạng biểu diễn này coi như được biểu diễn trên mặt phẳng. Hình 3.1. Biểu diễn dạng Raster ảnh hưởng tới việc ước lượng khoảng cách và diện tích do việc thay thế đối tượng bằng các cell Trong máy tính, lưới các ô được lưu trữ dưới dạng ma trận trong đó mỗi ô là giao điểm của một hàng, một cột trong ma trận. Trong cấu trúc này, điểm được xác định bởi vị trí hàng và cột của ô, đường được xác định bởi một số các ô kề nhau theo một hướng. Vùng được xác định bởi số các ô mà trên đó thực thể phủ lên. Ta thấy biểu diễn hai chiều của dữ liệu địa lý theo cấu trúc này là không liên tục nhưng được định lượng hoá để có thể dễ dàng đánh giá được độ dài, diện tích. Dễ thấy không gian càng được chia nhỏ thành nhiều ô thì tính toán càng chính xác. Hình 3.2: Bản đồ sử dụng đất === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 29
30. Biểu diễn raster được xây dựng trên cơ sở hình học phẳng Ơcơlit. Mỗi một ô sẽ tương ứng với một diện tích trên thực tế. Độ dài cạnh của ô vuông này còn được gọi là độ phân giải của dữ liệu. Trong cấu trúc raster phương pháp chồng xếp bản đồ nhờ vào phương pháp đại số bản đồ. Trên (Hình3.3) là một thể hiện bản đồ đất. mỗi vùng được đánh dấu bằng các ô theo các giá trị khác nhau. Ta có được một lưới các ô có giá trị tương ứng. Nếu gán giá trị nước =1, rừng = 2, đất nông nghiệp = 3 ta sẽ có một mảng số liệu từ các giá trị 1,2,3 . Hình 3.3: Biểu diễn raster dữ liệu theo lưới điểm Hình 3.4: Biểu diễn mô hình dữ liệu địa lý Dữ liệu raster có dung lượng rất lớn nếu không có cách lưu trữ thích hợp thì sẽ rất tốn bộ nhớ. Ví dụ trên cho thấy, có rất nhiều giá trị giống nhau, do đó có nhiều phương pháp nén để tệp dữ liệu lưu trữ trở nên nhỏ. Thông thường người ta hay dùng các phương pháp nén TIFF, RLE, JPEG, GIF. . . Một phương pháp khác để biểu diễn dữ liệu địa lý dưới dạng raster là phương pháp biểu diễn ô chữ nhật phân cấp. Trong cách biểu diễn này người ta chia diện tích === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 30
31. vùng dữ liệu ra thành các ô chữ nhật không đều nhau mà theo cách lần lượt chia đôi các ô bắt đầu từ hình chữ nhật lớn nhất, bao phủ diện tích dữ liệu. Quá trình chia cứ tiếp tục khi nào các ô đủ nhỏ để đạt được độ chính xác cần thiết (Hình 3.5). Hình 3.5: Biểu diễn raster dữ liệu theo cấu trúc ô chữ nhật phân cấp 3.3.3. Cấu trúc dữ liệu vector Trong cấu trúc vector, thực thể không gian được biểu diễn thông qua các phần tử cơ bản là điểm, đường, vùng và các quan hệ topo (khoảng cách, tính liên thông, tính kề nhau. . .) giữa các đối tượng với nhau. Vị trí không gian của thực thể không gian được xác định bởi toạ độ trong một hệ thống toạ độ thống nhất toàn cầu. Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà được biểu diễn như một cặp toạ độ (X,Y). Ngoài giá trị toạ độ (X,Y), điểm còn được thể hiện kiểu điểm, màu, hình dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm. Do đó trên bản đồ điểm có thể được biểu hiện bằng ký hiệu dưới dạng các biểu tượng hoặc text Đường dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến tính, được tạo nên từ hai hoặc nhiều hơn các cặp toạ độ (X,Y). Ví dụ đường dùng để biểu diễn hệ thống đường giao thông, hệ thống ống thoát nước. Ngoài toạ độ, đường còn có thể bao hàm cả góc quay tại đầu mút. Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều. Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay là kết quả hợp nhất của nhiều đa giác đơn giản. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 31
32. Hình 3.6: Đường và vùng - của các đối tượng bản đồ Xét cấu trúc dữ liệu của đa giác: Mục tiêu của cấu trúc dữ liệu đa giác là biểu diễn cho vùng. 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. 3.3.3. Chuyển đổi giữa các kiểu cấu trúc dữ liệu và trường hợp sử dụng Các phương pháp raster và vector đối với các cấu trúc dữ liệu không gian là các phép tiếp cận hoàn toàn khác nhau tới sự mô phỏng thông tin địa lý. Phương pháp raster cho phép phân tích không gian dễ dàng nhưng lại tạo ra bản đồ vụng về, không đẹp, kích thước lưu trữ lớn; còn phương pháp vector thì cung cấp các cơ sở dữ liệu với kích thước có thể kiểm soát được và sản phẩm đồ hoạ đẹp nhưng việc phân tích không gian trong chúng khó khăn hơn. Chất lượng của đồ hoạ không chỉ là giới hạn của kỹ thuật. Kỹ thuật sớm nhất được phát triển đã hoàn tất trong xử lý vector đơn giản vì cấu trúc vector là những dạng gần gũi nhất của biểu thị bản đồ. Người ta đã chỉ ra rằng nhiều thuật toán đã phát triển cho các cấu trúc dữ liệu vector của các dữ liệu miền, không chỉ duy nhất là raster, nhưng trong một số trường hợp sử dụng raster sẽ có hiệu quả === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 32
33. hơn. Do sự sắp xếp lại cấu trúc toạ độ thông thường, việc phân tích, cắt bớt, gọi lại các thành phần vị trí trong cấu trúc raster dễ hơn trong cấu trúc vector. Mặt khác những mạng được kết nối chỉ thực sự khả thi trong mô hình vector, nên điều này có nghĩa là cấu trúc dữ liệu vector thích hợp hơn đối với những bản đồ. Nhược điểm của raster hay vector sẽ được khắc phục khi ta nhận ra rằng cả hai đều là những phương pháp hợp lý để biểu diễn dữ liệu không gian và cả hai cấu trúc đều có thể chuyển đổi qua lại lẫn nhau. Chuyển từ vector sang raster khá đơn giản và có nhiều thuật toán nổi tiếng. Chuyển từ vector sang raster bây giờ được làm tự động trên nhiều màn hình hiển thị bằng bộ vi xử lý bên trong. Phép toán chuyển từ raster sang vector cũng có thể thực hiện nhưng nó là bài toán phức tạp hơn. Chuyển đổi vector sang raster: Để chuyển dữ liệu từ Vector sang Raster, toàn bộ thông tin cần được chia nhỏ thành các ô Raster. Để làm việc này, lưới của các ô được đặt trên bản đồ Vector cơ sở và thông tin ở dưới mỗi ô được gán vào ô. Khi chuyển một điểm sang thành một ô, vị trí chính xác của nó mờ nhạt dần và trở nên kém chính xác. Bất kỳ một đối tượng Vector nào cũng sẽ được biểu diễn kém chính xác hơn trong hệ thống Raster ( Hình 3.7) Hình 3.7: Chuyển đổi từ vector sang raster Chuyển đổi raster sang vector: Đây là một chủ đề lý thú, có rất nhiều thuật toán để chuyển đổi dữ liệu raster sang vector. Quá trình chuyển đổi này là quá trình số hoá trực tiếp trên màn hình. Người ta quan tâm đến 3 kiểu chuyển đổi: Nhận dạng vùng, Nhận dạng đường, === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 33
34. Nhận dạng các ký tự. Nhận dạng vùng thường được ứng dụng để chuyển đổi kết quả xử lý số liệu trong HTTTĐL raster sang vector với mục đích lưu trữ, tra cứu và in ấn. Các bản đồ vector chỉ là đầu ra của một hệ thống. Trong hầu hết các HTTTĐL raster đều có chức năng này. Thuật toán để chuyển đổi ở đây không phức tạp và sự biến đổi ma trận ảnh có thể đưa lại kết quả mong muốn một cách dễ dàng. Nhận dạng đường thường được ứng dụng để nhập số liệu từ bản đồ quét thành dữ liệu vector. Quá trình nhận dạng này bao giờ cũng bắt đầu từ ảnh quét. Có 2 kiểu nhận dạng đường: Nhận dạng tự động, Nhận dạng bán tự động. Nhận dạng tự động là quá trình nhận dạng ảnh quét trong đó không có sự tham gia chỉnh sửa của con người. Kiểu nhận dạng này thường dùng để nhận dạng các bản đồ quét có chất lượng tương đối tốt, không cần sự để tâm đặc biệt của con người. Qui trình nhận dạng như sau: Làm tăng cường chất lượng ảnh quét (xoá các pixel thừa, làm trơn ảnh, ) Lọc ảnh để nhận dạng đường, Chuyển đổi ảnh thành vector. Nhận dạng tự động có 2 nhược điểm chính: Yêu cầu chất lượng ảnh quét cao, đòi hỏi quá trình sơ xử lý công phu, Không cho phép hiệu chỉnh thông số trong quá trình nhận dạng, do đó vẫn phải kiểm tra, sửa chữa trên bản kết quả. Hiện nay trên thế giới có nhiều phần mềm nhận dạng đường trên bản đồ quét và tại một số scanner đã cài đặt cứng chương trình nhận dạng bản đồ. Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta thường dùng phương pháp nhận dạng bán tự động, cụ thể người ta số hoá trực tiếp trên ảnh quét. Quá trình số hoá trên ảnh quét được trợ giúp bởi một số công cụ phần mềm nhận dạng. Người dùng hiển thị ảnh bản đồ quét lên trên màn hình và kích chuột vào đường trên bản đồ ảnh, phần mềm sẽ tự động số hoá dọc theo đường đó đến khi nào ngắt === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 34
35. quãng hoặc bị cắt phải đường khác thì dừng lại. Lúc đó người dùng lại kích chuột để chỉ hướng cho chương trình tiếp tục nhận dạng. Nhận dạng ký hiệu bao hàm cả nhận dạng ký tự, chủ yếu dùng để nhận dạng các bảng số, văn bản. Nhận dạng ký hiệu ít khi được dùng để nhận dạng các ký hiệu hay ký tự trên bản đồ. So sánh ưu nhược điểm của cấu trúc dữ liệu raster và vector - Bảng 3.1 Dữ liệu vector Dữ liệu raster - Biểu diễn tốt các đối tượng địa - Cấu trúc rất đơn giản lý - Dễ dàng sử dụng các phép toán - Dữ liệu nhỏ, gọn chồng xếp và các phép toán xử lý ảnh - Các quan hệ topo được xác viễn thám định bằng mạng kết nối - Dễ dàng thực hiện nhiều phép toán ưu - Chính xác về hình học phân tích khác nhau điểm - Khả năng sửa chữa, bổ sung, - Bài toán mô phỏng là có thể thực thay đổi các dữ liệu hình học hiện được do đơn vị không gian là cũng như thuộc tính nhanh, tiện giống nhau (cell) lợi - Kỹ thuật rẻ tiền và có thể phát triển mạnh - Cấu trúc dữ liệu phức tạp - Dung lượng dữ liệu lớn - Chồng xếp bản đồ phức tạp - Độ chính xác có thể giảm nếu sử - Các bài toán mô phỏng thường dụng không hợp lý kích thước cell Nhược khó giải vì mỗi đơn vị không - Bản đồ hiển thị không đẹp điểm gian có cấu trúc khác nhau - Các bài toán mạng rất khó thực hiện - Các bài toán phân tích và các - Khối lượng tính toán để biến đổi toạ phép lọc là rất khó thực hiện. độ là rất lớn === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 35
36. Chương 4: Số hoá bản đồ 4.1. Khái niệm: Số hoá là quá trình chuyển các thông tin từ bản đồ, bản vẽ hoặc văn bản (số liệu ghi các toạ độ) về dạng số để có thể lưu trữ, quản lý trên một tệp trong máy tính. Công việc số hoá bản đồ được thực hiện theo hai cách cơ bản: Cách 1: Số hoá bằng bàn số (Digitizer) - là sử dụng bàn số hoá để chuyển vẽ các đối tượng trên bản đồ giấy ở hệ toạ độ bản đồ và lưu trong máy tính ở dạng số. Cách 2: Số hoá trên màn hình thông qua máy quét ảnh Scaner - là từ bản đồ giấy thông qua máy quét ảnh tạo ra ảnh bản đồ, sau đó sử dụng GIS định vị về hệ toạ độ bản đồ và sử dụng các chức năng đồ hoạ của GIS để số hoá. Với công nghệ này tuỳ theo đối tượng cần số hoá, tuỳ theo khả năng của từng phần mềm mà có thể số hoá tự động, bán tự động hoặc số hoá bằng tay trên màn hình. 4.2. Số hoá bằng bàn số Phương pháp này sử dụng bàn số hoá (Digitizer) để chuyển bản đồ hoặc bản vẽ sang dạng số. Phương pháp này được dùng chủ yếu ở các cơ quan, dễ thao tác nhưng độ chính xác thấp, phụ thuộc vào thao tác viên. Ngoài ra còn có hai sai số ảnh hưởng đến phương pháp này là tỷ lệ bản đồ gốc và độ phân giải của thiết bị số hoá. Các đối tượng bản đồ trên các tờ bản đồ giấy hiện có thông qua quá trình số hoá sẽ được chuyển thành tập hợp các điểm toạ độ (x,y). Số hoá bằng bàn số đòi hỏi thao tác viên phải đưa trỏ chuột của bàn số can vẽ lại các đối tượng trên bản đồ. Để số hoá phải thực hiện các thao tác sau: - Xác định thủ tục nhận thông tin. - Công tác chuẩn bị bản đồ và bàn số hoá. - Kết nối bàn số hoá với máy tính. - Tách lớp thông tin và thực hiện công việc số hoá. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 36
37. Để thực hiện việc số hoá trên bàn số, bản đồ phải được gắn vào bề mặt trên của bàn số hoá, các điểm và các đường trên bản đồ được dò can lại bằng con trỏ của bàn số hoá (Digitizer cursor) hay là Keypad. Vùng cảm ứng điện từ thông thường không mở rộng đến các cạnh của bàn số hoá. Vì vậy để xác định các giá trị tọa độ khi thực hiện số hoá chúng ta phải đảm bảo chắc chắn rằng bản đồ giấy của chúng ta phải đặt trong vùng hoạt động của bàn số hoá. Các nút trên Keypad đựơc lập trình để tiến hành một số chức năng khi số hoá như ghi lại một điểm hoặc bắt đầu một đường. Khi Keypad được ấn, máy tính sẽ ghi lại các toạ độ x,y của vị trí hiện thời. Đây chính là các toạ độ của một điểm hoặc vị trí của các đỉnh hợp thành đối tượng đường hay vùng. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển, công nghệ phần mềm, phần cứng máy tính phục vụ cho GIS phát triển mạnh mẽ đã ra đời nhiều công cụ cho phép số hoá với tốc độ rất nhanh, độ chính xác đạt rất cao. ở đây một trong những phương pháp ứng dụng công nghệ mới này là nhập thông tin thông qua máy quét Scanner và số hoá trực tiếp trên màn hình máy tính thông qua phần mềm thích hợp. 4.3. Số hoá trên màn hình thông qua máy quét ảnh Scanner. Các bản ghi của Scanner chứa toàn bộ các hình ảnh trên tờ bản đồ bao gồm các đường nét, ký hiệu và văn bản chữ trong quá trình chuyển đổi, các dữ liệu này sau khi được quét vào máy tính sẽ được lưu ở dạng raster tức là các điểm ảnh. Tuy nhiên, số liệu thông qua Scanner không thể dùng ngay được cho các hệ thông tin địa lý. Một công tác biên tập thêm phải làm để xây dựng các dữ liệu đòi hỏi cho các hệ thông tin địa lý là chuyển đổi từ dữ liệu raster sang dữ liệu vector. Thuật toán chuyển đổi raster sang vector cần phải chuyển ma trận điểm ảnh tới dữ liệu đường. Hiện nay có rất nhiều phần mềm trợ giúp cho quá trình chuyển đổi dữ liệu từ dạng raster sang dạng vector như phần mềm Mapinfo, Arc/Info, AutoCAD MapToàn bộ quá trình số hoá, chuyển đổi dữ liệu bản đồ sẽ được thực hiện trong bài tập ứng dụng. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 37
38. Dùng công nghệ Scanner trong một hệ thống thông tin địa lý để chuyển đổi dữ liệu bản đồ sẽ không bị hạn chế. Quét ảnh và lưu trữ ảnh là những công nghệ thực hiện cuộc cách mạng trong việc xử lý thông tin và thay đổi cách nghĩ trong việc tra cứu thông tin. Đây là một công nghệ mới cần được áp dụng rộng rãi vào thực tiễn. Khi ứng dụng công nghệ này cần lưu ý một số vấn đề sau: - Quá trình quét ảnh, độ phân giải phải đảm bảo để có thế lấy hết những thông tin trên tờ bản đồ. - Xử lý ảnh sơ bộ và xương hoá hoặc lấy đường biên. - Vector hoá các đối tượng (số hoá tự động hoặc bán tự động); - Nắn chuyển về hệ toạ độ bản đồ. - Ghép nối các mảnh bản đồ. 4.4. Phân tích ưu nhược điểm và trường hợp sử dụng 2 phương pháp số hoá. Quá trình số hoá bằng bàn số có ưu điểm là dễ sử dụng, thao tác và số liệu được đưa vào máy tính được lưu ngay ở dạng vector sẽ làm giảm dung lượng bộ nhớ của máy tính. Tuy nhiên việc số hoá bằng bàn số lãng phí thời gian và hiệu quả công việc thấp và nặng nhọc. Thời gian số hoá bản đồ cũng dài gần bằng thời gian vẽ bản đồ bằng tay, tốc độ số hoá trung bình xấp xỉ 10cm/phút và một bản đồ chi tiết có 200 m chi tiết dòng. Với các bản đồ có đường đồng mức, đặc biệt là địa hình đồi núi khi số hoá mất nhiều thời gian và công sức hơn. Phương pháp số hoá thông qua máy quét ảnh Scanner có ưu thế lớn nhất là tốc độ. Ví dụ các đường đồng mức trên bản đồ 1/50000 cũng có thể được quét và vector hoá tự động hoặc bán tự động chỉ trong thời gian ngắn. Tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp của công việc này. Sự tiến bộ công nghệ thông tin đã nâng cao khả năng lưu trữ của các đĩa từ và đã làm thay đổi lớn trong việc ứng dụng công nghệ này vào thực tế và đạt hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp này có nhược điểm sau: Dữ liệu sau khi quét được lưu ở dạng raster (file ảnh) phải thông qua một phần mềm để số hoá chuyển về dạng vector mới có thể chỉnh sửa, biên tập các thuộc tính tạo thành bản đồ mới. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 38
39. Dữ liệu lưu ở dạng raster tốn nhiều dung lượng bố nhớ. Ngay cả máy quét nhanh nhất, độ phân giải cao nhất và phần mềm thông minh nhất kết quả ảnh số vẫn không hoàn chỉnh do các đường mờ và sai của bản đồ gốc. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển mạnh, phần cứng và phần mềm máy tính đủ mạnh để đáp ứng yêu cầu lưu trữ và xử lý thông tin trong GIS. Vì vậy việc cần thiết chuyển dần sang số hoá bản đồ thông qua máy quét ảnh Scanner để đảm bảo yêu cầu về thông tin bản đồ nhanh, chính xác, tiêu tốn ít nhân lực. ở nước ta trước đây việc số hoá bản đồ ở các cơ quan, trung tâm nghiên cứu lớn chủ yếu thông qua bàn số hoá, gần đây phương pháp này được chuyển dần sang phương pháp số hoá trực tiếp trên màn hình thông qua máy quét ảnh và tốc độ số hoá sẽ rất nhanh nếu ta sử dụng những phần mềm số hoá bán tự động hoặc tự động hoàn toàn trên máy tính. Hiện nay ngành quản lý đất đai đã coi phần mềm Microstation là phần mềm chính thống của ngành cho việc lập bản đồ và xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính phục vụ công tác quản lý nhà nước về đất đai. 4.5. Khái quát một số yêu cầu về kỹ thuật số hoá bản đồ Để đảm bảo sự thống nhất của các dữ liệu bản đồ số hoá phục vụ cho các mục đích lưu trữ, cập nhật, khai thác khác nhau và để quản lý sử dụng lâu dài thì cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình số hoá phải được lưu trữ theo mô hình dữ liệu không gian (spatial data model), trong đó các đối tượng không gian tuỳ thuộc vào độ lớn của chúng trong không gian cùng với yêu cầu về tỷ lệ thể hiện mà được biểu thị bằng điểm, đường thẳng, đa giác hoặc vùng khép kín. Các tệp tin bản đồ phải để ở dạng "mở", nghĩa là phải cho phép chỉnh sửa cập nhật thông tin khi cần thiết và có khả năng chuyển đổi khuôn dạng để sử dụng trong các phần mềm bản đồ thông dụng khác nhau phục vụ các mục đích khác nhau.v.v Khi số hoá tuỳ theo điều kiện trang thiết bị, trình độ các kỹ thuật viên cũng như thói quen tiếp cận công nghệ mới của từng đơn vị sản xuất mà có thể sử dụng các phần mềm khác nhau như Mỉcistation, I/Geovec, CADMap, Mapinfo, WinGIS Nhưng để đảm bảo chuẩn dữ liệu thống nhất thì ngành quản lý đất đai đã quy định: Dữ liệu đồ hoạ cuối cùng phải đựoc chuyển về khuôn === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 39
40. dạng *.DGN. Do vậy với ngành quản lý đất đai khi sử dụng các phần mềm khác cần phải áp dụng tương tự theo cấu trúc có sẵn của môi trường đó. Nội dung bản đồ sau khi số hoá phải đảm bảo đầy đủ, chính xác, chi tiết như nội dung bản đồ gốc dùng để số hoá. Độ chính xác về cơ sở toán học, về vị trí các yếu tố địa lý và độ chính xác tiếp biên không được vượt quá hạn sai cho phép . Về hình thức trình bày bản đồ số phải thể hiện đúng các yêu cầu về nội dung trong quy phạm và hệ thống ký hiệu hiện hành của Tổng cục địa chính. Do vậy khi biên tập bản đô số phải sử dụng đúng bộ ký hiệu bản đồ địa hình số và bản đồ chuyên đề ở tỷ lệ tương ứng . Các đối tượng bản đồ rất phức tạp song chung quy lại chỉ có ba dạng chính, đó là: Điểm, đường, vùng và chữ dùng để mô tả đối tượng. Yêu cầu khi số hoá các đối tượng: - Các đối tượng dạng vùng: phải thể hiện đúng vị trí hình dạng kích thước của đối tượng, vùng phải khép kín đúng theo đường biên của nó và phải hoàn toàn trùng khít ranh giới với những vùng bên cạnh. Số hóa đối tượng dạng vùng của cùng một loại đối tượng dùng kiểu ký hiệu pattern, shape hoặc fill color phải là các vùng đóng kín và kiểu đối tượng là đơn hoặc nhiều vùng gộp lại (shape hoặc complex shape). - Các đối tượng dạng đường không được sử dụng những công cụ làm trơn mà phải dùng công cụ vẽ đa giác như polyline, linestring, chain hoặc complex chain và lưu ý rằng từ điểm đầu đến điểm cuối của một đối tượng đường phải là một đường liền không đứt đoạn và phải có điểm nút ở những chỗ giao nhau. - Các đối tượng dạng điểm nên thể hiện bằng các ký hiệu đã được thiết kế sẵn mà không nên dùng công cụ vẽ để vẽ đối tượng đó. Ví dụ: Ký hiệu nhà độc lập phải dùng ký hiệu (cell) NHDL mà không dùng công cụ vẽ hình chữ nhật để vẽ. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 40
41. Chương 5 Xây dựng cơ sở dữ liệu cho các tệp tin 5.1. Định nghĩa cơ sở dữ liệu Để làm việc được với GIS bước đầu tiên là xây dựng một cơ sở dữ liệu bản đồ số. GIS có một mô hình dữ liệu riêng để thực hiện các dữ liệu bản đồ trên máy tính. Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lý là một vấn đề quan trọng nhất và tiêu tốn thời gian nhiều nhất trong việc triển khai thực hiện công nghệ hệ thông tin địa lý. Cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý được hiểu là một tập hợp lớn các số liệu trong máy tính, được tổ chức sao cho có thể mở rộng, sửa đổi và tra cứu nhanh chóng đối với các ứng dụng khác nhau. Số liệu có thể được tổ chức thành một tập tin (hay là file) hoặc nhiều file hoặc thành các tập hợp trên máy tính. Chúng ta có thể thống nhất quan niệm về bản chất của cơ sở dữ liệu GIS là một nhóm xác định các dữ liệu, được tổ chức trong một cấu trúc của một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Đó chính là tập hợp của các dữ liệu không gian và phi không gian được liên kết và quản lý chặt chẽ bởi phần mềm GIS. Các thông tin trong cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý bao gồm những thông tin mô tả số của các hình ảnh bản đồ, mối quan hệ logic giữa các hình ảnh đó, những số liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các thông tin về các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Nội dung thông tin của cơ sở dữ liệu GIS luôn được xác định bởi các ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin địa lý trong một hoàn cảnh, điều kiện cụ thể do con người quy định. Các thông tin trong cơ sở dữ liệu GIS được tổ chức quản lý theo một phong cách riêng, đặc trưng cho công nghệ GIS mà các hệ quản lý thông tin khác không có. Các thông tin về sự vật hiện tượng đã, đang và sẽ tồn tại trong môi trường sống thực tế được con người nhận thức và thể hiện chúng thông qua công cụ bản đồ đều là những đối tượng quản lý và nghiên cứu của GIS. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 41
42. 5.2. Thu thập, lựa chọn cơ sở dữ liệu Một cơ sở dữ liệu của HTTTĐL có thể chia ra làm hai loại số liệu cơ bản: Số liệu không gian và phi không gian. Mỗi một loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị. Vì vậy việc lựa chọn, thu thập cơ sở dữ liệu cho HTTĐL bao gồm việc thu thập, lựa chọn hai loại số liệu này. Số liệu không gian 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 tờ bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các 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. Các dữ liệu này là những thông tin mô tả về đặc tính hình học của các đối tượng địa lý như hình dạng, kích thước, vị trítồn tại trong thế giới thực của chúng. Vì tính đa dạng và phức tạp về đặc tính hình học của các đối tượng địa lý trên thực tế, cho nên người ta phải thực hiện trừu tượng hoá các đối tượng đó và quy chúng về các loại đối tượng hình học cơ bản để lưu trữ và thể hiện trên bản đồ cũng như trong cơ sở dữ liệu. Số liệu không gian được thu thập trực tiếp ngoài thực tế hoặc từ những tài liệu đã có sẵn. Số liệu phi không gian 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 số liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung. Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: - Đặc tính của đối tượng: Là những đặc điểm tính chất của đối tượng có thể thực hiện các phép phân tích và Liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian . - Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 42
43. - Chỉ số địa lý: Tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị liên quan đến các đối tượng địa lý. - Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng). Để tạo thành một tờ bản đồ hoàn chỉnh bao giờ cũng phải có đầy đủ hai loại số liệu không gian và số liệu phi không gian, hai loại số liệu này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau tạo nên sự thống nhất chung trong cơ sở dữ liệu. 5.3. Nhập dữ liệu 5.3.1. Định nghĩa: Nhập dữ liệu là quá trình mã hoá dữ liệu và ghi chúng vào cơ sở dữ liệu. Để cơ sở dữ liệu số không lỗi là công việc quan trọng và phức tạp nhất quyết định lợi ích của hệ thông tin địa lý. Nhìn chung có 3 giai đoạn nhập dữ liệu cơ bản cho HTTĐL: - Nhập dữ liệu không gian (dạng số). - Nhập dữ liệu phi không gian, đặc tính liên quan. - Liên kết giữa dữ liệu không gian và phi không gian. Sau mỗi giai đoạn nên kiểm tra dữ liệu để đảm bảo kết quả cơ sở dữ liệu không có sai sót. 5.3.2. Nhập dữ liệu từ số liệu đo đạc ngoại nghiệp Số liệu đo đạc ngoại nghiệp ở đây sẽ thu được là độ dài, phương vị các đoạn thẳng (giữa các điểm đo), toạ độ các điểm, diện tích vùng hay miền Các số liệu này có thể được nhập trực tiếp vào hệ thông tin địa lý bằng tay từ bàn phím hoặc nhập ghi dưới dạng file, tệp dữ liệu riêng sau đó gán vào hệ thông tin địa lý. 5.3.3. Nhập dữ liệu có cấu trúc Raster Nhập dữ liệu raster bằng tay: Đối với hệ thống này, mọi điểm, đường, vùng đều được biến thành các cell. Phương pháp thông dụng nhất được diễn ra như sau: Đầu tiên chọn kích cỡ lưới ô, sau đó chồng lên bản đồ giá trị tại từng ô nhận === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 43
44. được từ bản đồ sẽ được ghi lại vào máy tính. Hình 5.1 mô tả quá trình chuyển dữ liệu bản đồ giấy thành dữ liệu raster. Hình 5.1: Raster hoá dữ liệu Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển các thiết bị phần cứng trong hệ thông tin địa lý được tăng cường, một trong những thiết bị đó là máy quét scanner giúp cho việc nhập dữ liệu từ những tờ bản đồ có sẵn. Việc nhập dữ liệu thông qua máy quét scanner sẽ thu được dữ liệu có cấu trúc raster. Bằng phép chuyển đổi thông dụng chúng ta sẽ chuyển dữ liệu raster về dạng vector. (chương 3). Ngoài dữ liệu không gian được nhập trên bản đồ hay số liệu điều tra thực địa còn có dữ liệu không gian đã ở dạng raster đó là các ảnh vệ tinh, ảnh máy bay được thu nhận nhờ các bộ cảm. Tuy nhiên hầu hết các dữ liệu được quét từ bộ cảm có định dạng không phù hợp với dạng được nhập vào hệ thông tin địa lý cho nên chúng cần được xử lý sơ bộ. Hiện nay có rất nhiều chương trình dùng cho phân tích dữ liệu viễn thám có kết hợp với hệ thông tin địa lý để xử lý dữ liệu ở dạng này. 5.3.4. Nhập dữ liệu theo cấu trúc vector Nguồn dữ liệu được xem như các điểm, các đường, hoặc các miền. Toạ độ của dữ liệu tìm được nhờ chiếu lên lưới có tên trên bản đồ. Chúng đơn giản là một tệp hoặc một chương trình được nhập vào. Nhập dữ liệu vector bằng bàn số hoá Digitizer: Các điểm, đường và đường bao của miền chỉ đơn giản là nhập vào các cặp toạ độ. Mục đích của bàn số hoá là lập nhanh và chính xác toạ độ của các điểm, đường hoặc biên giới miền. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 44
45. 5.3.5. Nhập dữ liệu phi không gian Dữ liệu thuộc tính (còn gọi là dữ liệu phi không gian) là những tính chất, đặc điểm riêng mà thực thể không gian cần đến để thể hiện trong HTTTĐL. Ví dụ một con đường cần được số hoá như một tập các pixel nối với nhau trong cấu trúc dữ liệu raster hoặc là một thực thể dạng đường trong cấu trúc vector. Đường trong HTTTĐL lại còn được thể hiện với một màu nào đó hoặc ký hiệu hoặc một vài con số đi kèm theo. Các con số đi kèm này có thể là kiểu của đường, dạng bề mặt đường, phương pháp xây dựng, ngày xây dựng. . Đó là những dữ liệu phi không gian. Tất cả các số liệu này đều được gán chung cho một thực thể, do đó sẽ rất hiệu quả nếu chúng ta ghi và quản lý chúng riêng. Các dữ liệu này có chung một mã khoá với thực thể mà nó gắn với. Khi cần, lần theo mã khoá đó, người ta sẽ nhanh chóng khôi phục toàn bộ số liệu về thực thể. Dữ liệu thuộc tính phi không gian thông thường được các Hệ quản trị CSDL (HQTCSDL) quản lý. Hiện nay đa phần các HTTTĐL chuyên nghiệp đều dựa vào một HQTCSDL quan hệ để quản lý số liệu thuộc tính phi không gian của mình. Các HTTTĐL nhỏ hơn thì quản lý số liệu dưới dạng ASCII hay sử dụng các khuôn dạng EXCEL, DBASE thành các bảng riêng biệt. Các hệ thống này sẽ gặp rắc rối nếu dữ liệu thuộc tính là có quan hệ với nhau hoặc sẽ gặp khó khăn trong các vấn đề về bảo mật số liệu. Đối với các HQTCSDL quan hệ, người dùng sẽ nhập số liệu tuân thủ các qui tắc của một HQTCSDL quan hệ. Quá trình nhập số liệu diễn ra như sau: Thiết lập CSDL mới nếu chưa có CSDL. Nếu đã có CSDL, khởi động để mở CSDL, Mở các bảng tương ứng để nhập số liệu, Kiểm tra và cập nhật các mã khoá, Cập nhật kết nối (nếu phát sinh). 5.4. Quản lý, bổ sung, xử lý, chuyển đổi và lưu trữ dữ liệu === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 45
46. Người quản lý phải hiểu được những vấn đề thường xảy ra nhất đối với các cơ sở dữ liệu. Những nhà chuyển giao hệ thống thông tin địa lý phải nhận thức được sự đảm bảo an toàn cho cơ sở dữ liệu về lâu dài như là một phần cải tiến hệ thống. Các số liệu sau khi đã được số hoá phải được kiểm tra độ chính xác của nó. Dữ liệu không gian có thể kiểm tra bằng cách so sánh bản số hoá với bản vẽ trên giấy bóng can, cần kiểm tra sai sót cục bộ và tính phù hợp khi liên kết dữ liệu. Dữ liệu phi không gian có thể kiểm tra bằng cách in ra và so sánh các nội dung bằng mắt thường. Có thể dùng chương trình kiểm tra độ chính xác các liên kết. Chương trình này được thiết kế theo kiểu khi gặp sai số thì sẽ đánh dấu lại. Bằng cách như vậy ta sẽ loại bỏ những sai số thông thường. Khi dữ liệu nhập vào bị sai bị thiếu hoặc có nhiều thông tin địa lý thay đổi theo thời gian thì phải tiến hành bổ sung, sửa chữa, thay đổi lại cơ sở dữ liệu. Những giá trị thuộc tính hay không gian trên bản đồ được bổ sung sửa chữa bằng cách thay đổi, thêm bớt những đối tượng đã số hoá. Những bổ sung trong cơ sở dữ liệu vector có thể thực hiện bằng cách sử dụng khoá trong dữ liệu mới, chỉ ra vị trí trong bảng số, hoặc dùng lệnh để thực hiện việc quay, thêm, xoá, dịch chuyển ghép tách các phần theo yêu cầu. Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu số khá tốn kém, đồng thời nó có thể sử dụng lâu dài vì vậy phải lưu trữ dữ liệu, thực chất là việc chuyển đổi thông tin số hoá trong máy ra các môi trường nhớ cố định để được bảo vệ tốt hơn. Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu được lưu trữ trong các môi trường từ như băng từ, đĩa từ thông thường kết quả số hoá được ghi lưu ít nhất ở cơ số 2 5.5. Khái niệm về sai số trong hệ thông tin địa lý Khi xét đến loại sai số này, ở đây không tính đến sai số số liệu gốc. Ví dụ như sai số đo ngoại nghiệp, sai số của bản đồ gốc v.v mà chỉ đề cập đến những sai số === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 46
47. do chính những thao tác kỹ thuật của công nghệ này gây ra như định vị bản đồ bị sai, sử dụng hệ toạ độ sai, số hoá bị sai, bị thừa bị bỏ sót v.v Sai số trong hệ thông tin địa lý chủ yếu xuất hiện trong quá trình mã hoá và nhập dữ liệu không gian, phi không gian. Các sai số này có thể được nhóm như sau: - Không hoàn thành dữ liệu không gian do đã bỏ sót các điểm, đường hoặc vùng khi nhập dữ liệu thủ công. Khi quét bỏ sót dữ liệu thường ở dạng gián đoạn giữa xử lý chuyển đổi raster và vector bị lỗi kết hợp các phần của đường. Tương tự chuyển đổi raster – vector của dữ liệu được quét làm hỏng. Số hoá thủ công, các đường được số hoá có thể không chỉ một lần. - Dữ liệu không gian sai vị trí: Có thể sắp xếp theo thứ tự từ sai số vị trí nhỏ sang sai số vị trí lớn. Dạng này thường là kết quả của số hoá không cẩn thận, có thể do kết quả của bản gốc hoặc do thay đổi tỷ lệ trong suốt quá trình số hoá, có thể là do hỏng phần cứng hay phần mềm. - Các dữ liệu bị sai tỷ lệ: Nếu tất cả dữ liệu bị sai tỷ lệ, thì chủ yếu do việc số hoá sai tỷ lệ. Trong hệ thống vector tỷ lệ rất dễ bị thay đổi. - Dữ liệu không gian có thể bị méo vì bản đồ cơ bản dùng số hoá không đúng tỷ lệ. Hầu hết các ảnh chụp hàng không không đúng tỷ lệ trên toàn bộ ảnh do góc nghiêng của máy bay, do địa hình khác nhau và do khoảng cách từ ống kính đến đối tượng khác nhau ở phần khác nhau ở một vùng. Sự chuyển đổi từ một thống toạ độ này sang hệ thống toạ độ khác cũng làm cho các toạ độ biểu thị sai. - Liên kết sai giữa dữ liệu không gian và phi không gian: thường do mã nhận dạng sai được nhập vào trong khi mã hoá không gian. Tóm lại: để giảm thiểu các sai số do các nguyên nhân đã phân tích ở trên thì từng công đoạn cần phải kiểm tra kỹ lưỡng từ khâu kiểm tra chất lượng tài liệu phục vụ số hoá đến định vị bản đồ và tất cả các khâu thực hiện trong suốt quá trình xử lý. Khi kiểm tra cần tuân theo nguyên tắc kiểm tra chéo và áp dụng những kỹ thuật đặc biệt để phát hiện sai số. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 47
48. Chương 6 Thiết kế và thành lập các bản đồ số 6.1. Giới thiệu sơ đồ quy trình công nghệ để sản xuất các bản đồ số Trong môI trường Microstation 6.1.1. Sơ đồ tổng quát thành lập bản đồ số. Mục đích thành lập 1. Thu thập, đánh giá và chuẩn bị bản đồ gốc 2. Tạo bảng phân lớp đối tượng Thiết kế chung 3. Tạo ký hiệu 4. Quét bản đồ 1. Tạo lưới Km trong hệ QC Định vị và nắn bản đồ 2. Nắn bản đồ 1. Vẽ các đối tượng dạng đường. 2. Vẽ đối tượng đường bao vùng. Vectơ hoá 3. Vẽ đối tượng dạng điểm. 4. Vẽ đối tượng dạng chữ viết. 1. Kiểm tra và sửa lỗi về phân lớp ĐT 2. Sửa lỗi và làm đẹp các dạng dữ Hoàn thiện dữ liệu liệu 3. Sửa lỗi đối với dữ liệu dạng điểm. 4. Sửa lỗi đối với dữ liệu dạng text. 1. Tạo vùng, tô màu và trải ký hiệu. Biên tập và trình bày bản đồ 2. Biên tập ký hiệu dạng đường. Lưu trữ dữ liệu và in 1. Tổ chức thư mục chứa file. bản đồ 2. In bản đồ. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 48
49. 6.1.2. Thiết kế chung. Để đảm bảo tính thống nhất hệ thống cho tất cả các bản đồ trong khối công việc, các công tác chuẩn bị cho quá trình số hoá và biên tập bản đồ sau này sẽ được thực hiện và sử dụng chung. Công tác bao gồm: a). Xác định mục đích, ý nghĩa của bản đồ cần thành lập Xác định, nghiên cứu các yêu cầu đối với bản đồ cần thành lập. Xác định đối tượng sử dụng bản đồ. Giải quyết các nhiệm vụ của bản đồ, chỉ dẫn thực hiện các công việc nhằm đạt mục đích của bản đồ. b). Thu thập tài liệu Tài liệu bản đồ dùng để thành lập bản đồ số phải đảm bảo độ chính xác về cơ sở toán học, tính hiện thời về chất lượng nội dung, đủ điểm mốc để định vị hình ảnh của bản đồ và phù hợp về hệ quy chiếu theo quy định của Tổng cục địa chính (trừ khi có yêu cầu đặc biệt khác hoặc khi kết hợp hiện chỉnh, cập nhật nội dung và số hoá bản đồ). c). Phân lớp đối tượng Các đối tượng bản đồ khi tồn tại dưới dạng số được thể hiện và lưu trữ trên các lớp thông tin khác nhau. Vì vậy trước khi tiến hành số hoá, cần phải tách các lớp thông tin để số hoá, có nghĩa là: các đối tượng cần được thể hiện trên bản đồ phải được xác định trước sẽ được lưu trữ trên lớp thông tin nào. Ví dụ: các đối tượng là sông, hồ sẽ được lưu trữ trong lớp thông tin thứ nhất, các đối tượng là đường bình độ cơ bản sẽ được lưu trên lớp thông tin thứ hai, d). Tạo kí hiệu Theo cách phân loại dữ liệu không gian, các kí hiệu trên bản đồ được chia thành 4 loại. - Kí hiệu dạng điểm. - Kí hiệu dạng đường. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 49
50. - Kí hiệu dạng pattern (các kí hiệu được trải đều trên diện tích một vùng nào đó). - Kí hiệu dạng chữ chú thích. e). Quét bản đồ Mục đích của quá trình này là chuyển các bản đồ được lưu trữ trên giấy, trên phim hoặc diamat thành các file dữ liệu số dưới dạng raster. Sau đó các file này sẽ được chuyển đổi về các định dạng của chương trình sử dụng để xử lý ảnh. Tuỳ theo từng loại bản đồ và mục đích sử dụng sau này mà sử dụng các máy quét cùng các phần mềm chuyên dụng khác nhau. Độ phân giải quy định trong mỗi bản đồ khi quét phụ thuộc vào chất lượng của tài liệu gốc và mục đích sử dụng. Thông thường, độ phân giải càng cao, sẽ cho chất lượng dữ liệu raster tốt hơn cho quá trình số hoá sau này, nhưng nó cũng làm cho dung lượng của file dữ liệu tăng lên. Ngoài các tiêu chuẩn kỹ thuật đã nêu trên, các tư liệu này phải sạch, rõ nét và phải có đủ điểm mốc để nắn, cụ thể đối với bản đồ địa hình là phải có đủ 4 mốc trùng với 4 góc khung trong của tờ bản đồ và 36 - 50 điểm khác (điểm tam giác và giao điểm các mắt lưới kilomet; Số điểm mốc này tùy thuộc vào chất lượng phim gốc, bản gốc, vào kinh nghiệm của người thao tác quét và vào thiết bị dùng để quét trong trường hợp dùng phương án quét để số hoá). Trong trường hợp số điểm nói trên không đủ thì phải tiến hành các biện pháp tăng dày điểm nắn, như trích điểm, bình mốc v.v. như trong công nghệ truyền thống. Các bản phim dương, lưu đồ đen được quét bằng máy quét đen trắng, còn các tư liệu là bản đồ màu phải quét bằng máy quét màu. Độ phân giải quét các tư liệu đen trắng tối thiểu là 300 dpi và tối đa là 500 dpi, tư liệu màu từ 200 đến 300 dpi, tùy theo chất lượng bản gốc dùng để quét. Tùy theo phần mềm dùng để số hóa mà ảnh quét được ghi lại ở khuôn dạng (format) phù hợp. ảnh sau khi quét phải đầy đủ, rõ nét, sạch sẽ, không có lỗi về quét (chẳng hạn hình ảnh không bị co hoặc dãn cục bộ) để đảm bảo chất lượng cho khâu nắn và vectơ hóa. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 50
51. 6.1.3. Nắn bản đồ. Mục đích: Chuyển đổi các ảnh quét đang ở toạ độ hàng cột của các pixel về toạ độ trắc địa (toạ độ thực - hệ toạ độ địa lý hoặc toạ độ phẳng). Đây là bước quan trọng nhất trong quy trình thành lập bản đồ số vì nó ảnh hưởng tới toàn bộ độ chính xác của bản đồ sau khi được số hoá dựa trên nền ảnh. Lưới km và lưới kinh vĩ độ được thiết lập dựa vào toạ độ của các góc khung và khoảng cách giữa các mắt lưới. Lưới km được sử dụng làm cơ sở cho việc chọn các điểm khống chế khi nắn bản đồ. Quá trình nắn này được dựa trên toạ độ của các điểm khống chế trên ảnh, toạ độ của các điểm khống chế tương ứng trên mô hình được chọn để nắn. Khi định vị bản đồ gốc để số hoá hoặc nắn ảnh quét, các điểm chuẩn để định vị và nắn là các mốc khung trong, các giao điểm lưới km và các điểm khống chế toạ độ trắc địa có trên mảnh bản đồ. Sai số cho phép sau khi định vị hoặc nắn phải nằm trong hạn sai của sai số định vị và nắn. Tuỳ thuộc vào cơ sở toán học của tài liệu sử dụng, cũng như số điểm đối được chọn để nắn mà phương pháp nắn có thể khác nhau (afine hoặc projective). File ảnh đã nắn hoàn chỉnh phải được lưu riêng (kể cả sau khi đã số hóa xong) để sử dụng trong quá trình kiểm tra nghiệm thu. 6.1.5. Véctơ hoá đối tượng. Mục đích: là quá trình biến đổi dữ liệu raster thành dữ liệu vectơ. Sử dụng các thanh công cụ hiện có của phần mềm để số hoá theo từng lớp thông tin đã được định sẵn. 6.1.6. Hoàn thiện và chuẩn hoá dữ liệu Sau quá trình số hoá, dữ liệu nhận được chưa phải đã hoàn thiện và sử dụng được. Các dữ liệu này thường được gọi là các dữ liệu thô, cần phải qua một quá trình kiểm tra, chỉnh sửa và hợp lệ các dữ liệu. Quá trình này bao gồm các công đoạn: === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 51
52. - Kiểm tra và sửa chữa các lỗi về thuộc tính đồ hoạ (sai lớp, sai kiểu đường, màu sắc, lực nét ). - Sửa các lỗi riêng của dữ liệu dạng đường: Lọc bỏ điểm thừa (filter), làm trơn đường (smooth), loại bỏ các đối tượng trùng nhau, sửa các điểm cuối tự do, tạo các điểm giao. - Sửa các lỗi riêng của dữ liệu dạng điểm và chữ viết . 6.1.6. Biên tập và trình bày bản đồ. Các đối tượng bản đồ khi được thể hiện bằng màu sắc và kí hiệu phải đảm bảo được tính tương quan về vị trí địa lý cũng như tính thẩm mỹ của bản đồ. a). Tạo vùng, tô màu, trải kí hiệu. Các đối tượng dạng vùng cần tô màu hoặc trải kí hiệu, các đối tượng đó phải tồn tại dưới dạng vùng hoặc tổ hợp vùng. Vì vậy cần phải qua một bước tạo vùng từ những đường bao đóng kín (trong môi trường Microstation). b). Biên tập các ký hiệu dạng đường. Đối với các đối tượng dạng đường khi tồn tại ở dạng dữ liệu thì nó phải gặp nhau tại các điểm nút và nó là một đối tượng đường duy nhất. Nhưng để thể hiện nó dưới dạng kí hiệu bản đồ thì có thể phải thể hiện nó bằng hai hoặc nhiều kiểu đường khác nhau theo hệ thống ký hiệu quy chuẩn các loại đường giao thông. 6.1.7. Lưu trữ dữ liệu và in bản đồ. Kết quả của quá trình số hoá và biên tập bản đồ có thể được lưu trữ dưới hai dạng: Lưu trữ trên đĩa và in ra giấy. Khi lưu trữ dữ liệu nên tổ chức dữ liệu dưới dạng các thư mục một cách khoa học và lưu trữ cả các file phụ trợ đi kèm. 6.2. Quy định về tách lớp thông tin và cách đặt tên cho các tệp tin Nội dung bản đồ số phải thống nhất như bản đồ địa hình in trên giấy đã được qui định trong qui phạm thành lập bản đồ địa hình ở các tỉ lệ do Tổng Cục Địa chính ban hành. Toàn bộ ký hiệu được thiết kế theo ký hiệu bản đồ địa hình hiện hành tỉ lệ tương ứng, === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 52
53. 6.2.1. Phân lớp nội dung bản đồ địa hình số : Các yếu tố nội dung bản đồ địa hình số hóa được được quy định chia thành 7 nhóm lớp theo 7 chuyên đề là: Cơ sở toán học, Thủy hệ, Địa hình, Dân cư, Giao thông, Ranh giới và Thực vật. Các yếu tố thuộc một nhóm lớp được số hóa thành một tệp tin riêng. Trong một nhóm lớp các yếu tố nội dung lại được sắp xếp theo từng lớp. Cơ sở của việc phân chia nhóm lớp và lớp là các qui định về nội dung bản đồ địa hình trong các quyển "Ký hiệu bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10000, 1:25000" ban hành năm 1995 và "Ký hiệu bản đồ địa hình tỉ lệ 1:50000 và 1:100000" ban hành năm 1998. a). Phân loại nội dung của các nhóm lớp: Như trên đã nêu, các yếu tố nội dung bản đồ thuộc các nhóm lớp khác nhau được số hóa thành các tệp tin khác nhau. Nội dung chính của các nhóm lớp qui định như sau: 1. Nhóm lớp "Cơ sở toán học" bao gồm khung bản đồ; lưới kilomet; các điểm khống chế trắc địa; giải thích, trình bày ngoài khung và các nội dung có liên quan. 2. Nhóm lớp "Dân cư" bao gồm nội dung dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội. 3. Nhóm lớp "Địa hình" bao gồm các yếu tố dáng đất, chất đất, các điểm độ cao. 4. Nhóm lớp "Thủy hệ" bao gồm các yếu tố thủy văn và các đối tượng liên quan. 5. Nhóm lớp "Giao thông" bao gồm các yếu tố giao thông và các thiết bị phụ thuộc. 6. Nhóm lớp "Ranh giới" bao gồm đường biên giới, mốc biên giới; địa giới hành chính các cấp; ranh giới khu cấm; ranh giới sử dụng đất. 7. Nhóm lớp "Thực vật" bao gồm ranh giới thực vật và các yếu tố thực vật. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 53
54. b). Quy tắc đặt tên cho các nhóm lớp Để tiện cho việc lưu trữ và khai thác dữ liệu, các tệp tin chứa các đối tượng của từng nhóm lớp phải được đặt tên theo một qui tắc thống nhất: các ký tự đầu là số hiệu mảnh, 2 ký tự cuối là các chữ viết tắt dùng để phân biệt các nhóm lớp khác nhau. Tuy nhiên, để tránh cho tên tệp không dài quá 8 ký tự, qui định dùng chữ A thay cho số múi 48 và chữ B cho múi 49. Tên tệp có thể bỏ qua số đai và số múi, nhưng tên thư mục chứa các tệp tin thành phần của 1 mảnh bản đồ thì phải đặt theo phiên hiệu đầy đủ của mảnh đó, ví dụ \FA118Cb1\118Cb1CS.dgn. 6.2.2. Quy tắc đặt tên cho các tệp tin. Việc đặt tên cho các tệp tin sao cho dễ tìm, dễ đọc dễ nhớ Riêng đối với việc thành lập bản đồ địa hình số thì việc đặt tên cho các tệp tin phải theo quy định. Các tệp tin được đặt tên cụ thể trong phần mềm Microstation như sau: 1. Tệp tin của nhóm "Cơ sở toán học" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh) CS.dgn (ví dụ 118CbCS. dgn). 2. Tệp tin của nhóm "Dân cư" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)DC.dgn (ví dụ: 117ADC. dgn). 3. Tệp tin của nhóm "Địa hình" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)DH.dgn (ví dụ : 117ADH.dgn). 4. Tệp tin của nhóm "Thủy hệ" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)TH.dgn (ví dụ 117ATH.dgn). 5. Tệp tin của nhóm "Giao thông" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)GT.dgn (ví dụ : 117AGT.dgn). 6. Tệp tin của nhóm "Ranh giới" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)RG.dgn (ví dụ 117ARG.dgn). 7. Tệp tin của nhóm "Thực vật" được đặt tên: (phiên hiệu mảnh)TV.dgn (ví dụ:117ATV.dgn). === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 54
55. 6.3. Xây dựng hệ thông ký hiệu bản đồ Bản đồ chỉ được số hóa sau khi đã nắn ảnh quét đạt hạn sai như đã nêu trên. Các yếu tố thuộc cơ sở toán học của bản đồ phải được xây dựng tự động theo các chương trình chuyên dụng cho lưới chiếu bản đồ, điểm khống chế toạ độ trắc địa được thể hiện theo tọa độ thật, các yếu tố nội dung khác của bản đồ được số hóa theo trình tự như sau: 1. Điểm khống chế trắc địa (các điểm khống chế trắc địa khác không dùng trong quá trình định vị và nắn) 2. Thủy hệ và các đối tượng có liên quan. 3. Địa hình. 4. Giao thông và các đối tượng có liên quan. 5. Dân cư và đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội. 6. Ranh giới hành chính 7. Thực vật. Ký hiệu tương ứng của các đối tượng trên đã được quy định cụ thể rõ ràng trong tập ký hiệu bản đồ địa hình do tổng cục địa chính ban hành. 1. Điểm khống chế trắc địa (không dùng trong quá trình định vị và nắn): Ngoài các điểm khống chế toạ độ trắc địa được xác định trên bản đồ khi định vị và nắn hình ảnh đã nêu ở mục 9.2 , còn các điểm khác : điểm độ cao Nhà nước, điểm độ cao kỹ thuật, điểm khống chế đo vẽ phải được thể hiện bằng các ký hiệu tương ứng. Sai số đặt tâm ký hiệu so với vị trí trên bản gốc hoặc so với hình ảnh quét đã nắn khi số hóa không được vượt quá 0,1 mm trên bản đồ. 2. Dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hóa, xã hội: Các khu dân cư được thể hiện theo tỉ lệ phải được số hóa thành một đối tượng kiểu vùng khép kín. Trong trường hợp khu dân cư có hình thù quá phức tạp có thể cắt thành một số vùng nhỏ hơn giáp nhau. Không số hóa khu dân cư đông đúc thành từng vùng riêng biệt theo mép đường giao thông nét đôi nửa theo tỉ lệ === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 55
56. (nghĩa là khu dân cư phải số hóa thành vùng liên tục và đường giao thông nửa theo tỉ lệ số hóa đè qua vùng dân cư). Các đường bao làng, nghĩa trang là hàng rào, tường vây, ranh giới thực vật v.v. phải số hóa vào các lớp có nội dung tương ứng, không số hóa vào lớp riêng. Đường dây điện các loại ngoài khu dân cư chạy liên tục thì vào “linestyle” để chọn kiểu đường để biểu thị, trong khu dân cư dùng cell để biểu thị ký hiệu cột vào những vị trí tương ứng. 3. Đường giao thông và các đối tượng liên quan: Các đối tượng đường giao thông cùng một tính chất phải được số hóa liên tục, không đứt đoạn, kể cả các đoạn đường qua sông nét đôi, qua cầu, qua các chữ ghi chú hay chạy qua điểm dân cư và các địa vật độc lập khác (khi chế in sẽ phải thêm một số thủ thuật để khắc phục những vấn đề này). Chỗ giao nhau của các đường giao thông (ngã ba, ngã tư ) vẽ nửa theo tỉ lệ được phép chồng đè ký hiệu đường, không phải tu chỉnh để đảm bảo tính liên tục của đường. Tại các điểm này phải có các điểm nút (vertex). Đường giao thông cũng như các địa vật hình tuyến khác không được trùng lên đường bờ nước hoặc đường sông 1 nét. Trong trường hợp các ký hiệu đường này đi quá gần sông, chúng được phép dịch chuyển sao cho cách sông hoặc đường bờ nước 0,2 mm trên bản đồ. Các đường nét đôi nửa theo tỉ lệ phải được số hóa vào giữa tâm đường và phải được biểu thị bằng linestyle, không được số hóa 2 lần theo mép đường hoặc dùng công cụ offset element hoặc copy parallel để vẽ. Các đường 2 nét vẽ theo tỉ lệ nếu 2 mép đường song song cách đều nhau thì dùng công cụ multi-line để vẽ. Trường hợp 2 mép đường không song song cách đều nhau và các ngã ba, ngã tư có độ rộng được thể hiện theo tỉ lệ trên bản đồ thì số hóa theo các mép đường. Lòng đường là vùng khép kín đóng theo mép đường. Các cầu thể hiện bằng ký hiệu nửa theo tỉ lệ dùng linestyle để biểu thị, còn các cầu phi tỉ lệ dùng cell để biểu thị. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 56
57. 4. Thủy hệ và các đối tượng liên quan: Các sông suối và đường bờ nước phải được số hóa theo đúng hình ảnh đã được quét. Các sông, kênh mương 1 nét cũng phải được số hóa liên tục, không đứt đoạn. Mỗi một nhánh sông có tên riêng phải là đoạn riêng biệt, không số hóa các nhánh sông có tên khác nhau liền thành 1 nét liên tục. Đường bờ sông 2 nét khi số hoá phải vẽ liên tục không để ngắt quãng bởi các cầu phà như trên bản đồ giấy (khi ra phim chế in sẽ biên tập lại). Những đoạn bờ sông, ao, hồ là đường giao thông hay đập chắn nước, bờ dốc thì được số hóa thành các đối tượng tương ứng và được thể hiện bằng các ký hiệu tương ứng. Các sông, suối, kênh, mương vẽ một nét phải bắt liền vào hệ thống sông ngòi vẽ 2 nét, tại các điểm bắt nối phải có điểm nút (vertex). Nền sông vẽ nét đôi, ao hồ, các bãi cát chìm, đầm lầy là các vùng khép kín đóng theo đường bờ nước. Trường hợp các vùng nước quá lớn hoặc quá phức tạp, thì có thể chia chúng ra thành các vùng nhỏ liền kề nhau, nhưng không được chồng đè lên nhau. 5. Địa hình: Đường bình độ phải phù hợp về dáng với thuỷ hệ. Các khe, mom phải được thể hiện rõ ràng trên bản đồ số hóa (nghĩa là đường bình độ khi đi qua sông phải có một điểm bắt vào sông, suối 1 nét hoặc vào đường bờ nước và điểm đó phải là điểm nhọn nhất của đường bình độ tại khu vực đó). Đường bình độ không cắt nhau, trong trường hợp đường bình độ vẽ chập, trốn trên bản đồ gốc, khi số hoá phải phóng to các khu vực này để vẽ liên tục. Đường bình độ, điểm độ cao phải được gán đúng giá trị độ cao (như là tọa độ thứ 3 (z) của đối tượng. Các loại ký hiệu bãi cát ven bờ, cát làn sóng, cát đụn, cát cồn đều được biểu thị như bãi cát phẳng, kích thước chấm bằng nhau, màu nâu hoặc màu đen tương ứng với ký hiệu đã được qui định trong các quyển ký hiệu. Trên bản in phun và bản đồ giấy, các bãi cát, bãi đá v.v. thể hiện bằng các mẫu ký hiệu trải (pattern) === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 57
58. nhưng không thể hiện đường viền các vùng khép kín (polygon) được dùng để trải mẫu ký hiệu. Tuy vậy, các vùng này vẫn phải được lưu giữ riêng vào một file để phục vụ cho việc biên tập các bản đồ khác về sau. Khu vực núi đá và vách đá khi không có khả năng thể hiện đường bình độ vì độ dốc quá lớn, địa hình phức tạp thì được phép thể hiện bằng sống núi kết hợp với màu nâu 10%. Trong trường hợp trên vùng núi đá có thực phủ là rừng thì trên bản in phun thể hiện màu nền của rừng và ranh giới vùng núi đá in màu đen cùng với chữ ghi chú "núi đá". Đường bình độ cũng phải được số hóa vào đúng hình ảnh đã được quét, tuy nhiên trừ những chỗ khi biên tập cần nhấn khe của địa hình thì đường bình độ có thể được số hóa lệch đi, nhưng không được vượt quá hạn sai cho phép (1/3 khoảng cao đều) Các loại bờ đắp, bờ dốc, gò đống vẽ theo tỉ lệ trên bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10000 và 1: 25000 không biểu thị bằng cách trải nét từ mép bờ tới chân dốc như bản đồ in trên giấy, mà mép bờ cao nhất biểu thị bằng ký hiệu qui ước (bằng cách dùng linestyle với phần răng cưa quay về phía dốc xuống), chân bờ dốc được thể hiện bằng chấm ranh giới khoanh bao. Phần mái dốc được hiểu là khoảng cách từ mép bờ cao nhất đến chấm ranh giới khoanh bao. 6. Thực vật : Các vùng thực vật (kể cả thực phủ của làng, nghĩa trang, công viên) phải là các vùng khép kín, được lồng (fill) màu hoặc được trải mẫu ký hiệu (pattern) phù hợp với các ký hiệu đã được qui định trong ký hiệu bản đồ địa hình tỉ lệ tương ứng (xem phụ lục 3 -Bảng hướng dẫn sử dụng bộ ký hiệu bản đồ địa hình (các tỉ lệ tương ứng) trong môi trường Microsstation). Trong trường hợp các vùng thực vật quá lớn, hình thù quá phức tạp thì có thể chia một vùng thực vật thành nhiều vùng con nằm cạnh nhau, nhưng không được chồng đè lên nhau hoặc để sót các khoảng trống giữa chúng. Đối với các vùng thực vật được thể hiện bằng mẫu ký hiệu (pattern) như cây bụi, cỏ, các loại cây trồng v.v. tuy trên bản đồ giấy cũng như bản đồ số hóa === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 58
59. chỉ thể hiện bằng các mẫu ký hiệu (pattern), nhưng vẫn cần phải giữ lại các vùng khép kín (polygon) vào một lớp (vào lớp 2 của nhóm lớp thực vật - xem phụ lục 2) để tiện cho việc biên tập các loại bản đồ chuyên đề hoặc bản đồ địa hình tỉ lệ nhỏ hơn sau này. 7. Biên giới, địa giới hành chính các cấp, ranh giới : (sau đây gọi chung là địa giới) Các đường địa giới phải là những đường liên tục từ điểm giao nhau này đến điểm giao nhau khác và phải đi theo đúng vị trí thực của đường địa giới, không vẽ qui ước như trên bản đồ giấy. Ví dụ, khi đường địa giới trùng với sông 1 nét thì đoạn địa giới đó phải trùng khít với sông 1 nét mà không vẽ chéo cánh sẻ dọc 2 bên sông như trên bản đồ giấy (khi số hóa phải copy đoạn sông 1 nét đó sang lớp địa giới); nếu đường địa giới chạy giữa sông vẽ 2 nét, thì đường địa giới được số hóa thành một đường liền đi giữa sông (không đứt đoạn). Khi ra phim chế in offset, địa giới sẽ phải biên tập lại theo qui định của bản đồ trên giấy Các trường hợp địa giới chạy dọc theo yếu tố hình tuyến khác, ví dụ như đường giao thông, cũng áp dụng nguyên tắc như trên. 8. Chữ ghi chú trên bản đồ: Kiểu chữ, cỡ chữ, số ghi chú trên bản đồ được chọn trong tệp chuẩn phông chữ tiếng Việt Vnfont.rsc và phù hợp với qui định của ký hiệu bản đồ địa hình tỉ lệ tương ứng. Địa danh gắn liền với phạm vi phân bố hiện tượng, đối tượng có độ uốn lượn phải bố trí theo đúng phạm vi, chiều uốn lượn của đối tượng. 6.4. Xây dựng tính chuyên đề cho các lớp thông tin riêng biệt 1. Nguyên tắc phân loại bản đồ chuyên đề Đề tài bản đồ xác định mức độ đầy đủ chi tiết khác nhau của nội dung bản đồ chuyên đề (theo đề tài cụ thể). Ngoài ra, trên các bản đồ chuyên đề (BĐCĐ) bao giờ cũng phải xác định mức độ thể hiện các tập hợp địa lý(nền cơ sở địa lý), để trên đó thể hiện các đối tượng hiện tượng chuyên đề. === Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý ĐHLN - 2010 59