Luận văn ThS: Mạng lưới trong CSDL Không gian - ĐH Công Nghệ

Luận văn thạc sĩ về mạng lưới trong cơ sở dữ liệu không gian. Chuyên ngành Công nghệ thông tin, mã số 60 48 05. Nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này.

• Tác giả: Nguyễn Thị Anh Thi
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Đức
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Một Số Vấn Đề Về Mạng Lưới Trong Cơ Sở Dữ Liệu Không Gian
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU - THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
• 1.1. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
• 1.2. Các chức năng của GIS
• 1.3. Ứng dụng của GIS
• 2. Mô hình cơ sở dữ liệu không gian (Spatial database)
• 2.1. Khái quát về cơ sở dữ liệu không gian
• 2.2. Mô hình thông tin không gian
• 2.3. Các mô hình dữ liệu không gian chính
• 2.3.1. Mô hình dữ liệu RASTER
• 2.3.2. Mô hình dữ liệu VECTƠ
• 3. Mạng lưới trong cơ sở dữ liệu không gian
• 3.1. Các mô hình dữ liệu
• 3.1.1. Mô hình dữ liệu khái niệm
• 3.1.2. Mô hình dữ liệu logic
• 3.1.3. Mô hình dữ liệu vật lý
• 3.2. Ngôn ngữ truy vấn cho đồ thị
• 4. MỘT SỐ THUẬT TOÁN TÌM KIẾM TRONG MẠNG LƯỚI KHÔNG GIAN
• 4.1. Phát biểu bài toán
• 4.2. Thuật toán Dijkstra
• 4.3. Thuật toán Bellman-Ford
• 4.4. Thuật toán Floyd
• 5. PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG
• 5.1. Phát biểu bài toán
• 5.1.1. Lý do xây dựng chương trình
• 5.1.2. Mục tiêu, nhiệm vụ của chương trình
• 5.2. Công cụ xây dựng chương trình
• 5.2.1. Thư viện hỗ trợ xây dựng ứng dụng bản đồ MapXtreme
• 5.2.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access
• 5.2.3. Ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual C#
• 5.3. Dữ liệu sử dụng trong chương trình
• 5.3.1. Mô tả chi tiết các bảng dữ liệu trong MapInfo
• 5.3.2. Thiết kế dữ liệu trong Access
• 5.4. Thiết kế, đặc tả các chức năng
• 5.4.1. Truy vấn trên bản đồ
• 5.4.2. Hệ thống tìm đường đi xe buýt trên bản đồ
• 5.4.3. Sơ đồ luồng dữ liệu
• 5.4.4. Cài đặt và thử nghiệm chương trình
• 5.4.5. Kỹ thuật áp dụng
• 5.4.6. Các kết quả thử nghiệm
• 5.4.6.1. Kết quả bước đầu
• 5.4.6.2. Nhận xét về kết quả
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Luận Văn Thạc Sĩ Về Mạng Lưới CSDL Không Gian

Luận văn thạc sĩ "Một số vấn đề về mạng lưới trong cơ sở dữ liệu không gian" thuộc chuyên ngành Công nghệ thông tin, mã số 60 48 05, tập trung nghiên cứu và phân tích các khía cạnh then chốt của việc ứng dụng mạng lưới trong cơ sở dữ liệu không gian (CSDLKG). Mạng lưới không gian đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế như quản lý giao thông, lập kế hoạch vận chuyển, điều khiển không lưu, và quản lý các tiện ích công cộng (điện, nước, gas), cũng như các mạng lưới viễn thông và kênh tưới tiêu.

Luận văn này được thực hiện trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là sự ra đời của ngành đồ họa vi tính và sự gia tăng khả năng phần cứng. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã ra đời và phát triển nhanh chóng, chứng tỏ khả năng ưu việt so với các hệ thống bản đồ truyền thống. GIS có khả năng tích hợp thông tin mật độ cao, cập nhật thông tin dễ dàng và cung cấp các chức năng phân tích, tính toán mạnh mẽ. Do đó, GIS đã trở thành công cụ hỗ trợ quyết định cho nhiều ngành, từ quy hoạch đến quản lý. CSDLKG, đặc biệt là mạng lưới cơ sở dữ liệu không gian (Spatial Network Database - SNDB), là thành phần cốt lõi trong GIS. Luận văn đặt mục tiêu tìm hiểu sâu về mạng lưới CSDLKG và các thuật toán áp dụng trong đồ thị, đồng thời xây dựng một chương trình tìm kiếm đường đi tối ưu cho hành khách sử dụng xe buýt ở Hà Nội.

Luận văn bao gồm ba chương chính. Chương 1 trình bày tổng quan về GIS, các thành phần, chức năng và ứng dụng của nó. Chương này cũng đề cập đến các vấn đề về CSDL mạng lưới không gian, các mô hình mạng lưới không gian và kiến trúc cơ sở dữ liệu, ngôn ngữ truy vấn. Chương 2 tập trung vào các thuật toán xử lý truy vấn phân tích mạng lưới, đặc biệt là các thuật toán tìm đường đi ngắn nhất như Dijkstra, A*, và Floyd. Chương 3 trình bày việc phát triển ứng dụng thực tế, cụ thể là cài đặt và thử nghiệm thuật toán Dijkstra để tìm kiếm đường đi ngắn nhất giữa các điểm xe buýt ở Hà Nội, sử dụng MapInfo và Visual C#.NET kết hợp MapXtreme. Đề tài luận văn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần vào việc giải quyết các vấn đề giao thông đô thị và nâng cao chất lượng dịch vụ công cộng.

1.1. Giới Thiệu Hệ Thống Thông Tin Địa Lý GIS Hiện Đại

GIS (Geographic Information System) là một hệ thống thông tin địa lý, ra đời từ đầu thập niên 60. GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm năm thành phần chính: con người, phương pháp, phần cứng, phần mềm tin học và dữ liệu. Trong đó, dữ liệu là thành phần quan trọng nhất, chiếm khoảng 70% giá thành sản phẩm, bao gồm dữ liệu không gian (spatial) và dữ liệu phi không gian (non-spatial). Dữ liệu không gian là thông tin về vị trí của các đối tượng trong thế giới thực, còn dữ liệu phi không gian là những số hiệu, bảng biểu mô tả tính chất, đặc trưng của dữ liệu không gian.

Hệ thống GIS có khả năng tự động thực hiện các chức năng: thu thập dữ liệu, xử lý sơ bộ dữ liệu, lưu trữ và truy nhập dữ liệu, tìm kiếm và phân tích không gian, hiển thị đồ họa và tương tác. Nhờ vào khả năng tích hợp thông tin mật độ cao, cập nhật thông tin dễ dàng cũng như khả năng phân tích, tính toán, hệ thống thông tin địa lý đã nhanh chóng trở thành một công cụ trợ giúp quyết định cho tất cả các ngành từ quy hoạch đến quản lý. Có thể nói ngày nay không có lĩnh vực nào không có hoặc không thể ứng dụng công nghệ GIS.

"Từ xa xưa, thông tin địa lý đã là nhu cầu cần thiết của mọi người trong mọi sinh hoạt hàng ngày tại những vị trí khác nhau. Mỗi người trong xã hội luôn luôn có nhu cầu cần biết về thế giới thực xung quanh mình. Con người muốn được hiểu biết về các thực thể, các sự kiện, các hiện tượng như thế nào, xảy ra ở đâu, xảy ra khi nào, và tại sao như vậy." Do vậy, GIS có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực thường thấy trong thực tế. GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động [1].

1.2. Tổng Quan Về Cơ Sở Dữ Liệu Không Gian Quan Trọng

Thế giới quá phức tạp để chúng ta có thể hiểu ngay và hiểu trực tiếp chúng được. Chúng ta phải lập mô hình của hiện thực. Cơ sở dữ liệu không gian hình thành từ các mô hình được xem như bước cơ bản để đi đến hiểu biết bản chất và trạng thái của hiện thực. Cơ sở dữ liệu không gian là tập hợp dữ liệu tham chiếu không gian, có vai trò như mô hình của hiện thực. Cơ sở dữ liệu là mô hình hiện thực theo nghĩa nó biểu diễn tập lựa chọn hay xấp xỉ các hiện tượng.

Cơ sở dữ liệu không gian (CSDLKG) hình thành từ các mô hình và được xem là bước cơ bản để hiểu biết bản chất và trạng thái của hiện thực. Nó là tập hợp dữ liệu tham chiếu không gian, có vai trò như mô hình của hiện thực. Cơ sở dữ liệu là mô hình hiện thực theo nghĩa nó biểu diễn tập lựa chọn hay xấp xỉ các hiện tượng. Trong CSDLKG, mỗi kiểu thực thể được biểu diễn bởi các đối tượng không gian. Hiện nay, các mô hình quan niệm trừu tượng không gian thường được sử dụng trong GIS gồm mô hình trên cơ sở đối tượng, mô hình mạng và mô hình nền (field). Mỗi mô hình sẽ nhấn mạnh một khía cạnh của hiện tượng không gian và nó phụ thuộc vào mục tiêu phân tích.

Dữ liệu (data) và thông tin (information) là hai khái niệm khác biệt nhau. Dữ liệu là các con số hay sự kiện được tập hợp có hệ thống cho một hay nhiều mục đích cụ thể. Thông tin được xem như dữ liệu đã được xử lý dưới khuôn mẫu hữu ích cho người dùng. "Dữ liệu là thông tin nhưng không phải mọi dữ liệu đều có ích. Thông tin chỉ có ích khi nó có liên quan, tin cậy, chính xác, kịp thời, đầy đủ, dễ hiểu, phù hợp và dễ quản lý."

II. Cách Mô Hình Hóa Mạng Lưới Trong CSDL Không Gian Hiệu Quả

Việc mô hình hóa mạng lưới trong CSDLKG là một quy trình phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các mô hình dữ liệu khác nhau và cách chúng biểu diễn các hiện tượng không gian. Luận văn đi sâu vào phân tích các mô hình dữ liệu không gian chính, bao gồm mô hình raster và mô hình vector, cùng với ưu và nhược điểm của từng mô hình. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào loại ứng dụng, yêu cầu về độ chính xác, và khả năng xử lý dữ liệu.

CSDL mạng lưới không gian là một thành phần quan trọng của CSDLKG. Hiện nay, có rất nhiều ứng dụng mạng lưới CSDLKG trên thực tế, chẳng hạn như: mạng lưới đường tàu hỏa, mạng lưới sông ngòi, mạng lưới tuyến xe buýt, mạng lưới giao thông đường bộ. Tại mức khái niệm, dữ liệu mạng lưới không gian thường được mô hình thành các đồ thị. Đồ thị là một cấu trúc rời rạc gồm các đỉnh và các cạnh nối các đỉnh đó.

Các ứng dụng được mô hình thành các đồ thị có nhiều phép toán phổ biến. Chúng ta nhấn mạnh rằng mỗi phép toán này có thể được thực hiện trong nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng và cấu trúc lưu trữ đồ thị. Ở mức cấu trúc cơ sở dữ liệu thấp nhất là mô hình vật lý. Trong mô hình này phải định nghĩa các tham số cho dữ liệu như tổng số byte cho một khối dữ liệu và địa chỉ của chúng trong bộ nhớ vật lý. Biểu diễn bản ghi/file dựa trên bộ nhớ chính và dựa vào đĩa từ.

2.1. Tìm Hiểu Mô Hình Dữ Liệu Raster Và Vector Chi Tiết

Mô hình dữ liệu Raster (hay còn gọi là lưới tế bào) hình thành nền cho một số hệ thông tin địa lý. Các hệ thống trên cơ sở raster hiển thị, định vị và lưu trữ dữ liệu đồ họa nhờ sử dụng các ma trận hay lưới tế bào. Độ phân giải dữ liệu raster phụ thuộc vào kích thước của tế bào hay điểm ảnh. Tuy nhiên, hệ thống raster sẽ không thuận tiện cho biểu diễn đường, điểm vì mỗi loại là tập tế bào trong lưới. Đường thẳng có thể bị đứt đoạn hay rộng hơn.

Mô hình dữ liệu Vector coi hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp giữa chúng. Trong mô hình 2D thì thực thể sơ đẳng bao gồm điểm, đường và vùng; mô hình 3D còn áp dụng bề mặt ba chiều và khối. Với tỷ lệ nhỏ thì thành phố được biểu diễn bằng điểm, còn đường đi và sông ngòi được biểu diễn bằng đường. Khi tăng tỷ lệ biểu diễn thì phải quan tâm đến tính chất vùng của hiện tượng. Phương pháp vector hình thành trên cơ sở quan sát đối tượng của thế giới thực. Chúng có ưu việt trong việc lưu trữ số liệu bản đồ bởi vì chúng chỉ lưu các đường biên của các đặc trưng, không cần lưu toàn bộ vùng của chúng.

2.2. Các Cấp Độ Biểu Diễn Thông Tin Trong Cơ Sở Dữ Liệu

Thông thường, hệ thông tin được xây dựng từ cơ sở dữ liệu mà nó tuân thủ theo một vài mô hình dữ liệu và các chương trình ứng dụng xử lý các dữ liệu này. Trong thực tế, ta có thể nhận ra vài mức biểu diễn thông tin trong cơ sở dữ liệu. Chúng bao gồm các mô hình khái niệm, mô hình logic (bên trong) và mô hình vật lý. Một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) được xem như công cụ biểu diễn mô hình dữ liệu hướng thế giới thực trong máy tính. Biểu diễn mức cao (hay mức trừu tượng) của cơ sở dữ liệu vật lý được gọi là mô hình khái niệm (conceptual model).

III. Các Thuật Toán Tìm Kiếm Mạng Lưới Không Gian Phổ Biến

Việc tìm kiếm hiệu quả trong mạng lưới không gian là một yếu tố then chốt trong nhiều ứng dụng thực tế. Luận văn trình bày một số thuật toán tìm kiếm phổ biến, bao gồm thuật toán Dijkstra, thuật toán Bellman-Ford, thuật toán A*, và thuật toán Floyd. Mỗi thuật toán có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại mạng lưới và yêu cầu tìm kiếm khác nhau. Luận văn phân tích chi tiết hoạt động của từng thuật toán, cùng với ví dụ minh họa và đánh giá hiệu năng.

3.1. Thuật Toán Dijkstra Tìm Đường Đi Ngắn Nhất Tối Ưu

Thuật toán Dijkstra được thiết kế dựa trên kỹ thuật tham ăn để giải quyết bài toán tìm đường đi ngắn nhất từ một đỉnh nguồn trong đồ thị có hướng với trọng số không âm. Thuật toán Dijkstra hoạt động dựa trên việc gán nhãn cho các đỉnh [7]. Thuật toán này do nhà khoa học Hà Lan - ông Edsger Dijkstra đưa ra vào năm 1959. Thuật toán này cung cấp nền tảng cơ bản cho thuật toán hữu hiệu nhất để giải quyết bài toán này.

3.2. Thuật Toán Bellman Ford Giải Quyết Trọng Số Âm

Thuật toán Bellman-Ford (1956) là một thuật toán tính các đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng có trọng số (trong đó một số cung có thể có trọng số âm). Thuật toán Dijkstra giải cùng bài toán này với thời gian chạy thấp hơn, nhưng lại đòi hỏi trọng số của các cung phải có giá trị không âm. Do đó, thuật toán Bellman-Ford thường chỉ được dùng khi có các cung với trọng số âm.

3.3. Ưu Điểm Của Thuật Toán A Trong Thực Tế

Thuật toán A* được mô tả lần đầu tiên vào năm 1968 bởi Peter Hart, Nils Nilsson, và Bertram Raphael. Thuật toán A* (đọc là A sao) là một thuật toán tìm kiếm trong đồ thị. Thuật toán này tìm một đường đi từ một nút khởi đầu tới một nút đích cho trước (hoặc tới một nút thỏa mãn một điều kiện đích). Thuật toán này duyệt các nút theo thứ tự của đánh giá heuristic Do đó, thuật toán A* là một ví dụ của tìm kiếm theo lựa chọn tốt nhất (best- first search).

IV. Thuật Toán Floyd Tìm Đường Đi Giữa Mọi Cặp Đỉnh Nhanh Chóng

Thuật toán Floyd là một thuật toán hiệu quả để tìm tất cả các đường đi ngắn nhất giữa mọi cặp đỉnh trong đồ thị. Trong thuật toán này, cho phép đồ thị có các chiều dài cung là âm miễn là không có chu trình có chiều dài âm [7]. Trong thuật toán này, cho phép đồ thị có các chiều dài cung là âm miễn là không có chu trình có chiều dài âm [7].

V. Ứng Dụng Thuật Toán Dijkstra Tìm Đường Xe Buýt Tối Ưu

Trong chương 3 của luận văn, thuật toán Dijkstra được ứng dụng để xây dựng một chương trình tìm kiếm đường đi xe buýt tối ưu tại Hà Nội. Chương trình này sử dụng dữ liệu về mạng lưới tuyến xe buýt, bao gồm vị trí các trạm dừng và khoảng cách giữa các trạm. Thuật toán Dijkstra được áp dụng để tìm kiếm đường đi ngắn nhất giữa hai trạm xe buýt bất kỳ, giúp người dùng lựa chọn tuyến đường phù hợp và giảm thiểu thời gian di chuyển.

5.1. Phân Tích Bài Toán Tìm Đường Đi Xe Buýt Ngắn Nhất

Bài toán tìm đường đi xe buýt ngắn nhất bao gồm việc xác định tuyến đường tối ưu từ một điểm bắt đầu đến một điểm đến trên mạng lưới xe buýt công cộng. Yếu tố “ngắn nhất” có thể được xác định bằng khoảng cách, thời gian di chuyển, số lần chuyển tuyến, hoặc sự kết hợp của các yếu tố này. Luận văn tập trung vào việc tối ưu hóa khoảng cách di chuyển.

5.2. Triển Khai Thuật Toán Dijkstra Với Visual C .NET

Chương trình tìm kiếm đường đi xe buýt được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Visual C#.NET kết hợp với thư viện MapXtreme để hiển thị bản đồ và tương tác với người dùng. Dữ liệu về mạng lưới tuyến xe buýt được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu MapInfo và truy xuất bằng các truy vấn SQL.

5.3. Đánh Giá Kết Quả Thử Nghiệm Thực Tế Tại Hà Nội

Chương trình đã được thử nghiệm với dữ liệu thực tế về mạng lưới tuyến xe buýt tại Hà Nội và cho kết quả khả quan. Người dùng có thể nhập điểm đi và điểm đến, chương trình sẽ hiển thị các tuyến đường xe buýt tối ưu, cùng với thông tin về khoảng cách, thời gian di chuyển, và số lần chuyển tuyến. Kết quả thử nghiệm cho thấy chương trình có khả năng tìm kiếm đường đi nhanh chóng và chính xác, góp phần hỗ trợ người dùng lựa chọn tuyến xe buýt phù hợp.

VI. Kết Luận Luận Văn Và Hướng Phát Triển CSDL Không Gian

Luận văn "Một số vấn đề về mạng lưới trong cơ sở dữ liệu không gian" đã trình bày tổng quan về CSDLKG, các mô hình dữ liệu, và các thuật toán tìm kiếm phổ biến. Ứng dụng thuật toán Dijkstra để xây dựng chương trình tìm kiếm đường đi xe buýt tối ưu tại Hà Nội đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng CSDLKG vào giải quyết các vấn đề thực tế. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp thêm các yếu tố khác như tình trạng giao thông, thời gian chờ xe buýt, và sở thích cá nhân của người dùng để nâng cao tính tiện dụng và hiệu quả của chương trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Chương này trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý bao gồm các thành phần, chức năng và các ứng dụng của GIS. Hơn nữa, đề cập đến một số vấn đề về cơ sở dữ liệu mạng lưới không gian, các mô hình mạng lưới không gian và kiến trúc cơ sở dữ liệu, ngôn ngữ truy vấn,… 1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.1 Khái niệm GIS viết tắt từ “Geographic Information System” là hệ thống thông tin địa lý, ra đời từ đầu thập niên 60 trong các cơ quan địa chính ở Canada, và suốt thời gian hai thập niên 60 – 70, GIS cũng chỉ được một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu, cho mãi đến đầu thập niên ’80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những tính năng cao, giá lại rẻ; đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin đã làm cho công nghệ GIS càng ngày được quan tâm hơn. Có nhiều cách tiệm cận khác nhau khi định nghĩa GIS. Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm năm thành phần chính (hình 1.1): con người, phương pháp, phần cứng, phần mềm tin học và dữ liệu [1].1 Các thành phần của GIS TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -8- - Con người: là chuyên viên tin học, các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS.

- Dữ liệu: là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống GIS, chiếm khoảng 70% giá thành sản phẩm. Dữ liệu thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với mức độ chính xác khác nhau. Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên, số thứ tự, khoảng và tỷ lệ. Ngoài bốn loại biến dữ liệu này, các hệ GIS còn phân chia dữ liệu thành hai loại khác nhau: + Dữ liệu không gian (spatial): là thông tin về vị trí của các đối tượng trong thế giới thực trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nhất định.

Thực thể không gian có thể cấu trúc theo hai cách: cấu trúc dạng vectơ và cấu trúc dạng raster. + Dữ liệu phi không gian (non-spatial): còn gọi là dữ liệu thuộc tính, là những số hiệu, bảng biểu mô tả tính chất, đặc trưng của dữ liệu không gian. Nó được biểu thị dưới dạng những con số hoặc chữ mô tả số lượng, tính chất, thông số liên quan đến các đối tượng đó trên bản đồ. Dữ liệu phi không gian được kết nối logic với dữ liệu không gian.

Sự kết nối này là cơ sở để xác định chính xác các thông tin của đối tượng địa lý và thực hiện phép phân tích tổng hợp trong hệ thống GIS. Mỗi hệ GIS đều có các công cụ lưu trữ dữ liệu thuộc tính cùng với dữ liệu không gian.2 Phần cứng GIS - Công cụ phần mềm: Một hệ thống GIS bao gồm nhiều modul phần mềm. Khả năng lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian bằng hệ quản trị cơ sở dữ TIEU LUAN MOI download : [e-mail] -9- liệu địa lý là khía cạnh quan trọng nhất của GIS. Các modul khác là công cụ phân tích dữ liệu, làm báo cáo và truyền tin.

- Giao diện người dùng: Giao diện đồ họa cho phép người dùng dễ dàng thực hiện các thao tác địa lý và các thao tác khác như truy cập cơ sở dữ liệu, làm báo cáo. - Phần cứng: GIS đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hóa, máy vẽ, máy quét ảnh để vào ra dữ liệu. Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin hay mạng cục bộ (hình 1.2 Các chức năng của GIS GIS là hệ thống có khả năng tự động thực hiện những chức năng được phân chia như sau [1]: - Thu thập dữ liệu. - Xử lý sơ bộ dữ liệu.

- Lưu trữ và truy nhập dữ liệu. - Tìm kiếm và phân tích không gian. - Hiển thị đồ họa và tương tác.3 mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS.3 Các nhóm chức năng trong GIS TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - 10 - Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực và từ các tài liệu, bản đồ giấy, đôi khi chúng có sẵn dưới dạng số. Kết quả ta có tập “dữ liệu thô”, có nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống.

Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cấu trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian. Kết quả tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc. Hệ thống GIS phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải. Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả loại dữ liệu.3 Ứng dụng của GIS Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian nên có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực thường thấy trong thực tế.

GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động [1]. - Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: bao gồm các chức năng tìm kiếm địa chỉ, tìm vị trí khi biết trước địa chỉ đường phố; điều khiển đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ; phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng các công trình công cộng; lập kế hoạch phát triển đường giao thông. - Giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường: bao gồm các chức năng quản lý sông ngòi, các vùng lụt, vùng đất nông nghiệp, có mưa, đất rừng, sống hoang dã; phân tích tác động môi trường; vị trí của các công trình công cộng, … - Quản lý đất đai: bao gồm các chức năng lập kế hoạch vùng, miền sử dụng đất; quản lý nước tưới tiêu; kiến trúc mặt bằng sử dụng đất … - Quản lý và lập kế hoạch các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm địa điểm cho các công trình ngầm: ống dẫn, đường điện,…; cân đối tải điện; lập kế hoạch bảo dưỡng các công trình công cộng… - Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều ứng dụng khác.2 Mô hình cơ sở dữ liệu không gian (Spatial database) 1.1 Khái quát về cơ sở dữ liệu không gian Thế giới quá phức tạp đến mức chúng ta không thể hiểu ngay và hiểu trực tiếp chúng được. Chúng ta phải lập mô hình của hiện thực, nó có tính tương tự TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - 11 - với một số khía cạnh chọn lọc từ thế giới thực.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta đơn giản hóa đối tượng khi suy nghĩ nên ta thường làm việc với mô hình. Mô hình là mô tả đầy đủ hệ thống từ một góc nhìn cụ thể và được hình thành nhờ tiến trình trừu tượng hóa (đơn giản hóa thông minh) [1]. Bốn nguyên tắc chính của mô hình hóa: một là, việc chọn mô hình nào để tạo lập có ảnh hưởng sâu sắc đến cách giải quyết vấn đề và cách hình thành các giải pháp. Hai là, mỗi mô hình biểu diễn hệ thống với mức độ chính xác khác nhau.

Ba là, mô hình tốt nhất phải là mô hình phù hợp với hiện thực. Và bốn là, không mô hình nào là đầy đủ cho toàn bộ hệ thống. Mỗi hệ thống thường được tiếp cận thông qua tập mô hình gần như độc lập nhau.4 minh họa các mô hình hóa Hình 1.4 Minh họa về mô hình hóa Cơ sở dữ liệu không gian hình thành từ các mô hình được xem như bước cơ bản để đi đến hiểu biết bản chất và trạng thái của hiện thực. Cơ sở dữ liệu không gian là tập hợp dữ liệu tham chiếu không gian, có vai trò như mô hình của hiện thực.

Cơ sở dữ liệu là mô hình hiện thực theo nghĩa nó biểu diễn tập lựa chọn hay xấp xỉ các hiện tượng. Các hiện tượng lựa chọn này được xem là quan trọng, đủ để biểu diễn đặc trưng dưới dạng số cho hiện tại, quá khứ và tương lai. Do vậy, mô hình cơ sở dữ liệu mô tả khái niệm của cơ sở dữ liệu để định nghĩa kiểu thực thể và các thuộc tính liên quan, trong đó mỗi kiểu thực thể được biểu diễn bởi các đối tượng không gian. Sau khi được xây dựng, mô hình cơ sở dữ liệu là khung nhìn cơ sở dữ liệu.

Mô hình cơ sở dữ liệu không liên quan trực tiếp đến cách mà dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu như thế nào. Chẳng TIEU LUAN MOI download : [e-mail] - 12 - hạn, vùng điều tra có thể được định nghĩa bởi các đa giác, nhưng chương trình lại biểu diễn đa giác như dãy các đoạn thẳng. Dữ liệu (data) và thông tin (information) là hai khái niệm khác biệt nhau. Dữ liệu là các con số hay sự kiện được tập hợp có hệ thống cho một hay nhiều mục đích cụ thể.

Chúng có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau như ngôn ngữ tự nhiên (tên, địa chỉ,…), biểu tượng (biển hiệu giao thông), biểu thức toán học hay tín hiệu (sóng điện từ). Thông tin được xem như dữ liệu đã được xử lý dưới khuôn mẫu hữu ích cho người dùng và là những giá trị nhận thức được cho công tác lập quyết định. Dữ liệu là thông tin nhưng không phải mọi dữ liệu đều có ích. Thông tin chỉ có ích khi nó có liên quan, tin cậy, chính xác, kịp thời, đầy đủ, dễ hiểu, phù hợp và dễ quản lý.

Hệ thống thông tin có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành thông tin theo các tiến trình khác nhau như biến đổi, tổ chức, cấu trúc hóa và mô hình hóa.5 cho thấy các chức năng của quá trình biến đổi dữ liệu thành thông tin trong một hệ thống thông tin. Dữ liệu địa lý là loại đặc biệt của dữ liệu. Chúng được nhận biết bởi tọa độ địa lý và được hình thành từ phần tử mô tả và phần tử đồ họa. Thông tin địa lý thu được từ xử lý dữ liệu địa lý.

Tổ chức thông tin biểu diễn quan sát dữ liệu của người sử dụng (khái niệm về thế giới thực) và nó được thể hiện bằng mô hình dữ liệu.