Chương 1: Khái quát về GIS và xử lý song song. Chương 2: Một số thuật toán song song ứng dụng trong GIS. Chương 3: Phát triển chương trình thử nghiệm thuật toán song song trong GIS. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ XỬ LÝ SONG SONG 1.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS Hệ thống thông tin Địa lý (GIS: Geograpgic Information System) đã được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển, đây là một dạng ứng dụng công nghệ tin nhằm mô tả thế giới thực mà chúng ta đang sống, khám phá và khai thác.
Với những tính năng ưu việt của nó mà các hệ thống thông tin khác không có được như công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường và các phép phân tích thống kê, phân tích dữ liệu không gian và thuộc tính. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS ngày nay đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong nghiên cứu và quản lý (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược), đặc biệt trong lĩnh vực phát triển nông thôn nhằm quản lý và quy hoạch sử dụng và khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên một cách có hiệu quả, bền vững và hợp lý. 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. Lịch sử ra đời 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. 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 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. 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. 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. 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 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.
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.
4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 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 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. Định nghĩa GIS Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng chúng đều có điểm giống nhau như: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý (Management Information System - MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu (CSDL).
So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau. Do vậy GIS cho khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu. GIS là một bộ công cụ đầy sức mạnh để tuyển chọn, lưu trữ, phục hồi, chuyển đổi và hiển thị số liệu không gian từ thế giới thực đáp ứng cho một số mục đích cụ thể Nhận xét GIS: GIS liên quan đến cơ sở dữ liệu: Tất cả các thông tin trong một GIS được liên kết với nhau. Kỹ thuật hợp nhất GIS: Phân tích không ảnh, ảnh Vệ tinh, tạo ra mô hình hoặc là làm ra các bản đồ chuyên đề.
GIS như là một bộ sử lý cơ sở dữ liệu. Các thành phần GIS Hệ thống GIS có năm thành tố chính bao gồm: con người, phương pháp, phần cứng tin học, phần mềm tin học và dữ liệu. Tầm quan trọng của mỗi thành tố và các quan hệ giữa chúng được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo đây. 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Các thành phần hệ thống GIS 1.
Con ngƣời 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. Người sử dụng hệ thống (system user) là những người sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay GIS chuyên dụng. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý.
Thao tác viên hệ thống (system operator) có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc ngẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao. Nhà cung cấp GIS (GIS supplier) có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống. Đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GIS thông qua các hợp đồng với quản trị hệ thống.
Nhà cung cấp dữ liệu (data supplier) có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân. Thông thường các công ty tư nhân cung cấp dữ liệu sửa đổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà nước để cho phù hợp với ứng dụng cụ thể. Thông thường các cơ quan Nhà 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nước cung cấp dữ liệu được xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể được sử dụng trong các cơ quan, tổ chức khác. Một số dữ liệu này được bán với giá rẻ hay cho không tới các dự án GIS phi lợi nhuận.
Người phát triển ứng dụng (application developer) là những lập trình viên được đào tạo. Họ xây dựng các giao diện người dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên các hệ thống GIS chuyên nghiệp.2 Quản lý dự án GIS Chuyên viên phân tích hệ thống GIS (GIS systems analysts) là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống. Phần lớn họ là đội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác định mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn, đảm bảo tích hợp thắng lợi hệ thống trong cơ quan. Dữ liệu Với bất kỳ hệ thông tin nào cũng phải hiểu rõ các loại dữ liệu khác nhau lưu trữ trong chúng.
Dữ liệu (các biến) 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. Mỗi hệ GIS cần phải hiểu được dữ liệu trong các khuôn mẫu khác nhau, không chỉ hiểu khuôn mẫu dữ liệu riêng của hệ thống. Thí dụ, đường biên bản đồ có thể trong khuôn mẫu tệp DXF của AutoCAD hay BNA của AtlasGIS.
Thông thường, GIS hiểu ngay khuôn mẫu DXF mà không cần sửa đổi nào. Tương tự, GIS 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com phải hiểu ngay khuôn mẫu DBF của các thuộc tính được lưu trữ kèm theo. Lý tưởng thì phần mềm GIS phải có khả năng đọc các khuôn mẫu dữ liệu raster (DEN, GIFF, TIFF, JPEG, EPS) và khuôn mẫu vectơ (TIGER, HPGL, DXF, Postscript, DLG). Với dữ liệu ba chiều, phần lớn phần mềm GIS trợ giúp lưới tam giác không đều (TIN).
Một số khác trợ giúp cấu trúc raster trên cơ sở lưới bao gồm cây tứ phân và khả năng chuyển đổi toàn bộ hay một phần dữ liệu vào cấu trúc này. Một vài phần mềm GIS chỉ trợ giúp khuôn mẫu riêng, chúng phụ thuộc vào nhà sản xuất phần mềm. Công cụ phần mềm Một hệ thống GIS bao gồm nhiều môđun phần mềm.