CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ HỆ THÔNG TIN ðỊA LÝ VÀ PDA Chương này sẽ trình bày về các vấn ñề sau: 1. Giới thiệu về hệ thông tin ñịa lý o Giới thiệu về khái niệm GIS và các thành phần cơ bản của GIS o Hai mô hình dữ liệu ñược sử dụng rộng rãi nhất trong GIS Mô hình dữ liệu raster Mô hình dữ liệu véc tơ o So sánh, ñánh giá hai mô hình raster và vector o Mô hình cơ sở dữ liệu GIS 2. Giới thiệu về PDA o Phần cứng o Phần mềm o Hệ ñiều hành Nghiên cứu phát triển ứng dụng bản ñồ số trên các thiết bị trợ giúp cá nhân z Trang 7 1. Gii thiu v h thông tin ña lý 1.
Khái niệm Hệ thông tin ñịa lý (GIS - Geographical Information System) ñược hiểu như một hình thức ñặc biệt của hệ thống thông tin áp dụng cho dữ liệu ñịa lý. Hệ thống thông tin ñó là tập các tiến trình xử lý các dữ liệu thô ñể phát sinh ra các thông tin trợ giúp lập quyết ñịnh. Có rất nhiều ñịnh nghĩa GIS ñã ñược xây dựng nhưng dưới ñây là một ñịnh nghĩa ñược coi là chính xác, dễ hiểu và ñược chấp nhận rộng rãi nhất: “GIS ñược xem như là một hệ thống của phần cứng, phần mềm và các thủ tục ñược thiết kế ñể trợ giúp thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian ñể giải quyết các vấn ñề phức tạp trong quản lý và lập kế hoạch” (NCGIA Core Curiculum, 1989). Theo ñịnh nghĩa này thì khi xây dựng một hệ thống thông tin như GIS thì phải quan tâm ñến một dải rộng từ phần cứng tới phần mềm của tin học, các vấn ñề liên quan ñến ñịa lý, bản ñồ, các vấn ñề thống kê, các vấn ñề hình học và lý thuyết ñồ thị của toán học, v.
Như vậy GIS không chỉ ñơn giản là hệ thống máy tính ñể lập bản ñồ theo nhiều kích cỡ, nhiều màu hay các phép chiếu khác nhau mà còn là một công cụ phân tích hữu hiệu. ðặc ñiểm quan trọng của GIS cho phép con người nhận ra ñược mối quan hệ không gian giữa các ñặc trưng của bản ñồ. GIS Phần mềm CSDL công cụ Trừu tượng ðịa lý hay ñơn giản Người hóa Thế giới sử dụng Kết quả thực Hình 1. Các thành phần cơ bản của hệ thống GIS Thiết bị phần cứng Thiết bị phần cứng tối thiểu phải bao gồm: máy tính, bàn số hóa, tủ băng từ, thiết bị ñầu ra (máy in, máy vẽ), trạm làm việc (hiển thị).
Thiết bị số hóa: Sử dụng ñể chuyển ñổi các hình ảnh bản ñồ sang dạng số hóa, như là bàn số hóa (Digitizer) hoặc máy quét ảnh (Scanner), tuy nhiên các máy quét ảnh không tạo ra cơ sở dữ liệu bản ñồ mà chỉ tạo ra dữ liệu Raster và nó có thể ñược vector hóa theo mục ñích yêu cầu của hệ thông tin ñịa lý. ðầu ñọc, ñĩa mềm, CD-ROM: do dữ liệu thông tin ñịa lý là một khối lượng rất lớn bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian nên việc lưu trữ, cập nhật… vào/ra là rất quan trọng. Nghiên cứu phát triển ứng dụng bản ñồ số trên các thiết bị trợ giúp cá nhân z Trang 8 Trạm xử lý: Xử lý, kiểm soát thông tin vào ra, chuẩn hóa cơ sở dữ liệu, cập nhật cơ sở dữ liệu cho máy chủ. Máy chủ: Kiểm soát sự truy cập của người sử dụng, quản lý file, quản lý cơ sở dữ liệu, thao tác ñồ họa và toàn bộ môi trường tính toán.
Thiết bị in: Dùng ñể in ấn các văn bản báo cáo của các loại bản ñồ khác nhau tùy nhu cầu người sử dụng. Băng từ: Dùng ñể trao ñổi dữ liệu với các hệ thống khác, thực hiện chức năng sao chép dữ liệu. Phần mềm Các thành phần của phần mềm nói chung gồm 5 nhóm chức năng cơ bản sau: - Nhóm chức năng nhập và hiệu chỉnh các dữ liệu - Bảo quản dữ liệu và quản lý cơ sở dữ liệu - In và trình bày dữ liệu - Chuyển ñổi dữ liệu (bảo quản, sử dụng và phân tích) - Giao diện, ñối thoại với người sử dụng Cơ sở dữ liệu ñịa lý Cơ sở dữ liệu ñịa lý bao gồm 2 nhóm tách biệt: Nhóm thông tin không gian và nhóm thông tin thuộc tính. Nhóm thông tin không gian bao gồm thông tin về vị trí Topo (cấu trúc quan hệ).
Nhóm thông tin thuộc tính ñược ñịnh nghĩa như là một tập hợp các giá trị thuộc tính và quan hệ giữa chúng. Nghiên cứu phát triển ứng dụng bản ñồ số trên các thiết bị trợ giúp cá nhân z Trang 9 ðầu vào Cơ sở dữ liệu Nhu Cơ sở dữ liệu ñịa lý cầu cần Vị trí giải quyết Topo Thuộc tính Hệ thống quản lý thuộc tính Module xử lý Xử lý dữ liệu Hình 1. Các thành phần cơ bản của cơ sở dữ liệu ñịa lý Cơ sở dữ liệu ñịa lý là trừu tượng hay ñơn giản hoá thế giới thực. Các công cụ phân tích trong GIS ñược sử dụng ñể xây dựng các mô hình không gian.
Mô hình ñược cấu trúc như tập các quy tắc hay thủ tục ñể suy diễn các thông tin mới ñể phân tích hay lập kế hoạch. Mô hình hoá ñòi hỏi các công cụ có sẵn trong hệ thống GIS. Vì vậy GIS cần phải cung cấp một tập hợp rộng lớn các công cụ ñể thực hiện phân tích trên cơ sở dữ liệu không gian. Trong hệ thống GIS, các phép phân tích không gian bao gồm phân tích cận, phủ, các phép tính ñường biên, phân tích bề mặt, phân tích mạng lưới, phân tích trên cơ sở ñiểm ảnh (pixel).
Các hình thức khác nhau của phân tích ñòi hỏi các phép toán kết nối quan hệ và không gian cũng như các phép tính logic khác nhau. Mô hình dữ liệu của hệ thống thông tin ñịa lý ðể thực hiện ñược các yêu cầu ñặt ra của một hệ thống GIS cần phải có cấu trúc dữ liệu phù hợp cho hệ thống. Chúng sẽ ñược xem xét sau ñây: ðộ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Càng quan sát thế giới gần hơn càng thấy ñược chi tiết hơn.
Nhưng như vậy sẽ dẫn ñến phải có cơ sở dữ liệu lớn vô hạn ñể lưu trữ các thông tin chính xác từ thế giới thực. ðể lưu trữ ñược dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu ñến mức Nghiên cứu phát triển ứng dụng bản ñồ số trên các thiết bị trợ giúp cá nhân z Trang 10 có thể quản lý ñược bằng tiến trình ñơn giản hay trừu tượng. Các ñặc trưng ñịa lý phải ñược biểu diễn bởi các thành phần rời rạc hay các ñối tượng. Các quy tắc dùng ñể chuyển các ñặc trưng ñịa lý sang các ñối tượng ñược gọi là mô hình dữ liệu.
Các hệ thống GIS phân biệt khác nhau theo cách mô hình hóa thế giới thực thông qua các mô hình dữ liệu của chúng. Hai mô hình dữ liệu ñang ñược sử dụng rộng rãi nhất cho GIS ñể lưu trữ các ñối tượng không gian là mô hình raster và mô hình vector (hình 1. Thế giới thực Mô hình hóa Các ñối tượng không gian Mô hình vector Mô hình raster Bảng dữ liệu thuộc tính Hình 1. Mô hình vector và mô hình raster a.
Mô hình dữ liệu raster Mô hình raster chia toàn bộ vùng nghiên cứu thành các lưới tế bào ñều ñặn theo trình tự riêng. Theo qui ñịnh thì lưới ñược ñánh thứ tự theo trình tự từng hàng từ góc trên trái. Mỗi tế bào chứa một giá trị. Mỗi vị trí trong vùng nghiên cứu tương Nghiên cứu phát triển ứng dụng bản ñồ số trên các thiết bị trợ giúp cá nhân z Trang 11 ñương ứng với một tế bào.
Tập các tế bào và các giá trị liên quan ñược gọi là lớp. Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp như loại ñất, ao, hồ, sông, ñường… Mô hình này cho người sử dụng biết cái gì xảy ra ở mọi nơi, mọi vị trí trên vùng nghiên cứu. ðộ phân giải dữ liệu Raster phụ thuộc vào kích thước của tế bào hay ñiểm ảnh; chúng khác nhau từ vài chục deximet ñến vài kilomet. Tiến trình xây dựng lưới tế bào ñược mô tả như sau: Giả sử phủ một lưới trên bản ñồ gốc, dữ liệu Raster ñược lập bằng cách mã hoá mỗi tế bào bằng một giá trị dựa theo các ñặc trưng trên bản ñồ như trên hình 1.
Trong thí dụ này, ñặc trưng “ñường” ñược mã hoá là 2, ñặc trưng “ñiểm” ñược mã hoá là 1 còn ñặc trưng “vùng” ñược mã hoá là 3. Kiểu dữ liệu của tế bào trong lưới phụ thuộc vào thực thể ñược mã hoá; ta có thể sử dụng số nguyên, số thực, ký tự hay tổ hợp chúng ñể làm giá trị. ðộ chính xác của mô hình này phụ thuộc vào kích thước hay ñộ phân giải của các tế bào lưới (hình 1. Một ñiểm có thể là một tế bào, một ñường là vài tế bào kề nhau, một vùng là tập hợp nhiều tế bào.
Mỗi ñặc trưng là tập tế bào ñánh số như nhau (có cùng giá trị). Mô hình dữ liệu raster Ưu ñiểm chính của mô hình này là ñơn giản. Lưới là một bộ phận của bản ñồ ñã ñược sử dụng ñể kiến tạo thông tin ñịa lý. Khi các số liệu ñầu vào là các ảnh vệ tinh hay từ máy quét thì chúng lại có ngay khuôn mẫu lưới, chúng phù hợp cho mô hình dữ liệu này.
Sử dụng mô hình dữ liệu raster dựa trên cơ sở lưới thì các phép phân tích dữ liệu trở nên dễ dàng hơn. ðặc biệt thuận lợi cho các hệ thống GIS nhằm chủ yếu vào việc phân tích các biến ñổi liên tục trên bề mặt trái ñất ñể quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.