CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.
Định nghĩa về GIS Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống bao gồm phần cứng, các thiết bị ngoại vi, phần mềm với một cơ sở dữ liệu đủ lớn và một đội ngũ chuyên gia có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị, phân tích và biểu diễn về các đối tượng, hiện tượng, sự kiện theo không gian và thời gian phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất GIS giải quyết được các vấn đề thực tiễn nhằm trả lời các câu hỏi: - Cái gì đang tồn tại ở đâu? - Cái gì biến đổi như thế nào theo không gian và thời gian? - Ở đâu thực hiện được tốt nhất (phù hợp nhất) với mục đích đề ra? - Cái gì sẽ xảy ra nếu những hành động nào đó được thực hiện? [7] [5]. Xuất phát từ ứng dụng: GIS là một hộp công cụ mạnh được dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burrough, 1986). Xuất phát từ quan điểm hệ thống thông tin: GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có tham chiếu tọa độ địa lý. Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệu với những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập hợp những thuật toán để làm việc trên dữ liệu đó (Star and Estes, 1990).
Một đặc điểm quan trọng của GIS là dữ liệu không gian (Spatial data) được lưu trữ dưới dạng một cấu trúc nhất định được gọi là cơ sở dữ liệu không gian. Cấu trúc dữ liệu sẽ quyết định cách thức lưu trữ, truy cập và thao tác xử lý thông tin. Một hệ thống GIS sử dụng hiệu quả các dữ liệu không gian bao gồm các quy trình sau đây: - Thu thập, quy nạp và hiệu chỉnh các dữ liệu không gian đầu vào. - Lưu trữ và truy xuất dữ liệu.
- Thao tác và phân tích dữ liệu. - Đưa ra kết quả và xây dựng báo cáo [8]. * Quy trình công nghệ của một hệ thống GIS Công nghệ GIS là quá trình vào ra số liệu, được cụ thể hoá trong mô hình sau: PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 4 Quản Xử Phân tích Số Số lý số và mô liệu lý số liệu liệu hình hóa liệu ra vào Môi trường GIS CSDL GIS Hình 1. Mô hình công nghệ GIS [27] − Số liệu vào: Số liệu được nhập từ các nguồn khác nhau như chuyển đổi, số hoá, quét, viễn thám, ảnh, hệ thống định vị toàn cầu GPS (global position system) và toán điện tử (total station).
− Quản lý số liệu: Sau khi số liệu được thu thập, tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ liệu. Việc quản lý dữ liệu có hiệu quả phải đảm bảo: Bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì số liệu. - Xử lý số liệu: Các thao tác xử lý số liệu được thực hiện để tạo ra thông tin. Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm gì tiếp theo: xử lý số liệu, tạo ảnh, báo cáo, bản đồ.
- Phân tích và mô hình hoá: Số liệu tổng hợp và chuyển đổi là một phần của GIS, những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính thông tin đã thu thập. Khả năng phân tích thông tin không gian để có được sự nhận thức có khả năng sử dụng những quan hệ đã biết để mô hình hoá đặc tính địa lý đầu ra của một tập hợp các điều kiện. - Số liệu ra: Thông tin có thể được biểu thị khi nó được xử lý bằng GIS, các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh ba chiều. Thông tin có thể quan sát trên màn hình máy tính, được vẽ ra như các giấy, nhận được như một ảnh địa hình, hoặc tạo ra file dữ liệu.
Liên hệ trực quan là một trong những phương diện của công nghệ GIS được tăng cường bởi sự biến đổi ngược lại của các điều kiện đầu ra [27]. * Các thành phần của GIS: Hệ thống GIS có 5 thành phần chính bao gồm: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp và con nguời. Năm thành phần này phải cân bằng, hoàn chỉnh dể GIS hoạt dộng có hiệu quả. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 5 Phần mềm CSDL Phần cứng GIS Chuyên viên Phương pháp Hình 1.
Các thành phần của GIS [27] 1. Cơ sở dữ liệu của GIS Có 2 dạng cơ sở dữ liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS a. Cơ sở dữ liệu không gian (Spatial database) Cơ sở dữ liệu không gian là loại dữ liệu mô tả tính chất địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất hay trong lòng đất như: Kích thước, vị trí, hình dạng, diện tích của đối tượng…hay một không gian nhất định. Dữ liệu không gian bao gồm: dạng Vectơ, Raster và TIN.
Chủ yếu sử dụng ở 2 dạng chính là Vectơ và Raster. + Dữ liệu Vectơ trình bày ở 3 dạng: Dạng điểm (point), dạng đường (line) và dạng vùng (polygon) có liên quan đến số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. + Dữ liệu Raster trình bày lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị thuộc tính. Ví dụ: ảnh vệ tinh và bản đồ được quét (scanned map) [2].
Cơ sở dữ liệu thuộc tính (Attribute database) Cơ sở dữ liệu thuộc tính là cơ sở dữ liệu được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả, phản ánh các tính chất thuộc tính mà không nhất thiết phải mang nặng về tính địa lý. Ví dụ: Các thông tin về địa điểm, người sở hữu [2]. Quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Đây là một ưu điểm nổi trội khác của công nghệ GIS mà các phần mềm đồ hoạ khác không có đó là sự liên kết chặt chẽ giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 6 Các đối tượng trên bản đồ luôn có các thông tin thuộc tính đi kèm chúng không thể tách rời nhau được.
Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính được liên kết xử lý đồng thời thông qua các chỉ số ID ( yếu tố để nhận dạng ra các đối tượng) được lưu giữ và quản lý chung cho các loại bản ghi nói trên. Các thông tin thuộc tính mang thông tin chứa đựng bên trong của các đối tượng bản đồ, bạn có thể truy cập, tìm kiếm thông tin cần thiết thông qua hai loại dữ liệu này [2]. Tổng quan về công nghệ viễn thám 1. Công nghệ viễn thám a.
Khái niệm Viễn thám (Remote sensing) được hiểu là một khoa học và nghê thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu. Thiện hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám – hay hiểu đơn giản: Viễn thám là tham dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó [13]. Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất".
Dưới đây là định nghĩa về viễn thám theo quan niệm của các tác giả khác nhau: Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ một đối tượng, được đo từ một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với nó. Năng lượng được đo trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ phát ra từ vật quan tâm. Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó (Ficher, 1976). Viễn thám là quan sát về một đối tuợng bằng một phương tiện cách xa vật trên một khoảng cách nhất định (Barret và Curtis, 1976).
Các thành phần trong hệ thống viễn thám - Nguồn năng lượng Dùng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 7 - Những tia phát xạ và khí quyển Năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng sẽ phải tương tác với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó khi năng lượng đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm.
- Sự tương tác với đối tượng Sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển. - Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng. - Sự truyền tải thu nhận và xử lý Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận - xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh.
Ảnh này chính là dữ liệu thô. - Giải đoán và phân tích ảnh Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh.
- Ứng dụng Đây là thành phần cuối cùng của quá trình viễn thám. Sử dụng các sản phẩm thu được từ ảnh để tìm hiểu, khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có. nhằm giải quyết những vấn đề cụ thể [3]. Nguyên lý cơ bản của viễn thám Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng.