Chương 1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) Các kỹ thuật phân tích không gian (Spatial Analytical Technicques) có nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tượng hoặc các yếu tố (tự nhiên - kinh tế - xã hội). Mối liên quan đó được cụ thể bằng trật tự không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tượng và tính chất của các yếu tố cần phải được bản đồ hóa. Bản đồ là cách trình bày cụ thể nhất trong không gian hai chiều các tính chất, vị trí, mối liên hệ và trật tự trong không gian của các đối tượng hoặc hiện tượng cần nghiên cứu.
Tuy nhiên do có nhiều cách trình bày bản đồ khác nhau nên dẫn đến sự khó khăn trong việc xử lý mối quan hệ không gian giữa các lớp thông tin. Trong hơn một thập kỷ qua, hệ thống thông tin địa lý đã được phát triển mạnh mẽ và ngày càng thêm hoàn thiện. Với những ưu thế của mình, hệ thống tin địa lý là một môi trường có khả năng quản lý hệ thống cơ sở dữ liệu và xử lý chính xác các lớp thông tin trong mối quan hệ không gian giữa chúng. Hệ thống thông tin địa lý có khả năng bổ sung, đo đạc và tự động tính toán chính xác về mặt định lượng các thông tin trên bản đồ, cùng các thuộc tính của chúng, đồng thời có thể đưa ra các tính toán dự báo.
Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý 1. Định nghĩa Hệ thống thông tin địa lý (Geographical information system - GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. Hệ thống thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý. Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống máy tính có chức nănng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho một khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các mô hình.
(antenucci 1991) 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một con đường hoặc con sông, con suối thường được biểu diễn bằng các yếu tố đường, mặc dù trong thực tế có thể đo được cả độ rộng và chiều dài của chúng trên bản đồ. Các đối tượng tự nhiên thường được thể hiện bằng các đường, cung, vùng, điểm, tuỳ theo các đặc trưng cụ thể mà chúng được thể hiện theo các hình mẫu cụ thể. Mô tả một số khái niệm vector nguồn - Đường (line): là các đối tượng có một kích thước. - Đoạn thẳng (line segment): là đường nối trực tiếp giữa hai điểm.
- Đường gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hướng song không có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái). Đường gấp khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đường khác. - Cung (area) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đường cong mà đường cong đó được xác định bằng một hàm toán. - Đoạn nối (link) là đối tượng có một kích thước nối giữa hai nút.
Đoạn nối cũng được hiểu là đường gờ (edges) hay đường viền. - Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hướng nhất định. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung. Các nút có thể nằm ở bên phải hay bên trái là không bắt buộc - Vùng: là đặc điểm thể hiện hai kích thước cả vị trí và diện tích, là đối tượng xác định về mặt ranh giới, liên tục và có hai kích thước.
Nó có thể bao gồm cả phần bên hoặc không 1. Cấu trúc của hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: tài liệu không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm. Mô hình chức năng của GIS 1. Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian cỏ thể đến từ nhiều nguồn, có các nguồn tư liệu sau: số liệu tính toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ giấy (dạng analog).
Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và hệ thống thông tin địa lý có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Việc tích hợp các tư liệu địa lý từ nhiều nguồn khác nhau là đặc điểm cơ bản của một phần mềm GIS. Thông thường, tư liệu không gian được trình bày dưới dạng các bản đồ giấy với các thông tin chi tiết được tổ chức ở một file riêng. Các tư liệu đó không đáp ứng được các nhu cầu hiện nay về tư liệu không gian là vì những lý do sau: - Đòi hỏi không gian lưu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn.
Để nhập và khai thác dữ liệu, nhất thiết phải liên kết được với các thông tin địa lý trên bản đồ và 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com các dữ liệu thuộc tính khác được lưu trữ riêng biệt và điều này trở nên rất khó khăn với hình thức lưu trữ dạng kho hoặc thư viện. - Các khuôn dạng lưu trữ truyền thống thường không tương thích với các tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay. Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống, hiện nay tư liệu dạng số với một khối lượng rất lớn có thể được lưu trữ trong các đĩa CD, tương ứng với những khối lượng rất lớn của tư liệu analoge. Tư liệu số còn cho khả năng xử lý tự động trên máy tính.
Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là sự phát triển đặc biệt để sử dụng công nghệ và nghệ thuật máy tính trong việc xử lý tư liệu không gian dạng số. Người điều hành Vì hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi người điều hành phải được đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Người điều hành là một phần không thể thiếu được của Hệ thống thông tin địa lý. Hơn nữa sự phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi người điều hành phải luôn được đào tạo.
Những yêu cầu cơ bản về người điều hành bao gồm các vấn đề sau: - Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin: - Việc đào tạo cơ bản về địa lý cung cấp khả năng khai thác các đặc điểm không gian (spatical process) và các quá trình không gian, đồng thời phát hiện được mối quan hệ không gian giữa các hợp phần. - Bản đồ học cung cấp các hiểu biết về thiết kế bản đồ, lập bản đồ (ví dụ: Lưới chiếu bản đồ, hệ thống tọa độ, các mẫu ký tự trên bản đồ và các kỹ thuật in ấn). - Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về phần cứng máy tính và vận hành thông thạo các chương trình liên kết phần cứng. - Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm GIS: việc đào tạo các phần mềm chủ yếu thường tập trung vào việc xử lý GIS, lập trình cơ bản, quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan đến tích hợp thông tin.
- Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu: hiểu về nguồn dữ liệu, nội dung và độ chính xác của dữ liệu, tỷ lệ bản đồ nguyên thủy và các số liệu đo đạc của tập dữ liệu, cấu trúc của dữ liệu. 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Có khả năng phân tích không gian. Yêu cầu được đào tạo về các phương pháp xử lý thống kê và xử lý định tính trong địa lý, việc đào tạo cho người xử lý có thể lựa chọn phương pháp tốt nhất để phân tích và áp dụng nhằm đưa ra kết quả tốt nhất. Các yêu cầu trên là cần thiết đối với người điều hành Hệ thống thông tin địa lý.
Các huấn luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng như khả năng của máy tính và phần mềm để lực chọn những chương trình đào tạo thích hợp. Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi) Phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lưu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu. Bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU): hệ thống điều khiển, bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU. Hiện nay xử lý hệ thống thông tin địa lý trên nền unix là hệ thống có đủ các chức năng nhất, trong khi với máy CP thì hệ thống thông tin địa lý có những chức năng hạn chế hơn.
Các hệ xử lý GIS trước đây, phần lớn đều chạy trong trạm Unix. Trạm Unix cho phép lưu trữ cơ sở dữ liệu lớn và nhiều chức năng xử lý khác nhau. Tất nhiên với sự trợ giúp của window NT thì PC cũng có thể so sánh được với hệ unix. Ví dụ điểm hình về một hệ thống có hiệu quả là một hệ Unix nhỏ có cài đặt phần mềm ARC/INFO để quản lý và vận hành Hệ thống thông tin địa lý.
Hiện nay, các hệ thống xử lý liên tục được nâng cấp và khoảng cách giữa trạm Unix và PC càng hẹp dần. Nhập, lưu dữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu là: Bàn số hoá, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số. Hoặc đọc băng và đĩa CD - ROM có nhiệm vụ lấy thông tin hiện có trong băng và đĩa. Các phương tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi và xoá dữ liệu.
Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in đen trắng và màu, báo cáo, kết quả phân tích, máy in kim (plotter). Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ các chức năng và trao đổi giữa những người sử dụng và càng tạo điều kiện cho hệ thống thông tin địa lý phát triển. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.