CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1. Hệ thống thông tin địa lý Vào đầu những năm sáu mươi của thế kỷ XX, các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý. Hệ thống thông tin địa lý-GIS (Geographical Information System) được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật.
Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động. Công nghệ GIS liên quan mật thiết tới yếu tố địa lý thường diễn tả đến dữ liệu không gian, nói cách khác đây là dữ liệu tham chiếu đến vị trí trên trái đất. Gắn liền với dữ liệu này là dữ liệu thuộc tính bổ sung cho dữ liệu không gian. Ví dụ hình dáng và vị trí địa lý của thửa đất là dữ liệu không gian, còn số hiệu thửa đất và các thông tin về chủ sở hữu là dữ liệu thuộc tính.
Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và thuộc tính làm cho GIS trở thành công cụ giải quyết hữu hiệu các bài toán phân tích không gian. Hệ thống thông tin địa lý có khả năng truy vấn, tìm kiếm và phân tích thông tin. GIS có thể tính toán, tìm ra thông tin mới về các đối tượng bản đồ dựa trên các đối tượng có sẵn và đưa ra hình ảnh, bảng biểu phân tích trực quan phục vụ cho mục đích nào đó. GIS lưu giữ thông tin dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý.
Hệ thống thông tin gồm có máy vi tính và các thiết bị ngoại vi đi kèm, các phần mềm trong các máy vi tính, dữ liệu được lưu trong máy vi tính, con người và cách hoạt động của hệ thống. Như vậy, có thể hiểu hệ thống thông tin địa lý trước hết là một hệ thống thông tin. Điều này có nghĩa là GIS cũng là một n 5 hệ thống thông tin như bao nhiêu hệ thống thông tin khác, điều khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin khác là dữ liệu của GIS là dữ liệu địa lý [7]. Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp một bộ các công cụ trợ giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi, quản lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực cho tập hợp các mục đích nào đó.
Để biểu diễn dữ liệu không gian trong GIS, người ta thường dùng hai hệ tọa độ: Hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ quy chiếu. Hệ tọa độ địa lý là hệ tọa độ lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở, một điểm được xác định bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu. Hệ toạ độ quy chiếu là hệ tọa độ hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu bản đồ nằm trên hệ tọa độ địa lý về một mặt phẳng. Hệ thống thông tin địa lý là một khoa học liên ngành.
Nó có mối liên quan mật thiết đến rất nhiều chuyên ngành khoa học kỹ thuật như địa lý, bản đồ, viễn thám, khảo sát, trắc địa, thống kê,… Thành phần của GIS GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp (quy trình) thực hiện và con người. - Phần cứng có thể là hệ thống máy vi tính và các thiết bị ngoại vi (như máy in, máy scan và nhiều thiết bị khác tùy theo hệ thống) là những công cụ rất quan trọng của hệ thống. Máy vi tính được dùng để lưu trữ dữ liệu và cài đặt các phần mềm. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoạc có liên kết mạng.
Các thiết bị ngoại vi cũng có vai trò riêng trong hệ thống. - Phần mềm gồm có hệ điều hành và các phần mềm được cài đặt trong hệ điều hành đó. Phần mềm cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Ngoại trừ hệ điều hành, các phần mềm còn lại giúp người dùng trong các công việc của hệ thống.
Các n 6 công việc này có thể là chỉnh sửa, cập nhật dữ liệu, phân tích dữ liệu để phục vụ các quyết định và nhiều công việc khác. Các thành phần của GIS - Dữ liệu của hệ thống được xem là một thành phần rất quan trọng và thường được ví như là linh hồn của hệ thống. Dữ liệu được lưu trữ theo nhiều cách khác nhau, ngày nay thường được lưu trữ thành những bảng có nhiều cột và nhiều dòng, các bảng có quan hệ với nhau. Để quản lý các cơ sở dữ liệu, người ta sử dụng những phần mềm riêng, những phần mềm này được gọi là hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Cơ sở dữ liệu cần được thường xuyên cập nhật theo thời gian. Có thể chia dữ liệu trong GIS thành hai loại: Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng. - Phương pháp mà hệ thống hoạt động cũng được xem là một thành phần của hệ thống.
Cách thức hoạt động của hệ thống nêu rõ nhiệm vụ của từng bộ phận, nêu rõ các công việc của hệ thống và nêu rõ hệ thống hoạt động như thế nào để hệ thống đem lại thông tin và phục vụ các quyết định của người sử dụng. Không có cách thức hoạt động này, các bộ phận khác như n 7 phần mềm, máy móc, dữ liệu… không thể kết hợp với nhau thành hệ thống được. - Con người tồn tại hiển nhiên trong hệ thống. Con người có thể là chuyên viên tin học, các chuyên gia về lĩnh vực khác nhau, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS,.
hoặc những người dùng GIS để giải quyết các công việc của họ. Một dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và con người tại mỗi công đoạn cũng phải có kỹ năng tốt. Tổng quan về cơ sở dữ liệu địa lý 1. Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu Có thể hiểu một cách đơn giản là dữ liệu được lưu giữ trong máy tính theo một quy định nào đó được gọi là cơ sở dữ liệu (Database).
Cơ sở dữ liệu là một tập hợp liên kết các dữ liệu, là hệ thống các thông tin có cấu trúc được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ thông tin thứ cấp (như băng từ, đĩa từ,.) để có thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác nhau. Dữ liệu này được duy trì dưới dạng một tập hợp các tập tin trong hệ điều hành hay được lưu trữ trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu Như vậy, cơ sở dữ liệu là tập hợp của một hoặc nhiều tệp (file) dữ liệu hoặc bảng dữ liệu (table), chúng được lưu trữ trong một tổ chức có cấu trúc, sao cho mối quan hệ vốn có giữa các khoản mục hoặc các bộ dữ liệu khác nhau có thể sử dụng được nhờ phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho các mục đích tính toán và khôi phục. Cơ sở dữ liệu có thể là tập hợp các dữ liệu chỉ về một chuyên đề nào đó. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu * Khái niệm Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System) là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở dữ liệu.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào n 8 cơ sở dữ liệu. Như vậy, hệ quản trị cơ sở dữ liệu có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch (Interpreter) với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy. Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS gồm hai cơ sở dữ liệu thành phần chính là: cơ sở dữ liệu địa lý (không gian) và cơ sở dữ liệu thuộc tính (phi không gian). Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm hai hệ quản trị cơ sở dữ liệu riêng cho từng phần hoặc xây dựng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu chung cho cả hai cơ sở dữ liệu con kể trên.
Thông thường hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm ba hệ quản trị cơ sở dữ liệu con: + Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho cơ sở dữ liệu địa lý gồm các hệ thống nhập dữ liệu bản đồ, hiển thị bản đồ, tra cứu, hỏi đáp, phân tích,… + Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp. Hệ này được tích hợp cùng với hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý cho phép người ta dùng truy nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính đồng thời. Tuy nhiên, hệ quản trị cơ sở dữ liệu này cho thao tác trên cơ sở dữ liệu thuộc tính bị hạn chế. + Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính.
Thông thường các hệ thống GIS đều lấy một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hiện có để quản trị và thực hiện các bài toán trên dữ liệu thuộc tính mà không liên quan đến dữ liệu không gian. Ví dụ: FOX, MS SQL, ORACLE * Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý + Cơ sở dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi,…Dữ liệu không gian bao gồm vị trí n 9 (Geometry) và hình dạng (Topology). Dữ liệu này được lưu trữ và thể hiện theo 2 dạng raster và vector (điểm, đường, vùng).
