Tiểu luận Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý – GIS và các ứng dụng của GIS

cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp. Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:  Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point  Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line  Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai. Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai. Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau. Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ. Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này. Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”. Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào overlay phải có sự thống nhất với nhau. Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được. Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước: 38  Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao điểm này  Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ. Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity) Phép hợp Hoạt động như toán tử Or , Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu dầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng. Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon Hình 4.5: Phép hợp. Phép giao Hoạt động như toán tử And . Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào Hình 4.6: Phép giao. Phép đồng nhất Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào. 39 Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít. Hình 4.7: Phép đồng nhất. 4.3.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề). Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng. Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean. Có 3 phương pháp phân tích proximity: Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp buffer. Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước. Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng. Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lập vùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread. Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhà máy. Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều. Các mẫu thường là các điểm. Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác. Sơ đồ đa giác 40 Thiessen còn được gọi là sơ đồ Voronoi. Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử dụng từ các mẫu đất cách biệt. 4.4 Hiển thị bản đồ Trong GIS, các đối tượng cơ sở dữ liệu không gian trong thế giới thực được mô tả dưới dạng bản đồ . Điểm mạnh của các hệ thống GIS là khả năng thể hiện nội dung địa lý các mối quan hệ về không gian giữa chúng . Cách mà GIS hiển thị các đối tượng thực thể được quy ra làm 4 loại đối tượng số cơ bản:  Đối tượng kiểu điểm (point)  Đối tượng kiểu đường (line, polyline)  Đối tượng kiểu vùng (area, polygon)  Đối tượng kiểu mô tả (annotation, text, symbol). Cách phản ánh các đối tượng trên bản đồ: * Bản đồ thể hiện các đối tượng địa lý thông qua mô tả bằng tập hợp các thành phần của: đường, màu sắc, ký hiệu và từ ngữ * Các thông tin đồ hoạ và mô tả cho chúng ta biết về vị trí địa lý và các thuộc tính của các đối tượng địa lý. * Mô hình dữ liệu số phản ánh lại các vị trí, tính chất và các quan hệ không gian dưới dạng số * Bản đồ số lưu trữ dữ liệu theo loại đối tượng. Bản đồ số lưu theo loại đối tượng dưới đây: * Điểm (Points): Đối tượng đơn có vị trí.Ví dụ Trạm cứu hoả, nhà Giếng * Đường (Arcs): Các đối tượng dạng tuyến. Ví dụ đường sá, sông, đường điện 41 * Vùng (Polygons): Vùng có diện tích, định nghĩa bởi đường bao . Ví dụ thửa loại đất . Để phản ánh toàn bộ các thông tin cần thiết của bản đồ dưới dạng đối tượng số, các đối tượng địa lý còn được phản ánh theo cấu trúc phân mảnh và phân lớp thông tin. Cấu trúc phân mảnh: Một đối tượng địa lý về mặt không gian có thể liên tục trên một phạm vi rộng. Tuy nhiên trong cơ sở dữ liệu GIS, do hạn chế về các lý do kỹ thuật như khả năng lưu trữ, xử lý, quản lý dữ liệu mà các đối tượng địa lý lưu trữ dưới dạng cách mảnh (mapsheet, tile). Tuy nhiên khái niệm chia mảnh trong cơ sở dữ liệu GIS không hoàn toàn đồng nhất với khái niệm chia mảnh bản đồ thông thường. Một mảnh (tile) trong cơ sở dữ liệu GIS có thể có hình dạng bất kỳ miễn sau cho phù hợp với khả năng quản lý và xử lý của hệ thống. Trong một số hệ thống GIS đã có, người dùng phải tự quản lý cách chia mảnh của mình. Tuy nhiên xu hướng hiện nay, các hệ thống GIS đã cung cấp những công cụ cho phép người sử dụng tự động quản lý các mảnh trong cơ sở dữ liệu. Một số GIS tiến bộ hơn, dựa trên các kỹ thuật mới của công nghệ hướng đối tượng, về mặt vật lý, các đối tượng địa lý bị chia cắt theo từng mảnh, nhưng đối với người sử dụng, các đối tượng là liên tục không bị chia cắt. Cấu trúc phân lớp thông tin: Một trong những bước quan trọng xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là phân loại các lớp thông tin (layer, class). Hệ thống GIS lưu trữ các đối tượng địa lý theo các lớp thông tin. Mỗi lớp thông tin lưu trữ một loại các đối tượng có chung một tính chất, đặc điểm giống nhau. Thiết kế các lớp thông tin rất quan trọng đối với bất kỳ một hệ thống GIS nào. Cách phân lớp thông tin sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính hiệu quả, khả năng xử lý và sử dụng lâu dài của cơ sở dữ liệu không gian. Một số nguyên tắc khi thiết kế các lớp thông tin: 42 - Có các lớp thông tin cơ bản: các ứng dụng khác nhằm cần đến những lớp thông tin cơ bản (thông tin nền) Ví dụ như: + Lớp thông tin cơ sở toán học bản đồ: điểm khống chế, khung, điểm độ cao, trắc địa nhà nước, v..v.. + Lớp thông tin về địa hình + Lớp thông tin về hệ thống thuỷ văn + Lớp thông tin về hệ thống đường giao thông Đủ các lớp thông tin chuyên đề: Tuỳ từng ứng dụng và yêu cầu cụ thể trước mắt, việc chọn lựa các lớp thông tin chuyên đề được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và thứ tự nhập vào là quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành và thời gian xây dựng cơ sở dữ liệu GIS Gộp các đối tượng thành một lớp thông tin: không quá chi tiết (để tránh có quá nhiều lớp thông tin phải quản lý) cũng như không quá tổng quát (khó khăn khi muốn xử lý riêng biệt). 4.5 Xuất dữ liệu . Hầu hết các phần mềm GIS đều hỗ trợ việc kết nối và truy xuất dữ liệu dưới nhiều định dạng : giấy in, web, hình ảnh, file … 43 Chương 5 : DỮ LIỆU CHO GIS Trong các mô hình biểu diễn dữ liệu của GIS, chúng ta thường nhắc đến một khái niệm là feature. Theo định nghĩa của ISO (International Standard Organization): “Feature là sự trừu tượng hoá của một sự vật trong thế giới thực. Trong đó, thuộc tính của feature chính là đặc điểm mô tả feature đó”. 5.1 Có 3 cách mô hình dữ liệu trong GIS: Modelling with vector data: mô hình dữ liệu vector Modelling with taster data: mô hình dữ liệu raster Modelling with triangulated data: mô hình TIN 5.1.1 Mô hình dữ liệu vector. Mô hình dữ liệu vector xem các sự vật, hiện tượng là tập các thực thể không gian cơ sở và tổ hợp của chúng. Trong mô hình 2D thì các thực thể cơ sở bao gồm: điểm (point), đường (line), vùng (polygon). Các thực thể sở đẳng được hình thành trên cở sở các vector hay toạ độ của các điểm trong một hệ trục toạ độ nào đó. Loại thực thể cơ sở được sử dụng phụ thuộc vào tỷ lệ quan sát hay mức độ khái quát. Với bản đồ có tỷ lệ nhỏ thì thành phố được biểu diễn bằng điểm (point), đường đi, sông ngòi được biểu diễn bằng đường (line). Khi tỷ lệ thay đổi kéo theo sự thay đổi về thực thể biểu diễn. Thành phố lúc này sẽ được biểu diễn bởi vùng có đường ranh giới. Khi tỷ lệ lớn hơn, thành phố có thể được biểu diễn bởi tập các thực thể tạo nên các đối tượng nhà cửa, đường sá, các trình tiện ích,… Nói chung mô hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng hay các điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực. Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi chúng là các feature (như phần đĩnh nghĩa ở mục 2.1). Các feature được biểu diễn 44 bằng các đối tượng hình học: point, line, polygon. Các biểu diễn này áp dụng cho những đối tượng đơn có hình dạng và đường bao cụ thể. Hình 5.1: Bản đồ với mô hình dữ liệu vector. Trong cách biểu diễn này, người ta định nghĩa: Feature là một đối tượng trên bản đồ có hình dạng và vị trí xác định, có các thuộc tính cùng với hành vi cụ thể. Feature Class là một tập các feature có cùng kiểu tức là tập các point, line, hay polygon. Các feature class tương đương với một lớp trên bản đồ. Feature Dataset là tập các feature class hay tập hợp các lớp trên cùng một hệ toạ độ. Feature dataset tương đương với một bản đồ. Các thành phần dữ liệu Trong feature dataset, mỗi point được lưu dưới một toạ độ đơn tương ứng, line được lưu dưới một chuỗi các điểm có toạ độ x, y cho trước, polygon được lưu thành một tập các điểm có toạ độ x, y xác định những đoạn thẳng và đóng kín. Points :biểu diễn các feature không có miền bao hay độ dài, nhiều khi nó biểu diễn các feature có kích thước quá nhỏ so với tỷ lệ của bản đồ. Hình 5.2: Đối tượng point trên bản đồ. 45 Lines : dùng để biểu diễn các feature có chiều dài xác định nhưng không có miền bao hay những feature rất hẹp so với tỷ lệ bản đồ Hình 5.3: Đối tượng line trên bản đồ. Polygons : được dùng để biểu diễn các feature có miền bao xác định: ruộng đất, ao, hồ hay các đơn vị hành chính… Hình 5.4: Đối tượng polyon trên bản đồ. Các phép toán phân tích không gian trên mô hình Vector GIS cung cấp rất nhiều phép toán phân tích không gian trên mô hình dữ liệu vector. Các phép toán này dựa trên cơ sở so sánh lôgic tập các đối tượng này với tập đối tượng khác. 5.1.1.1. Buffer Cho trước một đối tượng và một giá trị khoảng cách, phép toán buffer sẽ tạo ra một vùng đệm là một polygon bao phủ xung quanh tất cả các điểm mà khoảng cách từ 46 chúng đến đối tượng nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách đề ra. Hình 5.5: Buffer 5.1.1.2. Defference Cho trước hai đối tượng giao nhau là đối tượng cơ sở và đối tượng so sánh. Phép toán difference sẽ tạo ra một đối tượng mới trong đó giữ nguyên phần của đối tượng cơ sở không nằm trong đối tượng so sánh. Hình 5.6: Defference 5.1.1.3. Clip Cho trước một đối tượng và một hình chữ nhật. Phép toán clip sẽ tạo ra một đối tượng mới bằng cách cắt đối tượng đầu vào theo hình chữ nhật. Hình 5.7: Clip 47 5.1.1.4. Intersect Cho trước hai đối tượng. Phép toán intersect sẽ tạo ra một đối tượng mới chính là phần giao giữa hai đối tượng. Hình 5.8: Intersect 5.1.1.5. convex hull. Hình 5.9: Convex hull Cho trước một đối tượng, phép toán convex hull sẽ tạo ra một đối tượng mới là một polygon bằng cách nối tất cả các điểm ở biên của đối tượng đó. Nói cách khác, đây là polygon nhỏ nhất bao kín đối tượng. 5.1.1.6. Symmetric difference Phép toán symmetric difference sẽ tiến hành so sánh vị trí hai đối tượng và tạo ra một đối tượng mới từ hai đối tượng ban đầu và bỏ đi phần giao giữa chúng. Hình 5.10: Sysmetric diffence 48 5.1.1.7. Cut. Cho một đường cong và một đối tượng, phép toán cut sẽ tách đối tượng này thành hai phần nửa phải và nửa trái theo hướng của đường cong. Point và multipoint không được áp dụng. Line và polygon phải cắt đường cong. Hình 5.11: Cut 5.1.1.8. Union. Phép toán này tiến hành so sánh vị trí tương đối của hai đối tượng và trả về một đối tượng trên cơ sở hợp hai đối tượng ban đầu. Hình 5.12: Union Mô hình dữ liệu vector cho ta nhiều thao tác hơn trên các đối tượng so với mô hình raster. Việc tính diện tích, đo khoảng cách của các đối tượng được thực hiện bằng các tính toán hình học từ toạ độ của các đối tượng thay vì việc tính toán trên các điểm ảnh của mô hình raster. Các thao tác trong mô hình này nói chung thường chính xác hơn. Thí dụ, tính diện tích, chu vi của một vùng nào đó trên cơ sở đa giác sẽ chính xác hơn việc đếm các điểm ảnh trên bản đồ có các phép chiếu khác nhau. Một số thao tác ở mô hình này cũng thực hiện nhanh hơn như tìm đường đi trong mạng lưới giao thông dựa trên lý thuyết đồ thị. Tuy nhiên, ở một số thao tác khác thì mô hình này sẽ chậm hơn so với mô hình raster, chẳng hạn khi thực hiện nạp chồng các lớp của bản đồ, các thao tác vùng đệm. 49 Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở quan sát đối tượng của thế giới thực. Quan sát các đặc trưng theo hướng đối tượng là phương pháp tổ chức thông tin trong các hệ GIS để định hướng các hệ thống quản trị CSDL. Chúng tối ưu trong việc lưu trữ số liệu bản đồ vì chỉ cần lưu các đường biên của các đặc trưng mà không cần phải lưu toàn bộ vùng của chúng. Do các thành phần đồ hoạ biểu diễn các đặc trưng của bản đồ liên kết trực tiếp với các thuộc tính của CSDL nên người dùng dễ dàng tìm kiếm và hiển thị các thông tin từ CSDL. 5.1.2 Mô hình dữ liệu raster Mô hình raster biểu diễn các đặc trưng địa lý bằng các điểm ảnh (pixel). Dữ liệu raster gắn liền với dữ liệu dạng ảnh hoặc dữ liệu có tính liên tục cao. Dữ liệu raster có thể biểu diễn được rất nhiều các đối tượng từ hình ảnh bề mặt đất đến ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh quét và ảnh chụp. Định dạng dữ liệu raster rất đơn giản nhưng hỗ trợ rất nhiều kiểu dữ liệu khác nhau. Hình 5.13: Bản đồ với dữ liệu Raster. Nguồn dữ liệu raster 50 Ảnh chụp từ vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay, ảnh quét, ảnh chụp. Trong đó ảnh chụp từ vệ tinh là cách lấy dữ liệu tốn kém nhất nhưng lại có ý nghĩa to lớn trong việc nghiên cứu tình hình biến đổi của các sự vật trên trái đất theo thời gian. Ảnh chụp từ máy bay giúp ta vẽ bản đồ một cách chi tiết. Ngoài ra ta còn raster còn có thể được tạo ra bằng cách chuyển đổi từ nhiều nguồn dữ liệu khác như vector hay TIN. Hình 5.14: Hình chụp từ máy bay. Hình 5.15: Biến đổi từ dữ liệu vector sang raster Các thành phần dữ liệu Raster được tạo nên bởi một mảng 2 chiều các điểm ảnh hay cell. Cell là một đơn vị đồng nhất biểu diễn một vùng xác định trên trái đất. Các cell đều có cùng kích thước. Gốc toạ độ của hệ được đặt tại cell nằm tại đỉnh góc trái. Mỗi cell được xác định bởi chỉ số dòng và chỉ số cột, đồng thời nó chứa một số nguyên (hoặc số 51 thực) biểu diễn kiểu hay giá trị thuộc tính xuất hiện trên bản đồ. Hình 5.16: Mảng cell và bảng thuộc tính. Kích thước của cell trong raster phụ thuộc nhiều vào độ phân giải dữ liệu. Cell phải có kích thước đủ nhỏ để có thể thu thập được chi tiết dữ liệu, nhưng cũng phải có kích thước đủ lớn để có thể phân tích dữ liệu một cách thuận tiện. Giá trị của cell sẽ định nghĩa các nhóm, lớp tại vị trí của cell. Cell tại những điểm có cùng một giá trị xác định một vùng, miền. Các cell trong cùng một miền không cần phải liên kết với nhau. Khi một số nguyên được chỉ định cho một tập các cell, thì số nguyên này có thể là mã phân biệt giữa các nhóm cell. Điều này tạo nên một quan hệ một - nhiều giữa mã và các cell có cùng giá trị. Ví dụ các cell có giá trị là 400 được gán mã là 4, các cell có giá trị 500 được gán mã là 5. Mã này có thể xuất hiện nhiều lần trong raster, nhưng chỉ xuất hiện một lần trong bảng giá trị thuộc tính (hình vẽ). Bảng này lưu các giá trị thuộc tính cho mã, điều này giúp việc cập nhật đơn giản hơn. Một thay đổi nhỏ của giá trị thuộc tính sẽ làm thay đổi cách thể hiện của hàng trăm đối tượng trên bản đồ. Mỗi cell trong một raster đều có một giá trị. Giá trị này biểu diễn một trong bốn kiểu dữ liệu sau:  Nominal (biến tên): một giá trị thuộc kiểu dữ liệu nominal sẽ xác định một thực thể từ một thực thể khác. Những giá trị này được phân loại để tạo thành các nhóm. Trong mỗi nhóm, thực thể địa lý sẽ liên kết với cell tại vị trí của cell đó. Nominal được dùng trong rất nhiều kiểu mã như mã sử dụng đất, kiểu đất trồng. 52  Ordinal (biến thứ tự): một giá trị thuộc dữ liệu ordinal sẽ xác định vị trí của một thực thể so với các thực thể khác như thực thể được đặt ở vị trí thứ nhất, thứ hai, hoặc thứ ba. Nhưng các giá trị này không thiết lập tỷ lệ tương quan giữa các thực thể. Chúng ta không thể suy luận được thực thể này lớn hơn, cao hơn hay nặng hơn thực thể khác bao nhiêu  Interval (biến thời gian): một giá trị thuộc dữ liệu interval biểu diễn một phép đo trên một tỷ lệ như thời gian trong ngày. Những giá trị này nằm trên một tỷ lệ xác định và không liên hệ với một điểm thực nào.  Ratio (biến tỷ lệ): một giá trị thuộc kiểu ratio có thể biểu diễn một phép đo trên một tỷ lệ với một điểm cố định và mang ý nghĩa. Biểu diễn Point, Line và Polygon trong raster Trong cấu trúc dữ liệu raster, point có thể được biểu diễn bằng một cell. Line được biểu diễn bởi một tập các cell có hướng xác định, độ rộng của line bằng chiểu rộng của một cell. Polygon được biểu diễn bởi một dãy các cell nằm kề sát nhau. Hình 5.17: Biểu diễn các đối tượng cơ sở trong Raster. Mặc dù ta có thể xác định các point, line và polygon trong raster một cách trực quan, nhưng nếu ta muốn tương tác với các đối tượng này hiệu quả, cách tôt nhất là ta chuyển đổi chúng từ dữ liệu raster sang dữ liệu vector. Sự chuyển đổi này 53 gọi là vector hoá. Hình 5.18: Chuyển đổi dữ liệu raster sang vector. Trên hình vẽ ta thấy một quá trình chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector. Độ phân giải của ảnh chụp sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của dữ liệu vector. Các ưu và nhược điểm của mô hình raster Ưu điểm lớn nhất của mô hình raster là toàn bộ dữ liệu hình thành bản đồ được lưu trong bộ nhớ máy tính. Do vậy, các thao tác kiểu như so sánh được thực hiện dễ dàng. Tuy nhiên nó sẽ gặp bất lợi cho việc biểu diễn đường, điểm vì mỗi đối tượng này là tập các cell trong mảng. Đường thẳng có thể bị đứt đoạn hay rộng hơn so với hình ảnh thực. Khó khăn lớn nhất khi xử lý dữ liệu raster là vấn đề “tế bào trộn”. Thí dụ, ta có một bản đồ là vùng ven của một hồ nước nó là hình ảnh bao gồm nước và cỏ ven bờ. Khi biểu diễn chúng trên bản đồ, sẽ gặp khó khăn trong việc quyết định gán từng cell cho lớp ‘nước’ hay lớp ‘cỏ’. Các hệ GIS thường sử dụng phương pháp thoả hiệp: gán thuộc tính ‘sườn’ cho các tế bào thuộc loại này, nghĩa là chung không thuộc lớp nước và cũng không thuộc lớp cỏ. Sau này tuỳ thuộc vào ứng dụng thực tế mà xác định quy luật gán giá trị lại cho chúng. Một vấn đề khác mà mô hình gặp phải đó chính là việc lưu trữ dữ liệu. Ta biết rằng bản đồ chia ra làm nhiều lớp, mỗi một lớp gồm hàng triệu tế bào biểu diễn một đặc trưng địa lý nào đó. Trung bình một ảnh vệ tinh phủ khoảng 30.000km2 với kích thước của mỗi điểm ảnh là 30m thì có khoảng 35 triệu tế bào. Vì thế có thể nói rằng số lượng dữ liệu cần lưu trữ là khổng lồ, điều này dẫn đến nhiều khó khăn cho 54 hệ thống thông tin. Vấn đề đặt ra là cần phải nén dữ liệu nhờ một số thuật toán thích hợp. Mỗi thuật toán có những ưu điểm riêng: thuật toán bảo toàn dữ liệu cho khả năng khôi phục toàn bộ dữ liệu gốc tuy nhiên tốn về không gian nhớ, thuật toán tối ưu về dung lượng lưu trữ thì có thể mất mát thông tin so với lúc ban đầu. 5.1.3 Mô hình dữ liệu TIN Các ứng dụng mô hình hoá địa hình đòi hỏi phương pháp biểu diễn độ cao so với bề mặt nước biển. Có rất nhiều mô hình biểu diễn bề mặt thực hiện công việc này, trong đó mô hình “lưới tam giác không đều” - gọi tắt là mô hình TIN được đánh giá là hiệu quả nhất Hình 5.19: Bản đồ với mô hình dự liệu TIN. TIN có khả năng biểu diễn bề mặt liên tục từ những tập hợp điểm rời rạc. Về mặt hình học, TIN là tập các điểm được nối với nhau thành các tam giác. Các tam giác này hình thành nên bề mặt 3 chiều. Các điểm được lưu trữ cùng với giá trị gốc chiếu của chúng. Các điểm này không cần phải phân bố theo một khuân mẫu nào và mật độ phân bố cũng có thể thay đổi ở các vùng khác nhau. Một điểm bất kỳ thuộc vùng biểu diễn sẽ nằm trên đỉnh, cạnh hoặc trong một tam giác của lưới tam giác. Nếu một điểm không phải là đỉnh thì giá trị hình chiếu của nó có được từ phép nội suy tuyến tính (của hai điểm khác nếu điểm này nằm trên cạnh hoặc của ba điểm nếu điểm này nằm trong tam giác). Vì thế mô hình TIN là mô hình tuyến tính trong 55 không gian 3 chiều có thể được hình dung như sự kết nối đơn giản của một tập hợp các tam giác. Ta có thể lưu trữ sơ đồ của TIN bằng danh sách liên kết đôi hoặc cấu trúc tứ phân. Cả hai phương pháp này đều mô tả cấu trúc hình học tô pô của bản đồ chia nhỏ. Sự mô tả này chấp nhận tất cả các thao tác duyệt cần thiết để đạt hiệu quả. Trong mô hình TIN ta có thể xây dựng mô hình cấu trúc mạng để giải quyết các bài toán về mô tả đường, vì nó là một trường hợp đặc biệt của bản đồ chia nhỏ. Hình 5.20: Mô hình cấu trúc mạng TIN. Đường đi này được lưu vào không gian nhớ trong đó mỗi tam giác t, cạnh e và đỉnh v sẽ cố một bản ghi mô tả đặc trưng của chúng. Bản ghi của tam giác t có 3 trường con trỏ. Các con trỏ này trỏ đến các bản ghi của các cạnh gắn liền với t. Bản ghi mô tả cạnh e có 4 trường con trỏ, trong đó 2 con trỏ trỏ đến hai tam giác gắn liền với nó còn hai con trỏ khác trỏ đến hai đỉnh tạo nên nó. Bản ghi của đỉnh v có ba trường lưu giá trị, đó là toạ độ x, y và giá trị hình chiếu của nó. 56 Các thành phần của TIN Hình 5.21: Biểu diễn TIN từ trước đối tượng cơ bản. Mô hình TIN có thể biểu diễn: point, line, polygon. Breaklines:là các đoạn thẳng nối với nhau mà ở đó bề mặt của địa hình có sự thay đổi đột ngột. Exclusion area: biểu diễn các bề mặt có cùng độ cao. Project boundary: có thể tách bề mặt ra ngoài một vùng nào đó. Việc này rất quan trọng trong tính toán giá trị. Phương pháp xây dựng TIN từ một tập các điểm Bước 1: thu thập các điểm cùng với toạ độ x, y, z của chúng bằng các thiết bị chụp, hệ thống GPS… Thu thập các đường breakline biểu diễn khu vực mà hình dạng bề mặt thay đổi đột ngột. Xác định các miền có cùng độ cao so với mặt nước biển gọi là Exclusion area. Bước 2: từ các dữ liệu về điểm và đường trên, phần mềm GIS sẽ tạo ra một mạng các tam giác tối ưu nhất, tức là các tam giác trong mạng càng đều càng tốt. 57 Hình 5.22: Tam giác trong mạng. Bước 3: mỗi tam giác ta coi là một bề mặt với độ dốc xác định. Hình 5.23: Độ dốc bề mặt tam giác. Theo cách xây dựng này, ta có thể tính toán được độ cao (so với mặt biển) tại một điểm có toạ độ x, y bất kỳ bằng cách xác định vị trí tam giác đầu tiên sau đó nội suy theo chiều cao của nó. Mô hình TIN rất hiệu quả trong xây dựng bề mặt. Mật độ của điểm trên bề mặt tỷ lệ với độ biến đổi của địa hình. Những bề mặt bằng phẳng tương ứng với mật độ điểm thấp và những địa hình đồi núi có mật độ điểm cao. Phương pháp xây dựng TIN từ các đối tượng hình học cơ bản 58 Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu cách xây dựng TIN từ point, breakline, và polygon. Hình 5.24: Các đối tượng hình học cơ bản trong TIN. Hiển thị bề mặt trong TIN Có nhiều cách để mô tả trực quan bề mặt trong TIN. Ta có thể ứng dụng TIN trên bản đồ 2 chiều trong đó ta dùng mầu sắc để thể hiện: độ cao, độ dốc, hướng. Để hiển thị 3 chiều, ta dùng các phần mềm hộ trợ như ArcInfor của ESRI. Phần mềm cho phép ta nhìn các bề mặt ở nhiều góc nhìn khác nhau với các hình ảnh, đường mức được gấp thành các nếp. 5.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 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 cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS bao gồm 2 cơ sở dữ liệu thành phần chính là : * Cơ sở dữ liệu địa lý (không gian) * Cơ sở dữ liệu thuộc tính (phi không gian) 59 Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xây dựng bao gồm 2 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 3 hệ quản trị cơ sở dữ liệu con: * Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho cơ sở dữ liệu địa lý. * 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. Về hệ quản trị cơ sở dữ liệu quản lý cơ sở dữ liệu thuộc tính, chúng ta đã xem xét chi tiết trong phần “Hệ thống cơ sở dữ liệu“. Vì vậy, ở đây chúng ta chỉ đi sâu vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho dữ liệu không gian. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho dữ liệu không gian bao gồm các hệ thống con sau: * Hệ thống nhập bản đồ * Hệ thống hiển thị bản đồ * Hệ thống tra cứu, hỏi đáp cơ sở dữ liệu * Hệ thống phân tích địa lý * Hệ thống phân tích thống kê * Hệ thống đầu ra. 60 5.3 Các thành phần dữ liệu bản đồ chức năng Thành phần quan trọng trong hệ cơ sở dữ liệu GIS là bản đồ. Thông tin địa lý được mô tả khái quát trong các loại bản đồ địa lý:  Bản đồ nền - Bao gồm các bản đồ đường phố, đường quốc lộ, ranh giới hành chính, dân cư, sông hồ, mốc biên giới, tên địa danh và bản đồ raster.  Bản đồ và dữ liệu thương mại - bao gồm dữ liệu liên quan đến dân số, nhân khẩu, người tiêu thụ, dịch vụ thương mại, bảo hiểm sức khỏe …  Bản đồ và dữ liệu môi trường - bao gồm dữ liệu liên quan đến môi trường, thời tiết , sự cố môi trường, ảnh vệ tinh….  Bản đồ và dữ liệu tham khảo chung - bản đồ thế giới và các quốc gia, dữ liệu làm nền cho các dữ liệu riêng. Mỗi loại bản đổ phục vụ cho một lĩnh vực hoặc nhiều lĩnh vực nghiên cứu trong hệ thống GIS, chúng đều diễn tả chi tiết hệ thống thông tin địa lý không gian thực. 61 Chương 6: CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN 6.1.Thành lập bản đồ: 6.1.1 Desktop mapping: Là desktop mapping system sử dụng bản đồ để tổ chức dữ liệu và tương tác người dùng. Trọng tâm của hệ thống này là thành lập bản đồ: bản đồ là cơ sở dữ liệu. Phần lớn các hệ thống Desktop Mapping đều hạn chế hơn so với GIS về khả năng quản lý dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. Các hệ thống Desktop mapping hoạt động trên các máy tính để bàn như PC, Macintosh, và các máy trạm UNIX nhỏ. 6.1.2 Mapinfo: MapInfo là phần mềm bản đồ đang được sử dụng rất rộng rãi trên thị trường Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện lợi và đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác. Giải pháp desktop của MapInfo tương đối nhỏ gọn nên MapInfo đang được chiếm ưu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối với những nơi tiếp cận GIS sớm, quy mô nhỏ. Ngoài các giải pháp desktop, MapInfo còn có các giải pháp mạng, Web. Tuy nhiên cũng như các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít được sử dụng trên thị trường Việt Nam, vì trên thực tế thị trường này cũng mới làm quen với chúng. Những đặc điểm chính của MapInfo gồm: - Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows. - Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ. - Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích mạng. - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong. - Cấu trúc dữ liệu: Non-topological Vector, dữ liệu thuộc tính, dữ liệu bảng biểu. 62 - Đơn giản, dễ sử dụng - Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ - Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn các phần mềm GIS khác) - Khả năng giàn trang in ,,, và in rất thuận lợi - Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt - Cấu trúc format file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng chuyên sâu. - Khả năng xây dựng dữ liệu bản đồ số (khía cạnh số hóa bản đồ) yếu. Hiện nay có 1 số phiên bản mapinfo được sử dụng khá nhiều đã được phát triển khá ổn định như phiên bản mapinfo 9.5 6.1.3 ArcGIS desktop: ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý GIS của ESRI. Các phiên bản ban đầu là ArcInfo, được cài đặt dưới dạng DOS, ngày nay các sản phẩm này được phát triển lên nhiều phiên bản cao cấp hợp dùng chạy trên nhiều hệ điều hành khách nhau như: Windows, Unix... ArcGIS có nhiều dòng họ khác nhau như:  ArcGIS gồm ArcInfo, ArcEdito, ArcCatalog  ArcIMS dùng để đưa dữ liệu GIS lên Web  ArcPad dùng cho các thiết bị Mobile  ArcSDE dùng làm cầu nối truy xuất vào các hệ quản trị cơ sở dữ liệu  ArcExplore dùng truy cập nguồn dữ liệu trên Web  ArcGIS server hỗ trợ các chức năng bên phía server cũng như triển khai các ứng dụng qua mạng. ArcGIS hỗ trợ nhiều phần mở rộng gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợ một số chức năng chuyên biệt như: phân tích không gian (spatial analyst), phân tích 63 3D (3D analyst), phân tích mạng (Network analyst), xử lý dữ liệu, thống kê không gian... ArcGIS hỗ trợ đọc được nhiều định dạng dữ liệu khác nhau (khoảng 300 định dạng) như shapefile, geodatabase, AutoCad, Raster, Coverage,... Ngày nay ArcGIS được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trong Hệ thống thông tin địa lý như quản lý Môi trường, Đất đai, Xã hội, Kinh tế... Dòng phần mềm ArcGIS du nhập vào Việt Nam từ những năm 90, sau các phần mềm GIS khác như MapInfo hay Geomedia. Tuy nhiên, do tính năng mạnh mẽ và nhiều công cụ hỗ trợ nên ArcGIS được bắt đầu sử dụng nhiều ở Việt Nam, đặc biệt với các hệ thống GIS lớn. 6.2.CAD ( trợ giúp thiết kế nhờ máy tính ) Hệ thống CAD trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và cơ sở hạ tầng. Tính năng này đòi hỏi các thành phần của những đặc trưng cố định được tập hợp để tạo nên toàn bộ cấu trúc. CAD yêu cầu một số quy tắc về việc tập hợp các thành phần và các khả năng phân tích rất giới hạn. Hệ thống CAD có thể được mở rộng để hỗ trợ bản đồ nhưng thông thường bị giới hạn trong quản lý và phân tích các cơ sở dữ liệu địa lý lớn. 6.3.Viễn thám và GPS ( hệ thống định vị toàn cầu) Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuật cảm biến như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác. Các thiết bị cảm biến này thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năng thao tác, phân tích và mô phỏng những ảnh này. Do thiếu các tính năng phân tích và quản lý dữ liệu địa lý, nên không thể gọi là GIS thực sự. Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời 64 điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó. GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch nào. 6.4. DBMS ( hệ quản trị cơ sở dữ liệu): Hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữ liệu bao gồm cả dữ liệu địa lý. Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đích lưu trữ dữ liệu. DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS. 6.5. Internet và network computer ( mạng máy tính và truyền thông). Trong thời buổi hiện đại hóa, công nghệ máy tính và truyền thông trở nên cực kỳ giúp ích cho các dự án, các ngành , việc đưa GIS vào công nghệ máy tính và truyền thông là một bước tiến mới. Dựa vào internet, GIS được phát triển mạnh mẽ và lan rộng khắp. Trong việc tiếp cận hướng đối tượng, GIS đang có bước tiến từ cách tiếp cận cơ sở dữ liệu sang hướng tri thức nhờ internet. Có thể nói trong GIS – Hệ cơ sở dữ liệu địa lý là cái hồn, còn hệ thống thông tin và mạng máy tính truyền thông là thể xác. Internet giúp GIS cao hơn, xa hơn, sâu hơn trong các lĩnh vực đời sống và công nghệ …. 65 Chương7: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG GIS 7.1.Các lĩnh vực dùng chung, chia sẽ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS. 7.1.1 Trắc địa: Trắc địa là khoa học về đo đạc và xác định vị trí của các đối tượng trên mặt trái đất. Trong thiết kế đường, mô hình DEM được sử dụng rất nhiều: tính khối lượng, hiển thị 3 chiều. Các phát triển mới trong công nghệ: * Thiết bị đo đạc máy đo điện tử “total station “ * Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) * Liên kết trực tiếp giữa thiết bị trắc địa và cơ sở dữ liệu không gian. * Đặc điểm trong lĩnh vực này: * Tỷ lệ lớn, đo đạc với sự chính xác đến mm độ phân giải trong mô hình DEM cao * Mô hình dữ liệu dùng loại vector. 7.1.2 Bản đồ: Một hệ thống GIS liên quan trực tiếp đến bản đồ địa lý, hơn thế bản đồ là yếu tố quan trọng nhất trong hệ cơ sở dữ liệu trong GIS. 7.1.3 Viễn Thám: Đây là lĩnh vực cung cấp dữ liệu cho GIS. Viễn thám cho phép thu thập thông tin về trái đất từ vệ tinh hay máy bay. Hai nguyên tắc chính của viễn thám dùng với GIS: * Chất lượng và giá trị dữ liệu được cải thiện qua độ chính xác của phép phân loại. * Để có đầy đủ thông tin cho tạo quyết định, cần kết hợp với các lớp thông tin khác không gian quan sát được từ ngoài không gian. Ví dụ: ranh giới hành chính. 66 +) Đặc điểm ứng dụng trong lĩnh vực này: - Tỷ lệ bao trùm nhiều tỷ lệ phụ thuộc vào độ cao bay chụp và khả năng thiết bị - Mô hình dữ liệu thu thập chủ yếu ở dạng raster - Ảnh sau khi phân loại có thể chuyển sang dạng vector hoặc input vào GIS Viễn thám giao tiếp với GIS như là một hướng đang được phát triển hiện nay. Cả hai lĩnh vực đều đang được phát triển. Trong viễn thám, các hệ thống bao gồm các chức năng xử lý ảnh.Giao tiếp là không khó khăn về mặt kỹ thuật, tuy nhiên vẫn còn có sự không tương thích về mô hình dữ liệu, format chuẩn và độ phân giải không gian. Nhiều phần mềm GIS có chức năng chuyển đổi dữ liệu từ các hệ thống viễn thám và hiển thị dữ liệu vector trên nền ảnh viễn thám Bản đồ ảnh: ảnh đã được nắn chỉnh, đưa các yếu tố toán học về bản đồ lên: phép chiếu, toạ độ, điểm khống chế, khung, lưới..v..v.. 7.2.Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý , phân tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định. 7.2.1 Quản lý và điều tra tài nguyên: 7.2.1.1 Quản lý tài nguyên thiên nhiên TÀI NGUYÊN NƯỚC GIS có thể hỗ trợ đánh giá mức nước ngầm, mô phỏng hệ thống sông hồ và nhiều ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước khác. Những ví dụ dưới đây là một vài ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này. 67 Kiểm soát mức nước ngầm Hình 7.1: bản đồ kiểm soát mực nước ngầm. Duy trì mực nước ngầm thích hợp trong các vùng khai khoáng là một vấn đề lớn. Trường Ðại học Kỹ thuật Aachen, Ðức đã sử dụng GIS để kiểm soát mực nước ngầm cho các vùng khai thác than, tạo các bản đồ mực nước ngầm, kết hợp với các dữ liệu khác như thổ nhưỡng, địa hình, quy mô khai thác mỏ, công nghệ kỹ thuật được sử dụng, cung cấp công cụ đắc lực cho các nhà phân tích. Kiểm soát sự phục hồi mực nước ngầm Hình 7.2: Kiểm soát và phục hồi mực nước ngầm. Ðánh giá sự phục hồi mực nước ngầm là rất khó khăn, nhưng với công nghệ GIS công việc này trở nên dễ dàng hơn. Umlandverband Frankfurt, Ðức, đã dùng GIS để xây dựng các lớp bản đồ cho mỗi tính toán về sự phục hồi mực nước ngầm. 68 Những lớp này sau đó được kết hợp lại để tạo nên một bản đồ cuối cùng biểu diễn sự phục hồi của mỗi vùng. GIS giúp cho các nhà nghiên cứu dễ dàng tính toán và mô phỏng đồng thời tốc độ phục hồi mực nước ngầm của các vùng khác nhau. Phân tích hệ thống sông ngòi Hình 7.3: Phân tích hệ thống song ngòi. Viện Ðịa chất ở Zagreb, Croatia, đã sử dụng GIS để phân tích hệ thống sông cũng như toàn bộ vùng lưu vực sông Drava. Với công nghệ GIS có thể xây dựng mô phỏng mạng lưới sông ngòi của khu vực cùng các thông số đặc trưng cho mỗi dòng chảy và phân tích những ảnh hưởng mà chúng có thể chịu tác động. Quản lý các lưu vực sông Hình 7.4: Quản lý các lưu vực sông. 69 Lưu vực sông là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp. Quản lý lưu vực sông đòi hỏi lưu lượng nước đầy đủ, duy trì sự ổn định của các hệ sinh thái, kiểm soát lũ. Công ty Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển và Nespak, Pakistan phối hợp sử dụng GIS hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent ở Pakistan. GIS được sử dụng để mô hình hoá sự cân bằng nước, quá trình xói mòn, và kiểm soát lũ cho khu vực. Hammon, Jensen, Wallen & Associates dùng GIS để kiểm soát vùng lưu vực sông Santa Lucia Preserve. Mô hình không gian ba chiều được xây dựng nhờ công nghệ GIS, đã giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận chính xác về địa hình và thổ nhưỡng của khu vực, từ đó xây dựng những quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ vùng lưu vực sông. Kiểm soát các nguồn nước Hình 7.5: Kiểm soát các nguồn nước. Tại Mỹ, GIS được dùng để quản lý sự phân bố của các nguồn nước, nhờ đó các nhà khoa học có thể dễ d xác định vị trí các nguồn nước này trong toàn bộ hệ thống. Qui hoạch sử dụng tài nguyên đất Công nghệ GIS hỗ trợ rất nhiều trong công việc quy hoạch sử dụng đất. Những dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất được thu thập từ những quan trắc không gian được xử lý trong hệ GIS, lập bản đồ hiện trạng, kèm đó là những số liệu phân 70 tích. Dựa vào đó các nhà qui hoạch có thể dễ dàng quản lý và phát triển các kế hoạch sử dụng đất hợp lý. Thành phố Brno, Cộng hoà Czech, đã dùng công nghệ GIS để phát triển qui hoạch tổng thể của thành phố và hiển thị thông tin theo cơ sở dữ liệu GIS địa chính của thành phố. Hình 7.6: TP Brno. Mlada, Cộng hoà Czech cũng sử dụng GIS để hỗ trợ kế hoạch quy hoạch lại một khu sân bãi quân sự, đánh giá và mô phỏng các loại tài nguyên đất: đất nông nghiệp, đất nông nghiệp, đất tự nhiên. Hình 7.7: Mô phỏng tài nguyên đất. Viện Ðịa lý "Agustin Codazzi" (IGAC) của Colombia đã dùng công nghệ GIS để hiển thị và kiểm soát hiện trạng sử dụng đất hiện nay và trong tương lai của thành phố Ibague. Phân tích xu hướng xây dựng Sở Phát triển Nhà và Ðô thị Adelaide, Australia sử dụng GIS để phân tích xu hướng xây dựng của thành phố, từ đó chỉ ra sự mở rộng của thành phố và ảnh hưởng của nó đối với cơ sở hạ tầng. 71 Hình 7.8: Phân tích xu hướng xây dựng. Kiểm soát tài nguyên đất 7.9: Tài nguyên đất. Các dự án phát triển được đề xuất dọc theo biên giới Mexico và Mỹ được hỗ trợ bởi các thông tin của GIS, chẳng hạn để kiểm kê, lập bản đồ các nguồn tài nguyên, chế độ thuỷ văn, tác động của con người, cơ sở hạ tầng dọc theo biên giới…. 7.2.2 GIS với môi trường: Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn. 72 Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS. Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuỳ biến. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trường. Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS. GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc. GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi trường. Các cơ quan chính phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thiên tai, các rủi ro trong công nghiệp và các sự cố môi trường. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số. Việc chia xẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn. 7.2.3 Hoạt động về nghiên cứu khoa học trong các trường đại học và viện nghiên cứu: Trong những năm qua, việc nghiên cứu, đào tạo và ứng dụng GIS đã được triển khai rộng khắp trên cả nước. Ở khu vực duyên hải miền Trung và Tây Nguyên, GIS đã được ứng dụng tương đối rộng rãi ở các trường Đại học và các cơ quan chuyên môn thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Thời gian qua, Khoa Địa lý - Địa chất nói riêng và Trường Đại học Khoa học nói chung cũng đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng GIS trong nghiên cứu khoa học và giảng dạy. 73 Trong thời gian gần đây đã có rất nhiều hội thảo về GIS được tổ chức tại các trường đại học , với sự tham gia của các bộ giảng viên của 1 số trường đại học, các viện và các trung tâm nghiên cứu. 74 Chương 8: PHÁT TRIỂN GIS TRONG ỨNG DỤNG TƯƠNG LAI. 8.1 GIS trên Internet ( ArcGIS Server ) ArcGIS Server là nền tảng để xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS) có quy mô lớn, trong đó các ứng dụng GIS được quản lý tập trung, hỗ trợ đa người dùng, tích hợp nhiều chức năng GIS mạnh và được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn công nghiệp. ArcGIS Server quản lý các nguồn dữ liệu địa lý như bản đồ, số liệu không gian … Đây là một hệ thống phân phối gồm nhiều thành phần có thể triển khai trên nhiều máy khác nhau. Mỗi thành phần này nắm giữ một vai trò cụ thể trong quá trình quản lý, hoạt động hoặc ngừng hoạt động, cân bằng nguồn tài nguyên cung cấp cho một hay nhiều server. Các thành phần của ArcGIS Server bao gồm:  Máy chủ GIS (GIS Server): Lưu trữ và chạy các ứng dụng server. Máy chủ GIS bao gồm một máy chủ SOM (Server Object Manager) và một hoặc nhiều máy chủ SOC khác (Server Object Containers)  Máy chủ Web (Web Server): Lưu trữ các ứng dụng và dịch vụ Web có sử dụng các thành phần chạy trên máy chủ GIS.  Trình duyệt Web: Được dùng để kết nối đến các ứng dụng Web chạy trên máy chủ Web. 75 Các ứng dụng Desktop: Kết nối theo giao thức truyền dẫn siêu văn bản (HTTP) đến các dịch vụ Web chạy trên máy chủ Web hoặc kết nối trực tiếp đến máy chủ GIS thông qua môi trường mạng LAN hay WAN Những đặc điểm chính của ArcGIS Server. 8.2 Khung GIS chuẩn. ArcGIS Server cung cấp một framework chuẩn dùng cho việc phát triển các ứng dụng trên máy chủ GIS. Bộ phần mềm GIS phổ biến nhất hiện nay (ArcView® , ArcEditorTM, ArcInfo®) cũng được xây dựng dựa trên cùng một nền tảng. ArcGIS Server không những có thể mở rộng ra mà còn cung cấp rất nhiều chức năng mạnh cho phép các lập trình viên không phải mất nhiều thời gian nghiên cứu, xây dựng các chức năng GIS từ đầu. 8.3 Chi phí thấp. ArcGIS Server có khả năng hỗ trợ các ứng dụng lớn như xây dựng Web GIS, chạy trên nhiều máy chủ, hỗ trợ đa người dùng. Công nghệ ADF không giới hạn bản quyền. Điều này cho phép các ứng dụng server có thể chạy trên nhiều máy chủ Web, do đó làm giảm giá thành, chỉ phụ thuộc vào số lượng người dùng. 8.4 Các ứng dụng web. ArcGIS Server cung cấp một bộ các Web controls. Các Web controls này làm đơn giản đi các công đoạn xây dựng tích hợp bản đồ vào các ứng dụng Web, giúp cho các lập trình viên tập trung vào xây dựng các chức năng GIS theo mục đích của mình. 8.5 Các mẩu ứng dụng web. ArcGIS Server cung cấp khá nhiều mẫu ứng dụng Web. Lập trình viên có thể sử dụng những mẫu này kết hợp với các Web controls để tạo ra các ứng dụng Web theo mục đích của mình hoặc cũng có thể dùng để tham khảo. 76 8.6 Hỗ trợ đa miền. ArcGIS Server ADF dành cho Java chạy trên nhiều hệ điều hành sử dụng kiến trúc của UNIX và hỗ trợ một số lượng lớn các Web server. Bản thân GIS Server được hỗ trợ cho Windows, Sun Solaris và Red Hat Linux. ADF dành cho .NET chỉ chạy được trên một số hệ điều hành Windows. Tham khảo tại để biết thêm thông tin về những hệ điều hành nào được hỗ trợ. 8.7 Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình. ArcGIS Server hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, bao gồm cả .NET và Java để phát triển các ứng dụng, dịch vụ Web. Sử dụng COM và .NET cho phép mở rộng ArcGIS Server các tính năng theo yêu cầu riêng, ngoài ra COM, .NET, Java, và C++ còn được dùng để xây dựng các ứng dụng Desktop client. Điều này cho phép các đối tượng được lập trình bằng nhiều công cụ và các lập trình viên không nhất thiết phải biết nhiều ngôn ngữ lập trình. 8.8 Các phần mở rộng của Arc GIS server. Bộ công cụ cho lập trình viên sử dụng ArcGIS Server còn kèm theo các chức năng mở rộng của ArcGIS 3D AnalystTM, ArcGIS Spatial Analyst và ArcGIS StreetMapTM. 8.9 Cung cấp nhiều tài nguyên cho các lập trình viên. Bộ công cụ phát triển ArcGIS Server cung cấp một hệ thống trợ giúp dựa theo các sơ đồ mô hình đối tượng (OMDs), các mẫu ứng dụng Web và cả các đoạn mã lập trình mẫu giúp cho các lập trình viên dễ dàng tiếp cận, sử dụng. Tại sao sử dụng ArcGIS Server ArcGIS Server cho phép các lập trình viên và các nhà thiết kế hệ thống triển khai quản lý tập trung GIS. Điều này sẽ làm giảm bớt giá thành cho những người sử dụng GIS và có thể mở rộng khả năng hỗ trợ người dùng, tiết kiệm giá thành cài đặt 77 phần mềm trên từng máy. Cùng với khả năng hỗ trợ với các dịch vụ Web, ArcGIS Server có thể tích hợp lý tưởng với các hệ thống thông tin khác như các cơ sở dữ liệu quan hệ, các máy chủ Web, và các máy chủ lớn. ArcGIS Server được bổ sung thêm vào gia đình sản phẩm các ứng dụng chạy trên server của ESRI đó là ArcIMS, ArcSDE, và ArcGIS Server. ArcIMS cho phép xuất bản các bản đồ và metadata dựa trên nền Web rất tốt, ArcGIS Server quản lý tập trung các ứng dụng GIS cao cấp. ArcSDE quản lý truy cập dữ liệu dành cho ArcGIS Server và ArcIMS Những ai sử dụng ArcGIS Server?  Nhóm sử dụng các ứng dụng Web: Nhóm người này chỉ cần có trình duyệt Web là có thể kết nối và tương tác với các dịch vụ, ứng dụng Web GIS mà không đòi hỏi phải biết về GIS.  Nhóm phát triển các ứng dụng và dịch vụ Web : Sử dụng ADF để xây dựng các ứng dụng và dịch vụ Web dựa trên nền .NET hoặc Java. Xây dựng các ứng dụng Web dành cho người dùng ArcGIS Desktop kết nối đến qua mạng Internet, tích hợp các chức năng của GIS và có thể được sử dụng trong các chương trình khác.  Nhóm sử dụng các sản phẩm ArcGIS Desktop : Nhóm người này có thể dùng các phần mềm ArcMap hay ArcCatalog kết nối và tải dữ liệu từ máy chủ qua mạng LAN hay Internet. Thiết kế và xây dựng dữ liệu cho các ứng dụng của ArcGIS Server.  Nhóm phát triển ArcGIS Desktop, ArcGIS Engine : Nhóm người này có thể phát triển các ứng dụng có khả năng kết nối đến GIS server và chạy các thành phần ArcObject trên server. Cho phép tích hợp các chức năng trên desktop với các chức năng trên server. 78  Nhóm quản lý server: Nhóm này sử dụng ArcCatalog kết nối đến máy chủ qua mạng nội bộ, quản lý server cũng như các ứng dụng chạy trên server, thêm hoặc gỡ bỏ các máy con vào hệ thống, phân quyền truy cập và sử dụng dữ liệu… 79 Chương 9: KẾT LUẬN Với mong muốn tìm hiểu về công nghệ, kỹ thuật mới , được sự quan tâm và hướng dẫn của Thầy Đặng Nhân Cách, chúng em đã hoàn thành đề tài:” tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý GIS ” . Sau khi thực hiện đề tài, chúng em đạt được một số kết quả sau: o Tìm hiểu được về hệ thống thông tin địa lý GIS, một hệ thống thông tin đang phát triển rất mạnh trên thế giới và ngay tại Việt Nam và có tầm ứng dụng rộng rãi hiện nay trong các lĩnh vực quản ly môi trường và bản đồ địa chất …Cũng như biết thêm về một số hệ thống khác như GPS – hệ thống định vị toàn cầu. o Chúng em cũng biết thêm về một số phần mềm ứng dụng liên quan đến kỹ thuật và công nghệ GIS như ArcGIS, mapinfo, JVNmobile GIS … o Để minh họa cho việc sử dụng hệ thống thông tin GIS và công nghệ GIS- mobile, chúng em đã xây dựng một ứng dụng tìm kiếm bản đồ trên điện thoại với phần mềm JVNMobileGIS do Việt Nam phát triển , chạy trên hệ điều hành mobile Symbian . Ngoài ra có sử dụng đến chương trình giả lập điện thoại trên PC là S60_3rd_MIDP_FP1 của nhà cung cấp Microsoft. Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do thời gian có hạn và việc tìm hiểu công nghệ mới có nhiều khó khăn do không có nhiều tài liệu , chủ yếu tìm trên internet. Vì vậy ứng dụng của chúng em chỉ mang tính minh họa cho việc sử dụng công nghệ mà thôi! 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] GIS-d34875 [9] 4