Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý - Chương 1: Tổng quan về GIS

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý - Chương 1: Tổng quan về GIS

1. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (Geographic Information System) Mai Lam Bộ môn Khoa học máy tính 6/9/2021 1
2. Giới thiệu môn học • Thông tin GV: – Email: mlam.udn@gmail.com; SDT: 0932567800 • Mục đích: – Môn học cung cấp kiến thức về bản đồ, GIS và các ứng dụng của GIS trong trong kinh tế và kỹ thuật. Phần thực hành hướng dẫn SV các thao tác với các lớp dữ liệu địa lý trên phần mềm MapInfo. • Yêu cầu: – Dự lớp: tối thiểu 80% các buổi học lý thuyết, các buổi thực hành – Hoàn thành 100% bài tập được yêu cầu. • Cách đánh giá: – Thang điểm: thang điểm 10, điểm đạt là từ 5 trở lên. • Chuyên cần :10%; Bài tập thực hành: 20%; Giữa kỳ: 20%; Cuối kỳ: 50% • Tài liệu: – Bài giảng, Giáo trình, Tài liệu thực hành ( 6/9/2021 2
3. Nội dung • Chương 1. Tổng quan về HTTTĐL • Chương 2. Các thành phần cơ bản của HTTTĐL • Chương 3. Dữ liệu địa lý • Chương 4. Xử lý dữ liệu trong GIS • Chương 5: Ứng dụng MapInfo trong quản lý thông tin địa lý 6/9/2021 3
4. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIS Mục tiêu: • Hiểu các khái niệm cơ bản về GIS, bao gồm các chức năng, hệ thống và sự hữu ích của GIS • Xác định nhu cầu của GIS đối với việc quản lý tài nguyên thiên nhiên • Nắm đước được các ứng dụng trong việc sử dụng GIS. 6/9/2021 4
5. Nội dung • Khái niệm về Hệ thống thông tin, GIS • Các chức năng cơ bản của GIS • Các yêu cầu cơ bản của GIS • Các ứng dụng GIS • Khái niệm Hệ tọa độ 6/9/2021 5
6. Các khái niệm • Công nghệ thông tin tập trung giải quyết các nội dung sau: – Xác định hệ thống thông tin – Thu nhận thông tin – Quản lý thông tin – Truyền thông tin – Cung cấp thông tin 6/9/2021 6
7. Các khái niệm (2) • Hệ thống thông tin – Là hệ thống có chức năng truy cập, lưu trữ, xử lý và truy xuất thông tin – Bao gồm dữ liệu và chương trình xử lý chúng – Đặc điểm tích hợp thông tin • Hệ thống thông tin địa lý – Có đối tượng là thông tin liên quan địa lý (không gian) – đã được số hóa, xử lý, tổ chức, phân tích – Mức độ đơn giản nhất là bản đồ 6/9/2021 7
8. Định nghĩa GIS GIS (Geographic Information System) – Hệ thống thông tin địa lý được định nghĩa như một hệ thống thông tin bao gồm các quá trình đầu vào (input), truy xuất (retrieve), xử lý (process), phân tích (analyze) và đầu ra (output) các dữ liệu tham chiếu hay các dữ liệu về không gian địa lý nhằm hỗ trợ việc ra quyết định về các dự án cũng như việc quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và vấn đề môi trường. 6/9/2021 8
9. Khái niệm về dữ liệu không gian địa lý 6/9/2021 9
10. Điều gì xảy ra nếu không có GIS ? • Dữ liệu không gian địa lý khó có thể duy trì. • Bản đồ và bảng biểu không được cập nhật. • Dữ liệu và thông tin không chính xác • Dữ liệu địa lý trở nên mâu thuẫn • Không có tiêu chuẩn • Không có sự chia sẻ dữ liệu • Không có dịch vụ truy xuất dữ liệu • Không có những quyết định mang tính khoa học 6/9/2021 10
11. Lợi ích của GIS • Dữ liệu không gian địa lý được duy trì tốt hơn trong một định dạng tiêu chuẩn. • Việc xem lại và cập nhật dễ dàng hơn. • Tìm kiếp, phân tích và miêu tả thuận lợi hơn. • Sản phẩm có giá trị hơn. • Dữ liệu có thể chia sẻ và trao đổi. • Năng suất được cải thiện. • Tiết kiệm thời gian và tiền bạc. • Đưa ra những quyết định tốt và đúng đắn hơn. 6/9/2021 11
12. Các chức năng cơ bản của GIS 6/9/2021 12
13. Các chức năng cơ bản của GIS (t.t) Chức năng Chức năng con Thu thập dữ liệu và giai đoạn tiền xử lý Biên tập, xây dựng hình học tôpô, chuyển biến định dạng v.v Quản lý cơ sở dữ liệu và truy xuất Lưu trữ dữ liệu, bảng câu hỏi v.v Đo đạc không gian và phân tích Các hoạt động bước đệm, chồng lớp v.v Biểu đồ đầu ra và những hình dung Bản đồ, góc nhìn mắt chim ưng v.v 6/9/2021 13
14. GIS là ngành khoa học đa rèn luyện • Địa lý • Thống kê • Nghiên cứu bản đồ • Nghiên cứu • Viễn thám (RS – • Khoa học điện toán Remote sensing) • Toán học • Quang trắc • Xây dựng dân dụng • Trắc địa • Dự án đô thị v.v • Đo đạc 6/9/2021 14
15. Vùng ứng dụng của GIS • Quản lý phương tiện • Quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường • Mạng lưới đường phố • Dự án và công nghệ • Hệ thống thông tin đất đai 6/9/2021 15
16. Quản lý phương tiện 6/9/2021 16
17. Ứng dụng trên xe ôtô 6/9/2021 17
18. Dự án đô thị 6/9/2021 18
19. Ứng dụng để thu thuế 6/9/2021 19
20. Quản lý hệ sinh thái 6/9/2021 20
21. Quản lý môi trường bị nhiễm độc 6/9/2021 21
22. Xác định vị trí và khoảng cách 6/9/2021 22
23. Mật độ che phủ + Phân bố dân cư 6/9/2021 23
24. Bản đồ hiện trạng + Phân cấp cao độ 6/9/2021 24
25. Bản đồ thể hiện xói mòn + Phân bố dân cư trong lưu vực 6/9/2021 25
26. Tiêu chuẩn GIS 6/9/2021 26
27. Vai trò của viễn thám và GIS trong việc ra quyết định Yếu tố con người Yếu tố vật lý Động lực: Tác động của con người: dân số, sức khỏe, giàu phát triển, đô thị hóa, công nghiệp hóa, xây sang, kỹ thuật, kinh tế, hoạt động con người chính trị dựng, năng lượng thống nhất cộng đồng nhận thức cộng đồng Môi trường thay đổi: Ra quyết định: các Nhu cầu sử dụng đất, chính sách, dự án, phong cách sống, thoái công tác quản lý hóa đất, sự ô nhiễm, biến đổi khí hậu cơ sở dữ liệu Phân tích và đánh giá Điều khiển bởi bởi GIS Viễn thám 6/9/2021 27
28. Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác? • GIS liên quan mật thiết với một số hệ thống thông tin khác như: Desktop Mapping (thành lập bản đồ), CAD (trợ giúp thiết kế nhờ mày tính), Viễn thám và GPS (hệ thống định vị toàn cầu), DBMS (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu). • Nhưng chỉ GIS mới có khả năng phân tích dữ liệu địa lý. 6/9/2021 28
29. Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác? • Desktop Mapping (thành lập bản đồ): – 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. – Hạn chế hơn so với GIS về khả năng quản lý dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. 6/9/2021 29
30. Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác? • CAD (trợ giúp thiết kế nhờ mày tính) – Trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và cơ sở hạ tầng. – 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. 6/9/2021 30
31. Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác? • Viễn thám và GPS (hệ thống định vị toàn cầu) – 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. – 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. 6/9/2021 31
32. Phân biệt GIS với một số hệ thống thông tin khác? • DBMS (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. 6/9/2021 32
33. Trao đổi & Thảo luận • Vấn đề 1 • Vấn đề 2 6/9/2021 33
34. Bản đồ địa lý • Khái niệm chung – Định nghĩa – Tính chất – Nội dung – Cơ sở toán học • Các hệ quy chiếu – Lưới kinh vĩ tuyến – Khung bản đồ – Bố cục bản đồ – Phân mãnh bản đồ – Phân loại bản đồ – Các phương pháp biểu thị hiện tượng trên bản đồ 6/9/2021 34
35. Tại sao chúng ta phải biết nguồn gốc thông tin không gian? • Biết được nguồn gốc có thể giúp bạn hiểu được: – Tại sao hai bản đồ cùng kích thước mà lại không chồng được lên nhau. – Tại sao miền đo trên một bản đồ có thể khác với kích thước của cùng một miền trên bản đồ khác. – Tại sao một đối tượng có thể xuất hiện trên một bản đồ, nhưng không xuất hiện trên bản đồ khác. – Và các vấn đề với dữ liệu không gian Ch2 - Hệ tọa độ 35
36. Nguyên tắc đầu tiên • Làm cách nào để nhận dữ liệu đo được trên trái đất lên bản đồ. • Cách nào để mô hình hóa trái đất để mọi thứ trên trái đất đều được thể hiện trên bản đồ. • Cách đưa thông tin 3 chiều (chiều dài, chiều rộng và chiều cao) thành 2 chiều (chiều dài và chiều rộng) • -> Liên quan đến khoa đo đạc (geodesy). Ch2 - Hệ tọa độ 36
37. HỆ TỌA ĐỘ Phép chiếu bản đồ là sự chuyển đổi có hệ thống từ tọa độ hình cầu thành hệ tọa độ phẳng. Ch2 - Hệ tọa độ 37
38. Ellipsoid / Spheroid (dạng elip/ dạng cầu) • Các mô hình hóa trái đất đưa về các dạng Elip và dạng hình cầu. • Với một bản đồ, dạng Ellipsoid / Spheroid được chấp nhận là phù hợp nhất với quả địa cầu tại vị trí làm bản đồ đó. • Ví dụ với bản đồ thế giới, elippsoid thích hợp nhất để mô tả toàn bộ quả địa cầu. Ch2 - Hệ tọa độ 38
39. Mối quan hệ giữa trái đất, quả địa cầu, và ellipsoid Ch2 - Hệ tọa độ 39
40. ELLIPSOID Ch2 - Hệ tọa độ 40
41. Các elippsoid đã được sử dụng cho các bản đồ Viêt nam • Everest ellipsoid • Clarke ellipsoid • Krassovsky ellipsoid • World Geodetic Spheroid 1984 (WGS84) • Có 100 elippsoid cho trái đất. Ch2 - Hệ tọa độ 41
42. Một Elippsoid • Phép đo trên một Elippsoid được tạo bởi vĩ độ - latitude (= north/south) và kinh độ - longtitude (= east/west) • Để cho thuận tiện: 0 ứng với north/south là đường xích đạo. 0 ứng với east/west kinh tuyến Greenwich (GMT), English Ch2 - Hệ tọa độ 42
43. Ch2 - Hệ tọa độ 43
44. Mốc tọa độ • Mốc tọa độ cần được định nghĩa để cho phép thực hiện các phép đo trên trái đất tương ứng với một vị trí trên ellipsoid. • Mốc tọa độ định nghĩa kích thước và hình dáng của trái đất với gốc và hướng của tọa độ hệ thống được sử dụng trên bản đồ. • Có 1000 mốc tọa độ cho trái đất – hầu hết mỗi nước có một hoặc nhiều mốc tọa độ riêng. Ch2 - Hệ tọa độ 44
45. Hệ tọa độ Vietnam • Được xây dựng lần đầu tiên bởi người Pháp năm 1887 Bây giờ bạn có thể tìm: • Pulkovo • Indian • Hanoi 72 • WGS 84 • VN 2000 Ch2 - Hệ tọa độ 45
46. Một mốc tọa độ có • Thông tin liên quan đến vị trí được định nghĩa trong các biến của mốc. • Nó vẫn là một vị trí ba chiều. • Nó có thể được chiếu tới không gian hai chiều. • Có rất nhiều phép chiếu Ch2 - Hệ tọa độ 46
47. CÁC PHÉP CHIẾU H×nh trô H×nh nãn Gãc ph¬ng vÞ Ch2 - Hệ tọa độ 47
48. PHÉP CHIẾU UTM o Mercator đã lập ra phép chiếu vào thế kỷ 16 PhÐp chiÕu nµy gi÷ nguyªn ®îc gãc ®o. Bëi vËy nã ®îc gäi lµ phÐp chiÕu h×nh. H×nh d¹ng lµ ®Æc tÝnh rÊt quan träng cña c¸c nhµ quan tr¾c. PhÐp chiÕu nµy ®îc dïng lµm c¬ së cña hÖ täa täa ®é ph¼ng ®Þa lý vµ ®îc gäi lµ hÖ thèng UTM (Universal Transverse Mercator) Ch2 - Hệ tọa độ 48
49. ĐĂNG KÝ TỌA ĐỘ CHO BẢN ĐỒ Bản đồ chưa đăng ký tọa độ. Bờ biển dựa Bản đồ tương tự đã được đăng ký trên Lambert Conformal Conic, trongkhi sông tọa độ dựa trên hệ quy chiếu suối dựa trên Polyconic projection, ranh giới dựa trên Mercator Lambert Conformal Conic. Ch2 - Hệ tọa độ 49
50. • H×nh d¹ng tr¸i ®Êt rÊt phøc t¹p. B¶n ®å nµy chØ ra ®é lÖch cña geoid tõ h×nh d¹ng ®¬n gi¶n h¬n. World Geodetic Data System ellipsoid n¨m 1984. MiÒn cña ®é lÖch n»m tõ 75 m (mµu ®á) -New Guinea ®Õn 104 m (mµu tÝm, ë Ên ®é d¬ng). Source: U.S. National Geodetic Survey. Ch2 - Hệ tọa độ 50
51. Tọa độ hệ thống • Quyết định vị trí bắt đầu và đo mọi thứ nó có • Tọa độ hệ thống có thể chọn: – Latitude và longitude (độ, phút, giây) – Dạng lưới (như UTM, UPS, Gaussian) • Tọa độ hệ thống có: – Gốc – Đơn vị đo lường – Hướng – (Phạm vi) Ch2 - Hệ tọa độ 51
52. Tọa độ hệ thống được sd tại VN • Latitude / Longitude (geographic) • Gaussian Grid • UTM Grid • Local Coordinate Systems (cho các bản đồ riêng như các bản đồ về du lịch ) Ch2 - Hệ tọa độ 52
53. Tỷ lệ bản đồ là gì? • Tỷ lệ bản đồ chỉ mức độ thu nhỏ của bản đồ so với thực tế. Cần phải có một tỷ lệ bản đồ thích hợp và thống nhất cho các đối tượng địa lý trong một CSDL GIS. Tùy theo quy mô, tính chất của bản đồ để chọn tỷ lệ thích hợp. • Tỷ lệ của một bản đồ phụ thuộc vào lượng thông tin và độ lớn của vùng sẽ được thể hiện trên bản đồ. Bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ trình bày các đặc tính địa lý một cách chi tiết hơn nhưng chỉ thẻ hiện được vùng nhỏ hơn vì số thu nhỏ của bản đồ lớn hơn. (vd: bản đồ tỷ lệ 1:10000). Bản đồ có tỷ lệ nhỏ (1:250000) có thể trình bày được một vùng rộng lớn nhưng mức độ thể hiện chi tiết sẽ nhỏ hơn vì hệ số thu nhỏ sẽ lớn hơn. Có 3 cách thể hiện tỷ lệ 1. Thanh tỷ lệ 2. Mô tả tỷ lệ bằng lời 3. Miêu tả bằng phân số Ch2 - Hệ tọa độ 53
54. TỶ LỆ BẢN ĐỒ Tû lÖ b¶n ®å Tû lÖ ¶nh hµng kh«ng Ch2 - Hệ tọa độ 54
55. Tỷ lệ là gì? Thanh tỷ lệ Ch2 - Hệ tọa độ 55
56. Tỷ lệ là gì? • Tỷ lệ bằng lời: tỷ lệ của một bản đồ mà thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên bề mặt trái đất được sử dụng bằng lời. Ví dụ: ‘Một cm đại diện cho 10 km’ • Phân số miêu tả: tỷ lệ của một khoảng cách trên bản đồ với một khoảng cách tương đương được đo cùng một đơn vị trên bề mặt Trái đất Ví dụ: Một tỷ lệ bản đồ 1:50 000 có nghĩa là một cm trên bản đồ bằng 50 000 cm trên bề mặt Trái đất. Ch2 - Hệ tọa độ 56
57. Tỷ lệ là gì? • Mức độ chi tiết của dữ liệu không gian Ch2 - Hệ tọa độ 57
58. Tỷ lệ là gì? Ch2 - Hệ tọa độ 58
59. Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) 1. Một vùng được thể hiện bằng một pixel trên ảnh §é ph©n gi¶i kh«ng gian Ch2 - Hệ tọa độ 59
60. Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) 2. Độ phân giải phổ: Những phần của phổ điện từ mà được đo bởi hệ thống viễn thám. .Landsat TM: blue, green, red, nir, mir, tir .SPOT: giải sóng nhìn thấy, green, red, ir 3. Độ phân giải về thời gian (Chu kỳ): tần số xuất hiện mà các ảnh được thu thập tại cùng một vùng trên bề mặt của Trái đất bởi hệ thống viễn thám. .Landsat TM: 16 ngày .SPOT: 28 ngày Ch2 - Hệ tọa độ 60
61. Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám) • 4. Sự chi tiết của các bản đồ mà mô tả vị trí và hình dạng của các đối tượng địa lý. §é ph©n gi¶i cao h¬n §é ph©n gi¶i thÊp h¬n Ch2 - Hệ tọa độ 61
62. Trao đổi & Thảo luận • Vấn đề 1 • Vấn đề 2 6/9/2021 62