Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Nguyễn Thủy Đoan Trang

414 trang hapham 2480

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Nguyễn Thủy Đoan Trang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_he_thong_thong_tin_dia_ly_gis_nguyen_thuy_doan_tra.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Nguyễn Thủy Đoan Trang

ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) (Geographic Information System) GV: Nguyễn Thủy Đoan Trang Tel: 0982.146.557 Email: trangdhnt@gmail.com Web: nguyễnthủyđoantrang.vn Tham khảo: GIS đại cương – Trần Vĩnh Phước Đại học Công nghệ Thông tin – Đại học Quốc Gia TP.HCM 1/18/2016 11:42 AM 8/2012 1
Kế hoạch giảng dạy  Thời gian: 3 tín chỉ  Hình thức:  Trình bày bài giảng,  Thực hành theo tài liệu hướng dẫn.  Demo bằng phần mềm GIS,  Bài tập trên lớp  Đánh giá: – Chuyên cần: 10% (Vắng 3 buổi: 0, <= 2 buổi: 10) – Điểm kiểm tra: TBC các điểm: 40%. • Bài tập nhóm: ở lớp, đồ án môn học. – Thi cuối kỳ: 50% 1/18/2016 11:42 AM 2
Tài liệu tham khảo 1. Trần Vĩnh Phước, GIS đại cương - phần lý thuyết, NXB Đại học Quốc gia Tp. HCM, 2003 2. Trần Vĩnh Phước, GIS đại cương - phần thực hành, NXB Đại học Quốc gia Tp. HCM, 2003 3. Thomas G.Lane, Avenue - customization and application development for Arcview , 1996. 4. Paul A. Longley, Geographic-Information-Systems-Science, Wiley, 2004. 5. ESRI : ( 6. Cổng thông tin điện tử tp Hồ Chí Minh: 7. 8. 9. 10. www.GISDevelopment.net 1/18/2016 11:42 AM 3 11. : Bộ tài nguyên môi trường
TÓM TẮT NỘI DUNG Chương 1. Giới thiệu về GIS Chương 2. Cơ sở định vị đối tượng không gian Chương 3. Mô hình dữ liệu không gian Chương 4. Cấu trúc dữ liệu không gian Chương 5. Truy vấn dữ liệu GIS Chương 6. Thống kê và phân tích trong GIS Chương 7. Hiển thị dữ liệu GIS Chương 8. Một vài ứng dụng của GIS 1/18/2016Ch 11:42ương AM 9. Thực hiện một dự án ưd công nghệ GIS 4
Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ GIS 1. GIS là gì? 2. Một vài ứng dụng 1/18/2016 11:42 AM 5
Hệ thống thông tin địa lý là gì? Hệ thống thông tin địa lý (GIS: Geographics Information System) là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian (Clarke, 1995). GI – System – Science – Service – Society 1/18/2016 11:42 AM 6
GI (Geographic Information) 1/18/2016 11:42 AM 7
GISystem 1/18/2016 11:42 AM 8
GIScience Khoa học máy tính GIScience Toán học địa ly học 1/18/2016 11:42 AM 9
GIScience  Sự ra đời của GIScience (1992)  Những câu hỏi lớn đặt ra cho GIScience  Vấn đề phát triển hệ thống thông tin địa lý  Vấn đề mô tả đối tượng không gian  Vấn đề truy xuất các dữ liệu đã mô tả  Vấn đề quan hệ giữa việc mô tả đối tượng và người dùng  Vấn đề mô hình và cấu trúc dữ liệu  Vấn đề hiển thị dữ liệu  Vấn đề về các công cụ phân tích GIS 1/18/2016 11:42 AM 10
GIScience • - Sử dụng các hệ thống thông tin địa lý như những công cụ để hiểu biết về thế giới thực bằng cách mô tả và giải thích mối quan hệ của con người với thế giới thực. • - Sử dụng và nghiên cứu các phương pháp, các công cụ để thu thập, lưu trữ, phân phối, phân tích, hiển thị và khám phá thông tin không gian. • - Khoa học thông tin địa lý hướng tới những bài toán phân tích, mô hình hóa và dự báo không gian. • - Khoa học thông tin địa lý là một khoa học liên ngành của khoa học máy tính, toán học và khoa học địa lý. 1/18/2016 11:42 AM 11
GIService 1/18/2016 11:42 AM 12
13 Viễn thông Định vị ociety GIS GISociety Dl k gian 1/18/2016 11:42 AM 11:42 1/18/2016
Một vài ứng dụng Ứng dụng GIS trong quản lý đô thị: Đồ án tốt nghiệp tại đại học Nha Trang: - Quản lý nhân khẩu bằng công nghệ GIS - Quản lý ATM bằng công nghệ GIS - Quản lý xe buýt thành phố Nha Trang bằng công nghệ GIS Hội thảo ứng dụng GIS tồn quốc 2010: Kỷ yếu Hội thảo ứng dụng GIS tồn quốc 2011: Kỷ yếu 1/18/2016 11:42 AM 14
Ứng dụng GIS  Hệ thống thông tin địa lý trong các lĩnh vực của xã hội Tài Môi Hạ Địa Quản trường lý kinh nguyên tầng chính và tế xã thiên điều kỹ nhà hội nhiên kiện tự thuật đất nhiên THÔNG TIN ĐỊA LÝ DÙNG CHUNG Liên quan đến con người Liên quan đến tự nhiên
 Hệ thống thông tin địa lý trong chính phủ điện tử (E_Gov) CƠ QUAN DOANH NGHIỆP HÀNH CHÍNH NGƯỜI DÂN CƠ QUAN
 GIS trong lĩnh vực quản lý tài nguyên khoáng sản: dầu mỏ, khí đốt, khoáng sản,thủy hải sản, rừng, đất trồng
 GIS trong lĩnh vực quản lý môi trường và kiểm soát điều kiện tự nhiên: quản lý ô nhiểm, quản lý nguồn nước, động thực vật, khí tượng thủy văn User P O P R S T T N Center for storing and Observation Station processing data Making decision Data analysis
 GIS trong lĩnh vực quản lý hạ tầng kỹ thuật: Xây dựng, quy hoạch, giao thông, điện lực, viễn thông, cấp nước, thoát nước
 GIS trong lĩnh vực quản lý đất đai: quản lý sở hữu, sử dụng đất, quản lý tình hình thuế đất
 GIS trong lĩnh vực quản lý kinh tế xã hội
Ứng dụng GIS vào các chuyên đề Tài nguyên – môi trường Quy hoạch Quản lý đô thị Môi trường Bưu điện Thương mại - dịch vụ Hàng không Xây dựng Du lịch Y tế Cấp thoát nước Giáo dục Cung cấp điện Nông nghiệp Công nghiệp Lâm nghiệp Dân cư Giám sát và xây dựng Giao thông mô hình biến động môi Nhà đất trường Mỹ, Nhật Bản, Canada, Hà Lan: ứng dụng GIS mạnh nhất để phục vụ kinh tế đất nước
 Hiệu quả chính khi ứng dụng GIS:  Tìm kiếm thông tin nhanh chóng.  Có được thông tin chính xác, tin cậy.  Thông tin được trao đổi, chia sẻ.  Thông tin minh bạch trong quản lý.  Hỗ trợ giải quyết nghiệp vụ.  Hỗ trợ ra quyết định.  Ra quyết định = tìm thông tin + xử lý thông tin  GIS hỗ trợ tìm kiếm thông tin nhanh chóng (CSDL)  GIS hỗ trợ xử lý thông tin chính xác (phần mềm tác nghiệp)
Phát triển ứng dụng GIS: Lập trình Avenue ArcGIS Engine: demo esri ArcGIS Engine: giới thiệu Tạo webGIS: 1 Trao đổi: 1/18/2016 11:42 AM 24
1. Giới thiệu I. Khái quát về hệ thống thông tin địa lý (GIS)  Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là gì? (ESRI)  Tiến trình phát triển của GIS  Các thành phần của GIS  Tổ chức dữ liệu không gian trong GIS  Chức năng của GIS  Một vài ứng dụng GIS II. Một số bài toán phân tích không gian đơn giản trong ArcView 1/18/2016 11:42 AM 25
Vài nét cơ bản về GIS 1. GIS là một công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất (đối tượng không gian) 2. Công nghệ GIS tích hợp giữa các thao tác trên cơ sở dữ liệu như: đưa ra các câu hỏi truy vấn (query), phân tích thống kê (statistical analysis) với việc thể hiện và các phép phân tích địa lý. 1/18/2016 11:42 AM 26
GIS có thể làm điều gì? 1. Thực hiện các phép hỏi đáp và phân tích không gian: Phép đo lường (đo lường khoảng cách, chu vi, diện tích ), hỏi đáp không gian 2. Thành lập bản đồ: Linh hoạt hơn so với quá trình làm bản đồ bằng tay theo công nghệ truyền thống: Bản đồ có thể được tạo ra tại bất cứ vị trí nào và bất cứ tỷ lệ nào một cách nhanh chóng. 1/18/2016 11:42 AM 27
 Thông tin gì?  Cái gì?  Ở đâu?  Như thế nào?
 Máy tính với dữ liệu không gian GIS provides the capability to “layer” graphical information . . . Images Documents Report Homes with public access must be better protected from emergency fire incidents and other potential events. It is very important to conduct inspections and other programs to maintain current safety data. Keeping our communities safe is of vital importance. Keep the safety programs as a high priority. Data Tables CAD drawings 1 cardboard 1 1 1 1 2a 41 1 table 61 41 1 1 2a 1 vehicle 2a 1 1 61 41 1201 Club Street 1/18/2016 11:42 AM 29
 Tác nghiệp không có sự hỗ trợ của máy tính  Nhược điểm: Mất nhiều thời gian tìm kiếm thông tin Quản lý quá nhiều giấy tờ Khó chia sẻ thông tin trong đơn vị Xử lý thông tin theo phương pháp thủ công 1/18/2016 11:42 AM 30
 Tác nghiệp có sự hỗ trợ của máy tính Thông tin khác  Ưu điểm: Tìm kiếm thông tin nhanh chóng Cập nhật số liệu nhanh chóng, đầy đủ và chính xác Thuận lợi trong việc trao đổi, chia sẻ thông tin trong đơn vị Máy tính hỗ trợ cho công tác xử lý thông tin 1/18/2016 11:42 AM 31
Ưu điểm của việc sử dụng máy tính để tạo và quản lý bản đồ Tạo bản đồ trên nền bản đồ cũ nhanh và rẻ hơn. Cho phép biểu diễn bằng nhiều dạng khác nhau của cùng một dữ liệu. Thuận tiện trong việc tạo và cập nhật bản đồ khi dữ liệu đã ở dạng số. Đối với nơi không có nhân viên vẽ chuyên nghiệp thì tạo bản đồ vẫn có thể làm được với sự trợ giúp của máy tính. Có thể tạo ra bản đồ phức tạp khó vẽ bằng tay. Tối thiểu hóa việc sử dụng bản đồ như là nơi lưu trữ dữ liệu. 1/18/2016 11:42 AM 32
Hệ thống thông tin địa lý là gì? G I S Geographic Information System ( Địa Lý ) ( Thông tin ) ( Hệ thống ) HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1/18/2016 11:42 AM 33
Hệ thống thông tin địa lý là gì? Thông tin địa lý · Thông tin địa lý là những thông tin về các thực thể tồn tại ở một vị trí xác định trên bề mặt Trái Đất vào một thời điểm cụ thể. · Dữ liệu GIS gồm hai thành phần ·Dữ liệu không gian ·Dữ liệu thuộc tính 1/18/2016 11:42 AM 34
 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý  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 dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burrough, 1986). - GIS là một hộp công cụ mạnh được dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu đặc biệt (Burrough, 1986). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý (Goodchild, 1985; Peuquet, 1985). 1/18/2016 11:42 AM 35
 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý  Xuất phát từ các chức năng - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian (Clarke, 1995). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích, và hiển thị dữ liệu không gian. (NCGIA = National Center for Geographic Information and Analysis, 1988). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu ( bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu. (Stan Aronoff, 1993). 1/18/2016 11:42 AM 36
 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý  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 những thuật toán để làm việc trên dữ liệu đó. (Star and Estes, 1990). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số phụ hệ (subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích (Calkins và Tomlinson, 1977; Marble, 1984). - GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt. (Dueker, 1979). 1/18/2016 11:42 AM 37
Tiến trình phát triển của HTTTĐL  GIS ra đời vào thập niên 60 ở Canada  Thập niên 80 với sự phát triển của phần cứng máy tính, khả năng của GIS được quan tâm nhiều hơn.  1987: RRL (Regional Research aboratory) được thành lập ở Anh.  1988: NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis) được thành lập do Hoa Kỳ cấp kinh phí.  1989: NEXPRI được thành lập do Ủy ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí hoạt động. 1/18/2016 11:42 AM 38
Tiến trình phát triển của HTTTĐL Ở nước ta:  GIS thâm nhập phát triển ở nước ta vào giữa thập niên 90.  1994: Trung tâm công nghệ thông tin địa lý (Ditagis) được thành lập.  1998: HTTTĐL phục vụ quản lí môi trường Tỉnh Đồng Nai_DONAGIS được xây dựng.  1999: HTTTĐL phục vụ phát triển KTXH Tỉnh Bình Dương_BIDUGIS dược triển được triển khai.  2000: HTTTĐL phục vụ quản lý hành chính nhà nước TP. Đà Nẵng được xây dựng.  2001: CSDL môi trường lưu vực Sông Sài Gòn-Đồng Nai được xây dựng thông qua đề tài NCKH cấp nhà nước.  2001: Nghiên cứu hệ thống GPS để giám sát các đối tượng di động trên địa bàn TP.HCM  2002: Xây dựng CSDL nền TP.HCM  1/18/2016 11:42 AM 39
Một số cơ quan đã đầu tư, thiết kế và xây dựng các phần mềm trong nước có chức năng của GIS như: Viện Công nghệ Thông tin thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia (POPMAP)  Công ty AIC (CAMAP)  Công ty DOLSOFT (WINGIS)  VidaGIS (  1/18/2016 11:42 AM 40
 Năm 1998: Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý môi trường tỉnh Đồng Nai – DONAGIS được xây dựng. 1/18/2016 11:42 AM 41
 Năm 1999: Hệ thống thông tin địa lý phục vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh Bình Dương – BIDOGIS được triển khai.  Năm 1999: Hệ Cao học chuyên ngành GIS được tổ chức đào tạo tại trường Đại học Bách Khoa 1/18/2016 11:42 AM 42 Tp.HCM.
 Năm 2000: Cấu trúc CSDL GIS quốc gia về môi trường  Năm 2000: Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chính nhà nước thành phố Đà Nẵng dược xây 1/18/2016 11:42 AM 43 dựng
 Năm 2001: Cơ sở dữ liệu môi trường lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai được xây dựng thông qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước. 1/18/2016 11:42 AM 44
 Năm 2002: Xây dựng CSDL nền TP.HCM.  Lập dự án khả thi hệ thống thông tin địa lý TP.HCM – SAGOGIS 1/18/2016 11:42 AM 45
 Mô hình Hệ thống thông tin địa lý Tp HCM (HCM-GIS) SỞ KH&CN SỞ KH&ĐT SỞ TN&MT SỞ GTCC SỞ XÂY DỰNG CÔNG VIỆC KHUNG HCM-GIS SỞ/NGÀNH CẤP TỈNH VĂN PHÒNG KHÁC UBND TP CÁC UBND BƯU ĐIỆN ĐIỆN LỰC CẤP THOÁT NƯỚC QUẬN/HUYỆN
 Năm 2001: Nghiên cứu hệ thống GPS để giám sát các đối tượng động Monitoring mobile objects trên địa bàn Tp.HCM 1/18/2016 11:42 AM 47
 Năm 2000: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước “Hệ thống thông tin địa lý phục vụ phát triển kinh tế xã hội ĐBSCL – MEKOGIS” được triển khai 1/18/2016 11:42 AM 48
 2002: Hệ thống tự động thu thập dữ liệu mực nước và chất lượng nước vùng ĐBSCL (MEKOGIS.1) User P PORT S T N Center for storing Observatio and processing data n Station Making decision Data analysis 1/18/2016 11:42 AM 49
 2003: CSDL mạng lưới cấp nước TPHCM; SAWAGIS  Triển khai SAGOGIS (HCM-GIS)  2005: Trung tâm GIS của TPHCM  CSDL của thành phố HCM  Tình hình triển khai GIS tại các Sở/ngành, Quận/Huyện của TPHCM 1/18/2016 11:42 AM 50
Các thành phần của GIS 1/18/2016 11:42 AM 51
Dữ liệu. - Cơ sở dữ liệu GIS, bao gồm: - dữ liệu không gian - dữ liệu phi không gian - Dữ liệu GIS được thu thập, lưu trữ theo một cấu trúc chuẩn, có thể liên thông trên mạng và được bảo quản theo một chế độ nhất định. - Dữ liệu GIS cần được cập nhật thường xuyên. 1/18/2016 11:42 AM 52
Sự tuần hoàn của dữ liệu địa lý Thế giới thực Thu thập dữ liệu không gian Lưu trữ dữ liệu Ra quyết định Phân tích và hiển thị dữ liệu không gian 1/18/2016 11:42 AM 53
Dữ liệu. - Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý bao gồm hai phần chính là cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên ngành. - Cơ sở dữ liệu nền gồm những lớp dữ liệu cần thiết cho hầu hết các hệ thống thông tin địa lý như: - dữ liệu về lưới tọa độ, - dữ liệu về giao thông, - dữ liệu về thủy văn, - dữ liệu về độ cao, - dữ liệu về hành chánh, v.v 1/18/2016 11:42 AM 54
- Cơ sở dữ liệu chuyên ngành gồm dữ liệu của các thực thể chuyên ngành như: - tài nguyên thiên nhiên, - môi trường, - sử dụng đất, - cơ sở hạ tầng kỹ thuật, - các chuyên ngành kinh tế xã hội. - Dữ liệu GIS được tổ chức theo từng lớp và theo từng chủ đề riêng biệt. Các phần mềm GIS cho phép lưu trữ dữ liệu theo từng lớp và theo loại đối tượng: điểm, đường, vùng và có tên gọi khác nhau tùy phần mềm. -Arcview: Theme -Arc/Info: Coverage -MapInfo: Table 1/18/2016 11:42 AM 55
Phần cứng. - Phần cứng bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị thu thập, nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu. - Bàn số hóa, máy in, máy quét, GPS 1/18/2016 11:42 AM 56
Phần mềm. - Phần mềm GIS bảo đảm đủ 4 chức năng của hệ thống thông tin địa lý là nhập, lưu trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian, phi không gian. - Đáp ứng yêu cầu của hệ thống mở có thể nâng cấp. 1/18/2016 11:42 AM 57
Quy trình - Các qui trình xử lý tác nghiệp được nhà phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi xây dựng hệ thống. - Các quy trình tối thiểu của một hệ thống thông tin địa lý: qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình truy vấn dữ liệu, qui trình xuất dữ liệu và qui trình hiển thị dữ liệu. 1/18/2016 11:42 AM 58
Tổ chức - Tùy theo mục đích và qui mô triển khai, hệ thống thông tin địa lý được tổ chức theo một cơ chế nhất định và phát huy tính hiệu quả của hệ thống và đạt được mục tiêu. - Tổ chức GIS tạo điều kiện để xây dựng một sự hợp tác trong nội bộ một chuyên ngành và giữa các chuyên ngành với nhau nhằm thiết lập sự liên thông, trao đổi dữ liệu. 1/18/2016 11:42 AM 59
Con người: 3 loại - Chuyên gia về GIS: nghiên cứu các công cụ, xây dựng phần mềm GIS, thiết kế hệ thống GIS. - Làm dữ liệu: người thu thập, xử lý, biên tập, quản lý, bảo dưỡng dữ liệu. - Sử dụng: khai thác thông tin phục vụ cho các mục tiêu nghiên cứu của mình. 1/18/2016 11:42 AM 60
Ngoài ra, con người có thể phân ra 2 loại như sau: - Người dùng trong hệ thống: là thành phần của hệ thống, những người làm việc trực tiếp với hệ thống thiết bị phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu. - Người dùng ngoài hệ thống: không phải là thành phần của hệ thống. Nhóm người này sử dụng những kết quả phân tích của hệ thống để ra quyết định. 1/18/2016 11:42 AM 61
Con người Người dùng ngoài hệ thống thông tin địa lý (GIS) Người dùng trong hệ thống thông tin địalý (GIS) Xử lý dữ liệu Nhập dữ Xuất dữ liệu liệu Cơ sở dữ liệu trong hệ thống GIS 1/18/2016 11:42 AM 62
- Hệ thống càng hữu hiệu khi số người dùng ngoài hệ thống càng nhiều và/ hoặc người dùng ngoài hệ thống đặt ra nhiều bài toán yêu cầu hệ thống phải xử lý. - Người dùng trong hệ thống được chia thành 3 nhóm chính: - quản trị hệ thống; - chuyên viên kỹ thuật GIS - kỹ thuật viên GIS. 1/18/2016 11:42 AM 63
- Nhóm quản trị hệ thống: tiếp nhận và phân tích các yêu cầu, bài toán của những người dùng ngoài hệ thống và xây dựng thành các giải thuật cho nhóm chuyên viên thực hiện. - Nhóm chuyên viên GIS: thực hiện phát triển các giải thuật thành các ứng dụng trên cơ sở dữ liệu GIS. - Nhóm kỹ thuật viên GIS: là những người làm việc, thao tác trực tiếp trên các thiết bị phần cứng phần mềm để thu thập, nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, hiển thị dữ liệu và thực hiện những tác nghiệp thường xuyên. 1/18/2016 11:42 AM 64
Con người - Nhân lực trong hệ thống thông tin địa lý được phân bố theo sơ đồ hình tháp. - Nhóm một có số lượng người tham gia ít nhất và nhóm 3 có số lượng người tham gia nhiều nhất. Nhóm một Nhóm hai Nhóm ba 1/18/2016 11:42 AM 65
Tổ chức dữ liệu không gian • Dữ liệu không gian được tổ chức theo từng lớp và theo từng chủ đề.  Địa vật độc lập Giao thông Sông hồ 1/18/2016 11:42 AM Đất 66
Tổ chức dữ liệu không gian Dữ liệu không gian Dữ liệu   chuyên  ngành   Nhà cửa  Địa vật độc lập Dữ Dữ liệu thuộc tính liệu Giao thông dùng chung Sông hồ Đất Thế giới thực 1/18/2016 11:42 AM 67
Các chức năng của GIS GIS có 4 chức năng chính: thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu. Nhập Phân tích Lưu trữ Hiển thị 1/18/2016 11:42 AM 68
Dữ liệu từ thế giới thực Dữ liệu số Thu thập dữ liệu Lưu trữ dữ liệu Thông tin Phân tích & Hiển thị dữ liệu Dữ liệu số 1/18/2016 11:42 AM 69
Thu thập dữ liệu (GIS Data Acquisition) Hồ sơ, bảng biểu Bản đồ giấy CSDL GIS GPS GDA SCADA Aûnh viễn thám 1/18/2016 11:42 AM 70
Thu thập dữ liệu (GIS Data Acquisition) - Trong giai đoạn đầu dữ liệu GIS chủ yếu được khởi tạo từ nguồn bản đồ giấy, và các bảng biểu, số liệu ghi nhận trên giấy qua các công đoạn số hóa bản đồ và nhập liệu. - Tuy nhiên, thế mạnh của GIS nằm ở khả năng tích hợp GPS (Global position system) và RS (Remote sensing). - Ngoài ra, GIS cũng sử dụng một số công nghệ thu thập dữ liệu khác như hệ thống thu thập dữ liệu tự động (SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition), . . . 1/18/2016 11:42 AM 71
Lưu trữ dữ liệu LAN CSDL GIS (geodatabase) INTERNET SDE IMS CSDL GIS CSDL GIS (geodata file) SERVER CSDL GIS (geodatabase) (geodatabase) Mô hình một người Mô hình nhiều người Mô hình mạng sử dụng sử dụng toàn cầu 1/18/2016 11:42 AM 72
Lưu trữ dữ liệu - Dữ liệu không gian của các thực thể trong thế giới thực được biểu diễn theo mô hình vector hoặc raster. - Dữ liệu thuộc tính có thể được lưu trữ liên kết với các bảng thuộc tính của đối tượng không gian hoặc ở dạng bảng độc lập và chỉ kết nối vào bảng thuộc tính của đối tượng không gian tạo thành dữ liệu địa lý khi cần thiết. Cấu trúc Raster Cấu trúc Vector Cung x,y x,y Hàng x,y Nút x,y x,y x,y Cột Pixel 1/18/2016 11:42 AM 73
- Mô hình vector biểu diễn các đối tượng địa lý trên mặt đất bằng những điểm, đường, vùng trong mặt phẳng tọa độ Descartes. - Điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x,y) - Đường được tuyến tính hóa từng đoạn, biểu diễn bằng một chuỗi các cặp tọa độ (xi,yi) - Vùng được xác định bởi một vùng khép kín và biểu diễn bằng một chuỗi các cặp tọa độ (xi,yi) có điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. - Mô hình raster biểu diễn các đối tượng không gian bằng các ô lưới hình vuông (hoặc hình chữ nhật) có kích thước bằng nhau gọi là pixel. Vị trí pixel được xác định bằng tọa độ (x,y) là số thứ tự của hàng, cột của pixel. 1/18/2016 11:42 AM 74
- Dữ liệu lưu trữ trong một hệ thống thông tin địa lý được truy vấn theo hai phương thức: 1) Truy vấn theo các đối tượng không gian. 2) Truy vần theo các giá trị thuộc tính. 1/18/2016 11:42 AM 75
Phân tích trong GIS Phân tích trong dữ liệu GIS được chia thành hai loại như sau: - Phân tích trên dữ liệu thuộc tính: các phân tích này liên quan đến các phân tích thống kê, các truy vấn được thực hiện trên dữ liệu thuộc tính trong cơ sở dữ liệu GIS và không liên quan đến dữ liệu không gian. - Phân tích trên dữ liệu không gian: các phân tích này liên quan đến các phép toán chỉ có thể được thực hiện trên các vị trí, các đối tượng trên bản đồ. 1/18/2016 11:42 AM 76
Hiển thị dữ liệu Hiển thị thông tin địa lý sau các quá trình truy vấn, phân tích, cập nhật dữ liệu là một chức năng quan trọng và là một thế mạnh của GIS. Trong GIS, thông tin địa lý có thể biên tập tùy ý theo người sử dụng. Tuy nhiên, trong quá trình biên tập các ký tự, các biểu mẫu phải gần gũi và dễ hiểu với con người và tuân theo các chuẩn quy định. 1/18/2016 11:42 AM 77
7. Khuynh hướng phát triển GIS Khuynh hướng phát triển về lý thuyết Phương pháp biểu diễn dữ liệu không gian trong các hệ thống thông tin địa lý, Sự liên quan giữa các loại dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và dữ liệu thời gian. Mối quan hệ các bài toán phân tích không gian theo thời gian thực. Phân tích thống kê dữ liệu không gian. Thiết kế mô hình dữ liệu và cấu trúc dữ liệu thích hợp. Nghiên cứu phương pháp và kỹ thuật thiết kế cơ sở dữ liệu không gian. Giáo dục và huấn luyện kỹ thuật sử dụng GIS. Nghiên cứu đầy đủ hơn về công nghệ bản đồ, truyền thông bản đồ 1/18/2016 11:42 AM . 78
Khuynh hướng phát triển phần mềm · Hệ quản trị CSDL · GIS với kỹ thuật đa môi trường (multimedia): tích hợp biểu diễn thông tin với các dạng dữ liệu khác nhau như hình ảnh, âm thanh, chữ viết là thích hợp để trình diễn các hệ thống thông tin địa lý phục vụ giảng dạy các môn học có liên quan đến thông tin không gian, đánh giá tác động môi trường, theo dõi diễn biến môi trường , mô phỏng các tiến trình địa lý - địa chất 1/18/2016 11:42 AM 79
Khuynh hướng phát triển phần mềm · GIS thông minh: tìm ra những cách tốt hơn để mô tả tính bất thường của thế giới thực và những phương pháp mới để làm việc với các suy đoán không chính xác, những suy đoán của con người. Áp dụng các kỹ thuật thông minh nhân tạo như logic mờ, hệ chuyên gia, mạng nơ-ron. Xử lý ngôn ngữ tự nhiên cũng có thể được phát triển trong GIS để tăng khả năng giao tiếp với người sử dụng. · Mô phỏng và trợ giúp quyết định: Xác định những hệ thống thông tin địa lý thời gian thực. Đặc biệt, dự báo trong nhiều lĩnh vực khác nhau là bài toán được quan tâm trong các hệ thống thông tin địa lý trong thời gian tới. 1/18/2016 11:42 AM 80
Khuynh hướng phát triển ứng dụng · Phát triển ứng dụng phục vụ mục đích cụ thể trong một lĩnh vực nào đó. 1/18/2016 11:42 AM 81
II. Một số bài toán phân tích không gian đơn giản trong ArcView • Arcview 1/18/2016 11:42 AM 82
Một số bài toán phân tích không gian đơn giản trong ArcView 1. Tìm các đối tượng gần các đối tượng khác Giả sử có một lớp chứa vị trí các nhà máy và lớp khác chứa các vị trí các trường học, tìm tất cả các trường học bị ảnh hưởng bởi nhà máy trong vòng bán kính 1km. 2. Tìm những đối tượng nằm trong một vùng của lớp khác Ta có hai lớp riêng biệt là chủ đề về vị trí` các nhà máy và chủ đề về vùng hành chính huyện/thành phố. Chọn những nhà máy nằm bên trong một huyện nào đó để xem thông tin về chúng. 3. Tìm những đối tượng bị phân cắt bởi các đối tượng khác Tìm kiếm những huyện Liên tỉnh lộ 30 đi qua 1/18/2016 11:42 AM 83
Một số bài toán phân tích không gian đơn giản trong ArcView 4. Tìm các vị trí thích hợp để xây dựng một trường học tại huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Nai ! Các khu vực tốt nhất phải thoả mãn điều kiện:  Cách đường Liên tỉnh lộ 30 tối đa là 5km. Tìm Liên tỉnh lộ 30 (lớp dgt) Tạo vùng đệm 5km  Là đất ruộng lúa, lúa màu Tìm đất ruộng lúa, lúa màu (lớp sdd)  Thuộc Huyện Hoà Bình Tìm Huyện Hoà Bình (lớp huyen) 1/18/2016 11:42 AM 84 Trở lại slide: GIS có thể làm điều gì?
Chương 2. CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 3. MỘT VÀI HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 4. CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 6. NHỮNG HỆ TỌA ĐỘ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 1/18/2016 11:42 AM 85
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Thông tin địa lý là thông tin về thuộc tính và vị trí của các đối tượng trên bề mặt trái đất. Để có thông tin về vị trí của các đối tượng trên bề mặt trái đất người ta tiến hành lập mô hình biểu diễn trái dất và xác lập một hệ tọa độ trên đó. Vị trí của đối tượng trến trái đất hoàn toàn được xác định thông qua các giá trị tọa độ trong hệ tọa độ xác lập trên đó. 1/18/2016 11:42 AM 86
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.1. Mô hình Geoid Geoid là một mặt toán học xấp xỉ tốt nhất dạng hình học thực của trái đất . Geoid được định nghĩa như sau: - Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh, trải rộng xuyên qua các lục địa tạo thành một mặt cong khép kín, pháp tuyến tại mỗi điểm thuộc bề mặt geoid luôn luôn trùng với phương của dây dọi đi qua điểm đó. - Phương dây dọi là phương của trong lực tác dụng lên chất đểm tại vị trí cần khảo sát. 1/18/2016 11:42 AM 87
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.1. Mô hình Geoid Geoid là một bề mặt phức tạp và không thể biểu diễn bằng các phương trình toán học. Một mô hình Geoid là một định nghĩa toán học mô tả sự khác nhau độ cao WGS-84 và độ cao địa phương so với mực nước biển trung bình (MSL: mean sea level). Geoid là một bề mặt đẳng trọng lực xấp xỉ mực nước biển trung bình. Mô hình Geoid hay một tập tin lưới Geoid là một mô tả độ phân cách giữa hai bề mặt Geoid và ellipsoid. 1/18/2016 11:42 AM 88
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.1. Mô hình Geoid Giá trị dộ phân cách giữa Geoid và Ellipsoid (N) trong mô hình Geoid. Bề mặt trái đất H h Geoid N Ellipsoid 1/18/2016 11:42 AM 89
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Trong hệ tọa độ địa lý, kích thước và hình dạng bề mặt của bề mặt trái đất được xấp xỉ bởi một mặt cầu (sphere) hoặc phỏng cầu (spheroid hoặc Ellipsoid). Mặt cầu phù hợp với các bản đồ tỷ lệ nhỏ hơn 1:5.000.000. Các bản đồ tỷ lệ > 1:1000.000, để đảm bảo độ chính xác mặt cầu được thay thế bằng mặt Ellipsoid. 1/18/2016 11:42 AM 90
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Mặt ellipsoid là một mô hình toán học của trái đất, được thành lập khi quay một ellipse xung quanh trục nhỏ của nó. Trong mô hình xấp xỉ, trục nhỏ của Ellipsoid trùng với trục cực của trái đất (trục quay của trái đất) và trục lớn chính là trục xích đạo. 1/18/2016 11:42 AM 91
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Ellipsoid được hình thành trên cơ sở một Ellipse. Kích thước một Ellipse được xác định qua chiều dài hai bán trục của nó. Trục phụ Trục chính Bán trục chính Bán trục phụ 1/18/2016 11:42 AM 92
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Ellipsoid cũng được xác định thông qua độ dài bán trục lớn (a) và bán trục nhỏ (b) hoặc trục lớn a và độ dẹt f (hoặc 1/f). Độ dẹt biểu diễn sự khác nhau về chiều dài giữa hai bán trụ: f=(a-b)/a Độ dẹt của trái đất vào khoảng xấp xỉ 0.00335. 1/18/2016 11:42 AM 93
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Các bán trục của Ellipsoid Trục cực (Bán trục chính) Trục xích đạo (Bán trục phụ) 1/18/2016 11:42 AM 94
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.2. Mô hình Ellipsoid Kích thước một Ellipsoid tiêu biểu cho mô hình biểu diễn trái đất: a = 6378137.0 m và 1/f = 298.257223563 Ngoài ra, kích thước Ellipsoid còn được xác định qua độ dài trục chính a và độ lệch tâm sai e: a2 b2 e2 a2 1/18/2016 11:42 AM 95
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.3. Xây dựng mô hình Ellipsoid Mối quan hệ giữa trái đất và mô hình biểu diễn Hệ tọa độ địa phương ùBề mặt Trái đất Bề mặt ellipsoid địa phương Hệ tọa độ quốc tế Bề mặt ellipsoid quốc tế 1/18/2016 11:42 AM 96
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.3. Xây dựng mô hình biểu diễn trái đất Trong lĩnh vực trắc địa bề mặt trái đất được thay thế bằng mặt geoid. Tuy nhiên, Geoid là mộ bề mặt bất quy tắc về mặt toán học. Trong thực tiễn của khoa học trắc địa và bản đồ người ta lấy mặt ellipsoid có hình dạng và kích thước gần giống geoid làm mô hình toán học biểu diễn trái đất. 1/18/2016 11:42 AM 97
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 2. MÔ HÌNH HÌNH HỌC BIỂU DIỄN TRÁI ĐẤT 2.3. Xây dựng mô hình biểu diễn trái đất Mặt ellipsoid đặc trưng cho trái đất là một mặt toán học thoả 3 điều kiện sau: - Tâm điểm của Ellipsoid trùng với trọng tâm của Trái đất và mặt xích đạo của Ellipsoid trùng với mặt xích đạo của Trái đất. - Khối lượng của Ellipsoid bằng khối lượng của Trái đất. - Tổng bình phương các chênh cao  giữa mặt Ellipsoid và Geoid là nhỏ nhất. n 2 lim   i min n i 1 1/18/2016 11:42 AM 98
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.1. Vài nét về hệ tọa độ địa lý Một hệ toạ độ địa lý (GCS Geographic Coordinate System) xác định toạ độ của các vị trí trên trái đất là một hệ thống bao gồm một ellipsoid quy chiếu và một hệ toạ độ xác lập trên đó. Ngoài ra, hệ tọa độ địa lý còn có thêm hệ đơn vị cho góc đo và một kinh tuyến gốc 1/18/2016 11:42 AM 99
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.1. Vài nét về hệ tọa độ địa lý Một đối tượng được tham chiếu bởi giá trị kinh tuyến và vĩ tuyến được tính theo Rdian. Các giá trị kinh độ và vĩ độ là các góc đo từ trọng tâm trái đất đến một điểm trên bế mặt trái đất. Hệ thống các đường vĩ tuyến (Đông tây) và các đường kinh tuyến (Bắc-Nam) gọi là lưới địa lý. 1/18/2016 11:42 AM 100
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.1. Vài nét về hệ tọa độ địa lý Các đường kinh-vĩ Đường xích đạo Kinh tuyến gốc a) Các đường vĩ độ b) Các đường kinh độ 1/18/2016 11:42 AM 101
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.1. Vài nét về hệ tọa độ địa lý Khi một spheroid xấp xỉ hình dạng của trái đất, hệ toạ độ đặt trên đó xác định vị trí của spheroid đối với tâm trái đất. Một hệ toạ độ cung cấp một khung tham chiếu để đo các vị trí trên bề mặt trái đất. Nó định nghĩa gốc và hướng của các đường kinh tuyến vĩ tuyến. Một hệ toạ độ sử dụng trọng tâm khối lượng của trái đất làm vị trí gốc toạ độ được gọi là hệ toạ độ địa tâm. 1/18/2016 11:42 AM 102
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.1. Vài nét về hệ tọa độ địa lý Hệ toạ độ địa phương xác lập các thông số ellipsoid quy chiếu và các tham số định vị tương ứng để đạt được sự phù hợp nhất với bề mặt trái đất tại địa phương đang xét. Ellipsoid, mỗi địa phương sử dụng, được gọi là ellipsoid quy chiếu địa phương. WGS-84 (World Geodetic System of 1984) là một hệ tọa độ chuẩn quốc tế và có giá trị sử dụng trên nhiều quốc gia. 1/18/2016 11:42 AM 103
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ trắc địa (hay còn gọi là hệ tọa độ địa lý). - Hệ toạ độ địa lý là một hệ toạ độ cầu, trong đó vị trí của điểm Q trên mặt cầu được xác định bởi kinh độ địa lý  và vĩ độ địa lý . - Kinh độ địa lý là góc nhị diện giữa hai mặt phẳng: một mặt phẳng chứa kinh tuyến gốc đi qua đài thiên văn Greenwich và một mặt phẳng chứa kinh tuyến đi qua điểm Q, nhận giá trị từ 0o đến 180o sang hai phía Đông và Tây. - Vĩ độ địa lý là góc giữa pháp tuyến của ellipsoid tại Q và mặt phẳng xích đạo, nhận giá trị từ 0o đến 90o về hai cực Bắc và Nam 1/18/2016 11:42 AM 104
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ trắc địa (hay còn gọi là hệ tọa độ địa lý). Z Lưới địa lý Q X   Y 1/18/2016 11:42 AM 105
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ thiên văn - Hệ toạ độ thiên văn tương tự hệ toạ độ trắc địa nhưng các giá trị kinh độ và vĩ độ thì lấy theo phương dây dọi làm chuẩn (hệ toạ độ trắc địa thì lấy phương pháp tuyến làm chuẩn) - Để chuyển đổi các kinh độ, vĩ độ từ hệ toạ độ thiên văn sang hệ toạ độ trắc địa cần phải cộng thêm các thông số hiệu chỉnh do độ lệch của dây dọi so với phương pháp tuyến. 1/18/2016 11:42 AM 106
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ địa tâm - Hệ toạ độ địa tâm cũng tương tự như hệ toạ độ địa lý nhưng lấy đường thẳng hướng tâm làm cơ sở để xác định vĩ độ. - Vị trí của điểm Q trên mặt cầu được xác định bởi kinh độ địa tâm c và vĩ độ địa tâm c . - Giá trị kinh độ địa tâm bằng kinh độ địa lý ( = c), nhưng vĩ độ địa tâm thì khác vĩ độ địa lý. - Biểu thức quan hệ giữa vĩ độ địa tâm và vĩ độ địa lý như sau: Sin( - c) = e2.Sin .Cos 1/18/2016 11:42 AM 107
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ không gian 3 chiều - Hệ toạ độ không gian 3 chiều là hệ toạ độ Descartes vuông góc ba chiều. - Hệ tọa độ này nhận tâm ellipsoid làm gốc, trục nhỏ của của ellipsoid quy chiếu làm trục Z, giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich và mặt xích đạo làm trục X và trục Y được xác định theo quy tắc bàn tay trái. 1/18/2016 11:42 AM 108
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 3. CÁC HỆ TỌA ĐỘ THƯỜNG GẶP 3.2. Các hệ tọa độ thường gặp Hệ tọa độ không gian 3 chiều Kinh tuyến gốc Z + M(X,Y,Z) 0,0,0 Y Xính đạo X 1/18/2016 11:42 AM 109
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.1. Chuyển từ hệ toạ độ không gian sang hệ toạ độ trắc địa Hệ tọa độ không gian ba chiều đặt trên trái đất còn được gọi tắt là hệ tọa độ ECEF (Earth- Center –Earth-Fixed). Vị trí của một điểm trong hệ tọa độ không gian được xác định thông qua 3 giá trị tọa độ (X,Y,Z). (, , H) là tọa độ xác định một điểm trong hệ tọa độ trắc địa, trong đó  là vĩ độ trắc địa,  là kinh độ trắc địa, H là chiều cao so với mặt ellipsoid. 1/18/2016 11:42 AM 110
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.1. Chuyển từ hệ toạ độ không gian sang hệ toạ độ trắc địa Một số hệ số sử dụng trong các công thức chuyển đổi: a2 b2 e2 2f f 2 a2 a N 1 e2sin 2 () Trong đó: - e, f, a lần lượt là tâm sai, độ dẹt và bán trục lớn của Ellipsoid. - N được gọi là bán kính cung pháp thứ nhất của Ellipsoid. 1/18/2016 11:42 AM 111
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.1. Chuyển từ hệ toạ độ không gian sang hệ toạ độ trắc địa Công chức biểu diễn mối liện hệ giữa hệ tọa độ không gian (X,Y,Z) và hệ tọa độ địa lý (, , H): X (N H).cos().cos() Y (N H).cos().sin() Z N 1 e2 Hsin() 1/18/2016 11:42 AM 112
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.1. Chuyển từ hệ toạ độ không gian sang hệ toạ độ trắc địa Xác định (, ) bằng các thủ tục lặp: Z 1 2  tan 1 e X2 Y2 Lặp: Z e2N.sin() 1  tan X2 Y2 X  tan 1 1/18/2016 11:42 AM Y 113
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.1. Chuyển từ hệ toạ độ không gian sang hệ toạ độ trắc địa Xác định giá trị độ cao H: - Nếu 450 S 450 N hoặc  < 450 S: Z H N(1 e2 ) sin() 1/18/2016 11:42 AM 114
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 3 tham số Z’ Z O’ Y’ X’ x, y, z Y O X 1/18/2016 11:42 AM 115
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 3 tham số - Phương pháp chuyển đổi 3 tham số là một phép dịch chuyển tịnh tiến địa tâm. - Ba tham số ( x, y, z) là độ dịch chuyển giữa hai hệ tọa độ không gian theo 3 trục X, Y, Z. X X X' Y Y Y' Z Z Z' 1/18/2016 11:42 AM 116
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 3 tham số - Phương pháp chuyển đổi 3 tham số giả thiết hai hệ tọa độ có các trục tương ứng song song với nhau. - Phương pháp chuyển đổi 3 tham số là một phương pháp chuyển đổi đơn giản. Tuy nhiên phương pháp này có độ chính xác không cao. 1/18/2016 11:42 AM 117
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 5 tham số-phương pháp Molodensky - Phương pháp Molodensky chuyển đổi trực tiếp giữa hai hệ thống toạ độ địa lý (, , H) mà không cần chuyển sang một hệ toạ độ không gian 3D (X, Y, Z). - Phương pháp Molodensky yêu cầu 3 tham số tịnh tiến gốc toạ độ ( x, y, z), chênh lệch giữa hai bán trục lớn a và chênh lệch độ dẹt f của hai ellipsoids qui chiếu. 1/18/2016 11:42 AM 118
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 5 tham số-Phương pháp Molodensky - Hệ thức chuyển đổi: Gọi , , h lần lượt tương ứng là gia số vĩ độ, kinh độ, cao độ khi chuyển đổi từ hệ toạ độ cũ sang hệ toạ độ mới. Gọi M là bán kính cong của vòng kinh tuyến tại một điểm cho trước: a 1 e2 M 3 2 2 2 1/18/2016 11:42 AM 1 e Sin  119
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 5 tham số-Phương pháp Molodensky - Hệ thức chuyển đổi: (M h) sin cos  X sin sin  Y e2 sin cos cos Z 1 a (1 e2 sin 2  ) 2 a b sin cos (M N ) f b a 1/18/2016 11:42 AM 120
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Phương pháp chuyển đổi 5 tham số-Phương pháp Molodensky - Hệ thức chuyển đổi: h (N h) cos  sin  X cos  Y h cos cos  X cos sin  Y 1 sin Z (1 e2 sin 2 ) 2 a a(1 f ) 2 2 2 sin f 1/18/2016 11:42 AM (1 e sin ) 121
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Chuyển đổi bảy tham số - Đây là phương pháp chuyển đổi phức tạp và có độ chính xác cao hơn được thiết lập nhờ thêm vào một chuyển đổi địa tâm 4 tham số. - Bảy tham số chuyển đổi bao gồm 3 tham số dịch tuyến tính ( x, y, z), ba tham số quay góc quanh mỗi trục (, , ), và một hệ số tỷ lệ (s). 1/18/2016 11:42 AM 122
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Chuyển đổi bảy tham số - Hệ thức chuyển đổi. Từ công thức chuyển đổi của Bursa-Wolf: X = T + kRX’ Trong đó: X’: ma trận tọa độ (X, Y, Z) trong hệ tọa độ ECEF. k: hệ số tỷ lệ giữa hai hệ tọa độ không gian. R: ma trận quay. 1/18/2016 11:42 AM 123
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Chuyển đổi bảy tham số - Hệ thức chuyển đổi. lx mx nx R l m n y y y lz mz nz Trong đó: li, mi, ni : Cos góc định hướng của các trục Ox, Oy, Oz của hệ tọa độ O’x’y’z’ trong hệ tọa độ Oxyz. 1/18/2016 11:42 AM 124
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI HỆ TỌA ĐỘ 4.2. Chuyển đổi giữa các hệ tọa độ không gian Chuyển đổi bảy tham số] - Hệ thức chuyển đổi. Xác lập công thức Molodensky mở rộng: X X 1 s   X ' Y Y  1 s  Y ' Z Z   1 s Z ' 1/18/2016 11:42 AM 125
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.1. Khái quát Phép chiếu bản đồ là một quá trình chuyển đổi vị trí trên mặt cong của trái đất với các tọa độ địa lý (, ) sang tọa độ phẳng (x, y). Có hơn 400 phép chiếu bản đồ được đưa ra và được phân lớp theo các thông số sau: - Mặt phẳng chiếu: mặt phẳng (perspective), hình nón (conical), hình trụ (cylindrical). - Hướng: bình thường (Normal), ngang (transverse ), nghiêng (oblique). - Đặc tính: đồng góc (conformality), tương tương (equivalent), khoảng 1/18/2016 11:42cách AM bằng nhau (equidistance). 126
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.1. Khái quát Biểu diễn theo toán học: Chiếu bản đồ A( ,) A’(x,y) Phương trình chung mô tả phép chiếu: x = f1 ( ,) y = f2 ( ,) 1/18/2016 11:42 AM 127
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.1. Khái quát Biểu diễn đối tượng trên bản đồ Mặt toán học biểu diễn trái đất 1 (Ellipsesoid) Mặt toán học biểu điễn trái 2 đất thu nhỏ theo tỷ lệ 3 Mặt phẳng bản đồ. 1 Chiếu thẳng góc mặt toán học 2 Thu nhỏ theo tỉ lệ bản đồ cần vẽ 3 Chiếu xuống mặt phẳng 1/18/2016 11:42 AM bản đồ 128
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.1. Khái quát Hệ tọa độ chiếu là hệ tọa độ phẳng. Vị trí trên đó được xác định bằng cặp tọa độ (x,y). Y Y>0 Y>0 X 0 (0,0) X Y 0 1/18/2016 11:42 AM 129
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phân loại theo mặt phẳng chiếu: - Mặt phẳng (perspective), - Hình nón (conical), - Hình trụ (cylindrical). Phân loại theo mặt phẳng chiếu: - Bình thường (Normal), - Ngang (transverse ), - Nghiêng (oblique). Phân loại theo đặc tính - Đồng góc (conformality) (Equal angle) - Tương tương (equivalent) 1/18/2016 11:42- Đồng AM khoảng cách (equidistance) 130
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phép chiếu phẳng - Phép chiếu phẳng được phân loại dựa trên tâm chiếu (projection center) hoặc điểm nhìn (viewpoint). Gnomonic Stereo graphic External Ortho graphic Photographic - Một trong những phép chiếu phẳng phổ biến nhất là phép chiếu Stereo cực với mặt phẳng chiếu cắt trục Bắc hoặc Nam và tâm chiếu là 1/18/2016 11:42cực AM còn lại. 131
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phép chiếu hình nón - Phép chiếu hình nón được phân loại dựa theo hướng chiếu cũng như kích thước hình nón. Phân loại heo hướng chiếu: Bình thường Ngang Nghiêng 1/18/2016 11:42 AM 132
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phép chiếu hình nón Phân loại dựa theo kích thước hình nón: Cắt Bên trong (inside) Tiếp xúc (Tangent) (secant) 1/18/2016 11:42 AM 133
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phép chiếu hình trụ - Phép chiếu hình trụ được phân loại dựa theo các trường hợp như với phép chiếu hình nón. Phân loại theo hướng chiếu: Bình thường Ngang Nghiêng 1/18/2016 11:42 AM 134
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.2. Phân loại phép chiếu Phép chiếu hình trụ - Phép chiếu hình trụ được phân loại dựa theo các trường hợp như với phép chiếu hình nón. Phân loại theo kích thước hình trụ Bên trong (inside) Cắt Tiếp xúc (Tangent) (secant) 1/18/2016 11:42 AM 135
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới bản đồ được thành lập trên cơ sở phép chiếu bản đồ. Lưới chiếu bản đồ là một biểu diễn của lưới kinh vĩ tuyến lên bản đồ theo một phép chiếu cụ thể. 1/18/2016 11:42 AM 136
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Phép chiếu hình trụ được sử dụng phổ biến trong việc xây dựng các bản đồ địa hình tỉ lệ trung bình và tỉ lệ lớn. UTM (Universal Transverse Mercator) là lưới chiếu hình trụ phổ biến nhất với một trục nằm ngang, hình trụ cắt và đồng góc (conformality). UTM thường được sử dụng cho bản đồ địa hình trong đó trái đất được chia thành 60 múi với bề rộng 6 độ kinh tuyến. 1/18/2016 11:42 AM 137
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Đầu thế kỷ XIX, nhà toán học K.F.Gauss (Đức) công bố lí thuyết về phép chiếu đồng góc sau đó L.Kruger đã cụ thể hoá và tìm ra công thức cho cho lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc vào năm 1912. - Lưới chiếu này được sử dụng ở nước ta để tính toạ độ phẳng cho các điểm khống chế trắc địa và chia mảnh hệ thống bản đồ cơ bản nhà nước theo hệ toạ độ Gauss. - Bản chất của lưới chiếu Gauss-Kruger chính là hệ thức xác định mối liên hệ giữa toạ độ địa lý của các điểm trên bề mặt Ellipsoid và toạ độ vuông góc phẳng tương ứng trên mặt phẳng bản đồ. 1/18/2016 11:42 AM 138
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Hình trụ chiếu nằm ngang, có trục nằm trên mặt phẳng xích đạo và đi qua tâm Ellipsoid trái đất và tiếp xúc với mặt này theo một đường kinh tuyến. - Kinh tuyến tiếp xúc không bị sai số trong lưới chiếu. Các đường kinh tuyến nằm phía Đông và Tây kinh tuyến tiếp xúc sẽ bị lệch khi chiếu lên mặt phẳng bản đồ. 1/18/2016 11:42 AM 139
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger P E’ E P’ 1/18/2016 11:42 AM 140
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Các vị trí nằm càng xa kinh tuyến trung ương thì sai số càng lớn dần, nhằm giảm sai số theo yêu cầu về độ chính xác người ta chia mặt Ellipsoid trái đất ra làm nhiều múi kinh tuyến. - Bề mặt Ellipsoid trái đất được chia làm cả thảy 60 múi nhị giác cầu. Khi được căng ra mặt phẳng thì mỗi nhị giác cầu trở thành nhị giác phẳng được giới hạn bởi 2 cung kinh tuyến biên. 1/18/2016 11:42 AM 141
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Kinh tuyến tiếp tuyến của mỗi múi được gọi là kinh tuyến trung ương (kinh tuyến giữa) của múi chiếu. Khi chiếu lên mặt phẳng, kinh tuyến này nằm trên một đường thẳng và không có sai số độ dài, đường thẳng này được chọn làm trục tọa độ X của nhị giác phẳng - Xích đạo trong mỗi múi cũng nằm trên một đường thẳng trên mặt phẳng chiếu, thẳng góc với trục X, và được chọn làm trục Y. - Hai đường thẳng X và Y chính là hai trục toạ độ phẳng vuông góc trên toàn bộ múi chiếu. 1/18/2016 11:42 AM 142
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger Kinh tuyến gốc 1 2 3 Kinh tuyến giữa 0 60 120 30 90 Xích đạo 1/18/2016 11:42 AM 143
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Mỗi múi có một hệ thống toạ độ riêng, được biểu thị trực tiếp lên mặt phẳng bảo toàn góc chiếu và đồng diện tích. - Ở mỗi múi các kinh tuyến khác có dạng cung hội tụ ở cực. Các vĩ tuyến là những đường cắt vuông góc với kinh tuyến. - Độ cong của các kinh - vĩ tuyến ở mỗi mảnh bản đồ cơ bản nhà nước là không đáng kể. 1/18/2016 11:42 AM 144
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Nước ta ở vùng vĩ độ thấp. Độ cong chỉ bắt đầu nhận thấy trên tờ bản đồ cơ bản tỉ lệ 1/200 000 và nhỏ hơn. Ở tất cả các mảnh bản đồ tỉ lệ lớn hơn 1/200 000 các đường cong kinh tuyến và vĩ tuyến đều là đường thẳng. - Trong cùng một múi tất cả các mảnh bản đồ cùng tỉ lệ có thể ghép lại với nhau được mà không bị đứt quãng hay chồng chéo nhau. 1/18/2016 11:42 AM 145
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss –Kruger - Lãnh thổ nước ta nằm trong phạm vi 4 múi: múi thứ 47, 48, 49, và 50 với các kinh tuyến trung ương là 990, 1050, 1110, và 1170. Phần đất liền hầu hết nằm ở múi thứ 48 và 49. - Toạ độ lưới km trên bản đồ theo phép chiếu Gauss được ghi lại trên khung bản đồ địa hình. - Hệ thống lưới toạ độ vuông góc (toạ độ ô vuông), lưới km trong mỗi múi tính từ kinh tuyến giữa về phía đông được vẽ trên bản đồ không chỉ hạn chế đến độ rộng là 30 (trong múi 60) mà đến 3030’ để có độ phủ là 30’ở vùng ven của múi kề. 1/18/2016 11:42 AM 146
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu UTM - Lưới chiếu UTM cũng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc nhưng hình trụ chiếu không tiếp xúc với mặt Ellipsoid tại kinh tuyến trung ương mà cắt theo hai cát tuyến cách đều kinh tuyến trung ương 180 km về 2 phía. - Tỉ lệ chiều dài không đổi trên 2 vòng cát tuyến, còn tỉ lệ chiều dài trên kinh tuyến trục là m=0,9996. - Ưu điểm của lưới chiếu UTM so với lưới chiếu Gauss là sai số biến dạng tại biên các múi chiếu được giảm bớt và phân bố đều trong phạm vi 60. 1/18/2016 11:42 AM 147
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu UTM - Trong hệ toạ độ phẳng UTM cũng quy ước chuyển trục x về bên trái cách kinh tuyến trục 500 km. - Trị số toạ độ x của gốc toạ độ được quy định khác nhau cho Bắc và Nam bán cầu. Trị số này ở Bắc bán cầu vẫn là 0 như hệ toạ độ Gauss, ở Nam bán cầu là 10 000 km. - Nước ta nằm ở bắc bán cầu nên toạ độ của gốc toạ độ sẽ là Y=500 km và X=0.9 1/18/2016 11:42 AM 148
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.3. Một số lưới chiếu bản đồ thường gặp Lưới chiếu UTM X Kinh tuyến giữa Kinh tuyến giữa 180km 180km Xích đạo 500km 0km 1/18/2016 11:42 AM 149
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.4. Hệ thức toán trong các lưới chiếu hình trụ ngang Phép chiếu hình trụ ngang được sử dụng ở Việt Nam và phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới. Phần sau đề cập đến hệ thức toán học xác lập mối liên hệ giữa hệ tọa độ cầu và hệ tọa độ phẳng trên các lưới chiếu sử dụng phép hình trụ ngang này. 1/18/2016 11:42 AM 150
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.4. Hệ thức toán trong các lưới chiếu hình trụ ngang Đối với phép chiếu hình trụ ngang sử dụng lưới chiếu Gauss-Kruger và lưới chiếu UTM, công thức chuyển từ tọa độ trắc địa sang tọa độ chiếu: 2 4 6 8 x X 0 A2l A4l A6l A8l 1 3 5 7 y B1l B3l B5l B7l Trong đó, đối với mỗi một hệ toạ độ địa lý cụ thể ta cần xác định các hệ số Ai, Bi tương ứng. 1/18/2016 11:42 AM 151
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.5. Sai số trên bản đồ Gọi (x, y) là một điểm trên một đường tròn có bán kính vô cùng bé thuộc Ellipsoid và (x’,y’) là điểm tương ứng trên mặt phẳng chiếu. Do sự biến dạng của phép chiếu nên đoạn x’ và y’ sẽ bằng x và y nhân với tỷ lệ theo các hướng tương ứng là m và n. x’=mx y’=ny x' y' x , y m n 1/18/2016 11:42 AM 152
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.5. Sai số trên bản đồ Thay các giá trị x, y vào phương trình đường tròn ta được: 2 2 x' y' r 2 m n Bằng các phép biến đổi đơn giản biểu thức trên được viết lại như sau: 2 2 x' y' 1 mr nr 1/18/2016 11:42 AM 153
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 5. PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 5.5. Sai số trên bản đồ Phương trình trên là phương trình của một Ellipse. Trường hợp tổng quát, hình chiếu của đường tròn trên mặt ellipsoid hay trên mặt cầu là một Ellipse. Ellipse nay được gọi là Ellipse sai số hai Ellipse biến dạng. Hình dạng và kích thước của ellipse trong các phép chiếu khác nhau và tại các điểm khác nhau trên mặt lưới chiếu sẽ khác nhau vì có sự thay đổi tỷ lệ trên lưới chiếu. 1/18/2016 11:42 AM 154
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 6. CÁC HỆ TOẠ ĐỘ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 6.1. Hệ quy chiếu INDIAN54 - Ellipsoid quy chiếu: + Everest 1830 + a = 6377276.34518 + 1/f = 300.801725401854980 - Phép chiếu bản đồ: + UTM + múi chiếu 60 + k0 = 0.9996 1/18/2016 11:42 AM 155
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 6. CÁC HỆ TOẠ ĐỘ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 6.1. Hệ quy chiếu HN72 - Ellipsoid quy chiếu: + Krasovsky 1940 + a = 6378245 + 1/f = 298.300003166221870 - Phép chiếu bản đồ: + Gauss-Kruger + Múi chiếu 30 + k0 = 1 1/18/2016 11:42 AM 156
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 6. CÁC HỆ TOẠ ĐỘ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 6.1. Hệ quy chiếu VN2000 - Ellipsoid quy chiếu: + WGS 1984 + a = 6378137 + 1/f = 298.257222932869640 - Phép chiếu bản đồ: + UTM + múi chiếu 30 + k0 = 0.9999 1/18/2016 11:42 AM 157
CƠ SỞ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN 6. CÁC HỆ TOẠ ĐỘ SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 6.1. Hệ độ cao Sau giải phóng miền Nam, năm 1976 Cục Đo đạc – Bản đồ Nhà nước đã tiếp nhận tài liệu mạng lưới độ cao miền Nam lưu giữ tại Nha Địa dư Đà Lạt để đánh giá đưa vào sử dụng tạm thời. Mạng lưới độ cao hạng I, II miền Nam bao gồm 2.711Km đường hạng I và 1.443Km đường hạng II được tính theo Hệ Mũi Nai (Hà Tiên). Sau đó, toàn bộ độ cao đã được chuyển sang Hệ độ cao Hải Phòng – 1972 theo công thức hHP = hMN + 0.167m để sử dụng tạm thời. 1/18/2016 11:42 AM 158
Chương 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Giới thiệu 2. Đối tượng không gian 3. Mô hình dữ liệu không gian 4. Dữ liệu thuộc tính 5. Mô hình quan hệ 1/18/2016 11:42 AM 159
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Thế giới thực (các thực thể) được biểu diễn trong máy tính bằng những đối tượng không gian dưới dạng dữ liệu số (không gian và phi không). Thực thể không gian (spatial entity) được định nghĩa là những gì tồn tại trong thế giới thực. Đối tượng không gian (spatial object) là những thực thể không gian được biểu diễn trong máy tính số. 1/18/2016 11:42 AM 160
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Mô hình không gian là sự đơn giản hoá thế giới thực, là tập những phần tử biểu diễn các thực thể không gian trong thế giới thực. Mô hình dữ liệu không gian tương ứng với tập các nguyên tắc để chuyển thế giới thực thành các đối tượng không gian được miêu tả một cách Logic. 1/18/2016 11:42 AM 161
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Từ thế giới thực đến mô hình không gian và mô hình dữ liệu không gian. Mô hình Mô hình Thế giới thực không gian dữ liệu không chứa chứa gian chứa các các dữ liệu của các thực thể đối tượng đối tượng không gian không gian không gian 1/18/2016 11:42 AM 162
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Trong GIS, dữ liệu về các đối tượng không gian được biểu diễn dưới dạng nhị phân theo mô hình raster hoặc vector. Trong mô hình raster, các đối tượng không gian được chia thành những ô lưới bằng nhau gọi là điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh chỉ có một thuộc tính. Trong mô hình vector, các đối tượng không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng. 1/18/2016 11:42 AM 163
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian là phần tử của tập mô hình không gian tượng trưng cho các thực thể không gian trong thế giới thực. Trong hệ thống thông tin địa lý, mỗi thực thể không gian có thể được biểu diễn thành những đối tượng dạng điểm, đường, vùng, bề mặt hoặc khối. 1/18/2016 11:42 AM 164
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS a) Caùc ñoái töôïng daïng ñieåm nhö nhöõng ñòa vaät b) Các đối tượng dạng đường như tim ñaëc tröng trong caùc baûn ñoà tæ leä nhoû ñöôïc bieåu đường giao thông được biểu diễn dieãn trong khoâng gian 0-D trong không gian 1-D 1/18/2016 11:42 AM 165
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS c) Các đối tượng có dạng vùng d) Các đối tượng có dạng của phẳng như sông hồ được biểu một mặt cong bất kỳ như bề mặt diễn trong không gian 2-D địa hình, được biểu diễn trong không gian 2.5-D 1/18/2016 11:42 AM 166
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Biểu diễn các đối tượng không gian trong GIS e) Các đối tượng dạng hình khối như đường hầm, cầu vượt được biểu diễn trong không gian 3-D 1/18/2016 11:42 AM 167
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Mạng đường cũng có thể xem như những đối tượng không gian. Loại đối tượng mạng đường hầu như không có tầm quan trọng đối với các nhà địa chất học, nó chỉ được ứng dụng chủ yếu trong các mạng truyền thông như đường sắt, đường bộ, đường dây điện thoại, đường đây truyền tải điện, 1/18/2016 11:42 AM 168
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Trong thế giới thực, các thực thể không gian có thể liên tục trong không gian như nhiệt độ, độ ẩm, hoặc gián đoạn trong không gian như loại hình sử dụng đất, nhà ở, Các đối tượng không gian cũng có thể được nhóm theo hai loại khác nữa tùy theo chúng thuộc loại “tự nhiên” hay “phi tự nhiên”. Các đối tượng không gian tự nhiên tương ứng với các thực thể không gian rời rạc có thể nhận diện được trong thế giới thực. Các đối tượng phi tự nhiên là các thực thể được con người tạo ra như đường bao đất đai hay một pixel. 1/18/2016 11:42 AM 169
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian tự nhiên - Đối tượng không gian giới hạn theo mẫu (Sampling-Limited Spatial Objects) là những đối tượng biểu diễn các thực thể không gian tự nhiên mà thông tin về nó như hình dạng và kích thước được xác định bởi những thông tin tổng thể cho từng thực thể. - Đối tượng không gian giới hạn theo định nghĩa (Definition-Limited Spatial Objects) là những đối tượng biểu diễn các thực thể không gian tự nhiên mà những thông tin về nó đã được định nghĩa. 1/18/2016 11:42 AM 170
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Đối tượng không gian phi tự nhiên - Đối tượng không gian phi tự nhiên không đồng đều (Irregular Imposed Spatial Objects) là những đối tượng biểu diễn các thực thể không gian do con người đặt ra có hình dạng và kích thước không đồng đều.Ví dụ: vùng hành chánh. - Đối tượng không gian phi tự nhiên đồng đều (Regular Imposed Spatial Objects) là những đối tượng biểu diễn các thực thể không gian do con người đặt ra có hình dạng và kích thước giống nhau như các pixel trong một ảnh raster. . 1/18/2016 11:42 AM 171
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Phân loại các đối tượng không gian 400 300 200 100 a) Các đường đẳng cao là đối tượng b) Bản đồ mẫu điểm bao gồm những đối tượng không gian tự nhiên giới hạn theo không gian tự nhiên được giới hạn theo mẫu vì định nghĩa kích thước và hình dáng của đối tượng được xác định bởi mật độ mẫu 1/18/2016 11:42 AM 172
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Phân loại các đối tượng không gian 2 1 3 c) Một bản đồ hành chính bao gồm d) Một bản đồ khung lưới bao gồm những đối tượng không gian phi tự nhiên những đối tượng không gian phi tự không đồng đều nhiên đồng đều 1/18/2016 11:42 AM 173
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. ĐỐI TƯỢNG KHÔNG GIAN Phân loại các đối tượng không gian Đối tượng không gian Tự nhiên Phi tự nhiên Giới hạn Không Giới hạn Đồng đều mẫu định nghĩa đồng đều 1/18/2016 11:42 AM 174
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR Mô hình Raster rất thích hợp đối với việc chia nhỏ các biến liên tục theo không gian. Mô hình Raster được sử dụng cho các ảnh số; phân tích và xử lý ảnh số là những môn học tồn tại lâu dài với nhiều ứng dụng rộng rãi trong ảnh viễn thám, ảnh y học, 1/18/2016 11:42 AM 175
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR Mô hình Vector rất thích hợp cho việc vẽ bản đồ. Bàn số hóa sử dụng các nguyên lý xấp xỉ đường để tạo ra dữ liệu số ở dạng vector. Tuy nhiên, các cấu trúc dữ liệu cần thiết để lưu trữ dữ liệu Vector thường phức tạp hơn bản Raster của nó. Các giải thuật chồng lớp các bản đồ ở dạng Vector thường gặp nhiều khó khăn hơn. 1/18/2016 11:42 AM 176
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR Biểu diễn đối tượng trong mô hình Vector, Raster. a) Đường bao biểu diễn một đối b) Biểu diễn đối tượng vùng tương tự tượng vùng trong mô hình vector trong mô hình raster 1/18/2016 11:42 AM 177
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Mô hình raster chia nhỏ các biến liên tục trong không gian thành những ô nhỏ, gọi là điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh được xem như đồng nhất cùng một thuộc tính. Toàn thể không gian được biểu diễn như một ma trận của những điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi một con số. Mô hình raster áp dụng cho các đối tượng không gian phi tự nhiên đồng đều. 1/18/2016 11:42 AM 178
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Các đối tượng điểm được biểu diễn bằng các điểm ảnh đơn. Đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi các điểm ảnh liên tục. Đối tượng vùng trong mô hình raster có đường biên zic-zac tùy theo kích thước của điểm ảnh. 1/18/2016 11:42 AM 179
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. 1/18/2016 11:42 AM 180
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Biểu diễn đối tượng vùng bằng mô hình raster. 1 5 Bản đồ gốc 6 7 Lưới chồng lớp (grid overlay) Dòng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 2 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 Cột 3 1 1 1 1 6 6 5 5 5 5 4 1 1 1 1 6 6 5 5 5 5 Bản đồ dạng ô lưới 5 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 1/18/2016 11:42 AM 7 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 181 8 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7
1/18/2016 11:42 AM 182
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Độ phân giải không gian của Raster là kích thước của một pixel trên mặt đất. Dung lượng lưu trữ trong mô hình Raster phụ thuộc vào độ phân giải. Ví dụ: Với độ phân giải 100m, một vùng vuông 100km cần một raster có 1000 hàng và 1000 cột tương ứng với 1 triệu pixel và để có độ phân giải 10m thì cần 100triệu pixel. Nếu dùng 1byte để biểu diễn 1 pixel thì dung lượng cần thiết là 100MB. Mô hình Raster thường được biểu diễn với các cấu trúc có sử dụng các phương pháp nén dữ liệu để giảm bớt dung lượng lưu trữ. 1/18/2016 11:42 AM 183
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Mô hình raster có ưu điểm là các loại dữ liệu không gian khác nhau có thể chồng lớp với nhau mà không cần sử dụng các phép tính toán hình học phức tạp như việc chồng lớp bản đồ trong mô hình vector. Xử lý dữ liệu raster có hiệu quả đối với các thuật toán truy vấn lân cận, lọc không gian, chồng lớp của hai hoặc nhiều lớp dữ liệu. Tuy nhiên, xử lý raster lại không hiệu quả đối với các thuật toán tìm tất cả các pixel lân cận thuộc hoàn toàn về một đối tượng. 1/18/2016 11:42 AM 184
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.1. Mô hình Raster. Cách tổ chức mô hình raster phù hợp với các mô hình không gian liên tục, đặc biệt ở đó chỉ có một thuộc tính chỉ độ biến đổi không gian cao như dữ liệu trên các ảnh vệ tinh. Việc bố trí các pixel đều đặn trong một lưới đều là một điều kiện lý tưởng cho việc tính toán và biểu diễn độ dốc không gian. 1/18/2016 11:42 AM 185
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. Mô hình vector biểu diễn các đối tượng không gian theo ba dạng điểm, đường, vùng. Mô hình vector áp dụng cho: o Đối tượng không gian tự nhiên giới hạn theo mẫu o Đối tượng không gian tự nhiên giới hạn theo định nghĩa o Đối tượng không gian phi tự nhiên không đồng đều. 1/18/2016 11:42 AM 186
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. Các đối tượng đường được tuyến tính hóa bằng những đoạn thẳng (vector) được xác định bởi tọa độ hai điểm đầu và cuối gọi là các “đỉnh” (vertex). Khi các Vertex càng gần nhau thì đối tượng được biểu diễn càng chính xác. Cấu trúc lưu trữ dữ liệu trong mô hình vector phức tạp hơn mô hình raster và việc xây dựng các thuật toán chồng lớp bản đồ trong mô hình vector cũng phức tạp hơn. Dữ liệu vector khi hiển thị trên màn hình hoặc máy vẽ đều được chuyển sang cấu trúc raster. 1/18/2016 11:42 AM 187
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. Biểu diễn đối tượng không gian bằng mô hình vector. Bản đồ gốc 3 16 42 Y Bản đồ được biểu 3 16 diễn trong hệ tọa 42 độ đềcát X ÑOÁI TÖÔÏNG VÒ TRÍ Ñieåm 3 X,Y Ñöôøng 16 X1Y1, X2Y2, , XnYn 1/18/2016 11:42 AM Vuøng 42 X1Y1, X2Y2, , X1Y1 188
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 1/18/2016 11:42 AM 189
1/18/2016 11:42 AM 190
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.1. Mô hình “sợi bún” (spaghetti). Điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x,y). Đường được tuyến tính hóa từng đoạn, biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xi,yi). Vùng được xác định bởi một đường khép kín và được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xi,yi) có tọa độ đầu và tọa độ cuối trùng nhau. 1/18/2016 11:42 AM 191
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.1. Mô hình “sợi bún” (spaghetti). Bảng tọa độ (xi,yi) được lưu trữ như là thuộc tính không gian của các đối tượng. Mô hình sợi bún dễ làm phát sinh những vùng trống hoặc chồng lấn tại biên của hai vùng kề nhau vì mỗi vùng đều có đường biên riêng tại ranh giới này. Mô hình sợi bún không thể biểu diễn các đối tượng vùng trong vùng, nghĩa là có thể xảy ra trường hợp một điểm thuộc hai vùng khác nhau về thuộc tính. 1/18/2016 11:42 AM 192
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. ??? 3.2.1. Mô hình “sợi bún” (spaghetti). Bảng các giá trị Tọa độ (x,y) Các đỉnh Mô hình sợi bún (spaghetti), đối tượng đường được xác định bằng các đỉnh mà vị trí không gian được ghi lại trong các bảng tọa độ. 1/18/2016 11:42 AM 193
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.1. Mô hình “sợi bún” (spaghetti). Chiếm nhiều dung lượng đĩa cứng. Không thuận lợi trong các phép phân tích ranh giới chung của hai vùng, chồng lớp và phân tích mạng. ! Phần mềm GIS MapInfo (Mỹ) và DolGIS (Việt Nam) sử dụng mô hình dữ liệu kiểu vector spaghetti. 1/18/2016 11:42 AM 194
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.2. Mô hình Topo (Topology) Đường được chia thành nhiều cung (arc) có định hướng, mỗi cung được thành lập một hoặc nhiều đoạn thẳng, giới hạn bởi các đỉnh đầu mút của cung gọi là nút (node), mỗi cung có nút đầu và nút cuối. Các bảng thuộc tính topo sẽ mô tả các quan hệ không gian giữa các cung, các nút và các vùng. Do chỉ có một đường biên giữa hai vùng kề nhau nên không thể có vùng trống hoặc chồng lấn và không thể có bất kỳ một điểm nào thuộc hai vùng. 1/18/2016 11:42 AM 195
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.2. Mô hình Topo (Topology) Các thuộc tính topo của các đối tượng không gian là các thuộc tính về sự tiếp giáp, sự chứa đựng và sự liên kết của các đối tượng Các thuộc tính Topology của các đối tượng không gian không bị thay đổi bởi các phép biến đổi như chuyển dịch, thay đổi tỉ lệ, quay. Tuy nhiên, các phép biến đổi này có thể ảnh hưởng đến tọa độ không gian và một số thuộc tính hình học như diện tích, chu vi và hướng của các đối tượng. 1/18/2016 11:42 AM 196
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.2. Mô hình Topo (Topology) Các thuộc tính topo của các đối tượng không gian được định nghĩa thêm vào thuộc tính không gian của mô hình sợi bún. Khi dữ liệu không gian được biểu diễn trong mô hình topo, việc thay đổi, thêm, xóa các đường bao của vùng không chỉ ảnh hưởng đến tọa độ không gian của các đỉnh mà còn ảnh hưởng đến các thuộc tính topo của các cung, nút. 1/18/2016 11:42 AM 197
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN RASTER, VECTOR 3.2. Mô hình Vector. 3.2.2. Mô hình Topo (Topology) Bảng các giá trị Tọa độ (x,y) Các đỉnh và Các cung Các bảng thuộc tính Các nút topology Mô hình topology được thêm thông tin về sự tiếp giáp, chứa đựng và sự liên kết của các cung và các nút. Mỗi cung gồm một hoặc nhiều đoạn thẳng được xác định bằng các đỉnh. 1/18/2016 11:42 AM 198
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. MÔ HÌNH HÓA BỀ MẶT Mặt raster: x, y với giá trị độ cao Vd: Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) Đường đồng mức Mạng lưới tam giác không đều TIN 1/18/2016 11:42 AM 199
Trong cả hai mô hình trên, dữ liệu được lấy từ thuộc tính của tập điểm. Bề mặt được mô hình là “độ cao” của một thuộc tính đo được tại các vị trí điểm. Mục tiêu của mô hình hóa là chuyển các đối tượng điểm thành một mạng lưới các đối tượng vùng gần giống một bề mặt và bề mặt tạo ra thường được xem xét theo cách biểu diễn vector. 1/18/2016 11:42 AM 200
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH Dữ liệu thuộc tính có thể được chia thành 3 loại: o Không gian Dữ liệu không gian o Thời gian (Spatial Data) o Chuyên đề. Dữ liệu phi không gian (Non-Spatial Data) 1/18/2016 11:42 AM 201
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 4.1. Thuộc tính không gian Thuộc tính không gian là dữ liệu về vị trí, topo và hình học của các đối tượng không gian. Một trong các chức năng hữu ích của GIS là khả năng chuyển đổi dữ liệu không gian từ hệ tọa độ này sang hệ tọa độ khác để các bản đồ trong các hệ quy chiếu khác nhau có thể so sánh được với nhau. 1/18/2016 11:42 AM 202
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 4.1. Thuộc tính không gian Con người không nghĩ về vị trí của các đối tượng không gian qua các tọa độ của chúng mà qua các mối quan hệ không gian (thường là mối quan hệ topology) với những đối tượng đã biết. Trong các hệ thống thông tin địa lý hiện tại, các thuộc tính của hình học topo được tạo ra một cách tự động bằng cách “building topology” được lưu lại một cách rõ ràng trong các bảng thuộc tính. 1/18/2016 11:42 AM 203
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 4.1. Thuộc tính không gian Suối A Söï khaùc nhau giöõa moät tham chieáu Hướng bắc khoâng gian theo toïa ñoä ñòa lyù chính xaùc Hồ B vôùi moät tham chieáu theo kieåu ñònh vò töông ñoái. Vùng mỏ khai thác Suối Hướng đông 1/18/2016 11:42 AM 204
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 4.2. Thuộc tính phi không gian: Thời gian, Chuyên đề Thuộc tính thời gian: o Tuổi của các đối tượng, o Thời gian thu thập dữ liệu. Thuộc tính chuyên đề: o Các loại thuộc tính khác của đối tượng (không liên quan đến vị trí hay thời gian) 1/18/2016 11:42 AM 205
MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 4. DỮ LIỆU THUỘC TÍNH 4.2. Thuộc tính phi không gian: Thuộc tính của các đối tượng không gian được tổ chức thành các cơ sở dữ liệu và được quản lý bởi một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) Cơ sở dữ liệu thuộc tính được xây dựng theo các mô hình: mô hình phân cấp, mô hình mạng hay mô hình quan hệ(phổ biến nhất) Sinh viên tự ôn lại mô hình quan hệ: các khái niệm, phụ thuộc hàm, 4 dạng chuẩn, truy vấn. 1/18/2016 11:42 AM 206
Chương 4. CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 1/18/2016 11:42 AM 207
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Cấu trúc dữ liệu không gian là cách sắp xếp, tổ chức dữ liệu không gian sao cho thích hợp với máy tính số. Cấu trúc dữ liệu không gian là trung gian giữa mô hình dữ liệu với định dạng tệp dữ liệu. Ví dụ: Mã Run –Length là một cấu trúc dữ liệu có thể ứng dụng trong mô hình Raster và có thể được ghi thành một tệp tin số theo nhiều định dạng khác nhau. 1/18/2016 11:42 AM 208
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Từ mô hình đến định dạng tệp tin dữ liệu không gian. Mô hình Cấu trúc Định dạng dữ liệu dữ liệu tệp tin không gian không dữ liệu gian không gian 1/18/2016 11:42 AM 209
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Dữ liệu về các đối tượng không gian có thể được xây dựng theo mô hình raster hoặc vector với các cấu trúc tương ứng. Cấu trúc raster được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý ảnh và GIS raster. Các cấu trúc Vector chiếm ưu thế trong các hệ thống CAD và GIS với những tiềm năng vẽ bản đồ mạnh mẽ. Nhiều cấu trúc khác nhau được phát triển cho cả hai mô hình Vector và Raster. 1/18/2016 11:42 AM 210
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. GIỚI THIỆU Việc chọn lựa một cấu trúc dữ liệu tốt nhất tùy thuộc vào bản chất dữ liệu và phương thức chúng được sử dụng. Nhiều GIS tận dụng cả hai mô hình Raster và Vector với nhiều cấu trúc dữ liệu khác nhau cho cùng một mô hình. Mỗi cấu trúc đều có những thuận lợi và bất lợi và khả năng chuyển từ một cấu trúc này sang cấu trúc kia là rất quan trọng. 1/18/2016 11:42 AM 211
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.1. Mô tả cấu trúc Mô hình raster chia không gian thành những ô lưới hình vuông (chữ nhật, hoặc tam giác) có kích thước bằng nhau gọi là điểm ảnh (pixel). Mỗi pixel được xác định vị trí bằng cặp toạ độ (x,y) là số thứ tự của hàng và cột của pixel. Điểm ảnh là phần tử cơ sở của cấu trúc dữ liệu raster để biểu diễn một đặc trưng địa lý f(x,y) nào đó, nghĩa là dữ liệu trong mỗi điểm ảnh là đồng nhất. 1/18/2016 11:42 AM 212
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.1. Mô tả cấu trúc Trong cấu trúc raster, đường được biểu diễn bằng những pixel có cùng giá trị f(x,y) liên tiếp nhau. Vì trong cấu trúc raster, các pixel được xếp theo hàng, cột như một ma trận điểm nên đường ở đây không trơn mà có dạng zic-zac. Vùng được xác định bằng một mảng gồm nhiều điểm ảnh có cùng giá trị thuộc tính f(x,y) trải rộng ra theo nhiều phương. 1/18/2016 11:42 AM 213
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.1. Mô tả cấu trúc Cấu trúc dữ liệu Raster: D N D N N D A D C C D C C D C D C D D Chú thích C: vùng trồng cây D D: đường giao thông D N: vùng nhà 1/18/2016 11:42 AM 214
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.1. Mô tả cấu trúc Cấu trúc dữ liệu raster có hai đặc điểm cần lưu ý: - Mỗi điểm ảnh chỉ biểu diễn một thuộc tính, xác định bởi giá trị f(x,y). - Khi thay đổi độ phân giải (kích thước điểm ảnh thay đổi), dung lượng dữ liệu thay đổi theo. Dung lượng dữ liệu tăng theo bình phương tỉ lệ gia tăng độ phân giải. 1/18/2016 11:42 AM 215
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.2. Dạng hình học và tính Topology của dữ liệu Raster Đối tượng điểm (Point objects) - Mỗi đối tượng điểm là một điểm ảnh được gán ID điểm, toạ độ (i, j) và các thuộc tính. Số cột i Số hàng j (i,j) = (5,3);(7,5);(8,2) 1/18/2016 11:42 AM 216
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.2. Dạng hình học và tính Topology của dữ liệu Raster Đối tượng đường (Line objects) - Mỗi đối tượng đường được gán ID đường, chuỗi tọa độ định dạng đường và các thuộc tính. (1,3);(2,2);(3,2) ;(4,3); (5,4) ;(6,5) ;(7,5) ;(8,4) 1/18/2016 11:42 AM 217
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.2. Dạng hình học và tính Topology của dữ liệu Raster Đối tượng vùng (Polygon objects) - Mỗi đối tượng vùng được gán ID vùng, nhóm tọa độ định dạng vùng và thuộc tính. - Mã Run-length là một cấu trúc tiêu biểu cho mô hình Raster, mã này tồ chức Raster thành chuỗi chiều dài (hoặc số pixel) của mỗi lớp. 1/18/2016 11:42 AM 218
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.2. Dạng hình học và tính Topology của dữ liệu Raster Đối tượng vùng (Polygon objects) 1/18/2016 11:42 AM 219
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các đối tượng mang tính Topology của dữ liệu Raster Hướng chảy - Một đường thẳng với các hướng có thể được biểu diễn bởi 4 hướng (được gọi là Rook’s move) hoặc 8 hướng ( được gọi là Queen’s move). - Dòng nước, liên kết trong một mạng, đường giao thông có thể được biểu diễn qua các hướng chảy (hay còn được gọi là mã xích Freeman: Freeman chain code). 1/18/2016 11:42 AM 220
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các đối tượng mang tính Topology của dữ liệu Raster Hướng chảy 1 1 8 2 4 2 7 3 6 4 3 5 a) Bốn hướng b) Tám hướng c) Các hướng chảy trong (Rook’s move) (Queen’s move) Queen’s move 1/18/2016 11:42 AM 221
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các đối tượng mang tính Topology của dữ liệu Raster Đường bao (Boundary) Đường bao được định nghĩa là một của sổ 2x2 pixel với hai lớp khác nhau. A A A A B B B A A A B B A A A A A B B B B B B A B A A A A A C C B B B A A A C C C B B A A A A A B A A C C C C C C B A A B A A A A C C C C C C a) Nhận diện đường bao b) Các Pixel trên biên 1/18/2016 11:42 AM 222
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các đối tượng mang tính Topology của dữ liệu Raster Nút (Node) Nút được định nghĩa như một cửa sổ (Window) 2x2 pixel trong đó có ít nhất 3 lớp khác nhau. a) Nhận diện Nút b) Cac pixel trên nút 1/18/2016 11:42 AM 223
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã Run –length - Mã run - length lợi dụng sự giống nhau của các pixel lân cận để biểu diễn chúng từng loạt pixel có giá trị giống nhau theo từng hàng từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. - Mỗi loạt pixel có giá trị giống nhau được biểu diễn bằng một cặp số (chiều dài chuỗi, giá trị của pixel). - Mã này rất hữu hiệu khi thuộc tính của lớp dữ liệu ảnh (giá trị của pixel) ít thay đổi. Ngược lại, nếu giá trị thuộc tính thay đổi nhiều, đôi khi việc dùng mã này còn làm tăng dung lượng dữ liệu. 1/18/2016 11:42 AM 224
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã Run –length 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hướng đọc các pixel theo mã run-length 0 A A A A A A A A A A 1 A A A A A A A A A A A8 2 A A A A B B B B B B 3 A A A B B B B B B B 4 D D D D B B B B B B 5 D D D D D B B B B B 6 D D D D D C C C C C 7 D D D D D C C CD C C 8 D D D D D CD CD CD CD C 9 D D D D D C C C C C 1/18/2016 11:42 AM 225
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã Run –length 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 A A A A A A A A A A (10,A) 1 A A A A A A AA A A A (10,A) A8 2 A A A A BB B BB BB B BB (4,A) (6,B) 3 A A A B B B B B B B 4 D D D D B B B B B B (10,A) (10,A) (4,A) (6,B) (3,A) 5 D D D D D B B B B B (7,B) (4,D) (6,B) (5,D) (5,B) 6 D D D D D C C C C C (5,D) (5,C) (5,D) (5,C) (5,D) (5,C) (5,D) (5,C). 7 D D D D D C CD CD C C 8 D D D D D C CD CD CD C 9 D D D D D C C C C C 1/18/2016 11:42 AM 226
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã Run –length - Mã run-length tuy có thuật toán nén và giải mã đơn giản nhưng tỉ số nén không cao, - Thao tác tìm kiếm thường chậm vì lưu trữ theo hàng không lưu ý tới tính lân cận. - Để khắc phục tình trạng này, mã run-length được cải biên theo những đường đọc dữ liệu khác nhau. 1/18/2016 11:42 AM 227
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã Run –length (cải biên) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 A A A A A A A A A A 1 A A A A A A AA A A A A8 2 A A A A BB B BB BB B BB (24,A) 3 A A A BB B B B B B B (13,B) 4 D D D D B B B B B B (24,A) (13,B) (3,A) D D D D D B B B B B 5 (13,B) (4,D) (11,B) 6 D D D D D C C C C C (10,D) (10,C) (10,D) 7 D D D D D C CD CD C C (10,C) (5,D). 8 D D D D D C CD CD CD C (10,A) (10,A) (4,A) (6,B) (3,A) (7,B) (4,D) (6,B) (5,D) (5,B) 9 D D D D D C C C C C (5,D) (5,C) (5,D) (5,C) (5,D) (5,C) (5,D) (5,C). 1/18/2016 11:42 AM 228
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã cây tứ phân (quadtrees) - Mã tứ phân cũng dựa theo nguyên lý sự giống nhau của nhiều pixel trong những vùng có cùng thuộc tính. - Mỗi vùng chỉ gán một giá trị. - Vùng được xác định bằng cách chia nhỏ diện tích làm 4 phần bằng nhau, mỗi phần lại được chia nhỏ thành 4 phần, v.v - Việc chia nhỏ này sẽ không thực hiện ở những vùng có cùng thuộc tính . 1/18/2016 11:42 AM 229
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã cây tứ phân A A A A A A A A Gốc A A 0 A A A A 1 A A A A A A A A A A A A A A A A A A 0 1 2 3 D D D D E 0 E C 1 C D D D D E E H G 3 2 20 21 22 23 D D D D C 3 C C 2 C D D D D C C C C 210 211 212 213 1/18/2016 11:42 AM 230
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU RASTER 2.3. Các thuật toán nén để lưu trữ dữ liệu cấu trúc raster Mã cây tứ phân Möùc cuûa caây Thuoäc tính 1 2 3 0 Coâng nghieäp 1 Coâng nghieäp 2 0 Nhaø ôû 1 0 Dòch vuï thöông maïi 1 Dòch vuï thöông maïi 2 Dòch vuï coâng coäng 3 Khu giaûi trí 2 Bieät thöï 3 Bieät thöï 3 Noâng thoân 1/18/2016 11:42 AM 231
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc vector thường tổ chức dưới dạng điểm, đường và vùng trên một hệ thống tọa độ xác định. Mỗi điểm được xác định bởi một cặp toạ độ (x,y); đường được xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm và vùng được xác định bởi một đường khép kín. Hai cấu trúc dữ liệu Vector thông dụng là cấu trúc Spaghetti và cấu trúc Topology. 1/18/2016 11:42 AM 232
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.1. Tính hình học của cấu trúc vector Các đối tượng trong không gian được phân loại thành 3 dạng: - Đối tượng điểm: Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà biểu diễn như một cặp tọa độ (x,y). - Đối tượng đường: Vùng được dùng để biểu diễn tất cả các đối tượng có dạng tuyến, được tạo nên từ hai hoặc nhiều cặp tọa độ (x,y). - Đối tượng vùng: Vùng là một đối tượng hình học hai chiều 1/18/2016 11:42 AM 233
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.1. Tính hình học của cấu trúc vector Điểm Vùng Đường Đường cong 1/18/2016 11:42 AM 234
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.2. Cấu trúc Spaghetti Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ (x,y), Đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xi,yi). Vùng được xác định bởi một cung khép kín và được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xi,yi) có tọa độ đầu và tọa độ cuối trùng nhau. 1/18/2016 11:42 AM 235
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.2. Cấu trúc Spaghetti Cấu trúc không ghi nhận đặc trưng kề nhau của hai vùng kề nhau, nghĩa là tại đường chung của hai vùng kề nhau có hai đường độc lập. Cấu trúc Spaghetti được sử dụng để lập bản đồ số rất tốt, nhưng không thích hợp cho các bài toán phân tích GIS vì không mô tả được các quan hệ không gian. 1/18/2016 11:42 AM 236
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.2. Cấu trúc Spaghetti A(x ,y ) A A Ñaëc tröng Vò trí Ñieåm A (xA,yA) 1 2 Cung AB (xA,yA), (x1,y1), . . . , (xB,yB). Vuøng 1 (x1A,y1A), (x11,y11), . . . , (x1i,y1i), (x1B,y1B), (x1j,y1j), . . . , (x1A,y1A). Vuøng 2 (x2A,y2A), (x21,y21), . . . , (x2i,y2i), (x2B,y2B), (x2j,y2j), . . . , (x ,y ). B(xB,yB) 2A 2A 1/18/2016 11:42 AM 237
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.3. Cấu trúc topology Tính topology rất cần thiết trong quá trình phân tích không gian. Topology thể hiện mối quan hệ hoặc sự liên kết giữa các đối tượng trong không gian. Topology là một phương pháp toán học dùng để xác định các quan hệ không gian. 1/18/2016 11:42 AM 238
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.3. Cấu trúc topology Cấu trúc topology còn được gọi là cấu trúc cung-nút (arc-node) với phần tử cơ bản là cung. Mỗi cung được mô tả như là một chuỗi những đoạn thẳng nối liền nhau, điểm đầu và cuối cung gọi là nút (node), những điểm giữa cung gọi là đỉnh (vertex). Nút là điểm giao nhau của hai hay nhiều cung, đối với những cung độc lập, nút là điểm cuối cùng của cung, không nối liền với bất kỳ cung nào khác. 1/18/2016 11:42 AM 239
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.3. Cấu trúc topology Vùng là một chuỗi những cung nối liền nhau và khép kín, những cung này chính là đường biên của vùng. Một vùng có thể được giới hạn bởi hai đường cong khép kín lồng vào nhau và không cắt nhau. 1/18/2016 11:42 AM 240
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.3. Cấu trúc topology Các đối tượng địa lý trong cấu trúc topology được mô tả trong bốn bảng: - Ba bảng đầu lưu trữ các phần tử không gian vùng, nút, cung. - Bảng thứ tư lưu trữ tọa độ nút, nút cuối và đỉnh. 1/18/2016 11:42 AM 241
70 Topology vuøng a3 N1 a1 60 Vuøng Cung a1 A a1, a5, a3 a4 B a2, a5, 0, a6, 0, a7 50 N2 C a7 A D a6 a3 a4 E E vuøng ngoaøi 40 N4 Topology nuùt 30 a5 B Nuùt Cung N3 a7 N1 a1, a3, a4 20 D,a6,N5 a7 C a7 a2 N2 a1, a2, a5 a2 N3 a2, a3, a5 N6 a7 N4 a4 10 N5 a6 a2 N6 a7 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Döõ lieäu toaï ñoä cung Topology cung Cung Nuùt ñaàu Ñænh (vertex) Nuùt cuoái Cung Nuùt ñaàu Nuùt cuoái Vuøng traùi Vuøng phaûi (x,y) (x,y) (x,y) a1 N1 N2 E A a1 40,60 70,60 70,50 a2 N2 N3 E B a2 70,50 70,10;10,10 10,25 a3 N3 N1 E A a3 10,25 10,60 40,60 a4 N4 N1 A A a4 40,60 30,50 30,40 a5 N3 N2 A B a5 10,25 20,27;30,30;50,32 70,50 a6 N5 N5 B B a6 30,20 55,15;40,15;45,27 30,20 a7 N6 N6 B C 1/18/2016 11:42 AM a7 55,27 55,27242 Biểu diễn các đối tượng không gian trong mô hình vector topology
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.3. Cấu trúc topology Các bảng Topology: - Bảng topology vùng xác định những cung làm đường biên của vùng, phần bên ngoài bản đồ cũng được xem như một vùng không xác định cung đường biên. - Bảng topology nút xác định mỗi nút thuộc những cung nào. - Bảng topology cung xác định quan hệ của nút và vùng với cung. - Bảng thứ tư lưu trữ tọa độ của các cung bằng cách lưu trữ tọa độ của các nút và đỉnh của cung, để từ đó vị trí của mỗi phần tử trên bản đồ được liên hệ với thế giới thực. 1/18/2016 11:42 AM 243
Để phân tích mạng và các mối quan hệ giữa những vùng ta cần bổ sung thêm dạng hình học và các topology sau:  Dạng hình học chuỗi (chain): ID chuỗi, tọa độ bắt đầu, tọa độ các điểm và tọa độ kết thúc.  Topology vùng (Polygon): ID vùng, loạt ID chuỗi, thứ tự chiều kim đồng hồ (thuộc tính).  Topology chuỗi (chain): ID chuỗi, ID nút bắt đầu, ID nút kết thúc, ID vùng trái, ID vùng phải (thuộc tính).  Nút bao gồm các trường sau: ID của nút, toạ độ (x, y), Các ID của các chuỗi kề nó (dương nếu đi vào nút, âm nếu đi ra khỏi nút ) 1/18/2016 11:42 AM 244
- Tạo Topology 1 b 6 a 12 5 11 2 c 13 3 4 d Chuỗi Bắt đầu Các tọa độ Kết thúc 1 (Xa,Ya) (X,Y) (X, Y) (Xb,Yb) Nút Chuỗi 2 (Xb,Yb) (X,Y) (X, Y) (Xc,Yc) a 1, -5, -4 b -1, 2, 6 6 (Xc,Yc) (X,Y) (X, Y) (Xc,Yc) c -2, 3, 5 d -3, 4, -7 a) Dạng hình học chuỗi b) Topology của nút 1/18/2016 11:42 AM 245
1 b 6 a 12 5 11 2 c 13 3 4 d Vuøng Chuoãi Chuoãi Baét ñaàu Keát thuùc Vuøng traùi Vuøng phaûi 11 1, 2, 5 1 a b 0 11 11 12 -2, 6, -3 2 b c 12 13 4, -5, 3 . 6 b d 0 12 c) Topology của vùng b) Topology của chuỗi 1/18/2016 11:42 AM 246
Mô hình hóa bề mặt: Mặt raster: x, y với giá trị độ cao Vd: Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) Đường đồng mức Mạng lưới tam giác không đều TIN 1/18/2016 11:42 AM 247
3.4. Mô hình tam giác không đều TIN (Triangulated Irregular Network): TIN (Triangulated Irregular Network): là mô hình thường dùng để biểu diễn độ cao z của bề mặt đối tượng. Trong mô hình TIN, các điểm đo đạc được phân bố trên bề mặt nối kết với nhau thành lưới tam giác dày đặc. TIN được dùng để thể hiện bề mặt địa hình và các mặt đơn trị khác. Mô hình TIN có lợi điểm là kích thước tam giác có thể thay đổi theo mật độ điểm và có thể biểu diễn các bề mặt không liên tục như vách đá, khe nứt, gãy, 1/18/2016 11:42 AM 248
Điểm dữ liệu rời rạc Mô hình TIN 1/18/2016 11:42 AM 249
Cấu trúc TIN: Mô hình TIN là mô hình dữ liệu topology Tọa độ nút Tọa độ nút 7 Nút x y Nút z 1 x1 y1 1 z1 II I VI 3 2 . . 2 . 3 . . 3 . 6 1 4 . . 4 . VI II 5 . . 5 . v 2 I I 6 . . 6 . I 7 . . 7 . V 4 5 Topology tam giác Tam giác Nút Lân cận i 1,6,7 vii,0,vi ii 2,7,3 vi,0,iii iii 2,3,4 ii,0,iv iv 2,4,5 iii,0,v v 5,1,2 vii,vi,iv vi 1,7,2 I,ii,v vii 6,1,5 0,I,v 1/18/2016 11:42 AM 250
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.5. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian Trong thực tiễn ứng dụng GIS, tất cả các quan hệ không gian có thể có trong dữ liệu không gian được sử dụng một cách logic với nhiều cấu trúc dữ liệu phức tạp. 1/18/2016 11:42 AM 251
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.5. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian Quan hệ điểm-điểm - “Trong giới hạn (is within)”: Nằm trong giới hạn một khoảng cách cụ thể. - “Gần nhất với (is nearest to)”: Gần nhất so với một điểm cụ thể. Quan hệ điểm-đường - “ Nằm trên đường (on line)”: điểm nằm trên một đường. - “ Gần nhất với (is nearest to)”: Điểm gần nhất so với một đường. 1/18/2016 11:42 AM 252
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.5. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian Quan hệ điểm-vùng - “Chứa bên trong vùng (is contained in)”: Điểm chứa bên trong vùng. - “Nằm trên biên (on border of area)”: Một điểm nằm trên đường biên của vùng. Quan hệ đường-đường - “Giao nhau (intersects)”: Hai đường giao nhau. - “Băng qua (crosses)”: Hai đường băng qua mà không giao nhau. - “Chảy vào (flow into)”: Một nhánh sông chảy vào một dòng sông. 1/18/2016 11:42 AM 253
CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. CẤU TRÚC DỮ LIỆU VECTOR 3.5. Quan hệ topology giữa các đối tượng không gian Quan hệ đường-vùng - “Giao nhau (intersects)”: Một đường giao (cắt) với một vùng. - “Đường biên (borders)”: Đường là một phần biên của vùng. Quan hệ vùng-vùng - “Chồng lớp (overlaps)”: Hai vùng chồng lên nhau. - “Nằm bên trong (is within)”: Một vùng nằm bên trong một vùng khác. - “Kế cận (is adjacent to)”: Hai vùng cùng có một đường biên chung. 1/18/2016 11:42 AM 254
Chương 5 TRUY VẤN DỮ LIỆU 1. Giới thiệu 2. Truy vấn dữ liệu thuộc tính 3. Truy vấn dữ liệu không gian 4. Giao diện truy vấn 1/18/2016 11:42 AM 255
TRUY VẤN DỮ LIỆU 1. GIỚI THIỆU Truy vấn dữ liệu từ một cơ sở dữ liệu GIS liên quan đến hai câu hỏi sau: 1) Từ những dữ liệu không gian được hiển thị trên màn hình, hãy cho biết những đặc tính của một đối tượng được chọn và hiển thị những đặc tính đó trên màn hình? 2) Từ các bảng dữ liệu thuộc tính được hiển thị trên màn hình, hãy tìm đối tượng không gian tương ứng và hiển thị đối tượng này lên màn hình? 1/18/2016 11:42 AM 256
TRUY VẤN DỮ LIỆU 1. Giới thiệu a) Truy vấn từ không gian. b) Truy vấn từ thuộc tính (Điều kiện truy vấn: Ten = “QH Lúa”) 1/18/2016 11:42 AM 257
TRUY VẤN DỮ LIỆU 2. Truy vấn trên dữ liệu thuộc tính Khi xây dựng một cơ sở dữ liệu từ không gian thực, ta phải mô tả dữ liệu dưới dạng số với số liệu thống kê được từ thế giới thực. Dữ liệu thuộc tính được thiết lập các mối quan hệ, liên kết đến những bản đồ với những số liệu thống kê. 1/18/2016 11:42 AM 258
TRUY VẤN DỮ LIỆU 2. Truy vấn trên dữ liệu thuộc tính Trong GIS, dữ liệu thuộc tính được lưu trữ theo mô hình quan hệ, gồm tập hợp các bảng. Những dòng của bảng là các mẫu tin (record) và những cột của bảng là các thuộc tính (attribute). Mỗi thuộc tính chứa một giá trị theo kiểu: chữ (text), số (number), luận lý (boolean) hoặc ngày (date). Dựa trên các giá trị này chúng ta có thể tìm kiếm, sửa đổi hoặc cập nhật các thông tin mới. 1/18/2016 11:42 AM 259
TRUY VẤN DỮ LIỆU 2. Truy vấn trên dữ liệu thuộc tính Mô tả cấu trúc bảng dữ liệu thuộc tính Thuộc tính Mẫu tin Giá trị thuộc tính kiểu chữ Giá trị thuộc tính kiểu số 1/18/2016 11:42 AM 260
TRUY VẤN DỮ LIỆU 2. Truy vấn trên dữ liệu thuộc tính: tìm đối tượng theo một thuộc tính biết trước Ví dụ 1. Tìm vị trí huyện Cao Lãnh (Find, Sort, Querry) Ví dụ 2. Tìm tất cả những huyện có dân số > 100 và <=200 trên theme Huyen. Ví dụ 3. Tìm đường giao thông có tên Quốc lộ 30 trên theme dgt (Find, Querry) Ví dụ 4. Tìm đơn vị hành chính Tam Nông trên theme đơn vị hành chính 1/18/2016 11:42 AM 261