Báo cáo khoa học Công nghệ GIS

Nội dung text: Báo cáo khoa học Công nghệ GIS

1. Báo cáo khoa hoc TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO KHOA HỌC Đề bài: CÔNG NGHỆ GIS GV Hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Quốc Hưng SV Thực hiện: Nguyễn Trọng Tư –K54C Hà Nội 04/2008 Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 1 -
2. Báo cáo khoa hoc MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN 4 Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng 5 MỞ ĐẦU 6 Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 8 1.1. GIS là gì? 8 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS 8 1.3. Nền tảng GIS 9 1.3. GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý 10 1.3.1. Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất 10 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu 10 1.3.3. Xử lý và làm mẫu luồng công việc 11 1.3.4. Làm mẫu dữ liệu 11 1.3.5. Siêu dữ liệu 11 1.4. Hệ thống thông tin địa lý thông minh 11 1.5. Ba cách hiển thị của GIS 14 1.5.1. Cách hiển thị CSDL: 15 1.5.2. Hiển thị trực quan địa lý ảo 20 1.5.3. Hiển thị mô hình 24 1.6. Xây dựng các yếu tố hình học GIS 27 1.6.1. Giới thiệu các yếu tố hình học GIS 27 1.6.2. Các yếu tố hình học của GIS 29 1.6.3. Thực thi vật lý tiêu chuẩn 31 1.6.4. Thực thi vật lý thay thế 36 Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 42 2.1. Các khái niệm về dữ liệu bản đồ và dữ liệu GIS 43 Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 2 -
3. Báo cáo khoa hoc 2.1.1. Các hệ toạ độ và phạm vi bản đồ 43 2.1.2. Dữ liệu Raster và Vector 45 2.1.3. Bản đồ cơ sở và các lớp dữ liệu theo chủ đề 46 2.1.4. Khai thác liệu GIS, tiếp cận và phân phối 47 2.2. CSDL địa lý 48 2.2.1. GIS với các loại tệp dữ liệu và hệ quản trị CSDL quan hệ 48 2.2.2. Hỗ trợ các định dạng dữ liệu 49 2.3. Siêu dữ liệu và GIS 50 2.3.1. Siêu dữ liệu là gì? 50 2.3.2. Tại sao siêu dữ liệu quan trọng đối với GIS? 52 2.3.3. Các ứng dụng GIS hỗ trợ siêu dữ liệu như thế nào? 54 2.4. Quản trị dữ liệu 56 Kết luận 57 Tài liệu tham khảo 58 Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 3 -
4. Báo cáo khoa hoc LỜI CẢM ƠN . Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khao Công nghệ thông tin, trong chuyên ban Khoa học máy tính, đặc biệt là thầy Nguyễn Vũ Quốc Hưng đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt thời gian làm báo cáo khoa học Do trình độ và thời gian có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 4 -
5. Báo cáo khoa hoc Bảng từ viết tắt và các thuật ngữ sử dụng Các thuật ngữ, các cụm từ viết tắt Chú giải CAD Computer Aided Design CSDL Cơ Sở Dữ Liệu ESRI Environmental Systems Research Institute FGDC Federal Geographic Data Committee GIS Geography Information System GML Geography Markup Language GSDI Global Spatial Data Infrastructure ISO International Organization for Standardization LAN Local Area Network NSDI National Spatial Data Infrastructure SDI Spatial Data Infrastructure SOAP Simple Object Access Protocol SANs Storage Area Networks TINs Triangulated Irregular Networks UDDI Universal Description, Discovery, and Integration WAN Wide Area Network WFS Web Feature Service WMS Web Map Service WSDL Web Services Description Language XML Extensible Markup Language Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 5 -
6. Báo cáo khoa hoc MỞ ĐẦU Khoa học ngày nay ngày càng phát triển kéo theo đó nhu cầu tìm hiểu về khoa học, về công nghệ và về thế giới ngày càng tăng cao. Việc tìm hiểu về thế giới xung quanh là sự tò mò cũng như là niềm mơ ước của bao nhiêu người. Người ta có nhiều cách để khám phá thế giới như đi du lịch, thể thao thám hiểm, xem ti vi, hoặc biến thế giới trở thành một mô hình nhỏ nằm bên trong hệ thống máy tính để con người có thể xem chi tiết tất cả các vấn đề về địa lý, về thời tiết, địa hình, sông ngòi, hay chỉ đơn giản là đi du lịch qua màn ảnh vi tính các mô hình sống động dựa trên thế giới thực trên màn ảnh máy vi tính. Công nghệ ngày nay phát triển đã biến những điều đó trở thành hiện thực và không đâu khác đó chính là công nghệ GIS một công nghệ mô phỏng thế thới thông tin địa lý một cách khoa học, chính xác và có hệ thống. Để làm được những điều trên đây, một bài toán lớn đặt ra là việc thu thập và xử lý dữ liệu địa lý một cách chính xác và cập nhật thường xuyên. Công việc tiếp theo là mô hình hoá các dữ liệu đó, xử lý và biểu diễn chúng trên các ứng dụng điện tử cũng như trên các dịch vụ Web. Ngày nay, có rất nhiều tổ chức nghiên cứu và đi sâu định hướng vào việc phát triển các mô hình địa lý thế giới dựa trên công nghệ GIS và các dịch vụ liên quan. Vì vậy nghiên cứu về công nghệ thông tin địa lý nói chung và công nghệ GIS nói riêng đang là một xu hướng tất yếu của khoa học ngày nay. Nó mang lại nhiều tiềm năng về khoa học cũng như các lợi ích về kinh tế, văn hóa, xã hội, cũng như nhiều mặt khác của một đất nước cũng như của toàn thể thế giới. Các ứng dụng của công nghệ GIS có hai loại chủ yếu đó là các phần mềm và các dịch vụ Web. Các phần mềm dựa trên GIS có nhiệm vụ chủ yếu là xử lý thông tin địa lý và biểu diễn mô hình hoá về bản đồ, về địa hình, khí hậu, thiên tai, khoáng sản của tất cả các vùng, các quốc gia, các châu lục, các đại dương và toàn cầu. Các dịch vụ ứng dụng trên công nghệ GIS chủ yếu là các dịch vụ Web xử lý các yêu cầu về địa lý, cung cấp các thông tin về địa lý với nền Web nhúng các ứng dụng công nghệ GIS hỗ trợ xử lý. Với tính cấp thiết và những ứng dụng cũng như lợi ích từ công nghệ GIS mang lại, nội dung của khoá luận chủ yếu tập trung vào các vấn đề mang tính cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý, tập thu thập và tổng hợp thông tin, sự xử lý thông tin và biểu diễn Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 6 -
7. Báo cáo khoa hoc thông tin của hệ thống đó. Và đối tượng nghiên cứu cuối cùng của khoá luận này là môi trường truyền thông của các mạng địa lý cũng như các mạng ứng dụng công nghệ GIS, các dịch vụ Web dựa trên công nghệ GIS. Với cơ sở hạ tầng về kinh tế, xã hội cũng như về khoa học, công nghệ, truyền thông thì việc tất yếu phải có một hệ thống ứng dụng GIS để quản lý các tài nguyên và ứng dụng địa lý là một bước ngoặt hết sức quan trọng thúc đẩy những lợi ích xã hội và kinh tế của nước ta nói riêng và của thế giới nói chung. Và để làm được điều đó, trước tiên chúng ta phải làm quen dần với công nghệ GIS và các ứng dụng cũng như dịch vụ dựa trên công nghệ này, sau đó là sự triển khai vào thực tế. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 7 -
8. Báo cáo khoa hoc Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ GIS 1.1. GIS là gì? GIS là hệ thống thông tin địa lý, là công cụ máy tính bao gồm tập hợp phần cứng, phần mềm máy tính và dữ liệu địa lý nhằm chụp hình, quản lý, phân tích và hiển thị tất cả các dạng của thông tin liên quan đến địa lý. G, I, và S • G: geographic – thuộc địa lý: – Dữ liệu không gian – Các thành phần liên quan đến địa lý. • I: information – thông tin: – Cơ sở dữ liệu – Hiển thị thông tin • S: systems – Các hệ thống – Người sử dụng – Phần cứng – Phần mềm 1.2. Các thành phần cấu thành của GIS  Phần cứng – Hardware  Phần mềm – Software  Dữ liệu - Data  Con người - People  Các phương thức - Methods Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 8 -
9. Báo cáo khoa hoc Hình 1.1 Các thành phần của GIS 1.3. Nền tảng GIS Các yêu cầu GIS tác dụng như thế nào để phần mềm GIS được xây dựng và sử dụng. GIS, giống như các công nghệ thông tin khác, phải được thực thi trong một phương thức đơn giản cho phép các ứng dụng hỗ trợ các luồng công việc của mỗi tổ chức và các yêu cầu thương mại. Điều này đã được hoàn thành bằng việc cung cấp một nền tảng phần mềm chung để cung cấp các hỗ trợ đầy đủ cho các loại đầy đủ các yếu tố tri thức địa lý như là các công cụ đầy đủ cho việc quản lý dữ liệu, chỉnh sửa, phân tích, và hiển thị. Trong bối cảnh như vậy, phần mềm GIS có thể ngày càng tăng lên đối với cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin thu thập rộng rãi, và các hệ thống nhiều người sử dụng phức tạp. Hình 1.2 Nền tảng GIS Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 9 -
10. Báo cáo khoa hoc Một nền tảng GIS phải được cung cấp tất cả các khả năng cần thiết để hỗ trợ các tầm nhìn mở rộng.  CSDL địa lý lưu trữ và quản lý tất cả các đối tượng địa lý  Một mạng dựa trên Web phân phối việc quản lý và chia sẻ thông tin địa lý  Các ứng dụng máy bàn và máy chủ cho: o Biên dịch dữ liệu o Truy vấn thông tin o Phân tích và xử lý địa lý không gian o Sản phẩm thuộc bản đồ học o Hiển thị hình ảnh trực quan và khai thác các hình ảnh o Quản lý dữ liệu GIS  Mô đun hoá các thành phần phần mềm (các động cơ) để nhúng vào GIS một cách logic trong các ứng dụng khác và xây dựng các ứng dụng khách hàng  Các dịch vụ thông tin địa lý cho nhiều lớp và tập trung nhiều hệ thống GIS  Một nền tảng GIS tổng cho thấy tất cả các yêu cầu địa lý 1.3. GIS quản lý các tập hợp thông tin địa lý GIS quản lý, phân tích và hiển thị về lĩnh vực địa lý mà được biểu diễn sử dụng một chuỗi các tập hợp thông tin. Các tập hợp thông tin đó bao gồm: 1.3.1. Tạo bản đồ và mô hình cầu trái đất Các hiển thị tương tác của dữ liệu địa lý để trả lời nhiều câu hỏi, các kết quả hiện hữu, và sử dụng nhưn là một bảng hiển thị cho công việc thực tế. Tạo bản đồ mà mô hình cầu trái đất cung cấp các ứng dụng nâng cao của GIS cho việc tương tác với các dữ liệu địa lý. 1.3.2. Các tập hợp dữ liệu Các tệp cơ sở và các cơ sở dữ liệu của thông tin địa lý như là các tính năng, các mạng, các mô hình, các địa vật, các bề mặt và các tính chất. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 10 -
11. Báo cáo khoa hoc 1.3.3. Xử lý và làm mẫu luồng công việc Tập hợp các thủ tục xử lý địa lý cho việc tự động và lặp lại một số công việc cho việc phân tích. 1.3.4. Làm mẫu dữ liệu Các tập hợp dữ liệu GIS nhiều hơn là các bảng hệ quản lý CSDL. Chúng kết hợp các hành vi tiên tiến và sự toàn vẹn như các hệ thống thông tin khác. Lược đồ làm mẫu dữ liệu, hành vi, tính toàn vẹn của các tập hợp dữ liệu địa lý. 1.3.5. Siêu dữ liệu Các tài liệu miêu tả các yếu tố khác. Một lô các tài liệu cho phép mọi người sử dụng tổ chức, khám phá tăng cường truy nhập để nhận thức về không gian địa lý được chia sẻ. 1.4. Hệ thống thông tin địa lý thông minh Về mặt lịch sử, con người đã học được các kiến thức, các quy tắc và chia sẻ nó qua nhiều dạng trừu tượng. Chúng ta đã tiếp tục diễn tả các kinh nghiệm của con người và tập hợp các hiểu biết để sử dụng những sự trừu tượng này để tổng hợp vào cho kho tàng kiến thức lớn hơn. Những sự trừu tượng, như là chữ, chữ tượng hình, ngôn ngữ, toán học, âm nhạc và nghệ thuật, vẽ, tạo hình và tạo bản đồ được sử dụng để ghi lại và truyền thông với nền văn minh và văn hoá của chúng ta từ đời này sang đời khác. Hình 1.3 Trừu tượng thế giới Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 11 -
12. Báo cáo khoa hoc Là con người, chúng ta sử dụng nhiều sự trừu tượng để biểu diễn và truyền thông những hiểu biết của chúng ta về trái đất và các hệ thống của nó. Địa lý học cung cấp một khung công việc chung cho sự trừu tượng và truyền thông về địa điểm. Trong thời đại tính toán số, chúng ta đã năm bắt được mọi thứ chúng ta biết và chia sẻ chúng qua mạng (Worl Wide Web). Các tập hợp kiến thức này nhanh chóng được kỹ thuật số hóa. Đồng thời, GIS cũng được cải tiến để giúp chúng ta hiểu hơn, biểu diễn, quản lý và liên kết nhiều diện mạo của trái đất như một hệ thống. Hình 1.4 Công nghệ số ngày càng được sử dụng và được nắm bắt mọi thức mà chúng ta biết Địa lý học theo truyền thông cung cấp một khung công việc và ngôn ngữ quan trọng cho việc tổ chức và liên kết các khái niệm chủ chốt về thế giới của chúng ta. GIS cung cấp một kỹ thuật tương đối mới cho việc nắm bắt cá kiến thức về đồ hoạ địa lý trong năm yếu tố cơ bản: Lập bản đồ và mô hình cầu trái đất, các tập hợp dữ liệu đồ hoạ địa lý, làm mẫu khung công việc, làm mẫu dữ liệu, siêu dữ liệu. Năm yếu tố này cùng với toàn bộ lập luận phần mềm GIS, định dạng các khối toà nhà để lắp ráp lại các hệ thốn thông tin địa lý thông minh. GIS thông minh có thể thực hiện được tóm lược số hoá các kiến thức về địa lý. Những yếu tố này cung cấp một nền Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 12 -
13. Báo cáo khoa hoc tảng cho việc địa chỉ hoá nhiều thách thức sử dụng GIS (ví dụ như cải tiến hiệu quả, sự thông minh và tạo quyết đoán, lập kế hoạch có khoa học, tính toán tài nguyên, ước lượng, truyền thông). Hình 1.5 Phần mềm GIS GIS trừu tượng hoá địa lý trong năm yếu tố cơ bản được sử dụng cho việc hiển thị kiến thức về địa lý. Các yếu tố này cùng với các phần mềm nâng cao cung cấp các khối nhà cho GIS thông minh. GIS thông minh cho phép nắm bắt và chia sẻ các hiểu biết về địa lý trong nhiều khuôn dạng – các tập hợp dữ liệu GIS tiên tiến, bản đồ hoá, làm mẫu dữ liệu, ý kiến của các nhà chuyên môn người phát triển các chuẩn hoá luồng công việc và quản lý mô hình của quy trình sử lý địa lý tiên tiến. GIS thông minh cũng cho phép xây dựng và quản lý các kiến thức và có thể phổ biết đối với mọi người sử dụng nó. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 13 -
14. Báo cáo khoa hoc 1.5. Ba cách hiển thị của GIS Một hệ thống thông tin địa lý hỗ trợ vài cách biểu diễn thông tin địa lý, có ba cách chủ yếu sau:  Hiển thị dữ liệu địa lý: Một hệ thống GIS là một CSDL không gian bao gồm các tập hợp dữ liệu mà có thể biểu diễn thông tin địa lý trong các điều kiện của các dạng dữ liệu GIS tự nhiên.(các tính năng, Rasters, các hình học địa lý, mạng ).  Hiển thị trực quan địa lý ảo: Một hệ thống GIS là một tập hợp các bản đồ thông minh và các hiển thị khác được đưa ra các tính năng và các mối quan hệ giữa các tính năng trên bề mặt trái đất. Có rất nhiều hiển thị bản đồ dưới thông tin địa lý có thể được xây dựng và sử dụng như “các cửa sổ nhập liệu” để hỗ trợ các truy vấn, phân tích và chỉnh sửa thông tin.  Hiển thị xử lý thông tin địa lý: Một hệ thống GIS là các công cụ biến đổi thông tin nhận được từ tập hợp dữ liệu địa lý mo ư í từ các tập hợp dữ liệu hiện có. Các chức năng xử lý thông tin địa lý từ các tập hợp dữ liệu hiện có, áp dụng các chức năng phân tích, và ghi lại kết quả vào các tập hợp dữ liệu mới thu thập được. Hình 1.6 Ba cách biểu diễn thông tin của GIS - sử dụng làm việc với các yếu tố của tri thức địa lý Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 14 -
15. Báo cáo khoa hoc Một hệ thống GIS thường được kết hợp với một bản đồ. Tuy nhiên, một bản đồ chỉ là một cách bạn có thể làm việc với dữ liệu địa lý trong một hệ thống GIS, và chỉ một kiểu của sản phẩm tạo bở GIS. Điều này rất quan trọng vì nó có nghĩa là một hệ thống GIS có thể cung cấp sự phân phối lớn với nhiều khả năng giải quyết vấn đề hơn là sử dụng chương trình ánh xạ đơn giản hoặc thêm dữ liệu vào một công cụ ánh xạ trực tuyến. 1.5.1. Cách hiển thị CSDL: Một GIS là một loại CSDL riêng biệt của thế giới – một CSDL địa lý (geodatabase). Nó là một hệ thống thông tin về địa lý. Về cơ bản, một GIS được dựa trên một CSDL có cấu trúc diễn tả thế giới trong về phương diện địa lý. 1) Dữ liệu GIS: Một GIS là một CSDL không gian Sự biểu diễn lại địa hình: Như là một phần của việc thiết kế CSDL địa lý. Người sử dụng chỉ định cách mà cách tính năng chắc chắn sẽ được hiển thị lại. Ví dụ, các khoảng đất sẽ được diễn tả bởi các hình đa giác, các đường phố sẽ được ánh xạ như là các đường ở giữa các hình đa giác đó, và các sự vật như là các điểm Tính năng này được tập hợp vào trong các lớp tính năng mà trong mỗi tập hợp có một sự biểu diễn địa lý chung Mỗi tập hợp dữ liệu GIS cung cấp một sự biểu diễn của diện mạo thế giới bao gồm:  Tập hợp sắp xếp của các tính năng dựa trên véc tơ (các tập hợp các điểm, các đường, và các hình đa giác). Hình 1.7 Tập hợp dữ liệu Vector Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 15 -
16. Báo cáo khoa hoc  Các tập hợp dữ liệu lưới như là các dạng hình chiếu kỹ thuật số và hình tượng. Hình 1.8 Tập hợp dữ liệu Raster  Các mạng Hình 1.9 Các mạng thông tin về địa lý  Địa hình và các bề mặt khác Hình 1.20 Mô hình ba chiều địa lý  Các tập hợp dữ liệu bề mặt Hình 1.21 Tập hợp dữ liệu địa lý bề mặt  Thông tin địa lý khác như là các địa chỉ, tên địa điểm, các dạng xử lý thông tin địa lý và các thông tin bản đồ Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 16 -
17. Báo cáo khoa hoc Hình 1.22 Các thông tin địa lý khác Các tính chất miêu tả: Ngoài những sự trình bày địa lý, các tập hợp dữ liệu GIS bao gồm các các tính chất được xếp thành các bảng truyền thống để miêu tả các đối tượng địa lý. Nhiều bảng có thể được liên kết với các đối tượng địa lý bởi một chuỗi các trường chung(thường được gọi là các khoá). Các tập hợp thông tin và các mối quan hệ này đóng vai trò như chủ chốt trong mô hình dữ liệu GIS, đúng như chúng làm trong các ứng dụng CSDL truyền thống. Hình 1.23 Miêu tả các đặc tính địa lý Các mối quan hệ không gian: hình học GIS và các mạng: các mối quan hệ, như là các tô pô và các mạng, cũng là các phần quyết định chủ chốt của một CSDL GIS. Tô pô được tận dụng để quản lý danh giới chung giữa các tính năng định nghĩa và làm cho có hiệu lực các quy tắc toàn vẹn dữ liệu, và hỗ trọ các truy vấn và định hướng tô pô (ví dụ, phát hiện các tính năng liền kề và liên hợp). Hình học cũng được sử dụng để hỗ trợ việc Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 17 -
18. Báo cáo khoa hoc chỉnh sửa phức tạp và các tính năng xây dựng từ các hình học không có cấu trúc (ví dụ như xây dựng các hình đa giác từ các đường thẳng). 2) Các tính năng chia sẻ về phương diện hình học Tính năng hình học có thể được diển tả sử dụng các mối liên hệ giữa các nút (Node), các cạnh (Edge) và các mặt (Face) Hình 1.24 Hình học hoá địa lý Mạng được mô tả như là một đồ thị gắn kết của các đối tượng GIS mà nó nắm bắt được. Điều này là quan trọng cho việc mô hình hoá các con đường và định hướng cho giao thông vận tải, các đường ống dẫn, các tiện ích, các công trình thuỷ lợi, ao hồ, biển và nhiều các ứng dụng dựa trên mạng khác.  Trong ví dụ về mạng này, các con phố được được biểu thị như là các cạnh nối với nhau tại mỗi đầu cuối của nó (hay còn gọi là chỗ giao nhau). Mô hình các hướng quay để biểu thị hướng đi từ cạnh này sang cạnh khác. Hình 1.25 Biểu thị thế giới thực qua hình học Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 18 -
19. Báo cáo khoa hoc 3) Tập hợp lớp và dữ liệu thuộc chủ đề GIS tổ chức các dữ liệu địa lý trong một chuỗi các lớp và các bảng theo chủ đề. Kể từ khi các tập hợp dữ liệu địa lý trong GIS có các mối liên hệ địa lý với nhau, chúng có các định vị và và các lớp chồng nhau của thế giới thực. Trong một GIS, các homogenous tập hợp các đối tượng của địa lý và tổ chức thành các lớp như là các lô đất, các sự vật, các toà nhà, và các hình ảnh khác, và các mô hình độ cao kỹ thuật số dựa trên lưới Raster. Định nghĩa chính xác các tập hợp dữ liệu địa lý là quyết định cho sự hữu dụng của các GIS, và khái niệm dựa trên lớp của tập hợp các thông tin theo chủ đề là quyết định cho các tập hợp dữ liệu GIS. GIS tích hợp nhiều loại dữ liệu không gian. Hình 1.26 Các lớp dữ liệu GIS Các tập hợp dữ liệu có thể được biểu diễn:  Các số đo thuần túy (như là hình ảnh từ vệ tinh)  Thông tin biên dịch và thông dịch  Dữ liệu nhận được từ các hoạt động xử lý địa để phân tích và làm mô hình hoá. Nhiều mối quan hệ không gian giữa các lớp có thể đơn giản nhận được qua vị trí địa lý chung của chúng. GIS quản lý các lớp dữ liệu đơn giản như các lớp đối tượng GIS tự nhiên và tận dụng tập hợp phong phú các công cụ làm việc với cá lớp dữ liệu để đạt được nhiều mối quan hệ chủ chốt. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 19 -
20. Báo cáo khoa hoc Một GIS sử dụng các tập hợp dữ liệu chữ số với nhiều các thể hiện, thường là nhiều dạng số được tổ chức. Vì vậy, nó rất quan trọng cho các tâp hợp dữ liệu GIS để:  Đơn giản việc sử dụng và dễ hiểu.  Tiện dụng với các tập hợp dữ liệu địa lý khác  Biên dịch hiệu quả và chuẩn xác  Có tài liệu rõ ràng cho nội dung, sử dụng mong đợi, và cho các mục đích Bất cứ CSDL GIS nào hoặc cơ sở tệp nào cũng đều tuân theo những nguyên lý chung nay. Mỗi GIS đòi hỏi có một cơ chế biểu diễn các dữ liệu địa lý trong các điều kiện này, cùng với toàn bộ tập hợp các công cù để sử dụng và quản lý các thông tin này. 1.5.2. Hiển thị trực quan địa lý ảo Một GIS là một tập hợp các bản đồ thông minh và các hiển thị khác để hiển thị các tính năng và các mối quan hệ về tính năng trên bề mặt trái đất. Các bản đồ đằng sau những thông tin địa lý có thể được xây dựng và sử dụng như “một cửa đi vào CSDL” để hỗ trợ các truy vấn, phân tích, và chỉnh sửa thông tin. Hình 1.27 Ứng dụng hiển thị đồ hoạ địa lý ảo Một GIS bao gồm một bản đồ thông minh và các biểu diễn khác Trực quan địa lý ảo làm việc với các bản đồ và các biểu diễn khác của thông tin địa lý bao gồm các bản đồ tương tác, các hình ảnh ba chiều, tổng hợp các đồ thị và các bảng, Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 20 -
21. Báo cáo khoa hoc hiển thị dựa trên thời gian và các hiển thị dưới dạng biểu đồ của các mối quan hệ trong một mạng. Một GIS bao gồm các bản đồ tương tác và các hiển thị khác cho phép thao tác trên các tập hợp dữ liệu địa lyls. Các bản đồ cung cấp các hình tượng hữu dụng để định nghĩa và chuẩn hoác làm sao cho người ta có thể sử dụng và tương tác với thông tin địa lý. Các bản đồ tương tác cung cấp một giao diện người sử dụng chính cho hầu hết các ứng dụng GIS và luôn hiện hữu với nhiều mức, từ các bản đồ trên thiết bị di động cho tới các bản đồ trên các trang Web trong các trình duyệt, và cuối cùng là các ứng dụng làm việc cuối cùng mức cao của GIS.  Các bản đồ được sử dụng để truyền tải thông tin địa lý một cách tốt nhất cho việc thực hiện một số công việc bao gồm biên dịch dữ liệu nâng cao, nghiên cứu bản đồ học, phân tích, truy vấn, và tập hợp các trường dữ liệu Các bản đồ GIS tương tự như các bản đồ tĩnh, các bản đồ in, trừ khả năng tương tác với nó.  Bạn có thể chọn lọc và phóng to thu nhỏ với một bản đồ tương tác mà trong đó các lớp bản đồ được bật lên hoặc tắt bỏ với những phạm vi thích hợp.  Bạn có thể áp dụng các ký hiệu cho các lớp bản đồ dựa trên bất kỳ tập hợp tính chất nào. Ví dụ, bạn có thể đánh bóng các lô đất với các màu dựa trên các vùng khác nhau hoặc chỉ định kích cỡ của các biểu tượng điểm sử vật dựa trên các mức độ sản xuất.  Bạn cũng có thể điểm hoá các đối tượng địa lý trong các bản đồ tương tác để lấy thêm thông tin về đối tượng và thực hiện các truy vấn, các phân tích về không gian. Ví dụ, bạn có thể tìm thấy tất cả các thông tin lưu trữ về các trường học gần nhất (ví dụ như trong khoảng 200m) hoặc tìm các vùng nào đó bạn muốn.  Thêm nữa, nhiều người sử ụng GIS chỉnh sửa dữ liệu và trình diễn dữ liệu qua cá bản đồ tương tác. Ngoài những bản đồ, những hiển thị tương tác khác, như thời gian, địa cầu, và các biểu đồ vẽ được sử dụng như những sự hiển thị của CSDL GIS. Nó thông qua một bản đồ Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 21 -
22. Báo cáo khoa hoc tương tác mà những người sử dụng GIS thực hiện các công việc chung về GIS từ đơn giản đến phức tạp.  Hiển thị về thời gian được sử dụng để kiểm soát các thảm hoạ Hình 1.28 Hiển thị theo thời gian thông tin địa lý Đây là dạng thương mại chính trong GIS cho phép truy cập thông tin địa lý cho một tổ chức. Những nhà phát triển thường nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn và nhiều người sử dụng xuất bản các bản đồ Web trên Internet để tập trung được sự hữu dụng của GIS.  Nhúng các bản đồ trong các ứng dụng tuỳ chọn Hình 1.29 Nhúng bản đồ trong ứng dụng GIS Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 22 -
23. Báo cáo khoa hoc  Bản vẽ sơ đồ được sử dụng để hiển thị các đường dẫn khí Hình 1.30 Hiển thị các đường dẫn khí trên ứng dụng GIS  Phân tích đồ hoạ 3 chiều Hình 1.31 Đồ hoạ 3 chiều mô tả các tuyến đường chèo núi Everest Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 23 -
24. Báo cáo khoa hoc 1.5.3. Hiển thị mô hình Một GIS là một tập hợp các công cụ vận chuyển thông tin để nhận được các tập hợp dữ liệu địa lý mới từ các tập hợp dữ liệu có sẵn. các chức năng xử lý địa lý này lấy chính các tập dữ liệu có sẵn, áp dụng các chức năng phân tích, và ghi lại các kết quả vào trong các tập hợp dữ liệu mới lấy được. Nói cách khác, bằng việc kết hợp dữ liệu và áp dụng trong một vài quy tác phân tích, bạn có thể tạo một mô hình mà có thể giúp trả lời các câu hỏi mà bạn đã đưa ra. Trong ví dụ dưới đây, GPS và GIS đã được sử dụng để mô hình chính xác các vị trí và các phân bố của các mảnh vụn của tàu con thoi Columbia đã bị rơi ở phía đông bang Texas ngày 1 tháng 2 năm 2003 Hình 1.32 Hiển thị mô hình của GIS 1) Hiển thị mô hình là hiển thị quá trình xử lý địa lý Các xử lý địa lý học ám chỉ các công cụ và các quá trình được đã phát sinh để nhận được các tập hợp dữ liệu. Cách hiển thị khác của GIS là tập trung các tập hợp dữ liệu địa lý và các hoạt động địa lý (gọi là cá công cụ) được sử dụng trên các tập hợp dữ liệu này. Các tập hợp dữ liệu địa lý có thể diễn tả với các thông số đo lường thô (ví dụ như là các hình ảnh chụp từ về tinh), thông tin được biên dịch và thông dịch bằng cách phân tích (như là các con đường, các toà nhà và các vùng đất), hoặc thông tin được nhận được từ các nguồn dữ liệu khác sử dụng lý thuyết phân tích và mô hình hoá. Một GIS bao gồm các tập hợp phong phú các công cụ làm việc với các quá trình xử lý thông tin địa lý. Sự tập hợp này của các công cụ để hoạt động trên các đối tượng Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 24 -
25. Báo cáo khoa hoc thông tin địa lý như các tập hợp dữ liệu, các trường đặc điểm, và các yếu tố bản đồ cho việc in ấn các bản đồ. Tổng hợp toàn bộ các lệnh này và các đối tượng dữ liệu với nhau từ cơ bản thành một khung công việc xử lý địa lý phong phú. Dữ liệu + các công cụ = Dữ liệu mới Các công cụ GIS là các khối xây dựng cho việc thu thập các hoạt động nhiều bước. một công cụ áp dụng cho một hoạt động đối với dữ liệu có sẵn để nhận được dữ liệu mới. Các khung công việc xử lý địa lý trong một GIS được sử dụng để diễn giải cùng nhau thành một chuỗi các hoạt động như vậy. Sự diễn giải trong mỗi chuỗi các hoạt động cùng nhau định dạng hoá một mô hình xử lý và được sử dụng để tự động hoá và ghi lại một số các công việc xử lý địa lý trong GIS. Sự xây dựng và ứng dụng như các thủ tục liên quan tới xử lý địa lý.  Một GIS hoàn chỉnh bao gồm các tập hợp thông tin tự nhiên và các tập hợp phong phú của các hoạt động GIS làm việc với thông tin. Hình 1.33 Các quá trình xử lý địa lý mô hình 2) Hoạt động xử lý địa lý Xử lý địa lý được sử dụng để mô hình các luồng dữ liệu từ một cấu trúc này tới một cấu trúc khác để thực hiệ nhiều công việc chung của GIS – ví dụ, để nhập dữ liệu vào từ một số dạng tích hợp vào GIS, và thực hiện một số chuẩn hoá kiểm tra hiệu quả chất lượng dữ liệu đã được nhập. Khả năng tự động lặp lại các luồng công việc là khả năng hữu dụng trong GIS. Nó được áp dụng rộng rãi trong một số các ứng dụng và các kịch bản của GIS. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 25 -
26. Báo cáo khoa hoc Một kỹ thuật được sử dụng để xây dựng các luồng công việc xử lý địa lý là thực thi một số các lện trong một chuỗi cụ thể. Những người dùng có thể soạn thảo như là xử lý đồ hoạ xử dụng ứng dụng tạo mô hình trong các phần mềm hỗ trợ GIS ví dụ như ArcGIS, và họ có thể soạn thảo các kịch bản xử dụng các công cụ viết kịch bản hiện đại như Python, VBScript, and JavaScript. Xử lý địa lý được sử dụng thực tế trong tất cả các khâu của GIS cho thông tin tự động, biên dịch và quản lý, phân tích, mô hình và cho cả việc nghiên cứu bản đồ cao cấp.  Các khối xây dựng của xử lý địa lý là các công cụ riêng biệt trong một thể thống nhất. Hình 1.34 Các khối xử lý địa lý  Các công cụ hoạt động trên dữ liệu nhập vào để tạo ra thông tin mới Hình 1.35 Các công cụ xử lý dữ liệu địa lý Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 26 -
27. Báo cáo khoa hoc GIS bao gồm tập hợp các công cụ và các loại dữ liệu có thể thu thập được cho xử lý trong một xử lý địa lý thống nhất. Nhiều hoạt động xử lý địa lý nhiều bước có thể được tạo ra, thực thi, va chia sẻ trong các ứng dụng GIS như là ArcGIS. can be authored, executed, and shared in ArcGIS. Cùng với nhau, ba cách hiển thị này của GIS là các phần không thể thiếu được trong GIS thông minh và được sử dụng ở nhiều mức độ trong tất cả các ứng dụng GIS. 1.6. Xây dựng các yếu tố hình học GIS 1.6.1. Giới thiệu các yếu tố hình học GIS Các mô hình dữ liệu được cấu trúc theo hình học thường hình thành nên lòng cốt của các CSDL không gian của nhiều người sử dụng. Cấu trúc hình học là cái chính được sử dụng để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu, nó diễn tả các đối tượng không gian chia sẻ như thế nào về mặt hình học. Hỗ trợ lý thuyết hình học bên trong ngữ cảnh của của CSDL quan hệ lợi dụng các yếu tố thêm vào – mô hình lý thuyết hình học liên hợp phải giữ tính toàn vẹn qua các danh giới chuyển giao. Điều này có thể là yêu cầu mơ hồ đưa ra sự liên hợp rắc rối bên trong các cấu trúc toàn vẹn tham chiếu trong các CSDL quan hệ. Các kỹ thuật thực thi chung như cho phép các điểm giao động (các khoá ngoài trống) làm phức tạp các vấn đề phát sinh cho các ứng dụng máy khách dùng những mô hình này. Chúng ta đưa ra một cách tiếp cận khác để biểu diễn lại các mô hình để tránh nhiều vấn đề về CSDL quan hệ truyền thống với sự duy trì các mô hình ngữ cảnh phức tạp Các cấu trúc dữ liệu theo hình học đã được sử dụng để biểu diễn lại thông tin địa lý trong hơn 30 năm qua. Mô hình hình học là cơ bản của một số hệ thống hoạt động. Những hệ thống này dựa trên các tệp nhị phân và trong các cấu trúc dữ liệu bộ nhớ hỗ trợ một mô hình chỉnh sửa đơn trên các thư viện địa lý tổ được tổ chức như tập hợp các bảng bản đồ hoặc các tựa đề đơn lẻ. Những sự phát triển hiện nay trong các hệ thống GIS đã đi tới các mô hình thông tin CSDL trung tâm. Một vẻ diện mạo của công việc này là thay thế hệ thống tệp tin bằng một động cơ CSDL quan hệ như kỹ thuật duy trì thông tin địa lý. Dù sao, sự thay thế này của lớp vào/ra vật lý chỉ là một mặt được xem xét khi thiết kế một CSDL GIS. Các mặt khác của khái niệm CSDL cũng được đề cập tới. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 27 -
28. Báo cáo khoa hoc  Cái gì lá mô hình không gian tự nhiên và cái gì là các hoạt động không gian kết hợp?  Làm thế nào để thiết kế hỗ trợ đa luồng, ghi vào cùng một lúc.  Toàn vẹn theo ngữ cảnh của mô hình dữ liệu được diễn tả, duy trì, và bảo vệ như thế nào?  Thiết kế một hệ thống với sự thi hành tốt và có thể đo lường được để hỗ trợ hàng trăm người sử dụng một lúc như thế nào?  Thiết kế một hệ thống mà có thể hỗ trợ nhiều CSDL không gian liên tục rộng lớn, bao gồm hành triệu các đối tượng địa lý có quan hệ với nhau như thế nào (ví dụ như mạng lưới đường xá, mạng lưới các con sông . )? Sự tiến triển CSDL GIS cho ra một cách đơn giản hơn các cấu trúc dữ liệu GIS cổ điển tới một lược đồ quan hệ thông thường. CSDL GIS phải được đánh địa chỉ các mặt chức năng của CSDL như: mô hình thực thể, mô hình chuyển giao, và các vấn đề phát sinh thực hiện/khả năng đo đếm được. Mặt khác của thực thi CSDL GIS chạy các rủi ro của các kho chứa dữ liệu tách rời mạng (là tốt nhất) hoặc các CSDL chỉ ghi (tệ nhất). Sự biểu diễn lại của các mô hình dữ liệu tô pô sử dụng các khái niệm CSDL quan hệ và các động cơ được chú ý tới việc nghiên cứu tổng thể CSDL như khoa học về thông tin địa lý. Mô hình dữ liệu phục vụ như một trường hợp nghiên cứu xuất sắc cho các vấn đề được đưa ra của việc làm mẫu thông tin, và đặc biệt cho việc đánh giá các kiến trúc quản lý các thực thể ngữ cảnh. Trong khoá luận này, chúng ta diễn tả sự thiết kế cho việc mô hình hoá hình học GIS sử dụng các khái niệm liên quan và các động cơ CSDL. Việc thiết kế này được cơ bản cho sự thực thi hình học của chúng ta trong hệ thống ArcGIS. Trong phần đầu, chúng ta giới thiệu về lý thuyết mô hình hoá các vấn đề hình học GIS. Sau đó chúng ta xem xét một CSDL vật lý thực thi sử dụng các khái niệm tiêu chuẩn cho việc ánh xạ các thực thể và các mối quan hệ đến các bảng và tiêu chuẩn hoá khoá chính/khoá ngoại có liên quan tới mô hình thực thể. Các vấn đề bên trong sự tiếp cận này đã được thảo luận. Chúng ta sẽ biểu diễn một sự thực thi thay thế của mô hình hình học để sử dụng một cách tiếp cận không theo quy ước tới các vấn đề của toàn vẹn CSDL và quản lý giao dịch. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 28 -
29. Báo cáo khoa hoc 1.6.2. Các yếu tố hình học của GIS Các cấu trúc dữ liệu thuộc hình học cho sự diễn tả lại các thông tin địa lý là một chủ đề tiêu chuẩn trong khoa học thông tin địa lý. Về tổng quát, mô hình dữ liệu hình học diễn tả các đối tượng không gian (các điểm, đường, các đặc trưng vùng) sử dụng tập cơ bản ban đầu về hình học. Các thành phần cơ bản đó cùng với các mối liên hệ của chúng tới thành phần khác và tới các tính năng được định nghĩa bằng việc gắn chặt vào các hình đặc trưng trong một đồ thị hai chiều đơn. Như các tập hợp dữ liệu được nói tới “tính tích hợp hình học”. Mô hình kết hợp một hay nhiều các thành phần nguyên thủy của hình học với các đối tượng không gian của nhiều loại hình(ví dụ như các nút – Node, các cạnh – Edge, các mặt – Face). Cụ thể hơn, một đặc tính của với một điểm hình học (Point) được kết hợp với một yếu tố nút đơn (Node), một đặc tính với một đường hình học (Line) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh (Edge), và một đặc tính với một hình đa giác (Polygon) được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố mặt (Face). Điều này được mô tả trong Hình 1.36 như mô hình hình học tự nhiên. Hình 1.36 Mô hình hình học tự nhiên Có thêm các mối quan hệ giữa chính các yếu tố hình học với nhau như ở Hình 1.36 đã chỉ ra. Một yếu tố nút có thể có hoặc có thể không kết hợp với một tập các yếu tố cạnh. Một yếu tố mặt có thể được kết hợp với một hoặc nhiều các yếu tố cạnh. Cuối cùng, một yếu tố cạnh được kết hợp với hai yếu tố nút và hai yếu tố mặt. Mối quan hệ giữa các nút và các mặt có thể ẩn hoặc hiện rõ. Chúng ta đã diễn tả các mối quan hệ này giữa các nút và các mặt như là sự ẩn trong Hình 1.36. Một ví dụ cụ thể chỉ ra một thể hiện cụ thể của mô hình này là Hình 1.37. CSDL bao gồm ba lớp được diễn tả các thực thể địa lý thực: các lô đất (Parcel), các bức tường (Wall) và các toà nhà (Building). Trong ví dụ này, có Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 29 -
30. Báo cáo khoa hoc một thể hiện của mỗi lớp. Trong thực tế, những lớp này có thể bao gồm hàng triệu thể hiện. Bức tường và toà nhà có thể trùng khớp ở đường biên giới phía tây của lô đất như hình vẽ. Hình 1.37 Một thể hiện của mô hình hình học tự nhiên Thật thú vị để ghi nhớ rằng các đối tượng có cả hai tập hợp và các tính chất dựa trên danh sách. Ví dụ, hình của một cạnh được định nghĩa bởi một danh sách các toạ độ và đối tượng liên quan đến các cạnh cùng trong một đặc trưng đường (ví dụ W1) được sắp xếp và được định hướng tới tính chất thể hiện sự định hướng của đặc tính đường. Các cạnh và các đỉnh của các hình đa giác được định hướng theo kim đồng hồ (với phần trong của đa giác là ở bên phải). Để cho rõ ràng, chúng ta chỉ ra các đặc tính, như các hình đối tượng, các thành phần dư thừa trong nhiều lớp đối tượng. Trong một vài thực thi vật lý của mô hình, các hình này chỉ nên được lưu trữ một lần, ví dụ trên một cạnh nguyên thủy, và ví dụ cụ thể bằng các truy vấn đối với các đặc tính khác. Sau ví dụ này, điều rõ ràng là mô hình hình học lý thuyết là một mô hình đồ hoạ phức tạp, bao gồm những sự kết hợp đối tượng sắp xếp dựa trên hình học gắn chặt với các đối tượng trong không gian hai chiều. Cũng thật rõ ràng khi các truy vấn, như là “vẽ một bản đồ tất cả các toà nhà” hoặc “tìm các tính năng bao gồm bên trong các lô đất đưa ra” yêu cầu sắp xếp định hướng của các mối quan hệ, tập hợp các hoạt động không đơn giản. Căn cứ vào sự phức hợp cố hữu Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 30 -
31. Báo cáo khoa hoc của sự diễn tả này, nó là quan trọng để phản ánh lại vì sao người ta muốn hình học trong các tập hợp dữ liệu không gian trong nơi đầu tiên – ví dụ, cái gì là các yêu cầu cơ sở. Tại mức độ cao, hình học tận dụng cốt để mà:  Quản lý các hình chia sẻ (ví dụ, cách các đặc tính chia sẻ hình một cách hình học).  Định nghĩa và tuân theo các quy tắc toàn vẹn dữ liệu (ví dụ, không có khoảng trống giữa các đặc tính, không có các đặc tính chồng khớp )  Hỗ trợ các truy vấn liên quan đến hình ọc và định hướng (ví dụ, đặc tính gần kề hoặc tính kết nối).  Hỗ trợ các công cụ chỉnh sửa phức tạp (các công cụ tuân thao các rằng buộc về hình học của mô hình dữ liệu).  Các đặc cấu trúc dựng từ các hình học phi cấu trúc(ví dụ, các hình đa giác từ các đường). Mô hình hình học logic cung cấp một lý thuyết cơ bản cho chức năng này. Ví dụ, rằng buộc “các toà nhà phải không được chồng lên nhau” có thể được biểu diễn bởi ràng buộc hình học “các mặt chỉ được kết hợp với một đặc tính của kiểu toà nhà”. Tương tự, vấn đề của việc tạo các đa giác từ các đường phi cấu trúc có thể được phát biểu như: “tính toán các cạnh, các mặt và các nút từ các đường; tạo một đặc tính trên nhất mỗi mặt kết quả”. Trong GIS, công nghệ về mặt lịch sử đã cho thấy như một cấu trúc dữ liệu không gian vật lý mà thực thi trực tiếp các đối tượng của mô hình hình học lý thuyết. Dù sao, đó là điều quan trọng để nhận thấy rằng cấu trúc dữ liệu vật lý này chỉ hữu dụng vì nó là một công cụ quản lý toàn vẹn dữ liệu, các truy vấn không gian/định hướng và các hoạt động khác. Nó có thể thay đổi xem xét các thực thi của mô hình hình học lý thuyết mà cũng hỗ trợ chức năng này. Trong tầm ảnh hưởng, hình học phải được xem xét như mô hình dữ liệu đầy đủ (các đối tượng. các quy tắc toàn vẹn, và các hoạt động), không đơn giản như lưu trữ định dạng hoặc tập hợp các loại bản ghi. 1.6.3. Thực thi vật lý tiêu chuẩn Mô hình hình học lý thuyết có thể được thực thi đối với các phương tiện CSDL quan hệ trong một kiểu cách thúc đẩy trực tiếp như mô hình quan hệ đơn giản với sự diễn Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 31 -
32. Báo cáo khoa hoc tả rõ ràng của các nguyên thể hình học sử dụng các khoá (chính và ngoại) để mô hình các mối quan hệ hình học (như Hình 1.38). Hình 1.38 Mô hình hình học quan hệ tiêu chuẩn với cá bảng kết hợp (ví dụ, đường x cạmk). Sự thực thi này sử dụng các rằng buộc toàn vẹn tham chiếu để diễn tả các quy tắc toàn vẹn đối với hình học. Các bảng kết hợp được tận dụng để hỗ trợ quan hệ n-n giữa các đặc tính và các hình nguyên thủy kết hợp của chúng (trong CSDL hỗ trợ các loại mảng, các bảng kết hợp có thể được thay thế bởi các danh sách của các khoá ngoài gắn chặt bên trong đặc tính và các bảng nguyên thuỷ). Hơn nữa, hình học của các đặc tính được đơn giản hoá – nó được thu thập từ các nguyên thuỷ hình học kết hợp của chúng. Hình 1.39 diễn tả tập hợp dữ liệu đơn giản tiêu biểu cho mô hình này. Hình 1.39 Một thể hiện tiêu biểu của thực thi quan hệ tiêu chuẩn Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 32 -
33. Báo cáo khoa hoc Có một số các thuận lợi đối với thực thi vật lý này. Đầu tiên, có sự trực tiếp hay đúng hơn là ánh xạ bình thường đến mô hình hình học lý thuyết. Có sự thuận lợi về khái niệm cho nhiều người vì tất cả các nguyên thuỷ hình học là rõ ràng dứt khoát, như nhiều mối quan hệ hình học nguyên thủy. Hình học chính nó chỉ thể hiện một lần các tính chất nguyên thủy hình học và các mối quan hệ có thể được chỉnh sửa sử dụng SQL tiêu chuẩn cập nhật. Dù sao, có một số các vấn đề quan trọng trong sự thực thi này liên quan tới:  Sự thực thi của các truy vấn tiêu biểu  Sự duy trì sự toàn vẹn ngữ cảnh trong mô hình  Sự thực thi và phức hợp của sự cập nhật tiêu biểu. 1) Thực hiện truy vấn Mặc dù sự thực thi này loại trừ các dưa thừa lưu trữ của thông tin địa lý đối với cá đặc tính, các truy vấn phức hợp được yêu cầu để diễn tả cụ thể hình học của các đặc tính (truy vấn chung nhất cho phần mềm GIS). Ví dụ, để lấy hình của lô đất P1, một truy vấn phải phối hợp thông tin trong bốn bảng (các Lô đất, Lô đất x Mặt, các Mặt, và các Cạnh) và sử dụng lý thuyết hình học bên ngoài để thu thập phù hợp với hình học vủa Lô đất. Khi truy vấn này được thực hiện lặp đi lặp lại – để vẽ tất cả các Lô đất chúng ta kết thúc các truy vấn phức hợp hoặc thực thi kỹ thuật các con trỏ và mã ứng dụng. Trong tự nhiên, định hướng truy cập tới các mối quan hệ (không ám chỉ đến các điểm) làm trì hoãn đặc biệt với công nghệ liên quan vứoi các công nghệ khác 2) Kỹ thuật toàn vẹn Một vấn đề cơ bản hơn liên quan tới tính toàn vẹn của CSDL. Sự diễn tả sử dụng của (sự chi trả việc thực hiện chi phí) các ràng buộc toàn vẹn tham chiếu, tính toàn vẹn và tính kiên định của mô hình dữ liệu hình học không được định nghĩa thực sử dụng mô hình toàn vẹn tham chiếu. Các ràng buộc toàn vẹn tham chiếu được miêu tả đơn giản như “nếu một khoá ngoài là trống, thì khoá chính liên quan tồn tại”. Điều này rất mong manh về cơ bản để quản lý tính toàn vẹn của mô hình dữ liệu hình học. Đối với phát biểu phù hợp của mô hình dữ liệu, nó phải là tham chiếu không trống và hình học của các yếu tố nguyên thủy phải được thích hợp với các đối tượng và các tham chiếu. Mô hình toàn vẹn tham chiếu tiêu chuẩn không có nghĩa là sự diễn tả như ràng buộc “ngữ nghĩa”, mà tuân theo chúng ít hơn. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 33 -
34. Báo cáo khoa hoc Tính toàn vẹn của hình học là tính chất toàn cầu của tập hợp các thực thể bao gồm hình học, hơn là các ràng buộc hoặc hành vi gắn vào các thực thể đơn lẻ. Tính toàn vẹn hình học phải được xác thực bởi thực tế một tập hợp đầy đủ của sự cập nhật trong toàn bộ. Lý thuyết xác thực này phải phân tích cấu hình hình học của các đặc tính trong vùng thay đổi để đảm bảo rằng các nguyên thể hình học và các mối quan hệ là đúng đắn. Lý thuyết xác thực này thực thi bên ngoài nhân mô hình toàn vẹn thao chiếu. Nó có khả năng thực hiện được lý thuyết thương mại độc quyền trong sự đáp ứng của việc cập nhật dữ liệu sử dụng các thủ tục chạy tự động (triggers). Như một kỹ thuật có thể được sử dụng để tích luỹ thông tin thay đổi, và sau đó thực thi lý thuyết xác thực toàn cầu. Dù sao, các CSDL quan hệ tích cực (ví dụ, các CSDL này hỗ trợ ràng buộc và kỹ thuật thủ tục chạy tự động) tiếp tục kéo sự trì trệ hoạt động và sự thực thi. Các mở rộng của CSDL được thực thi như các dịch vụ dựa vào các thủ tục tự động (điều này có thể hoặc không thể phát sinh tự động) nơi mà sự phức hợp của các miền là đáng kể (ví dụ như các quy tắc thương mại, cung cấp sự quản lý dây chuyền, các hệ thống suy ra từ quy tắc cơ sở, và hình học) trải qua từ một vài vấn đề nền tảng cơ bản:  Sự khó khăn của việc thực thi (sự tinh vi của hành vi, các công cụ gỡ rối nguyên thuỷ),  Các vấn đề thực hiện và khả năng đo lường được với các tập thủ tục tự động phức tạp (sự thiếu hụt tinh tế của các quá trình thủ tục tự động), và  Sự thiếu hụt của tính đồng đều (khả năng di chuyển giữa các hẹ quản trị CSDL quan hệ, mặc dù điều này được hỗ trợ bởi chuẩn SQL-99). Với những lý do như vậy, hành vi ngữ cảnh phức tạp (cũng được biết đến như các đối tượng thương mại) được thực thi nhiều hơn trong các mã chia sẻ chạy trong một lớp máy chủ ứng dụng. 3) Sự phức tạp của việc cập nhật Các chỉnh sửa đơn giản một mô hình dữ liệu hình học có thể có kết quả trong một chuỗi phức tạp những sự thay đổi để kết hợp các nguyên thuỷ hình học và các mối quan hệ hình học lại. Xem xét kỹ một chỉnh sửa đơn giản để tiêu biểu cho tập hợp dữ liệu. trong Hình 1.39: hãy di chuyển toà nhà một đơn vị sang phải. Sự thay đổi cần thiết trong mô hình dữ liệu được thấy ở Hình 1.40. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 34 -
35. Báo cáo khoa hoc Hình 1.40 Một thể hiện tiêu biểu của các thực thi quan hệ tiêu chuẩn Sự chỉnh sửa này tới cac hình của một đặt tính đơn yêu cầu chúng ta xác thực hình học của các vùng ảnh hưởng. Sự chỉnh sửa yêu cầu cập nhật và chèn vào nhiều bảng: các Cạnh, các Nút, các Cạnh x các Bức tường. Sự cập nhật này phải được tạo ra một cách phù hợp bởi ứng dụng trước khi sự thực thi lý thuyết xác thực. Ví dụ làm tăng lên điểm thú vị liên quan tới “ngữ nghĩa vòng đời” của các nguyên thuỷ hình học. Những đối tượng không gian này không tương đương với bất kỳ tính năng nào trong thế giới thực hoặc trong các thế giới có danh giới hợp pháp. Chúng tồn tại đơn độc như các cấu trúc của hình học cho sự cấu hình được chỉ ra bởi các tính năng. Sự định danh định nghĩa cho các đối tượng đó như thế nào? Trong ví dụ, chúng ta có thay thế các cạnh E2, E4 và E5 với E7 hoặc chúng ta có phải cập nhật một trong các cạnh hiện tại hay không? Những điều này dẫn đến việc thêm sự phức hợp khi chúng ta đối phó với sự phát sinh định danh, sự quản lý dữ liệu lịch sử, và các nhân tố khác. Bằng việc tạo các nguyên thuỷ hình học các thực thể rõ ràng trong mô hình, chúng ta có các tạp hợp các đối tượng thương mại khác để quản lý. Các hoạt động cập nhật trên sự thực thi hình học rõ ràng là phức tạp (không coi trọng đến việc các thủ tục lưu trữ/các thủ tục tự động hoặc các mã phía máy khách có được tận dụng hay không). Sự phức tạp này liên quan chặt chẽ với sự hoạt động khi các nguyên thuỷ hình học gặp trở ngại trong các CSDL quan hệ. Sự thực thi khác nhau có thể khá là đáng kể khi so sánh với các giải pháp hình học tệp cơ sở (ví dụ sự sắp xếp về cường độ). Nó quan trọng để ghi nhớ rằng quá trình xử lý phía máy chủ được tăng lên yêu Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 35 -
36. Báo cáo khoa hoc cầu với các kỹ thuật thủ tục tự động phức tạp sẽ thúc ép khả năng co dãn của máy chủ. Những sự cân nhắc này được củng cố bởi các kinh nghiệm thực thi thực tế đơn giản hoá mô hình sử dụng các phần mềm nguyên mẫu dẫn dắt đến sự phát triển của một sự tiếp cận thay thế, được miêu tả ở phần tiếp theo. 1.6.4. Thực thi vật lý thay thế Chú tâm hợp lý vào vài vấn đề vốn có trong thực thi vật lý hình học tiêu chuẩn, chúng ta diễn tả một mô hình mới mà được tổ chức bên trong CSDL địa lý của ArcGIS. Với mô hình này, chúng ta tao ra ba sự khởi đầu cơ sở. Trước tiên, chúng ta lới lỏng mô hình chuyển giao tiêu chuẩn và cho phép sự xác thực tăng lên của hình học (ví dụ, sự xác thực được thực hiện như sự xử lý với số lượng lớn trong thời gian người dùng định nghĩa chắc chắn hoặc là các sự kiện). Như vậy, các tính năng với hình học không được xác thực hình học có thể được duy trì bên trong mô hình. Điều này đặc biệt ảnh hưởng tới kinh nghiệm chỉnh sửa của người sử dụng nơi mà mõi hoạt động chỉnh sửa riêng biệt không cần để cấu trúc lại hình học vùng được chỉnh sửa. Thứ hai, chúng ta cất các hình học bên trong các tính năng hơn là chỉ các nguyên thuỷ hình học phù hợp loại trừ sự định hướng quan hệ đối với các truy vấn chung (ví dụ vẽ các đặc tính). Cuối cùng là, chúng ta sử dụng lý thuyết bên ngoài đối với CSDL quan hệ để xác thực hình học. Hình 1.41 Mô hình hình học CSDL địa lý Điều này là có thể trong mô hình tự nhiên (ví dụ trong Hình 1.41) bao gồm các nguyên thể hình học từ chức năng hình học, tương tự, nó cũng có thể bao gồm tính năng hình học từ các nguyên thuỷ hình học. Thực tế, hình học tìm được các chức năng là một sự diễn tả kép của hình học được tìm thấy trên các nguyên thuỷ hình học. Chúng ta có thể lựa chọn để đơn giản hoá và phân luồng mô hình hình học rõ ràng tự nhiên và không kiên định đối với cả hai sự diễn tả đó. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 36 -
37. Báo cáo khoa hoc Các nguyên thuỷ hình học không kiên định như một loại cụ thể của đặc tính, thay vì thế, các mối quan hệ hình học được diễn tả như các khoá ngoài gắn chặt với tính năng hình học. Các đỉnh của các hình đặc tính trong biểu đồ này đóng cùng một vai trò như được chỉ định để gắn chặt với khoá ngoại trong các cấu trúc dữ liệu mà các nguyên thuỷ hình học mô hình rõ ràng. Sự xử lý của sự toàn vẹn (sự xác thực) hình học cho kết quả trong các đẳng thức về góc, đỉnh mà các tính năng được chia sẻ dưới các nguyên thuỷ hình học. Đưa ra đẳng thức này, cấu trúc lại các nguyên thuỷ hình học trực tiếp. Các nguyên thuỷ hình học và các mối quan hệ chỉ được thể hiện trong suốt quá tình xác thực hình học hoặc khi yêu cầu của ứng dụng máy khách (ghi nhớ rằng khía cạnh này tương tự với MGE khi hình học được lựa chọn xây dựng nhưng các nguyên thuỷ hình học không kiên định với hệ quản trị CSDL quan hệ). Lý do chính cho sự tiếp cận thay thế này là dễ dàng (nhanh hơn, có khả năng co dãn hơn) để tái tạo lại một chỉ mục (ví dụ các nguyên thuỷ hình học) hơn là làm tất cả sự giữ lại cần thiết để tiếp tục và truy xuất nó từ CSDL khi đang duy trì mô hình chuyển giao CSDL (ghi nhớ rằng chúng ta cũng tìm thấy sự giống nhau thực tế khi mô hình hoá các mạng như các bề mặt – TINs). Thêm nữa, nó là trường hợp thường xuyên mà một phần của các nguyên thuỷ hình học cần thiết cho một hoạt động liên quan ít tới tổng thể hình học (ví dụ như việc chỉnh sửa một vài nhóm khối trong một sự địa phương hoá vùng). Điều đó là quan trọng để ghi nhớ đối với sự tiếp cận này để có thể làm được từ một quan điểm thực hiện, đó là chủ yếu để tồn tại một động cơ hình học thực hiện mức cao để xác thực những phần của hình học trong yêu cầu như sự thể hiện các nguyên thuỷ hình học để đưa ra tập hợp các tính năng bên trong hình học. Hình 1.42 Một ví dụ tiêu biểu về sự thực thi hình học CSDL địa lý Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 37 -
38. Báo cáo khoa hoc Tại một mức cao, hình học bên trong CSDL địa lý bao gồm một tập hợp các lớp đặc tính (các tập hợp đồng nhất của các tính năng), các quy tăc hình học, và các siêu dữ liệu khác được sử dụng để hỗ trợ mô hình xác thực. Siêu dữ liệu này bao gồm các vùng ngoại lai, các lỗi hình học, và sự gộp lại các dung sai. Một ví dụ tiêu biểu của sự thực thi hình học được chỉ ra trong Hình 1.42. 1) Các quy tắc hình học Tính toàn vẹn hình học được định nghĩa về khía cạnh một tập hợp của các quy tắc hình học. Các quy tắc hình học được sử dụng để định nghĩa các ràng buộc trên các mối quan hệ hình học chấp nhận được giữa các tính năng trong một hoặc nhiều các lớp tính năng tham gia trong hình học. Các quy tắc hình học là một phần được xem xét của siêu dữ liệu hình học; chúng không là siêu dữ liệu được xem xét kết hợp vơi các lớp đặc tính mà tham gia trong hình học. Tập hợp các quy tắc hình học được kết hợp với hình học được lựa chọn trên cơ sở các mối quan hệ hình học nào là quan trọng đối với mô hình người sử dụng. Không có một tập hợp cố định nào của các quy tắc hình học mà được kết hợp với tất cả các hình học; thay vì thế, các hình học có thể được cụ thể với ít nhất hoặc nhiều hơn các quy tắc. Các quy tắc hình học được kiểm tra khi hình học được xác thực. Khi một quy tắc hình học bị vi phạm, một lỗi hình học được sinh ra. Lỗi hình học này có thể được diễn tả với một loại cụ thể của đặc tính mà cso thể chính nó bị kìm hãm. Trong điểm sau đây của sự xác thực, người sử dụng có thể xem lại sau đó các đối tượng lỗi hình học và các điều kiện lỗi có thể được sửa sai. Các vi phạm quy tắc hình học không ngăn chặn được hoạt động xác thực từ sự hoàn tất thành công. Ví dụ của các quy tắc hình học có thể được áp dụng đối với các đặc tính đa giác bao gồm:  Các phần bên trong của các hình đa giác trong một lớp đặc tính phải không được chồng lên nhau (mặc dù chúng có thể chia sẻ các cạnh hoặc các góc).  Các đa giác phải không có các khoảng trống bên trong chính nó hoặc giữa các đa giác liền kề (chúng có thể chia sẻ các cạnh, các đỉnh, hoặc các vùng bên tron).  Các đa giác của một lớp tính năng phải chia sẻ tất cả các vùng của chúng trong một lớp đặc tính khác (ví dụ chúng phải bao phủ lẫn nhau). Có một số đương nhiên các quy tắc hình học khác mà có thể được cụ thể đối với mỗi các loại hình học khác nhau. Ghi nhớ rằng điều này cũng có thể cho một hệ thống được thiết kế nơi tất cả các quy tắc cụ thể sử dụng các mối quan hệ ôn hoà. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 38 -
39. Báo cáo khoa hoc 2) Xác minh tính hợp lệ Quá trình xác thực là hoạt động cơ sở của sự thực hiện hình học bởi một động cơ hình học. Quá trình xác thực trên một hình học là đáng tin cậy để đảm bảo quy tắc đơn giản hoá trên tất cả các đói tượng không gian tham gia trong hình học được lưu tâm tới (ví dụ, các cạnh không giao nhau, không có các điểm cuối của cạnh nào bên trong có sự sai lệch, không có điểm cuối của cạnh nào nằm bên trong dung sai với một cạnh khác). Thêm nữa, quá trình xác thực đáp ứng cho sự kiểm tra tất cả các quy tắc hình học cụ thể và các lỗi hình học phát sinh tại các vị trí mà các quy tắc bị vi phạm. Luồng xử lý cơ bản cho quá trình thực thi bên trong các động cơ hình học là:  Tải tất cả các tính năng hình học và kết hợp siêu dữ liệu hình học (các quy tắc hình học, các mức ảnh hưởng của lớp đặc tính, và thu gom đúng sai).  Phá vỡ, gom lại, sắp xếp cho hệ thống, và cấu trúc hình học cá nút và các cạnh.  Tạo các tiêu biểu lỗi hình học mới khi các quy tắc hình học được tìm thấy trong sự vi phạm. Xoá các thể hiện lỗi xảy ra lại nếu các quy tắc không bị vi phạm nữa.  Cập nhật các hình tính năng nếu cần thiết (ví dụ nếu các hình bị chỉnh sửa trong sự thiết lập của các điều kiện)  Cập nhật các vùng ngoại lai kết hợp với hình học. Đó là điều quan trọng để ghi nhớ rằng quá trình xác thực là không cần diễn giải tất cả các tính năng bên trong tập dữ liệu hình học. Một sự xác thực có thể được thực hiện trên một tập con của không gian trải ra bởi tập dữ liệu. Đây là một công việc phức tạp được đưa ra yêu cầu xác thực của các quy tắc hình học sử dụng thông tin từng phần (ví dụ, những thể hiện lỗi chắc chắn có thể không bao gồm từng phần bên trong vùng xác thực). 3) Các vùng ngoại lai Một hình học có thể có một vùng ngoại lại kết hợp – một vùng ngoại lai phù hợp với các vùng bên trong phạm vi của hình khi các đặc tính từng tham gia trong hình học bị chỉnh sửa (thêm vào, xoá, hoặc cập nhật) nhưng chưa được xác thực. Khi hình của một đặc tính tham gia bên trong một hình học được chỉnh sửa, phạm vi của vùng ngoại lai được mở rộng bao quanh phạm vi của hình chữ nhật danh giới của hình được chỉnh sửa (các thể hiện hình học đơn giản khác cũng có thể được tận dụng như sự bao bọc của đỉnh, Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 39 -
40. Báo cáo khoa hoc góc). Điều này được diễn tả trong Hình 1.43. Vùng ngoại lai được duy trì với hình. Để đảm bảo hơn rằng các hình là chính xác, hình ở bên trong các vùng ngoại lai sẽ cần phải được xác thực. HÌnh 1.43 Một ví dụ về vùng ngoại lai tạo ra một đặc tính chỉnh sửa sau đó. Vùng ngoại lai được diễn tả bởi hình chữ nhật gạch chéo. Là không cần thiết để xác thực không gian tổng thể trải ra bởi vùng ngoại lai một lần; thay vì thế, một tập hợp con của vùng ngoại lai có thể được xác thực. Nếu vùng ngoại lai được xác thực từng phần, vùng ngoại lai nguyên thủy sẽ bị cắt cụt bởi phạm vi của vùng được xác thực. Việc cho phép những người sử dụng có khả năng xác thực một phần của vùng ngoại lai là một yêu cầu thực tế của hình học liền mạch vô cùng lớn – ví dụ, khi một hình được tạo lần đầu tiên, haợc khi một siêu dữ liệu hình học (như các quy tắc hình học) bị chỉnh sửa, phạm vi tổng thể của hình học là ngoại lai. Nếu những người sử dụng không được cung cấp khả năng để xác thực một phần của vùng ngoại lai, người sử dụng sẽ không phải yêu cầu xác thực tổng thể hình học mà có thể chứng tỏ là một quá trình lâu dài. Điều này sẽ là không thực tế đối với việc mở rộng các tập hợp dữ liệu doanh nghiệp. 4) Các lỗi và các ngoại lệ hình học Một lỗi hình học được phát sinh đối với mỗi thể hiện của quy tắc hình học được xác định là không có hiệu lực trong suốt quá trình xác thực (một ví dụ được chỉ ra ở Hình 1.44). Các quy tắc hình học được chỉ định chung như một mối quan hệ đòi hỏi để nắm bắt giữa các tập hợp tính năng của một hoặc nhiều lớp. Các lỗi hình học được kết hợp với hình học, sự kiểm tra lỗi sẽ cho phép một người sử dụng xác định nguyên nhân lỗi sinh ra. Các lỗi hình học được kết hợp lại về phương diện hình học được sử dụng để định vị các lỗi trong tập hợp dữ liệu hình học. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 40 -
41. Báo cáo khoa hoc Hình 1.44 Ví dụ của một sự chỉnh sửa (tạo đa giác) theo sau bởi một sự xác thực nơi mà quy tắc hình học là “các hìn đa giác phải không được chồng lên nhau”. Các lỗi hình học phát sinh được diễn tả bởi phần được tô đen. Chúng ta có đối tượng quan sát với các công nghệ doanh nghiệp mà trong trường hợp thỉnh thoảng các thể hiện lỗi hình học chắc chắn được chấp nhận. Hỗ trợ hợp lý các thể hiện lỗi hình học như vậy nơi mà các quy tắc hình học bị vi phạm một cách có mục đích, chúng ta thêm vào một thuộc tính để một lỗi hình học như vậy biểu thị lỗi hình học là một ngoại lệ thực tế hay không (đối với quy tắc). Tạo các lỗi hình học có mục đích như các ngoại lệ cho phép các máy khách khác của hình học để nắm bắt chúng trong cách thích hợp (ví dụ báo cáo những sự phát sinh biểu thị số lượng các lỗi trong hình học – điều này thường được sử dụng như một sự đo lường định lượng của chất lượng bên trong tập dữ liệu hình học). Đó cũng có thể giảm xuống trạng thái ngoại lệ các lỗi. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 41 -
42. Báo cáo khoa hoc Chương 2 DỮ LIỆU ĐỊA LÝ GIS – các lớp dữ liệu lồng nhau  Cho phép chúng ta thấy các mối quan hệ - cung một hình ảnh  Từ nhiều nguồn Hình 2.1 Các lớp dữ liệu của GIS Hình 2.2 Các lớp dữ liệu được tổng hợp và biểu diễn lại thế giới thực Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 42 -
43. Báo cáo khoa hoc 2.1. Các khái niệm về dữ liệu bản đồ và dữ liệu GIS Chúng ta có thể miêu tả đơn giản một CSDL GIS như một chuỗi các lớp bản đồ như ở Hình 2.1 đã chỉ ra. Các lớp này lưu lại thông thông tin đồ hoạc về các đặc tính của về bản đồ (như là các lô đất, các con phố, các đường tiện ích ) và các cùng địa lý (các cùng lân cận, sự chia các vùng, các khu dịch vụ ) và liên kết các thông tin phân phối chi tiết hoặc lưu trữ các miêu tả trong CSDL. Phần mềm GIS truy cập đồ hoạ tích hợp này và các thông tin về tính chất để hỗ trợ mọi việc ánh xạ, truy vấn địa lý, và các ứng dụng phân tích. 2.1.1. Các hệ toạ độ và phạm vi bản đồ Các hệ toạ độ được sử dụng cho một GIS rất hiệu quả, thông tin cần được lưu trữ trong các khung thích hợp như là một hệ toạ độ. Nó cũng quan trọng cho việc người sử dụng sau này để làm quen với việc thiết kế các phạm vi khác nhau miêu tả kích cỡ bản đồ và mức độ chi tiết. Các đặc tính và các vị trí trên bản đồ trong một GIS được tham chiếu tới các vị trí bản đồ hệ toạ độ mà trong đó khoảng cách có thể được đo với một chuẩn lưới quy định. Một hệ toạ độ phẳng (State Plane Coordinate System - SPCS) thường được sử dụng, khởi đầu định nghĩa cho một vùng địa lý cụ thể, các toạ độ x,y trong một vùng được định nghĩa từ gốc khởi đầu một vùng. Hình 2.3 sẽ miêu tả khái niệm này. Tỷ lệ bản đồ miêu tả mối quan hệ giữa kích cỡ của các tính năng được ánh xạ và kích cỡ thực của nó, rõ hơn là mối quan hệ giữa các khoảng cách tuyến tính trên bản đồ và các khoảng cách tương ứng trên mặt đất. Hai phương thức ký hiệu phạm vi thường được sử dụng là: • Tỷ lệ tương ứng Inch-Foot—Phạm mối quan hệ phạm vi được chỉ rõ là “1 inch = x feet”, nơi trên bản đồ có khoảng cách của 1 inch được so sánh với khoảng cách tương ứng trên mặt đất. scale Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 43 -
44. Báo cáo khoa hoc Hình 2.3 Khái niệm Hệ toạ độ phẳng • Phần tử điển hình—là một phẩn tử thuần tuý diễn tả tỷ lệ của khoảng cách bản đồ tương ứng với khoảng cách trên mặt đất mà không cần chỉ định bất cứ một đơn vị đo nào. Tỷ lệ inch-foot là 1 tương ứng với tỷ lệ điển hình là 1:1,200 hoặc 1/1,200. Đối với bản đồ phẳng hình tứ giác 1 inch = 2,000 feet, tỷ lệ phần tử điển hình là 1:24,000. Các ứng dụng GIS sử dụng dữ liệu trong một phạm vi tỷ lệ. Bản đồ tỷ lệ nhỏ để biểu diễn các vùng lớn với mức chi tiết khá thấp. Bản đồ tỷ lệ rộng biểu diễn các vùng nhỏ hơn với mức chi tiết cao hơn (Như trong Hình 2.4). Khi một GIS có thể hiển thị hoặc vẽ các bản đồ với bất kỳ một tỷ lệ mong muốn nào, tỷ lệ bản đồ cũng phải được liên hệ một cách chính xác và chi tiết tới bản đồ và tỷ lệ mà thông tin bản đồ trước tiên phải được biên soạn. Sự phóng to bản đồ sẽ thay đổi tỷ lệ, mức độ chi tiết và sự chính xác tăng lên có thể được bao hàm trong CSDL GIS. Ví dụ, kỹ thuật biên soạn khảo sát lĩnh vực thu nhập dữ liệu chi tiết, các bản đồ tỷ lệ lớn với độ chính xác cao cho thấy các danh giới hoặc các vùng đặc tính của cấu trúc, khi các thành phần diễn tả trên bản đồ được chuẩn bị sẵn từ hình ảnh vệ tinh hoặc các bức ảnh từ trên không trung thì về cơ bản là kém chính xác và có tỷ lệ nhỏ hơn rất nhiều. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 44 -
45. Báo cáo khoa hoc Hình 2.4 Bản đồ tỷ lệ nhỏ và tỷ lệ rộng 2.1.2. Dữ liệu Raster và Vector Các đặc tính không gian trong CSDL GIS được lưu trữ trong dạng Vecter hoặc Raster. Dạng Vecter miêu tả vị trí và các hình khối của các đặc trưng và các danh giới tỷ mỉ trong một chuỗi các toạ độ x,y. Độ chi tiết chỉ được giới hạn bởi độ chính xác và tỷ lệ của xử lý biên soạn bản đồ, vấn đề của thiết bị nhập, và kỹ năng cảu người thực hiện nhập liệu. Ngược lại, dạng lưới hoặc dạng Raster (như trong Hình 2.5) khái quát hoá các tính năng trên bản đồ như là các ô hoặc các điểm ảnh trong một ma trận lưới. Mức độ tinh vi của lưới (kích cỡ của các ô trong ma trận lưới) được xác định các thuộc tính trên bản đồ nguyên bản được diễn tả như thế nào. Hình 2.5 Mối quan hệ giữa Vector - Raster Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 45 -
46. Báo cáo khoa hoc Một GIS sử dụng cả hai loại dữ liệu Vector và Raster. Các lớp bản đồ cần phải miêu tả chính xác các đặc tính của bản đồ, như là các miệng cống, các đường thẳng giữa con phố, các đường danh giới các lô đất, hầu hết sử dụng dạng Vecter. Các lớp bản đồ được lưu trữ như hình ảnh, như là các hình ảnh không gian kỹ thuật số, sử dụng dạng Raster. Các lớp bản đồ Vector và Raster có thể che khuất hoặc hiển thị cùng một lúc trong GIS. 2.1.3. Bản đồ cơ sở và các lớp dữ liệu theo chủ đề Các lớp dữ liệu trong CSDL GIS có thể được phân loại theo bản đồ cơ bản hoặc theo chủ đề. Các lớp bản đồ cơ bản là các loại bao gồm các đặc tính bản đồ chung nhất cần thiết cho hầu hết các ứng dụng và nó làm cơ sở và sự tham chiếu cho các lớp bản đồ khác. Hình 2.6 cho thấy cùng một vị trí giống nhau cho bốn loại khác nhau của các lớp bản đồ cơ sở - Bản đồ diện tích, bản đồ phân lô, bản đồ hình ảnh, và bản đồ đường phố. Hình 2.6 Bản đồ các lớp bản đồ cơ bản Các lớp dữ liệu theo chủ đề bao gồm các đặc tính khác của bản đồ, được hiển thị thông thường với các bản đồ cơ bản, nó cần chó các ứng dụng cụ thể. Các lớp theo chủ đề có thể bao gồm các đặc tính và thông tin như là các mạng lưới nước hoặc cống rãnh., các vùng, các vùng lụt, sự thay đổi dân số như là mật độ dân số, hoặc là đất đai sử dụng. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 46 -
47. Báo cáo khoa hoc 2.1.4. Khai thác liệu GIS, tiếp cận và phân phối Một trong các bước chính trong việc thực thi một hệ thống GIS là chụp bản đồ và phân phối dữ liệu trong dạng kỹ thuật số. Việc chụp dữ liệu này thường tốn rất nhiều thời gian và tốn kém trong việc phát triển một GIS bởi vì thực tế nó có nghĩa là chuyển đổi các bản đồ và các bản ghi từ phiên bản sao lưu cứng sang dạng mà có thể tổ chức lại bên trong CSDL GIS. Phương pháp cụ thể được sử dụng để tự động ánh xạ dữ liệu phụ thuộc chính vào loại, định dạng dữ liệu và điều kiện của tài nguyên dữ liệu. Hình 2.7 Truy cập đa phương tiện Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 47 -
48. Báo cáo khoa hoc 2.2. CSDL địa lý Dữ liệu địa lý cung cấp dữ liệu chung để truy cập và quản lý trong khuôn khổ hệ thống GIS cho phép bạn phân phối GIS theo chức năng và theo lý thuyết thương mại cho nơi cần dữ liệu đó – trong ứng dụng điện tử, các máy chủ (bao gồm các dịch vụ Web), hoặc là các thiết bị di động. với kiến trúc này, bạn có một công cụ để thu thập về các hệ thống GIS thông minh. 2.2.1. GIS với các loại tệp dữ liệu và hệ quản trị CSDL quan hệ Các ứng dụng GIS là các hệ thống thông tin cho dữ liệu địa lý, nó định nghĩa các mô hình cho sự làm việc với dữ liệu. Với mô hình chung này, gọi là CSDL địa lý, định nghĩa tất cả các loại dữ liệu sử dụng trong các ứng dụng GIS, ví dụ như các đặc tính, raster, địa chỉ và cách biểu diễn chúng, cách truy cập, lưu trữ, quản lý và xử lý. CSDL địa lý là một cơ cấu chung được chia sẻ bởi các ứng dụng GIS. Hình 2.8 CSDL địa lý là một mô hình dữ liệu GIS hiện đại Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 48 -
49. Báo cáo khoa hoc CSDL địa lý đưa ra cho bạn khả năng:  Làm giàu thủ công các loại dữ liệu  Áp dụng các quy tắc và các mối quan hệ phức tạp  Truy nhập một lưu lượng lớn dữ liệu địa lý lưu trữ trong cả hai loại hình tệp tin và CSDLnd databases. CSDL địa lý hơn là một trình quản lý dữ liệu địa lý, nó cũng thực thi các lý thuyết thương mại phức tạp, ví dụ như xây dựng các mối quan hệ giữa các loại dữ liệu như các mạng tô pô và hình học, phê chuẩn dữ liệu, và điều khiển truy nhập. 2.2.2. Hỗ trợ các định dạng dữ liệu Các phần mềm GIS hỗ trợ thực thi mô hình dữ liệu địa lý như là tập hợp các tệp tin trong một hệ thống tập tin hoặc là tập hợp các bảng trong một hệ quản trị CSDL quan hệ (RBMS). Các hệ thống tệp tin được đơn giản hoá để sử dụng và ko yêu cầu một cơ sở hoặc sự quản lý phức tạp nào của một hệ quản trị CSDL quan hệ. Dù sao, các hệ thống tệp tin được đơn người sử dụng thực thi và có một giới hạn cho việc lưu trữ các tập hợp dữ liệu lớn. Các phần mềm GIS cũng hỗ trợ và dạng tập hợp dữ liệu phổ biến như mức độ bao phủ, tệp hình khối, các lưới, các hình ảnh, các mạng tam giác không đều (TINs). CSDL địa lý quản lý các loại giống nhau của thông tin địa lý trong một hệ quản trị CSDL quan hệ như là DB2, Informix, Oracle, SQL Server, hoặc là Microsoft Access. Bảng sự so sánh của sự thực thi các tệp tin và CSDL địa lý: Các tập hợp dữ liệu cơ sở tệp tin CSDL địa lý Mức độ bao phủ DB2 với loại dữ liệu không gian của Các tệp hình khối nó Các lưới Informix với loại dữ liệu không gian TINs của nó Các hình ảnh (nhiều định dạng) SQL Server Các tệp tin định dạng sản phẩm Oracle Vector Oracle với loại dữ liệu không gian Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 49 -
50. Báo cáo khoa hoc CAD – Các tệp tin thiết kế với sự hỗ các máy định vị (Locator) của nó trợ của máy tính (nhiều định dạng) Các CSDL địa lý cá nhân (Microsoft GML – Ngôn ngữ đánh dấu địa lý Access) (nhiều định dạng) Các bảng (nhiều định dạng) Các định dạng đọc trực tiếp Vector và Raster XML Việc thêm vào các nguồn tệp và hệ quản trị CSDL quan hệ, các phần mềm CSDL GIS có thể làm việc với nhiều các định dạng khác với sự chuyển đổi dữ liệu. Dữ liệu GIS cũng có thể được truy cập qua các mạng, ví dụ như Web, sử dụng nhiều loại khác nhau ngôn ngữ XML và các giản đồ Web như CSDL XML, ArcXML, SOAP, WMS, và WFS. 2.3. Siêu dữ liệu và GIS 2.3.1. Siêu dữ liệu là gì? Siêu dữ liệu là tài liệu tổng thể cung cấp nội dung, chất lượng, loại, sự tạo dữ liệu, và các thông tin về không gian địa lý về các tập hợp dữ liệu. Nó được lưu trữ trong bất kỳ định dạng nào như một tệp tin văn bản, XML, hoặc một bản ghi CSDL. Vì kích cỡ nhỏ của nó được sánh với dữ liệu mà nó diễn tả, siêu dữ liệu ngày càng dễ dàng chia sẻ. Bằng việc tạo và chia sẻ siêu dữ liệu, thông tin về dữ liệu có sẵn trở nên sẵn sàng đối với bất kỳ ai tìm kiếm nó. Siêu dữ liệu làm cho dữ liệu dễ dàng được khám phá hơn và giảm sự lặp lại dữ liệu. Nhiều phần mềm GIS lưu trữ siêu dữ liệu với các tập hợp dữ liệu chi tiết và có thể thêm vào chỉ mục siêu dữ liệu ngay bên trong CSDL cho việc chia sẻ. Nhiều phần mềm GIS sử dụng chuẩn XML cho việc xử lý siêu dữ liệu. Siêu dữ liệu có một thành phần không gian địa lý như một quy mô của thế giới mà dữ liệu bao phủ. Siêu dữ liệu có thể diễn tả được dữ liệu GIS, một dịch vụ Web GIS, hoặc một chủng loại siêu dữ liệu trực tuyến. Siêu dữ liệu cũng diễn tả được dữ liệu phi điện tử như là các bản đồ giấy hoặc các dữ liệu điện tử không trực tuyến như là dữ liệu lưu trên đĩa quang hoặc băng từ. Các tiêu chuẩn mở cho siêu dữ liệu chấp nhận khái niệm tổ chức, Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 50 -
51. Báo cáo khoa hoc cũng biết tới như là một dịch vụ phân loại. Hai loại dịch vụ phân loại siêu dữ liệu GIS nổi tiếng là Geography NetworkSM và NSDI Clearinghouse. 1) Các tiêu chuẩn siêu dữ liệu Các tổ chức tiêu chuẩn định nghĩa ra các tiêu chuẩn siêu dữ liệu. Bằng việc tuân theo một chuẩn siêu dữ liệu chung, các tổ chức ngày càng có khả năng chia sẻ dữ liệu. Một tiêu chuẩn quan trọng ở Mỹ là FGDC cho siêu dữ liệu địa lý kỹ thuật số, ấn hành lần đầu tiên năm 1998. Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế cũng tạo ra một tiêu chuẩn về siêu dữ liệu không gian. Cả hai tiêu chuẩn FGDC và ISO đều được các phần mềm GIS cung cấp một tập hợp các công cụ hỗ trợ.  Một trình chỉnh sửa siêu dữ liệu  Các bảng mẫu để trình diễn siêu dữ liệu với nhiều dạng báo cáo  Một thiết bị đồng bộ tự động ghi lại các tính chất của tập hợp dữ liệu trong các yếu tố siêu dữ liệu thích hợp cho các tiêu chuẩn đó Các phần mềm GIS rất cố gắng để hỗ trợ các chuẩn siêu dữ liệu mở rộng với công nghệ thích hợp. 2) Các tiêu chuẩn truyền thông kỹ thuật số Các phần mềm GIS tạo ra siêu dữ liệu trong dạng XML. XML khác với HTML, nó diễn tả nội dung dữ liệu có cấu trúc hơn là hiển thị các tính chất. XML là một tiêu chuẩn công nghiệp mở là nền tảng trung gian và định hướng để xuất bản và phân phối thông tin sử dụng Internet. Bất cứ siêu dữ liệu nào được xuất bản trong XML hợp lý cũng được chấp nhận bởi bất kỳ dịch vụ siêu dữ liệu nào. Z39.50 là một tiêu chuẩn mở, là một giao thức truyền thông nổi tiếng từ lâu cho việc chia sẻ thông tin trên các mạng WAN. Các máy khách và các máy chủ có thể gửi và nhận các yêu cầu và đáp ứng bằng việc sử dụng giao thức Z39.50. Tiêu chuẩn FGDC sử dụng Z39.50 để triển khai NSDI, cho phép tìm kiếm dữ liệu không gian ngay trên Internet. Sử dụng Z39.50 để tham gia vào các tiêu chuẩn NSDI Các phần mềm ứng dụng của GIS như ArcIMS 4.0.1 cung cấp trình kết nối Z39.50, cho phép biên dịch các yêu cầu và các đáp ứng giữa Z39.50 và các giao thức bên Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 51 -
52. Báo cáo khoa hoc trong ứng dụng. Điểm mấu chốt của các tình kết nối là các dịch vụ siêu dữ liệu có thể ngay lập tức trở thành các nút trên mạng NSDI. 2.3.2. Tại sao siêu dữ liệu quan trọng đối với GIS? Chúng ta thấy một tầm nhìn của việc chia sẻ dữ liệu toàn cầu bằng việc tạo ra công nghệ hỗ trợ siêu dữ liệu. Siêu dữ liệu tạo ra các thông tin không gian hữu dụng hơn tất cả các loại dữ liệu của người sử dụng bằng việc tạo ra nó một cách dễ dàng hơn để lưu trữ và định vị các tập hợp dữ liệu. Tính sẵn có tăng lên của tất cả các loại dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau giúp công nghệ GIS trở nên càng hữu dụng hơn và ngày càng được chấp nhận rộng rãi hơn. Với sự hỗ trợ siêu dữ liệu, những nhà sản xuất dữ liệu có thể xuất bản thông tin về dữ liệu, và dữ liệu được tiêu thụ có thể được tìm kiếm cho dữ liệu họ cần. Vì dữ liệu không gian là nhiên liệu của GIS, thật quan trọng quan trọng để biết được nếu dữ liệu là phù hợp với người cần nó. Người sử dụng dữ liệu cần siêu dữ liệu để dịnh vị thích hợp các tập hợp dữ liệu. Siêu dữ liệu cung cấp thông tin về dữ liệu sẵn có bên trong một tổ chức hoặc từ các dịch vụ phân loại, các tổ chức tiêu chuẩn hoặc các nguồn từ bên ngoài. Siêu dữ liệu không chỉ giúp tìm kiếm dữ liệu, dữ liệu được tìm thấy chỉ một lần, mà còn cho chúng ta thấy cách để biên dịch và sử dụng dữ liệu. Việc xuất bản siêu dữ liệu làm dễ dàng cho việc chia sẻ dữ liệu. Chia sẻ thông tin giữa các tổ chức khuyến khích các tổ chức, các liên hợp, tích hợp tiếp cận các vấn đề liên quan tới không gian địa lý. 1) Siêu dữ liệu và quản lý GIS Lưu trữ các bản ghi siêu dữ liệu không gian là rất quan trọng. Từ một phối cảnh quản lý dữ liệu, siêu dữ liệu là quan trọng đối với việc duy trì nguồn đầu tư về dữ liệu không gian địa lý của một tổ chức. Siêu dữ liệu làm lợi cho một tổ chức theo các cách sau:  Cung cấp một bảng kiểm kê cho tài sản dữ liệu  Giúp xác định và duy trì giá trị của dữ liệu  Giúp bạn xác định độ tin cậy và độ chính xác của dữ liệu  Hỗ trợ việc tạo đưa ra quyết định Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 52 -
53. Báo cáo khoa hoc  Lưu thành tài liệu các vấn đề về pháp lý  Giúp giữ dữ liệu chính xác và giúp kiểm định chính xác để hỗ trợ tốt việc đưa ra quyết định tốt và tiết kiệm chi phí  Giúp xác định ngân sách vì nó cung cấp một sự hiểu biết rõ ràng khi nào hoặc dữ liệu là cần thiết được cập nhật hoặc được đầu tư mới Cả hai dữ liệu và thời gian đều tiêu hao tiền bạc. Một GIS phát triển kế hoạch đưa siêu dữ liệu vào sự tính toán từ lúc bắt đầu với việc tiết kiệm thời gian và tiền bạc sau đó. Dữ liệu tiếp tục tiêu tốn và trở thành một phần lớn nhất của ngân sách GIS, thường là nhiều hơn chi phí cho nhân viên. Nếu siêu dữ liệu là một phần của các thủ tục hoạt động theo tiêu chuẩn, tạo ra các siêu dữ liệu mà thực tế không mất chi phí nào. Thời gian và sự nỗ lực liên quan tới siêu dữ liệu cần được đưa vào ngân sách hoặc kế hoạch dự án của mỗi hoạt động GIS. Ví dụ, vì công nghệ GIS có thể cung cấp các biểu diễn dữ liệu một cách chi tiết, trực quan, nó là một nguồn tuyệt đối quan trọng đáp ứng trong các trường hợp khẩn cấp. Các nhà quản lý giáp mặt với các vấn đề an toàn nội bộ biết rằng họ cần truy cập nhanh tới nhiều loại dữ liệu để đáp ứng nhanh chóng và hiệu quả. Siêu dữ liệu là chìa khoá để cug cấp thông tin đúng lúc và có thể dễ dàng được truy cập và chia sẻ thông qua các danh giới nhiều vùng với tất cả các mức của một chính phủ. Trong trường hợp khẩn cấp, các nhà quản lý cũng cần chia sẻ một cách chính xác, cập nhật thôn gtin với phương tiện truyền thông và công cộng. Siêu dữ liệu nên là một phần tiêu chuẩn của bất kỳ GIS nào và nó không phải là một chức năng mở rộng. Siêu dữ liệu là một thành phần cơ bản của mỗi sự thực thi của người sử dụng. Những công cụ để tạo và quản lý siêu dữ liệu là các công nghệ chủ chốt để chia sẻ thông tin địa lý và xây dựng những tổng thể. 2) Truy cập siêu dữ liệu Các nhà quản lý GIS phải điều khiển truy cập dữ liệu và siêu dữ liệu GIS. Các phần mềm GIS cung cấp các truy cập thích hợp đến siêu dữ liệu trên máy chủ. Những Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 53 -
54. Báo cáo khoa hoc người khác nhau có thể có các mức độ khác nhau để truy cập: duyệt Web, xuất bản, và quản trị. 2.3.3. Các ứng dụng GIS hỗ trợ siêu dữ liệu như thế nào? Các dịch vụ siêu dữ liệu GIS cho phép những người sử dụng cá nhân hoá và tập trung lưu trữ trực tuyến siêu dữ liệu với bất kỳ mức nào – Intranet hoặc Internet. Các dịch vụ siêu dữ liệu được xây dựng trên tính chức năng của các sản phẩm ứng dụng GIS sẵn có như 3 sản phẩm của ESRI sau:  Ứng dụng ArcGIS ArcCatalog™ được sử dụng để tạo và bản quyền hoá siêu dữ liệu và gửi đi một dịch vụ siêu dữ liệu.  ArcIMS and ArcSDE™—các máy chủ ArcIMS quản lý các dịch vụ siêu dữ liệu; ArcSDE là giao diện của CSDL quan hệ lưu trữ các tài liệu siêu dữ liệu.  ArcCatalog, Metadata Explorer, Web browsers, hoặc các máy khách Z39.50 có thể truy cập siêu dữ liệu lưu trữ trong một dịch vụ siêu dữ liệu. Hình 2.9 Các ứng dụng hỗ trợ siêu dữ liệu 1) Bản quyền hoá siêu dữ liệu ArcCatalog, một ứng dụng bao gồm ArcGIS, tự động cập nhật siêu dữ liệu khi có thể. Ví dụ, phạm vi và hệ toạ độ không gian có thể tự động được đáp ứng. ArcCatalog tự động chèn siêu dữ liệu vào các tập hợp dữ liệu đảm bảo tính toàn vẹn. ArcCatalog sẽ làm đầy thông tin bằng cách sử dụng các tính chất của dữ liệu. Khi dữ liệu thay đổi – ví dụ, Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 54 -
55. Báo cáo khoa hoc khi làm mới các thuộc tính được thêm vào sau khi bạn thấy với siêu dữ liệu, ArcCatalog tự động cập nhật với thông tin mới. ArcCatalog có thể gửi dữ liệu tới dịch vụ siêu dữ liệu ArcIMS, dữ liệu yêu cầu ít nhất một trong các mục sau:  Tiêu đề  Người xuất bản  Phạm vi không gian  Chủ đề dữ liệu  Loại nội dung a) Các công cụ siêu dữ liệu dựa trên các tiêu chuẩn ArcCatalog trở thành trình soạn thảo siêu dữ liệu mà bạn có thể sử dụng để lưu trữ dữ liệu của bạn. Hai trình soạn thảo sẵn có trong ArcCatalog để tạo ra siêu dữ liệu. Một trình tuân theo chuẩn FGDC và một trình tuân theo chuẩn ISO. Với mỗi tiêu chuẩn, ArcCatalog cung cấp các thành phần:  Trình đồng bộ ( để tự động nắm bắt thông tin)  Điều khiển ActiveX (trình soạn thảo)  Định nghĩa loại tài liệu (tuỳ chọn – cho việc phê chuẩn)  Các bảng mẫu (cho việc biểu diễn)  Siêu dữ liệu được tạo trong ArcCatalog được lưu trữ trong định dạng XML. b) Hỗ trợ các loại dữ liệu ArcGIS 8 được thiết kế để tạo siêu dữ liệu cho bất kỳ tập dữ liệu nào được hỗ trợ/tạo bởi ArcGIS cũng như các tập dữ liệu khác được định danh và phân loại bởi người dùng (ví dụ văn bản, các tệp tin CAD, các kịch bản). Hỗ trợ các tập dữ liệu sau:  Các mức bao phủ ArcInfo™  Các tệp hình khối ESRI  Các bản vẽ CAD  Các hình ảnh  Các lưới  Các mạng TINs Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 55 -
56. Báo cáo khoa hoc  Các CSDL ArcSDE  ArcSDE cá nhân  Các không gian làm việc  Các bản đồ  Các lớp  Các bảng INFO™  Các bảng dBASE®  Các bảng hệ quản trị CSDL  Các dự án  Các tệp văn bản  Các kịch bản chương trình 2) Xuất bản siêu dữ liệu Dịch vụ siêu dữ liệu với ArcIMS có thể cho phép tất cả người dùng của dịch vụ nhận các thành phần này như một phần của nhân phần mềm. Dịch vụ siêu dữ liệu ArcIMS làm cho siêu dữ liệu được tạo ra với ArcCatalog sẵn có trên Internet. Hình 2.9 Mô hình xử lý thu thập và xuất bản dữ liệu Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 56 -
57. Báo cáo khoa hoc a) Giao diện ArcSDE Ứng dụng dịch vụ siêu dữ liệu ArcIMS sử dụng một CSDL ArcSDE như là một kho chứa tất cả các tài liệu siêu dữ liệu được lưu trữ. Bằng việc sử dụng ArcSDE, siêu dữ liệu tìm kiếm có thể sử dụng khả năng chỉ mục hoá không gian của phần mềm ArcSDE. ArcIMS nhờ vào ArcSDE để lưu trữ, tìm kiếm, và truy xuất các tài liệu siêu dữ liệu. Tất cả các yêu cầu từ ArcIMS được biên dịch sang ngôn ngữ SQL và được gửi qua ArcSDE tới CSDL quan hệ. Các đáp ứng theo cùng một đường được đảo lại từ CSDL tới dịch vụ ArcIMS. Thông tin kết nối CSDL, như máy chủ ArcSDE , CSDL, tên người sử dụng, mật khẩu được chỉ định trong tệp cấu hình siêu dữ liệu. Vài thông số có sẵn đề điều chỉnh CSDL ArcSDE trong trường hợp đặc biệt cần thiết. Trong việc bổ xung thêm các lớp và các bảng được tự động tạo bở ArcIMS cho một dịch vụ siêu dữ liệu, ArcSDE có thể được cá nhân hoá hơn nữa để đưa ra những đáp ứng. CSDL mặc định bao gồm tập hợp các bảng được sử dụng để lưu trữ các tài liệu xuất bản và thông tin phức tạp. b) Hỗ trợ tiêu chuẩn Trong trường hợp đơn giản nhất, một dịch vụ siêu dữ liệu chỉ cung cấp thông tin sao lưu cho dịch vụ đó. Để mở rộng một lượng siêu dữ liệu, dịch vụ siêu dữ liệu đó phải trả về một truy vấn, ArcIMS cung cấp một kỹ thuật để tích hợp với các ấn bản siêu dữ liệu khác. ArcIMS Metadata Explorer có thể khởi đầu một tìm kiếm phân phối thông qua các yêu cầu tìm kiếm siêu dữ liệu trên chuẩn dịch vụ siêu dữ liệu NSDI, những nền tảng phân phối tìm kiếm thực sự. Một cách tiếp cận khác là thực sự sao lưu siêu dữ liệu từ các dịch vụ khác, cách tiếp cận này được gọi là thu hoạch. Thu hoạch có nghĩa là nhập vào nội dung của dịch vụ siêu dữ liệu khác vào dịch vụ siêu dữ liệu của bạn. Bạn cũng có thể xuất ra nội dung của dịch vụ siêu dữ liệu của bạn với dịch vụ khác để thu hoạch. Các tổ chức muốn thực thi các chức năng tiêu chuẩn có thể sử dụng sự thu hoạch với ArcIMS. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 57 -
58. Báo cáo khoa hoc 2.4. Quản trị dữ liệu Quản lý dữ liệu là một là sự suy xét chính khi phát triển các kiến trúc GIS doanh nghiệp. GIS doanh nghiệp thường mang lợi ích từ những sự nỗ lực để củng cố các nguồn dữ liệu GIS trung gian. Những lý do này bao gồm sự tăng cường người sử dụng truy cập và các nguồn dữ liệu, cung cấp sự bảo vệ dữ liệu tốt hơn, và tăng cường chất lượng của dữ liệu. Sự củng cố của công nghệ thông tin hỗ trợ các nguồn cũng làm giảm chi phí cho phần cứng và chi phí cho tổng thể việc quản trị hệ thống. Cách đơn giản nhất và hiệu quả chi phí nhất là quản lý các nguồn dữ liệu là giữ một bản sao lưu của giữ liệu bên trong một kho chứa dữ liệu trung tâm và cung cấp yêu cầu người dùng truy cập tới dữ liệu này để hỗ trợ sự duy trì dữ liệu và hoạt động truy vấn GIS và phân tích những sự cần thiết. Những công việc quản lý dữ liệu này bao gồm:  Các cách để bảo vệ dữ liệu không gian  Các cách để sao lưu dự phòng dữ liệu không gian  Các cách để di chuyển dữ liệu không gian  Các cách mới để truy cập dữ liệu không gian Sự hỗ trợ cho các giải pháp CSDL phân phối được giới thiệu một cách truyền thống các hoạt động rủi ro cao, với tiềm tàng của nguy cơ hỏng dữ liệu và việc sử dụng của các nguồn dữ liệu hư hỏng trong sự hỗ trợ các hoạt động GIS. Có nhiều tổ chức hỗ trợ các giải pháp phân phối hiệu quả. Thành công của họ dựa trên các kế hoạch cẩn thận và sự chu đáo đối với quá trình quản trị của họ mà hỗ trợ các vị trí dữ liệu phân phối. Các giải pháp quản lý CSDL phân phối trong tương lai có thể giảm đáng kể rủi ro của các môi trường phân phối hỗ trợ. Dù tập trung hoặc phân phối, sự thành công của các giải pháp GIS doanh nghiệp sẽ phụ thuộc nhiều vào đội ngũ quản trị viên năm giữ các hoạt động hệ thống và cung cấp các một giải pháp kiến trúc để hỗ trợ người sử dụng truy cập những gì cần thiết. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 58 -
59. Báo cáo khoa hoc Kết luận Nghiên cứu và đánh giá về công nghệ GIS là rất quan trọng trong công nghệ thông tin địa lý ngày nay. Đề tài đã thu hút được nhiều sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu địa lý nói riêng và những nhà công nghệ nói chung ngày nay. Qua thời gian tìm kiếm các tài liệu về địa lý và GIS, tìm hiểu các tài liệu liên quan cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo – Thạc sỹ Lê Minh, em đã phần nào hiểu được một cách hệ thống về các vấn đề liên quan đến công nghệ GIS cũng như hiểu về tổng thể thống GIS. Công nghệ GIS đang ngày càng phát triển trên thế giới, nhiều tổ chức trên thế giới đã định hướng phát triển các ứng dụng và dịch vụ dựa trên GIS mang lại nhiều lợi ích cho họ nói riêng và cho thế giới nói chung. Với công nghệ GIS, thế giới chỉ là nhỏ bé trong tầm tay chúng ta chỉ với những cái click chuột. Phát triển công nghệ GIS và thực thi nó sẽ mang tới nhiều lợi nhuận xã hội về nhiều mặt như du lịch, kinh tế, năng lượng, dự báo thời tiết, dự báo thiên tai, quản lý nguồn nhiên, nguyên liệu thiên nhiên Do thời gian hoàn thành khoá luận có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu còn ít nên em chưa nghiên cứu được một cách kỹ lưỡng tất cả các vấn đề của công nghệ GIS đồ sộ mà mới chỉ đưa ra một số vấn đề cơ bản thiết yếu của hệ thống GIS mà thôi. Hy vọng trong thời gian không xa em có thể tiếp tục nghiên cứu và phát triển một số vấn đề như:  Khả năng thao tác nội tại dữ liệu GIS  Khả năng thao tác nội tại dịch vụ và hoạt động GIS  Thu thập và Xử lý dữ liệu GIS  Mô hình hoá không gian GIS  Từ đó tích luỹ kiến thức đầy đủ về GIS để tự xây dựng một hệ thống GIS với nhiều tiềm năng của nước ta. Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 59 -
60. Báo cáo khoa hoc Tài Liệu Tham Khảo 1. Tài liệu qua Internet 2. Tài liệu quan một số trang web - - - www.gis.com - - Nguyễn Trọng Tư – Lớp K54C - CNTT - 60 -