Các lệnh tính toán chiều dài kích thước trong qgis
- 1. NGHIỆP Đào tạo giảng viên, FORMIS 2014 TÀI LIỆU TẬP HUẤN SỬ DỤNG QGIS CƠ BẢN Tài liệu này được biên soạn bởi Nguyễn Cao Tùng và các cộng sự thuộc Trung tâm Viễn thám và công nghệ thông tin [RITC] Hà Nội, năm 2014
- 2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN............................................................. 1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CSDL GIS ................................. 1 1- Hệ thông tin địa lý [GIS]..................................................................................1 1.1- Định nghĩa...................................................................................................2 1.2- Chức năng cơ bản........................................................................................3 1.3- Những kỹ thuật phân tích và xử lý chính....................................................6 1.4- Thành phần cơ bản......................................................................................6 1.5- Cấu trúc dữ liệu không gian và thuộc tính..................................................8 1.6- Mô hình dữ liệu raster...............................................................................10 1.7- Mô hình dữ liệu vector..............................................................................11 1.8- Các phương pháp phân tích dữ liệu không gian cơ bản............................14 1.9- Một số phần mềm GIS phổ biến ...............................................................16 2- Cơ sở dữ liệu địa lý [Geodatabase]...............................................................16 2.1-Tầm quan trọng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu [DBMS] ............................16 2.2- Khái niệm Cơ sở dữ liệu không gian [geodatabase].................................19 2.3- Metadata....................................................................................................19 2.4- Mô hình cơ sở dữ liệu địa lý [geodatabase]..............................................20 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ ............................... 22 1- Hệ tọa độ không gian .....................................................................................22 2- Phép chiếu bản đồ ..........................................................................................25 2.1- Các phép chiếu cơ bản ..............................................................................26 2.2- Phép chiếu UTM và VN2000 ...................................................................31 2.3- Chuyển đổi hệ tọa độ ................................................................................33 CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MÃ NGUỒN MỞ VÀ OPENGIS............... 35 1- Mã nguồn mở..................................................................................................35 2- Open Geospatial Consortium [OGC] và OpenGIS.....................................36 3- Giới thiệu về WebGIS....................................................................................40 3.1- Khái niệm..................................................................................................40 3.2- Phân loại....................................................................................................41 4- Mô hình xử lý và kiến trúc triển khai WebGIS...........................................45 4.1- Kiến trúc WebGIS.....................................................................................45 4.2- Các bước xử lý ..........................................................................................45
- 3. trúc triển khai.............................................................................46 4.4- Các chuẩn trao đổi WebGIS hiện nay.......................................................47 5- Giới thiệu về MapServer................................................................................50 6- Giới thiệu về GeoServer.................................................................................53 7- Giới thiệu về Posgre SQL ..............................................................................54 7.1- Khái quát về hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL..................................54 7.2- Giới thiệu về POSTGIS ............................................................................55 8- Giới thiệu một số phần mềm GIS Mã nguồn mở ........................................58 PHẦN II: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG QUANTUMGIS................................. 61 CHƯƠNG I: CÀI ĐẶT HỆ THỐNG................................................................... 61 1- Cài đặt phần mềm ..........................................................................................61 2- Các thanh công cụ chính................................................................................62 3- Các plugin chính.............................................................................................62 4- Các cửa sổ làm việc chính..............................................................................63 5- Thiết lập tham số hệ thống ............................................................................64 5.1- Thiết lập thông tin phép chiếu ..................................................................65 5.2- Hệ tọa độ tự tạo.........................................................................................66 5.3- Trình quản lý kiểu.....................................................................................67 5.4- Cấu hình các phím tắt................................................................................72 5.5- Tùy chọn ...................................................................................................72 5.6- Chế độ bắt điểm ........................................................................................74 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG DỰ ÁN QUẢN LÝ KHÔNG GIAN GIS.............. 75 1- Quản lý dữ liệu theo dự án [project] ............................................................75 1.1- Tạo mới một dự án....................................................................................75 1.2- Mở dự án đã có .........................................................................................75 1.3- Ghi lưu dự án ............................................................................................76 2- Kết nối và làm việc với CSDL trên máy chủ ...............................................76 2.1- Thiết lập kết nối đến CSDL ......................................................................76 2.2- Mở lớp bản đồ trong CSDL ......................................................................79 3- Tạo mới dữ liệu và CSDL..............................................................................83 3.1- Tạo mới lớp Shapfile.................................................................................83 3.2- Tạo mới CSDL cá nhân dạng SpatiaLite ..................................................86 4- Nhập dữ liệu vào CSDL PostGIS/PostGreSQL...........................................88
- 4. BÀY, TRUY VẤN VÀ CẬP NHẬT DỮ LIỆU ........... 92 1- Trình bày các lớpdữ liệu................................................................................92 1.1- Trình bày lớp đường .................................................................................92 1.2-Trình bày lớp điểm.....................................................................................92 1.3- Trình bày lớp vùng [Polygon]...................................................................93 1.4- Hiển thị nhãn [label] .................................................................................93 1.5- Các công cụ để xem ..................................................................................95 2- Tra cứu dữ liệu ...............................................................................................95 2.1- Sử dụng công cụ Nhận diện đối tượng......................................................95 2.2- Tra cứu bằng bảng thuộc tính ...................................................................96 3- Truy vấn, hỏi đáp ...........................................................................................97 3.1- Lệnh truy vấn hỏi đáp CSDL thuộc tính...................................................97 3.2- Lệnh truy vấn hỏi đáp CSDL không gian .................................................99 4- Cập nhật dữ liệu không gian .......................................................................100 4.1- Các công cụ để tạo mới và chỉnh sửa......................................................100 4.2- Tạo mới một đối tượng ...........................................................................102 4.3- Chỉnh sửa đối tượng................................................................................104 4.4- Gộp đối tượng .........................................................................................105 4.5- Tách đối tượng ........................................................................................105 5- Cập nhật dữ liệu thuộc tính.........................................................................105 5.1- Cập nhật từng đối tượng .........................................................................105 5.2- Cập nhập nhiều đối tượng.......................................................................107 CHƯƠNG IV: BIÊN TẬP VÀ IN BẢN ĐỒ......................................................110 1- Thiết lập trang in..........................................................................................110 1.1- Tạo không gian in ...................................................................................110 1.2- Xác định cấu hình trang in......................................................................111 1.3- Đặt tỉ lệ bản đồ và kích thước bản đồ .....................................................112 1.4- Thêm tiêu đề............................................................................................113 1.5- Tạo thước tỉ lệ .........................................................................................114 1.6- Tạo mũi tên chỉ phương bắc....................................................................115 1.7- Thiết lập và biên tập bảng chú giải .........................................................116 2- In bản đồ........................................................................................................118 2.1- In ra giấy .................................................................................................118 2.2- In ra ảnh [file] .........................................................................................119
- 5. 1: Hệ thống GIS...........................................................................................3 Hình 2: Hệ thông tin địa lý đưa ra quyết định.......................................................4 Hình 3: Các nhóm chức năng trong hệ thống GIS................................................5 Hình 4: Các thành phần của GIS...........................................................................7 Hình 5: Mô hình dữ liệu raser .............................................................................11 Hình 6: Mô hình dữ liệu vector...........................................................................12 Hình 7: Mô hình cơ sở dữ liệu địa lýcủa ESRI...................................................20 Hình 8: Hệ toạ độ vuông góc 3 chiều..................................................................22 Hình 9: Vị trí một điểm theo các hệ tọa địa lý....................................................23 Hình 10: Hình dạng “thật” của trái đất................................................................23 Hình 11: Elipsoid và các thông số cơ bản...........................................................25 Hình 12: Phép chiếu bản đồ ................................................................................25 Hình 13: Mặt chiếu hình nón...............................................................................27 Hình 14: Cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng................................................27 Hình 15: Mặt chiếu hình trụ ................................................................................28 Hình 16: Các vị trí của mặt phẳng phương vị.....................................................28 Hình 17: Phép chiếu đồng diện tích ....................................................................29 Hình 18: Phép chiếu đồng khoảng cách..............................................................30 Hình 19: Phép chiếu đồng góc ............................................................................30 Hình 20: Phép chiếu hỗn hợp..............................................................................31 Hình 21: Phép chiếu UTM ..................................................................................32 Hình 22: Phần phủ trùng là 40km để tiếp biên và thể hiện BĐ liên tục .............32 Hình 23: Chuyển đổi phép chiếu bản đồ.............................................................34 Hình 24: Chuyển đổi phép chiếu bao gồm cả chuyển đổi gốc tọa độ.................34 Hình 25: Chương trình hành động của OGC ......................................................39 Hình 26: Sơ đồ hoạt động của webGIS...............................................................40 Hình 27: Kiến trúc WebGIS................................................................................46 Hình 28: Cấu trúc cơ bản của ứng dụng MapServer...........................................51 Hình 29: Vị trí PostGIS trong PostgreSQL.........................................................56 Hình 30: Tải phần cài đặt QGIS từ trang chủ .....................................................61
- 6. bước cài đặt QGIS.........................................................................61 Hình 32: Biểu tượng QGIS..................................................................................62 Hình 33: Cửa sổ quản lý dữ liệu..........................................................................64 Hình 34: Cửa sổ trang in .....................................................................................64 Hình 35: Thiết lập thông tin phép chiếu..............................................................65 Hình 36: Định nghĩa hệ toạ độ tự tạo..................................................................67 Hình 37: Trình quản lý kiểu ................................................................................67 Hình 38: Định nghĩa kiểu hiển thị điểm.............................................................68 Hình 39: Thiết lập thông số cho đối tượng điểm ................................................68 Hình 40: Kết thúc việc định nghĩa chế độ hiển thị..............................................69 Hình 41: Kết xuất style........................................................................................69 Hình 42: Lưu trữ kiểu hiển thị đã được định nghĩa.............................................70 Hình 43: Lựa chọn biểu tượng có sẵn trên thư viện của máy .............................70 Hình 44: Lựa chọn kiểu hiển thị dạng hình ảnh có sẵn trên thư viện .................71 Hình 45: Định nghĩa kiểu hiển thị cho đối tượng vùng ......................................72 Hình 46: Cấu hình phím tắt.................................................................................72 Hình 47: Các tuỳ chọn trong QGIS.....................................................................73 Hình 48: Tạo mới một dự án từ biểu tượng trên thanh công cụ..........................75 Hình 49: Tạo mới một dự án từ biểu tượng từ thực đơn.....................................75 Hình 50: Mở dự án từ biểu tượng trên thanh công cụ.........................................75 Hình 51: Lưu dự án .............................................................................................76 Hình 52: Thêm các kết nối PostGIS....................................................................77 Hình 53: Tạo mới một kết nối.............................................................................77 Hình 54: Các thông số để tạo 1 kết nối ...............................................................78 Hình 55: Hộp thoại thông báo kết quả kết nối ....................................................79 Hình 56: Các dữ liệu có trong kết nối .................................................................79 Hình 57: Mô hình hiển thị khi mở dữ liệu ..........................................................80 Hình 58: Mở dạng dữ liệu SpatiaLite..................................................................80 Hình 59: Mở lớp dữ liệu dạng SpatiaLite ...........................................................81 Hình 60: Các dữ liệu có trong kết nối .................................................................81 Hình 61: Bảng mở 1 lớp dữ liệu dạng văn bản ...................................................82
- 7. văn bản cần mở...........................................................................82 Hình 63: Thực đơn thêm lớp dạng raster ............................................................83 Hình 64: Thực đơn tạo lớp mới dạng Shapefile.................................................83 Hình 65: Hộp thoại nhập các thông số cho lớp mới............................................84 Hình 66: Tuỳ chọn hệ quy chiếu .........................................................................84 Hình 67: Kiểu thuộc tính dữ liệu.........................................................................85 Hình 68: Thêm các trường mới...........................................................................85 Hình 69: Lưu lớp mới..........................................................................................86 Hình 70: Thực đơn tạo 1 lớp mới dạng SpatiaLite .............................................87 Hình 71: Thiết lập thông số cho lớp SpatiaLite mới...........................................87 Hình 72: Lưu lớp mới..........................................................................................88 Hình 73: Thực đơn nhập tập tin shape vào PostgreSQL/PostGIS ......................88 Hình 74: Cửa sổ công cụ nhập tệp tin Shape vào PostGIS.................................89 Hình 75: Kết nối với máy chủ PostGIS trước khi nhập tệp tin shape.................89 Hình 76: Chọn tệp tin shape để import vào máy chủ PostGIS ...........................90 Hình 77: Cửa sổ công cụ import tệp tin shape sau khi chọn tệp tin....................90 Hình 78: Chỉnh sửa tên lớp bản đồ sẽ được tạo trên máy chủ PostGIS..............91 Hình 79: Thực đơn thiết lập chế độ hiển thị .......................................................92 Hình 80: Hiển thị đường......................................................................................92 Hình 81: Hiển thị lớp điểm..................................................................................93 Hình 82: Đặt chế độ hiển thị nhãn từ thực đơn...................................................93 Hình 83: Đặt chế độ hiển thị nhãn từ cửa sổ TOC..............................................94 Hình 84: Xem nhanh thông tin thuộc tính...........................................................96 Hình 85: Bảng thuộc tính của lớp dữ liệu ...........................................................96 Hình 86: Bảng nhập các điều kiện để tìm kiếm, truy vấn...................................98 Hình 87: Sử dụng thanh công cụ để truy vấn......................................................98 Hình 88: Bảng nhập các điều kiện để tìm kiếm, truy vấn...................................99 Hình 89: Truy vấn theo không gian ..................................................................100 Hình 90: Thực đơn bật, tắt chỉnh sửa................................................................102 Hình 91: Thêm mới 1 đối tượng dạng vùng......................................................103 Hình 92: Thêm mới 1 đối tượng dạng đường ...................................................103
- 8. mới 1 đối tượng dạng điểm......................................................103 Hình 94: Cửa sổ nhập thông tin khi kết thúc thêm 1 đối tượng........................104 Hình 95: Chọn biểu tượng công cụ để sủa hình dạng đối tượng vùng .............104 Hình 96: Vẽ lại hình dạng đối tượng.................................................................104 Hình 97: Bảng thông tin thuộc tính đối tượng ..................................................105 Hình 98: Bảng chỉnh sửa thông tin thuộc tính đối tượng..................................106 Hình 99: Sửa thuộc tính đối tượng...................................................................106 Hình 100: Thực đơn mở bảng thuộc tính ..........................................................107 Hình 101: Bảng thuộc tính của lớp dữ liệu .......................................................107 Hình 102: Các biểu thức tính toán ....................................................................108 Hình 103: Tạo ra trường dữ liệu mới ................................................................108 Hình 104: Các trường và giá trị có trong trường đó .........................................108 Hình 105: Các phép toán tử cơ bản để tính toán...............................................109 Hình 106: Các biểu thức tính toán ....................................................................109 Hình 107: Thực đơn tạo một trình biên tập mới ...............................................110 Hình 108: Cửa sổ trang in .................................................................................110 Hình 109: Chèn bản đồ vào trang in .................................................................111 Hình 110: Đưa bản đồ lên trang in....................................................................112 Hình 111: Thiết lập tỷ lệ bản đồ........................................................................112 Hình 112: Nhập tiêu đề bản đồ..........................................................................114 Hình 113: Thiết lập thông số cho thanh thước tỷ lệ..........................................115 Hình 114: Các biểu tượng hình ảnh ..................................................................116 Hình 115: Các tuỳ chọn chú giải.......................................................................117 Hình 116: Đặt tên cho lớp bản đồ .....................................................................117 Hình 117: Các mục chú giải..............................................................................118 Hình 118: Trình bày bản đồ thành quả..............................................................118
- 9. TẮT CAD Phần mềm đồ họa có hỗ trợ của máy tính CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ cở dữ liệu CSDLĐL Cơ cở dữ liệu địa lý CSDLKG Cơ cở dữ liệu không gian CSDLTT Cơ cở dữ liệu thuộc tính GIS Hệ thống thông tin địa lý GPS Thiết bị định vị toàn cầu HTML Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản HTTP Giao thức truyền tải siêu văn bản OpenGIS Hệ thông tin mã nguồn mở Projection Phép chiếu Reclassify Phân loại, phân lớp Server Máy chủ Spatial data Dữ liệu không gian Topology Luật quan hệ không gian trong hệ thông tin địa lý UTM Phép chiếu hình trụ ngang, đồng góc VN-2000 Hệ tọa độ 2000 Việt Nam WGS84 Hệ tọa độ toàn cầu
- 10. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CSDL GIS 1- Hệ thống thông tin địa lý [GIS] Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS, theo tiếng Anh là viết tắt của các từ: “Geographic Information Systems”. Có thể nói chuyên từ GIS đã đang trở nên quen thuộc với nhiều người trên toàn thế giới. GIS được hình thành từ các ngành khoa học: Địa lý, Bản đồ, Tin học và Toán học. Nguồn gốc của GIS là việc tạo các bản đồ chuyên đề, các nhà quy hoạch sử dụng phương pháp chồng xếp bản đồ [overlay], phương pháp này được mô tả một cách có hệ thống lần đầu tiên bởi ông Jacqueline Tyrwhitt trong quyển sổ tay quy hoạch vào năm 1950, kỹ thuật này còn được sử dụng trong việc tìm kiếm vị trí thích hợp cho các công trình được quy hoạch. Việc sử dụng máy tính trong vẽ bản đồ cũng bắt đầu vào cuối thập niên 50, từ đây khái niệm về GIS ra đời nhưng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng. Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên của thế giới được xây dựng vào đầu những năm 60 [1964] tại Canada với tên gọi là CGIS [Canadian Geographic Information System]. Giai đoạn đầu những năm 60, các hệ GIS phục vụ chủ yếu cho công tác điều tra, quản lý tài nguyên thiên nhiên thì giữa những năm 60, các hệ GIS phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị. Sự ra đời và phát triển các hệ GIS trong những năm 60 đã được quốc tế chấp nhận và đánh giá cao. Vì vậy, năm 1968 Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu Địa lý [Commission on Geographical Data Sensing and Processing] nhằm mục đích phổ biến kiến thức về lĩnh vực này trong những năm tiếp theo. Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính đã làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiên cứu, thiết kế và thương mại hoá các phần mềm GIS. Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại là các công ty: ESRI, GIMMS, Synercom, Intergraph, Calma, Computervision. Cũng thời gian này đã xuất hiện một tình trạng mà R.F.Tomlinson [1991] gọi là loạn khuôn dạng [digital chaos], đòi hỏi trong những năm sau này phải nghiên cứu khả năng giao diện, trao đổi khuôn dạng thông qua một số khuôn dạng chuẩn và được chấp nhận rộng rãi nhất. Những năm 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều
- 11. quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trường v.v...với các quy mô lãnh thổ khác nhau. Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số vấn đề còn tồn tại từ những năm trước đây, một hướng được phát triển tương đối mạnh, đó là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một số lĩnh vực quan trọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trường: LIS [Land Information System], LRIS [Land Resource Information System], PMIS [Port Management Information System], ILWIS [Intergreted Land and Water Information System]. Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS. Trong khung cảnh hiện tại, thế giới đã biết đến ít nhất vài trăm phần mềm GIS được thương mại hoá, giá giao động từ vài trăm đến vài trăm ngàn đô la Mỹ. Với sự tích luỹ về dữ liệu thông qua các ứng dụng riêng lẻ trong từng chuyên ngành đã vượt quá khả năng quản lý của các hệ GIS riêng lẻ. Xu hướng là tăng cường khả năng tận dụng dữ liệu sẵn có và tăng cường khả năng trao đổi giữa các chuyên ngành, các khu vực và trên cục diện toàn cầu. Một đặc điểm khác của sự phát triển ứng dụng trong giai đoạn hiện nay là sự gia tăng sử dụng thông tin viễn thám như một đầu vào thông tin quan trọng của các hệ GIS. Rất nhiều nỗ lực đã được giành cho nghiên cứu các phương pháp tích hợp thông tin ảnh viễn thám với các thông tin bản đồ trên GIS. Các ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên rừng trên thế giới rất đa đạng và phong phú. 1.1- Định nghĩa GIS là một hệ thống thông tin [trên hệ máy tính] được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý [có vị trí trên Trái đất]. Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các công cụ hỗ trợ cho việc thao tác với dữ liệu không gian. Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số hóa không gian và phi không gian về các đối tượng bản đồ, mỗi liên hệ giữa các đối tượng không gian và các tính chất của một vùng đối tượng. Như vậy, hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống phần mềm máy tính được sử dụng trong việc vẽ bản đồ, phân tích các vật thể, hiện tượng tồn tại trên trái đất. Công nghệ GIS tổng hợp các chức năng chung về quản lý dữ liệu
- 12. [query] và phân tích thống kê [Statistical analysis] với sự thể hiện trực quan [visialization] và sự phân tích các vật thể hiện tượng không gian [geographic analysis] trong bản đồ. Sự khác biệt giữa GIS và các hệ thống thông tin thông thường là tính ứng dụng của nó rất rộng trong việc giải thích hiện tượng, dự báo và quy hoạch chiến lược. Hình 1: Hệ thống GIS 1.2- Chức năng cơ bản Hệ thống thông tin địa lý [GIS] là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu và quản lý nhất định. Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý tích hợp các dữ liệu có toạ độ [bản đồ] với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý. Cách hiểu này có thể khái quát lại trong hình dưới đây:
- 13. thông tin địa lý đưa ra quyết định Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô, đa ngành và đa tỷ lệ. Tuỳ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau. Một GIS có những nhóm chức năng cơ bản sau: Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý Đây là quá trình chuyển đổi dạng dữ liệu từ dạng bản đồ giấy, từ tài liệu, văn bản khác nhau thành dạng số để có thể sử dụng được trong GIS. Sau khi nhập số liệu và bản đồ vào máy tính, khâu tiền xử lý cho phép hoàn thiện dữ liệu - bản đồ trên máy với các nội dung như: Gắn thuộc tính cho các đối tượng bản đồ: Liên kết các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Xây dựng cấu trúc topo [quan hệ không gian] Biên tập các lớp thông tin và trình bày bản đồ Chuyển đổi hệ chiếu [hệ tọa độ] Chuyển đổi khuôn dạng, cấu trúc dữ liệu bản đồ... Quản lý dữ liệu
- 14. liệu được sắp xếp theo các lớp [layer], theo chủ đề, theo không gian [khu vực], theo thời gian [năm tháng] và theo tầng cao và được lưu trữ ở các thư mục một cách hệ thống. Chức năng quản lý dữ liệu của GIS được thể hiện qua các nội dung sau: Lưu trữ dữ liệu trong CSDL GIS Khôi phục dữ liệu từ CSDL Tổ chức dữ liệu theo những dạng cấu trúc dữ liệu thích hợp Thực hiện các chức năng lưu trữ và khôi phục trong các thiết bị lưu trữ. Truy nhập và cập nhật dữ liệu. GIS có thể tìm kiếm đối tượng thỏa mãn những điều kiện cho trước một cách dễ dàng và chính xác. Xử lý và phân tích dữ liệu GIS cho phép xử lý trên máy tính hàng loạt các phép phân tích bản đồ và số liệu một cách nhanh chóng chính xác, phục vụ các yêu cầu xây dựng bản đồ và phân tích quy hoạch lãnh thổ. GIS có thể thực hiện các phép biến đổi bản đồ cơ bản, chồng xếp bản đồ, xử lý dữ liệu không gian theo các mô hình. Hình 3: Các nhóm chức năng trong hệ thống GIS Kết xuất dữ liệu Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian. Các
- 15. có thể ở dạng bản đồ, bảng thuộc tính, báo cáo, biểu đồ...trên màn hình máy tính hoặc trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy theo yêu cầu của người dùng. Các dạng dữ liệu này phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống GIS, các kỹ thuật, quy trình xây dựng và các chuyên gia GIS. 1.3- Những kỹ thuật phân tích và xử lý chính Phép đo đạc Cho phép tính toán diện tích, chiều dài; thống kê diện tích tự động theo các loại biểu thiết kế. Phép phân tích chồng xếp Chồng xếp bản đồ theo các tiêu chuẩn hoặc mô hình tính toán để tạo ra các bản đồ chuyên đề mới. Đưa ra các mô hình dữ liệu và thực hiện các bài toán ra quyết định, các bài toán quy hoạch, phân vùng, dự báo khuynh hướng phát triển. Phép nội suy Phân tích bề mặt từ đường đẳng trị, phân tích địa hình [độ dốc, hướng dốc, phân tích thuỷ hệ], mô phỏng không gian, mô tả theo hướng nhìn. Tạo vùng đệm Tạo ra vùng đệm theo khoảng cách từ một đối tượng hoặc một lớp dữ liệu cho trước. Dựa vào chức năng này người ta có thể áp dụng cho các mô hình vùng đệm của vườn quốc gia, cho quy hoạch đường giao thông... 1.4- Thành phần cơ bản Phần cứng Các thiết bị điện tử trên nó GIS hoạt động như máy tính, máy in, scanner, digitizer,… [cơ thể]. Phần mềm Các phần mềm máy tính cho phép thực hiện việc lưu trữ, phân tích và thể hiện thông tin địa lý, phần mềm có các nhóm chức năng thành phần sau: Thành phần hiển thị bản đồ: [Cartographic Display System]: cho phép chọn lọc dữ liệu trong hệ thống để tạo ra bản đồ mới sau đó trình bày lên màn hình hoặc đưa ra máy in, máy vẽ…
- 16. số hóa bản đồ: [Map Digitizing System Database]: cho phép chuyển đổi các bản đồ trên giấy sang dạng số. Hình 4: Các thành phần của GIS Thành phần quản lý dữ liệu: [Database Management System]: gồm các module cho phép người dùng nhập số liệu dạng bảng tính, phân tích và xử lý số liệu… Thành phần xử lý ảnh: [Image Processing System]: nắn chỉnh ảnh, xóa nhiễu, lọc ảnh, giải đoán ảnh vệ tinh, ảnh máy bay. Thành phần phân tích thống kê: [Statistical Analysis System] Thành phần phân tích dữ liệu không gian[Geographic Analysis System]: chồng xếp bản đồ, tạo vùng đệm, tìm vị trí thích nghi… Dữ liệu Đây là phần quan trọng nhất trong số các thành phần của hệ thống GIS. Các dữ liệu địa lý, mối liên hệ của chúng và các bảng biểu liên kết có thể được thu thập hay mua từ nhiều nguồn khác nhau. Dữ liệu trong GIS gồm có: i] Dữ liệu không gian [DLKG- Spatial Database] và ii] dữ liệu thuộc tính [DLTT - Attribute Database]: DLKG: mô tả về mặt địa hình như hình dáng, vị trí của đặc trưng bề mặt trái đất, ví dụ như vị trí của khu đất trên bản đồ, hình dạng bề mặt khu vực v.v…
- 17. tả về tính chất và giá trị của đặc trưng đó, ví dụ như việc sử dụng đất, người sở hữu, giá trị khu đất, giá trị cao độ… Con người Hiệu suất sử dụng GIS phụ thuộc rất lớn vào khả năng của người quản lý hệ thống và người lập kế hoạch phát triển ứng dụng GIS trong thực tế. GIS có thể được thiết kế sử dụng bởi nhiều chuyên gia của các lãnh vực khác nhau. Phương pháp Sự thành công trong các thao tác với GIS phụ thuộc rất nhiều vào việc hoạch định phương pháp tiến hành công việc [đề cương chi tiết cho một dự án]. 1.5- Cấu trúc dữ liệu không gian và thuộc tính Dữ liệu của một hệ thống thông tin địa lý có thể chia thành hai dạng: dữ liệu không gian [spatial data] và dữ liệu thuộc tính [non-spatial data]. Dữ liệu không gian Như chúng ta đã biết, bản đồ là một hình thức thể hiện dữ liệu không gian quen thuộc mà chúng ta thường gặp nhất. Bản đồ trình bày các đối tượng theo các điểm, đường và vùng, chúng được đặt ở vị trí địa lý [tọa độ] nào đó. Bản đồ thường được thể hiện ở dạng hai chiều. Các chú thích trên bản đồ cho biết những thông tin hay định nghĩa các điểm, đường và vùng mà nó thể hiện, những thông tin, định nghĩa đó mang tính thuộc tính [non spatial]. Bản đồ dùng để lưu trữ dữ liệu và cung cấp dữ liệu cho người sử dụng nó. Tuy nhiên ta không thể thể hiện nhiều thông tin trên một bản đồ cùng một lúc vì sẽ làm người dùng khó hiểu. Để giải quyết vẫn đề này, trên cùng một khu vực cần thể hiện, người ta vẽ nhiều lớp bản đồ, mỗi bản đồ thể hiện một thông tin riêng, các bản đồ này còn gọi là bản đồ chuyên đề [thematic map], ví dụ như bản đồ đất đai, bản đồ khí hậu,… Tuy nhiên, tìm kiếm hay phân tích các dữ liệu không gian trên các bản đồ thuộc tính khác nhau thường tốn nhiều thời gian và bất tiện. Hơn nữa, việc vẽ các bản đồ bằng tay cũng tốn rất nhiều thời gian và công sức. Trong GIS, việc lưu trữ và thể hiện dữ liệu không gian [DLKG] được phân ra riêng biệt. Dữ liệu có thể được lưu trữ dưới mức độ chi tiết cao và sau đó được thể hiện ở mức độ kém chi tiết hơn và theo tỷ lệ thích hợp với mục tiêu
- 18. người sử dụng. Ngoài ra, GIS còn cho phép người dùng thể hiện dữ liệu không gian dưới nhiều hình thức khác nhau như bản đồ chuyên đề cùng với biểu đồ, văn bản mô tả,… Mỗi cách được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng. Trong GIS, DLKG được thể hiện dưới dạng điểm, đường và vùng tương tự như bản đồ thông thường. Tuy nhiên, để quản lý bằng máy tính, dữ liệu không gian được tổ chức lưu trữ khác với bản đồ. Thông tin về thực thể không gian trong GIS được mô tả bằng 4 thành phần: Vị trí địa lý của đối tượng được miêu tả [không gian] Mối liên hệ của đối tượng đó trong không gian [không gian] Thời gian Thông tin thuộc tính của đối tượng [phi không gian] Vị trí địa lý: Vị trí của đối tượng trong không gian được thể hiện một cách thống nhất theo một hệ thống tọa độ địa lý nào đó [hệ tọa độ GAUSS, UTM,...];. Trong GIS, các DLKGcủa cùng một cơ sở dữ liệu [CSDL] phải cùng một hệ thống tọa độ. DLKG có thể được lưu trữ ở nhiều tỷ lệ [mức độ chính xác] khác nhau. Thuộc tính: Tính chất thứ hai của DLKG là thuộc tính “nó là cái gì?”. Trong GIS, các thuộc tính được lưu trữ và thể hiện dưới dạng bảng biểu. Mỗi trường thể hiện một thuộc tính của đối tượng. Ví dụ để thể hiện tính chất của các lô rừng trồng, ta mô tả bằng tên lô, năm trồng, tên chủ hộ, diện tích, chức năng phòng hộ hay sản xuất,… Mối liên hệ không gian: Các đối tượng địa lý luôn có mối liên hệ không gian với nhau. Các liên hệ này có thể là: nằm trong, bên cạnh, cắt nhau, ở trên, ở dưới… ví dụ như con đường nằm cạnh bờ kênh, khu nông trường nằm trong huyện A, con đường B cắt ngang con đường C,… Thời gian: Một số sự vật, hiện tượng có sự thay đổi theo thời gian như sử dụng đất nông nghiệp, thời tiết,..do đó, khi mô tả các sự vật hiện tượng này người ta luôn thể hiện thời điểm thu nhập [đo đạc] dữ liệu. Trong máy tính, dữ liệu không gian thường được thể hiện dưới các dạng sau: Điểm: được thể hiện bằng những biểu tượng dạng điểm Đường gấp khúc hay đoạn cong
- 19. đa giác Các điểm ảnh [raster] Các thành phần đồ họa trong cơ sở dữ liệu GIS thường được mô tả bằng nhiều lớp [layer], mỗi lớp chứa một nhóm đối tượng thuần nhất với vị trí của chúng theo hệ tọa độ chung của tất cả các lớp. Dữ liệu thuộc tính Số liệu thuộc tính thể hiện các tính chất, số lượng, chất lượng hay mỗi quan hệ của các phần tử bản đồ và các vị trí địa lý. Chúng được lưu trữ dưới dạng số hay ký tự. Thông thường, dữ liệu được quản lý dưới dạng bảng [table] bao gồm cột [column] hay còn được gọi là trường [field], hàng [row] hay còn gọi là mẫu tin [record]. Để định nghĩa một trường phải có tên trường [field name] và kiểu dữ liệu của trường [type], kiểu dữ liệu có thể là: kiểu ký tự [character], kiểu số nguyên [interger], kiểu số thực [real], kiểu logic,… 1.6- Mô hình dữ liệu raster Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel [hay một phần tử của ảnh]. Vị trí của mỗi pixel được xác định bởi số hàng và số cột. Giá trị được gán vào pixel tượng trưng cho một thuộc tính mà nó thể hiện. Ví dụ một căn nhà được thể hiện bằng một pixel có giá trị là H, con sông được thể hiện bằng nhiều pixel có cùng giá trị là R, tương tự lô rừng cũng được thể hiện bằng một hoặc một nhóm pixel có cùng trạng thái IIIa1 [rừng nghèo],… Kích thước của pixel càng nhỏ thì hình ảnh nó thể hiện càng sắc nét, thông số thể hiện độ sắc nét gọi là độ tương phản [resolution]. Ảnh có độ tương phản cao, thì độ sắc nét càng cao, kích thước pixel nhỏ. Tuy nhiên hai ảnh raster có cùng kích thước, nếu ảnh nào có độ tương phản cao thì file dữ liệu chứa nó sẽ lớn hơn. Ví dụ, nếu một pixel thể hiện một diện tích là 250m x 250m mặt đất trên thực tế thì để thể hiện một khoảng cách 1km ta cần 4 pixel, để thể hiện một diện tích 1km x 1km ta cần 16 pixel. Khi ta giảm kích thước pixel xuống còn 100m x100m, để thể hiện một khoảng cách 1km ta cần 10 pixel, để thể hiện một diện tích 1km x 1km ta cần 100 pixel. Vì kích thước của file dữ liệu liên quan tới số lượng pixel nên ta thấy rằng kích thước của file tăng lên đáng kể khi ta tăng độ tương phản của ảnh raster.
- 20. hình dữ liệu raser Một ảnh raster thông thường bao gồm hàng triệu pixel. Tuy nhiên, nhiều pixel gần nhau sẽ có cùng giá trị. Người ta dùng nhiều phương pháp nén [data compression] khác nhau để giảm kích thước file ảnh raster như là phương pháp Run-Length Encoding, phương pháp Value Point Encoding và phương pháp Quadtrees. ● Phương pháp Run-Length Encoding: Trong phương pháp này, file dữ liệu sẽ lưu trữ thông tin về các run, mỗi run là một nhóm các pixel có cùng giá trị nằm liên tục nhau trên cùng một dòng, run được định nghĩa bởi giá trị [value], chiều dài [length] và dòng [row]. ● Phương pháp Value Point Encoding: Trong phương pháp này, dữ liệu được lưu trữ là dòng và cột của điểm cuối cùng của một dãy các pixel có cùng giá trị. ● Phương pháp Quadtrees: Trong phương pháp này, người ta chia ảnh thành các tiểu vùng. Mỗi một tiểu vùng phải có cùng một giá trị. Việc phân chia tiểu vùng được tiến hành như sau: Chia ảnh ra làm bốn phần bằng nhau. Nếu phần ảnh nào nhiều giá trị khác nhau thì tiếp tục chia tiếp phần ảnh đó làm bốn. Tiếp tục xét các phần tư nhỏ và chia chúng ra làm tư nếu còn có sự khác biệt về giá trị trong nó. 1.7- Mô hình dữ liệu vector Mô hình dữ liệu vector thể hiện vị trí chính xác của vật thể hay hiện tượng trong không gian. Trong mô hình dữ liệu vector, người ta giả sử rằng hệ thống tọa độ là chính xác. Thực tế mức độ chính xác được giới hạn bởi số chữ số dùng để thể hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster.
- 21. trái đất được thể hiện trên bản đồ dựa trên hệ tọa độ hai chiều x, y [Cartesian coordinate system], trên bản đồ vật thể có thể được thể hiện như là các điểm [point], đường [line] hay miền [area]. Mô hình dữ liệu vector cũng tương tự như vậy, một vật thể dạng điểm [point feature] được mô tả dưới dạng cặp tọa độ x, y; một vật thể dạng đường [line feature] được mô tả dưới dạng một chuỗi cặp tọa độ x, y;một vật thể dạng vùng được mô tả dưới dạng một chuỗi cặp tọa độ x, y với cặp tọa độ đầu trùng với cặp tọa độ cuối tạo thành đa giác kín [polygon]. Hình 6: Mô hình dữ liệu vector Trong mô hình dữ liệu vector, tùy theo cách lưu trữ dữ liệu, người ta chia ra thành các mô hình: Spaghetti Data Model, Topological Model, Triangulated Irregular Network [TIN]. ● Spaghetti Data Model [SDM]: Đây là dạng cấu trúc sơ đẳng của dữ liệu véc tơ trong đó mỗi đối tượng địa lý được mô tả bằng các thực thể hình học độc lập, được biểu diễn bằng toạ độ hoặc bằng các phương trình tham số [đường thẳng, đường tròn, đường cong,...].Cấu trúc này rất hữu hiệu đối với công việc thiết kế và trình bày đồ hoạ song lại rất hạn chế đối với việc nghiên cứu các quan hệ giữa các đối tượng địa lý vì mỗi đối tượng độc lập với các đối tượng láng giềng. Trong SDM, tọa độ của các đối tượng trên bản đồ được chuyển đổi và ghi nhận vào file dữ liệu theo từng dòng danh sách các cặp tọa độ. Như vậy các cặp tọa độ của cạnh chung của hai đa giác kề nhau phải được lập lại hai lần, mỗi lần cho một đa giác. Như vậy việc lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu rất mất thời gian. ● Topological Model: Topology là ngành toán học nghiên cứu các tính chất hình học không đổi trong các biến đổi nhất định như giãn, uốn. Trong GIS, topology được dùng để xử lý các mối quan hệ không gian giữa các đối
- 22. Đây là dạng mô hình dữ liệu được sử dụng rộng rãi nhất để lưu trữ dữ liệu không gian. Hình học là phương pháp toán học dùng cho việc xác định mối liên hệ giữa các vật thể trong không gian. Người ta còn gọi mô hình này là mô hình Arc-node. Arc là một chuỗi các đoạn thẳng được bắt đầu và kết thúc bằng nút [node]. Một node là một giao điểm của hai hay nhiều arc. Có ba kiểu topology chủ yếu là topology cung-nút, vùng-cung và trái-phải, cụ thể là: Các cung kết nối với nhau tại các nút [cung-nút] dùng để nhận biết mối liên hệ giữa các đường. Các cung kết nối xung quanh để định nghĩa một vùng [vùng-cung] dùng để xác định một vùng Các cung có hướng và kề cận trái, phải [trái-phải] dùng để nhận biết các vùng kề cận nhau. Topology model rất thích hợp cho các thao tác phân tích không gian [spatial analysis] vì đa số các bài toán phân tích không gian, người ta không dùng đến dữ liệu về tọa độ mà chỉ cần đến dữ liệu về hình học. ● Trianglular Irregular Network [TIN]: TIN thường được dùng để thể hiện dữ liệu về địa hình [terrain data]. TIN thể hiện bề mặt địa hình như là tập hợp các mặt tam giác liên kết với nhau. Mỗi đỉnh của tam giác được thể hiện bằng tọa độ địa lý x, y và z, thường thì z được gán bằng với giá trị cao độ của địa hình. Mỗi mặt của tam giác được gán cho một chữ cái và ba đỉnh của nó được gán bằng chữ số. TIN rất thích hợp trong việc tính toán các thông số của địa hình như độ dốc, hướng dốc. Bảng so sánh giữa mô hình dữ liệu Raster và Vector Mô hình Raster Mô hình Vector Ưu điểm Cấu trúc dữ liệu đơn giản Dễ dàng chồng, ghép bản đồ với các dữ liệu viễn thám. Dễ dàng phân tích không gian Dễ mô hình hoá Ưu điểm Dung lượng dữ liệu được nén hơn so với mô hình raster Thể hiện liên hệ hình học, thích hợp cho các phân tích về hình học hay phân tích về mạng lưới
- 23. Mô hình Vector Thích hợp cho việc nâng cấp, xử lý ảnh Đồ hoạ chính xác Tìm kiếm, cập nhật, khái quát hoá các đối tượng Nhược điểm Dung lượng của dữ liệu lớn Khi giảm độ phân giải để giảm dung lượng thì làm giảm chi tiết của thông tin Không thể hiện rõ liên hệ hình học Các bản đồ raster thô và không đẹp Nhược điểm Cấu trúc dữ liệu phức tạp Thao tác chồng, ghép phức tạp Khó khăn trong cho việc thể hiện dữ liệu phức tạp [đa dạng] Khó khăn trong phân tích không gian và lọc các đối tượng. 1.8- Các phương pháp phân tích dữ liệu không gian cơ bản Thuật toán trên VECTOR ● Phân loại [reclassify]: Ghép hai hay nhiều đối tượng không gian có cùng chung một hay nhiều đặc trưng nào đó hay cùng thỏa mãn một điều kiện nào đó thành một, phương pháp này được sử dụng trong việc phân loại các đối tượng thành đối tượng mới tổng quát hơn, đối tượng mới có hình dạng là tổng các đối tượng cũ và mang tính chất [dữ liệu thuộc tính] của tất cả các đối tượng cũ. Ví dụ ở bản đồ hiện trạng rừng trồng tỷ lệ lớn thể hiện từng loài cây trồng, khi xây dựng bản đồ hiện trạng rừng trồng tỷ lệ nhỏ, chúng ta chỉ thể hiện loại rừng trồng, do đó phải sử dụng thuật toán phân loại để gộp các loài cây trồng thành rừng trồng. Các bước để thực hiện bài toán phân loại là: Xác định điều kiện phân loại. Phân loại các đối tượng theo điều kiện phân loại. Bỏ các biên chung của các đối tượng kề nhau cùng thỏa mãn điều kiện phân loại. Tạo lại cấu trúc của đối tượng mới. ● Vùng đệm [buffer]: Tạo đối tượng mới xung quanh đối tượng cũ trong một khoảng cách đã cho. Phương pháp này thường được ứng dụng trong quy họach như xác định vùng đệm của khu bảo tồn thiên nhiên hay xác định vùng
- 24. nguồn ô nhiễm tiếng ồn,…Ta có thể tạo vùng đệm cho đối tượng dạng điểm, tuyến hay vùng. ● Chồng xếp bản đồ [overlay]: Phương pháp này thường được dùng nhất trong việc liên kết các dữ liệu không gian. Thí dụ như việc tìm kiếm các giếng khoan theo phân vùng hành chính, ta có hai lớp dữ liệu không gian là lớp giếng khoan [dạng điểm] và lớp dữ liệu không gian hành chính xã [dạng vùng], vậy để xem giếng nào thuộc xã nào ta chồng hai lớp này lại với nhau. Ta chỉ có thể chồng các lớp dữ liệu dạng điểm lên lớp dữ liệu dạng vùng, hay lớp đối tượng dạng vùng lên lớp đối tượng dạng vùng hay lớp đối tượng dạng tuyến lên lớp đối tượng dạng vùng. Trong Lâm nghiệp, chúng ta thường xuyên sử dụng các phương pháp chồng xếp để tính toán diện tích, đánh giá diễn biến tài nguyên, quy hoạch sử dụng đất, v.v Thuật toán trên RASTER ● Các phép toán đại số trên bản đồ [+, -, *, /]: Thông thường, để thiết lập các bản đồ tổng hợp [combine map] chúng ta phải thực hiện các công thức và các phương trình toán học, ví dụ như chúng ta muốn lập một bản đồ khả năng xói mòn đất [soil erosion potential] dựa trên công thức liên hệ giữa các yếu tố về khả năng xói mòn của đất với gradient độ dốc và cường độ mưa. Các công thức toán học có thể chứa các hằng số, các công thức lượng giác, các phép tính cộng, trừ, nhân, chia. ● Các phép toán luận lý trên bản đồ [bolean operation]: Các phép toán luận lý có thể thực hiện được trong GIS là: Phép toán AND [“và” hay “giao”] Phép toán OR [“hoặc” hay “hợp”] Phép toán NOT [“hiệu”] Phép toán XOR [ngược lại của OR] Trong MHDLKG Raster, khi phân tích số liệu trên nhiều lớp bản đồ, cách khác giá trị của các pixel cùng vị trí được dùng làm tham số tính toán của phép toán được áp dụng.
- 25. khi phân tích luận lý, người ta thường phân loại lại bản đồ raster như sau, nếu pixel thỏa mãn điều kiện thì gán giá trị là 1, nếu không thỏa mãn thì gắn giá trị là 0 ● Phân tích lân cận [neighbourhood]: Phép phân tích này cho phép ta tính toán giá trị của một pixel dựa trên giá trị của các pixel xung quanh. Phép phân tích này thường được dùng trong việc làm rõ nét ảnh hay loại bỏ các điểm nhiễu trên ảnh. 1.9- Một số phần mềm GIS phổ biến Ngày nay, các phần mềm của GIS được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới, trong đó ở Việt Nam thường sử dụng: Hệ thống các gói phần mềm thương mại của hãng ESRI [Environmental Systems Research Institute, Inc] như Arc/Info, ArcGIS Hệ thống các gói phần mềm thương mại của hãng Pitney Bowes [MapInfo] Hệ thống các góiphần mềm thương mại của hãng Bentley [MicroStation] Hệ thống các gói phần mềm thương mại của hãng Autodesk [AutoCAD] Các phần gói mềm thương mại GIS và xử lý raster khác như ILWIS [Integrated Land and Water Information System] của ITC-ILWIS Hà Lan, Erdas của Earth Resource Mapping, ENVI [The Environment for Visualizing Images], Spans, Sicad, Infocad, AtlasGIS. Ngoài các phần mềm thương mại kể trên, hiện nay xu hướng sử dụng phần mềm GIS mã nguồn mở cũng đang được ứng dụng rộng rãi trên nhiều quốc gia: Postgres SQL, PostGIS, QGIS, GVSig, GrassGIS Trong đó các phần mềm của ArcGIS, MicroStation, AutoCAD, MapInfo, ENVI, Erdas được sử dụng nhiều trong thành lập bản đồ số ở Việt Nam. 2- Cơ sở dữ liệu địa lý [Geodatabase] 2.1-Tầm quan trọng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu [DBMS] Cơ sở dữ liệu được xem như là biểu tượng của kỷ nguyên công nghệ thông tin và DBMS là một tập hợp các chương trình phần mềm được sử dụng để tổ chức, lưu trữ, quản lý, và lấy các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. DBMSs được
- 26. cấu trúc dữ liệu hoặc theo kiểu dữ liệu. DBMS nhận yêu cầu về dữ liệu từ một chương trình ứng dụng và chỉ thị cho hệ điều hành để cung cấp dữ liệu phù hợp. Các truy vấn và trả lời phải được gửi và nhận theo một định dạng thích hợp với một hoặc nhiều giao thức phù hợp. Khi một DBMS được sử dụng, hệ thống thông tin có thể được thay đổi dễ dàng hơn. Các hạng mục mới của dữ liệu có thể được bổ sung vào cơ sở dữ liệu mà không làm gián đoạn hệ thống hiện tại. Có 2 kiểu tổ chức và quản lý cơ sở dữ liệu là: [i]RDBMS [relational database management system]: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ với ngôn ngữ truy vấn dạng SQL [Structured Query Language] và [ii]ODBMS [Object database management system]: hệ quản trị cơ sở dữ liệu hướng đối tượng với ngôn ngữ truy vấn dạng OQL [Object Query Language]. Các tính năng hoạt động của DBMS không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu, mà nó có liên quan với các yếu tố quản lý như hiệu suất, đồng bộ, toàn vẹn, và phục hồi dữ liệu nếu do các lỗi phần cứng. Ngày nay hầu hết các hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hoặc hệ quản trị CSDL quan hệ-hướng đối tượng [object- relational database system]. Ngoài các ưu thế do đáp ứng các quy định về cấu trúc lưu trữ dữ liệu [Storage structures], tạo chỉ mục [indexing], tạo bản sao dữ liệu [replication], bảo mật [security], cho phép hoặc không cho phép chỉnh sửa cập nhật [locking], cho phép các chương trình ứng dụng giao diện với CSDL thông qua các hàm API [Application]. Hệ quản trị CSDL phải đáp ứng tính toàn vẹn của CSDL [ACID: atomicity, consistency, isolation, và durability] khi xử lý bất kỳ giao dịch nào Trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu, một giao dịch là một đơn vị lô gíc thao tác trên dữ liệu, có thể bao gồm nhiều thao tác. Tính nguyên tố [Atomicity]. Một giao dịch có nhiều thao tác khác biệt thì hoặc là toàn bộ các thao tác hoặc là không một thao tác nào được hoàn thành. Tính nhất quán [Consistency]. Một giao dịch hoặc là sẽ tạo ra một trạng thái mới và hợp lệ cho dữ liệu, hoặc trong trường hợp có lỗi sẽ chuyển toàn bộ dữ liệu về trạng thái trước khi thực thi giao dịch. Tính tách biệt [Isolation]. Một giao dịch đang thực thi và chưa được xác nhận phải bảo đảm tách biệt khỏi các giao dịch khác.
- 27. vững [Durability]. Dữ liệu được xác nhận sẽ được hệ thống lưu lại sao cho ngay cả trong trường hợp hỏng hóc hoặc có lỗi hệ thống, dữ liệu vẫn đảm bảo trong trạng thái chuẩn xác. Đối với một hệ thống thông tin địa lý, dữ liệu đầu vào cơ sở thường là các tập tin như Shapefile, ArcInfo Coverage, MapInfo Table, DXF, hình ảnh... Nhưng việc lưu giữ thông tin có tổ chức trong hệ thống xử lý tập tin thông thường có một số điểm bất lợi như sau: Dư thừa dữ liệu và thiếu đồng nhất [Data redundancy and inconsistency]:Do các tập tin và các ứng dụng được tạo ra bởi các phần mềm khác nhau, nên các tập tin có định dạng khác nhau, các phần mềm được viết trong các ngôn ngữ lập trình khác nhau, cùng một thông tin có thể được lưu giữ trong các tập khác nhau. Tính không thống nhất và dư thừa này sẽ làm tăng chi phí truy xuất và lưu trữ, hơn nữa, nó sẽ dẫn đến tính không đồng nhất của dữ liệu dẫn đến các bản sao của cùng một dữ liệu có thể không nhất quán. Khó khăn trong việc truy xuất dữ liệu: Môi trường của hệ thống xử lý file thông thường không cung cấp các công cụ cho phép truy xuất thông tin một cách hiệu quả và thuận lợi. Sự nhất quán của dữ liệu: Các giá trị dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu phải thoả mãn một số các ràng buộc về tính nhất quán của dữ liệu [ ràng buộc nhất quán / consistency contraints ].Trong hệ thống xử lý tập tin thông thường, rất khó khăn trong việc thoả mãn các yêu cầu ràng buộc về dữ liệu. Vấn đề càng trở nên khó khăn hơn khi các ràng buộc này liên quan đến các hạng mục dữ liệu trong các tập tin khác nhau. Các vấn đề về tính hoàn chỉnh của quá trình giao dịch [transaction]:Một giao dịch chỉ có 2 khái niệm: [i] được hoàn thành trọn vẹn, [ii] hoặc không thực hiện. Điều này có nghĩa là một giao dịch sẽ làm thay đổi các dữ liệu khi nó đã kết thúc thành công; nếu không, giao dịch không để lại một dấu vết nào trên CSDL [không thực hiện]. Trong hệ thống xử lý tập tin thông thường thì rất khó đảm bảo được tính chất này. Tính bất thường trong truy xuất đồng thời: Một hệ thống cho phép nhiều người sử dụng cập nhật dữ liệu đồng thời,có thể dẫn đến kết quả là dữ liệu không nhất quán. Điều này đòi hỏi một sự giám sát, quản lý
- 28. thống xử lý tập tin thông thường không cung cấp chức năng này. Vấn đề an toàn [ Security problems ]:một người sử dụng hệ cơ sở dữ liệu không cần thiết và cũng không có quyền truy xuất tất cả các dữ liệu. Vấn dề này đòi hỏi hệ thống phải đảm bảo được tính phân quyền, chống truy xuất trái phép Từ các bất lợi nêu trên nên chúng ta cần thiết phải cần có một hệ quản trị CSDL giúp quản lý dữ liệu một cách an toàn và hiệu quả, khắc phục được các khiếm khuyết của xử lý tập tin thông thường. 2.2- Khái niệm Cơ sở dữ liệu không gian [geodatabase] Một cơ sở dữ liệu không gian, hoặc geodatabase là một cơ sở dữ liệu được tối ưu hóa để lưu trữ và truy vấn dữ liệu mà đại diện cho đối tượng quy định trong một không gian hình học. Hầu hết các cơ sở dữ liệu không gian cho phép đại diện cho các đối tượng hình học đơn giản như điểm, đường và đa giác. Một số cơ sở dữ liệu không gian xử lý cấu trúc phức tạp hơn, chẳng hạn như các đối tượng 3D, các cấu trúc topo, cấu trúc mạng lưới tuyến tính, và cấu trúc lưới tam giác [TIN]. Trong khi cơ sở dữ liệu thường được thiết kế để quản lý các loại dữ liệu khác nhau thì Geodatabase cần phải được bổ sung các chức năng để xử lý các loại dữ liệu không gian một cách hiệu quả. Geodatabase miêu tả các vật thể hay hiện tượng [gọi chung là đối tượng bản đồ] từ thực tế dưới dạng: Vị trí của đối tượng theo một hệ tọa độ nào đó [hệ toạ độ địa lý lat/long, hệ tọa độ GAUSS, UTM,...] Các tính chất [thuộc tính] liên quan đến đối tượng tương ứng Mối liên hệ với các đối tượng xung quanh [mối liên hệ hình học mô tả sự nối kết hay không nối kết,…] Thời gian xảy ra hiện tượng hay thời điểm đo đạc. CSDLĐL bao gồm nhiều lớp DLĐL giống như lớp bản đồ. Mỗi lớp DLĐL chỉ thể hiện một dạng thông tin [lớp lượng mưa, lớp sử dụng đất, lớp nguồn ô nhiễm không khí,…]. 2.3- Metadata Metadata là dạng dữ liệu miêu tả về dữ liệu theo các nội dung sau:
- 29. thức tạo ra CSDL Mục đích của dữ liệu Thời gian tạo dữ liệu và thời gian của dữ liệu Người tạo dữ liệu, bản quyền sử dụng dữ liệu Cơ quan tạo dữ liệu, phần mềm sử dụng để tạo dữ liệu.. Khả năng khai thác sử dụng 2.4- Mô hình cơ sở dữ liệu địa lý [geodatabase] Có hai mô hình cơ sở dữ liệu địa lý: Mô hình cơ sở dữ liệu địa lý một người dùng [Personal Geodatabase] và mô hình cơ sở dữ liệu địa lý nhiều người dùng [Multiuser Geodatabase]. Personal Geodatabase: Nó chỉ hỗ trợ một người dùng và được cài đặt trên máy đơn. Dung lượng lưu trữ của mô hình này giới hạn do sự hạn chế về dung lượng lưu trữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Ví dụ mô hình cơ sở dữ liệu địa lý sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu Access để lưu trữ dữ liệu không gian và thuộc tính. Multiuser Geodatabase: Mô hình sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhiều người dùng như Oracle, SQL Server, DB2, PostgresSQL... để lưu trữ dữ liệu. Ví dụ CSDL địa lý của ESRI lưu trữ trong hệ quản trị CSDL Oracle được quản lý thông qua ArcSDE, dung lượng lưu trữ thường không giới hạn do hệ quản trị mà nó sử dụng không giới hạn dung lượng lưu trữ. Hình 7: Mô hình cơ sở dữ liệu địa lýcủa ESRI
- 30. Geodatabase dùng chung một mô hình dữ liệu. Mô hình dữ liệu được xây dựng cho Personal Geodatabase có thể hiện thực cho mô hình Multiuser Geodatabase và ngược lại. Có hai phương pháp chọn lựa mô hình Geodatabase. Sử dụng mô hình Personal Geodatabase khi: hệ thống chạy trên máy đơn, dữ liệu đơn giản và dung lượng lưu trữ dữ liệu nhỏ. Sử dụng mô hình Multiuser Geodatabase khi: nhiều người dùng truy vấn, hiệu chỉnh trên cùng một Geodatabase, hệ thống dùng mô hình client/server, dung lượng lưu trữ dữ liệu lớn và dữ liệu được truy cập qua Internet,...
- 31. QUAN VỀ PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ 1- Hệ tọa độ không gian Mọi điểm trên bề mặt trái đất được thể hiện trong hệ tọa độ không gian 3 chiều [3D] được thể hiện thông qua hệ tọa độ địa tâm [X,Y và Z] của vật thể hoặc hệ tọa độ địa lý [φ, λ và h]. Hệ tọa độ địa lý sử dụng bề mặt hình cầu để xác định vị trí của một điểm trên trái đất. Đơn vị đo của hệ là độ. Để xác định vị trí của đối tượng trên bề mặt trái đất, người ta chia bề mặt trái đất thành các đường kinh tuyến và vĩ tuyến. Kinh tuyến là một nửa vòng tròn trên bề mặt Trái Đất, nối liền hai Địa cực, có độ dài khoảng 20.000 km, chỉ hướng bắc - nam và cắt thẳng góc với đường xích đạo; mặt phẳng của kinh tuyến gốc 0° [chạy qua đài quan sát thiên văn tại Greenwich thuộc Luân Đôn] và kinh tuyến 180°, chia Trái Đất ra làm hai bán cầu – Bán cầu đông và Bán cầu tây. Hình 8: Hệ toạ độ vuông góc 3 chiều Vĩ tuyến là các đường tròn song song có tâm nằm trên trục của trái đất và vuông góc với kinh tuyến, trongđó vĩ tuyến có bán kính lớn nhất – chính là đường xích đạo chia trái đất thành Bắc bán cầu và nam bán cầu.
- 32. trí một điểm theo các hệ tọa địa lý Một điểm nằm trên mặt cầu sẽ có hai giá trị tọa độ là kinh độ và vĩ độ; giá trị này có thể đo bằng độ, phút, giây Miền giá trị của vĩ độ: -900 ÷ 900 Kinh độ:-1800 ÷ 1800 Mặt cầu và mặt Ellipsoid Trong hệ tọa độ địa lý có hai bề mặt hình cầu được sử dụng đó là: mặt cầu [tuyệt đối] và mặt Ellipsoid. Hình 10: Hình dạng “thật” của trái đất Vì bề mặt của trái đất không phải là một hình dạng chuẩn [không giống bất cứ dạng hình học chuẩn nào] và liên tục thay đổi do sự phân bố không đồng
- 33. chất bên trong trái đất. Người ta cần phải chọn một bề mặt quy chiếu toán học cho các toạ độ lên mặt phẳng để tính toán khoảng cách giữa các vị trí và các phương diện khác. Hình Ellipsoid là hệ tham chiếu hình học chuẩn nhất cho việc tính toán, đo đạc các vị trí trên trái đất. Như vậy, hình dạng trái đất có thể được mô tả xấp xỉ bằng một hình Elipsoid với trục lớn a và trục nhỏ b. Đặc trưng của Elipsoid là độ dẹt của elipsoid được xác định theo biểu thức: Vì hệ số f rất nhỏ nên người ta hay dùng giá trị 1/f Bảng: Kích thước các Elipsoid thường dùng Do vật chất phân bố không đồng đều bên trong trái đất nên các Elipsoid xấp xỉ chỉ gần đúng với một khu vực nhất định của bề mặt trái đất do vậy các quốc gia khác nhau thì thường sử dụng các Elipsoid khác nhau để xây dựng hệ thống trắc địa cho riêng mình. Việt Nam trước đây sử dụng Elipsoid Krasovsky [phép chiếu GAUSS] và elipsoid Everest [phép chiếu UTM]. Ngày nay thống nhất sử dụng hệ quy chiếuquốc gia VN2000 với các thông số a,b phù hợp nhất cho lãnh thổ Việt Nam. Đôi khi người ta cũng sử dụng mặt cầu để công việc tính toán dễ dàng hơn khi tỷ lệ bản đồ nhỏ hơn hoặc bằng 1/1.000.000 do sự khác biệt giữa dữ liệu biểu diễn bằng mặt cầu và Ellipsoid là không thể phân biệt được bằng mắt
- 34. đồ tỷ lệ lớn hơn 1:1.000.000 người ta phải dùng mặt Ellipsoid để đảm bảo độ chính xác. Do đó, việc lựa chọn mặt cầu hay mặt Ellipsoid phụ thuộc vào mục đích của bản đồ và độ chính xác dữ liệu. Hình 11: Elipsoid và các thông số cơ bản 2- Phép chiếu bản đồ Phép chiếu bản đồ được sử dụng để chiếu bề mặt trái đất [Elipsoid] lên một mặt phẳng [bản đồ]. Đây là một phép ánh xạ không hoàn hảo bởi vì một mặt cầu không bao giờ có thể trải thành một mặt phẳng vì vậy luôn tồn tại các sai số khác nhau. Hình 12: Phép chiếu bản đồ Có ba phép chiếu cơ bản hay được sử dụng là phép chiếu mặt phẳng phương vị [perspective projection], phép chiếu hình nón [conical projection] và phép chiếu hình trụ [cylindrical projection]. Phép chiếu hình trụ là một trong các phép chiếu được sử dụng nhiều nhất trong xây dựng bản đồ địa hình
- 35. bình và lớn. Phép chiếu hình trụ có thể có trục thẳng đứng hoặc nằm ngang. Các lưới chiếu UTM, lưới chiếu Gauss và hệ quy chiếu quốc gia VN2000 đều là phép chiếu trụ ngang đồng góc, nhưng có các thông số khác nhau [hệ số K0 kinh tuyến trục, giá trị tọa độ gốc, độ lệch dây dọi, dị thường độ cao..] Như vậy, phép chiếu bản đồ là công thức toán học dùng để miêu tả bề mặt cong của trái đất lên mặt phẳng bản đồ. Các phép chiếu khác nhau gây ra các biến dạng bản đồ khác nhau nên việc sử dụng phép chiếu nào là dựa vào mục đích của bản đồ và độ chính xác của dữ liệu. 2.1- Các phép chiếu cơ bản Phần này sẽ đề cập đến ba phép chiếu cơ bản và thường được sử dụng nhất đó là phép chiếu với mặt chiếu: Mặt hình nón, mặt hình trụ và mặt phẳng phương vị. Bước đầu tiên khi tiến hành phép chiếu này là tạo ra một hay một tập hợp các điểm tiếp xúc. Các điểm tiếp xúc này được gọi là các tiếp điểm hay tiếp tuyến [trong trường hợp là đường thẳng]. Các điểm này có vai trò quan trọng vì độ biến dạng của phép chiếu trên những điểm này bằng không. Độ biến dạng sẽ tăng lên khi khoảng cách giữa điểm chiếu và điểm tiếp xúc tăng. Mặt hình nón Để thực hiện phép chiếu này người ta dùng một mặt hình nón úp lên bề mặt cầu. Đường thẳng tiếp xúc giữa mặt nón và mặt cầu là một vĩ tuyến được gọi là vĩ tuyến chuẩn. Các đường kinh tuyến sau khi chiếu mặt nón sẽ thành những đường thẳng đứng, các đường vĩ tuyến sẽ tạo thành những đường tròn. Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt hình nón dọc theo một kinh tuyến bất kỳ, lúc này ta sẽ được kết quả của phép chiếu trên bề mặt nón. Sự giao nhau giữa những đường thẳng và cung tròn sẽ tạo nên một mặt lưới. Đường thẳng đối diện với đường cắt gọi là kinh tuyến trung tâm. Càng xa vĩ tuyến chuẩn độ biến dạng càng tăng. Do đó để tăng độ chính xác người ta cắt bỏ phần đỉnh của mặt nón hay ta không tiến hành chiếu lên vùng này. Phép chiếu này thường được dùng cho việc chiếu các vùng có các vĩ tuyến trung bình chạy qua và hướng theo chiều đông – tây.
- 36. chiếu hình nón Mặt hình trụ Về cơ bản ta có thể hiểu như sau: lấy một mảnh bìa cuộn xung quanh bề mặt cầu trong hệ tọa độ địa lý theo một hình trụ đứng. Từ tâm của bề mặt cong ta vẽ ra các tia cắt các điểm giao giữa kinh tuyến và vĩ tuyến, đồng thời kéo dài cắt mặt trụ. Thực chất của việc này là chiếu các ô lưới lên mặt phẳng. Mở tờ bỉa ra ta có kết quả của phép chiếu. Tuy nhiên hình chiếu đã bị biến dạng so với hình dạng ban đầu. Càng xa đường xích đạo thì sự biến dạng càng lớn. Điều này gây nên sự thay đổi về hình dạng, kích thước, khoảng cách của dữ liệu. Sau đó người ta dùng công thức toán học để tương ứng tọa độ của bề mặt cong lên tọa độ mặt phẳng chiếu. Giống như phép chiếu mặt nón, phép chiếu này cũng có một đường thẳng tiếp tuyến. Khi sử dụng mặt trụ, người ta phân làm 3 loại tùy thuộc vào vị trí tương đối của mặt trụ so với mặt cầu: Hình 14: Cách chiếu bề mặt cong lên mặt phẳng Hình trụ được đặt theo phương thẳng đứng và tiếp xúc với mặt cầu theo một vĩ tuyến, thường là đường xích đạo, gọi là phép chiếu Mecator.
- 37. đặt theo phương nằm ngang, đường thẳng tiếp xúc là một kinh tuyến, gọi là phép chiếu Transverse. Phép chiếu thường được sử dụng nhất là Mecator. Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành những đường nằm ngang khoảng cách không đều nhau; tăng dần về phía hai cực. Do đó biến dạng sẽ tăng lên về phía hai cực. Sau khi thực hiện phép chiếu, người ta sẽ cắt mặt hình trụ dọc theo một kinh tuyến, trải ra trên mặt phẳng ta sẽ thu được kết quả. Hình 15: Mặt chiếu hình trụ Mặt phẳng phương vị cực Là phép chiếu dữ liệu bản đồ lên một mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu. Điểm tiếp xúc này có thể là: nằm tại hai cực, tại đường xích đạo, hoặc tại một vị trí bất kỳ nằm giữa. Vị trí điểm tiếp xúc cho ta biết vị trí tương đối của mặt phẳng chiếu với mặt cầu và tạo nên ba kiểu chiếu khác nhau: polar, quatorial và oblique. Hình 16: Các vị trí của mặt phẳng phương vị Mặt phẳng chiếu tiếp xúc với cực của mặt cầu là kiểu chiếu đơn giản nhất và cũng hay dùng nhất. Trong phép chiếu này, các đường kinh tuyến sẽ được chiếu thành một chùm đường thẳng giao nhau ở điểm cực, vĩ tuyến là các
- 38. cùng tâm là cực của mặt cầu. Góc giữa các đường kinh tuyến được bảo tồn. Phân loại phép chiếu bản đồ Dựa trên thuộc tính ta có các loại phép chiếu sau: Đồng diện tích:Diện tích không bi thay đổi so với thực tế, thường sử dụng để thành lập các bản đồ có thuộc tính phân bố theo dạng diện. Đồng khoảng cách:Khoảng cách không bi thay đổi so với thực tế, thường sử dụng để thành lập các bản đồ cần đo đạc khoảng cách. Đồng góc: Hình dạng và các góc không bi thay đổi so với thực tế, thường sử dụng trong thành lập các bản đồ địa hình, bản đồ hàng không. Hỗn hợp:Phép chiếu hỗn hợp không có các thuộc tính trên, nhưng các biến dạng được tối ưu hóa. Hình 17: Phép chiếu đồng diện tích
- 39. chiếu đồng khoảng cách Hình 19: Phép chiếu đồng góc
- 40. chiếu hỗn hợp 2.2- Phép chiếu UTM và VN2000 Phép chiếu UTM là phép chiếu theo Ellipsoid WGS-84 hình trụ ngang, đồng góc, cắt có hệ số k= 0.9996 cho múi chiếu 60 và k = 0.9999 cho múi chiếu 30 Các thông số chính của phép chiếu UTM: Múi 1 bắt đầu tại kinh tuyến 180 ° [ở Thái Bình Dương]. Các vùng cực được tách ra riêng. Tọa độ X thường dùng 6 chữ số và tọa độ Y – Thường dùng 7 chữ số. Hướng đông được tính từ kinh tuyến trục; Gán giá trị giả định là 500.000 mét để giá trị phía tây kinh tuyến trục cũng mang giá trị dương. Hướng bắc được tính từ đường xích đạo. Phía nam của đường xích đạo gán giá trị giả định 10.000.000 mét để giá trị phía nam của đường xích đạo cũng mang giá trị dương. Các múi chiếu liền kề có phần phủ trùng là 40km để tiếp biên.
- 41. chiếu UTM Hình 22: Phần phủ trùng là 40km để tiếp biên và thể hiện BĐ liên tục Ở Việt Nam, hệ tọa độ VN-2000 có các tham số chính sau: Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế
- 42. Hệ quy chiếu quốc tế WGS-84 Bán trục lớn a = 6378137.0m Độ dẹt 1/f = 298,25722563 Tốc độ góc quay quanh trục ω = 7292115,0.10-11 rad/s Hằng số trọng trường trái đất GM = 3986005.108 m3 s [theo các quyết định và thông tư: 83/2000/QĐ-TTg; 973/2001/TT-TCĐC; 218/QĐ-TCĐC] Như vậy thực chất phép chiếu VN-2000 là: Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế Ê-líp-xô-ít quy chiếu: Hệ quy chiếu quốc tế WGS-84 Độ cao: Hòn Dấu -Hải Phòng Tham số dịch chuyển so với WGS84: a] Dịch chuyển gốc tọa độ: ΔX = -191.90441429 m; ΔY= - 39.30318279m; ΔZ = -111.45032835 m. b] Góc xoay trục tọa độ: -0,00928836”; 0,01975479”; - 0,00427372” c] Hệ số tỷ lệ chiều dài: k = 0.252906278 Theo quy định của thông tư 973/2001/TT-TCĐC thì với hệ tọa độ VN-2000 sử dụng múi chiếu 60 kinh tuyến trung tâm chuẩn 1050 , 1110 , 1170 cho bản đồ tỷ lệ 1/500.000 đến 1/25.000. Ở bản đồ có tỷ lệ lớn hơn từ 1/10.000 đến tỷ lệ 1/2.000 sẽ sử dụng múi chiếu 30 . 2.3- Chuyển đổi hệ tọa độ Nếu dữ liệu sử dụng hệ tọa độ khác nhau [phép chiếu khác nhau] hoặc mốc đo khác nhau thì cần phải chuyển đổi về cùng một hệ tọa độ quy chiếu không gian chuẩn. Để thực hiện được chuyển đổi hệ tọa độ người ta cần sử dụng các tham số chuyển đổi [thay đổi hoặc chỉnh sửa các tham số của ellipsoid]: Góc quay [α, β, γ] Chuyển đổi [thay đổi gốc tọa độ] Các tham số [X0, Y0, Z0] Tỷ lệ xích [K] Thực chất việc chuyển đổi tọa độ rất phức tạp
- 43. đổi phép chiếu bản đồ Hình 24: Chuyển đổi phép chiếu bao gồm cả chuyển đổi gốc tọa độ
- 44. QUAN VỀ MÃ NGUỒN MỞ VÀ OPENGIS 1- Mã nguồn mở Mã nguồn mở [Open source software] hiểu theo nghĩa rộng là một khái niệm chung để chỉ các phần mềm mà mã nguồn của nó được phổ biến công khai và cho phép mọi người tiếp tục sử dụng và phát triển phần mềm đó. Điều này không có nghĩa là có thể được sao chép, sửa chữa thoải mái hay sử dụng vào bất kỳ mục đích nào. Phần mềm mã nguồn mở được thực hiện bởi nhiều người, và phân phối theo giấy phép thực hiện theo Định nghĩa mã nguồn mở. Khi truy cập vào mã nguồn, các quy địn của phần mềm mã nguồn mở phải tuân theo các tiêu chuẩn sau đây: Các tiêu chuẩn của phần mềm mã nguồn mở ● Tự do tái phối: bản quyền không giới hạn việc cho phép phối hợp sử dụng mã nguồn mở để tạo một phần mềm mở mới có chứa các đoạn mã chương trình từ các nguồn khác nhau. Không phái trả bản quyền cho việc trao đổi hoặc sử dụng nguyên dạng mã ban đầu; ● Mã nguồn: Chương trình phải kèm theo mã nguồn và phải phân phối phần ứng dụng đã biên dịch cùng với mã nguồn. Nếu không phân phối cùng chương trình đã biên dịch thì phải cho phép tải miễn phí mã nguồn qua Internet nhằm phổ biến rộng rãi cho nhiều ứng dụng phát triển tiếp theo; ● Chương trình phát sinh: bản quyền cho phép sửa đổi và lập các chương trình phát sinh từ mã nguồn mở hiện có; cho phép phân phối cùng các điều khoản tương tự để người sử dụng tiếp tục xây dựng các chương trình phát sinh. ● Tính toàn vẹn của mã nguồn được cung cấp bởi tác giả: bản quyền cho phép phân phối phần mềm được tạo ra từ mã nguồn đã được thay đổi một cách minh bạch. Bản quyền có thể đòi hỏi các sản phẩm phần mềm phát sinh phải mang một tên hay một số hiệu thể hiện là phiên bản phần mềm khác so với phiên bản phần mềm gốc. ● Không có sự phân biệt đối xử giữa cá nhân hay nhóm người ● Không có sự phân biệt đối xử với bất kỳ một lĩnh vực công việc nào. ● Phân phối bản quyền: Quyền lợi đi kèm với chương trình phải được áp dụng cho mọi người sử dụng để tái phân phối phần mềm mà không cần phải có giấy phép phụ thêm nào khác do các bên quy định.
- 45. không được cản trở các phần mềm khác: bản quyền không được áp đặt các giới hạn lên các phần mềm khác mà được phân phối kèm với các phần mềm có bản quyền; ● Giấy phép phải ngang bằng về mặt công nghệ: Không cho phép tồn tại bất kỳ một điều khoản nào của bản quyền khẳng định sự liên quan đến bất kỳ một công nghệ hay một kiểu giao diện riêng biệt. Điểm thuận lợi của việc sử dụng các phần mềm mã nguồn mở là chúng được cung cấp miễn phí thay vì phải mua giấy phép như các phần mềm thương mại, tính uyển chuyển cao, có thể truy cập vào mã nguồn của chương trình và khả năng tích hợp tốt hơn vào những kỹ thuật chuẩn. Những hệ thống điển hình gồm: hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian POSTGIS, các phần mềm GIS và viễn thám như QuanTum GIS, GRASS-GIS, Hệ thống tài nguyên lập trình mã nguồn mở cho webGIS như MapServer, Geoserver, Deegree; những công cụ cho máy trạm như MapBuilder, MapBender; những công cụ GIS chuyên nghiệp cho máy desktop thông thường như gvSIG v.v. Nếu nói về vấn đề tích hợp dữ liệu thì các phần mềm mã nguồn mở có khả năng hỗ trợ mạnh mẽ đối với chuẩn OGC bao gồm cả các dịch vụ web về dữ liệu không gian. Nhu cầu sử dụng các phần mềm GIS trong công tác quản lý, bảo vệ và phát triển rừng ngày càng tăng. Nhiều cơ quan trong ngành Lâm nghiệp ở nước ta đang sử dụng các phần mềm GIS và viễn thám thương mại nhưng tại nhiều đơn vị không có bản quyền đầy đủ. Trong điều kiện Việt Nam đã gia nhập WTO, yêu cầu về bản quyền phần mềm sử dụng trong các cơ quan nhà nước là rất lớn. Thủ tướng Chính phủ cũng đã đưa ra chỉ thị số 04/2007/CT-TTg về việc tăng cường bảo hộ quyền tác giả với chương trình máy tính. Với chỉ thị này việc tôn trọng bản quyền phần mềm tại Việt Nam đã được nhìn nhận một cách nghiêm túc hơn bao giờ hết và đặt ra nhiệm vụ cho các bộ ngành, cơ quan phải thực hiện. Bối cảnh này đặt ra yêu cầu cấp bách là hoặc phải dành một khoản kinh phí lớn để mua các phần mềm thương mại, hoặc phải đầu tư cho việc nghiên cứu sử dụng và phát triển các phần mềm mã nguồn mở để phục vụ cho công tác và nghiên cứu cho các cơ quan trong ngành lâm nghiệp. 2- Open Geospatial Consortium [OGC] và OpenGIS GIS hình thành và triển từ những năm 60-70 của thế kỷ trước, cùng với nhu cầu ngày càng nhiều về trao đổi, tích hợp và quản lý tài nguyên thông tin GIS đã xuất hiện nhu cầu cần đưa ra các tiêu chuẩn thông tin không gian mở giúp khai thác tối đa nguồn tài nguyên.
- 46. Open Geospatial Consortium, Inc [OGC] được thành lập với 8 thành viên: Camber Corporation, Đại học Arkansas – CAST; trung tâm nghiên cứu thiết kế môi trường tại trường đại học California – Berkeley, Intergraph Corporation, PCI Remote Sensing, QUBA, USACERL [US Army Corps of Engineers Research Laboratory], và Dịch vụ bảo tồn đất USDA. OGC đưa ra nhãn hiệu OpenGIS”. Nhãn hiệu này được bảo vệ chính thức của “ Cộng đồng sở hữu trí tuệ- Community intellectual property”, điều này là rất cần thiết để kích hoạt OGC phát triển xứng tầm với vị trí của mình và các sản phẩm của OpenGIS [OpenGIS Specifications] thật sự “mở” và cung cấp trung lập [vendor – neutral]. Từ năm 1997 trở về sau OGC đã có những bước phát triển vững chắc và ngày càng trở nên phổ biến cùng với xu hướng toàn cầu hoá đang lan rộng trên toàn thế giới. OGC là một bước tiến lớn trong lĩnh vực CNTT nhằm tìm kiếm các giải pháp thỏa mãn nhu cầu của người sử dụng. OGC đã có những bước phát triển vững chắc và ngày càng trở nên phổ biến cùng với xu hướng toàn cầu hoá đang lan rộng trên toàn thế giới. Hiện nay OGC có sự tham gia của 478 công ty, cơ quan chính phủ và trường đại học để xây dựng và phát triển các tiêu chuẩn giao diện công khai về thông tin địa lý [//www.opengeospatial.org], tập trung chủ yếu ở châu Âu [203] và Bắc Mỹ [175], OpenGIS® là thương hiệu đăng ký của tổ chức quốc tế OGC. OpenGIS® là tiêu chuẩn hỗ trợ các giải pháp về "cho phép thể hiện dữ liệu địa lý" trên Web và các dịch vụ liên quan đến tọa độ địa lý và phù hợp với xu hướng phát triển của CNTT. Các tiêu chuẩn này giúp tăng thêm sức mạnh cho các nhà phát triển công nghệ nhằm thể hiện các dịch vụ liên quan đến thông tin không gian phức tạp thành các dịch vụ có thể dễ dàng truy cập và có ích với tất cả các loại ứng dụng. OpenGIS® là thương hiệu đăng ký của tổ chức quốc tế OGC. Tiêu chuẩn OpenGIS được phát triển thống nhất và duy nhất, hỗ trợ bởi OGC, nó cho phép chính phủ và các thành viên có được công nghệ xử lý dữ liệu địa lý một cách đồng bộ dạng “cắmlà chạy" [plug and play]. Ưu điểm của OpenGIS là: ● Đối với nhà phát triển ứng dụng được dễ dàng và linh hoạt hơn trong các công việc: Phát triển phần mềm truy cập Geodata, phát triển phần mềm sử dụng, truy cập Geoprocessing, sửa đổi các ứng dụng theo nhu cầu của người
- 47. dễ tích hợp thông tin không gian và phi không gian, môi trường phát triển phù hợp với xu thế, đa dạng hóa các ứng dụng, sử dụng lại mã Geoprocessing. ● Đối với các nhà quản lý thông tin được dễ dàng và linh hoạt hơn trong các công việc: Truy cập và phân phối Geodata, cung cấp tài nguyên Geoprocessing tới khách hàng, tích hợp dữ liệu địa lý vào quá trình sử lý thông tin, lựa chọn hạ tầng CNTT như máy tính, máy chủ, tổ chức CSDL phân tán, chọn công cụ Geoprocessing phù hợp, ● Đối với người dùng cuối là những người được hưởng lợi tối ưu nhờ: Truy cập thời gian thực tới hệ thống Geodata ngày càng rộng lớn, đa dạng và chính xác, các ứng dụng khai thác Geodata ngày càng nhiều, cho phép làm việc với các Geodata khác nhau trong các ứng dụng đơn lẻ mà không cần quan tâm chi tiết đến kiểu và định dạng của Geodata. Hiện nay, có trên 50 quốc gia đang thiết lập hạ tầng CSDL không gian theo chuẩn OGC. OGC cũng đã xây dựng 1 khung chương trình hoạt động theo 4 nhóm việc: ● Interorability Program: Phụ trách đưa ra các sáng kiến kỹ thuật để đẩy nhanh sự phát triển và tính phổ biến của các tiêu chuẩn OGC. Tìm hiểu về các sáng kiến khác nhau hiện đang được triển khai và, các tổ chức thực hiện và khả năng bạn có thể tham gia. ● Standards Program: Gồm ủy ban kỹ thuật và ủy ban kế hoạch, nghiên cứu các tiêu chuẩn và quy trình kỹ thuật đã có và và đưa ra các tiêu chuẩn mới của OGC®, nghiên cứu các tiêu chuẩn đã có và xem xét và đánh giá các sản phẩm theo các tiêu chuẩn kỹ thuật này. ● Compliance Program: Chương trình cung cấp các nguồn tài nguyên, thủ tục, chính sách để tăng cường sự tuân thủ các tiêu chuẩn OGC. Chương trình này cung cấp một cơ sở kiểm tra trực tuyến miễn phí, một quy trình xác nhận và xây dựng thương hiệu cho các sản phẩm phù hợp, đảm bảo sự phối hợp với cộng đồng phát triển và hỗ trợ cho các sản phẩm thử nghiệm nhằm gia tăng khả năng tương tác giữa các sản phẩm của nhà cung cấp.
- 48. trình hành động của OGC ● Communications and Outreach Program: Hàng trăm sản phẩm thương mại với doanh nghiệp thực hiện các tiêu chuẩn OGC® để cung cấp cho người dùng với "plug and play" khả năng tương tác. Nhưng sự hỗ trợ ban đầu của các nhà cung cấp và tích hợp trong các ngành công nghiệp xử lý dữ liệu không đảm bảo khả năng tương tác liên tục. Sự thành công lâu dài của bất kỳ nỗ lực tiêu chuẩn cuối cùng phụ thuộc vào người sử dụng liên tục lựa chọn sản phẩm dựa trên các tiêu chuẩn. Nhận thấy rằng khuôn khổ khả năng tương tác của OGC cần phải được hiểu rõ và mở rộng sự hỗ trợ của cộng đồng người sử dụng, OGC sử dụng chương trình truyền thông và tiếp cận cộng đồng cho các lĩnh vực: - Tiếp cận cộng đồng và giáo dục, - Duy trì quan hệ đối tác chiến lược và liên minh - Phát triển và hỗ trợ các chương trình phạm vi khu vực và lĩnh vực. OpenGIS đang phát triển ở Việt Nam. Cục công nghệ thông tin-Bộ Tài nguyên Môi trường đang thử nghiệm webGIS dựa trên chuẩn mở OpenGIS WMS trong khuôn khổ dự án cơ sở dữ liệu tích hợp tài nguyên môi trường. Người sử dụng có thể dùng các phần mềm thông dụng như MapInFo, ArcMap… để truy cập và khai thác dữ liệu. Ngoài ra còn nhiều đơn vị khác đang nghiên cứu xây dựng các ứng dụng GIS từ các ứng dụng của OpenGIS như Trung tâm Tư vấn và thông tin Lâm nghiệp [Viện Điều tra, Quy hoạch