Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý: Chương 3

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

(Ch3 – Cấu trúc dữ liệu GIS)

Phan Trọng Tiến Department of Software Engineering Hanoi University of Agriculture Office location: 3rd floor, Administrative building Office phone: (04)38276346, Ext: 132 Website: http://fita.hua.edu.vn/pttien

Email:ptgtien@hua.edu.vn or phantien84@gmail.com

Mục tiêu Mục tiêu

Giới thiệu các mô hình dữ liệu trong GIS Giới thiệu các mô hình dữ liệu trong GIS Sau bài học này sinh viên có thể: Sau bài học này sinh viên có thể:  Mô tả mô hình dữ liệu Vector và cho ví dụ Mô tả mô hình dữ liệu Vector và cho ví dụ  Mô tả mô hình dữ liệu Raster và cho ví dụ Mô tả mô hình dữ liệu Raster và cho ví dụ  Mô tả mô hình dữ liệu TIN Mô tả mô hình dữ liệu TIN  Giải thích “topology” Giải thích “topology”  Mô tả các định dạng chính sử dụng trong Mô tả các định dạng chính sử dụng trong GISGIS

Các đối tượng đồ họa Các đối tượng đồ họa

 Các đối tượng hiển thị trên bản đồ Các đối tượng hiển thị trên bản đồ được gọi là các đối tượng đồ họa hay các được gọi là các đối tượng đồ họa hay các đối tượng. đối tượng.

 Các đối tượng có thể là tự nhiên hoặc Các đối tượng có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra nó. do con người tạo ra nó.

Các đối tượng đồ họa Các đối tượng đồ họa

 Vectors Vectors  Points or Nodes Points or Nodes  Lines or Arcs Lines or Arcs  Polygons Polygons  Raster Cells or Pixels Raster Cells or Pixels 

Images Images  Digital Orthophotography Digital Orthophotography

Các loại dữ liệu GIS Các loại dữ liệu GIS

 Images Images  Vector Vector  Raster (GRID) Raster (GRID)  Attributes Attributes TIN (Triangulated Irregular Network))  TIN (Triangulated Irregular Network  Annotation Annotation

Các loại dữ liệu GIS Các loại dữ liệu GIS

Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian

• RASTER

• VECTOR

• Th gi

ế ớ

i th c ự

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Các bản đồ điện tử ở hai định dạng Các bản đồ điện tử ở hai định dạng Raster và Vector Raster và Vector

nh máy bay

Các nguồn dữ liệu Raster Các nguồn dữ liệu Raster Ả

Ả

nh v tinh ệ

Các b n đ quét

ồ

ả

Ảnh số trực giao (Digital Ảnh số trực giao (Digital Orthophotography) Orthophotography)

 Một ảnh được quét,

dùng các công cụ toán học sửa, bỏ đi, dịch chuyển để có các hiệu quả mong muốn đó là các đối tượng luôn hiển thị vuông góc với mặt đất.

 Ảnh trực giao cho ta ảnh giống như thực trạng của trái đất.

Image Copyright 1993 Nassau County, NY

Các bản đồ dạng Raster (images) Các bản đồ dạng Raster (images)

 Thiết lập bởi màu sắc của các Thiết lập bởi màu sắc của các pixel pixel

 Cách đơn giản một mảng các Cách đơn giản một mảng các pixel được xếp theo các hàng và pixel được xếp theo các hàng và các cột các cột

 Các Pixel là được tô màu, nhưng Các Pixel là được tô màu, nhưng không miêu tả các đối tượng một không miêu tả các đối tượng một cách rõ ràng cách rõ ràng

 Rasters có thể có giá trị đi kèm. Rasters có thể có giá trị đi kèm.

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Đặc điểm của Raster Đặc điểm của Raster

 Trông giống trang bản đồ giấy Trông giống trang bản đồ giấy

 Giá thành rẻ và dễ sản xuất Giá thành rẻ và dễ sản xuất

 Chạy dễ dàng trên PC Chạy dễ dàng trên PC

 Có sẵn mọi nơi. Có sẵn mọi nơi.

 Nhược điểm: Nhược điểm:

 Mốc tính toán có hoặc không theo Mốc tính toán có hoặc không theo hệ tọa độ WGS84 hệ tọa độ WGS84  Không cho phép tự động loại bỏ Không cho phép tự động loại bỏ chế độ nền hay sự trợ giúp phân chế độ nền hay sự trợ giúp phân tích của máy tính. tích của máy tính.  Lưu trữ không hiệu quả Lưu trữ không hiệu quả

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Dữ liệu dạng Vector Dữ liệu dạng Vector

 Một cách lưu trữ thông minh dữ liệu Một cách lưu trữ thông minh dữ liệu GIS, ở đó các đối tượng thế giới thực GIS, ở đó các đối tượng thế giới thực được miêu tả bằng các điểm (Point), được miêu tả bằng các điểm (Point), đường (Line) và vùng (Polyline). Một đường (Line) và vùng (Polyline). Một đối tượng được miêu tả bởi các thuộc đối tượng được miêu tả bởi các thuộc tính và các tọa độ. tính và các tọa độ.  Ví dụ: Ví dụ:  Các bản đồ số hóa Các bản đồ số hóa  Dữ liệu GIS Dữ liệu GIS

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Liên kết các thuộc tính và đồ họa Liên kết các thuộc tính và đồ họa



Trong GIS chứa thông Trong GIS chứa thông tin. GIS kết hợp bản đồ tin. GIS kết hợp bản đồ với hệ quản trị cơ sở với hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Vì vậy khi dữ liệu. Vì vậy khi phân tích dữ liệu phân tích dữ liệu không gian chỉ cần không gian chỉ cần “click” trên đối tượng “click” trên đối tượng địa lý và tìm thông tin địa lý và tìm thông tin về nó. Hoặc có thể về nó. Hoặc có thể tryu vấn trong tryu vấn trong database để tìm thông database để tìm thông tin về tất các các đối tin về tất các các đối tượng thỏa mãn điều tượng thỏa mãn điều kiện lọc. kiện lọc. Thông tin về một đối Thông tin về một đối tượng GIS được gọi là tượng GIS được gọi là attribute)) thuộc tính (attribute thuộc tính (

Liên kết các thuộc tính với đồ họa Liên kết các thuộc tính với đồ họa



Trong ví dụ Trong ví dụ này, ngưởi này, ngưởi dùng truy vấn dùng truy vấn chọn ra tất cả chọn ra tất cả các thuộc tính các thuộc tính mà được phân mà được phân loại các gia loại các gia đình = 210, và đình = 210, và các vùng tìm các vùng tìm thấy có màu đỏ thấy có màu đỏ

Dữ liệu Vector được phân lớp Dữ liệu Vector được phân lớp

• • •

Features: Line Points:

2 • • 4

•Lake • Lake •

Connected Detached

• •

Area Text

• •

Spatial Data Analysis

30ł 30’ N 040ł 40’ E

30ł 30’ N 040ł 50’ E

D li u GIS đ t riêng bi

t trên các theme

ữ ệ

ặ

ệ

Network Analysis

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Sự thay đổi về mô hình Sự thay đổi về mô hình

 Có thể nhìn thấy sự khác Có thể nhìn thấy sự khác nhau giữa bản đồ giấy và nhau giữa bản đồ giấy và bản đồ số (phụ thuộc vào bản đồ số (phụ thuộc vào phần mềm) phần mềm)  Database cho phép truy vấn Database cho phép truy vấn và chọn các layer và chọn các layer  Phóng to các chi tiết Phóng to các chi tiết  Phức tạp, đắt tiền và tốn Phức tạp, đắt tiền và tốn nhiều thời gian để làm ra sản nhiều thời gian để làm ra sản phẩmphẩm

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Các mô hình dữ liệu Raster và Vector Các mô hình dữ liệu Raster và Vector

Real World

600 Trees

500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 G G G

B B

400 Trees

Y-AXIS

G G

300 B B G G B B

BK

House

B

200 River

100 G G

200

500

100

300

600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

B B B B

Miêu t Raster Miêu t Vector ả

400 X-AXIS ả

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

Mô hình dữ liệu Vector Mô hình dữ liệu Vector

Dữ liệu GIS được lưu trữ trong các lớp riêng biệt Dữ liệu GIS được lưu trữ trong các lớp riêng biệt như Point, Line, Polygon như Point, Line, Polygon

Cấu trúc dữ liệu Vector Cấu trúc dữ liệu Vector



Có mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu vector. Mỗi Có mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu vector. Mỗi kiểu thường độc lập trên một kiểu khác nhau. Khi kiểu thường độc lập trên một kiểu khác nhau. Khi miêu tả dữ liệu GIS theo định dạng vector, dữ miêu tả dữ liệu GIS theo định dạng vector, dữ liệu phải được lưu trữ: liệu phải được lưu trữ:



Point



Line



Polygon

: là các đối tượng vô hướng có vị trí không Points: là các đối tượng vô hướng có vị trí không Points gian, miêu tả các đối tượng GIS như vị trí, hoặc gian, miêu tả các đối tượng GIS như vị trí, hoặc cây …cây … : miêu tả đối tượng một chiều, có vị trí, có Lines: miêu tả đối tượng một chiều, có vị trí, có Lines chiều dài như đường, sông. Lines được tạo bởi chiều dài như đường, sông. Lines được tạo bởi việc kết nối các điểm với nhau. Một đường bắt việc kết nối các điểm với nhau. Một đường bắt node), , đầu và kết thúc tại một điểm gọi là nút (node) đầu và kết thúc tại một điểm gọi là nút ( và các điểm tạo nên đường gọi là đỉnh và các điểm tạo nên đường gọi là đỉnh ((Vertices). Vertices). : miêu tả đối tượng hai chiều, có Polygons/Area: miêu tả đối tượng hai chiều, có Polygons/Area vị trí, có chiều dài, và có cả chiều rộng như vị trí, có chiều dài, và có cả chiều rộng như đường danh giới của cánh đồng, đất đai, hoặc hồ đường danh giới của cánh đồng, đất đai, hoặc hồ … Nó được tạo bởi việc kết nối các đường, điểm … Nó được tạo bởi việc kết nối các đường, điểm bắt đầu của polygon cũng là điểm kết thúc bắt đầu của polygon cũng là điểm kết thúc

Points Points

 Point là đối tượng vô hướng có vị trí và thuộc tính thông tin nhưng quá nhỏ để được biểu diễn bằng vùng.

 Tỷ lệ bản đồ quyết định một đối tượng là

điểm hay không.

Ứng dụng kiểu điểm Ứng dụng kiểu điểm

 Các mẫu đất Các mẫu đất  KiểuKiểu  PHPH  Chất gây ôi nhiễm (Contaminants) Chất gây ôi nhiễm (Contaminants)  Vị trí các cột đèn Vị trí các cột đèn  Các vị trí xảy ra tai nạn Các vị trí xảy ra tai nạn  Các trung tâm Các trung tâm  Khối/Đoạn Khối/Đoạn  Địa chỉ Địa chỉ  Chủ sở hữu Chủ sở hữu

Các cột đèn Các cột đèn

Các trung tâm Các trung tâm

Lines or Arcs Lines or Arcs

 Lines

là các đối tượng Lines là các đối tượng một chiều, có vị trí, có một chiều, có vị trí, có chiều dài nhưng không chiều dài nhưng không có vùng như đường, có vùng như đường, sông. Lines được tạo sông. Lines được tạo bởi việc kết nối các bởi việc kết nối các điểm với nhau. Một điểm với nhau. Một đường bắt đầu và kết đường bắt đầu và kết thúc tại một điểm gọi là thúc tại một điểm gọi là , và các điểm nút (node) node), và các điểm nút ( tạo nên đường gọi là tạo nên đường gọi là đỉnh (Vertices). Vertices). đỉnh (

Ứng dụng Lines or Arcs Ứng dụng Lines or Arcs

 Sông suối Sông suối  Depth Depth  Quality Quality  Flow Rate Flow Rate

 Đường phố Đường phố  Street Name Street Name  Address Ranges Address Ranges  Hệ thống nước Hệ thống nước  Pipe size Pipe size  Pipe Material Pipe Material  Date Installed Date Installed

Đường phố Đường phố

Polygons Polygons

Polygons là đối tượng Polygons hai chiều, có vị trí, có

chiều dài, và có cả chiều rộng (hay có diện tích)

Ứng dụng Polygons Ứng dụng Polygons

 Các mảnh đất Các mảnh đất  Parcel ID Number Parcel ID Number  Dimensions and Area Dimensions and Area  Đường danh giới Đường danh giới  TypeType  Permeability Permeability  Vùng lũ lụt Vùng lũ lụt

Polygons Polygons

Mô hình dữ liệu Vector

KiÓu

VÞ trÝ

§iÓm 3,2

§êng 1,5; 3,5; 5,7; 8,8; 11,7

Vïng 5,3; 6,5; 7,4; 9,5; 11,3;

8,2; 5,3

 Điểm: Được thể hiện bằng một cặp toạ độ  Đường: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ  Vùng: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ và cặp

toạ độ đầu và cặp toạ độ cuối trùng nhau.

Cấu trúc dữ liệu Vector Cấu trúc dữ liệu Vector

KiÓu

VÞ trÝ

§iÓm 3,2

§êng 1,5; 3,5; 5,7; 8,8; 11,7

Vïng 5,3; 6,5; 7,4; 9,5; 11,3;

8,2; 5,3

ằ

ượ

ể ệ

ạ ộ ỗ

ộ ặ ộ

ể ệ

ạ ộ

ượ

ặ

ạ ộ ầ

ặ

ằ

Đi mể : Đ c th hi n b ng m t c p to đ Đ ngườ : Đ c th hi n b ng m t chu i các c p to đ ằ Vùng: Đ c th hi n b ng m t chu i các c p to đ và c p to đ đ u ạ ộ ỗ ộ và c p to đ cu i trùng nhau.

ượ ạ ộ

ể ệ ố

ặ

S ù thÓ hiÖn d÷ liÖu d¹ng Ve c to r

Mçi ®iÓm ®îc thÓ hiÖn b»ng 1 cÆp täa ®é

Mçi ®êng thÓ hiÖn b»ng 1 chuçi c¸c cÆp täa ®é

Mçi vïng ®îc thÓ hiÖn b»ng 1 chuçi c¸c cÆp täa ®é, cã cÆp täa ®Çu vµ cÆp täa cuèi trïng nhau.

MÔ HÌNH VECTOR

 Dữ liệu ở dạng Vector được tổ chức ở 2 mô

hình:  Mô hình Spagheti  Mô hình quan hệ không gian Topology

Mô hình d li u Vector Spaghetti

ữ ệ

•

ng ch đ ơ ữ ằ

Là mô hình d li u đ n gi n, các đ i ố ả ữ ệ c l u tr b ng các c p t ặ ỉ ượ ư ượ to đ . ạ ộ

ề

• Thông tin v quan h không gian. ệ • Thông tin thu c tính. ộ

Mô hình d li u Vector Spaghetti

 Không mô t

ố

ữ ệ đ ả ượ ố ượ

ế

ữ

ự

ớ

ệ ng ranh gi ỗ ầ

c m i quan h không gian ệ ng, vì th các phép phân tích, gi a các đ i t tính toán không gian đ u th c hi n khó khăn. ề i gi a 2 ườ ạ ữ c ghi nh n 2 l n, m i l n cho m t ộ ầ

 D li u d ng vùng, đ ượ

ậ



u đi m c a mô hình là đ n gi n, d trình

ủ ậ

ậ ậ

ữ ệ vùng đ vùng. ễ ả Ư ể bày, biên t p, in n...vì v y v n đ c s ẫ ượ ử ấ d ng r ng rãi đ thành l p b n đ . ồ ả ể ụ  Ph n m m đi n hình là Mapinfo. ể

ộ ề

ầ

Mô hình d li u Vector Topology

ữ ệ

 Là một mô hình phức tạp, các đối tượng được quản lý không chỉ bởi toạ độ mà còn bằng cả mối quan hệ không gian giữa các đối tượng.

 Mô tả trọn vẹn các thông tin của các đối tượng không

gian bao gồm:  Thông tin về vị trí không gian (Spatial data): Thông tin được thể hiện theo mô hình vector, bằng các tọa độ mô tả vị trí, hình dạng, đường biên của các đối tượng.

 Thông tin về quan hệ không gian (Relational Spatial data – Topology). Mô hình dữ liệu Topology thể hiện QHKG dưới 3 kiểu quan hệ là:  Liên thông với nhau: thể hiện dưới dạng file đường điểm

nối (ArcNode topology)

 Kề nhau: thể hiện dưới dạng file mô tả đường bao (Polygon

Arc topology)

 Nằm trong nhau, phủ nhau.

Mô hình d li u Vector Topology

ữ ệ

ườ ườ

ố ượ ị ể

- Thông tin v v trí trong không gian ề ị + D li u không gian các đ i t ng ố ượ vùng là m t t p các đ i t ng ố ượ ộ ậ ng đ nh nghĩa đ đ ng bao vùng ị và m t đi m nhãn. ể ộ + Đi m nhãn n m trong đ i t ằ ể vùng có ý nghĩa đ xác đ nh cho vùng này.

Mô hình d li u Vector Topology

ữ ệ Thông tin về quan hệ không gian + Dữ liệu không gian các đối tượng vùng là một tập các đối tượng đường định nghĩa đường bao vùng và một điểm nhãn. + Mô hình Topology dùng các quan hệ không gian để định nghĩa các đặc tính không gian của các đối tượng

Các đ c tính không gian

ng.

ắ ầ

ỗ

Các quan h không gian ệ M i m t đ ng (arc) có đi m b t đ u ể ộ ườ i đi m nút (node). và k t thúc t ế

ể

ạ

ặ Đ dài c a đ ộ ủ ườ ng H ng đ ườ ướ (Directionality).

Các đ

i các

Tính liên t c (Connectivity)

ng (arc) n i v i nhau t ố ớ

ạ

ụ

ườ đi m nút (node). ể

ạ

ng (arc) n i v i nhau t o thành ng bao c a vùng (polygon).

Các đ ườ đ ườ

ố ớ ủ

Tính t o vùng ạ (Di n tích vùng, chu vi vùng)

ệ

Các đ

ng tham gia đ nh nghĩa vùng ị

ở

ườ c hai bên : ph i và trái. ả

ả

Tính k nhau ề (Adjacency or contiguity)

Mô hình d li u Vector Topology

ữ ệ

Tính liên t cụ Đ u, cu i giao c a đ ng ủ ườ ố ầ

Tính k nhau ề Tính t o vùng ạ

Mô hình d li u Vector Topology

ữ ệ

ự

ng bao th a đ t luôn đ m b o

ụ ườ

ử ấ

ả

Áp d ng mô hình topology khi xây d ng CSDL không gian - Đ ng ranh gi i t o thành đ ườ ớ ạ tính khép kín tuy t đ i v to đ . ệ ố ề ạ ộ

Đúng

S ai

Các đường ranh giới thửa không được phép giao nhau, phải luôn cắt nhau tại đầu hoặc cuối đường ( tại điểm nút NODE).

Đúng

S ai

D LI U KHÔNG GIAN CHU N

Ữ Ệ

Ẩ

i nh :

ữ ệ

ỗ

C s d li u chu n là d li u không còn l ẩ ơ ở ữ ệ b t quá, b t ch a t ư ớ ắ

i, vùng ch a khép…. ư

ắ

Sai

§óng

Liên kết dữ liệu thuộc tính Liên kết dữ liệu thuộc tính

ả ả

B ng d li u ữ ệ B ng d li u ữ ệ (Attributes) (Attributes)

Dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính

Là thông tin cho phép miêu tả một thực thể đã Là thông tin cho phép miêu tả một thực thể đã được trình bày ở đối tượng đồ họa. được trình bày ở đối tượng đồ họa.

Dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính

Thông tin v đ i t

ng đ h a

ề ố ượ

ồ ọ

 Mỗi phần thông tin thuộc tính liên quan tới Mỗi phần thông tin thuộc tính liên quan tới một phần đối tượng đồ họa một phần đối tượng đồ họa  Các trường thuộc kiểu dữ liệu truyền thống Các trường thuộc kiểu dữ liệu truyền thống của CSDL của CSDL  Images Images  Photos Photos  Video Video

Liên kết các thuộc tính Liên kết các thuộc tính

Courtesy Village of Garden City

Mô hình dữ liệu Raster Mô hình dữ liệu Raster

cells) hay

 Dữ liệu GIS được lưu trữ dưới dạng lưới Dữ liệu GIS được lưu trữ dưới dạng lưới ) hay pixel các ô (cells pixel các ô (

Ảnh viễn thám, ảnh quét (scanner) luôn ở dạng Raster

Dữ liệu Raster Dữ liệu Raster

 Tập dữ liệu GIS Tập dữ liệu GIS  Về sử dụng đất/Độ bao phủ đất Về sử dụng đất/Độ bao phủ đất  Các Chỉ số thực vật Các Chỉ số thực vật  Sự ổn định đất Sự ổn định đất  Ảnh số Ảnh số  Ảnh về các tòa nhà Ảnh về các tòa nhà  Khung cảnh các tai họa Khung cảnh các tai họa  Sự thiệt hại mùa vụ Sự thiệt hại mùa vụ  Các hình ảnh về sự vận động Các hình ảnh về sự vận động  Ảnh trực giao Ảnh trực giao  Các ảnh trên không đã được chỉnh sửa Các ảnh trên không đã được chỉnh sửa

Dữ liệu Raster Dữ liệu Raster

 Là một mảng hai

chiều các ô (pixel). Mỗi ô có chiều cao và chiều rộng cố định và cùng kích thước, trải trên một hình chữ nhật.

Bảng dữ liệu thuộc tính

 Rasters có giá trị số nguyên các ô định (số lượng các ô cùng giá trị) được ghi trong bảng dữ liệu thuộc tính. Mỗi bản ghi thuộc tính là duy nhất với mỗi giá trị của ô.

 Bạn có thể thêm các trường tới bảng dữ liệu

Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô

 Dữ liệu được lưu trữ trong raster có thể được phân

loại một trong các loại sau:  Dữ liệu tên (Nominal data): dữ liệu được phân

loại theo tên.

 Dữ liệu số thứ tự (Ordinal data): dữ liệu được

phân loại theo tên và khoảng giá trị.

 Khoảng dữ liệu (Interval data): sắp xếp theo thứ tự số và có các khoảng khác nhau có ý nghĩa.

 Dữ liệu tỷ lệ (Ratio data)

Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô

 Kiểu Nominal và

Ordinal dùng miêu tả theo các phân loại khác nhau, là cách tốt nhất miêu tả các ô dữ liệu kiểu integer.

 Kiểu Interval và Ratio mô tả các giá trị liên tiếp, dùng với các ô dữ liệu là kiểu real.

PICTURE ELEMENT)) PIXEL (PICTURE ELEMENT PIXEL (

PIXEL là đơn vị nhỏ nhất trong ảnh. Cơ sở hệ PIXEL là đơn vị nhỏ nhất trong ảnh. Cơ sở hệ thống GIS là raster, thông tin thuộc tính có thể thống GIS là raster, thông tin thuộc tính có thể được khởi gán tới mỗi pixel. được khởi gán tới mỗi pixel.

Cách biểu diễn Raster

 Raster có thể có một hoặc nhiều nhãn. Giá trị của mỗi ô có thể mang các giá trị khác nhau. Có một vài cách để hiển thị raster với giá trị của ô.  Hiển thị nhãn đơn (singleband)  Hiển thị nhãn bội (multiband)

Hiển thị nhãn đơn

Hiển thị nhãn bội

Cấu trúc dữ liệu Raster Cấu trúc dữ liệu Raster

 Ma trận các ô bằng nhau Ma trận các ô bằng nhau

Vấn đề về độ phân giải Vấn đề về độ phân giải

WHEAT

APPLES

WHEAT

APPLES

HAY

Raster và Vector Raster và Vector

 Phải được cân nhắc kỹ Phải được cân nhắc kỹ  Tính rời rạc của thực thể đang mô tả Tính rời rạc của thực thể đang mô tả  Ứng dụng mong đợi (Các chức năng) Ứng dụng mong đợi (Các chức năng)  Nguồn dữ liệu Nguồn dữ liệu  Quan tâm sự lưu trữ Quan tâm sự lưu trữ Độ phân giải  Độ phân giải Màu sắc  Màu sắc

ộ t nh t mô t ấ

ộ ả ờ

Mô hình Raster và Mô hình Raster và Vector Vector

ả ạ ng trong GIS, i là m t ộ

Shoreline Shoreline

t nh t ấ

ố ả ỗ ườ

ệ ề ự ng h p ho c c hai mô ặ ấ ị

Water Water

ồ

ề

Land Land

ụ ờ ể ộ ơ

ữ ữ ệ ề

ng thu c ộ

Vector Shoreline Vector Shoreline

ạ

ụ

Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency

M t câu h i đ t ra:” Đ nh d ng nào là ỏ ặ ị t các đ i t ố ượ ả ố raster hay vector”. Câu tr l trong hai ho c c hai. Đó là, dùng m t ặ trong hai mô hình d li u là t ữ ệ trong m i tr ợ hình đ u th c hi n các vai trò nh t đ nh trong GIS. Trong ví d , ngu n d li u vector miêu ữ ệ t ng b bi n xu t hi n có nhi u chi đ ệ ấ ả ườ t h n, và đ chính xác l n h n. D ti ữ ớ ế ơ li u Vector có th l u tr thông tin trong ệ ể ư nhi u đ nh dang h n d li u Raster, và ơ ị t v i đ i t cũng làm vi c t ệ ố ớ ố ượ v chi u dài nh lu ng các m ng. ư ồ ề ề Tuy nhiên, các mô hình d li u Raster ữ ệ thông tin liên t c trong r t t ấ ố t đ n i mà giá tr t ị ệ ộ ơ ự t đ có th khác v i n i li n k . nhi ề ớ ơ ề t miêu t ả nhiên nh nhi ệ ộ ể

Vector – Những ưu điểm và nhược Vector – Những ưu điểm và nhược điểmđiểm

 Thuận lợi Thuận lợi  Miêu tả tốt thực tế Miêu tả tốt thực tế  Gắn kết nhiều cấu trúc dữ liệu Gắn kết nhiều cấu trúc dữ liệu  Topology có thể được mô tả trong mạng Topology có thể được mô tả trong mạng  Đồ họa chính xác Đồ họa chính xác  Nhược điểm Nhược điểm  Cấu trúc dữ liệu phức tạp Cấu trúc dữ liệu phức tạp  Mô phỏng khó khăn Mô phỏng khó khăn  Một vài phân tích không gian là khó khăn Một vài phân tích không gian là khó khăn hoặc không thể thi hành. hoặc không thể thi hành.

Raster – Ưu điểm và nhược Raster – Ưu điểm và nhược điểmđiểm

 Ưu điểm Ưu điểm  Cấu trúc dữ liệu đơn giản Cấu trúc dữ liệu đơn giản  Dễ phủ lên nhau Dễ phủ lên nhau  Có nhiều kiểu phân tích không gian khác nhau Có nhiều kiểu phân tích không gian khác nhau  Không thay đổi kích thước và hình dáng Không thay đổi kích thước và hình dáng  Công nghệ rẻ Công nghệ rẻ  Nhược điểm Nhược điểm  Số lượng lớn dữ liệu Số lượng lớn dữ liệu  Không đẹp Không đẹp  Thay đổi hệ quy chiếu là khó khăn Thay đổi hệ quy chiếu là khó khăn  Tỷ lệ khác nhau giữa các lớp có thể là cơn ác mộng Tỷ lệ khác nhau giữa các lớp có thể là cơn ác mộng  Có thể mất thông tin ở những vùng giao nhau Có thể mất thông tin ở những vùng giao nhau

Các ch c năng Raster

ứ

Các phương pháp nén dữ liệu Raster

 Mục đích: Giảm kích thước lưu trữ.  Có các phương pháp:

 Phương pháp nén theo đường biên vùng

(Chain Code)

 Phương pháp nén theo hàng cột (Runlength

code)

 Phương pháp nén theo khối (Block code)  Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree

code)

Phương pháp nén theo đường biên vùng (Chain Code)

1 0

ng, đ

ể ệ ằ ươ

ượ ướ

ượ

c b ng các s : h

c qui ng Đông = 0, B c = 1 Tây = 2 Nam

2 3

ng biên c a các vùng đ ủ đ n v theo h ị ơ ơ ố ướ

c th hi n b ng hàng ng 4 ph ắ

 Các đ ườ liên t c các vect ụ ướ ằ = 3.

cell c a hàng 0 theo chi u

ụ

ắ ầ ừ

ủ

 Ví d trên n u ta b t đ u t ế ồ

ể ệ

ẽ

ồ

ị

ề kim đ ng h ta s có dãy giá tr sau th hi n biên c a ủ vùng theo mã 1:

02,3,0,1 ,03,32,2,34,02,32,23,1,22,1,22,12,02,32,22,12

Phương pháp nén theo đường biên vùng (Chain Code)

 Ưu điểm:

 Là phương pháp nén dữ liệu raster hiệu quả.  Dễ dàng tiến hành tính chu vi và diện tích, nhận biết lồi lõm, thay đổi hướng đột ngột.

 Nhược điểm:

 Khó khăn trong phân tích chồng xếp.  Dư thừa dữ liệu vì đường biên lưu trữ hai lần.

Phương pháp nén theo hàng cột (Run length code)

Hàng

ể ồ ượ ư

5,7

ầ

 Các đi m trên m i đ n ỗ ơ c l u tr v b n đ đ ữ ị ả trái qua ph i theo hàng t ả ừ cell đ u đ n cell cu i. t ố ế ừ

C tộ  Hàng 1: 2,3  Hàng 2: 2,7  Hàng 3: 4, 6  Hàng 4: 4, 6  Hàng 5 : 2, 6  Hàng 6: 2, 6  Hàng 7: 4, 8  Hàng 8: 6, 8

Phương pháp nén theo hàng cột (Run length code)

 Ưu điểm:

 Thích hợp cho việc lưu trữ dữ liệu trong máy

tính có bộ nhớ ít.

 Nhược điểm:

 Khó khăn trong quá trình xử lý và phân tích dữ

liệu.

Phương pháp nén theo khối (Block code)

 Ví d trên có th vi

t ể ế ụ i d ng nén block d ướ ạ code 2n x 2n nh sau: 



ư 7 block 1 đ n v ô vuông ơ ị 7 block 4 đ n v ô vuông ơ ị

ng pháp này có hi u qu v i các vùng có di n tích l n

• Ph

ươ

ả ớ

ệ

ớ

ng biên đ n gi n, có th ki m tra s co

và hình d ng các đ ạ

ườ

ể ể

ự

ả

giãn v hình d ng c a vùng. ạ

ủ

ề

Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree code)

Th hi n s chia liên t c c a d ng ma tr n 2

ậ

ể ệ ự

n x 2n thành d ng ạ

ể

ủ

cây 4 nhánh u đi m c a ph ư

ễ

ệ ớ ự ư

ả

ộ

ể ể c đi m :

ượ

ọ

ụ ủ ạ ng pháp nén hình cây: ươ - D tính toán di n tích chu vi c a các vùng có hình d ng chu n ẩ ạ ủ - Có th giam b t s l u trũ v i các đ phân gi i khác nhau ớ Nh - Khó khăn cho vi c ch n các mô hình, gi - M t vùng có th chia thành r t nhi u ph n gây khó khăn cho ấ

i pháp ả ầ

ệ ể

ề

vi c truy nh p DL

ộ ệ

ậ

TIN(Triangulated Irregular Network) TIN(Triangulated Irregular Network)

 TIN là một mô hình dữ

liệu được sử dụng để miêu tả các đối tượng ba chiều. Các điểm miêu tả bởi các giá trị x,y,z. Dùng các phương thức tính toán hình học, các điểm được kết nối vào nhau gọi là phép đạc tam giác. Các đường của các tam giác gọi là các cùng và miền phía trong gọi là bề mặt (facet)

TIN(Triangulated Irregular Network) TIN(Triangulated Irregular Network)

 Mô hình TIN có một vài điểm phức tạp hơn dạng Point, Line, Polygon trong mô hình Vector, hay mô hình Raster, nó thực sự hữu ích miêu tả độ cao.

 Ví dụ thể hiện lợi ích của TIN:

 Lưới Raster có thể thể hiện toàn bộ bề mặt của miền

địa lý.

 Nếu chúng ta muốn hiển thị chi tiết thì ta phải chia lưới này thành các ô nhỏ hơn > nhưng với một bề mặt tương đối bằng phẳng > tốn bộ nhớ

 Với TIN chúng ta không phải dùng nhiều điểm trên

miền bằng phẳng, nhưng cũng có thể thêm nhiều điểm ở vùng dốc nơi chúng ta muốn hiển thị nhiều chi tiết hơn.

Cấu trúc dữ liệu TIN Cấu trúc dữ liệu TIN

 Cấu trúc dữ liệu TIN dựa trên Cấu trúc dữ liệu TIN dựa trên hai phân tử cơ bản: hai phân tử cơ bản:  Các điểm với giá trị x,y,z Các điểm với giá trị x,y,z  Các cung nối các điểm này. Các cung nối các điểm này.  Phép đạc tam giác TIN thỏa Phép đạc tam giác TIN thỏa mãn theo tiêu chuẩn Delaunay mãn theo tiêu chuẩn Delaunay

ẩ

ạ ế ộ

ủ ấ ộ ạ ế ủ ầ ử

Tiêu chu n Delaunay Vòng tròn ngo i ti p không ch a m t nút c a b t kỳ ứ ph n t nào khác. Vòng tròn ngo i ti p c a m t tam giác là vòng tròn đi qua các đ nh.

ỉ

Các thành phần TIN Các thành phần TIN

 TIN là m t t p h p các tam giác li n k , không b ị

ợ

ề

ộ ậ ch ng nhau.

ồ

 ArcGIS h tr c hai mô hình đ cao:

TIN and lattice

ỗ ợ ả

ộ

(l

iướ ).

 Nodes Nodes  Edges Edges  Triangles Triangles  HullHull  Topology Topology

Các thành phần TIN Các thành phần TIN

 Nodes:



Nodes: là cơ sở xây dựng các khối của TIN. Các nút bắt đầu từ các điểm và là cơ sở xây dựng các khối của TIN. Các nút bắt đầu từ các điểm và các đỉnh cung chứa từ các nguồn dữ liệu nhâp vào. các đỉnh cung chứa từ các nguồn dữ liệu nhâp vào. Mỗi nút được nối với nút gần nhất theo tiêu chuẩn Delaunay. Mỗi cung Edges: Mỗi nút được nối với nút gần nhất theo tiêu chuẩn Delaunay. Mỗi cung Edges: có hai nút nhưng môt nút có thể có hai hoặc nhiều cung. có hai nút nhưng môt nút có thể có hai hoặc nhiều cung. Mỗi bề mặt tam giác miêu tả một phần của bề mặt TIN Triangles: Mỗi bề mặt tam giác miêu tả một phần của bề mặt TIN Triangles:  Hull (bao): được hình thành bới một hoặc nhiều polygon bao gồm toàn bộ tập Hull (bao): được hình thành bới một hoặc nhiều polygon bao gồm toàn bộ tập dữ liệu các điểm sử dụng xây dựng nên TIN. Các Polygon Hull định nghĩa dữ liệu các điểm sử dụng xây dựng nên TIN. Các Polygon Hull định nghĩa vùng nội suy của TIN vùng nội suy của TIN là cấu trúc hình học của TIN định nghĩa mối quan hệ giữa các nút, Topology: là cấu trúc hình học của TIN định nghĩa mối quan hệ giữa các nút, Topology: các cung và mối quan hệ giữa các tam giác liền kề. các cung và mối quan hệ giữa các tam giác liền kề.

 Trong ARC/INFO, TIN được lưu trữ trong một thư mục gồm Trong ARC/INFO, TIN được lưu trữ trong một thư mục gồm các file. Tuy nhiên, TIN không bao chứa và không kết hợp các file. Tuy nhiên, TIN không bao chứa và không kết hợp với file thông tin (INFO). Thư mục TIN chứa 7 file bao gồm với file thông tin (INFO). Thư mục TIN chứa 7 file bao gồm thông tin về bề mặt TIN. Các file này được mã hóa theo thông tin về bề mặt TIN. Các file này được mã hóa theo dạng nhị phân và không đọc được ở chế độ hiển thị văn dạng nhị phân và không đọc được ở chế độ hiển thị văn bản. bản.

Chú giải (Annotation) Chú giải (Annotation)

Là văn bản (text) hoặc nhãn (labels) vẽ trên bản đồ mà miêu tả hoặc nhận diện một đối

tượng hoặc thêm thông tin khác tới bản đồ

Chú giải (Annotation) Chú giải (Annotation)

 TextText

 Thông tin được đặt trên bản đồ cung cấp thêm Thông tin được đặt trên bản đồ cung cấp thêm thông tin về một đối tương đồ họa. thông tin về một đối tương đồ họa.

 Ký hiệu (Symbols) Ký hiệu (Symbols) 

Là cách thức mà các đối tượng đồ họa hiển thị Là cách thức mà các đối tượng đồ họa hiển thị trong GIS trong GIS

Ký hiệu (Symbols) Ký hiệu (Symbols)

Các ký hiệu giúp nhận diện các đặc Các ký hiệu giúp nhận diện các đặc điểm và cung cấp thông tin về chúng. điểm và cung cấp thông tin về chúng. q c , P X q c , P X

Annotation, Symbology, and Text Annotation, Symbology, and Text

Courtesy Village of Garden City

Vấn đề về tỷ lệ trong đối tượng mô Vấn đề về tỷ lệ trong đối tượng mô tảtả

 Phụ thuộc vào tỷ lệ mô tả, một đối tượng có thể Phụ thuộc vào tỷ lệ mô tả, một đối tượng có thể nhận nhiều mẫu khác nhau nhận nhiều mẫu khác nhau  Buildings Buildings Vẽ công trình công cộng – building outline  Vẽ công trình công cộng – building outline USGS Quad Sheet – point location  USGS Quad Sheet – point location

 CityCity

USGS Quad Sheet – Polygon of city boundary  USGS Quad Sheet – Polygon of city boundary Rand McNally Map – Point representing city location  Rand McNally Map – Point representing city location