Cơ Sở Dữ Liệu GIS và Thông Tin Địa Lý: Tổng Quan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KiẾN TRÚC HÀ NỘI

BÁO CÁO NGHIỆM THU GIÁO TRÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU & HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS.

TÁC GIẢ: PHẠM HỮU ĐỨC

LỜI CẢM ƠN.

T¸c gi¶ ch©n thµnh c¶m ¬n Ban Gi¸m ®èc Dù ¸n Qu¶n lý ®« thÞ ë ViÖt Nam, tr−ßng §¹i häc Tæng hîp Montreal - Canada, tr−êng §¹i häc KiÕn tróc Hµ Néi ®· t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó ra ®êi cuèn gi¸o tr×nh nµy. C¶m ¬n Gi¸o s− François Charbonneau, Ph. D. ®· gãp ý cho viÖc x©y dùng ®Ò c−¬ng cuèn gi¸o tr×nh. C¶m ¬n TiÕn sü KTS Ph¹m Kh¸nh Toµn ®· cïng T¸c gi¶ t×m kiÕm tµi liÖu vµ gãp ý kiÕn cho viÖc biªn so¹n.

Hà Nội, tháng 6 năm 2005

NỘI DUNG GIÁO TRÌNH

LỜI NÓI ĐẦU.

PHẦN NỘI DUNG.

Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hệ thông tin địa lý và hệ quy chiếu không gian - (16/192)

1.1. Khái niệm về thông tin địa lý (Geographical Infomation). 1.2. Khái niệm về bản đồ 1.3. Khái niệm về hệ thông tin địa GIS. 1.4. Quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác. 1.5. Những ứng dụng của GIS. Chương 2: Mô hình hoá trái đất. - (15/192)

2.1. Ba phương pháp mô tả trái đất. 2.2. Mô hình hoá bề mặt. 2.3. Mô hình hoá bằng hình ảnh hay dữ liệu tiêu biểu. 2.4. Mô hình hoá các đối tượng riêng rẽ. 2.5. So sánh 3 phương pháp biểu diễn không gian. Chương 3: cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý. - (31/192)

3.1. Cấu trúc chung của cơ sở dữ liệu thông tin địa lý. 3.2. Tiến trình của các kiểu dữ liệu địa lý. 3.3. Cơ sở dữ liệu địa lý, lưu giữ dữ liệu địa lý 3.4. Đối tượng (feature) trong mô hình dữ liệu hướng đối tượng. 3.5. Sự cung cấp của dữ liệu địa lý. 3.6. Truy cập dữ liệu địa lý. 3.7. Xây dựng những mô hình dữ liệu. 3.8. Hướng dẫn sử dụng biểu đồ đối tượng theo ngôn ngữ mô hình hợp nhất UML. 3.9. Những xu hướng công nghệ.

NỘI DUNG (Tiếp theo)

Chương 4: Hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access. - (24/192)

4.1. Những khái niệm cơ sở. 4.2. Thực hiện các công việc với Microsoft Access4 4.3. Lập Bảng - Table. 4.4. Lập mối quan hệ - Relationship. 4.5. Tạo Biểu mẫu - Form. 4.6. Lập Báo cáo (Reports). 4.7. Tạo nhãn thư (Mailing Labels) bằng các sử dụng Wizard Chương 5: Sử dụng phần mềm Mapinfo 6 để xây dựng GIS. - (78/192)

5.1.Giới thiệu phần mềm MapInfo Professional 5.2.Định nghĩa bản đồ theo MapInfo 5.3. Trình bày dữ liệu. 5.4. Các lớp bản đồ. 5.5. Mở files trong MapInfo. 5.6. Đặt thông tin lên bản đồ. 5.7. Lựa chọn. 5.8. Làm nhãn cho bản đồ 5.9. Làm việc với cửa sổ dàn trang (Layouts Windows) 5.10. Sử dụng bản đồ chuyên đề để phân tích. 5.11. Phân địa hạt - Redistricting. 5.12. Tạo và chỉnh sửa đối tượng. 5.13. Tạo vùng đệm (Buffering). 5.14. Quan hệ giữa MapInfo với các phần mềm khác. 5.15. Quản lý công cụ (Tool Manager) 5.16. Phát hành bản đồ trên Web 5.17. Liên kết nóng (HotLingking) các đối tượng. 5.18. Trình duyệt MetaData. 5.19. Bản đồ không gian ba chiều (3DMap)

MỤC TIÊU CẦN ĐẠT ĐƯỢC CỦA TỪNG CHƯƠNG

Mục tiêu của chương 1:

(cid:122)

Phân biệt được thông tin địa lý và hệ thông tin địa lý. Định nghĩa GIS. Hiểu được thế nào là thông tin không gian và thông tin thuộc tính.

Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hệ thông tin địa lý và hệ quy chiếu không gian 1.1. Khái niệm về thông tin địa lý (Geographical Infomation). 1.2. Khái niệm về bản đồ 1.3. Khái niệm về hệ thông tin địa GIS. 1.4. Quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác. 1.5. Những ứng dụng của GIS.

Mục tiêu của chương 2:

(cid:122)

Nắm được 3 mô tả trái đất, các trường hợp áp dụng cho từng phương pháp.

Chương 2: Mô hình hoá trái đất. 2.1. Ba phương pháp mô tả trái đất. 2.2. Mô hình hoá bề mặt. 2.3. Mô hình hoá bằng hình ảnh hay dữ liệu tiêu biểu. 2.4. Mô hình hoá các đối tượng riêng rẽ. 2.5. So sánh 3 phương pháp biểu diễn không gian.

Mục tiêu của chương 3:

(cid:122)

Hiểu được các nguồn cung cấp dữ liệu địa lý. Các phần mềm cơ bản phục vụ việc tạo ra dữ liệu địa lý. Liên kết dữ liệu từ nhiều nguồn (không gian và thuộc tính) Nắm được cấu trúc của dữ liệu thông tin địa lý, được xếp đặt như thế nào trong máy tính của mình Cấu trúc nào là cấu trúc tiên tiến nhất hiện nay. Cấu trúc nào được dùng phù hợp với điều kiện hiện tại của nước ta. Những thông tinGIS được xếp đặt theo các thư mục (folders) trong máy tính của chúng ta như thế nào.

Chương 3: cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý. 3.1. Cấu trúc chung của cơ sở dữ liệu thông tin địa lý. 3.2. Tiến trình của các kiểu dữ liệu địa lý. 3.3. Cơ sở dữ liệu địa lý, lưu giữ dữ liệu địa lý 3.4. Đối tượng (feature) trong mô hình dữ liệu hướng đối tượng. 3.5. Sự cung cấp của dữ liệu địa lý. 3.6. Truy cập dữ liệu địa lý. 3.7. Xây dựng những mô hình dữ liệu. 3.8. Hướng dẫn sử dụng biểu đồ đối tượng theo ngôn ngữ mô hình hợp nhất UML. 3.9. Những xu hướng công nghệ.

MỤC TIÊU CẦN ĐẠT ĐƯỢC CỦA TỪNG CHƯƠNG (Tiếp theo)

Mục tiêu của chương 4:

(cid:122)

Hiểu biết thế nào là cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu quan hệ. Thực hiện được một cơ sở dữ liệu cho mục đích quản lý của cơ quan bằng Microsoft Access.

(cid:122) (cid:122) Yêu cầu thực hành đặt lên hàng đầu.

Chương 4: Hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access. 4.1. Những khái niệm cơ sở. 4.2. Thực hiện các công việc với Microsoft Access4 4.3. Lập Bảng - Table. 4.4. Lập mối quan hệ - Relationship. 4.5. Tạo Biểu mẫu - Form. 4.6. Lập Báo cáo (Reports). 4.7. Tạo nhãn thư (Mailing Labels) bằng các sử dụng Wizard

Mục tiêu của chương 5:

(cid:122)

Sử dụng được phần mềm MapInfo để xây dựng GIS. Xây dựng được GIS theo mục đích của cơ quan. Yêu cầu thực hành đặt lên hàng đầu.

Chương 5: Sử dụng phần mềm Mapinfo 6 để xây dựng GIS. 5.1.Giới thiệu phần mềm MapInfo Professional 5.2.Định nghĩa bản đồ theo MapInfo 5.3. Trình bày dữ liệu. 5.4. Các lớp bản đồ. 5.5. Mở files trong MapInfo. 5.6. Đặt thông tin lên bản đồ. 5.7. Lựa chọn. 5.8. Làm nhãn cho bản đồ 5.9. Làm việc với cửa sổ dàn trang (Layouts Windows) 5.10. Sử dụng bản đồ chuyên đề để phân tích. 5.11. Phân địa hạt - Redistricting. 5.12. Tạo và chỉnh sửa đối tượng. 5.13. Tạo vùng đệm (Buffering). 5.14. Quan hệ giữa MapInfo với các phần mềm khác. 5.15. Quản lý công cụ (Tool Manager) 5.16. Phát hành bản đồ trên Web 5.17. Liên kết nóng (HotLingking) các đối tượng. 5.18. Trình duyệt MetaData. 5.19. Bản đồ không gian ba chiều (3DMap)

Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hệ thông tin địa lý & hệ quy chiếu

không gian

Kh¸i niÖm vÒ b¶n ®å vµ líp b¶n ®å

Tæ hîp d÷ liÖu ®a lý, d©n sè, tuæi thä, chÊt l−îng n−íc, tèc ®é t¨ng tr−ëng.

Tuæi thä, chÊt l−îng n−íc, t¨ng d©n sè ë Nam Mü

B¶n ®å thø nhÊt c¸c n−íc ch©u ¢u, b¶n ®å thø hai c¸c n−íc sö dông ®ång tiÒn chung Ch©u ¢u

Kh¸i niÖm vÒ HÖ th«ng tin ®Þa lý

HÖ th«ng tin ®Þa lý GIS bao gåm 5 thµnh

phÇn:

1 - Nh÷ng con ng−êi ®−îc ®µo t¹o

(People).

2 - D÷ liÖu kh«ng gian vµ d÷ liÖu thuéc

tÝnh (Data),

3 - Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch (analysis),

C¸c bé phËn cña hÖ th«ng tin ®Þa lý GIS

4 - PhÇn mÒm tin häc (Software) vµ

5 - PhÇn cøng m¸y tÝnh (Hardware) TÊt c¶ ®−îc kÕt hîp, tæ chøc, tù ®éng ho¸, ®iÒu hµnh, cung cÊp th«ng tin th«ng qua sù diÔn t¶ ®Þa lý

VÞ trÝ cña hÖ th«ng tin ®Þa lý trong hÖ th«ng tin chung

HÖ th«ng tin

HÖ th«ng tin phi h×nh häc (KÕ to¸n, Qu¶n lý Nh©n sù ...)

HÖ th«ng tin kh«ng gian

HÖ th«ng tin ®Þa lý (GIS)

C¸c hÖ th«ng tin kh«ng gian kh¸c (CAD/CAM, ...)

HÖ th«ng tin ®Êt ®ai (LIS)

C¸c hÖ thèng GIS kh¸c (Kinh tÕ X· héi, D©n sè ...)

HÖ th«ng tin ®Þa chÝnh

HÖ thèng th«ng tin qu¶n lý ®Êt sö dông (Rõng, Lóa ...)

Ch−¬ng 2: M« h×nh ho¸ tr¸i ®Êt

Ba ph−¬ng ph¸p m« t¶ bÒ mÆt tr¸i ®Êt

C¸c ®èi t−îng vector

¶nh Raster

B¶n ®å c¸c mÆt tam gi¸c

So s¸nh 3 ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn kh«ng gian.

D÷ liÖu vector

D÷ liÖu Raster

D÷ liÖu tam gi¸c TIN

H×nh 2 trang 58

H×nh 3 trang 58

Modeling our World

D÷ liÖu raster nh»m m« h×nh ho¸ c¸c yÕu tè ®Þa lý liªn tôc vµ c¸c h×nh ¶nh trªn mÆt ®Êt.

D÷ liÖu vector nh»m m« h×nh ho¸ c¸c ®èi t−îng ®Þa lý riªng rÏ cã h×nh d¹ng chÝnh x¸c vµ cã biªn giíi.

Môc tiªu øng dông

Tam gi¸c TIN cã hiÖu qu¶ khi biÓu diÔn bÒ mÆt, cã thÓ biÓu thÞ ®é cao vµ nh÷ng tÝnh chÊt kh¸c n÷a vÝ dô nh− sù tËp trung. Biªn dÞch tõ d÷ liÖu kh«ng ¶nh. Thu thËp tõ d÷ liÖu GPS. NhËp c¸c ®iÓm víi ®é cao. ChuyÓn ®æi tõ ®−êng ®ång møc cña d÷ liÖu vector.

Chôp ¶nh tõ vÖ tinh vµ tõ m¸y bay. ChuyÓn ®æi tõ d÷ liÖu TIN. Raster ho¸ tõ d÷ liÖu vector Scan (quÐt ¶nh) b¶n vÏ, tõ ¶nh chôp.

Nguån d÷ liÖu

ChyÓn ®æi tõ kh«ng ¶nh TËp hîp tõ d÷ liÖu GPS. Sè ho¸ tõ b¶n ®å vÏ tay. VÏ trªn b¶n ®å raster. Vector ho¸ tõ d÷ liÖu raster. VÏ ®−êng ®ång møc tõ b¶n vÏ TIN. BiÕn ®æi tõ d÷ liÖu tr¾c ®Þa. NhËp tõ b¶n vÏ CAD

Mçi nót cña m¹ng TIN cã gi¸ trÞ to¹ ®é X,Y.

Tõ gèc to¹ ®é ë gãc tr¸i d−íi cïng cña raster theo chiÒu réng vµ chiÒu cao, c¸c ®iÓm ¶nh (cell) ®−îc x¸c ®Þnh theo cÞ trÝ hµng vµ cét.

§iÓm ®−îc l−u gi÷ víi to¹ ®é X,Y. §−êng ®−îc l−u nh− tuyÕn nèi tiÕp c¸c ®iÓm cã to¹ ®é X,Y. §a gi¸c ®−îc l−u nh− mét ®−êng khÐp kÝn.

L−u gi÷ kh«ng gian

M« t¶ ®èi t−îng

§iÓm biÓu diÔn c¸c ®èi t−îng nhá. §−êng biÓu diÔn c¸c ®èi t−îng cã chiÒu dµi nh−ng bÒ réng hÑp. §a gi¸c biÓu diÔn c¸c ®èi t−îng tr¶i réng.

C¸c gi¸ trÞ Z cña c¸c ®iÓm x¸c ®Þnh h×nh d¹ng cña mÆt. C¸c ®−êng gi¸n ®o¹n biÓu thÞ sù thay ®æi trªn bÒ mÆt vÝ dù nh− suèi, vv...

Mçi tam gi¸c ®−îc liªn kÓt víi nh÷ng tam gi¸c kh¸c bªn c¹nh nã.

§−êng l−u gi÷ vÖt liªn kÕt c¸c nót. §a gi¸c l−u g÷ c¸c ®a gi¸c hai bªn cña ®−êng.

Liªn kÕt topo

§èi t−îng ®iÓm ®−îc biÓu diÔn b»ng mét cell. §−êng ®−îc biÓu diÔn b»ng mét lo¹t c¸c ®iÓm kÒ liÒn cã cïng gi¸ trÞ. §a gi¸c biÓu thÞ b»ng mét vïng c¸c cell cã cïng gi¸ trÞ. Nh÷ng cell bªn c¹nh nhanh chãng ®−îc ®Þnh vÞ b»ng l−îng t¨ng gi¶m gi¸ trÞ hµng vµ cét. Sù trïng hîp kh«ng gian. Sù cËn kÒ. Ph©n tÝch bÒ mÆt. Sù ph¸t t¸n. ®−êng ®i ng¾n nhÊt.

Ph©n tÝch ®Þa lý

§é cao, ®é dèc, h−íng. §−êng ®ång møc lÊy ra tõ bÒ mÆt. MÆt c¾t däc theo ®−êng Ph©n tÝch hiÓn thÞ nh÷ng yÕu tè kh«ng nh×n thÊy ®−îc.

Che phñ b¶n ®å h×nh häc (topological map overlay). Vïng ®Öm (buuffer) vµ sù cËn kÒ. §a gi¸c mê chång vµ che phñ. VÊn tin kh«ng gian vµ logic. §Þa chØ m· ho¸ ®Þa lý. Ph©n tÝch m¹ng.

D÷ liÖu vector lµ c¸ch tèt nhÊt ®Ó vÏ h×nh d¹ng chÝnh x¸c c¸c ®èi t−îng ®Þa lý. Nh−ng kh«ng

D÷ liÖu raster lµ tèt nhÊt khi thÓ hiÖn h×nh ¶nh vµ c¸c ®èi t−îng víi thuéc tÝnh biÕn ®æi

D÷ liÖu tam gi¸c TIN lµ tèt thÞ nhÊt cho viÖc biÓu phong phó bÒ mÆt. Cã thÓ

KÕt xuÊt

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý

C¸ch tiÕp cËn líp (layer) biÓu diÔn d÷ liÖu kh«ng gian

Layer ®−îc nhiÒu c«ng nghÖ phÇn mÒm GIS lùa chän, trong ®ã

næi tiÕng nhÊt lµ ViÖn nghiªn cøu hÖ thèng m«i tr−êng

(EnvironmentalSystem Reseach Institute, Inc, (ESRI)).

C¸ch tiÕp cËn h−íng ®èi t−îng

•ThÕ gíi thùc ®−îc m« h×nh ho¸ nh− mét tËp hîp cña c¸c ®èi t−îng ®−îc

nhãm l¹i víi nhau trong c¸c líp (classes) vµ cã c¸c lo¹i kh¸c nhau cña

c¸c mèi quan hÖ gi÷a chóng.

• CÇn ph¶i ph©n biÕt líp (layer) víi thuËt ng÷ líp (class). Tæ chøc c¬ së

d÷ liÖu hoµ trén c¸c nguyªn t¾c cña c¶ m« h×nh tÇng bËc vµ m« h×nh

m¹ng. Mäi ®èi t−îng trong cïng mét class chia sÎ mét tËp hîp c¸c thuéc

tÝnh, ®ã lµ ®Æc tÝnh vµ ph−¬ng thøc.

• ESRI lµ ng−êi tiªn phong trong c¸ch tiÕp cËn nµy

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

M« h×nh d÷ liÖu CAD (The CAD Data Model).

•Vµo nh÷ng n¨m 60 vµ 70 cña thÕ kû XX, víi phÇn cøng m¸y tÝnh vµ phÇn mÒm x©y dùng b¶n ®å tinh x¶o ®· cho nh÷ng b¶n ®å víi møc ®é trung thùc cao. •Mét l−îng th«ng tin Ýt ái vÒ thuéc tÝnh ®−îc gi÷ trong nh÷ng files nµy; C¸c líp (layer) b¶n ®å vµ nh·n chó gi¶i lµ biÓu diÔn ban ®Çu cña thuéc tÝnh.

M« h×nh d÷ liÖu kÕt hîp (The Coverage Data Model).

•N¨m 1981 ESRI giíi thiÖu phÇn mÒm GIS th−¬ng phÈm ®Çu tiªn cña hä - ArcInfo

•D÷ liÖu kh«ng gian ®−îc kÕt hîp víi d÷ liÖu thuéc tÝnh.

M« h×nh d÷ liÖu kÕt hîp

•Quan hÖ h×nh häc gi÷a c¸c ®èi t−îng vector ®−îc l−u gi÷.

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

M« h×nh d÷ liÖu c¬ së d÷ liÖu ®Þa lý (The Geodatabase Data Model).

Môc ®Ých sö dông ®Êt

Sù xÕp ®Æt tù nhiªn

LuËt lÖ rµng buéc

Sù xÕp ®Æt hîp logic

Quan hÖ h×nh häc

Quan hÖ kh«ng gian

Quan hÖ th«ng th−êng

•ArcInfo 8 ®−a vµo m« h×nh d÷ liÖu míi - m« h×nh d÷ liÖu h−íng ®èi t−îng •M« h×nh d÷ liÖu c¬ së d÷ liÖu ®Þa lý mang m« h×nh d÷ liÖu vËt thÓ g¾n bã víi m« h×nh d÷ liÖu logic •Cho phÐp ta thùc hiÖn phÇn lín øng xö theo ý muèn, kh«ng cÇn ph¶i viÕt bÊt kú mét m· (code) nµo. PhÇn lín nh÷ng øng xö ®−îc thùc hiÖn th«ng qua domain (LÜnh vùc).

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

Bªn trong mét c¬ së d÷ liÖu ®Þa lý

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

§èi t−îng b¶n ®å trong CSDL §L

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

Më c¬ cÊu cña d÷ liªu

Ch−¬ng 3: CÊu tróc d÷ liÖu th«ng tin ®Þa lý (tiÕp theo)

Truy cËp d÷ liÖu ®Þa lý

Ch−¬ng 4: HÖ qu¶n trÞ d÷ liÖu Microsoft Access.

CÊu tróc d÷ liÖu Access

C¸c b¶ng (tables)

Tµi liÖu tham kh¶o

TiÕng ViÖt.

1. §Æng V¨n §øc (1996) , Gi¸o tr×nh cao häc vÒ c¸c hÖ th«ng tin ®Þa lý,

2. §Æng V¨n §øc (2001) , HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý GIS, Nxb Khoa häc KT, Hµ Néi.

3. François Charbonneau (2002), Tr−êng §¹i häc Tæng hîp Montreal (2000), Bµi gi¶ng c¬ së d÷ liÖu vµ hÖ th«ng tin ®Þa lý - (Tµi liÖu gi¶ng d¹y t¹i tr−êng §H KiÕn tróc Hµ Néi).

4. §Æng Minh Hoµng (2000) , CÈm nang sö dông Microsoft Access 2000, Nxb Thèng kª, Hµ Néi.

5. TrÇn Thanh Phong, NguyÔn Träng To¸n (1998) , Microsoft Access 97 - Visual Basic for ApplicationR twf A ®Õn Z, Nxb Thèng kª, Hµ Néi.

TiÕng n−íc ngoµi.

6. Bob Booth and Andy Mitchell (2001), Getting Started with ArcGIS, GIS by ESRI

7. E Diclon (1990), An Introduction togeographical, Infomation Syste (GIS), Laboratoire Commun de TÐlÐdÐtection CEMAGREF/ENGREF Montplier .

8. E Diclon (1990), Data Structure for Thematic Maps, Laboratoire Commun de TÐlÐdÐtection CEMAGREF/ENGREF Montplier .

9. MapInfo ProfessionalR, MapInfo Profesional Tutorial,

10. Michaael Zeiler (2001), Modeling Our World - The ESRI Guide to Geodatabase Design, ESRI Press 11. Microsoft Access (2000), Introduction Microsoft Accessl.htm.

12. Microsoft Office (2000), Tutorial-Office\Microsoft Access Tutorial.htm.

13. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Definition d'un S.I.G.

14. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Une Base de DonnÐes Graphiques.

15. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Les types de donnÐes graphiques.