Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý và tích hợp vào GIS

Chia sẻ: Tomjerry001 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu gồm 3 chương là Chương 1: Trình bày các khái niệm chung về GIS và dữ liệu địa lý, vấn đề chuyển đổi dữ liệu địa lý. Chương 2: Tìm hiểu hiện trạng thực tế dữ liệu CAD, những vấn đề cần giải quyết khi chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS. Từ đó, phân tích thiết kế và cách thức xây dựng công cụ hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu địa lý. Chương 3. Thử nghiệm chạy chương trình, đánh giá, phân tích kết quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý và tích hợp vào GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ THỊNH CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ VÀ TÍCH HỢP VÀO GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ THỊNH CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ VÀ TÍCH HỢP VÀO GIS Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Quản Lý Hệ thống Thông tin Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Hóa Hà Nội - 2016 0
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và không sao chép của bất kỳ ai. Những kiến thức trình bày trong luận văn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày lại theo cách hiểu. Trong quá trình làm luận văn, tôi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Phạm Thị Thịnh 1
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Hóa – Viện CNTT – Trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội và anh Phan Thế Hùng– Viện quy hoạch xây dựng Hà Nội đã trực tiếp hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Thứ hai, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong Viện CNTT –Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy bảo tận tình em trong suốt quá trình em học tập tại khoa. Trong quá trình thực hiện luận văn, em cũng nhận đƣợc sự giúp đỡ rất nhiều từ các anh chị và các bạn tại Viện Quy hoạch Xây dựng Hà Nội. Cảm ơn anh chị đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành luận văn. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những ngƣời đã luôn bên cạnh em để động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Phạm Thị Thịnh 2
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN .......................................................................................... 2 MỤC LỤC .......................................................................................... 3 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ 7 MỞ ĐẦU .......................................................................................... 8 CHƢƠNG 1: DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TRONG GIS VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ .................................................................................. 9 1.1 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý và ứng dụng ................. 9 1.1.1 GIS là gì...................................................................................... 9 1.1.2 Các thành phần của GIS ........................................................... 10 1.1.3 Chức năng của GIS................................................................... 11 1.1.4 Ứng dụng của GIS .................................................................... 11 1.2 Một số hệ GIS thông dụng ....................................................... 12 1.2.1 MapInfo .................................................................................... 13 1.2.2 ArcGIS...................................................................................... 15 1.2.3 QGIS ......................................................................................... 17 1.3 Các chuẩn và định dạng dữ liệu CAD, GIS và sự liên quan ... 20 1.3.1 CAD là gì.................................................................................. 20 1.3.2 Một số định dạng trong CAD ................................................... 20 1.3.3 Dữ liệu địa lý trong GIS ........................................................... 22 1.3.4 CAD và GIS ............................................................................. 27 1.4 Xây dựng CSDL địa lý phục vụ quy hoạch hạ tầng và bài toán chuyển đổi dữ liệu địa lý ở Việt Nam ....................................................... 29 1.4.1 Nhu cầu xây dựng CSDL địa lý ............................................... 29 1.4.2 Các phƣơng pháp chuyển đổi hiện tại ...................................... 30 1.4.3 Các GIS xử lý dữ liệu CAD nhƣ thế nào ................................. 32 CHƢƠNG 2: PHÁT TRIỂN CÔNG CỤ HỖ TRỢ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ ........................................................................................ 35 2.1 Phân tích hiện trạng dữ liệu và đề xuất cách giải quyết .......... 35 2.1.1 Kết quả khảo sát các bản vẽ ..................................................... 35 3
2.1.2 Phƣơng hƣớng giải quyết ......................................................... 38 2.2 Đề xuất tiêu chuẩn cho bản vẽ CAD để chuyển đổi tự động vào CSDL địa lý ............................................................................................... 39 2.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật ................................................................ 39 2.2.2 Các khuyến cáo về tổ chức dữ liệu .......................................... 39 2.3 Phát triển công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý ........................... 40 2.3.1 Cách tiếp cận, lựa chọn công nghệ và môi trƣờng phát triển... 40 2.3.2 Khung phát triển plug-in cho hệ thống GIS ............................. 42 2.4 Phân tích thiết kế công cụ hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu địa lý .... 44 2.4.1 Mô hình ca sử dụng .................................................................. 44 2.4.2 Mô tả ca sử dụng ...................................................................... 44 2.4.3 Biểu đồ lớp ............................................................................... 45 2.4.4 Thiết kế lớp .............................................................................. 45 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM .......................... 48 3.1 Tổ chức thực nghiệm ............................................................... 48 3.1.1 Môi trƣờng thực nghiệm .......................................................... 48 3.1.2 Dữ liệu thực nghiệm ................................................................. 48 3.2 Kết quả thử nghiệm chƣơng trình ............................................ 49 3.2.1 Một số giao diện chƣơng trình và hƣớng dẫn thao tác ............. 49 3.2.2 Hiển thị kết quả ........................................................................ 52 3.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................... 54 KẾT LUẬN ........................................................................................ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 57 4
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết Từ tiếng Anh Ý nghĩa tắt/thuật ngữ 1 GIS Geographical Hệ thống thông tin địa lý Information System 2 CSDL Cơ sở dữ liệu 3 CAD Computer Aided Design Thiết kế hay vẽ có trợ giúp or Drafting bởi máy tính 4 ESRI Environmental System Viện nghiên cứu hệ thống Research Institute môi trƣờng 5 NCGIA National Center for Trung tâm quốc gia về Geography Information Thông tin và Phân tích địa and Analysis lý 6 FIG Federation International Liên đoàn quốc tế các nhà of Surveyors giám sát 7 CAE Computer-aided Kỹ nghệ có máy tính trợ engineering giúp Công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đối tƣợng hình học CAD 8 FEA Finite element analysis Giải tích phần tử hữu hạn Ngành học thuật nghiên cứu cung cấp các giải pháp số cho các phƣơng trình vật lý của các mô hình từ các lĩnh vực khác nhau. 9 CAM Computer-aided Sản xuất chế tạo có máy manufacturing tính trợ giúp Những phần mềm dùng để sinh ra những đoạn mã (code) hợp lệ cho máy 5
CNC 10 CNC Computer numerical Điều khiển bằng máy tính control 11 PDM Product Data Một dạng phần mềm Management chuyên dùng để quản lí dữ liệu 12 DBMS Database Management Hệ quản trị cơ sở dữ liệu System 13 UT Universal translator Một công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý 14 QH Quy hoạch 15 CGDD Chỉ giới đƣờng đỏ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Thành phần của GIS ..................................................................................10 Hình 1.2. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thị trấn Yên Thanh, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An ....................................................................................................................14 Hình 1.3. Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) .....................................15 Hình 1.4. Tổ chức cơ sở dữ liệu – Geodatabase .......................................................25 Hình 2.1. Bản đồ quy hoạch giao thông-QHPK N2..................................................36 Hình 2.2 SDD Phân Khu N8 và SDD Phân Khu N1 ................................................36 Hình 2.3. Sơ đồ quy trình chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS .................................43 Hình 2.4. Mô hình ca sử dụng của phần mềm ..........................................................44 Hình 2.5. Biểu đồ lớp của phần mềm........................................................................45 Hình 2.6. Lớp giao diện chính của phần mềm ..........................................................45 Hình 2.7. Lớp giao diện tải dữ liệu CAD ..................................................................46 Hình 2.8. Lớp giao diện nhập địa chỉ lƣu trữ ............................................................46 Hình 2.9. Lớp điều khiển ..........................................................................................47 Hình 3.1. Giao diện phần mềm chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS .........................50 Hình 3.2. Giao diện chọn dữ liệu CAD .....................................................................50 Hình 3.3. Giao diện chọn lƣới chiếu .........................................................................51 Hình 3.4. Giao diện chọn vùng lƣu trữ cho dữ liệu sau khi chuyển đổi ...................52 Hình 3.5. Bản vẽ quy hoạch dạng GIS sau khi đƣợc chuyển đổi .............................53 Hình 3.6. Dữ liệu thuộc tính của CSDL Quy hoạch .................................................53 Hình 3.7. Bản vẽ chỉ giới đƣờng đỏ dạng GIS sau khi chuyển đổi...........................54 Hình 3.8. Dữ liệu thuộc tính của CSDL Chỉ giới đƣờng đỏ .....................................54 7
MỞ ĐẦU Dữ liệu địa lý là tài nguyên quan trọng nhất trong mọi GIS. Việc xây dựng CSDL GIS và cập nhật, bổ sung dữ liệu đòi hỏi sử dụng nhiều công nghệ thu thập dữ liệu khác nhau. Chuyển đổi dữ liệu từ các nguồn có sẵn khác là một biện pháp thƣờng sử dụng, cho phép tận dụng các nguồn dữ liệu số có sẵn nhƣ bản vẽ quy hoạch, thiết kế bằng CAD... Hỗ trợ ngƣời sử dụng chuyển đổi dữ liệu sao cho hiệu quả (nhanh chóng, đảm bảo độ chính xác, tuân thủ các chuẩn …) luôn là một vấn đề cần đƣợc nghiên cứu hoàn thiện. Hiện nay chủ yếu ngƣời sử dụng vẫn dùng các công cụ xử lý từng file dữ liệu và thiết lập tham số cho quá trình chuyển đổi một cách thủ công. Trong khi đó các phần mềm hệ thống thông tin địa lý cho phép mở rộng thêm chức năng bằng các plug-in tự xây dựng. Đề tài “Công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý và tích hợp vào GIS” đặt mục tiêu nghiên cứu hỗ trợ tốt hơn cho ngƣời sử dụng GIS trong việc chuyển đổi dữ liệu một cách hiệu quả nhất. Bố cục của luận văn gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Trình bày các khái niệm chung về GIS và dữ liệu địa lý, vấn đề chuyển đổi dữ liệu địa lý. Chƣơng 2: Tìm hiểu hiện trạng thực tế dữ liệu CAD, những vấn đề cần giải quyết khi chuyển đổi dữ liệu CAD sang GIS. Từ đó, phân tích thiết kế và cách thức xây dựng công cụ hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu địa lý. Chƣơng 3. Thử nghiệm chạy chƣơng trình, đánh giá, phân tích kết quả. 8
CHƢƠNG 1: DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TRONG GIS VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 1.1 Khái quát về hệ thống thông tin địa lý và ứng dụng 1.1.1 GIS là gì GIS - Geographic Information System(GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trƣớc và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. GIS đƣợc sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ. Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai v.v... GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân v.v... đánh giá đƣợc hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin đƣợc gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào. Hệ thông tin địa lý (Geographical Information System – GIS) là tập hợp các công cụ để thu thập, lƣu trữ, chỉnh sửa, truy cập, phân tích và cập nhật các thông tin địa lý cho một mục đích chuyên biệt. Ngoài ra cũng có nhiều định nghĩa khác về GIS [1]: GIS là công cụ trên cơ sở nền máy tính để lập bản đồ và phân tích những hiện tƣợng đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất (Environmental System Research Institute ESRI – Mỹ). GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục đƣợc thiết kế nhằm thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch (National Center for Geography Information and Analysis NCGIA – Mỹ). GIS là một tập hợp các nguyên lý, phƣơng pháp, dụng cụ và dữ liệu quy chiếu không gian đƣợc sử dụng để nhập, lƣu trữ, chuyển đổi, phân tích, lập mô hình, mô phỏng và lập bản đồ các hiện tƣợng, sự kiện trên trái đất, nhằm sản sinh các thông tin thiết thực hổ trợ cho việc ra quyết định (Thériault – Canada). 9
1.1.2 Các thành phần của GIS GIS bao gồm 4 thành phần chính (đƣợc FIG - Federation International of Surveyors công nhận) đó là: phần cứng (Hardware), phần mềm (Software), dữ liệu (Data) và ngƣời sử dụng (User). Ngoài 4 thành phần cơ bản trên, để quản lý toàn bộ cơ sở dữ liệu của một vùng không gian rộng lớn, quy trình và cách thức tổ chức hệ thống GIS đƣợc xem là thành phần thứ 5 góp phần giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển ứng dụng GIS. Hình 1.1. Thành phần của GIS Phần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi Phần mềm: là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thể chia làm 3 nhóm (nhóm phần mềm quản đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản đồ và nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian). Dữ liệu: bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian). Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa lý của đối tƣợng trên bề mặt Trái đất. Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối tƣợng, các thông tin này có thể đƣợc định lƣợng hay định tính. Con ngƣời: Trong GIS, thành phần con ngƣời là thành phần quan trọng nhất bởi con ngƣời tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu …). Có 2 nhóm ngƣời quan trọng là ngƣời sử dụng và ngƣời quản lý GIS. Phƣơng pháp: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của ngƣời sử dụng 10
1.1.3 Chức năng của GIS GIS gồm 4 chức năng chính: Nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu, và hiển thị dữ liệu. Nhập dữ liệu: Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể đọc và lƣu trữ trên máy tính (tạo cơ sở dữ liệu GIS). Nhập dƣ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra cơ sở dữ liệu đầy đủ và chính xác. Nhập dữ liệu có thể từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ ảnh vệ tinh, ảnh chụp máy bay, chuyển đổi dữ liệu,… Quản lý dữ liệu: Dữ liệu thuộc tính thƣờng đƣợc quản lý dƣới dạng mô hình quan hệ, trong khi dữ liệu không gian đƣợc quản lý dƣới dạng mô hình dữ liệu vector và raster. Có thể chuyển đổi qua lại giữa hai mô hình: Vector sang Raster (Raster hóa) hoặc raster sang vector (vector hóa). Quản lý dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc truy cập nhanh cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính, góp phần phân tích dữ liệu hiệu quả cho các bài toán ứng dụng thực tế. Quản lý dữ liệu phụ thuộc vào thiết bị lƣu trữ dữ liệu (máy tính) rất nhiều, đặc biệt là bộ nhớ thiết bị. Phân tích dữ liệu: GIS có thể phân biệt với các hệ thống thông tin khác bởi khả năng phân tích kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính cùng lúc. Đây đƣợc xem nhƣ thế mạnh mà các công cụ GIS mang lại cho ngƣời dùng, với nhu cầu phân tích, giải quyết các bài toán dựa trên dữ liệu không gian địa lý. Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép lƣu trữ và hiển thị thông tin hoàn toàn tách biệt, có thể hiển thị đƣợc thông tin ở các tỉ lệ khác nhau, mức độ chi tiết của thông tin đƣợc lƣu trữ chỉ bị giới hạn bởi khả năng lƣu trữ phần cứng và phƣơng pháp mà phần mêm dùng để hiển thị dữ liệu. Với sự phát triển của công nghệ, GIS cũng đã cho phép hiển thị dữ liệu không gian địa lý ở nhiều định dạng khác nhau, kể cả mô hình 3D mô phỏng gần giống thế giới thực. 1.1.4 Ứng dụng của GIS Sử dụng GIS để tạo và lƣu trữ dữ liệu địa lý - tạo cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu địa lý đƣợc tạo và quản lý bằng GIS cho phép các ứng dụng đa ngành có thể đƣợc thực hiện trên cùng một nền dữ liệu thống nhất. Tính toán theo các mô hình để tạo ra thông tin mới: Ví dụ - Bản đồ thích nghi cây trồng đƣợc tính toán dựa trên việc chồng xếp có trọng số các thông tin: bản đồ thổ nhƣỡng, bản đồ độ dốc. 11
- Bản đồ hiện trạng rừng hai thời kỳ đƣợc chồng xếp để có bản đồ về biến động rừng giữa hai thời kỳ… Các bài toán mô phỏng: Theo các mô hình lý thuyết (mang tính giả định), GIS còn có ứng dụng trong các bài toán mô phỏng nhƣ các ví dụ sau: - Với một chiều cao đập cho trƣớc, GIS có thể mô phỏng đƣợc mức, lƣợng, diện tích nƣớc ngập. - Với các chiều rộng mở đƣờng khác nhau trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất, GIS cho phép mô phỏng các phƣơng án mở đƣờng và tiền đền bù. Các ứng dụng có liên quan đến mô hình số độ cao: - Nhƣ tính toán phạm vi quan sát từ điểm phục vụ cho các yêu cầu quân sự hoặc đặt trạm ăng ten viễn thông (điện thoại di động). - Các thông số của địa hình đƣợc xác định nhƣ độ cao, độ dốc còn phục vụ cho công tác qui hoạch (ví dụ phân cấp phòng hộ đầu nguồn) và các khoa học trái đất (địa mạo, địa lý). Các phân tích mạng Để giải quyết các bài toán tìm đƣờng ngắn nhất hay thời gian thích hợp để bật tắt đèn xanh đèn đỏ trong giao thông đô thị. Các phân tích khoảng cách Có thể ứng dụng tìm đặt vị trí (allocation) nhƣ trạm xe buýt, trạm xăng, siêu thị hay trƣờng học một cách hiệu quả nhất. Các ứng dụng trên có thể coi là “cổ điển” và đã đƣợc áp dụng thành công. Ngày nay GIS đang phát triển mạnh theo hƣớng tổ hợp, phát triển GIS lớn (enterprise), liên kết mạng, ứng dụng thành quả của các ngành khoa học khác vào GIS, nhƣ ứng dụng trí tuệ nhân tạo, lý thuyết mờ vào trong việc xử lý dữ liệu GIS, tích hợp GIS với các thông tin chuyên đề để hình thành hệ thông tin giải quyết một vấn đề cụ thể cũng nhƣ trợ giúp quyết định, nhất là trong quản lý lãnh thổ…. 1.2 Một số hệ GIS thông dụng Các phần mềm mã nguồn mở đã thực sự trƣởng thành trong những năm qua và đã trở thành những công cụ thiết thực và hỗ trợ tốt cho ngƣời dùng. Các phần mềm mã nguồn mở cho GIS cũng không nằm ngoài xu hƣớng đó và ngày nay đã có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của dân chuyên nghiệp GIS trên toàn thế giới. 12
GIS ngày càng phát triển và đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế - xã hội, kéo theo là sự ra đời của các phần mềm GIS. Hiện nay có rất nhiều phần mềm GIS đƣợc xây dựng cả trên nền desktop và nền web. Một số phần mềm GIS gồm có: 1.2.1 MapInfo MapInfo là một giải pháp phần mềm GIS thân thiện với ngƣời sử dụng. Ngay từ đầu, hãng đã chủ trƣơng xây dựng các phần mềm GIS có hiệu quả, với các chức năng phân tích không gian hữu ích cho các hoạt động kinh doanh, quản lý nhƣng không cồng kềnh và không phức tạp hóa bởi những chức năng không cần thiết, giao diện đơn giản và dễ hiểu, đồng thời giá cả phải phù hợp với đại đa số ngƣời sử dụng. Phiên bản gần đây là MapInfo Professional 11 cũng vẫn duy trì truyền thống này - có thể chạy trên các hệ điều hành thông thƣờng nhƣ Windows XP, Windows 2000, Windows NT+SP6, Windows 98 SE, Windows 2003 Server với Terminal Services và Citrix. Các chức năng cơ bản của Mapinfo Nhập dữ liệu: MapInfo cho phép nhập dữ liệu thuộc các khuôn dạng khác nhau nhƣ AutoCAD DWG/DXF 2004, MicroStation DGN v8, Open ESRI Grid data, Open CSV, Open Shape files...; Hỗ trợ liên kết với CSDL: Oracle 10G & 9iR2, MS SQL, Server 2000, MS Access, IBM Informix 9.4; Hỗ trợ CSDL không gian: Oracle 10G Spatial & Locator, MS SQL Server and Informix thông quan SpatialWare; Xuất dữ liệu sang các khuôn dạng khác: Cho phép xuất dữ liệu sang các khuôn dạng GIF, LZW TIFF và TIFF CCITT Group 4; Biên tập bản đồ / chỉnh sửa dữ liệu: Tạo lập các đối tƣợng đồ họa, hiển thị chúng theo các kiểu ký hiệu có trong thƣ viện ký hiệu mặc định hoặc trong thƣ viện tự tạo, hiển thị các đối tƣợng theo lớp trong Layer Control... Tạo bảng chú giải, cho phép hiển thị dữ liệu theo 2 biến số khác nhau trong cùng một thời điểm, tạo các vùng đệm bằng công cụ buffer...; Xác định cơ sở toán học cho bộ dữ liệu: số lƣợng lƣới chiếu bản đồ có mặc định trong MapInfo rất phong phú, đủ để đáp ứng cho việc xác định cơ sở toán học cho các bộ dữ liệu đƣợc thu thập từ các nguồn khác nhau. Các lƣới chiếu theo các thông số riêng biệt cho từng vùng cũng có thể đƣợc tạo lập mới bằng cách biên tập tệp tin MAPINFOW.PRJ của phần mềm; 13
Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu bằng công cụ Universal Translator: cho phép chuyển đổi dữ liệu từ khuôn dạng của MapInfo *.TAB sang các khuôn dạng *.shp của ArcView, DGN của Microstation, DXF và DWG của AutoCAD và ngƣợc lại. Trong quá trình chuyển đổi, công cụ này còn cho phép xác định và chuyển đổi cơ sở toán học của dữ liệu; Phân tích không gian:  Cung cấp các công cụ mạnh và logic đáp ứng việc thực hiện những bài toán phân tích không gian phức tạp;  Thể hiện những đặc điểm và xu hƣớng của các đối tƣợng địa lý đƣợc lƣu trong CSDL, từ đó thể hiện những ảnh hƣởng qua lại giữa các hiện tƣợng, đối tƣợng trong không gian;  Cho phép thành lập bản đồ có mức độ chi tiết cao nhằm phục vụ cho mục đích hiển thị dữ liệu không gian và hỗ trợ cho hoạch định chính sách;  Hỗ trợ cho các doanh nghiệp giải các bài toán về tìm hiểu khách hàng và thị trƣờng. Hình 1.2. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thị trấn Yên Thanh, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An MapInfo có rất nhiều ƣu điểm với khả năng hiển thị và lập bản đồ tốt và có những chức năng GIS cơ bản và đƣợc nhiều ngƣời sử dụng ƣa chuộng trong các dự 14
án GIS quy mô nhỏ, CSDL cỡ nhỏ. Tuy nhiên, do nhƣợc điểm là quản lý topology không đƣợc chặt chẽ, cấu trúc dữ liệu không đầy đủ nên khả năng phân tích cũng hạn chế - MapInfo thƣờng không đƣợc sử dụng để xây dựng các CSDL lớn. Hơn nữa, MapInfo cũng còn hạn chế khi cần đƣa ra một giải pháp mạng chuyên nghiệp và kết nối trao đổi số liệu với các hệ thống GIS khác. 1.2.2 ArcGIS ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau nhƣ CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau nhƣ: desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)... và có khả năng tƣơng tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. Hình 1.3. Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) ArcGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ArcGIS 10) bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép: 15
– Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet; – Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau; – Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính; – Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lƣợng trình bày chuyên nghiệp. ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe. Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, ngƣời sử dụng có thể thực hiện đƣợc các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu. Phần mềm ArcGIS Desktop đƣợc cung cấp cho ngƣời dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâu khác nhau là ArcView, ArcEditor, ArcInfo: ArcView: Cung cấp đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây dựng và phân tích dữ liệu địa lý, các công cụ phân tích không gian cùng với việc biên tập và phân tích thông tin từ các lớp bản đồ khác nhau đồng thời thể hiện các mối quan hệ và nhận dạng các mô hình. Với ArcView, cho phép: – Ra các quyết định chuẩn xác hơn dựa trên các dữ liệu địa lý; – Xem và phân tích các dữ liệu không gian bằng nhiều phƣơng pháp; – Xây dựng đơn giản và dễ dàng các dữ liệu địa lý; – Tạo ra các bản đồ có chất lƣợng cao; – Quản lý tất cả các file, CSDL và các nguồn dữ liệu; – Tùy biến giao diện ngƣời dùng theo yêu cầu. ArcEditor: Là bộ sản phẩm có nhiều chức năng hơn, dùng để chỉnh sửa và quản lý dữ liệu địa lý. ArcEditor bao gồm các tính năng của ArcView và thêm vào đó là một số các công cụ chỉnh sửa, biên tập. Với ArcEditor, cho phép: – Dùng các công cụ CAD để tạo và chỉnh sửa các đặc tính GIS; – Tạo ra các CSDL địa lý thông minh; – Tạo quy trình công việc một cách chuyên nghiệp cho 1 nhóm và cho phép nhiều ngƣời biên tập; – Xây dựng và giữ đƣợc tính toàn vẹn của không gian bao gồm các quan hệ hình học topo giữa các đặc tính địa lý; 16
– Quản lý và mở rộng mạng lƣới hình học; – Làm tăng năng suất biên tập; – Quản lý môi trƣờng thiết kế đa ngƣời dùng với versioning; – Duy trì tính toàn vẹn giữa các lớp chủ đề và thúc đẩy tƣ duy logic của ngƣời dùng; – Cho phép chỉnh sửa dữ liệu độc lập (khi tạm ngừng kết nối với CSDL). ArcInfo: Là bộ sản phẩm ArcGIS đầy đủ nhất. ArcInfo bao gồm tất cả các chức năng của ArcView lẫn ArcEditor. Cung cấp các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS, xử lý dữ liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu, xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính và xuất bản bản đồ ra các phƣơng tiện khác nhau. Với ArcInfo, cho phép: – Xây dựng một mô hình xử lý không gian rất hữu dụng cho việc tìm ra các mối quan hệ, phân tích dữ liệu và tích hợp dữ liệu; – Thực hiện chồng lớp các lớp vector, nội suy và phân tích thống kê; – Tạo ra các đặc tính cho sự kiện và chồng xếp các đặc tính của các sự kiện đó; – Chuyển đổi dữ liệu và các định dạng của dữ liệu theo rất nhiều loại định dạng; – Xây dựng những bộ dữ liệu phức tạp, các mô hình phân tích và các đoạn mã để tự động hóa các quá trình GIS; – Sử dụng các phƣơng pháp trình diễn, thiết kế, in ấn và quản lý bản đồ để xuất bản bản đồ. 1.2.3 QGIS 1.2.3.1 Giới thiệu QGIS (tên gọi trƣớc đây là Quantum GIS) là một phần mềm GIS mã nguồn mở đƣợc bắt đầu xây dựng từ năm 2002 và đƣợc phát triển nhanh chóng với một cộng đồng phát triển lớn trên cơ sở tự nguyện. Đây là phần mềm tƣơng đối mạnh và dễ sử dụng, chạy đƣợc trên các hệ điều hành:Windows, Mac OS X, Linux, BSD và Android và bao gồm các ứng dụng cho: QGIS Desktop: Tạo lập, chỉnh sửa, hiển thị, phân tích và xuất bản thông tin địa không gian; QGIS Browser: Duyệt và xem nhanh dữ liệu và siêu dữ liệu cũng nhƣ kéo và thả dữ liệu từ kho dữ liệu này sang kho dữ liệu khác; 17
QGIS Server: Xuất bản QGIS project với các lớp dữ liệu thông qua các dịch vụ WMS và WFS theo chuẩn OGC. Có khả năng kiểm soát lựa chọn các thuộc tính hoặc cách bố trí bản đồ và hệ tọa độ của những lớp dữ liệu khi xuất bản; QGIS Web Client: Cho phép dễ dàng xuất bản QGIS project lên Web với thƣ viện các kí hiệu, nhãn phong phú cũng các cách kết hợp các đối tƣợng để tạo bản đồ Web ấn tƣợng; QGIS on Android (beta!): Phiên bản thử nghiệm đang đƣợc hoàn thiện để sử dụng QGIS trên các thiết bị chạy Android. 1.2.3.2 Các chức năng cơ bản trong QGIS QGIS hỗ trợ hầu hết các chức năng cơ bản của một phần mềm GIS gồm: Quản lý dữ liệu, đọc đƣợc nhiều định dạng dữ liệu, biên tập và xuất bản bản đồ, xuất-nhập dữ liệu và các chức năng phân tích không gian… QGIS hỗ trợ xử lý dữ liệu vector: Dữ liệu không gian dựa trên PostGIS mà chủ yếu là PostgreSQL. QGIS có khả năng đọc đƣợc hầu hết dữ liệu vector đƣợc cung cấp bởi thƣ viện OGR, bao gồm ESRI shapefiles, MapInfo, SDTS and GML… QGIS hỗ trợ xử lý dữ liệu vector: Dữ liệu không gian dựa trên PostGIS mà chủ yếu là PostgreSQL. QGIS có khả năng đọc đƣợc hầu hết dữ liệu vector đƣợc cung cấp bởi thƣ viện OGR, bao gồm ESRI shapefiles, MapInfo, SDTS and GML… QGIS có khả năng đọc đƣợc dữ liệu raster đƣợc cung cấp bởi thƣ viện GDAL, bao gồm DEM, ArcGrid, ERDAS, SDTS và GeoTIFF… QGIS cung cấp định dạng dữ liệu trên cả ảnh vector và raster. Dữ liệu không gian trực tuyến đƣợc hỗ trợ trong thƣ viện OGC-dựa trên WMS hoặc WFS. QGIS trình bày và chồng xếp các dữ liệu ảnh raster và vector mà không cần quan tâm các định dạng dữ liệu. Tạo bản đồ và thao tác dữ liệu không gian dựa trên giao diện thân thiện. GUI có sẵn nhiều tool hỗ trợ. Tạo, chỉnh sửa và xuất dữ liệu cho ngƣời dùng: digitizing tools for GRASS and shapefile formats, the georeferencer plugin, GPS tools to import and export GPX format, convert other GPS formats to GPX, or down/upload directly to a GPS unit. Xuất bản đồ dựa trên UMN Mapserver... 1.2.3.3 Plugins QGIS có rất nhiều các Plugins hỗ trợ các thao tác mở rộng cho các dạng dữ liệu khác nhau và phân tích không gian nhờ vào một cộng đồng phát triển rất lớn. 18