1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 3
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ ......................................................... 4
1.1. Khái niệm bản đồ và phân loại bản đồ..................................................... 4
1.2. Hình dạng và kích thước của Trái đất. Các mặt quy chiếu trong Trắc địa
......................................................................................................................... 7
1.3. Hệ toạ độ địa lý ........................................................................................ 9
1.4. Phép chiếu UTM và hệ toạ độ vuông góc phẳng ................................... 10
1.5. Hệ thống định vị toàn cầu GPS .............................................................. 13
1.6. Tỷ lệ và chia mảnh bản đồ ..................................................................... 17
1.7. Tổng quát hóa bản đồ ............................................................................. 20
1.8. Kí hiệu bản đồ ........................................................................................ 24
1.9. Phương pháp biểu diễn dáng đất trên bản đồ ......................................... 26
1.10. Các phương pháp thành lập bản đồ ...................................................... 30
Chương 2: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS ... 37
2.1. Khái niệm và lịch sử phát triển .............................................................. 37
2.2. Nguyên lý và nguồn dữ liệu GIS ........................................................... 38
2.3. Thành phần của GIS ............................................................................... 43
2.4. Cơ sở dữ liệu trong GIS ......................................................................... 48
2.5. Mô hình tổ chức dữ liệu không gian vector ........................................... 54
2.6. Chức năng của GIS ................................................................................ 59
2.7. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ........................................................................ 61
Chương 3. MÔ HÌNH SỐ ĐỘ CAO ............................................................. 64
3.1. Khái niệm mô hình số độ cao ................................................................ 64
3.2. Dạng dữ liệu mô hình số độ cao ............................................................ 65
3.3. Vai trò của mô hình số độ cao ............................................................... 68
3.4. Các phương pháp thành lập mô hình số độ cao .................................... 69
3.5. Một số ứng dụng mô hình số độ cao ...................................................... 73
Chương 4. MÔ HÌNH VÀ MÔ HÌNH HÓA TRONG GIS ........................ 76
4.1. Khái niệm mô hình và quá trình mô hình hóa ....................................... 76
4.2. Mô hình đồ họa diễn tiến (Cartographic model) ................................... 77
4.3. Mô hình nhị phân (Binary model) ......................................................... 78
4.4. Mô hình chỉ số (Index model) ................................................................ 80
4.5. Mô hình hóa và khai thác cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quy hoạch và
quản lý đô thị ................................................................................................. 84
Chương 5. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ ỨNG
DỤNG GIS ...................................................................................................... 88
2
5.1. Thiết kế và triển khai hệ thống thông tin địa lý GIS ............................. 88
5.2. Chuẩn hóa dữ liệu GIS ........................................................................... 91
5.3. Ứng dụng GIS trong quy hoạch ............................................................. 94
Chương 6. MỘT SỐ BÀI TOÁN MẪU ....................................................... 98
6.1. Giới thiệu một số phần mềm GIS .......................................................... 98
6.2. Giới thiệu phần mềm ArcGis 10.x ....................................................... 100
6.3. Bài toán truy vấn dữ liệu thuộc tính: ................................................... 107
6.4. Bài toán truy vấn, tìm kiếm, hỏi đáp CSDL theo không gian ............. 109
6.5. Bài toán kết hợp truy vấn thuộc tính và truy vấn không gian .............. 111
6.6. Bài toán thực hành Ứng dụng GIS trong quy hoạch và quản lý đô thị 113
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 115
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 138
3
LỜI NÓI ĐẦU
Tài liệu giảng dạy “Bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý” là tài liệu được
biên soạn để phục vụ cho việc giảng dạy, học tập của giảng viên sinh viên trong
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Tài liệu cung cấp những kiến thức cơ bản về
hai lĩnh vực Bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý. Tài liệu giảng dạy này được
biên soạn theođề cương học phần “Bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý” đã được
Hội đồng Khoa học và Đào tạo Nhà trường thông qua.
Tài liệu gồm có 6 chương và phần phụ lục. Chương I nêu tổng quan về
bản đồ, chương II là khái niệm về hệ thống thông tin địa lý, chương III giới
thiệu về mô hình số độ cao, chương IV là các lý thuyết về mô hình và mô hình
hóa trong hệ thống thông tin địa lý, chương V giới thiệu quy trình xây dựng hệ
thống thông tin địa lý và ứng dụng. Các chương trong tài liệu được liên hệ mật
thiết và có tính logic. Chương VI giới thiệu các bài toán mẫu giúp cho người đọc
có thể thực hành và hiểu được quy trình hoàn chỉnh về sự ứng dụng của hệ thống
thông tin địa lý cho các chuyên ngành hẹp. Trong phần phụ lục nhóm tác giả
giới thiệu cách sử dụng phần mềm ArcGIS hỗ trợ cho người học có thể tự thực
hành trên máy tính.
Tài liệu giảng dạy này không những phục vụ cho việc giảng dạy, học tập
học phần “Bản đồ và Hệ thống thông tin địa lý” tại trường mà còn là tài liệu
tham khảo cho bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực này.
Mặc dù đã cố gắng song giáo trình không tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong đồng nghiệp và bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình được hoàn
thiện hơn.
Chủ biên
4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BẢN ĐỒ
1.1. Khái niệm bản đồ và phân loại bản đồ
1.1.1. Khái niệm bản đồ
Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của bề mặt Trái Đất lên mặt phẳng thông qua một quy
tắc toán học nhất định (hay là phép chiếu bản đồ). Nội dung trình bày trên bản đồ được
lựa chọn thông qua sự tổng quát hóa và được thể hiện trên bản đồ bởi hệ thống các kí
hiệu quy ước mang tính khoa học. Đó chính là định nghĩa chung về bản đồ.
Bản đồ số là bản đồ trên đó có sự chồng xếp các lớp thông tin khác nhau, là tập hợp
của các thông tin được lưu trữ trong máy tính (trong đĩa) dưới dạng số và được thành
lập dưới sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dùng gắn liền với kỹ thuật
sản xuất bản đồ.
Bản chất của bản đồ là một loại mô hình thông tin. Trong khoa học thuật ngữ mô
hình thông tin được định nghĩa như sau: “Trong công tác nghiên cứu một đối tượng
nào đó, dù là nghiên cứu lý luận hay nghiên cứu ứng dụng, nếu người ta không nghiên
cứu trực tiếp lên đối tượng mà thay bằng nghiên cứu một hệ thống tự nhiên hay nhân
tạo đó được gọi là mô hình” do đó:
Bản đồ là một mô hình nhận thức.
Bản đồ là một mô hình thông tin.
Bản đồ là một dạng ngôn ngữ kỹ thuật đặc biệt (ghi nhận và định vị đối tượng).
Khác với các loại hình nghệ thuật khác mô tả hình ảnh Trái Đất như ảnh hàng
không, ảnh vũ trụ, tranh ảnh, các bài văn mô tả… Bản đồ có đặc điểm riêng:
Mỗi bản đồ đều được xây dựng trên một cơ sở toán học xác định như tỉ lệ và phép
chiếu bản đồ, bố cục bản đồ, các điểm khống chế tọa độ trắc địa…
Các đối tượng và hiện tượng (Nội dung bản đồ) được biểu thị theo một phương
pháp lựa chọn và khái quát nhất định (Tổng quát hóa bản đồ).
Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ – đó là hệ thống
các ký hiệu quy ước.
Bản đồ có ba tính chất cơ bản: tính trực quan, tính đo được, tính thông tin của bản
đồ.
a) Tính trực quan của bản đồ
Tính trực quan của bản đồ được biểu hiện ở chỗ bản đồ cho ta khả năng bao quát và
tiếp thu nhanh chóng các yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất của nội dung bản đồ. Một
trong những tính chất ưu việt của bản đồ là khả năng bao quát, biến cái không nhìn
thấy thành cái nhìn thấy được. Bản đồ tạo ra mô hình trực quan của lãnh thổ, nó phản
ánh các hình thức về các đối tượng hoặc các hiện tượng được biểu thị. Qua bản đồ
người sử dụng có thể tìm ra được những quy luật của sự phân bố các đối tượng và hiện
tượng trên bề mặt trái đất.
5
b) Tính đo được của bản đồ
Đây là một tính chất quan trọng của bản đồ, tính chất này có liên quan chặt chẽ với
cơ sở toán học của bản đồ. Căn cứ vào tỷ lệ và phép chiếu của bản đồ, căn cứ vào các
thang bậc của các ký hiệu quy ước… người sử dụng bản đồ có khả năng xác định được
rất nhiều trị số khác nhau như: Toạ độ, biên độ, độ dài, khoảng cách, diện tích, thể
tích, phương hướng và các trị số khác.
Chính do tính chất này mà bản đồ được dùng làm cơ sở để xây dựng các mô hình
toán học của các hiện tượng địa lý và để giải quyết những vấn đề khoa học và thực tiễn
sản xuất. Tính chất đo được của bản đồ được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như giao
thông, xây dựng, quy hoạch, quản lý đất đai, v.v..
c) Tính thông tin của bản đồ
Đó là khả năng lưu trữ, truyền đạt cho người đọc những tin tức khác nhau về các
đối tượng và các hiện tượng. Từ những thông tin hiện trạng cho ta những ý tưởng, phát
hiện mới cho tương lai. Ví dụ bản đồ hệ thống giao thông cho người đọc những thông
tin về hiện trạng hệ thống đường xá, từ đó người ta có thể định hướng sử dụng, cải tạo
hay huỷ bỏ, v.v…
1.1.2. Phép chiếu bản đồ
Khi chuyển bề mặt tự nhiên của Trái Đất sang hình chiếu biểu thị nó trên mặt
phẳng (trên bản đồ) thường được thực hiện qua hai bước, trước tiên chiếu mặt đất cùng
với địa hình phức tạp của nó lên ellipxoid Trái đất, sau đó biễu diễn ellipxoid lên mặt
phẳng nhờ một trong những phép chiếu bản đồ.
Phép chiếu bản đồ là phương pháp xác định một mặt toán học nhất định nhằm biểu
thị mặt ellipxoid lên mặt phẳng sao cho mỗi điểm trên mặt cong ứng với mỗi điểm trên
mặt phẳng. Phép chiếu xác định mối quan hệ tương ứng giữa tọa độ địa lý (hay tọa độ
nào khác) của các điểm trên ellipxoid với tọa độ vuông góc (hay tọa độ khác) của
chính những điểm đó trên mặt phẳng.
Quá trình chuyển đổi bề mặt trái đất lên mặt phẳng luôn luôn tồn tại biến dạng và
chưa có phép chiếu nào là hoàn hảo, hiện nay có rất nhiều phép chiếu khác nhau để phục
vụ cho việc thành lập bản đồ. Mỗi một phép chiếu bảo toàn một số đặc tính không gian
nhất định, tùy vào mục đích thành lập bản đồ mà người ta lựa chọn phép chiếu phù hợp.
Các phép chiếu bản đồ được nhóm lại theo đặc tính như sau:
- Phép chiếu đồng góc: góc và hình dáng được bảo toàn, các phép chiếu này có lưới
địa lý hình vuông;
- Phép chiếu bảo toàn diện tích, thể hiện các vùng với kích thước tương đối đúng.
Phép chiếu bảo toàn diện tích còn được gọi là phép chiếu đẳng diện tích hay các phép
chiếu tương đương. Các phép chiếu này, các góc tạo bởi kinh tuyến và vĩ tuyến có thể
không chính xác;
- Phép chiếu bảo toàn khoảng cách, biểu diễn chính xác khoảng cách giữa các điểm