Gis-Bài giảng hệ thống thông tin địa lí

Ch2 - Hệ tọa độ
1
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)



(Ch2 – Hệ tọa độ)
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:[email protected] or [email protected]
Ch2 - Hệ tọa độ
2
Tại sao chúng ta phải biết nguồn gốc thông tin không gian?
Biết được nguồn gốc có thể giúp bạn hiểu được:
Tại sao hai bản đồ cùng kích thước mà lại không chồng được lên nhau.
Tại sao miền đo trên một bản đồ có thể khác với kích thước của cùng một miền trên bản đồ khác.
Tại sao một đối tượng có thể xuất hiện trên một bản đồ, nhưng không xuất hiện trên bản đồ khác.
Và các vấn đề với dữ liệu không gian …
Ch2 - Hệ tọa độ
3
Nguyên tắc đầu tiên …
Làm cách nào để nhận dữ liệu đo được trên trái đất lên bản đồ.
Cách nào để mô hình hóa trái đất để mọi thứ trên trái đất đều được thể hiện trên bản đồ.
Cách đưa thông tin 3 chiều (chiều dài, chiều rộng và chiều cao) thành 2 chiều (chiều dài và chiều rộng)
-> Liên quan đến khoa đo đạc (geodesy).
Ch2 - Hệ tọa độ
4
HỆ TỌA ĐỘ
Phép chiếu bản đồ là sự chuyển đổi có hệ thống từ tọa độ hình cầu thành hệ tọa độ phẳng.
Ch2 - Hệ tọa độ
5
Ellipsoid / Spheroid
(dạng elip/ dạng cầu)
Các mô hình hóa trái đất đưa về các dạng Elip và dạng hình cầu.
Với một bản đồ, dạng Ellipsoid / Spheroid được chấp nhận là phù hợp nhất với quả địa cầu tại vị trí làm bản đồ đó.
Ví dụ với bản đồ thế giới, elippsoid thích hợp nhất để mô tả toàn bộ quả địa cầu.
Ch2 - Hệ tọa độ
6
Mối quan hệ giữa trái đất, quả địa cầu, và ellipsoid
Ch2 - Hệ tọa độ
7
ELLIPSOID
Ch2 - Hệ tọa độ
8
Các elippsoid đã được sử dụng cho các bản đồ Viêt nam
Everest ellipsoid
Clarke ellipsoid
Krassovsky ellipsoid
World Geodetic Spheroid 1984 (WGS84)
Có 100 elippsoid cho trái đất.
Ch2 - Hệ tọa độ
9
Một Elippsoid
Phép đo trên một Elippsoid được tạo bởi vĩ độ - latitude (= north/south) và kinh độ - longtitude (= east/west)
Để cho thuận tiện: 0 ứng với north/south là đường xích đạo. 0 ứng với east/west kinh tuyến Greenwich (GMT), English
Ch2 - Hệ tọa độ
10
Ch2 - Hệ tọa độ
11
Mốc tọa độ
Mốc tọa độ cần được định nghĩa để cho phép thực hiện các phép đo trên trái đất tương ứng với một vị trí trên ellipsoid.
Mốc tọa độ định nghĩa kích thước và hình dáng của trái đất với gốc và hướng của tọa độ hệ thống được sử dụng trên bản đồ.
Có 1000 mốc tọa độ cho trái đất – hầu hết mỗi nước có một hoặc nhiều mốc tọa độ riêng.
Ch2 - Hệ tọa độ
12
Hệ tọa độ Vietnam
Được xây dựng lần đầu tiên bởi người Pháp năm 1887
Bây giờ bạn có thể tìm:
Pulkovo
Indian
Hanoi 72
WGS 84
VN 2000
Ch2 - Hệ tọa độ
13
Một mốc tọa độ có
Thông tin liên quan đến vị trí được định nghĩa trong các biến của mốc.
Nó vẫn là một vị trí ba chiều.
Nó có thể được chiếu tới không gian hai chiều.
Có rất nhiều phép chiếu …
Ch2 - Hệ tọa độ
14
CÁC PHÉP CHIẾU

Hình trụ
Hình nón
Góc phương vị
Ch2 - Hệ tọa độ
15
PHÉP CHIẾU UTM
Mercator đã lập ra phép chiếu vào thế kỷ 16
Phép chiếu này giữ nguyên được góc đo. Bởi vậy nó được gọi là phép chiếu hình. Hình dạng là đặc tính rất quan trọng của các nhà quan trắc. Phép chiếu này được dùng làm cơ sở của hệ tọa tọa độ phẳng địa lý và được gọi là hệ thống UTM (Universal Transverse Mercator)
Ch2 - Hệ tọa độ
16
ĐĂNG KÝ TỌA ĐỘ CHO BẢN ĐỒ
Bản đồ chưa đăng ký tọa độ. Bờ biển dựa trên Lambert Conformal Conic, trongkhi sông suối dựa trên Polyconic projection, ranh giới dựa trên Mercator
Bản đồ tương tự đã được đăng ký tọa độ dựa trên hệ quy chiếu Lambert Conformal Conic.
Ch2 - Hệ tọa độ
17
Hình dạng trái đất rất phức tạp. Bản đồ này chỉ ra độ lệch của geoid từ hình dạng đơn giản hơn. World Geodetic Data System ellipsoid năm 1984. Miền của độ lệch nằm từ 75 m (màu đỏ) -New Guinea đến 104 m (màu tím, ở ấn độ dương). Source: U.S. National Geodetic Survey.
Ch2 - Hệ tọa độ
18
Tọa độ hệ thống
Quyết định vị trí bắt đầu và đo mọi thứ nó có
Tọa độ hệ thống có thể chọn:
Latitude và longitude (độ, phút, giây)
Dạng lưới (như UTM, UPS, Gaussian)
Tọa độ hệ thống có:
Gốc
Đơn vị đo lường
Hướng
(Phạm vi)
Ch2 - Hệ tọa độ
19
Tọa độ hệ thống được sd tại VN
Latitude / Longitude (geographic)
Gaussian Grid
UTM Grid
Local Coordinate Systems (cho các bản đồ riêng như các bản đồ về du lịch …)
Ch2 - Hệ tọa độ
20
Tỷ lệ bản đồ là gì?
Tỷ lệ bản đồ chỉ mức độ thu nhỏ của bản đồ so với thực tế. Cần phải có một tỷ lệ bản đồ thích hợp và thống nhất cho các đối tượng địa lý trong một CSDL GIS. Tùy theo quy mô, tính chất của bản đồ để chọn tỷ lệ thích hợp.
Tỷ lệ của một bản đồ phụ thuộc vào lượng thông tin và độ lớn của vùng sẽ được thể hiện trên bản đồ. Bản đồ có tỷ lệ lớn sẽ trình bày các đặc tính địa lý một cách chi tiết hơn nhưng chỉ thẻ hiện được vùng nhỏ hơn vì số thu nhỏ của bản đồ lớn hơn. (vd: bản đồ tỷ lệ 1:10000). Bản đồ có tỷ lệ nhỏ (1:250000) có thể trình bày được một vùng rộng lớn nhưng mức độ thể hiện chi tiết sẽ nhỏ hơn vì hệ số thu nhỏ sẽ lớn hơn.
Có 3 cách thể hiện tỷ lệ
Thanh tỷ lệ
Mô tả tỷ lệ bằng lời
Miêu tả bằng phân số
Ch2 - Hệ tọa độ
21
TỶ LỆ BẢN ĐỒ
Tỷ lệ bản đồ
Tỷ lệ ảnh hàng không
Ch2 - Hệ tọa độ
22
Tỷ lệ là gì?
Thanh tỷ lệ
Ch2 - Hệ tọa độ
23
Tỷ lệ là gì?
Tỷ lệ bằng lời: tỷ lệ của một bản đồ mà thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách trên bản đồ và khoảng cách trên bề mặt trái đất được sử dụng bằng lời.
Ví dụ: ‘Một cm đại diện cho 10 km’
Phân số miêu tả: tỷ lệ của một khoảng cách trên bản đồ với một khoảng cách tương đương được đo cùng một đơn vị trên bề mặt Trái đất
Ví dụ:
Một tỷ lệ bản đồ 1:50 000 có nghĩa là một cm trên bản đồ bằng 50 000 cm trên bề mặt Trái đất.
Ch2 - Hệ tọa độ
24
Tỷ lệ là gì?
Mức độ chi tiết của dữ liệu không gian
Ch2 - Hệ tọa độ
25
Tỷ lệ là gì?
Ch2 - Hệ tọa độ
26
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám)
Một vùng được thể hiện bằng một pixel trên ảnh
Độ phân giải không gian
Ch2 - Hệ tọa độ
27
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám)
2. Độ phân giải phổ: Những phần của phổ điện từ mà được đo bởi hệ thống viễn thám.
.Landsat TM: blue, green, red, nir, mir, tir
.SPOT: giải sóng nhìn thấy, green, red, ir
3. Độ phân giải về thời gian (Chu kỳ): tần số xuất hiện mà các ảnh được thu thập tại cùng một vùng trên bề mặt của Trái đất bởi hệ thống viễn thám.
.Landsat TM: 16 ngày
.SPOT: 28 ngày

Ch2 - Hệ tọa độ
28
Độ phân giải là gì? (Hệ thống viễn thám)
4. Sự chi tiết của các bản đồ mà mô tả vị trí và hình dạng của các đối tượng địa lý.
Độ phân giải cao hơn
Độ phân giải thấp hơn
Ch2 - Hệ tọa độ
29
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:[email protected] or [email protected]
Ch2 - Hệ tọa độ
30
Giới thiệu các mô hình dữ liệu trong GIS
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 Raster và cho ví dụ
Mô tả mô hình dữ liệu TIN
Giải thích “topology”
Mô tả các định dạng chính sử dụng trong GIS
Mục tiêu
Ch2 - Hệ tọa độ
31
Các đối tượng đồ họa
Các đối tượng hiển thị trên bản đồ được gọi là các đối tượng đồ họa hay các đối tượng.
Các đối tượng có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra nó.
Ch2 - Hệ tọa độ
32
Các đối tượng đồ họa
Vectors
Points or Nodes
Lines or Arcs
Polygons
Raster Cells or Pixels
Images
Digital Orthophotography
Ch2 - Hệ tọa độ
33
Các loại dữ liệu GIS
Images
Vector
Raster (GRID)
Attributes
TIN (Triangulated Irregular Network)
Annotation
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
Ch2 - Hệ tọa độ
34
Các loại dữ liệu GIS
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
Ch2 - Hệ tọa độ
35
Dữ liệu không gian
RASTER
VECTOR
Thế giới thực
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Ch2 - Hệ tọa độ
36
Các bản đồ điện tử ở hai định dạng Raster và Vector
Ch2 - Hệ tọa độ
37
Các nguồn dữ liệu Raster
Ảnh vệ tinh
Ch2 - Hệ tọa độ
38
Ảnh số trực giao (Digital 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
Ch2 - Hệ tọa độ
39
Thiết lập bởi màu sắc của các pixel

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

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

Rasters có thể có giá trị đi kèm.



Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Các bản đồ dạng Raster (images)
Ch2 - Hệ tọa độ
40
Ch2 - Hệ tọa độ
41
Đặc điểm của Raster
Trông giống trang bản đồ giấy

Giá thành rẻ và rễ sản xuất

Chạy rễ ràng trên PC

Có sẵn mọi nơi.

Nhược điểm:
Mốc tính toán có hoặc không theo hệ tọa độ WGS84
Không cho phép tự động loại bỏ chế độ nền hay sự trợ giúp phân tích của máy tính.
Lưu trữ không hiệu quả
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Ch2 - Hệ tọa độ
42
Dữ liệu dạng Vector
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Một cách lưu trữ thông minh dữ liệu GIS, ở đó các đối tượng thế giới thực được miêu tả bằng các điểm (Point), đường (Line) và vùng (Polyline). Một đối tượng được miêu tả bởi các thuộc tính và các tọa độ.
Ví dụ:
Các bản đồ số hóa
Dữ liệu GIS
Ch2 - Hệ tọa độ
43
Trong GIS chứa thông tin. GIS kết hợp bản đồ với hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Vì vậy khi phân tích dữ liệu không gian chỉ cần “click” trên đối tượng địa lý và tìm thông tin về nó. Hoặc có thể tryu vấn trong database để tìm thông tin về tất các các đối tượng thỏa mãn điều kiện lọc.
Thông tin về một đối tượng GIS được gọi là thuộc tính (attribute)
Liên kết các thuộc tính và đồ họa
Ch2 - Hệ tọa độ
44
Liên kết các thuộc tính với đồ họa
Trong ví dụ này, ngưởi dùng truy vấn chọn ra tất cả các thuộc tính mà được phân loại các gia đình = 210, và các vùng tìm thấy có màu đỏ
Ch2 - Hệ tọa độ
45
Dữ liệu Vector được phân lớp
Spatial Data Analysis
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2
5
1
4
7
6
Lake
Features:
Line
Points:
Connected
Detached
Area
Text
•
Lake
Dữ liệu GIS đặt riêng biệt trên các theme
Network Analysis
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Ch2 - Hệ tọa độ
46
Sự thay đổi về mô hình
Có thể nhìn thấy sự khác nhau giữa bản đồ giấy và bản đồ số (phụ thuộc vào phần mềm)
Database cho phép truy vấn và chọn các layer
Phóng to các chi tiết
Phức tạp, đắt tiền và tốn nhiều thời gian để làm ra sản phẩm
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Ch2 - Hệ tọa độ
47
Các mô hình dữ liệu Raster và Vector
Miêu tả Vector
X-AXIS
500
400
300
200
100
600
500
400
300
200
100
Y-AXIS
River
House
600
Trees
Trees
B
B
B
B
B
B
B
B
G
G
BK
B
B
B
G
G
G
G
G
Miêu tả Raster
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Real World
G G
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Ch2 - Hệ tọa độ
48
Dữ liệu GIS được lưu trữ trong các lớp riêng biệt như Point, Line, Polygon
Mô hình dữ liệu Vector
Ch2 - Hệ tọa độ
49
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
Ch2 - Hệ tọa độ
50
Cấu trúc dữ liệu Vector
Có mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu vector. Mỗi kiểu thường độc lập trên một kiểu khác nhau. Khi miêu tả dữ liệu GIS theo định dạng vector, dữ liệu phải được lưu trữ:

Points: là các đối tượng vô hướng có vị trí không gian, miêu tả các đối tượng GIS như vị trí, hoặc cây …
Lines: miêu tả đối tượng một chiều, có vị trí, có chiều dài như đường, sông. Lines được tạo bởi việc kết nối các điểm với nhau. Một đường bắt đầu và kết thúc tại một điểm gọi là nút (node), và các điểm tạo nên đường gọi là đỉnh (Vertices).
Polygons/Area: miêu tả đối tượng hai chiều, có vị trí, có chiều dài, và có cả chiều rộng như đường danh giới của cánh đồng, đất đai, hoặc hồ … Nó được tạo bởi việc kết nối các đường, điểm bắt đầu của polygon cũng là điểm kết thúc
Point
Line
Polygon
Ch2 - Hệ tọa độ
51
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.

Ch2 - Hệ tọa độ
52
Ứng dụng kiểu điểm
Các mẫu đất
Kiểu
PH
Chất gây ôi nhiễm (Contaminants)
Vị trí các cột đèn
Các vị trí xảy ra tai nạn
Các trung tâm
Khối/Đoạn
Địa chỉ
Chủ sở hữu
Ch2 - Hệ tọa độ
53
Các cột đèn
Ch2 - Hệ tọa độ
54
Các trung tâm
Ch2 - Hệ tọa độ
55
Lines or Arcs
Lines là các đối tượng một chiều, có vị trí, có chiều dài nhưng không có vùng như đường, sông. Lines được tạo bởi việc kết nối các điểm với nhau. Một đường bắt đầu và kết thúc tại một điểm gọi là nút (node), và các điểm tạo nên đường gọi là đỉnh (Vertices).
Ch2 - Hệ tọa độ
56
Ứng dụng Lines or Arcs
Đường phố
Street Name
Address Ranges
Hệ thống nước
Pipe size
Pipe Material
Date Installed
Sông suối
Depth
Quality
Flow Rate
Ch2 - Hệ tọa độ
57
Đường phố
Ch2 - Hệ tọa độ
58
Polygons
Polygons là đối tượng hai chiều, có vị trí, có chiều dài, và có cả chiều rộng (hay có diện tích)
Ch2 - Hệ tọa độ
59
Ứng dụng Polygons
Các mảnh đất
Parcel ID Number
Dimensions and Area
Đường danh giới
Type
Permeability
Vùng lũ lụt
Ch2 - Hệ tọa độ
60
Polygons
Ch2 - Hệ tọa độ
61
Polygons
Ch2 - Hệ tọa độ
62
Mô hình dữ liệu Vector
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.
Ch2 - Hệ tọa độ
63
Cấu trúc dữ liệu Vector
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.
Ch2 - Hệ tọa độ
64
Sự thể hiện dữ liệu dạng Vector
Mỗi điểm được thể hiện bằng 1 cặp tọa độ
Mỗi đường thể hiện bằng 1 chuỗi các cặp tọa độ
Mỗi vùng được thể hiện bằng 1 chuỗi các cặp tọa độ, có cặp tọa đầu và cặp tọa cuối trùng nhau.
Ch2 - Hệ tọa độ
65
Liên kết dữ liệu thuộc tính
Bảng dữ liệu
(Attributes)
© ESRI
Ch2 - Hệ tọa độ
66
Là thông tin cho phép miêu tả một thực thể đã được trình bày ở đối tượng đồ họa.
Dữ liệu thuộc tính
Ch2 - Hệ tọa độ
67
Thông tin về đối tượng đồ họa
Dữ liệu thuộc tính
Mỗi phần thông tin thuộc tính liên quan tới một phần đối tượng đồ họa
Các trường thuộc kiểu dữ liệu truyền thống của CSDL
Images
Photos
Video
Ch2 - Hệ tọa độ
68
Courtesy Village of Garden City
Liên kết các thuộc tính
Ch2 - Hệ tọa độ
69
Dữ liệu GIS được lưu trữ dưới dạng lưới các ô (cells) hay pixel

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

Mô hình dữ liệu Raster
Ch2 - Hệ tọa độ
70
Dữ liệu Raster
Tập dữ liệu GIS
Về sử dụng đất/Độ bao phủ đất
Các Chỉ số thực vật
Sự ổn định đất
Ảnh số
Ảnh về các tòa nhà
Khung cảnh các tai họa
Sự thiệt hại mùa vụ
Các hình ảnh về sự vận động
Ảnh trực giao
Các ảnh trên không đã được chỉnh sửa
Ch2 - Hệ tọa độ
71
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.
Ch2 - Hệ tọa độ
72
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
Ch2 - Hệ tọa độ
73
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)
Ch2 - Hệ tọa độ
74
Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô
Ch2 - Hệ tọa độ
75
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.
Ch2 - Hệ tọa độ
76
PIXEL là đơn vị nhỏ nhất trong ảnh. Cơ sở hệ thống GIS là raster, thông tin thuộc tính có thể được khởi gán tới mỗi pixel.
PIXEL (PICTURE ELEMENT)
Ch2 - Hệ tọa độ
77
© ESRI, Modeling Our World
Ch2 - Hệ tọa độ
78
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 (single-band)
Hiển thị nhãn bội (multi-band)
Ch2 - Hệ tọa độ
79
Hiển thị nhãn đơn
Ch2 - Hệ tọa độ
80
Hiển thị nhãn bội
Ch2 - Hệ tọa độ
81
Cấu trúc dữ liệu Raster
Ma trận các ô bằng nhau
Ch2 - Hệ tọa độ
82
Vấn đề về độ phân giải
WHEAT
HAY
APPLES
Ch2 - Hệ tọa độ
83
Raster và Vector
Phải được cân nhắc kỹ
Tính rời rạc của thực thể đang mô tả
Ứng dụng mong đợi (Các chức năng)
Nguồn dữ liệu
Quan tâm sự lưu trữ
Độ phân giải
Màu sắc

Ch2 - Hệ tọa độ
84
Mô hình Raster và Vector
Source: Defense Mapping School
National Imagery and Mapping Agency
Một câu hỏi đặt ra:” Định dạng nào là tốt nhất mô tả các đối tượng trong GIS, raster hay vector”. Câu trả lời là một trong hai hoặc cả hai. Đó là, dùng một trong hai mô hình dữ liệu là tốt nhất trong mỗi trường hợp hoặc cả hai mô hình đều thực hiện các vai trò nhất định trong GIS.
Trong ví dụ, nguồn dữ liệu vector miêu tả đường bờ biển xuất hiện có nhiều chi tiết hơn, và độ chính xác lớn hơn. Dữ liệu Vector có thể lưu trữ thông tin trong nhiều định dang hơn dữ liệu Raster, và cũng làm việc tốt với đối tượng thuộc về chiều dài như luồng các mạng.
Tuy nhiên, các mô hình dữ liệu Raster rất tốt miêu tả thông tin liên tục trong tự nhiên như nhiệt độ nơi mà giá trị nhiệt độ có thể khác với nơi liền kề.
Ch2 - Hệ tọa độ
85
Vector – Những ưu điểm và nhược điểm
Thuận lợi
Miêu tả tốt thực tế
Gắn kết nhiều cấu trúc dữ liệu
Topology có thể được mô tả trong mạng
Đồ họa chính xác
Nhược điểm
Cấu trúc dữ liệu phức tạp
Mô phỏng khó khăn
Một vài phân tích không gian là khó khăn hoặc không thể thi hành.
Ch2 - Hệ tọa độ
86
Raster – Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm
Cấu trúc dữ liệu đơn giản
Dễ phủ lên nhau
Có nhiều kiểu phân tích không gian khác nhau
Không thay đổi kích thước và hình dáng
Công nghệ rẻ
Nhược điểm
Số lượng lớn dữ liệu
Không đẹp
Thay đổi hệ quy chiếu là khó khăn
Tỷ lệ khác nhau giữa các lớp có thể là cơn ác mộng
Có thể mất thông tin ở những vùng giao nhau
Ch2 - Hệ tọa độ
87
Các chức năng Raster
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
Ch2 - Hệ tọa độ
88
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)
Ch2 - Hệ tọa độ
89
TIN(Triangulated Irregular Network)
Mô hình TIN có một vài điểm phức tạp hơn Poin, Line, Polygon trong mô hình Vector, nó thực sự hữu ích miêu tả độ cao. Ví dụ lưới Raster có thể đáp ứng yêu cầu để bao phủ toàn bộ bề mặt của miền địa lý. Ngoài ra, nếu chúng ta muốn hiện thi chi tiết hơn chúng ta có thể dùng lưới các ô nhỏ hơn. Bây giờ, nếu mặt đất là đương đối bằng phẳng, chúng ta vẫn cần lưới các ô nhỏ. Tuy nhiên, 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.
Ch2 - Hệ tọa độ
90
Cấu trúc dữ liệu TIN
Cấu trúc dữ liệu TIN dựa trên hai phân tử cơ bản:
Các điểm với giá trị x,y,z
Các cung nối các điểm này.
Phép đạc tam giác TIN thỏa mãn theo tiêu chuẩn Delaunay
Tiêu chuẩn Delaunay
Vòng tròn ngoại tiếp không chứa một nút của bất kỳ phần tử nào khác. Vòng tròn ngoại tiếp của một tam giác là vòng tròn đi qua các đỉnh.
Ch2 - Hệ tọa độ
91
Các thành phần TIN
Nodes
Edges
Triangles
Hull
Topology
TIN là một tập hợp các tam giác liền kề, không bị trồng nhau.
ArcGIS hỗ trợ cả hai mô hình độ cao: TIN and lattice (lưới).
Ch2 - Hệ tọa độ
92
Các thành phần TIN
Nodes: 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.
Edges: Mỗi nút được nối với nút gần nhất theo tiêu chuẩn Delaunay. Mỗi cung có hai nút nhưng môt nút có thể có hai hoặc nhiều cung.
Triangles: Mỗi bề mặt tam giác miêu tả một phần của bề mặt TIN
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 vùng nội suy của TIN
Topology: là cấu trúc hình học của TIN định nghĩa mối quan hệ giữa các nút, các cung và mối quan hệ giữa các tam giác liền kề.

Trong ARC/INFO, TIN được lưu trữ trong một thư mục gồm 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 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 bản.
Ch2 - Hệ tọa độ
93
© ESRI, Modeling Our World
Ch2 - Hệ tọa độ
94
© ESRI, Modeling Our World
Ch2 - Hệ tọa độ
95
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
Ch2 - Hệ tọa độ
96
Chú giải (Annotation)
Text
Thông tin được đặt trên bản đồ cung cấp thêm thông tin về một đối tương đồ họa.
Ký hiệu (Symbols)
Là cách thức mà các đối tượng đồ họa hiển thị trong GIS
Ch2 - Hệ tọa độ
97
Các ký hiệu giúp nhận diện các đặc điểm và cung cấp thông tin về chúng.
q c , P X
Ký hiệu (Symbols)
Ch2 - Hệ tọa độ
98
Courtesy Village of Garden City
Annotation, Symbology, and Text
Ch2 - Hệ tọa độ
99
Vấn đề về tỷ lệ trong đối tượng mô tả
Phụ thuộc vào tỷ lệ mô tả, một đối tượng có thể nhận nhiều mẫu khác nhau
Buildings
Vẽ công trình công cộng – building outline
USGS Quad Sheet – point location
City
USGS Quad Sheet – Polygon of city boundary
Rand McNally Map – Point representing city location
Ch2 - Hệ tọa độ
100
Tập hợp dữ liệu số miêu tả rõ ràng các đối tượng liền kề, chứa trong nhau, nối với nhau giữa các đối tượng bản đồ mà có thể lưu trữ và thao tác trên máy tính.
Topology
Ch2 - Hệ tọa độ
101
Topology
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals
Ch2 - Hệ tọa độ
102
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)



(Ch4 – Xử lý dữ liệu trong 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:[email protected] or [email protected]
Ch2 - Hệ tọa độ
103
NỘI DUNG CHÍNH
Chồng xếp bản đồ (Map Overlaying)
Tìm kiếm không gian (Searching)
Tạo vùng đệm (Buffer Zone)
Nội suy không gian (Spatial Interpolation)
Đo đạc tính toán (Area Calculation)
Ch2 - Hệ tọa độ
104
I. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
Khi muốn trả lời các câu hỏi như:
-Loại sử dụng đất nào nằm bên trong khu vực bị ngập lụt?
-Vùng nào sẽ bị ô nhiễm và phải di rời?
-Loại đất nào phù hợp với việc trồng cà phê?
→ Lúc đó chúng ta phải chồng ghép bản đồ
Đây là chức năng dùng để so sánh hai hay nhiều lớp dữ liệu để tìm ra mối quan hệ của một đối tượng nào đó trong các lớp khác nhau.
Ch2 - Hệ tọa độ
105
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
Phân tích chồng ghép đơn giản là tạo ra một bảng dữ liệu hay một biểu đồ thể hiện sự chồng ghép của hai đối tượng, hai hình hay hai lớp khác nhau

Ví dụ: Sự chồng ghép của hai lớp này để tìm ra những loại đất nào nằm trong khu vực bị ngập lụt.
Ch2 - Hệ tọa độ
106
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
Sự chồng ghép lớp dữ liệu là để so sánh mối quan hệ giữa hai hay nhiều lớp dữ liệu. Chức năng phân tích không gian của ArcView có thể so sánh để xác định đối tượng cụ thể được chồng ghép ở đâu.
Ví dụ: Kết quả của việc chồng ghép là tìm thấy được đất nông nghiệp nằm trong khu vực ngập lụt
( [ Landuse] = "Agr" ) and ( [Flood Zone] = 1 )
Ch2 - Hệ tọa độ
107
CHỒNG GHÉP SỐ HỌC
Chồng ghép bằng phương pháp số học dùng các phép toán học trong khi chồng ghép như :
+ (cộng), - (trừ), * (nhân), / (chia), mod, div, sqrt....
Ch2 - Hệ tọa độ
108
CHỒNG GHÉP SỐ HỌC
Ch2 - Hệ tọa độ
109
Phương pháp chồng ghép số học được thể hiện ở chức năng Map Calculator
CHỒNG GHÉP SỐ HỌC
Ch2 - Hệ tọa độ
110
VÍ DỤ
Hãy xây dựng bản đồ C biết C = A+B
A
B
Ch2 - Hệ tọa độ
111
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC LOGIC
A
B
Ch2 - Hệ tọa độ
112
C�C PHẫP LOGIC
Ch2 - Hệ tọa độ
113
BÀI TẬP 1
(A and B) or C
A and (B or C)
A
B
C
A
B
C
Ch2 - Hệ tọa độ
114
(A or C) and (B or D)
(A or B) and (C or D)
A
B
C
D
D
C
A
B
BÀI TẬP 2
Ch2 - Hệ tọa độ
115
Xây dựng bản đồ C biết C = A and B
Xây dựng bản đồ C biết C = A or B
A
B
BÀI TẬP 3
Ch2 - Hệ tọa độ
116
CHỒNG GHÉP LOGIC
Ch2 - Hệ tọa độ
117
A
B
C
D
Hãy viết kết quả bản đồ D với câu lệnh sau:
D = (A=B) and (A<> C)
E = (A=B) or (A<> C)
H = (A=B) xor (A<> C)
Cho 3 bản đồ A, B và C
Ch2 - Hệ tọa độ
118
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC CÓ ĐIỀU KIỆN
Phương pháp chồng ghép dùng biểu thức có điều kiện là quá trình máy tính kiểm tra các số liệu trên bản đồ có thoả mãn một điều kiện nào đó cho trước hay không?
Câu lệnh có dạng là:
BDSP = If (<Điều kiện>, Câu lệnh 1, Câu lệnh 2)
Câu lệnh kiểm tra <điều kiện> nếu đúng thực hiện , ngược lại thực hiện
Ch2 - Hệ tọa độ
119


Vớ d?: Cho hai b?n d? A v� B nhu sau
Hãy xây dựng bản đồ C theo câu lệnh sau
C = if (A>20, B+3, B+2)
A
B
Ch2 - Hệ tọa độ
120
BÀI TẬP
Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C thoả mãn các điều kiện sau:
Nếu bản đồ A lớn hơn 4 lần giá trị của bản đồ B và nếu giá trị của bản đồ A <= 21 thì bản đồ C bằng bản đồ A, ngược lại bằng 0.
Nếu bản đồ A lớn hơn 4 lần giá trị của bản đồ B và nếu giá trị của bản đồ A > 21 thì bản đồ C bằng 10, ngược lại bằng 0.
Nếu bản đồ A <= 4 lần giá trị của bản đồ B thì bản đồ C bằng 0, ngược lại bằng A.
Ch2 - Hệ tọa độ
121
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
122
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
123
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
124
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
125
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
126
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR
Ch2 - Hệ tọa độ
127
PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP
Ch2 - Hệ tọa độ
128
II. TÌM KIẾM KHÔNG GIAN
Tìm kiếm là một chức năng cơ bản của hoạt động phân tích không gian của GIS.
Tìm kiếm không gian dựa vào quan hệ không gian của các đối tượng trên bản đồ.
Tìm kiếm không gian dùng các toán tử so sánh và toán tử logic trong biểu thức điều kiện.
Ví dụ: "Hãy thể hiện những thửa đất nông nghiệp nằm trong khoảng cách 500m từ đường chính".
Ch2 - Hệ tọa độ
129
TÌM KIẾM ĐỐI TƯỢNG TRÊN BẢN ĐỒ TỪ BẢNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
Ch2 - Hệ tọa độ
130
CHỨC NĂNG QUERY
Ch2 - Hệ tọa độ
131
Tìm kiếm một lớp
Tìm kiếm hai lớp
CHỨC NĂNG QUERY
Ch2 - Hệ tọa độ
132
TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT
Ch2 - Hệ tọa độ
133
TẠO MỘT BỀ MẶT GRID TỪ CÁC ĐIỂM MẪU
Ông Thanh là một nông dân, ông ấy muốn giảm lượng phân bón trên cánh đồng. Đầu tiên là việc lấy mẫu đất, phân tích lấy dữ liệu, từ lớp dữ liệu điểm mẫu đó, chức năng phân tích không gian có thể tạo ra lớp bản đồ bề mặt mức độ dinh dưỡng của cả cánh đồng. Từ đó tạo ra bản đồ về nhu cầu dinh dưỡng của các khu vực khác nhau trên cánh đồng. Bên cạnh đó ông ta còn nhờ chức năng phân tích không gian để tạo ra một vùng đệm 300m xung quanh sông nhằm tránh sự ô nhiễm nước. Và ông Thanh đã tiết kiệm được tiền và thu được năng suất cao trên cánh đồng đó bởi việc áp dụng chức năng phân tích không gian
Ch2 - Hệ tọa độ
134
Sử dụng lớp điểm (Theaters) để tạo ra một lớp Raster chỉ ra vùng phục vụ của từng nhà hát. Mỗi pixel trong lớp này được nhận một giá trị theo nhà hát mà gần nó nhất. Các pixel có giá trị như nhau (màu như nhau) ở gần cùng một nhà hát.

X�C D?NH KHU V?C G?N NH?T C?A C�C DI?M
Ch2 - Hệ tọa độ
135
PHÂN BỔ CÁC GIÁ TRỊ XUNG QUANH MỘT ĐIỂM
Từ một lớp điểm thành phố, phân bổ giá trị dân số theo một công thức tính. Kết quả là một lớp grid thể hiện mật độ dân số.
Ch2 - Hệ tọa độ
136
TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ
Gary creates an elevation grid of Mt. St. Helens from an imported elevation file
Sử dụng lớp độ cao để tạo ra bản đồ đường đồng mức. Khoảng cao đều của các đường đồng mức là 100m
Tạo ra bản đồ địa mạo
Ch2 - Hệ tọa độ
137
TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ ĐỘ DỐC
Bản đồ độ dốc
Bản đồ hướng dốc
Ch2 - Hệ tọa độ
138
TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC
Bản đồ dòng chảy
Ch2 - Hệ tọa độ
139
III. TẠO VÙNG ĐỆM
Sự tìm kiếm địa lý được thực hiện xung quanh các đối tượng điểm, đường, vùng.

Đối tượng địa lý + Khoảng cách tìm kiếm theo yêu cầu.
Chức năng tạo vùng đệm xây dựng các đối tượng mới từ điều kiện tìm kiếm.
Xác định các vùng nằm trong khu vực tìm kiếm
Tạo vùng đệm có thể ở dạng Raster. Kết quả là sự phân lớp các cell thành hai loại là các cell nằm bên trong và các cell nằm bên ngoài của khu vực vùng đệm.
Ch2 - Hệ tọa độ
140
Ch2 - Hệ tọa độ
141
TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI TƯỢNG
Ch2 - Hệ tọa độ
142
TẠO VÙNG ĐỆM BẰNG MAP QUERY
Vùng đệm cách 500, 1000, 1500 m từ hệ thống đường giao thông.
Ch2 - Hệ tọa độ
143
IV. NỘI SUY KHÔNG GIAN
Nội suy không gian là một chức năng trong GIS mà người sử dụng muốn tính toán một số liệu chính xác cho những vị trí mà không được đo hoặc lấy mẫu dựa vào những vị trí đã được đo hoặc lấy mẫu.
Có hai phương pháp nội suy
Inverse Distance Weighting
Kriging


Ch2 - Hệ tọa độ
144
Phương pháp nội suy
Dữ liệu điểm
Dữ liệu thực trên bề mặt
Ch2 - Hệ tọa độ
145
Đây là phương pháp nội suy đơn giản nhất
Là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các chức năng phân tích của GIS.
Tính các số đo chưa biết như là một giá trị trung bình có trọng số thông qua các số đo đã biết của các điểm lân cận, các điểm càng gần thì trọng số càng lớn.
1. Inverse Distance Weighting (IDW)
Ch2 - Hệ tọa độ
146
NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ
Điểm chưa có giá trị cần được nội suy
Điểm i
Giá trị đã biết zi
Vị trí xi
Trọng số wi
Khoảng cách di
Ch2 - Hệ tọa độ
147
Ch2 - Hệ tọa độ
148
W: Là trọng số của điểm cần được tính.
d1,...,dn là khoảng cách từ 1.. n điểm mẫu đến vị trí điểm cần được tính
x1,...,xn là giá trị của các điểm mẫu đó.
NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ
Trọng số của mỗi điểm được tính theo công thức sau:
W
Ch2 - Hệ tọa độ
149
NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM
Ch2 - Hệ tọa độ
150
Tìm ra một số đặc tính chung của toàn bộ bề mặt được thể hiện bởi các giá trị số đo, và sau đó áp dụng các đặc tính đó để tính cho các phần khác của bề mặt.
Kriging bị ảnh hưởng bởi cả quan hệ của các điểm mẫu và hướng của chúng.
Kriging cần nhiều các lựa chọn và yêu cầu đầu vào từ người sử dụng
Đây là một phương pháp nội suy có độ chính xác cao hơn.
2. Kriging
Ch2 - Hệ tọa độ
151
Tính toán lượng mưa, nhiệt độ và các thuộc tính khác tại các vị trí mà không có các trạm khí tượng thủy văn hoặc không có số liệu đo lường các đặc tính đó.
Tính toán độ cao của bề mặt Trái đất tại những vị trí độ cao chưa biết dựa vào các điểm đã có độ cao của mô hình DEM.
Tính toán để vẽ các đường đồng mức dựa vào các điểm mẫu độ cao đã được lấy.
Tính toán các loại đất cho các vùng trong bản đồ đất dựa vào vị trí và các số liệu của các mẫu đất đã được phân tích.
Các ứng dụng
Ch2 - Hệ tọa độ
152
Nội suy giá trị pH đất tại các điểm khảo sát
Ch2 - Hệ tọa độ
153
V. ĐO ĐẠC TÍNH TOÁN
Dữ liệu địa lý được mô tả bằng các giá trị số.
Sự tính toán với sự trợ giúp của máy tính được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác.
Sự đo đạc về chiều dài, diện tích, chu vi của các đối tượng địa lý được các phần mềm của GIS tính toán tự động.
Ch2 - Hệ tọa độ
154
Tính diện tích
Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác
Dữ liệu Raster: tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ
Ch2 - Hệ tọa độ
155
Với các chức năng trên, GIS có khả năng giải đáp :
Vị trí của đối tượng nghiên cứu: quản lý và cung cấp vị trí của các đối tượng theo yêu cầu bằng các cách khác nhau như tên địa danh, mã, vị trí, toạ độ.
Ðiều kiện về thuộc tính của đối tượng: thông qua phân tích các dữ liệu không gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra tại một đỉem nhất định hoặc xác định các đối tượng thoả mãn các điều kiện đặt ra.
Xu hướng thay đổi của đối tượng: cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các lãnh thổ trong vùng nghiên cứu theo thời gian.
Cấu trúc và thành phần có liên quan của đối tượng: cung cấp mức độ sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đã có từ các nguồn khác.
Các giải pháp tốt nhất để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu
Các mô hình nhằm giả định các phương án khác nhau
Ch2 - Hệ tọa độ
156

Các nguyên tắc cơ bản khi làm việc với Avenue
(Working with Avenue: Fundamentals)
Ch2 - Hệ tọa độ
157
Các câu lệnh trong Avenue
Câu lệnh gán
Biến cục bộ và biến toàn cục
Câu lệnh If...Then...Else
Câu lệnh lặp For Each
Câu lệnh Exit
Câu lệnh Continue
Câu lệnh Break
Câu lệnh Return
Các kiểu dữ liệu trong Avenue
Ch2 - Hệ tọa độ
158
Giới thiệu Avenue
Avenue là gì?
Avenue là ngôn ngữ lập trình và môi trường phát triển, là một phần ArcView.
Cách làm việc với Avenue
Avenue là một ngôn ngữ kịch bản hướng đối tượng(object-orient scripting). Điểm mạnh trong Avenue, tất cả hệ thống đều là hướng đối tượng, đều nhận là đối tượng và rồi gửi “request”. Trong Avenue, thay vì gọi các function với các đối số khác nhau, bạn có thể gửi một request tới một đối tượng. Một đối tượng nhận request này thi hành một số hành động
Ch2 - Hệ tọa độ
159
Câu lệnh gán
Câu lệnh gán chức năng gán kết quả – luôn là đối tượng – tới một biến. Các biến trong Avenue không được khai báo hoặc định kiểu. Biến được tạo khi xuất hiện bên trái của toán tử bằng (=) trong câu lệnh gán. Bên phải toán tử gán đư�