GIS-vector

Bài 2
GIS – Mô hình Vector
Nội dung
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
2
Giới thiệu mô hình Vector
Là mô hình sử dụng phổ biến trong GIS.
Ngày càng phát triển nhằm mô tả hoàn thiện thông tin môi trường (2D, 3D)
Đáp ứng các ứng dụng phức tạp của nghiên cứu khoa học và môi trường.
Hiểu rõ các đặc điểm của mô hình và khả năng ứng dụng của nó sẽ là cơ sở để xây dựng các ứng dụng tin học trong nghiên cứu chuyên môn (Môi trường)
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
3
Khái niệm mô hình dữ liệu Vector
Dựa trên mô hình bản đồ
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
4
Mô hình vector
Trần Tuấn Tú - 2009
5
Biểu diễn các đặc trưng địa lý bằng các phần tử cơ bản (điểm, đường, vùng)
Điểm- cơ sở mô hình vector
Điểm biểu diễn các yếu tố địa lý đủ nhỏ.
Thể hiện qua cặp tọa độ (X,Y)
Liên quan tới mức độ chi tiết thông tin-tỉ lệ bản đồ
Điểm được phân loại
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
6
Đường gồm một chuỗi điểm
Thể hiện những yếu tố quá hẹp.
Mô hình nhờ một chuỗi cặp tọa độ
Phân lọai kiểu nhờ thuộc tính

12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
7
Yếu tố vùng
Mô hình vùng-Polygon biểu thị các đối tượng tương đối đồng nhất, trên diện rộng
Mô hình nhờ các cặp tọa độ
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
8
Dữ liệu Vector
Sử dụng điểm lưu trữ bằng những tọa độ thực của chúng.
Những đường (line) & diện (polygon) được xây dựng từ chuỗi những điểm theo thứ tự.
Những đường có hướng theo thứ tự các điểm.
Những vùng có thể xây dựng từ các điểm và đường.
Vector có thể lưu trữ những thông tin về topology.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
9
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
10
Vector
At first, GISs used vector data and cartographic spaghetti structures.
Vector data evolved the arc/node model in the 1960s.
In the arc/node model, an area consist of lines and a line consists of points.
Points, lines, and areas can each be stored in their own files, with links between them.
The topological vector model uses the line (arc) as a basic unit. Areas (polygons) are built up from arcs.
The endpoint of a line (arc) is called a node. Arc junctions are only at nodes.
Stored with the arc is the topology (i.e. the connecting arcs and left and right polygons).
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
11
Vector - hai kiểu dữ liệu cơ sở
Dữ liệu không gian (Spatial Data)


Thuộc tính phi không gian (Non-Spatial Attributes)
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
12
Vectors just seemed more correcter
TIN must be used to represent volumes.
Vector can represent point, line, and area features very accurately.
Vectors are far more efficient than grids.
Vectors work well with pen and light-plotting devices and tablet digitizers.
Vectors are not good at continuous coverages or plotters that fill areas.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
13
2. Biểu diễn với Vector
Sử dụng mô hình-cấu trúc vector để biểu diễn các hiện tượng
Biểu diễn thông tin địa lý
Trên cơ sở đặc điểm
Mức độ thông tin (tỉ lệ bản đồ)
Quan hệ các đối tượng (cấu trúc trong, thực tế)
Tính liên tục thông tin
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
15
Điểm, đường, vùng
Biểu diễn 3 chiều - TIN
TIN (Triangulated Irregular Network)
Mô hình vector.
Có cấu trúc topology mạng đa giác, biểu diễn bề mặt bằng các tam giác.
TIN lấy điểm làm đơn vị cơ sở, điểm có mật độ khác nhau
TIN cho biểu diễn cũng như những phân tích bề mặt.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
17
TIN biểu diễn bề mặt
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
18
TIN
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
19
Nhận xét
Vector biểu diễn qua điểm, đường, vùng rất chính xác.
Vectors được cho là rất hiệu quả hơn so với mô hình grid (raster) ???
Vectors không tốt khi biểu biễn thông tin liên tục hoặc.
TIN cần sử dụng để thể hiện cho hình khối
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
20
3. Cấu trúc Vector
Cấu trúc Spaghetti
Topology
Spaghetti
Những điểm, đường, diện biểu diễn vị trí, phân bố và có thể gọi là cấu trúc đường biên.
Mỗi đa giác được mã hóa theo trật tự các vị trí hình thành đường biên của vùng khép kín theo hệ trục tọa độ nào đó
Mỗi đa giác được lưu trữ độc lập. Trong cấu trúc này không có mô tả để biết các vùng kề nhau.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
22
Topology
Mối liên hệ không gian các đối tượng được mô tả là Topology.
Topology là kết quả quá trình xử lý toán học để xác định mối liên hệ không gian.
Topology định nghĩa mối quan hệ các đối tượng, như sự nối tiếp giữa các yếu tố đường, xác định những polygon kề nhau vv...
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
23
Quan hệ các đối tượng vector
Điểm-Điểm (Point-point )
"is within": tìm tất cả những điểm lấy mẫu trong phạm vi 1 km từ vị trí trạm quan trắc.
"is nearest to": tìm những vị trí điểm rác thải nguy hiểm gần nhất lỗ khoan nước ngầm.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
24
Điểm-Đường (Point-line)
"ends at": tìm điểm cắt tại cuối con đường.
"is nearest to": tìm con đường gần nhất vị trí xảy ra núi lửa.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
25
Điểm-diện tích (Point-area)
"is contained in": tìm tất cả trạm quan trắc không khí trong thành phố Hồ Chí Minh.
"can be seen from": xác định những hồ nước thấy được từ một vị trí xác định.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
26
Đường-Diện tích (Line-area)
"crosses": tìm tất cả loại đất cắt qua tuyến đường sắp làm.
"borders": tìm con đường là một phần đường biên của công viên.
Diện tích-Diện tích (Area-area)
"overlaps": xác định phần chồng nhau giữa những kiểu đất trên bản đồ A, và những kiểu sử dụng đất trên bản đồ B.
“is nearest to": tìm hồ nước gần nhất một đám cháy rừng.
"is adjacent to": khám phá những diện tích có chung đường biên

12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
27
Đường-Đường (Line-line)
"crosses": xác định con đường cắt qua sông.
"comes within": tìm những con đường đến ga trong khoảng 1km.
"flows into": tìm dòng chảy có đổ vào sông không.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
28
TOPOLOGY
Topological data structures dominate GIS software.
Topology allows automated error detection and elimination.
Rarely are maps topologically clean when digitized or imported.
A GIS has to be able to build topology from unconnected arcs.
Nodes that are close together are snapped.
Slivers due to double digitizing and overlay are eliminated.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
29
Geometrical relationships between spatial objects (Points, Lines, and Areas), such as adjacency, that are not altered by distortion, as long as the
surface is not torn
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
30
Basic arc topology
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
31
Cấu trúc Arc/node
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
32
Topology Matters
The tolerances controlling snapping, elimination, and merging must be considered carefully, because they can move features.
Complete topology makes map overlay feasible.
Topology allows many GIS operations to be done without accessing the point files.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
33
Chuyển đổi mô hình
Chuyển đổi Vector tới raster và ngược lại
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
34
Theo tác giả:
Aronoff, Stan. 1989. Geographic Information Systems: A Management Approach. Ottawa, Ontario, Canada: WDL Publications. 294p
4. Phân loại những chức năng phân tích với Vector
Những phân tích dữ liệu thuộc tính
Những phân tích không gian
1. Phân tích dữ liệu thuộc tính
(Non-spatial analyses)
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
36
Những phép đo bản đồ (khoảng cách, hướng, diện tích vv...)
Chất vấn thuộc tính và hiển thị
Tính toán trên thuộc tính
Phân loại theo thuộc tính.
Những phép đo bản đồ
Chiều dài đường bằng tổng chiều dài của các đoạn hợp thành và được lưu trữ như thuộc tính đường.
Diện tích được lưu trữ như giá trị thuộc tính.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
37
Chất vấn thuộc tính và hiển thị
Có thể chọn các đối tượng bằng cách đưa ra các điều kiện chọn về thuộc tính của đối tượng.
Vd:
Chọn tất cả các diện tích sử dụng đất có diện tích nhỏ hơn 400.000 ha
Kết hợp Area < 400000 AND LandUse = 80
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
38
Tính toán trên thuộc tính
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
39


Phân loại theo thuộc tính
Phân loại là kỹ thuật nhóm dữ liệu thuộc tính theo khỏang yêu cầu đặt ra
Vd:
Hai kiểu phân loại thu nhập hộ gia đình. Các vùng thu nhập cao hơn màu lục tối hơn.
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
40
2. Những phân tích không gian
Phân tích không gian (Vector Analysis) (Spatial analyses)
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
41
Distance and Connectivity functions
Contiguity measures
Proximity analysis
Network analysis
Spread functions
Seek operands
Intervisibility analysis
Solar illumination calculation
Perspective view
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
42
Search operations
Line-in-polygon
Point-in-polygon
Topographic functions
Thiessen polygons
Interpolation Contour generation
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
43
Chức năng xử lý dữ liệu GIS
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
44
Buffers and Setbacks
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
45
Cấu trúc Buffer
Ứng dụng Buffer
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
46
Phân tích lân cận-Proximity Analysis
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
47
Vd: đánh giá hiệu ứng tiếng ồn giao thông
Phân tích lân cận
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
48
Thiessen Polygons
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
49
Phân tích chồng lớp
Topological Overlay
Procedure
Intersect geometry
Combine attributes
Point | Polygon Overlay
Line | Polygon Overlay
Polygon | Polygon Overlay
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
50
Point | Polygon Overlay
Những trạm khí tượng đặt trong khu vực nào?
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
51
Line | Polygon Overlay
Vị trí con đường cắt vào khu rừng?
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
52
Polygon | Polygon Overlay
OR or Union
Nơi nào diện tích rừng rừng hay rừng trong khu resort?"
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
53
12/22/2011
54
Trần Tuấn Tú - [email protected]
Polygon | Polygon Overlay
AND or Intersect
Nơi nào diện tích rừng trong khu resort?
Polygon | Polygon Overlay
NOT or Identity (“cookie-cutting”)
Tỉ lệ phần trăm (%) diện tích rừng trong khu resort? (Trước tiên cần cắt diện tích rừng trong khu resort).
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
55
Ứng dụng thực tế rất phức tạp
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
56
Post-Overlay Processing
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
57
Application
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
58
Chức năng mạng lưới
Những chức năng khoảng cách và liên kết
Vd: Tìm đường tối ưu
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
59
Yêu cầu
So sánh giữa mô hình vector và raster
Đặc điểm mô hình
Khả năng lưu trữ thể hiện thông tin
Khả năng biểu thị 3D
Khả năng tính toán
Khả năng phân tích (3D)
Quá trình chuyển đổi hai mô hình
.....
12/22/2011
Trần Tuấn Tú - [email protected]
60