Đề tài Xây dựng hệ thống phần mềm thao tác, hiển thị thông tin địa lý trên môi trường mạng Internet

Mục lục MỞ ĐẦU Trong quá trình phát triển xã hội, con người đã phải vượt qua biết bao những khó khăn, thử thách. Một trong những khó khăn nhất đó là sự rộng lớn bao la của không gian, vũ trụ mà con người thì quá nhỏ bé. Nhưng những thách thức đó cũng không ngăn nổi ý chí tìm tòi, khám phá, những ước muốn vươn tới những chân trời xa xôi đầy bí Èn. Họ đã tìm ra những cách khác nhau để vượt qua những rào cản về khoảng cách địa lý. Đó là những chiếc la bàn để định hướng đi trên mặt đất cũng như trên đại dương mênh mông, những bản vẽ mô tả những địa thế đáng ghi nhớ, những nơi đã đi qua. Mặc dù rất đơn giản nhưng đó cũng là những công cụ hỗ trợ cho con người hình dung một cách trực quan về thế giới bên ngoài. Dần dần, khi kỹ thuật ngày một nâng cao, con người đã xây dựng nên cả một nghệ thuật mới, đó là nghệ thuật tạo lập bản đồ. Những bản đồ giấy có chất lượng cao đã đem lại những đóng góp rất thiết thực vào nhiều lĩnh vực khác nhau từ quân sự, hàng hải, kinh tế cho đến các lĩnh vực khí tượng, thủy văn, khai thác tài nguyên thiên nhiên, đất đai,… Đặc biệt, khi có sự phát triển của công nghệ hiện đại mà điển hình là sự xuất hiện của máy tính, người ta đã nghĩ đến việc số hoá bản đồ đưa vào trong máy tính. Các bản đồ số với độ chính xác cao kèm theo nó là rất nhiều các thông tin trợ giúp khác. Tất cả đã tạo nên một hướng nghiên cứu mới được gọi là GIS. GIS là một khái niệm về một hệ thống không chỉ cung cấp những thông tin địa lý mà còn là một phương tiện tìm kiếm, phân tích, trợ giúp quyết định rất hữu hiệu cho con người. Với sù ra đời của mạng Internet cho phép nối kết hàng triệu người trên hành tinh này chỉ trên một chiếc máy tính. Vậy thì tại sao chóng ta lại không đưa GIS vào Internet. Điều này sẽ là một thành công rất lớn góp phần đưa GIS đến tận tay người sử dụng. Đề tài “Xây dựng hệ thống GIS trên Internet” là một đề tài thực sự lớn và không đơn giản. Vì vậy trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp, tôi chỉ lùa chọn một phần rất nhỏ nhưng đây cũng là một tiền đề quan trọng trong quá trình phát triển về sau. Đó là phần “Xây dựng hệ thống phần mềm thao tác, hiển thị thông tin địa lý trên môi trường mạng Internet” . Do khả năng kiến thức, trình độ còn hạn chế, việc thực hiện đồ án chắc chắn không tránh khỏi các sai sót. Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thầy cô, bạn bè và của tất cả mọi người có quan tâm đến vấn đề này. Đó sẽ là sự động viên, giúp đỡ rất quý báu không chỉ trong việc hoàn thiện đề tài mà trong cả các công việc khác trong tương lai. PHầN I - Giới thiệu nội dung đề tài Néi dung : I. Giíi thiÖu néi dung ®Ò tµi II. Ph¹m vi vµ môc ®Ých cña ®Ò tµi III. Tæng quan vÒ hÖ thèng Internet - GIS I. Giới thiệu đề tài Phát triển từ những năm 1960 nhưng đến nay GIS đã khẳng định được vai trò quan trọng của mình trong nhiều lĩnh vực khác nhau, cùng với những ứng dụng thực tiễn có chất lượng cao và hiệu quả. Hiện nay, ở nhiều nước trên thế giới người ta đã chú trọng đến việc xây dựng những hệ thống GIS có quy mô lớn. Đã có nhiều công ty cùng với các sản phẩm nổi tiếng về GIS như công ty MapInfo (với sản phẩm MapInfo), công ty ESRI (với sản phẩm ArcInfo/ ArcView), công ty Berteley (với sản phầm MicroStation), hãng Intergraph (với nhiều sản phẩm kể cả Web)… Đây là các sản phẩm phần mềm mạnh được tích hợp nhiều chức năng khác nhau từ số hoá, lưu trữ bản đồ cho tới việc hiển thị, vẽ, … và các chức năng khác của GIS. Ở ViệtNam GIS vẫn còn khá mới mẻ nhưng cũng đã bắt đầu thu hót được sự quan tâm, chú ý của nhiều người, tổ chức khác nhau. Từ khi mạng Internet ra đời đã đánh dấu một bước phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin. Các thông tin được chia sẻ trên mạng giê đây có thể đến được tới tất cả mọi người, không còn phân biệt về khoảng cách địa lý trên trái đất. Internet đã trở thành một trường học lớn và cũng là một thị trường rộng lớn. Việc đưa GIS lên Internet có thể đem lại một lợi Ých lớn cho người sử dụng và hứa hẹn nhiều tiềm năng. Đây cũng là xu hướng phát triển mang tính cạnh tranh của các nhà phát triển GIS. Nhiều công ty cung cấp các sản phẩm IMS (Internet Map Server) chuyên dụng và mang tính thương mại cao. Các sản phẩm này được thực hiện bởi những công ty có uy tín và có nhiều thâm niên trong lĩnh vực này nên chất lượng sản phẩm rất cao. Tuy nhiên, đa số các sản phẩm về WEB GIS đều có giá thành khá đắt, nhất là trong điều kiện nước ta hiện này thì để mua được một sản phẩm như vậy cũng là một khó khăn không nhỏ. Hơn nữa, với từng lĩnh vực chuyên môn lại có những bài toán GIS riêng và việc đáp ứng được tất cả các bài toán này cũng không phải dễ dàng. Vì vậy, cũng cho thấy một nhu cầu sử dụng GIS trên mạng Internet là rất lớn và việc xây dựng một hệ thống Internet-GIS cho phù hợp với hoàn cảnh nước ta hiện nay cũng rất cần thiết. Trong phạm vi của một đồ án tốt nghiệp chỉ thực hiện một phần của đề tài này đó là “Xây dựng hệ thống thao tác, hiển thị thông tin địa lý trên môi trường mạng Internet”. Tuy nhiên việc thực hiện đề tài trong giai đoạn đầu tiên chỉ có thể mang tính thử nghiệm và tìm kiếm giải pháp tối ưu. Việc hoàn thành toàn bộ đề tài cần mất nhiều thời gian và công sức cùng với sự tham gia xây dựng của nhiều người, đồng thời cũng phải có một sự hiểu biết sâu sắc về GIS và các lĩnh vực khác có liên quan như mạng máy tính, CSDL, … Trong khuôn khổ thời gian làm đồ án tốt nghiệp, đề tài chỉ thực hiện 2 phần chính là: Thực hiện giao tiếp với hệ quản trị CSDL Oracle qua OCI để query dữ liệu đồ hoạ đã được lưu trong CSDL Oracle. Thực hiện các chức năng cơ bản về bản đồ như hiển thị, xem và soản thảo các thông tin thuộc tính về bản đồ. Các chức năng khác như tạo mới, vẽ,… sẽ được xem như các chức năng mở rộng và định hướng phát triển về sau. Nội dung đồ án sẽ gồm các phần sau : Phần I : Giới thiệu nội dung đề tài Phần này giới thiệu một cách khái quát về toàn bộ nội dung thực hiện. Cung cấp cho người đọc một khái niệm ban đầu về toàn hệ thống cùng với mục đích và phạm vi thực hiện trong đồ án. Phần II : Cơ sở lý thuyết Trình bày về các lý thuyết chung làm cơ sở cho việc thực hiện đồ án. Trong đó người đọc có thể hiểu về các lĩnh vực và công nghệ có liên quan đến đồ án. Phần III : Phân tích và thiết kế hệ thống Phần này sẽ đi sâu vào việc phân tích hệ thống, xác định các giải pháp thực hiện sau đó sẽ là phần thiết kế tổng thể và thiết kế chi tiết. Phần IV : Cài đặt và thử nghiệm Xác định phương pháp cài đặt, các chỉ tiêu về phần cứng, phần mềm cho hệ thống. Sau đó là phần thử nghiệm hệ thống, chạy thử trên môi trường mạng. Phần V : Kết luận Thực hiện đánh giá về hệ thống, các kết quả đã thu được và những hạn chế cần phải khắc phục. Đồng thời cũng là phần tổng kết về quá trình thực hiện đồ án. II. Phạm vi và mục đích của đề tài Việc đưa GIS lên mạng Internet có nhiều khó khăn và phức tạp. Trước hết đó là thời gian truyền dữ liệu trên mạng có thể rất chậm khi lượng dữ liệu lớn. Điều này ảnh hưởng lớn tới tâm lý của người sử dụng. Thông thường một hệ thống thông tin địa lý thường phải xử lý một lượng lớn dữ liệu. Đó có thể là dữ liệu không gian hay dữ liệu thuộc tính vì vậy việc đảm bảo tốc độ xử lý nhanh là một vấn đề khó. Nếu dữ liệu truyền trên mạng là dữ liệu vector thì có ưu điểm là hệ thống hiển thị sẽ làm thao tác trực tiếp trên loại dữ liệu này một cách nhanh nhất và đây cũng là loại dữ liệu chứa đựng một lượng thông tin lớn. Nhưng nhược điểm của loại dữ liệu này đó là khối lượng dữ liệu có thể quá lớn. Lúc này việc truyền toàn bộ dữ liệu trên mạng sẽ trở thành một giải pháp không thực tế. Thêm vào đó kích thước của chương trình máy khách cũng tăng lên do phải viết thêm các modul thao tác với loại dữ liệu này. Thứ hai, hệ thống phải đảm bảo thực hiện với nhiều Client cùng một lúc. Điều này có thể dẫn đến tình trạng quá tải, tranh chấp tài nguyên,… Vì vậy, trước mắt để giải quyết các khó khăn này, dữ liệu truyền trên mạng sẽ là dữ liệu ảnh Raster. Nói chung đây là loại dữ liệu không có cấu trúc và nghèo thông tin nhưng có ưu điểm là kích thước có thể chấp nhận được và khá ổn định. Đồng thời tốc độ xử lý của server phải đủ nhanh và có khả năng đồng bộ hoá các tiến trình song song cho phép nhiều tiến trình thực hiện một cách tương tranh với nhau. Do có nhiều khó khăn như vậy nên phạm vi của đề tài chỉ thực hiện ở những phần sau : Xây dựng các modul chương trình thực hiện giao tiếp với CSDL Oracle. Dữ liệu GIS được chứa trong CSDL Oracle thông qua sản phẩm Oracle Spatial. Xây dùng một hệ thống hoạt động tin cậy và ổn định cho phép thực hiện các thao tác cơ bản về bản đồ như hiển thị bản đồ, các thao tác xem bản đồ như phóng to (zoom in), thu nhá (zoom out), dịch chuyển (pan), … và các chức năng hiển thị và cập nhật các dữ liệu thuộc tính của bản đồ. Xây dùng một giao diện Web mà có thể chạy đuợc trên các trình duyệt (Browser) thông dụng. Giao diện này có thể tuỳ biến được nhằm hỗ trợ cho những người thiết kế trang Web biến đổi cho phù hợp với các mục đích khác nhau như các chỉ tiêu về mỹ thuật, sở thích, … Xây dùng một cơ chế giao tiếp giữa Client và Server một cách hiệu quả dùa trên hạ tầng mạng sẵn có là Internet. Như vậy các mục đích chính của đề tài là : Cho phép người sử dụng có thể khai thác các thông tin địa lý trên môi trường Internet thông qua các trình duyệt Web thông mà không cần cài bất kỳ một phần mềm GIS chuyên dụng nào. Đáp ứng nhu cầu sử dụng GIS của nhiều người sử dụng và có thể chia sẻ dữ liệu GIS trên mạng. Có thể mở rộng cho phù hợp với điều kiện trong nước và đáp ứng được với từng bài toán chuyên môn cụ thể. III. Tổng quan về hệ thống Internet - GIS Internet - GIS là một hệ thống tập trung GIS tại một nhà cung cấp dịch vụ GIS, hướng tới các khác hàng là người sử dụng trên mạng Internet. Khách hàng có thể là những người am hiểu hoặc không am hiểu về GIS nhưng họ cần các thông tin địa lý để phục vụ cho các mục đích riêng. Để sử dụng được dịch vụ GIS trên Internet, người sử dụng chỉ cần một chiếc máy tính nối với Internet và một trình duyệt Web kết nối tới trang Web của nhà cung cấp. Ngoài ra, trên máy của người sử dụng cũng không cần bất cứ một chương trình GIS chuyên dụng nào, cùng với các yêu cầu về phần cứng cũng không cần phải quá mạnh. Tất cả các yêu cầu này sẽ được tập trung tại một máy chủ của nhà cung cấp. Khi truy nhập vào trang Web có chứa dịch vụ GIS, một chương trình tích hợp dưới dạng Client sẽ được nạp về và chạy trên máy của người sử dụng. Chương trình này sẽ tự động kết nối với một Gis-Server của nhà cung cấp. Chương trình có thể yêu cầu người sử dụng vào các thông tin kiểm tra quyền sử dụng của họ. Nếu tất cả đều hợp lệ, hệ thống sẽ sẵn sàng thực hiện các chức năng GIS mà người sử dụng yêu cầu. Hệ thống Internet-GIS thực hiện trong đồ án tốt nghiệp này gồm những phần sau : Một hoặc nhiều Oracle-Server sẽ quản lý các dữ liệu địa lý. Hệ quản trị CSDL Oracle cho phép tích hợp một số lượng rất lớn dữ liệu phục vụ những nhu cầu rất đa dạng của người sử dụng. IGIS-Server là một chương trình ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ Visual C++ sẽ kết nối với các Oracle-Server và thực hiện các chức năng GIS. Chương trình này có khả năng kiểm tra quyền sử dụng, phân quyền truy nhập dịch vụ của các khách hàng vào CSDL địa lý. IGIS-Client là một chương trình Java Applet được tích hợp vào trong trang Web. Chương trình này sẽ được tải về máy của người sử dông , chạy và tự động giao tiếp với IGIS-Server để thực hiện các chức năng của hệ thống. Phần II - Cơ sở lý thuyết Néi dung : Ch­¬ng I – HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) Ch­¬ng II – HÖ qu¶n trÞ CSDL Oracle Ch­¬ng III – TruyÒn th«ng m¹ng m¸y tÝnh Ch­¬ng IV – KiÕn tróc Client/Server Ch­¬ng V – LËp tr×nh Socket vµ Multithreading Ch­¬ng VI – Ng«n ng÷ lËp tr×nh vµ c¸c c«ng nghÖ trªn Web Chương I – hệ thống thông tin địa lý (GIS) I. Khái niệm về GIS (Geographic Information Systems) GIS được xem như là một hệ thống cho phép khai thác, biểu diễn dữ liệu địa lý chuyển đổi thành các thông tin trợ giúp con người trong quá trình tạo lập quyết định. Trong suốt quá trình phát triển cũng đã có rất nhiều định nghĩa về GIS. Sau đây sẽ là một định nghĩa khá chính xác và đầy đủ : “GIS là mét hệ thống bao gồm các thiết bị phần cứng, phần mềm ứng dụng, dữ liệu và đội ngò nhân sự chuyên nghiệp, được thiết kế để thực hiện các thao tác thu thập, lưu trữ, cập nhật, biến đổi, phân tích và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian từ thế giới thực một cách hiệu quả, phục vụ cho một mục đích xác định”. II. Các thành phần cơ bản của GIS Như vậy một hệ thống GIS được tạo nên từ nhiều thành phần khác nhau và việc xây dựng một hệ thống GIS sẽ đem lại rất nhiều lợi Ých thiết thực. Đây là một công cụ phân tích hữu hiệu, trợ giúp người sử dụng trong quá trình lên kế hoạch và tạo lập quyết định. Sau đây chúng ta sẽ xem xét cụ thể với từng thành phần của hệ thống GIS. II.1 Các thiết bị phần cứng Phần cứng của hệ thống GIS có thể bao gồm rất nhiều thiết bị khác nhau như các thiết bị nhập dữ liệu (Bàn số hoá, máy quét, …), máy vẽ, thiết bị hiển thị (màn hình máy tính,…), các thiết bị lưu trữ và bộ xử lý trung tâm. II.2 Phần mềm ứng dụng Phần mềm GIS được sử dụng với nhiều chức năng khác nhau và có thể phục vụ cho nhiều yêu cầu khác nhau như : Hiển thị dữ liệu (bản đồ, đồ thị, biểu đồ, các bảng,…). Quản lý cơ sở dữ liệu địa lý. Tương tác với người sử dụng. Phân tích dữ liệu. … II.3 Dữ liệu GIS Dữ liệu của hệ thống GIS là một trong những thành phần nền tảng của hệ thống và bao gồm hai thành phần dữ liệu chính là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Việc xây dựng và tổ chức quản lý dữ liệu được xem là một trong những bước cơ sở và tốn kém rất nhiều công sức. II.4 Đội ngò nhân sự Đội ngò nhân sự chính là nguồn gốc sức mạnh của một hệ thống GIS. Đây là đội ngò có trình độ chuyên môn cao đặc biệt là về lĩnh vực GIS. Cũng cần có một kế hoạch thường xuyên đào tạo nâng cao trình độ và sự hiểu biết về GIS. III. Các kiểu dữ liệu và các mô hình dữ liệu GIS III.1 Các kiểu dữ liệu cơ bản của GIS Dữ liệu GIS bao gồm 3 loại dữ liệu cơ bản là dữ liệu không gian (Spatial Data), dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu dạng bảng (Tabular Data) và dữ liệu ảnh (Image Data). Sau đây sẽ đề cập chi tiết về 3 loại dữ liệu này. III.1.1 Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có thể xem như là một loại dữ liệu mô tả về các đối tượng trong thế giới thực xét trên quan điểm hình học hoặc vị trí địa lý. Một ví dụ đơn giản của loại dữ liệu này là bản đồ. Trong đó có những đối tượng hai chiều như điểm (point), đường (lines), đa giác (polygon),… mô tả các thực thể như thành phố, đường xá hay các đường ranh giới giữa các vùng hay quốc gia, lãnh thổ,... Xét trong không gian địa lý các thực thể này có một ví trí địa lý nhất định và sau khi đã được chiếu lên mặt phẳng trở thành các đối tượng hai chiều. Như vậy, dữ liệu không gian là loại dữ liệu về vị trí của các đối tượng không gian được đặt trong hệ thống toạ độ nhất định như toạ độ trái đất (kinh tuyến,vĩ tuyến hoặc chiều cao,chiều sâu) hay các hệ toạ độ khác. Dữ liệu không gian là một trong những thành phần quan trọng nhất của GIS, có thể ví như ‘trái tim’ của hệ GIS. Việc lưu trữ, tạo lập loại dữ liệu này cũng đòi hỏi nhiều chi phí và tốn kém. III.1.2 Dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả tính chất hay đặc điểm của các đối tượng không gian tương ứng.Ví dụ như một đường phố trong bản đồ có thể có các thuộc tính như: Tên đường Độ dài Độ rộng lớn nhất Độ rộng nhỏ nhất Độ rộng trung bình Nót bắt đầu Nót kết thúc … Dữ liệu này có thể biểu diễn dưới dạng bảng và được liến kết chặt chẽ với dữ liệu không gian. III.1.3 Dữ liệu ảnh Dữ liệu ảnh thường được sử dụng làm ảnh nền trong quá trình xây dựng bản đồ. Các ảnh này có thể là ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay hay ảnh từ máy quét. III.2 Mô hình dữ liệu GIS Có hai mô hình dữ liệu chính được sử dụng trong GIS là mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector. III.2.1 Mô hình dữ liệu raster Mô hình dữ liệu raster biểu diễn các đặc trưng của vùng nghiên cứu dưới dạng lưới tế bào trong một không gian liên tục. Mỗi giá trị trong vùng nghiên cứu tương ứng với một tế bào. Mỗi líp (layer) biểu diễn một thuộc tính mặc dù các thuộc tính khác nhau có thể gắn với một tế bào. Đa số các phép phân tích thường kết hợp các líp lại và tạo ra một líp mới với các giá trị tế bào mới. Ưu điểm chính của mô hình này là đơn giản. Dữ liệu đầu vào có thể lấy ngay từ các ảnh vệ tinh hay các ảnh hàng không. Mô hình dữ liệu raster cho phép thực hiện các phép phân tích dữ liệu một cách dễ dàng hơn và đặc biệt thuận lợi cho các hệ GIS nhằm chủ yếu vào việc phân tích các biến đổi liên tục trên bề mặt trái đất để quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Nhưng nhược điểm của mô hình này là phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của các tế bào. Khi kích thước của các tế bào là lớn thì sẽ ảnh hưởng đến kết quả phân tích và độ chính xác của bản đồ. Nếu kích thước này quá nhỏ thì đòi hỏi một không gian lưu trữ lớn. Mặt khác với mô hình này, việc thiết lập các mạng lưới của các đặc trưng của bản đồ như đường xá, hệ thống thuỷ lợi, … sẽ gặp rất nhiều khó khăn. VÝ dô: m« h×nh d÷ liÖu raster Qua nghiên cứu thì mô hình dữ liệu raster định hướng chủ yếu vào phân tích (analysis), không định hướng cho cơ sở dữ liệu. III.2.2 Mô hình dữ liệu Vector Mô hình dữ liệu Vector dùa trên cơ sở các vector hay toạ độ của một điểm trong một hệ toạ độ nhất định. Điểm là một đơn vị cơ bản của dữ liệu Vector. Các điểm được nối với nhau bởi các đoạn thẳng hay các đường cong để tạo nên các đối tượng khác nhau như đối tượng đường(lines) hay vùng (area). Các đường thẳng biểu diễn các thực thể như đường phố, hệ thống thuỷ lợi,… được tạo thành bởi dẫy các cặp toạ độ. Các vùng biểu diễn các biên giới của các quốc gia, lãnh thổ hay giữa các quận huyện,… được xây dựng bởi các đa giác khép kín. Như vậy mô hình dữ liệu Vector sử dụng các thành phần điểm hay đoạn thẳng để nhận biết vị trí của thế giới thực. Cũng chính vì cách biểu diễn dữ liệu như vậy, nên mô hình dữ liệu Vector cho phép thực hiện được nhiều thao tác hơn so với mô hình dữ liệu raster. Trong đó có thể thực hiện việc đo diện tích, tính chu vi, đo khoảng cách thông qua các phép tính hình học trên toạ độ của các đối tượng một cách chính xác thay vì việc đếm các tế bào của mô hình raster. Có thể thực hiện các thao tác lùa chọn, thay đổi hay cập nhật lại một đối tượng địa lý bất kỳ một cách dễ dàng hơn. Thêm vào đó việc thực hiện một số thao tác khác như tìm đường đi ngắn nhất trong mạng lưới giao thông, hệ thống thuỷ lợi,… sẽ nhanh hơn rất nhiều. Tuy nhiên các thao tác khác như quá trình nạp chồng các líp sẽ có phần chậm hơn. Một đặc trưng quan trọng của mô hình dữ liệu Vector là định hướng tới hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu. Dữ liệu Vector là loại dữ liệu có cấu trúc và có thể được lưu trữ rất tốt vào trong cơ sở dữ liệu (CSDL) dưới dạng bảng. Nhờ đó các ứng dụng có thể truy xuất dễ dàng và thực hiện các thao tác tìm kiếm , cập nhật, thêm bớt một cách hiệu quả nhờ vào các công cụ của hệ quản trị CSDL. Ngoài ra có thể thực hiện liên kết trực tiếp các thành phần dữ liệu đồ hoạ với các thuộc tính của chúng. Trong CSDL không gian, các thực thể của thế giới thực được biểu diễn dưới dạng số bằng một kiểu đối tượng không gian tương ứng. Dùa trên kích thước không gian của đối tượng mà US National Standard for Digital Cartographic Databases (DCDSTF, 1998) đã chuẩn hoá các loại đối tượng như sau : 0-D : Đối tượng có vị trí nhưng không có độ dài (Đối tượng điểm) 1-D : Đối tượng có độ dài (đường), được tạo từ hai hay nhiều đối tượng 0-D 2-D : Đối tượng có độ dài và độ rộng (vùng) , được bao quanh bởi Ýt nhất 3 đối tượng đoạn thẳng 3-D : Đối tượng có độ dài, độ rộng, chiều cao hay độ sâu (hình khối) được tạo nên từ Ýt nhất hai đối tượng 2-D Các đối tượng trong CSDL không gian là biểu diễn của các thực thể trong thế giới thực cùng với các thuộc tính của chúng. Một trong những sức mạnh của một hệ thống GIS là ở chỗ chúng trợ giúp việc tìm kiếm các thực thể trong một ngữ cảnh địa lý và khảo sát các quan hệ giữa chúng. Việc xây dựng các thực thể từ các đối tượng điểm hay đường thì phải thiết lập một cấu trúc topology tương ứng. Đó là quá trình xây dựng mối quan hệ giữa các điểm, các đoạn thẳng và các vùng đối tượng tạo ra các thực thể. Thực chất là xây dựng mối quan hệ không gian giữa các mối liên kết của các đối tượng trong một líp. Topology trợ giúp một cách thuận tiện cho các thao tác phân tích và tìm đường trong mạng lưới của các dữ liệu trong CSDL. IV. Các hệ toạ độ và hệ quy chiếu trong GIS IV.1 Hệ toạ độ Hệ toạ độ được được sử dụng để định vị và đo các đối tượng địa lý. Được chia làm hai loại : hệ toạ độ phẳng và hệ toạ độ cầu. IV.1.1 Hệ toạ độ phẳng – Cartesian : Đây là hệ toạ độ được xây dựng trên một mặt phẳng bao gồm : Gốc toạ độ Hai trục qua gốc x, y Toạ độ là cặp (x,y) Đơn vị đo cơ sở là mét (m) và các giá trị x,y thường là các số dương. Đo khoảng cách : Khoảng cách Euclid : Là khoảng cách được xác định theo đường thẳng từ điểm (x1,y1) tới điểm (x2,y2) : D2 = (x2-x1)2 + (y2-y1)2 Manhattan Metric : Là khoảng cách được đo theo các đoạn song song theo trục x và y Khoảng cách có barrier : Lóc này khoảng cách được xác định theo một cách riêng phụ thuộc vào các đối tượng ngăn cách. Ví dô : IV.1.2 Hệ toạ độ cầu (trái đất) Đây là hệ thống toạ độ cầu của trái đất, gốc toạ độ là tâm của quả đất. Kinh tuyến (Meridian) : là một đường cong giao giữa mặt phẳng đi qua hai trục bắc, nam với trái đất. Vĩ tuyến (Parallel of latitude): là một đường cong giao giữa mặt phẳng song song với mặt phẳng xích đạo với trái đất. Toạ độ được xác định bởi kinh độ và vĩ độ, đơn vị đo cơ sở là độ. Có hai phương pháp đo là : DMS (Degree-Minute-Second) hay độ-phút-giây hoặc DD(Decimal Degree) hay độ thập phân. Ví dô : 10030’00’’ tương đương với 10,50 Kinh độ (longitude) : Bắt đầu từ kinh tuyến gốc Greenwich , tăng dần từ 00 đến 1800 về phía đông (từ Anh qua châu Âu, châu Phi và châu á), giảm dần từ 00 đến –1800 về phía tây (từ Anh qua Mỹ). Vĩ độ (latitude) : Bắt đầu từ đường xích đạo, tăng dần từ 00 đến 900 lên bán cầu Bắc và giảm dần từ 00 đến –900 xuống bán cầu Nam. Đo khoảng cách : Khoảng cách giữa hai điểm theo hệ toạ độ kinh độ(l), vĩ độ (j) được tính như sau : D= R arccos(sin(j1)*sin(j2) + cos(j1)*cos(j2)*cos(l1 - l2)) IV.2 Các hệ quy chiếu Phép chiếu được dùng để biểu diễn các đối tượng địa lý trong không gian 3 chiều (hệ toạ độ cầu) thành không gian 2 chiều tức là mặt phẳng. Quá trình chuyển đổi này sẽ gây nên một số sai lệch gọi là sai số. Và người ta lùa chọn các phép chiếu sao cho sai số này là nhỏ nhất. Các loại phép chiếu được phân líp theo tính chất và phương pháp xây dựng chúng. Có 3 phương pháp chính để xây dựng phép chiếu là : mặt chiếu là hình trụ, hình nón và mặt phẳng. Sau đây là một số phép chiếu hay được sử dụng nhất ( được tổng kết bởi U.S Geological Survey Map 1-1096) : Mặt chiếu là mặt phẳng (Planes – Azimuthal) : Azimuthal Equidistant, Lambert Azimuthal Equal-Area, Orthorgraphie, Stereographic. Mặt chiếu là hình trụ (Cylinders) : Mecator, Oblique Mecator, Transverse Mecator, Modified Transvers Mecator. Mặt chiếu là hình nón (Cones) : Equidistant Conic, Lambert Conformal Conic, Albers Conic Equal-Area, American Polyconic, Bipolar Oblique Conic Conformal. Mặt chiếu giả hình trụ (Pseudo-Cylinders) : Sinusoidal, Eckert No.5. Mỗi phép chiếu có một đặc điểm riêng và không phải tất cả đều hoàn hảo. Sau đây là một phương pháp lùa chọn các phép chiếu : Đối với các vùng vĩ độ thấp : Chọn phép chiếu hình trụ (Cylindric) Đối với vùng vĩ độ trung bình : Chọn phép chiếu hình nón (Conic) Đối với các vùng cực : Chọn phép chiếu mặt phẳng (Plane-Azimuthal). V. Giới thiệu về bản đồ Bản đồ được xem như là một trong những sản phẩm của GIS. Dùa vào các công cụ của GIS có thể tạo ra rất nhiều loại bản đồ có các tỷ lệ khác nhau với độ chính xác cao. Bản đồ là một tập hợp các dữ liệu địa lý gồm hình ảnh và các thông tin khác liên quan. Bản đồ cho phép biểu diễn thông tin GIS một cách trực quan và dễ hiểu nhất. Các đối tượng địa lý được mô tả không chỉ bởi vị trí trong không gian mà còn bởi các thông tin về thuộc tính của chúng. Bản đồ trong GIS thường là sự kết hợp hay xếp chồng của nhiều líp (layer) lại với nhau theo một hệ toạ độ chung. Mỗi líp đặc trưng cho một tập các đối tượng địa lý có chung một số tính chất nào đó. Ví dụ một bản đồ thành phố gồm có 3 líp : líp thứ nhất mô tả ranh giới giữa các quận, các vùng khác nhau, líp thứ hai mô tả hệ thống giao thông, và líp thứ ba là tập các công trình xây dựng, hay trường học, bệnh viện … Ví dô sau minh hoạ một bản đồ các quốc gia bao gồm 5 líp : Sự phân líp của bản đồ tạo ra một sự đa dạng trong cách biểu diễn và tạo điều kiện quản lý dễ dàng hơn. Người sử dụng có thể xem và chỉnh sửa trên một líp của bản đồ mà không làm ảnh hưởng đến các líp khác. Thông tin lưu trữ trên bản đồ là rất phong phú dễ xem, dễ hiểu và dễ tìm kiếm. VI. Các phép phân tích dữ liệu trong GIS Phân tích dữ liệu trong GIS là một trong những chức năng rất mạnh của hệ thống GIS. Hệ thống GIS không tạo lập quyết định cho người sử dụng nhưng nhờ có những công c