Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 2: Mô hình hóa Trái Đất

 
Vẽ trên bản đồ raster. 
Vector hoá từ dữ liệu raster. 
Vẽ đ−ờng đồng mức từ bản vẽ 
TIN. 
Biến đổi từ dữ liệu trắc địa. 
Nhập từ bản vẽ CAD 
Chụp ảnh từ vệ tinh và từ 
máy bay. 
Chuyển đổi từ dữ liệu TIN. 
Raster hoá từ dữ liệu vector 
Scan (quét ảnh) bản vẽ, từ 
ảnh chụp. 
Biên dịch từ dữ liệu không 
ảnh. 
Thu thập từ dữ liệu GPS. 
Nhập các điểm với độ cao. 
Chuyển đổi từ đ−ờng đồng 
mức của dữ liệu vector. 
L−u 
giữ 
không 
gian 
Điểm đ−ợc l−u giữ với toạ độ 
X,Y. Đ−ờng đ−ợc l−u nh− 
tuyến nối tiếp các điểm có toạ 
độ X,Y. Đa giác đ−ợc l−u nh− 
một đ−ờng khép kín. 
Từ gốc toạ độ ở góc trái d−ới 
cùng của raster theo chiều 
rộng và chiều cao, các điểm 
ảnh (cell) đ−ợc xác định 
theo cị trí hàng và cột. 
Mỗi nút của mạng TIN có 
giá trị toạ độ X,Y. 
Mô tả 
đối 
t−ợng 
Điểm biểu diễn các đối t−ợng 
nhỏ. Đ−ờng biểu diễn các đối 
t−ợng có chiều dài nh−ng bề 
rộng hẹp. Đa giác biểu diễn 
các đối t−ợng trải rộng. 
Đối t−ợng điểm đ−ợc biểu 
diễn bằng một cell. Đ−ờng 
đ−ợc biểu diễn bằng một 
loạt các điểm kề liền có 
cùng giá trị. Đa giác biểu thị 
bằng một vùng các cell có 
cùng giá trị. 
Các giá trị Z của các điểm 
xác định hình dạng của 
mặt. Các đ−ờng gián đoạn 
biểu thị sự thay đổi trên bề 
mặt ví dự nh− suối, vv... 
Liên 
kết 
topo 
Đ−ờng l−u giữ vệt liên kết các 
nút. Đa giác l−u gữ các đa giác 
hai bên của đ−ờng. 
Những cell bên cạnh nhanh 
chóng đ−ợc định vị bằng 
l−ợng tăng giảm giá trị hàng 
và cột. 
Mỗi tam giác đ−ợc liên kểt 
với những tam giác khác 
bên cạnh nó. 
Phân 
tích 
địa lý 
Che phủ bản đồ hình học 
(topological map overlay). 
Vùng đệm (buuffer) và sự cận 
kề. 
Đa giác mờ chồng và che phủ. 
Vấn tin không gian và logic. 
Địa chỉ mã hoá địa lý. 
Phân tích mạng. 
Sự trùng hợp không gian. 
Sự cận kề. 
Phân tích bề mặt. 
Sự phát tán. 
đ−ờng đi ngắn nhất. 
Độ cao, độ dốc, h−ớng. 
Đ−ờng đồng mức lấy ra từ 
bề mặt. 
Mặt cắt dọc theo đ−ờng 
Phân tích hiển thị những 
yếu tố không nhìn thấy 
đ−ợc. 
Kết 
xuất 
bản đồ 
Dữ liệu vector là cách tốt nhất 
để vẽ hình dạng chính xác các 
đối t−ợng địa lý. Nh−ng không 
thích hợp khi thể hiện các yếu 
tố liên tục hay các đối t−ợng 
có biên giới không rõ ràng. 
Dữ liệu raster là tốt nhất khi 
thể hiện hình ảnh và các đối 
t−ợng với thuộc tính biến đổi 
dần dần. Nó th−ờng không 
thích hợp với việc vẽ các đối 
t−ợng điểm và đ−ờng. 
Dữ liệu tam giác TIN là tốt 
nhất cho việc biểu thị 
phong phú bề mặt. Có thể 
dùng màu sắc để biểu thị 
cao độ, độ dốc, h−ớng, 
phối cảnh 3 chiều. 
 47
 48
2.5.1. Lựa chọn dữ liệu biểu diễn không gian. 
Có nhiều tiêu chí để lựa chọn ph−ơng pháp biểu diễn không gian. Thông th−ờng 
sự lựa chọn là rõ ràng xuất phát từ dữ liệu có thể đ−ợc cung cấp và nhiệm vụ 
phân tích cần phải thực hiện. Nh−ng đôi khi nó lại không rõ ràng là loại dữ liệu 
nào cho ta biểu diễn tốt nhất. 
Bề mặt là một ví dụ rõ nhất: Có 2 ph−ơng pháp mạnh để biểu diễn bề mặt đó là dữ 
liệu raster và và dữ liệu TIN. Sự lựa chọn đòi hỏi nhiều công việc. D−ới đây là 
một vài vấn đề quan tâm khi lựa chọn dữ liệu biểu diễn. 
• Mục tiêu là đối t−ợng hay vị trí? 
Nếu ta mô hình hoá đối t−ợng riêng biệt với thuộc tính và quan hệ, dữ liệu vector 
biểu diễn tốt hơn cả. 
Nếu ta mô hình hoá đối t−ợng liên tục hay một hiện t−ợng, mô tả một đăc điểm 
bàng thuộc tính tại một vị trí, ta nên chọn lựa giữa raster và tam giác. 
Dữ liệu raster mô hình hoá một diện tích với dữ liệu thuộc tính đồng nhất bằng 
l−ới đều. Dữ liệu tam giác mô hình hoá diện tích với các điển và giá trị khác nhau 
với mật độ thay đổi. 
• Dữ liệu nào là có sẵn đ−ợc cung cấp dễ dàng? 
Đa số các tr−ờng hợp sự ảnh h−ởng đến sự lựa chọn dữ liệu biểu diễn là dữ liệu 
nào đã đ−ợc cung cấp. 
B−ớc đầu tiên của việc thiết kế GIS là ta phải khảo sát toàn bộ dữ liệu địa lý đã 
đ−ợc cung cấp. Khi tìm thấy dữ liệu phù hợp nhất, ta sẽ nhận định xem dữ liệu có 
thoả mãn hay cần tạo ra dữ liệu mới bằng các ph−ơng tiện nh− ảnh hàng không, 
dữ liệu thu thập GPS, hay số hoá bản đồ. 
Đôi khi ta phải lựa chọn chuyển đổi dữ liệu hiện có thành dạng khác. Ví dụ: 
nguồn dữ liệu tốt nhất cho việc nghiên cứu chuyển tải điện có thể quét ảnh bản đồ 
theo dạng raster. Để hoàn thiện sự phân tích cung cấp điện cũng nh− nghiên cứu 
môi tr−ờng, ta cần phải chuyển đổi dữ liệu raster sang dữ liệu vector. Ta phải cân 
nhắc chi phí và chất l−ợng đầu ra của sự chuyển đổi raster-to-vector, bằng những 
ph−ơng tiện khác thu thập dữ liệu. 
• Độ chính xác về vị trí của đối t−ợng đòi hỏi ra sao? 
Nếu cần xác định vị trí của đối t−ợng với độ chính xác cao, ta nên chọn dữ liệu 
vector để biểu diễn. Sự nhận biết và lựa chọn đối t−ợng sẽ dễ dàng khi ta sử dụng 
dữ liệu vector, toạ độ của đối t−ợng sẽ đ−ợc l−u giữ. 
Xác định vị trí của đối t−ợng ở dữ liệu raster có hạn chế bởi kích th−ớc của mỗi 
cell. Dữ liệu tam giác, chỉ có vị trí của điểm và đ−ờng gián đoạn là xác định đ−ợc 
 49
chính xác. Vị trí của đối t−ợng trong dữ liệu raster và tam giác nói chung là 
không rõ ràng. 
• Loại của đối t−ợng đòi hỏi mô hình hoá? 
Nếu ta mô hình hoá những đối t−ợng rộng với giá trị thay đổi theo thời gian, hoặc 
đối t−ợng đó có biên giới không rõ ràng, dữ liệu raster biểu diễn th−ờng là tốt 
nhất. Ví dụ nh− ta mô hình hoá cháy rừng theo thời gian, hoặc sự phát tán ô 
nhiễm trong n−ớc ngầm. 
Nếu ta mô hình hoá các đối t−ợng có đặc tính hình dạng của mặt trái đất nh− đỉnh 
núi, sống của dãy núi, con suối dữ liệu tam giác biểu diễn tốt nhất. 
 Một số đối t−ợng tự nhiên đ−ợc biểu diễn tốt nhất bằng dữ liệu vector. Ví dụ nh− 
biểu diễn hệ thống sông ngòi. Nếu ta biểu diễn những dòng sông là lớp nền bản 
đồ, hoặc biểu diễn dòng giao thông của các con tàu trên sông nh− là một phần 
của sự phân tích giao thông thuỷ, ta nên chọn dữ liệu vector để thực hiện mục 
đích này. 
Nếu ta mô hình hoá những đối t−ợng nhân tạo trên mặt đất, dữ liệu vector th−ờng 
biểu diễn tốt hơn cả. Những công trình nhân tạo có hình dạng xác định rõ ràng 
bằng các đ−ờng thẳng hoặc đ−ờng cong, đồng thời công trình nhân tạo th−ờng 
đ−ợc xác định vị trí bằng trắc địa với độ cao chính xác. 
• Loại hình học liên kết đòi hỏi phải có? 
Một số đối t−ợng không có dạng hình học nhất định và đ−ợc đặt một cách tự do 
trên một vùng địa lý. Ví dụ, một diện tích xác định nới c− trú của một loài động 
vật hoang dã không xác định, chồng lên vùng c− trú của loài động vật khác và nó 
không có mối quan hệ hình học với các đối t−ợng khác. 
Cũng nh− trên, nhiều đối t−ợng nguyên thuỷ đ−ợc l−u giữ trong GIS phục vụ cho 
mục đích làm lớp nền trên bản đồ, nó th−ờng không cần l−u giữ định dạng hình 
học. Nếu một con đ−ờng đ−ợc sử dụng làm lớp nền trong GIS nó chỉ là một đối 
t−ợng đơn giản. Nếu con đ−ờng là tuyến cho sự phân tích hệ thống giao thông, nó 
cần là một đối t−ợng hình học xác định. 
Một GIS có thể có mạng (networks) và hình học (topologies), nó thu đ−ợc thông 
qua dữ liệu vector. Mạng biểu diễn mạng l−ới đ−ờng, sông, những dịch vụ công 
cộng. 
Hình học biểu diễn những tập hợp của diện tích ở đó mỗi điểm trên một diện tích 
đ−ợc bao phủ một cách chính xác bằng một đa giác. 
• Loại phân tích đòi hỏi tiến hành? 
 50
Nếu ta phân tích một bề mặt, dữ liệu tam giác hỗ trợ phạm vi rộng lớn những 
nhiệm vụ đòi hỏi. Tuy vậy, dữ liệu raster cũng biểu diễn một số nhiệm vụ mô 
hình hoá bề mặt. 
Dữ liệu tam giác hỗ trợ việc tính toán khối l−ợng công tác đất giữa 2 diện tích đào 
và đắp đất, cho biết khu vực nhìn thấy đ−ợc từ một điểm trên bề mặt, xác định 
cao độ, độ dốc, h−ớng dốc tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt, tạo ra mặt cắt dọc địa 
hình theo một tuyến xác định đ−ợc sử dụng trong thiết kế đ−ờng. 
Nếu phân tích sự phát tán của một đối t−ợng theo thời gian nh− khói bụi ô nhiễm 
ta nên chọn dữ liệu raster. Dữ liệu raster còn hỗ trợ xác định khoảng cạn kề của 
đối t−ợng, đ−ờng đi ngắn nhất. Sự che phủ nhanh của dữ liệu raster phù hợp với 
sự phân tích. 
Nếu nh− cần xác định vị trí tối −u để dặt cơ sở dịch vụ, cửa hàng, nghiên cứu 
dòng chảy trên mạng l−ới, điều hành sổ sách địa bạ, liên quan tới địa chỉ b−u điện 
trên bản đồ, hoặc vấn tin trên bản đồ, bạn nên chọn dữ liệu vector. 
Dữ liệu vector cho phép phân tích những yếu tố dựa trên quan hệ không gian của 
các đối t−ợng nh− là sự lân cận, kế tiếp, và những quan hệ hình học nh− ng−ợc 
dòng, nối tiếp. 
• Dạng bản đồ nào cần in ra? 
Dạng và chất l−ợng biểu diễn của bản đồ cần phải xuất là yếu tố xác định loại dữ 
liệu nào cần thiết cho công việc. 
Dữ liệu raster và dữ liệu tam giác tạo ra các bản đồ có những vùng có những dữ 
liệu thuộc tính khác nhau. Dữ liệu vector tạo ra các bản đồ có những đối t−ợng 
chi tiết chính xác. 
Bản đồ sẽ gợi ý cho ta sử dụng đối t−ợng điểm, đ−ờng, hay đa giác để thể hiện 
đối t−ợng đ−ợc thực hiện bởi dữ liệu raster là tốt nhất. Ví dụ nh−, tỷ lệ bản đồ sẽ 
gợi ý cho ta thể hiện công trình bằng điểm hay đa giác, con sông đ−ợc thể hiện 
bằng đ−ờng hay đa giác. 
2.5.2. Kết luận. 
Có 3 dạng dữ liệu raster, vector, tam giác, dùng để mô hình hoá trái đất. Trong 3 
dạng dữ liệu trên, dữ liệu dạng raster và vector là dạng chủ yếu, tất cả các phần 
mềm GIS đều sử dụng để thực hiện công việc mô hình hoá. 
Phần mềm Arinfo cho ta khả năng mạnh mẽ để thực hiện các công việc của 
mình, tuy nhiên sự sử dụng sẽ phức tạp hơn, nó thích hợp cho một cơ sở dữ liệu 
lớn với số ng−ời dùng (user) đông đảo. Arcinfo sử dụng cả 3 loại dữ liệu raster, 
vector, tam giác để mô hình hoá trái đất. 
 51
Phần mềm Mapinfo gọn nhẹ hơn sử dụng t−ơng đối đơn giản và thông dụng, nó 
thích hợp với cơ sở dữ liệu nhỏ gọn. Mapinfo sử dụng hai loại dữ liệu là raster 
và vector. Để nhanh chóng tiếp cận GIS vào công việc, giáo trình này sẽ dùng 
phần mềm mapinfo để thực hiện các ví dụ. Để thuận lợi cho việc ứng dụng, 
chúng ta cũng nên bắt đầu công việc của mình với mapinfo. Chúng ta sẽ nhanh 
chóng nắm đ−ợc những nội dung cơ bản của GIS và vận dụng ngay đ−ợc vào 
công việc của mình.