Đồ án Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 của tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HèNH Hình 1.3: Các thành phần thiết bị phần cứng cơ bản của GIS. 9 Hình 1.4: Thành phần phần mềm cơ bản của GIS. 12 Hình 1.5: Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. 20 Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point). 22 Hình 1.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường (Arc). 23 Hình 1.8: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon). 24 Hình 1.9: Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng Raster. 25 Hình 1.10: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa raster và vector. 27 Hình 1.11: Các hệ tham chiếu GIS. 35 Hình 2.1: Quy trình tổng quát xây dựng cơ sở dữ liệu. 44 Bảng 2.1. Các khả năng chung của GIS trong việc thao tác dữ liệu. 48 Hình 3.1: Quy trình thành lập cơ sở dữ liệu từ bản đồ giấy. 67 Hình 3.2: Kết quả quá trình nhập dữ liệu 70 Hình 3.2.1: Lớp cơ sở 72 Hình 3.2.2: Lớp địa giới hành chính 73 Hình 3.2.3: Lớp địa hình 73 Hình 3.2.4: Lớp thủy hệ 74 Hình 3.2.5: Lớp giao thông 75 Hình 3.2.6: Lớp hạ tầng dân cư 76 Hình 3.6: Lớp phủ bề mặt 76 Hình 3.2.2.1: Lớp địa giới hành chính 79 Hình 3.2.2.2: Lớp địa hình 80 Hình 3.2.2.3: Lớp thủy hệ 80 Hình 3.2.2.4: Lớp giao thông 81 Hình 3.2.2.5: Lớp dân cư 81 Hình 3.2.2.6: Lớp phủ bề mặt 82 Hình 3.2.2.7: Lớp tim đường 82 Hình 3.2.2.8: Chồng xếp các lớp thông tin lại với nhau 83 LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay đòi hỏi phải tận dụng các nguồn tài nguyên sẵn có trong nước và đi đôi với sự phát triển kinh tế là sự khai thác tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là đất đai ở các tỉnh miền nùi và trung du với tốc độ chưa từng thấy dẫn tới những hậu quả trầm trọng: Suy thoái các nguồn tài nguyên thiên nhiên và chất lượng môi trường. Do đó, công tác theo dõi, quản lý và khai thác đất đai theo đúng mục đích sử dụng đất, dự báo kịp thời về tình trạng suy thoái tài nguyên đất, đưa ra các phương hướng và biện pháp bảo vệ đất đai ngày càng trở lên cấp bách. Để làm tốt công tác quản lý tài nguyên đất ở quy mô quốc gia và quy mô của một tỉnh, Nhà nước cần có những cơ sở dữ liệu khoa học, quản lý các thông tin về đất, đầy đủ, chính xác và được cập nhật thường xuyên. Có như vậy mới nhanh chóng đưa ra các giải pháp, các quyết định hợp lý trong quá trình xây dựng chiến lược phát triển kinh tế xã hội và giám sát tài nguyên môi trường như khuyến cáo hoặc vạch ra hướng sử dụng đất đai một cách hợp lý và giảm thiểu các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sinh thái trong các dự án phát triển kinh tế ở các địa phương. Hiện nay tại các tỉnh, các cơ quan nghiên cứu trung ương đã tập trung được một khối lượng lớn thông tin, số liệu điều tra về đất đai của mỗi tỉnh, địa phương, nhưng việc tập hợp, xử lý, sử dụng và khai thác chỳng cũn nhiều khó khăn, do tình hình phân tán và thiếu hệ thống của chúng. Nhu cầu có một phương pháp và phương tiện quản lý các loại dữ liệu, thông tin về tài nguyên thiên nhiên nói chung, về đất đai nói riêng ngày càng trở lên cấp bách. Trong lĩnh vực này, công nghệ thông tin có ý nghĩa to lớn và đóng một vai trò quyết định để đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Công nghệ thông tin ứng dụng, mà trực tiếp là công nghệ Hệ thống thông tin địa lý GIS, là một công nghệ còn khá mới mẻ nhưng đã được ứng dụng và phát triển ở Việt Nam từ khá sớm. Hiện nay, GIS đang được sử dụng như một hệ thống các công cụ hữu hiệu để lưu trữ, xử lý, cập nhật, quản lý và xuất các thông tin địa lý phục vụ cho các mục đích ứng dụng cụ thể khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý tài nguyên, quy hoạch lãnh thổ. Trong lĩnh vực quản lý đất đai và môi trường, GIS có ý nghĩa và tác dụng to lớn. Đây là một công nghệ của hôm nay và tương lai. Sử dụng GIS là một xu hướng đang phát triển mạnh mẽ trong các ngành nghiên cứu và sử dụng thông tin không gian. Chính vì lẽ đó em đã lựa chọn để tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 của tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS". Đồ án được thể hiện trong ba chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý Chương 2: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình cho công nghệ GIS Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS Mặc dù đã có nhiều cố gắng song đồ án cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS Trong xã hội thông tin, thông tin địa lý giữ một vai trò rất quan trọng. Khi cung cấp bất kỳ thông tin gì hoặc sự kiện gì, nhà cung cấp thông tin cần phải cho biết vật ấy, sự kiện ấy xảy ra ở đâu, khi nào. Đú chớnh là thông tin địa lý (geographic information). Từ khi ra đời, với tư cách là một công nghệ, GIS (Geographic Information System) đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. GIS đã phát triển từ những ứng dụng trờn cỏc đối tượng liên quan đến đất đai và biến đổi chậm như tài nguyên, môi trường đến các ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến con người hoặc những đối tượng có tần số biến đổi nhanh như cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội. Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đó xỏc lập một nghành khoa học mới, khoa học thông tin địa lý – GIS (Geographic Information Science). GIS đã từng bước hoàn thiện các mô hình biểu diễn các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện và các quan hệ của chúng trong thế giới thực, đồng thời nghiên cứu phát triển các thuật toán lưu trữ, xử lý dữ liệu theo không gian và thời gian. GIS ra đời từ đầu thập niên 60 ở Canada, và suốt thời gian của hai thập niên 60 và 70, GIS cũng chỉ được một vài cơ quan chính quyền ở khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu. Mãi đến đầu thập niên 80, khi công nghệ sản xuất phần cứng máy tính phát triển mạnh với tính năng cao, giá thành hạ, đồng thời với sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu (CSDL) cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin địa lý làm cho công nghệ GIS ngày càng được quan tâm hơn. Sự phát triển của công nghệ máy tính đồng thời với những kết quả của các thuật toán nhận dạng xử lý ảnh, và cơ sở dữ liệu đã tạo điều kiện cho công nghệ thông tin địa lý ngày càng phát triển. Có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của GIS trong việc quản lý, xử lý các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường. Vì vậy, các phần mềm GIS được phổ biến rất nhanh mặc dù người sử dụng vẫn còn gặp phải một số vấn đề về việc không tương thích với nhau vì chưa có một tiêu chuẩn thống nhất. Và đặc biệt các chương trình giảng dạy cũng càng được phổ biến và chuẩn hoá. Cho đến nay, trên thế giới đã hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu GIS với quy mô, hướng tiếp cận và mục tiêu khác nhau: - RRL (Regional Research Laboratory) được thành lập vào tháng 2/1978 ở Anh với bốn trung tâm, được tài trợ của ESRC (Advisory Board for Research Council) và một số trường đại học, tổ chức thương mại. Từ đó, RRL phát triển thành trung tâm nghiên cứu chuyên biệt hướng vào các nội dung quản lý CSDL, phát triển phần mềm và phân tích không gian. - NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis) thành lập năm 1988 được Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (US NSF) cấp kinh phí. NCGIA triển khai theo năm hướng nghiên cứu: Phân tích và thống kê không gian; quan hệ giữa không gian và cấu trúc dữ liệu; trí tuệ nhân tạo và các hệ chuyên gia; hiển thị hình ảnh; những đề tài kinh tế, xã hội, văn hoá. Những đề tài của NCGIA mang nặng tính chất hàn lâm, đi sâu vào bản chất kỹ thuật và phương pháp luận. - NEXPRI (Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis) được thành lập vào tháng 1 năm 1989 do Ủy ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí. NEXPRI có hai trung tâm với bốn hướng nghiên cứu chính là: lý thuyết về phân tích không gian, đánh giá định lượng về đất, sự di chuyển của vật chất và ô nhiễm, phát triển các phương pháp và kỹ thuật GIS. 1.2. CƠ SỞ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS 1.2.1. Định nghĩa GIS GIS đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển hơn một thập niên qua, đây là một dạng ứng dụng công nghệ tin học (Information Technology) nhằm mô tả thế giới thực (Real world) mà loài người đang sống, tìm hiểu, khai thác. Với những tính năng ưu việt, GIS ngày nay đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và quản lý, đặc biệt trong quản lý và quy hoạch sử dụng - khai thác các nguồn tài nguyên một cách bền vững và hợp lý. Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đưa tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa học. GIS là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị và cảnh báo môi trường. Vậy GIS là gì? Khái niệm GIS được hình thành từ ba khái niệm: • Hệ thống – Công nghệ máy tính và các hạ tầng hỗ trợ khác (System) • Thông tin – Dữ liệu và Thông tin (Information) • Địa lý – Thế giới thực, các thực thể không gian (Geographic ) GIS là một kỹ thuật ứng dụng hệ thống vi tính số hoá, xuất hiện trong những năm 1960 cho đến nay công nghệ này được biết đến như là một kỹ thuật toàn cầu. Đã có nhiều định nghĩa về GIS ra đời, dưới đõy là một số định nghĩa của một số tác giả: - GIS là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian (Clarke 1995). - GIS là một trường hợp đặc biệt của một hệ thống thông tin với CSDL gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. Hệ thống địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp đặc biệt (Dueker 1979). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa lý là: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu (Stan Aronoff 1993). - Công nghệ dựa trên máy tính và phương pháp để thu thập, quản lý, phân tích, mô hình và mô tả dữ liệu địa lý cho các ứng dụng khác nhau. - Một hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu cho mục đích thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian cho mục đích hỗ trợ ra quyết định và nghiên cứu. Những định nghĩa trên cho thấy rằng GIS có những khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu. Trong đó CSDL của hệ thống chứa những dữ liệu của các đối tượng, các hoạt động kinh tế, xã hội, nhân văn, phân bố theo không gian và những sự kiện xảy ra theo tiến trình lịch sử. Có thể nói cách khác rằng, GIS là một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi cơ bản Ai? Cái gì? Ở đâu? Khi nào? Như thế nào? Tại sao? khi được xác định trước một hoặc một vài nội dung trong các câu hỏi đó. Trong đó các câu trả lời Ai? Cái gì? Xác định các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện cần khảo sát; Câu trả lời Ở đâu? xác định vị trí của đối tượng, hoạt động hoặc sự kiện; câu trả lời Như thế nào? hoặc Tại sao? Là kết quả phân tích của hệ thông tin địa lý. Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau: Số liệu vào Số liệu ra Quản lý số liệu Phân tích mô hình hóa Xử lý SL Hình 1.1: Mô hình công nghệ GIS. - Số liệu vào: được nhập từ các nguồn khác nhau, như chuyển đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp… - Quản lý số liệu: sau khi số liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì số liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng số liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau. - Xử lý số liệu: với các chức năng thao tác trên số liệu được bằng các phần mềm chuyên dụng, GIS tạo ra các sản phẩm là các loại thông tin mà người sử dụng yêu cầu. Đồng thời trợ giúp cho người sử dụng lựa chọn các loại sản phẩm tốt nhất, các quyết định tối ưu. Kết quả của xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ. - Phân tích và mô hình hóa: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một ứng dụng của GIS. Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và định lượng thông tin đã thu thập. Riêng với khả năng phân tích không gian, GIS còn có khả năng mô hình hóa cỏc dữ liệu địa lý với tập hợp các điều kiện. - Dữ liệu ra: rất đa dạng, có thể là mô hình, mô hình không gian, bản đồ số, các loại bỏo cỏo… Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều. 1.2.2. Các thành phần của GIS Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là: • Thiết bị phần cứng (hardware). • Phần mềm (software). • Dữ liệu địa lý (Geographic data). • Chuyên viên (Expertise). • Chính sách và cách thức quản lý (Policy and management) 1.2.2.1. Thiết bị phần cứng (Hardware) Thiết bị bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotters), máy in (printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (Floppy diskettes, optical cartridges, C.D ROM ...). Hình 1.3: Các thành phần thiết bị phần cứng cơ bản của GIS. 1.2.2.1.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU, là phần cứng quan trọng nhất của máy vi tính. CPU không những thực hành tính toán trên dữ liệu, mà còn điều khiển sắp đặt phần cứng khác mà nó thỡ cần thiết cho việc quản lý thông tin theo sau thông qua hệ thống. Mặc dù bộ vi xử lý hiện đại rất nhỏ chỉ khoảng 5mm2 nhưng có khả năng thực hiện hàng ngàn, hoặc ngay cả hàng triệu thông tin trong một giây. 1.2.2.1.2. Bộ nhớ trong (RAM) Tất cả máy vi tính có một bộ nhớ trong mà chức năng như là "không gian làm việc" cho chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM) này có khả năng giữ 1 giới hạn số lượng dữ liệu ở một số hạng thời gian (ví dụ, hệ điều hành MS-DOS mẫu có 640Kb ở RAM ). Điều này có nghĩa nó sẽ ít có khả năng thực hiện điều hành phức tạp trên bộ dữ liệu lớn trong hệ điều hành. 1.2.2.1.3. Bộ sắp xếp và lưu trữ ngoài (diskette, harddisk, CD-ROM) Băng có từ tính được giữ không những trong cuộn băng lớn (giống trong cuộn băng máy hát đĩa) mà còn trong cuộn băng nhỏ (giống như cuốn băng được dùng trong máy hát nhạc). Thuận lợi của dây băng có từ tính là nó có thể lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu (ví dụ toàn bộ Landsat MSS đòi hỏi 8MB của khả năng lưu trữ trên một băng). Sự gia tăng khả năng lưu trữ thực hiện bằng các đĩa có từ tính. Các đĩa cứng với khả năng lưu trữ rất lớn (được sử dụng trên PCS phổ biến 700Mb), còn ở các đĩa mềm với khả năng giới hạn (khoảng 1.4Mb). Đĩa cứng thông thường được sử dụng cho lưu trữ tạm thời mà thông qua quá trình xử lý, sau khi dữ liệu được gán trong đĩa floppy hoặc dây băng có từ tính. Công nghệ phát triển cũng tạo ra thêm nhiều loại thiết bị có thể lưu trữ và truyền số liệu đọc qua cổng USB của máy vi tớnh. Các đĩa DVD ngày nay có thể lưu trữ dữ liệu tới 50GB và rất thuận tiện để sao lưu số liệu. 1.2.2.1.4. Các bộ phận dùng để nhập dữ liệu (INPUT DEVICES) • Digitizer Bản số hoá bản đổ bao gồm 1 bảng hoặc bàn viết, mà bản đổ được trải rộng ra, và 1 cursor có ý nghĩa của các đường thẳng và các điểm trên bản đổ được định vị. Trong toàn bộ bàn số hoá (digitizer) việc tổ chức được ghi bởi phương pháp của một cột lưới tốt đã gắn vào trong bảng. Dây tóc của cursor phát ra do sự đẩy của từ tính điện mà nó được tìm thấy bởi cột lưới sắt và được chuyển giao đến máy vi tính như một cặp tương xứng (mm trên 1 bảng XY hệ thống tương hợp). Hầu như các cursor được vừa vặn với 4 hoặc nhiều nút cho việc chuyển các tín hiệu đặc biệt cho việc điều khiển chương trình, ví dụ để chỉ ra điểm cuối của đường thẳng. Các bản số hoá (digitizer) hiện nay có kích thước thay đổi từ bảng nhỏ 27cmx27cm đến bảng lớn 1mx1.5m. • Scanner Máy quét scanner sẽ chuyển các thông tin trên bản đồ tương xứng 1 cách tự động dưới dạng hệ thống raster. Một cách luân phiên nhau, bản đổ có thể được trải rộng ra trên bàn mà đầu scanning di chuyển trong 1 loạt đường thẳng song song nhau. Các đường quét (scan) phải được số hoá trước khi chúng được đưa vào hệ thống cơ sở dữ liệu vector. • Các bộ phận để in ấn (OUTPUT DEVICES) - Máy in (printer): Là bộ phận dùng để in ấn các thông tin, bản đổ, dưới nhiều kích thước khác nhau tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng, thông thường máy in có khổ từ A3 đến A4. Máy in có thể là máy màu hoặc trắng đen, hoặc là máy in phun mực, Laser, hoặc máy in kim. - Máy vẽ (plotter): Đối với những yêu cầu cần thiết phải in các bản đổ có kích thước lớn, thường máy in không đáp ứng được mà ta phải dùng đến máy Plotter (máy vẽ). Máy vẽ thường có kích thước của khổ A1 hoặc A0. 1.2.2.2. Phần mềm (Software) Là tập hợp cỏc cõu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải đảm bảo các tính năng cơ bản sau: T­¬ng t¸c víi ng­êi sö dông L­u tr÷ vµ b¶o qu¶n d÷ liÖu NhËp vµ kiÓm tra d÷ liÖu BiÕn ®æi d÷ liÖu XuÊt d÷ liÖu Hình 1.4: Thành phần phần mềm cơ bản của GIS. - Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. éõy là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý. - Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin thuộc tính (attributes) của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng có thể lĩnh hội được bởi người sử dụng hệ thống. - Xuất dữ liệu và trình bày kết quả (Display and reporting): Xuất dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu hay hình vẽ (đồ thị hoặc sơ đồ khối) được thể hiện bằng hình ảnh trên máy tính, máy in, máy vẽ hoặc được ghi trên các thiết bị từ dưới dạng số. - Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai. - Tương tác với người sử dụng (Query input): Tương tác với người sử dụng là yếu tố hoàn toàn thiết yếu cho sự thừa nhận và sử dụng bất cứ một hệ thông tin nào. Thành phần này cũng như các giao diện với người sử dụng ở một hệ thông tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó. 1.2.2.3. Chuyên viên (Expertise) Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công nghệ GIS, đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các chức năng phân tích và xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và thông hiểu các tiến trình đang và sẽ thực hiện. 1.2.2.4. Dữ liệu địa lý (Geographic data) Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo-referenced data) riêng lẻ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính (attributes) của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là: - Cơ sở dữ liệu bản đồ -Dữ liệu không gian Là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ. Số liệu Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Số liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh Vệ tinh và số liệu bản đổ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster. - Số liệu thuộc tính (Attribute) Được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý. Trong các số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả cỏc dãy số liệu có tính liên tục như: nhiệt độ, cao độ…và thực hiện các phân tích không gian (Spatial analyses) của số liệu. Còn số liệu thuộc tính được dùng để mô tả cơ sở dữ liệu. Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá (digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh (Scanner). 1.2.2.5. Chính sách và quản lý (Policy and management) éõy là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin. Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong 1 khung tổ chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi 1 bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin. Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện có. Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần chính sách và quản lý đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, nó có tác động đến toàn bộ các hợp phần còn lại và đồng thời là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. 1.2.3. Các chức năng của GIS Một hệ thống thông tin địa lý cú cỏc chức năng cơ bản sau: - Nhập dữ liệu. - Thao tác dữ liệu. - Quản lý dữ liệu. - Hỏi đáp và phân tích dữ liệu. - Hiển thị. 1.2.3.1. Nhập dữ liệu Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá. Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình số hoá thủ công. Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự cú cỏc định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS. 1.2.3.2. Thao tác dữ liệu Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định. Ví dụ, các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống đường phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng). Trước khi các thông tin này được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết. 1.2.3.3. Quản lý dữ liệu Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng người dùng cũng nhiều lờn, thỡ cỏch tốt nhất là sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một DBMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Có nhiều cấu trúc DBMS khác nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng. Các trường thuộc tính chung trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triển khai khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS. 1.2.3.4. Hỏi đáp và phân tích dữ liệu Một khi đó cú một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản như: • Ai là chủ mảnh đất ở góc phố? • Hai vị trí cách nhau bao xa? • Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu? Và các câu hỏi phân tích như: • Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu? • Kiểu đất ưu thế cho rừng sồi là gì? • Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnh hưởng như thế nào? GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt: Phân tích liền kề: • Tổng số khách hàng trong bán kính 10 km khu hàng? • Những lô đất trong khoảng 60 m từ mặt đường? Để trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xác định mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng. Phân tích chồng xếp: Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế. 1.2.3.5. Hiển thị Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện). 1.3. CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA GIS 1.3.1. Khái niệm chung * Cơ sở dữ liệu (Database): Là một ngân hàng dữ liệu, phần lớn dữ liệu có thể truy cập, lưu trữ và chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau. Dữ liệu trong GIS bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị. - Dữ liệu không gian (dữ liệu địa lý): Là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dựng cỏc số liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi. Dữ liệu có thể khai thác từ các tư liệu sau: + Ảnh hàng không - ảnh vệ tinh. + Bản đồ trực ảnh (orthophotomap). + Bản đồ nền địa hình lập từ ảnh hàng không - ảnh vệ tinh. + Bản đồ địa hình lập từ số liệu đo đạc mặt đất. + Bản đồ địa chính. + Bản đồ địa lý tổng hợp từ các loại bản đồ địa hình. Các loại ảnh và bản đồ nói trên đều ở dạng số và lưu lại dưới dạng vector hoặc raster hỗn hợp raster-vector. Các dữ liệu địa lý dưới dạng vector được phân lớp thông tin yêu cầu của việc tổ chức các thông tin. Thông thường người ta hay phân lớp theo tính chất thông tin: lớp địa hình, lớp thuỷ văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp thực phủ, lớp giới hành chính... Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn người ta sẽ phân lớp chi tiết hơn, ví dụ như trong lớp thuỷ văn được phân thành các lớp con: các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp biển, lớp ao hồ,… - Dữ liệu phi không gian: Là những diễn tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng. Các dữ liệu phi không gian được gọi là dữ liệu thuộc tính, chúng liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung. Có hai loại dữ liệu thuộc tính: + Dữ liệu thuộc tính định lượng: Mô tả các yếu tố định lượng như kích thước, diện tích. + Dữ liệu thuộc tính định tính: Mô tả các yếu tố định tính như phân lớp, kiểu, tên, tính chất. - Mối quan hệ giữa dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính: GIS sử dụng phương pháp chung để liên kết hai loại dữ liệu trên thông qua bộ xác định hay chỉ số Index, đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng. Đồng thời qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu. Sự liên kết giữa hai loại thông tin cơ bản trong cơ sở dữ liệu GIS thể hiện theo sơ đồ sau: Hình 1.5: Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. * Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS): Là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trì toàn bộ cơ sở dữ liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp các công cụ cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu. * Topology: Là một thủ tục toán học sủ dụng để xác định mối quan hệ giữa các đối tượng địa lý. Trong bản đồ số Topology xây dựng các quan hệ giữa các đối tượng, nhận biết cỏc vựng kề cận nhau và có thể tự động nhận biết ra các đối tượng vùng, đường, điểm theo các đặc tính hình học của chúng. 1.3.2. Tổ chức cơ sở dữ liệu Dữ liệu được nhập vào và lưu trữ trên PC trong một không gian nhờ các phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp các phương thức biểu diễn thực dưới dạng các dữ liệu có liên kết qua lại (tương hỗ) ở mức tối đa. Những dữ liệu được ghi nhận theo một chuỗi với cấu trúc hợp lý sao cho có thể truy cập và khai thác sử dụng dễ dàng, thỏa mãn các yêu cầu khi cần phải cung cấp thông tin và các chỉ dẫn cho người sử dụng. Cơ sở dữ liệu được tổ chức ở dạng thư mục, trong đó dữ liệu được ghi nhận trong nhiều tệp. Phần mềm quản lý cho phép ghi nhận các tệp tin theo thứ tự hoặc theo các chỉ số trực tiếp. Chúng quản lý các tệp một cách độc lập. Các tệp có cấu trúc thứ bậc, dạng mạng hay dạng quan hệ. 1.3.3. Cấu trúc và mô hình dữ liệu trong GIS * Mô hình dữ liệu như là một tập hợp các qui tắc để biểu diễn sự tổ chức logic của dữ liệu trong cơ sở dữ liệu. Mô hình dữ liệu được chọn cho một đối tượng hoặc cho một ứng dụng chịu tác động bởi: - Phần mềm của hệ thống. - Trình độ của người sử dụng. - Nguyên tắc hoạt động (tiền lệ) mang tính lịch sử. * Cấu trúc cơ sở dữ liệu: Khi nhập dữ liệu vào hệ thống GIS cú cỏc cấu trúc dữ liệu như sau: - Cấu trúc dữ liệu theo quan niệm của người sử dụng. - Cấu trúc của các đối tượng, hiện tượng thể hiện trong một GIS. 1.3.3.1. Mô hình thông tin không gian Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thỡ chỳng càng có ý nghĩa. Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực. Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là thông tin không gian. Đặc trưng của thông tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể ở đõu” nhờ vị trí tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chỳng cũn khả năng mô tả “hỡnh dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trưng thông tin không gian mô tả “quan hệ và tương tỏc” giữa các hiện tượng tự nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng hiển thị đồ hoạ của hệ thống. 1.3.3.1.1. Mô hình dữ liệu dạng Vector - Kiểu đối tượng điểm (Points) Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point). Điểm được xác định bởi một cặp toạ độ (x,y) trong một hệ thống tọa độ nhất định. Đi kèm với giá trị tọa độ X,Y của điểm cũn cú chỉ số cụ thể để mô tả đặc tính của điểm (điểm đơn giản, điểm ký tự, điểm nút, điểm độ sõu…). Điểm không cần thể hiện chiều dài và diện tích. - Kiểu đối tượng đường (Arc) Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm, mô tả các đối tượng địa lý dạng tuyến, cú cỏc đặc điểm sau: • Là một dãy các cặp toạ độ. • Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node. • Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node. • Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices. • Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ. Hình 1.7: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường (Arc). - Kiểu đối tượng vùng (Polygons) Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng. Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, cú cỏc đặc điểm sau: • Polygons được mô tả bằng tập các đường và điểm nhãn (label points). • Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng. • Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mỗi một vùng. Hình 1.8: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon). 1.3.3.1.2. Mô hình dữ liệu dạng Raster Mô hình dữ liệu dạng raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixel). Mô hình raster có đặc điểm: - Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới. - Mỗi một điểm ảnh (pixel) chứa một giá trị. - Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer). - Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp. Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên, chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trờn cỏc loại đối tượng dạng vùng: phân loại; chồng xếp. Các nguồn dữ liệu xây dựng nên dữ liệu raster có thể bao gồm: • Quét ảnh. • Ảnh máy bay, ảnh viễn thám. • Chuyển từ dữ liệu vector sang. • Lưu trữ dữ liệu dạng raster. • Nén theo hàng (Run lengh coding). • Nén theo chia nhỏ thành từng phần (Quadtree). • Nén theo ngữ cảnh (Fractal). Trong một hệ thống dữ liệu cơ bản raster được lưu trữ trong cỏc ô (hình vuông) được sắp xếp trong một mảng hoặc cỏc dãy hàng và cột. Nếu có thể, các hàng và cột nên được căn cứ vào hệ thống lưới bản đổ thích hợp. Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bị mất. Với lý do này, hệ thống raster-based không được sử dụng trong các trường hợp nơi cú cỏc chi tiết có chất lượng cao được đòi hỏi. Hình 1.9: Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng Raster. 1.3.3.1.3. Ưu, nhược điểm của cấu trúc dữ liệu kiểu Vector và Raster * Cấu trúc dữ liệu kiểu Vector Ưu điểm: - Miêu tả và xử lý tốt các thuộc tính không gian hình học (tính nối tiếp, tính lân cận). - Cấu trúc dữ liệu cô đọng, hiện thực. - Thực hiện các mô tả và tính toán về các quan hệ không gian hình học, có khả năng xác lập mối quan hệ không gian giữa các sản phẩm rời rạc. - Thông tin đồ họa nhanh, đẹp. Nhược điểm: - Cấu trúc dữ liệu phức tạp. - Khó khăn khi tổ hợp một vài bản đồ polygon vector hay các bản đồ raster và polygon thông qua các tầng. - Giá thành cao khi biểu diễn và vẽ, nhất là khi vẽ màu và các đường chéo song song. - Công nghệ đắt, nhất là với phần mềm và phần cứng phức tạp * Cấu trúc dữ liệu kiểu Raster Ưu điểm: - Cấu trúc dữ liệu rất đơn giản. - Dễ dàng sử dụng cho các phép toán chồng xếp và các phép toán xử lý ảnh viễn thám. - Dễ xây dựng các mô hình khai thác theo không gian. - Lưu trữ, mô tả chi tiết và dày đặc thông tin. - Công nghệ rẻ và đang được phát triển một cách rộng rãi. Nhược điểm: - Dung lượng thông tin lớn nên khó khăn cho việc lưu trữ. - Dung lượng thông tin giảm khi kích thước pixel lớn và khi đú cỏc thông tin có thể bị sai lệch. - Bản đồ hiển thị không đẹp. - Khó khăn khi chồng xếp và phân tích các dữ liệu bản đồ có kích thước pixel khác nhau. - Khó khăn trong việc thiết lập hệ thống mạng liên kết ngân hàng dữ liệu theo không gian. 1.3.3.1.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster Việc chọn của cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng và tuỳ vào phần mềm máy tính đang sử dụng. Đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu trữ sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đường contour sẽ chính xác hơn hệ thống raster. Tuy nhiên đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì nhất thiết phải sử dụng dưới dạng raster. Hình 1.10: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa raster và vector. Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, hay còn gọi là raster hoá. Biến đổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector hoá, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh. Raster hoá là tiến trình chia đường hay vùng thành các ô vuông (pixcel). Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixel trong không gian raster để tạo thành đường hay vùng trong biểu diễn vector. Nếu dữ liệu raster không có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối tượng sẽ rất phức tạp. Tổng quát, tiến trình biến đổi là tiến trình xấp xỉ vì với vùng không gian cho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khả năng địa chỉ hoá các vị trí toạ độ nguyên. Trong mô hình vector, độ chính xác của điểm cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học. 1.3.3.2. Mô hình thông tin thuộc tính Thông tin thuộc tính hay còn gọi là thông tin phi không gian là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại thông tin thuộc tính: - Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích. - Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định. - Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị… liên quan đến các đối tượng địa lý. - Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng). 1.4. MÔ HÌNH SỐ ĐỊA HÌNH TRONG GIS 1.4.1. Khái niệm về mô hình số địa hình và mô hình số độ cao Không giống như các đại lượng địa lý khác, bề mặt địa hình thường được coi là một bề mặt biến thiên liên tục, không thể mô hình hoá một cách thích hợp bằng mô hình bản đồ cũ. Vì vậy người ta đã nghiên cứu các phương pháp khác để có thể biểu diễn và sử dụng hiệu quả thông tin về sự biến thiên liên tục của một thuộc tính (thường là độ cao) trên một vùng không gian. Mọi biểu diễn bằng số cho sự biến thiên liên tục của địa hình trên một vựng không gian gọi là một mô hình số địa hình (DTM). Mô hình số địa hình (Digital Terrain Model) được định nghĩa là một mô tả có tính định lượng và định tính các loại thông tin phân bố trên bề mặt trái đất trong một tập hợp hữu hạn m chiều của miền D. Mô hình số địa hình DTM là phần cốt lõi của cơ sở dữ liệu thông tin địa lý. Nếu chỉ chú ý đến thành phần địa hình trong DTM thì sẽ có mô hình số độ cao DEM (Digital Elevation Model) hoặc DHM (Digital Height Model). Mô hình số độ cao DEM là biểu thị một tập hợp hữu hạn 3 chiều {Vi = (Xi,Yi,Zi), i = 1,2,…,n} của miền địa hình D, trong đó là toạ độ mặt phẳng và Zi là độ cao tương ứng với điểm (Xi,Yi). Khi vị trí điểm mặt phẳng của tập hợp trên được sắp xếp theo lưới quy chuẩn thì toạ độ mặt phẳng của chúng có thể lược bỏ. Do đó mô hình số độ cao DEM sẽ đơn giản thành một tập hợp hữu hạn 1 chiều {Zi,i = 1,2,…,n}. Chính vì vậy mà trong thực tế sử dụng mô hình số độ cao DEM thường gọi là mô hình số địa hình DTM. Mô hình số địa hình có nhiều ưu điểm so với bản đồ truyền thống. Đó là: - DTM hoặc DEM có thể trực tiếp đưa vào mày tính phục vụ cho các mục đích khai thác khác nhau như: công tác thiết kế tự động, thành lập bản đồ số, lập mặt cắt và tính toán khối lượng... - DTM có thể trực tiếp trở thành một lớp thông tin trong cơ sở dữ liệu thông tin địa lý phục vụ nhiều mục đích khai thác khác nhau. - DTM rất tiện lợi cho công tác lưu trữ, bổ xung, hiệu chỉnh và phục chế các sản phẩm, đồng thời cũng nhanh chóng thay đổi dạng sản phẩm cho các mục đích sử dụng khác nhau. 1.4.2. Các phương pháp biểu diễn mô hình số độ cao Sự biến thiên của độ cao bề mặt trên một miền có thể được mô hình hoá theo nhiều cách. Mô hình số độ cao có thể được biểu diễn bằng các bề mặt toán học hoặc bằng hình ảnh điểm hay đường như sau: Phương pháp toán học: - Toàn cục: Chuỗi Fourier, đa thức bậc cao. - Cục bộ: Các mảnh có quy tắc, các mảnh bất quy tắc. Phương pháp hình ảnh: - Dùng dữ liệu điểm + Có quy tắc: Mật độ đều, mật độ biến đổi. + Bất quy tắc: Lưới tam giác, mạng gần đúng. + Đặc trưng giới hạn: Đỉnh, hố, đốo, biờn. - Dùng dữ liệu đường. + Lát cắt ngang (đường đồng mức). + Lát cắt dọc (mặt nghiêng). + Đường tới hạn: Đường gờ, dòng chảy, đường bờ, mặt dốc gãy. 1.4.2.1. Phương pháp toán học Phương pháp này dựa trên các hàm ba chiều liên tục có khả năng diễn tả các dạng bề mặt phức tạp với độ mịn cao. Phương pháp cục bộ chia bề mặt ra thành cỏc ụ hình vuông hoặc các mảnh bất quy tắc và khi đó bề mặt phù hợp với việc quan sát điểm trong các mảnh này. Hàm toán học dùng bài toán gần đúng ít thuận lợi khi dùng để vẽ bản đồ nhưng chúng lại được dùng rộng rãi trong hệ thống máy tính trợ giúp thiết kế để mô hình hoỏ cỏc bề mặt phức tạp. 1.4.2.2. Phương pháp hình ảnh 1. Mô hình đường Mô hình này cho bởi một tập hợp các đường đồng mức mô tả các đường cong độ cao. Các mặt nghiêng là hệ quả thu được để phân tích độ dốc, cấu trúc của bản đồ ảnh chiếu thẳng hoặc sơ đồ khối. 2. Mô hình điểm - Ma trận độ cao: Dạng chung nhất của mô hình số độ cao là ma trận độ cao hoặc lưới hình chữ nhật có quy tắc thu được nhờ công tác đo ảnh lập thể. Ma trận độ cao cũng có thể thu được nhờ phép nội suy từ tệp các điểm có quy tắc hoặc bất quy tắc. Vỡ các ma trận có thể dễ dàng xử lý bằng máy tính, đặc biệt trong hệ thống thông tin địa lý dựa trên raster, ma trận độ cao trở thành dạng phổ biến nhất của mô hình số độ cao. Mặc dù các ma trận độ cao rất có ích cho việc tính toán cho các đường đồng mức, góc nghiêng, hướng, vẽ bóng và tự động mô phỏng các lưu vực sông ngòi, hệ thống lưới có quy tắc vẫn có những bất lợi sau: + Thừa dữ liệu ở cỏc vựng địa hình đồng nhất. + Luôn phải thay đổi kích thước của lưới khi độ phức tạp của địa hình thay đổi. + Nhấn mạnh quá mức vào các tính toán dọc theo trục của lưới như tính toán đường ngầm... - Lưới tam giác: Phương pháp này tránh được sự dư thừa về số liệu trong ma trận độ cao, đồng thời có hiệu quả về việc tính toán hơn so với phương pháp chỉ dựa trên các đường đồng mức. Lưới tam giác là mô hình số địa hình sử dụng một bảng các mặt tam giác liền nhau liên tục dựa trên sự tam giác hoỏ cỏc nỳt bất quy tắc hoặc các điểm quan sát. Khác với ma trận độ cao, lưới tam giác cho phép thu nhập các thông tin phụ trong miền địa hình phức tạp mà không cần đến các dữ liệu dư thừa thu được từ miền địa hình đơn giản. Do đó quá trình lấy dữ liệu cho lưới tam giác có thể thực hiện việc số hoá với độ chính xác yêu cầu cho các đường gờ, dòng chảy, và các đặc trưng địa hình quan trọng khác. Mô hình này là một cấu trúc kiểu vector, tương tự như cấu trúc mạng đa giác nhưng nó không phải dự phòng cho trường hợp các đảo và hồ. Mô hình lưới tan giác coi các điểm nút của mạng là các yếu tố cơ bản trong cơ sở dữ liệu. Mối quan hệ địa hình được đưa vào trong cơ sở dữ liệu bằng cách tạo ra các con trỏ từ mỗi nút đến cỏc nỳt lân cận. Cấu trúc lưới tam giác có thể được dùng để tạo ra các bản đồ độ dốc, bản đồ vờn bóng, bản đồ đường đồng mức, mặt nghiêng, mặt ngang, sơ đồ khối... 1.4.3. Nguồn dữ liệu và phương pháp lấy mẫu Để xây dựng mô hình số độ cao, trước tiên phải tiến hành thu thập các số liệu có liên quan đến địa hình. Đó là tọa độ trắc địa của các điểm cơ sở và điểm tham khảo. Những số liệu này có thể thu nhận được bằng các phương pháp sau đây: 1.4.3.1. Công tác đo đạc ngoài trời Để đo toạ độ và độ cao của các điểm địa hình có thể sử dụng cỏc mỏy kinh vĩ toàn đạc phổ thông hay toàn đạc điện tử. Ngoài ra cũng có thể sử dụng các thiết bị định vị vệ tinh GPS để xác định tọa độ và độ cao các điểm địa hình. Phương pháp này có độ chính xác cao, nhưng tốn kém và hiệu quả thấp. 1.4.3.2. Số hóa bản đồ địa hình hiện có Đây là phương pháp thu thập số liệu địa hình ít tốn kém và nhanh chóng nếu đó cú cỏc loại bản đồ có tỷ lệ tương đối lớn và mới thành lập. Có thể tiến hành số hóa theo hai phương thức sau: - Số hóa bằng bàn số hóa: Công việc số hóa được thực hiện thủ công bằng cách di chuột trên bàn số hóa dọc theo đường đồng mức hoặc các điểm đặc trưng địa hình, bấm ghi tọa độ mặt phẳng và đọc độ cao của điểm theo khoảng cách thời gian hoặc cự ly trên bản đồ. Ưu điểm của phương pháp này là số liệu tương đối dễ xử lý, nhưng tốc độ chậm và tốn công. - Số hóa bằng máy quét: Sử dụng máy quét bản đồ (Mapscanner) có thể nhanh chóng thu được số liệu trên bản đồ địa hình dưới dạng ảnh số chứa các số liệu về độ xám của nội dung bản đồ. Số liệu này có khối lượng rất lớn và sử lý tương đối phức tạp. Trước tiên cần sử dụng các phần mềm thích hợp để biến các số liệu dạng raster thành vector. Trên cơ sở đó tạo thành số liệu trắc địa của các điểm đặc trưng địa hình phục vụ cho việc xây dựng mô hình số địa hình. 1.4.3.3. Phương pháp đo ảnh Đây là phương pháp thường sử dụng để thu nhận tọa độ không gian của các điểm địa hình phục vụ cho xây dựng mô hình số độ cao DEM. Các phương pháp đo ảnh thường dùng là đo vẽ lập thể trờn mỏy toàn năng, đo ảnh giải tích trờn cỏc máy đo tọa độ lập thể hay máy đo vẽ giải tích và đo ảnh số trờn cỏc hệ thống đo ảnh số. Các số liệu đo đạc trờn cỏc máy đo ảnh được chuyển trực tiếp vào máy tính để xử lý và lưu trữ. Một số phương pháp lấy mẫu cho mô hình số độ cao là: - Lấy mẫu chọn lọc: Các điểm lấy mẫu được chọn trước hoặc trong khi tiến hành lấy mẫu. - Lấy mẫu tương hợp: Các điểm thừa được loại bỏ trong quá trình lấy mẫu vỡ chỳng cú quỏ ớt thông tin phụ. - Lấy mẫu lũy tiến: Đồng thời tiến hành lấy mẫu và phân tích dữ liệu. Sau khi phân tích dữ liệu lại quyết định cách tiến hành lấy mẫu. + Cú các cách thức lấy mẫu sau: + Lấy mẫu bằng tay do thao tác viên điều khiển máy đo ảnh lập thể. Cách này chậm và dễ có sai số. + Lấy mẫu bán tự động: Hệ thống hướng dẫn cho thao tác viên thực hiện. Cách này có tốc độ và độ chính xác cao. + Lấy mẫu tự động: Tuy nhanh nhưng chưa đủ chính xác. 1.4.4. Các kết quả thu được từ mô hình số độ cao Có thể thu được nhiều kết quả khác nhau từ mô hình số độ cao tuỳ theo mô hình này được thể hiện dưới dạng ma trận độ cao, tệp dữ liệu điểm bất quy tắc hoặc lưới tam giác. Kết quả thu được từ mô hình số độ cao là: - Biểu đồ khối, mặt cắt và các tầng địa hình. - Ước tính khối lượng mặt cắt bằng tích phân số trong các bài toán đào và đắp đất. - Đường đồng mức. - Bản đồ mặt dốc, độ lồi, độ lõm và hướng. - Bản đồ địa hình vờn bóng. - Mô tả thủy văn và lưu vực sông ngòi. 1.5. CÁC HỆ TỌA ĐỘ DÙNG TRONG HỆ GIS Các vị trí của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất có thể được tham chiếu từ một mặt cầu. Tuy nhiên, để tạo mới một cơ sở dữ liệu địa lý và thể hiện các sản phẩm bản đồ phản ánh đúng thực tế tồn tại của chúng đòi hỏi phải xây dựng một hệ tọa độ thống nhất gắn liền với quả đất. 1.5.1. Hệ toạ độ dùng trong tham chiếu GIS Hệ toạ độ của khung tham chiếu cần thiết cho đo vẽ bản đồ và tỡm kiếm thông tin địa lý, cho phép xác định vị trí bằng khoảng cách hay hướng từ điểm, đường hay bề mặt cố định. Dữ liệu trong GIS có thể tham chiếu theo các hệ khác nhau: Hệ toạ độ phẳng, hệ toạ độ địa tâm, hệ toạ độ địa lý, hệ toạ độ tương đối và theo địa chỉ. Hệ tọa độ địa lý Hệ tọa độ tương đối Hệ tọa độ phẳng Hệ tọa độ địa tâm Hệ tọa độ theo địa chỉ Hệ tọa độ tham chiếu trong GIS Hình 1.11: Các hệ tham chiếu GIS. Các hệ toạ độ không trực tiếp cho khoảng cách, nhưng nó được tớnh theo bán kớnh trái đất tại vị trí trên bề mặt. Do kinh độ và vĩ độ thể hiện vị trí trong không gian ba chiều, cho nên khi đo vẽ bản đồ chúng được biến đổi về hệ toạ độ Đề Các hay cũn gọi là lưới chiếu bản đồ. Ta gọi phép chiếu này là phép chiếu bản đồ. Nguyên tắc phép chiếu bản đồ là biến đổi bề mặt cong của Trái đất lên mặt phẳng, hình trụ hay hình nún rồi trải ra thảnh mặt phẳng. Đường kinh, vĩ tuyến vẽ lên bản đồ được gọi là lưới (Graticule). Mọi phép chiếu từ toạ độ địa lý trên bề mặt Trái đất sang lưới chiếu bản đồ hai chiều đều sinh ra sai số. Việc lựa chọn phép chiếu phụ thuộc vảo tiêu chí đặt ra trước là biến dạng tối thiểu về góc, hình dạng hay diện tích của đối tượng. Kết quả của phép chiếu bản đồ dẫn tới nhiều hệ toạ độ lưới chiếu bản đồ được sử dụng đồng thời. Do vậy, khi kết hợp cơ sở dữ liệu với dữ liệu bản đồ từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau thì phải chuyển đổi các hệ trục toạ đồ của chúng sang hệ thống nhất. 1.5.2. Các dạng chuyển đổi toạ độ trong GIS Khi hợp nhất dữ liệu lại vào một nền toán học chung thì dữ liệu mới có ý nghĩa: Tham khảo, so sánh, phân tích. Có hai dạng chuyển đổi: - Dịch chuyển đối tượng và giữ nguyên hệ toạ độ. - Dịch chuyển hệ toạ độ và giữ nguyên đối tượng. trong hai cách này thì cách thứ hai là thuận tiện hơn cả. Có hai phương pháp chuyển đổi hệ toạ độ là: Chuyển đổi tương đương và chuyển đổi đường cong bậc cao. Trong đó: - Chuyển đổi tương đương là các dịch chuyển song song và giữ nguyên dạng đối tượng. - Chuyển đổi đường cong bậc cao là cách chuyển dịch trong đó dạng đối tượng hoàn toàn giữ nguyên. Các dạng chuyển đổi toạ độ được trình bày ở trên không dùng độc lập nhau mà được dùng tổng hợp chung trong GIS, để tránh việc phải thực hiện các chuyển đổi khác tiếp theo. Các điểm chuẩn được chọn để chuyển đổi toạ độ là những điểm cắt của con song, đường giao thông. 1.6. PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN TRONG GIS 1.6.1. Phân tích không gian là gì? Phân tích không gian là áp dụng sự hỏi đáp về thế giới thực bao gồm vị trí hiện tại của cỏc vựng đặc trưng, thay đổi vị trí, các phương hướng, ước tính khả năng hoặc triển vọng dung kĩ thuật (hoặc mô hình) chồng xếp và dự đoán. Phạm vi phân tích không gian từ số học đơn giản và toán tử logic tới phân tích mô hình phức tạp. Phân tích không gian được xem là chức năng thứ sáu của hệ thống thống tin địa lý viết tắt là HTTTĐL, nó được phát triển một cách thần kỳ dựa trên sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về HTTTĐL trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích không gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống được gọi là HTTTĐL. Tất nhiên là các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống song đối với một HTTTĐL sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc. Và với một hệ thống như vậy thì các mô tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riờng, cỏc mô hình giải tích, dự báo đều có thể thực hiện trong chức năng xử lý không gian. 1.6.2. Khả năng phân tích không gian của GIS Phân tích không gian GIS bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên tập dữ liệu mới từ cơ sở dữ liệu bạn đầu. Các chức năng xử lý phõn tích không gian của GIS có thể chia thành các nhúm phép tớnh sau: * Các phép toán về xử lý cơ sở toán học thông tin không gian: - Chuyển đổi các phép chiếu, chuyển đổi toạ độ, múi chiếu, chuyển đổi tỷ lệ nền địa lý,… - Chuyển đổi giữa các đơn vị đo khác nhau. - Nắn chỉnh hình học, thực hiện việc điều chỉnh hình ảnh bản đồ theo điều kện hình học để chuyển về đồ hình thực của nó, nhằm loại bỏ các sai số biến dạng hình học. - Xử lý thông tin bản đồ: Gồm cỏc phộp tiếp biên bản đồ, ghép bản đồ, chồng lớp không gian, lập bản đồ chuyên đề, phõn tích hoặc chồng phủ các vùng,… * Các phép toán về chỉnh sửa, chuẩn hoá dữ liệu: - Phép sửa đổi (CLEAN): được dùng để sửa các lỗi thường gặp trong quá trình nhập các lỗi bản đồ (có thể là tự động hoặc hiển thị lỗi để thao tác viên sửa), các lỗi do CLEAN là: + Đường cắt nhau (Intersection): Các đường bắt buộc phải cắt nhau tại các điểm nút, không được chéo nhau. + Bắt không đúng vị trí: Bắt quá (Over shoot), bắt chưa tới (Under shoot). + Đường số hoá trúng lặp nhau nhiều lần (Duplicate). + Lọc, loại bỏ bớt giá trị điểm tham gia tạo đường khi mật độ các điểm quá dày. - Phép toán xõy dựng Topology (BUILD) có chức năng chạy tự động nhằm xõy dựng cấu trúc Topology cho các đối tượng không gian dạng Vector. - Các phép toán chuyển đổi: Khuôn dạng dữ liệu khi xuất dữ liệu sang các hệ GIS khác. * Các phép phõn tích dữ liệu địa lý: Các công cụ về phân tích dữ liệu địa lý chia thành các nhúm chớnh là hỏi đáp CDSL (Database Query), đại số bản đồ (Map Algbra) và các toán tử nội suy bề mặt. - Hỏi đáp cơ sở dữ liệu thường có hai định hướng: + Hỏi đáp dữ liệu không gian (Spatial Query) để trả lời cõu hỏi về vị trí, hình dạng và kích thước. + Hỏi đáp dữ liệu thuộc tớnh (Attribute Query) để trả lời cõu hỏi những vị trí nào mang thuộc tớnh này. Hỏi đáp dữ liệu thuộc tính gồm hai bước: chọn các đối tượng thoả món điều kiện tỡm kiếm theo từng lớp thông tin riêng rẽ và chồng xếp các đối tượng tỡm riêng rẽ trên từng lớp ra tập các đối tượng thoả mãn toàn bộ các điều kiện chung cho các lớp thông tin. - Các phép toán đại số bản đồ (Map Algra): Có thể coi là phần mở rộng của phõn tích không gian, là cốt lừi của việc tạo ra các dữ liệu bản đồ mới từ các dữ liệu cũ. Thông thường nó được dùng để xử lý ảnh số, tớnh toán, phõn tớch bề mặt. - Các phép toán nội suy bề mặt bao gồm các phép toán liên quan đến nội suy địa hình hoặc bề mặt liên tục nào đó trong không gian ba chiều (3D): Nội suy bề mặt địa hình từ các số liệu đầu vào; Các phép toán giải quyết các bài toán liên quan đến khoảng cách; Các phép toán về tớnh lõn cận. 1.7. GIS – MỘT KHOA HỌC LIÊN NGÀNH 1.7.1. Mối quan hệ của GIS với các ngành khoa học khác GIS là sự hội tụ của công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trờn cỏc tri thức của nhiều ngành khoa học để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành đó bao gồm: - Ngành khoa học địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó cú truyền thống lâu đời về phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu. - Ngành khoa học bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ. Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là khuụn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS. - Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS. - Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy bay là nguồn dữ liệu chính về bề mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào. - Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa… - Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS. Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong số liệu của GIS. - Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị dữ liệu. Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thể hiện, quản lý các đối tượng đồ hoạ. Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu diễn dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật. - Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian. 1.7.2. Một số ứng dụng của GIS Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là "công cụ hỗ trợ quyết định (decision - making support tool)”. Một số lĩnh vực được ứng dụng chủ yếu ở nhiều nơi trên thế giới là: 1.7.2.1. Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường - Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại...). - Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã. - Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông. - Bảo tồn đất ướt. - Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn. - Phân tích các tác động môi trường (EIA). - Nghiên cứu tình trạng xói mòn đất. - Quản trị sở hữu ruộng đất. - Quản lý chất lượng nước. - Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh. - Xây dựng bản đổ và thống kê chất lượng thổ nhưỡng. - Quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai. 1.7.2.2. Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển - Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã. - Định hướng và xác định các khu vực phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp. - Hỗ trợ quy hoạch và quản lý cỏc vựng bảo tồn thiên nhiên. - Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch cỏc vựng đô thị, các khu công nghiệp lớn. - Hỗ trợ bố trí mạng lưới y tế, giáo dục. Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi. Do vậy, GIS trở thành công cụ đặc dụng cho việc quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trờn cỏc vựng lãnh thổ. 1.7.2.3. Ứng dụng trong kinh doanh Các chức năng của hệ thống thông tin địa lý giúp cho việc thực hiện các quyết định kinh doanh tốt hơn thông qua phân tích địa điểm và sự thay đổi dân số trong khu vực, đó là điểm mấu chốt đảm bảo vị trí của công nghệ trong cộng đồng. 1.7.2.4. Quản lý hành chính và phân bố dân số Khả năng của GIS về mô tả hình vẽ và phân tích số liệu dân số mở ra những cơ hội cho một sự phân tích tin cậy trong quá trình trợ giúp quyết định và tạo ra các quyết định chính sách được lòng dân. 1.7.2.5. Quản lý cơ sở hạ tầng kiến trúc Những khả năng về phát triển, bảo trì và quản lý mạng lưới cấp thoát nước, hệ thống điện, khí gas và truyền thông tin… đã là những nhận thức đầu tiên về tiềm năng của GIS. 1.7.2.6. Y tế và an toàn nhân dân Các cơ quan y tế sẽ nhận thức được tốt hơn cũng như tội phạm và hỏa hoạn nếu phân tích sự lan truyền bệnh và các hoạt động tội phạm. GIS cung cấp khả năng thực hiện các nhiệm vụ đó nhanh chóng, thường xuyên với mức độ tin cậy cao và giá thành khá thấp có thể được. 1.7.2.7. Bản đồ và cơ sở dữ liệu xuất bản GIS là một công cụ đặc biệt phù hợp với các công việc của ngành đo đạc bản đồ, thành lập nhanh chóng và chính xác các loại bản đồ như bản đồ địa hình, mô hình, độ cao, bản đồ độ dốc, bản đồ chuyên đề. Truy cập số liệu bản đồ, hiển thị, liên kết và tổng hợp các cơ sở dữ liệu, mô hình hóa. 1.7.2.8. Dầu khí, gas và thăm dò khoáng sản Các nhà địa vật lý và địa chất đã bắt đầu nghiên cứu nghiêm túc về khả năng của hệ thống thông tin địa lý thành một công cụ nhằm nâng cao (cải tiến) mô hình thăm dò. 1.7.2.9. Quản lý thông tin bất động sản Nhà nước và các địa phương đã nhanh chóng nhận thức được tiềm năng của công nghệ GIS. Nó là một công cụ phục vụ cho việc xây dựng và bảo lưu toàn bộ và chính xác các nguồn bất động sản hiện có. 1.7.2.10. Quy hoạch đô thị và vùng Khả năng cung cấp cho các nhà quy hoạch nhanh chóng truy cập vào tập hợp dữ liệu trong công nghệ GIS phục vụ cho các phương án quy hoạch. 1.7.2.11. Trong Giao thông GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế hoạch và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử. Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS. 1.7.2.12. Nghiên cứu và đào tạo Trung tâm quốc gia về thông tin địa lý và phân tích cùng với ba trường tổng hợp đã lập thành một liên hợp khoa học quốc gia. Đõy chớnh là cơ sở vật chất cho việc thực hiện rộng lớn nghiên cứu các dự án GIS, bao gồm các vấn đề tập trung cho người sử dụng, xã hội, kinh tế và thể chế thực hiện. Chương 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH CHO CÔNG NGHỆ GIS Cơ sở dữ liệu địa hình là loại cơ sở dữ liệu chứa toàn bộ thông tin về bề mặt địa hình, trên đó thể hiện vị trí không gian của từng đối tượng địa hình và mối quan hệ hình học giữa các đối tượng và kèm theo đó là những thông tin thuộc tính giải thích cho đối tượng đó. 2.1. QUY TRèNH TỔNG QUÁT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Data Input Data Manipulation Data Output Data anagement Data Analysis and Retrieval Hình 2.1: Quy trình tổng quát xây dựng cơ sở dữ liệu. 2.1.1. Nhập dữ liệu ( Input of Data) Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu và ghi chúng vào cơ sở dữ liệu. Để cơ sở dữ liệu số không lỗi là công việc quan trọng và phức tạp nhất quyết định lợi ích của GIS. GIS phân ra hai loại dữ liệu, đầu tiên là vị trí hoặc cơ sở dữ liệu địa lý xác định vị trí của đối tượng trên bản đồ. Đây là khả năng xử lý đặc tính vẽ bản đồ ở thuộc tính không gian và phi không gian. Và nó chớnh là điểm khác nhau cơ bản giữa vẽ bản đồ tự động (vị trí dữ liệu phi không gian chỉ liên quan đến mầu sắc, kiểu đường...) với xử lý thông tin địa lý (dữ liệu phi không gian ghi tên đường, tên phố, đất sử dụng...). Nhìn chung có hai cách nhập dữ liệu cơ bản cho GIS: - Nhập dữ liệu không gian (dạng số). - Nhập dữ liệu phi không gian và các thuộc tính liên quan. Sau mỗi một giai đoạn nên kiểm tra dữ liệu để đảm bảo kết quả cơ sở dữ liệu không có sai sót. * Phương pháp nhập dữ liệu không gian Nhập dữ liệu phụ thuộc vào cấu trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý. Tuy nhiên trong hệ lý tưởng người sử dụng phải quan tâm là nên lưu trữ và xử lý ở dạng vector hoặc dạng raster. Có hai điều kiện nhập dữ liệu khác nhau hoặc cơ sở dữ liệu có cấu trúc vector hoặc cấu trúc raster. - Nhập thủ công đối với hệ thống vector: Nguồn dữ liệu được xem như các điểm, các đường, hoặc cỏc vựng. Toạ độ của dữ liệu tìm được nhờ chiếu lên lưới chiếu có tên trên bản đồ. Chúng đơn giản là một tệp hoặc một chương trình được nhập vào. - Nhập thủ công đối với hệ thống raster: Đối với mỗi hệ thống raster, tất cả các điểm, các đường và cỏc vựng được định ra như tệp cỏc ụ lưới. Dữ liệu được lưu trữ ở dạng ma trận số nguyên. Các số được dùng tương ứng của các đơn vị bản đồ được hiểu như mầu sắc hoặc độ xám, nhưng chúng có thể chỉ giá trị đặc tính không gian nào đó. Vì độ phân giải của lưới và mó hoỏ hệ thống là tuỳ chọn nên mỗi ô được ghi và nhập tách nhau ra. Thường thực hiện theo nguyên tắc hàng đến hàng, bắt đầu từ gúc trờn bên trái, sau đó tuần tự xuống dưới. Dữ liệu này được đánh vào một tệp văn bản và được xét lỗi nếu có nhầm lẫn trước khi ta đọc tệp đó vào GIS. Người nhập dữ liệu phải ghi nhớ hai điều quan trọng là: đầu tiên độ chính xác của biểu diễn bản đồ phụ thuộc trực tiếp vào kích thước ô lưới, thứ hai là dung lượng của dữ liệu. - Số hoá: Dữ liệu trên bản đồ giấy có thể được số hoá vào các cơ sở dữ liệu GIS theo phương pháp số hoá cổ truyền từng đối tượng một thông qua bàn số hoá (Digitizer) hoặc bằng cách sử dụng máy quét ảnh Scanner điện tử để quét từng mảng bản đồ chứa các đối tượng cần nhập vào máy. Số hoá là quá trình chuyển đổi dữ liệu không gian từ bản đồ sang khuôn dạng dữ liệu số. Các đối tượng điểm, đường và vùng hình thành nên bản đồ số được chuyển thành cỏc dãy toạ độ (x,y). Mỗi một điểm được thể hiện bằng một cặp toạ độ đơn, một đường được thể hiện bằng dãy cỏc toạ độ kết nối với nhau, một hoặc nhiều đường khép kín với một điểm nhãn nằm bên trong đường biên sẽ xác định được một đối tượng vùng. Do vậy, số hoá là một quá trình để nhập tập hợp các đối tượng điểm và các đối tượng đường. Các điểm thường được sử dụng với hai mục đích: thể hiện các đối tượng điểm hoặc xác định điểm nhãn của một vùng, vì vậy để tránh nhầm lẫn không nên số hoá cả hai loại điểm này trong cùng một lớp. Số hoá liên quan đến vấn đề búc tỏch tất cả các đối tượng trên bản đồ. Điều này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng một bản đồ giấy và tỏch nó ra thành từng bản đồ thành phần chuyên đề - bao gồm các đối tượng điểm và đường. * Phương pháp nhập dữ liệu phi không gian Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là dữ liệu thuộc tính có thể nhập trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các tệp văn bản hoặc từ các tài liệu khác có liên quan. Cùng với dữ liệu không gian, các dữ liệu phi không gian của cùng một yếu tố cũng được lưu và đều được liên kết với các dữ liệu không gian của chính đối tượng đó. Vì vậy khi nhập dữ liệu phi không gian ta phải đặt chúng vào đúng vị trí của dữ liệu không gian. 2.1.2.Thao tác dữ liệu ( Data Manipulation) Bước thao tác dữ liệu bao gồm các yêu cầu sau: - Sửa chữa dữ liệu. - Làm mảnh và lược bỏ bớt các đường nét số hóa. - Cắt xén, sửa chữa các đường polygon. - Tính chuyển các lưới chiếu bản đồ. - Nối kết các đối tượng của các file bản đồ liền kề nhau. - Hợp nhất các dữ liệu số hóa và các tệp tin thành một CSDL số chung. - Chuyển đổi dữ liệu raster sang vector. - Nối kết các đối tượng dạng vùng với các bảng thuộc tính. - Tính toán khoảng cách của các buffer. 2.1.2.1. Các sai số của dữ liệu Sai số có thể xuất hiện trong quá trình nhập dữ liệu không gian và phi không gian. Các sai số này bao gồm: - Dữ liệu không gian không hoàn chỉnh: Tức là dữ liệu không gian bị bỏ sút cỏc điểm, đường, hoặc vùng khi nhập dữ liệu thủ công. Khi quét bỏ sót dữ liệu thường ở dạng gián đoạn giữa xử lý chuyển đổi dữ liệu raster và vector. Mặt khác số hoá thủ công, các đường được số hoá không chỉ một lần. - Dữ liệu không gian ở sai vị trí: Có thể sắp xếp theo thứ tự từ sai số vị trí nhỏ sang sai số vị trí lớn. Dạng này thường là kết quả của số hoá không cẩn thận, do sai số từ bản gốc hoặc do thay đổi tỷ lệ trong quá trình số hóa, cũng có thể là lỗi ở phần cứng hoặc phần mềm. - Dữ liệu không gian sai tỷ lệ: Nếu tất cả các dữ liệu bị sai tỷ lệ thì chủ yếu là do việc số hoá thực hiện sai tỷ lệ. Trong hệ thống vector tỷ lệ rất dễ thay đổi. - Dữ liệu không gian bị méo: Do khi số hoá sử dụng bản đồ nền không đúng tỷ lệ. Hầu hết các ảnh chụp hàng không không đúng tỷ lệ trên toàn bộ ảnh do góc nghiêng máy bay, do địa hình, do khoảng cách từ ống kính đến đối tượng khác nhau ở các phần khác nhau của một vùng, do mộo hỡnh kớnh vật, biến dạng phim ảnh... Tất cả các bản đồ giấy và văn bản đều gây ra các sai số do sự biến dạng của giấy, ảnh hưởng của thời tiết, các vết gấp... Mặt khác sự chuyển đổi từ hệ thống tọa độ này sang hệ thống toạ độ khác cũng làm cho các toạ độ biểu thị sai. - Sự liên kết sai giữa dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian do mã nhận dạng sai được nhập vào trong khi mã hóa không gian. - Dữ liệu phi không gian do ghi vào sai hoặc mó hoỏ sai. Bảng sau đây đưa các khả năng chung của hệ thống thông tin địa lý cho việc bảo trì và thao tác dữ liệu. Bảng 2.1. Các khả năng chung của GIS trong việc thao tác dữ liệu. Tên Công dụng ADD / DELETE CHANGE Soạn thảo căn hàng, độ dài, văn bản, kiểu chữ và đặc tính thực thể bản đồ. MOVE / ROTATE Di chuyển thực thể tới vị trí mới (điểm, đường, miền hoặc nhóm các điểm ảnh). STRETCH / RECTIFY Điều chỉnh tọa độ cho phù hợp với cơ sở đúng. TRANSFORM SCALE Điều chỉnh tọa độ cho phù hợp với cơ sở cho trước. TRANSFORM PROJECTION Điều chỉnh tọa độ cho phù hợp với phép chiếu. ZOOM / WINDOW Phóng to, thu nhỏ vùng cần nghiên cứu. CLIP Cắt ra khỏi một miền cần nghiên cứu như phân chia phần. JION / EDGE MATCH Nối một số bản đồ liên quan đảm bảo tính liên tục chỗ giáp nhau của thông tin đường và văn bản. POLYGON OVERLAY AND MERGE Cắt nhau hai mạng đa giác tạo nên mạng đa giác mới. 3D PROJECSION Tạo hình ba chiều của dữ liệu (biểu đồ khối). RASTER TO VECTOR Chuyển đổi dữ liệu raster thành tệp vector. VECTOR TO RASTER Chuyển đổi dữ liệu đường và đa giác thành các điểm ảnh. GENERALIZATION Thuật toán giảm nhỏ dữ liệu cho cấu trúc dữ liệu thay đổi nhờ tỷ lệ. AND SMOOTHING Di chuyển vượt quá tọa độ trong đường số hóa. DATA RETRIEVAL Thủ tục đơn giản đếm các mục, dự báo các vùng, chu vi, khoảng cách thôngtường... AND REPORTING Kiểm tra đúng sai, kết quả thường được ghi vào một tệp văn bản để xử lý thêm. 2.1.2.2. Kiểm tra dữ liệu Cách tốt nhất để kiểm tra số liệu đã số hóa là đọc vào máy tính và vẽ lại chỳng trờn giấy bóng can cùng tỷ lệ như bản gốc. Hai bản đồ này đặt trựng lờn nhau trên một bàn sáng và so sánh lần lượt từ trái qua phải và từ trên xuống dưới. Những dữ liệu bị mất và sai sót cục bộ dễ dàng phát hiện và đánh dấu lại. Các hệ vector có thể in ra mã nhận dạng cho từng thực thể đồ thị. Nếu bản vẽ là toàn bộ bản đồ thì chỉ cần kiểm tra các sai sót cục bộ, còn nếu bản vẽ là một phần của hai bản đồ hay cần liên kết với các dữ liệu khỏc cú trong máy tính thì cần phải kiểm tra cả tính phù hợp với các phần kề nó. Dữ liệu phi không gian có thể kiểm tra bằng cách in ra và so sánh các cột bằng mắt thường. Cách tốt hơn là quét tệp đó vào máy tính và dùng một chương trình kiểm tra độ chính xác của các liên kết đó. Chương trình này thường được thiết kế theo kiểu khi gặp sai số sẽ đánh dấu lại. bằng cách như vậy ta có thể loại bỏ được tất cả các sai sót thông thường. Những sai sót của dữ liệu phi không gian khó phát hiện nếu chỳng đỳng về cú pháp nhưng sai về giá trị. 2.1.2.3. Sửa chữa dữ liệu Hầu hết việc sửa chữa dữ liệu rất tốn thời gian và thường lâu hơn thời gian nhập dữ liệu. Những giá trị thuộc tính sai hay những sai sót không gian trên bản đồ được sửa chữa bằng cách thay đổi giá trị của những ô sai. Nếu có nhiều ô sai cần số hoá lại ghi đè lên dữ liệu cũ. Những sai sót cục bộ trong cơ sở dữ liệu vector có thể sửa chữa bằng cách sử dụng khoá trong dữ liệu mới, chỉ ra vị trí của nó trong bảng số, hoặc dùng lệnh để quay, thờm, xóa, dịch chuyển... ghép hoặc tỏch cỏc phần của đồ thị theo yêu cầu. Việc sửa chữa các cơ sở dữ liệu raster thường gây khó khăn cho các phần khác của cơ sở dữ liệu. Việc sửa chữa này không tách biệt mà phải đảm bảo việc kết nối cơ sở dữ liệu. 2.1.2.4. Cập nhập dữ liệu Nhiều thông tin địa lý thay đổi theo thời gian như những thay đổi về ranh giới hành chính, biên giới sử dụng đất, những thay đổi về mạng lưới giao thông... Khi đó, cần thay đổi lại cơ sở dữ liệu và đú chớnh là công việc cập nhập cơ sở dữ liệu. Cập nhập thường bao gồm việc khảo sát lại và xử lý các thông tin mới. Có một số thông tin ví dụ bề mặt trái đất có thể thay đổi rất chậm nhưng trong đó có một vài thay đổi rất quan trọng nên cần bổ xung cả những thông tin này dù rất nhỏ. Mặt khác cũng cần thay đổi những dữ liệu phi không gian liên kết với các dữ liệu không gian mới cập nhập. 2.1.2.5. Xác định hệ tọa độ Để cơ sở dữ liệu xây dựng có ích cho việc phân tích địa lý, toàn bộ dữ liệu địa lý phải được nhập vào trong cùng một hệ toạ độ thông qua việc xác định các điểm khống chế địa lý trong hệ toạ độ chung đó. Các bước trong việc xác định hệ toạ độ: - Chọn dữ liệu nguồn. Các dữ liệu nguồn cho cơ sơ dữ liệu có thể là bản đồ giấy mà từ đó ta số hoá hay dữ liệu số từ các hệ thống khỏc cú một loại yếu tố mà bạn phải khảo sát khi chọn dữ liệu gốc để thoả món cỏc yờu cấu đặt ra. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đó khác nhau và chủ yếu là: + Độ chi tiết của dữ liệu không gian. Tỷ lệ của nguồn dữ liệu gốc bản đồ quyết định đế mức độ chi tiết của dữ liệu không gian thể hiện trên bản đồ. + Phải biết được lưới chiếu của bản đồ gốc do tuỳ theo từng loại lưới chiếu mà mức độ biến dạng các tính chất không gian của các đối tượng địa lý sẽ khác nhau. + Độ chính xác của dữ liệu gốc. Các dữ liệu trên bản đồ có độ chính xác phụ thuộc vào phương pháp vẽ bản đồ, phép chiếu và tỷ lệ của nó. - Xác định lưới chiếu bản đồ cho cơ sở dữ liệu. Khi lựa chọn lưới chiếu lưu trữ cơ sở dữ liệu bạn cần lưu ý đến phép chiếu của dữ liệu gốc, các tính chất không gian cần bảo toàn và mục đích chính của cơ sở dữ liệu. - Xác định các điểm khống chế trong hệ toạ độ chung. Đây thực chất là việc ghi nhận các điểm trên bản đồ mà ta đã biết vị trí của chúng trên mặt đất. Khi ghi nhận một lớp thông tin về mặt đất thực ta phải đăng ký một số điểm trên bản đồ và lưu nhận chúng với toạ độ X và Y. Để đảm bảo sự biến dạng nhỏ nhất khi số hoá bản đồ thành các lớp thông tin cần phải có ít nhất 4 điểm khống chế và chúng được phân bố đều trên bản đồ. Các điểm khống chế (điểm Tic) thường là: góc khung toạ độ bản đồ, giao điểm cắt nhau của đường giao thông, điểm mốc lưới khống chế toạ độ, các điểm tham chiếu nội suy. - Tạo lớp phủ các điểm Tic tổng thể. Trước khi số hoỏ cỏc lớp thông tin trên bản đồ giấy ta phải tạo ra lớp phủ điểm Tic, cần có tối thiểu 4 điểm. Các lớp thông tin như đất, thuỷ hệ, giao thông... tập hợp lại thành một lớp phủ và tổ chức như là một mảnh bản đồ thực tế. Các lớp này còn gọi là các lớp thông tin chuyên đề, trên một vùng lãnh thổ chúng được thể hiện như là các lớp phủ theo phương thẳng đứng. Do vậy, cần thiết phải có một hệ khung (hệ toạ độ) để có thể chồng xếp các lớp thông tin đú lờn nhau, phủ vùng lãnh thổ chúng thể hiện. Thông thường các lớp thông tin được tạo ra từ các mảnh bản đồ khác nhau, nhưng khi quản lý trong cơ sở dữ liệu chúng được ghép nối lại thành một mảnh bản đồ lớn bao phủ cả khu vực quản lý. Việc phân chia các mảnh bản đồ như vậy còn gọi là phân mảnh bản đồ theo toạ độ khung. 2.1.3. Lưu trữ và quản lý dữ liệu (Data Management). 2.1.3.1. Quản lý dữ liệu Các đối tượng trên mặt đất được thể hiện trên bản đồ trong một mặt phẳng thông qua các đối tượng điểm, đường, vùng. Hệ tọa độ mặt phẳng (x,y) Đề các (Cartesian) được dùng để quy chiếu các đối tượng bản đồ tương ứng với các vị trí của chúng trên mặt đất. Trong phần mềm ArcGIS mỗi điểm được lưu trữ bằng một cặp tọa độ (x,y). Các đường (cung) được lưu trữ bằng một dãy các cặp tọa độ (x,y). Cỏc vựng được ghi thành một dãy các cặp tọa độ (x,y) xác định các đoạn thẳng bao quanh vựng đú. Với các cặp tọa độ (x,y) ta có thể biểu diễn các điểm, đường, vùng như một dãy các tọa độ thay cho hình ảnh hoặc đồ thị của chúng. Các tọa độ này sẽ được lưu trữ và quản lý như một tập hợp các số giá trị của (x,y) trong máy tính. Các giá trị tọa độ bản đồ có thể được biểu diễn bằng các đơn vị của trang bản đồ như “inch”, “cm”, “m” dùng để đo các khoảng cách trên bản đồ bằng thước đo. Nhưng các bản đồ trong công nghệ GIS lại thường sử dụng các hệ tọa độ gắn liền với thế giới thực và được quy chiếu trên một mặt phẳng. Các giá trị tọa độ này biểu diễn một vị trí thực của các đối tượng trên bề mặt Trái đất trong một hệ toạ độ nhất định. 2.1.3.2. Lưu trữ dữ liệu Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu số tốn kém và mất thời gian, thực chất đó là việc chuyển đổi thông tin số hoá trong máy ra các môi trường nhớ cố định để được bảovệ tốt hơn. Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu được lưu giữ trong các môi trường từ như băng từ, đĩa từ... Dữ liệu thuộc tính được lưu dữ theo mô hình dữ liệu quan hệ (Relational Database Model), đây là mô hình phổ biến nhất và được nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu nổi tiếng nhất hiện nay sử dụng. Cơ sở dữ liệu thường được thể hiện theo 3 chiều: - Chiều ngang: Do bản đồ thể hiện bề mặt của một vùng nào đó trên trái đất. Tuy nhiên để lưu trữ trong cơ sở dữ liệu ta không thể lưu trữ toàn bộ trong cùng một file được. Vì vậy, chúng ta phải quản lý phân mảnh mặc dù nó vẫn được coi là liên tục. Việc phân mảnh và ghép mảnh được thực hiện chính xác trang hệ thống thông tin địa lý. - Chiều dọc: Mô tả phân lớp thông tin. Trên một bề mặt, có rất nhiều thông tin khác nhau, những thông tin đó được quản lý trong cơ sở dữ liệu theo nguyên tắc phân lớp. Mỗi lớp biểu diễn một loại đối tượng: lớp nhà, lớp giao thông, lớp sông ngòi, lớp lưới điện... - Chiều xiên: Mô tả sự biến đổi của đối tượng theo thời gian. 2.1.4. Phân tích dữ liệu (Data Analysis and Retrieval) GIS là hệ thống rất thuận tiện để sản xuất các bản đồ số ở các tỷ lệ khác nhau. Với các phép chiếu khác nhau, với cách thể hiện đa dạng, mang tính mỹ thuật về đường nét và màu sắc. Nhưng sức mạnh và hiệu quả chính của GIS là ở chỗ GIS là công cụ phân tích. Các công cụ phân tích của GIS được xây dựng trên cơ sở các phép toán phân tích. Hiện nay công cụ đó ngày càng được mở rộng, phát triển phụ thuộc vào các chuyên môn ứng dụng khác nhau. Chính điều đó thể hiện tính phổ biến, tính hiệu quả, hệ thống mở của GIS. GIS cung cấp các công cụ cho phép ta nghiên cứu quá trình diễn ra trong thế giới thực theo các mô hình phát triển. Những mô hình mang tính không gian và thời gian đú giỳp ta hiểu rõ thế giới thực theo luận điểm khoa học khách quan, từ đó định hướng phát triển phù hợp mang lại hiệu quả lâu dài. Các phép toán phân tích ngày càng được mở rộng, phát triển nhiều và mạnh thêm. Ta có thể nhìn nhận chúng theo ba chức năng tổng quát nhất là: - Hỏi đáp dữ liệu (Database Query): Chọn ra các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu theo các biểu thức tìm kiếm. Điểm khác biệt so với hỏi đáp dữ liệu truyền thống là các biểu thức tìm kiếm có chứa các phép toán không gian. Về bản chất, hỏi đáp dữ liệu không sinh ra các dữ liệu mới. - Tạo ra các bản đồ dẫn xuất (Derivative Mapping): Tạo ra các đối tượng mới từ các dữ liệu đã tồn tại trong cơ sở dữ liệu địa lý qua những mối quan hệ giữa các đối tượng hiện tượng. Trong các hệ GIS hiện đại, những mối quan hệ đó được mô tả bằng các biểu thức có chứa các phép toán không gian. Khả năng này rất hiệu quả để tạo ra bản đồ chuyên đề. - Mô hình hóa quá trình (Process Modelling): Xây dựng mô hình hóa quá trình tức là ta mô tả quá trình đó theo không gian và thời gian bằng cơ sở dữ liệu và các phép toán thao tác cơ sở dữ liệu đó. Đó là những hiểu biết thực sự về các đối tượng, thấy trước được các quy luật phát triển của chúng. Khi đó hệ thống thông tin của ta thật sự là môi trường chịu sự tác động của các quy luật ngẫu nhiên và tất nhiên. Phép phân tích này thể hiện tính chuyên môn rất cao. Chỉ với những hiểu biết thực sự và khoa học về các đối tượng hiện tượng, biết được các mối quan hệ, các tác động qua lại giữa chúng với nhau ta mới mô hình hóa được sự phát triển của chúng. Ngoài ra các công cụ phần cứng cũng như phần mềm đủ mạnh là một yếu tố quan trọng, bởi vì để phản ánh được quá trình phát triển của các đối tượng hiện tượng thì đòi hỏi các thông tin về chúng phải mới, không lạc hậu. Chính vì vậy cơ sở dữ liệu phải được cập nhập thường xuyên. Hơn thế nữa các phép toán mô tả sự phát triển của các đối tượng hiện tượng theo thưũi gian thường rất phức tạp nên yếu tố cần thiết để thực hiện việc mô hình hóa quá trình là phải có được các công cụ phần cứng và phần mềm hiện đại. Tóm lại với mô hình hóa quá trình ta mô tả được quả trình theo không gian và thời gian như vậy ta có thể dự đoán trước được sự phát triển sau này của các hiện tượng tự nhiên cũng như kinh tế xã hội. Trên cơ sở đó đưa ra các quyết định để điều khiển sự phát triển của các đối tượng, hiện tượng theo hướng có lợi. 2.1.5. Xuất dữ liệu (Data Output) Xuất dữ liệu là thao tác để biểu diễn lại dữ liệu đã được xử lý ở dạng cho người sử dụng hoặc ở dạng có thể chuyển đổi cho hệ thống máy tính khác. Dữ liệu cho người sử dụng được xuất ra dưới dạng: - In ra các bản đồ theo đúng quy phạm từ dữ liệu số. - Đưa ra các bảng biểu, đồ thị theo yêu cầu của người sử dụng. - Đưa ra các bản đồ chuyên đề phù hợp với mục đích sử dụng. Dạng cho hệ thống khác có thể là băng từ mà hệ đó có thể đọc được hoặc truyền đi qua mạng truyền số liệu. Hầu hết các Hệ thống thông tin địa lý đều có phần mềm để lựa chọn việc đưa dữ liệu ra. Các thiết bị xuất dữ liệu ở dạng cho người sử dụng thường là màn hình, máy in, màn hình đồ họa hay máy vẽ. Cả VDU và máy vẽ đều được xử lý bằng kỹ thuật raster hoặc vẽ đường vector. 2.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG ARCGIS ArcGIS Desktop là một sản phẩm của Viện Nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI). Có thể nói đây là một phần mềm về GIS hoàn thiện nhất. ArcGIS cho phép người sử dụng thực hiện những chức năng của GIS ở bất cứ nơi nào họ muốn: trên màn hình, máy chủ, trên web, trờn cỏc field… Phần mềm ArcGIS Desktop bao gồm 3 ứng dụng chính sau: ArcToolBox: Là một ứng dụng cung cấp các chức năng xử lý và phân tích không gian với tất cả các định dang dữ liệu của bộ sản phẩm ArcInfo. Nó cung cấp khoảng hơn 100 công cụ để thao tác với dữ liệu. Rất dễ dang để tìm ra công cụ để thực thi một chức năng mong muốn ArcCatalog: Là một ứng dụng mà ở đó có thể tập hợp các kết nối đến tất cả các nguồn dữ liệu cần sử dụng. Khi lựa chọn một kết nối thì có thể truy cập được vào dữ liệu trong kết nối đú. Cỏc kết nối đó có thể là đến các thư mục trờn mỏy hiện tại, có thể là các CSDL trên mạng hoặc thông qua ArcIMS trên Internet server. ArcMap: Là một ứng dụng cho phép người dùng hiển thị, chỉnh sửa dữ liệu không gian cũng như đữ liệu thuộc tính của thực thể. ArcMap hỗ trợ hầu hết các định dạng đồ hoạ thông dụng như *.dgn, shapefile, … nhưng sức mạnh được thể hiện rõ nhất khi sử dụng các định dạng do ESRI cung cấp như GeoDatabase… Các định dạng, mô hình dữ liệu địa lý trong phần mềm ArcGIS: - Shapefiles: Là một tập hợp các đối tượng đồng nhất về kiểu dữ liệu không gian, có thể là một trong các kiểu sau: Point, Polyline, Polygon, MultiPoint, MultiPatch. Một Shapefile bào gồm ba file chính lưu trữ dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Shapefile lưu các thuộc tính trong một dBASE file. Các thuộc tính khác của đối tượng có thể được lưu trong một bảng dBASE có kết nối đến shapefile thông qua một thuộc tính khoá. Hệ toạ độ của shapefile có thể chấp nhận giá trị “Unknown” hoặc được định nghĩa cụ thể. Hệ toạ độ này có thể được định nghĩa sau khi tạo shapefile. Miền giá trị của geodatabase feature classs là tĩnh không thể thay đổi, nhưng miền giá trị của shapefile được tính toán lại sau mỗi thay đổi trờn nó. - Coverage: Định dạng coverage được sử dụng làm chuẩn để trình bày dữ liệu vector trong ArcInfo. Định dạng này được sử dụng vỡ nó có hiệu quả cao đối với dữ liệu không gian và topology: dữ liệu thuộc tính được lưu trong các bảng quan hệ có thể tuỳ chọn kết nối với các cơ sở dữ liệu khác. Coverage kết hợp dã liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cựng cỏc quan hệ topology trong đối tượng. Dữ liệu không gian dược lưu ở các file nhị phân và dữ liệu thuộc tính cùng với dữ liệu topology được lưu ở các INFO table. Coverage được lưu trong máy tính dưới dạng một thư mục. Tên thư mục chính là tên coverage, một tập hợp các coverage được tổ chức lại một nơi gọi là workspace. Mô hình của một workspace được thể hiện trong hình dưới đây. Một coverage bao gồm một tập các file, mỗi file trong số đó lưu một phần thông tin về feature class. - Geodatabase: Geodatabase là tên viết tắt của geographic database, là mô hình thông tin địa lý cốt lõi để tỏ chức dữ liệu GIS vào trong các layer chủ đề và trình diễn dữ liệu không gian. Geodatabase có thể được hiểu là một tập hợp các ứng dụng và các công cụ để thao tác và quản lý dữ liệu GIS. Các ứng dụng có thể được sử dụng trờn trỡnh khỏch (client – ArcGIS Desktop), hoặc trình chủ (ArcGIS server), và có thể trong các ứng dụng tuỳ chọn khác (ArcGIS Engine). Geodatabase là một GIS và DBMS được coi như là một chuẩn để lưu trữ dữ liệu vật lý và được thực thi bởi một hoặc nhiều người một lúc trờn cỏc DBMS và XML. Geodatabase được thiết kế như một mô hình lưu trữ mở. Chương 3 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1:10000 TỈNH HÀ GIANG BẰNG PHẦN MỀM ARCGIS 3.1. KHÁI QUÁT VỀ TỈNH HÀ GIANG 3.1.1. Điều kiện địa lý tự nhiên 3.1.1.1. Vị trí địa lý Phía Bắc tỉnh Hà Giang giáp tỉnh Vân Nam - Trung Quốc, phía Đông giáp tỉnh Cao Bằng, phớa Đông Nam giáp tỉnh Tuyên Quang, phía Tây giáp tỉnh Lào Cai và phía Nam giáp tỉnh Yên Bái. Hà Giang nằm trong tọa độ địa lý từ 22°10’ đến 23°23’ vĩ độ Bắc và 104°24’ đến 105°37’ kinh độ Đông. Tỉnh có 215,7km đường biên giới Việt - Trung, có cửa khẩu quốc gia Thanh Thuỷ và nhiều lối mở trên tuyến biên giới Việt - Trung trực tiếp giao lưu với vùng lục địa rộng lớn phía Tây Nam của Trung Quốc, được gắn với khu vực tam giác tăng trưởng Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh bằng các tuyến quốc lộ 2, 4C, 70, 32, có tiềm năng để phát triển dịch vụ - thương mại, xuất nhập khẩu và du lịch. Đồng thời cũng có vị trí chiến lược hết sức quan trọng về quốc phòng, an ninh và bảo vệ chủ quyền biên giới quốc gia. Là vùng đầu nguồn rộng lớn, địa bàn sinh sống của đồng bào các dân tộc thiểu số, có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự phát triển bền vững của quốc gia . 3.1.1.2. Đặc điểm địa hình Đặc điểm địa hình của Hà Giang rất phức tạp, có những nét riêng biệt mà cỏc vựng khỏc không có và được hình thành trong nhiều giai đoạn kiến tạo khác nhau, có nhiều đứt gãy, uốn nếp và sụt lún. Hà Giang có địa hình núi cao, trên 60% diện tích có độ cao trên 1.000 m, trên 90% diện tích có độ dốc trên 25º, bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, xen kẽ là các thung lũng có địa hình tương đối bằng phẳng như Quản Bạ, Yên Minh, Hoàng Su Phì, Xín Mần… Phần lớn địa hình tỉnh Hà Giang là rừng rậm, núi đồi cao và dốc, xen kẽ nhiều thung lũng sâu và hẹp, đặc biệt có cao nguyên đá Đồng Văn ở phía Bắc vừa được công nhận là di sản của thế giới. 3.1.1.3. Đặc điểm địa chất Là miền phát triển các dãy núi cao và trung bình, sườn dốc chạy dọc song song và kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Xen với các dãy núi cao là các thung lũng sâu, phân cách mạnh. Hoạt động tầng kiến tạo và địa chất rất mạnh mẽ. Các quá trình động lực diễn ra các nơi: phong hoá, trượt lở, Karst, đá đổ, xâm thực, búc mũn. Cùng với sự thay đổi môi trường xung quanh: thiên nhiên, khí hậu, động thực vật và con người,... dẫn tới môi trường địa chất không được ổn định. Cấu trúc địa chất phát triển theo phương Tây Bắc - Đông Nam với cỏc nõng trồi địa lý kéo dài. Bên cạnh đó hình thành một loại các đứt gãy sâu, chạy dài cùng với phương cấu trúc chung Tây Bắc - Đông Nam càng làm tăng thêm mức độ phức tạp của cấu trúc đất đá. 3.1.1.4. Khí hậu Hà Giang có khí hậu điển hình của vùng nhiệt đới núi cao vùng Đông Bắc với ngày nóng, đêm lạnh, ít chịu ảnh hưởng của bão. Khí hậu trong năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 9 có nhiệt độ và độ ẩm cao; mùa khô bắt đầu tư tháng 11 đến tháng 3 năm sau, khí hậu lạnh, độ ẩm và lượng mưa thấp. Tháng 4 và tháng 10 là thời gian chuyển giao giữa hai mùa. Nhiệt độ không khí bình quân năm là 22,25oC. Lượng mưa bình quân hàng năm từ 2.500 - 2.700 mm, phân bổ không đều, mưa lớn tập trung vào tháng 6,7,8 chiếm đến 80% lượng mưa cả năm. Cỏc thỏng khụ hạn bắt đầu từ tháng 12 năm trước đến tháng 3 năm sau. Độ ẩm trung bình trên 80%, số giờ nắng trong năm 1.500 giờ. Là khu vực chịu ảnh hưởng của gió Tõy và Đông Nam, ít chịu ảnh hưởng của bão và gió mùa Đông Bắc. Ngoài ra còn có mưa đá, gió lốc thường xảy ra vào đầu mùa mưa với tần suất xuất hiện trung bình 1,3 - 1,5 ngày/năm, có xuất hiện sương muối vào mùa đông, cá biệt còn có tuyết tại các vùng cao. 3.1.2. Tài nguyên thiên nhiên 3.1.2.1. Tài nguyên đất Tổng diện tích đất tự nhiên của tỉnh là 7.976,070 km2, chủ yếu là các loại đất đỏ và vàng nhạt phát triển trờn đỏ, cỏt, đỏ sét và đá vôi, có kết cấu khá chặt chẽ. Đất nông nghiệp đã sử dụng khoảng 62.274,3 ha, chiếm 7,10% tổng diện tích đất tự nhiên, trong đó đất ruộng lúa, màu là 12.741,42 ha, đất nương rẫy 30.275,51 ha, đất trồng cây hàng năm khác 7.938,52 ha, đất trồng cây lâu năm (chủ yếu là chè) 3.275,85 ha, đất vườn tạp 1.173 ha, đất đồng cỏ chăn nuôi 5.778 ha, mặt nước nuôi trồng thuỷ sản 410 ha. Đất lâm nghiệp đang có rừng 282.647 ha, độ che phủ đạt 30,3%, hầu hết là rừng phòng hộ, trong đó rừng tự nhiên là 274.651 ha, rừng trồng 9.045,94 ha. Đất chuyên dùng có khoảng 4.489,61 ha, trong đó đất giao thông 2.972,52 ha, đất xây dựng 379,26 ha, đất ở 1.918,443 ha. Đất trống đồi núi trọc có khả năng sử dụng còn rất lớn, 525.892 ha (chiếm 58% diện tích tự nhiên), trong đó đất bằng chưa sử dụng là 1.743,69 ha và đất đồi núi chưa sử dụng là rất lớn, khoảng 524.658,81 ha. 3.1.2.2. Tài nguyên rừng Hà Giang là một tỉnh miền núi cao, khí hậu đa dạng nên rất phong phú về tài nguyên động, thực vật, có điều kiện phát triển nền sản xuất hàng hoá với nhiều lâm sản quý. Với hơn 332 ha rừng (bao gồm cả rừng trồng và rừng tự nhiên) chủ yếu tập trung ở những nơi vùng cao và vựng sõu, vựng xa. Rừng của tỉnh Hà Giang với chức năng chủ yếu là phòng hộ, ngoài ra cũn cú cỏc rừng đặc dụng. Trong rừng tự nhiên còn một số gỗ quý hiếm có tính chất đặc hữu như Pơ mu, vân sam, thông,… các động vật quý hiếm như hổ, gấu, báo,... cỏc cây đặc sản như: cánh kiến đỏ, song, mây, tre và một số lâm sản khác. Rừng không chỉ có ý nghĩa đối với quốc gia còn có ý nghĩa đối với quốc tế về các mặt bảo tồn gen động, thực vật quý hiếm, nghiên cứu khoa học,… Cùng với sự phát triển kinh tế tỉnh Hà Giang cũng luôn chú trọng tới việc bảo tồn và phát triển tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá này. Tuy nhiên công tác quản lý và bảo vệ chưa hữu hiệu, do đó đây là nơi phát sinh vấn đề về môi trường cũng như thất thu ngân sách. 3.1.2.3. Tài nguyên khoáng sản Tỉnh Hà Giang có một số loại khoáng sản giá trị cao như vàng, kim loại màu, đất hiếm…, song chưa được đầu tư thăm dò, đánh giá đầy đủ. Đất hiếm gồm các loại quặng barớt, florit ở xã Mậu Long _Yên Minh với trữ lượng trên 40 triệu tấn đã được khai thác từ những năm 1980 nhưng mới ở quy mô rất nhỏ. Các điểm quặng kim loại màu như đồng, chì, kẽm ở khu vực xã Tả Lủng_ Mèo Vạc với trữ lượng khoảng 6.000 - 8000 tấn, đá lợp có ở dọc theo bờ sông Lô,vàng ở khu vực xã Linh Hồ_ Vị Xuyên. 3.1.2.4. Tài nguyên nước Hà Giang là tỉnh miền núi cao, có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa đông lạnh, mùa hè nóng, ẩm và mưa nhiều, lượng mưa thường tập trung vào tháng 6, 7, 8 (chiếm đến 80% lượng mưa cả năm), lượng mưa trung bình hàng năm bình quân trên 2.000 mm. Hệ thống sông suối, trên địa bàn có 3 con sông chớnh: sông Lô, sông Miện và sông Gõm, ngoài ra còn nhiều sông suối khác như sông Nho Quế, sông Bạc,... Hệ thống chứa nước và tiêu thụ nước của tỉnh Hà Giang được thể hiện trên 3 sụng chớnh sau: - Sông Lô: Bắt nguồn từ Trung Quốc có độ cao 1.500m, chảy từ tõy sụng đụng, chảy vào Việt Nam rồi chuyển theo hướng Bắc nam tại Hà Giang, nó đi qua toàn bộ huyện Vị Xuyên và phần Đông Bắc huyện Quang Bình, với mô đuyn dòng chảy trung bình từ 40ữ 80l/s.km2; sông dài 312 km với diện tích lưu vực là 6.860km2, trong đó phần diện tích trên lãnh thổ Việt Nam là 2.190 km2 và chiều dài 102km. - Sông Miện: Bắt nguồn từ Trung Quốc qua địa phận huyện Yên Minh từ độ cao 700m, chảy từ Tây sang Đông rồi đổ ra sông Lô. Tổng chiều dài sông là 159km, đoạn trong huyện Yên Minh chỉ có 64 km. Diện tích lưu vực khoảng 2.958km2, Mô đuyn dòng chảy mùa lũ tần suất 2% đạt 12ữ 14/s.km2. - Sông Gõm:Bắt nguồn từ Cao Bằng chạy dọc địa bàn huyện Bắc Mê, diện tích toàn bộ sông Gâm là 59.900km2, trong đó phần hứng nước thuộc địa phận tỉnh Hà Giang là 23.100km2. có diện tích lưu vực F>10km2, với Mô đuyn dòng chảy Mo = 47.781/s.km2, lưu lượng dòng chảy năm là 8,187 x 109m3 nước. Do đặc điểm địa hình của tỉnh có độ dốc lớn, sông suối có nhiều thác gềnh, lưu lượng nước hàng năm có sự biến đổi và biến động theo mùa do đó diện tích lưu vực và tần suất dòng chảy khác nhau gây ra những hạn chế như nỳn, sạt ảnh hưởng đến giao thông, song đây lại là một tiềm năng, lợi thế về nguồn nước để xây dựng thuỷ điện. Tỉnh cần quy hoạch, khai thác triệt để nguồn tiềm năng này đáp ứng ngày càng tốt hơn cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá. 3.1.3. Đặc điểm dân cư, kinh tế- xã hội 3.1.3.1. Dân cư, dân tộc và nguồn lao động - Dân số: + Tính đến ngày 31 tháng 12 năm 2009 dân số của tỉnh Hà Giang là 602.665 người, mật độ dân số là 38 người/km2 trong đó dân số thành thị chiếm 16%, nông thôn chiếm 86%; tốc độ tăng dân số là 21,08%. Số dân trong độ tuổi lao động là 174.200 người chiếm 50,8% so với tổng dân số. Số lao động qua đào tạo khoảng 34.033 người chiếm 22,8%. Hà Giang là nơi sinh sống của 21 dân tộc khác nhau, trong đó dân tộc Thái chiếm 33,5%, dân tộc H' Mông chiếm 23,6%, dân tộc Dao chiếm 14,4%, dân tộc Kinh chiếm 11,2%, dân tộc Hà Nhì chiếm 5,6% còn lại là các dân tộc khác chiếm 11,7%. + Dân số tỉnh Hà Giang sống rải rác ở các khu vực vùng cao, vựng sõu nhất là đồng bào dân tộc thiểu số, đời sống gặp nhiều khó khăn, nhiều dân tộc vẫn còn tình trạng sống du canh, du cư đã ảnh hưởng không nhỏ cho sự phát triển kinh tế xã hội, bảo vệ an ninh quốc phòng trên địa bàn tỉnh. - Nguồn Lao động của tỉnh: + Đến năm 2009 số lao động được đào tạo 26.241 người, số lao động chưa có việc làm ổn định khoảng 5.628 người, số lao động thành thị19.874 người, số lao động nông thôn là 138.675 người. + Sự chênh lệch về trình độ học vấn, dân trí giữa cỏc vựng trong tỉnh khá cao, nhất là các dân tộc thiểu số có phong tục, tập quán lạc hậu đã tác động lớn tới việc tiếp thu, ứng dụng tiến bộ KHKT, phát triển kinh tế hàng hóa. - Lao động công nghiệp: + Hoạt động lao động sản xuất công nghiệp có đóng góp đáng kể vào nguồn thu cho ngân sách và sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của địa phương. Tạo việc làm, góp phần giải quyết việc xóa đói giảm nghèo. Các cơ sở công nghiệp thường gắn với các trung tâm huyện, xó, cỏc hoạt động sản xuất công nghiệp có sự tác động với các ngành kinh tế khác như việc hình thành cỏc vựng cây công nghiệp chuyên canh, góp phần phát triển lao động các ngành nông, lâm nghiệp. + Lực lượng lao động trong ngành công nghiệp tăng nhanh, năm sau cao hơn năm trước, và chủ yếu là lao động phổ thông, tập trung phần lớn ở các cơ sở sản xuất hộ gia đình, cá thể, HTX thủ công, mang tính thời vụ. + Lao động trong ngành công nghiệp của tỉnh năm 2009 có khoảng 10.260 người, trong đó có 8.128 lao động trong khu vực ngoài quốc doanh chiếm 80% tổng số lao động sản xuất công nghiệp. + Sự phân bố cơ cấu lao động theo ngành chủ yếu tập trung ở các ngành sản xuất vật liệu xây dựng, chế biến nông, lâm sản, thực phẩm. Phần lớn lao động chưa qua đào tạo (khoảng 72%) đây là một trong những yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả sản xuất kinh doanh của ngành. 3.1.3.2. Tiềm năng kinh tế 3.1.3.2.1. Những lĩnh vực kinh tế lợi thế Do điều kiện địa hình phức tạp và bị chia cắt mạnh cùng với diện tích tự nhiên lớn, mật độ dân cư thấp và phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở các thị trấn, thị xã và cỏc vựng chuyên canh sản xuất lương thực tập trung nên việc đi lại giao lưu hàng hoá giữa cỏc vựng trong tỉnh, giữa tỉnh với các địa phương khác của cả nước gặp rất nhiều khó khăn. Đó cũng là trở ngại lớn trong việc đầu tư xõy dựng kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội do đơn giá quá cao, lãi suất đầu tư lớn, khả năng huy động và sự đóng góp của nhân dân hạn chế. Bên cạnh những khó khăn, hạn chế trên, điều kiện tự nhiên của tỉnh cũng có nhiều tiềm năng để phát triển kinh tế, nhất là phát triển nông - lâm nghiệp và thương mại - dịch vụ - du lịch với các ưu thế nổi bật như: có diện tích đất đai chưa được khai thác rất rộng lớn; có khu kinh tế cửa khẩu với Trung Quốc, có nhiều danh lam thắng cảnh với bản sắc văn hoá dân tộc phong phú. 3.1.3.2.2. Tiềm năng du lịch Hà Giang có nhiều danh lam thắng cảnh và địa danh lịch sử, có nhiều dân tộc cư trú với bản sắc và truyền thống văn hoá đặc thù. Hà Giang là một tỉnh có phong cảnh thiên nhiên hữu tình, giàu tiềm năng du lịch như khu du lịch sinh thái Thạch Long Viên, hang Tựng Bá, cao nguyên đá Đồng Văn….. Ngoài ra, Hà Giang còn cú cỏc lễ hội truyền thống như: lễ hội chợ tình Khau Vai lễ hội mừng Măng Mọc lễ hội trọi trâu và nhiều lễ hội của những dân tộc Mảng, Kháng, Sinh Mun, La Hử, Khơ Mú, Phự Lỏ… Đó là một thế mạnh, một lợi thế so sánh lớn. Nếu nghiên cứu và đầu tư hợp lý, Hà Giang sẽ trở thành một trung tâm dịch vụ - thương mại và du lịch của khu vực. 3.1.3.3. Cơ sở hạ tầng Hà Giang là một tỉnh miền núi cao, địa hình hiểm trở nên hệ thống giao thông còn nhiều khó khăn. Giao thông của tỉnh chủ yếu là đường bộ; đường dốc dài và có nhiều khúc khuỷu, giao thông đường thủy phụ thuộc hoàn toàn vào mùa mưa; tỉnh chưa có tuyến đường sắt, đường hàng không lên nhu cầu đi lại còn gặp nhiều khó khăn. + Đường quốc lộ: Trên địa bàn tỉnh Hà Giang có 5 tuyến đường Quốc lộ đi qua là các tuyến 2, 4C với tổng chiều dài 337 km, có 154 km thảm bê tông nhựa, 183 km mặt đường đá dăm láng nhựa. + Đường tỉnh lộ: Gồm 3 tuyến là tỉnh lộ 34 (Hà Giang – Bắc Mê) dài 52km; tỉnh lộ 279 (Bắc Quang (Hà Gaing)_ Na Hang (Tuyên Quang) dài 65 km, tỉnh lộ 178 (Bắc Quang_ Xớn Mần) dài 48 km Tổng số chiều dài đường tỉnh lộ là 165 km. + Đường liên huyện, liên xã: Có tổng chiều dài 529 km chủ yếu là các loại đường nông thôn loại A, B. Mặt đường cấp phối với chiều dài là 310 km và đường tự nhiên với chiều dài 282 km; hầu hết các tuyến mới chỉ đi lại được vào mùa khô. 3.2. XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH TỶ LỆ 1:10000 TỈNH HÀ GIANG BẰNG PHẦN MỀM ARCGIS Cơ sở dữ liệu GIS gồm hai thành phần: - Cơ sở dữ liệu không gian. - Cơ sở dữ liệu thuộc tính. Cơ sở dữ liệu GIS phải được xây dựng trờn cỏc chuẩn (Standard) dữ liệu địa lý quốc tế và các thủ tục (Procedure) cần thiết, đảm bảo cho việc trao đổi và chia sẻ thông tin trong hệ thống giữa các ngành, các địa phương trong cả nước cũng như quốc tế. Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang gồm 79 mảnh có phiên hiệu mảnh từ : F- 48- 1-B - a-1, F- 48 - 41-B - a-2, F- 48 - 41-B -a-3. F- 48 – 54 -C-b -2 , F- 48 – 54 -C-b -3. Trong phạm vi đề tài em xõy dựng cơ sở dữ liệu địa hình cho mảnh có phiên hiệu F- 48 – 42 -A- a -1, F- 48 – 42 -A- a -2 c ủa xã Yên Bình huyện Quang Bình tỉnh Hà Giang 3.2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó những thông tin về định vị của đối tượng. Nó là những dữ liệu phản ánh, mô tả những đối tượng có kích thước vật lý nhất định hay có một không gian nhất định. Cơ sở dữ liệu không gian địa lý là những dữ liệu phản ánh những đối tượng có mặt trên bề mặt trái đất. Từ góc độ công nghệ thông tin địa lý, đó là những yếu tố địa lý được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc dữ liệu nhất định. Dữ liệu không gian có 3 dạng cơ bản: Điểm, đường, vùng. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu không gian thực chất là chuyển các yếu tố trên bản đồ sang dạng số, nghĩa là ta tiến hành công tác số hóa bản đồ. Các đối tượng bản đồ khi tồn tại dưới dạng số được thể hiện và lưu trữ trên những lớp thông tin khác nhau. Vì vậy, trước khi số hóa thành lập bản đồ số, các đối tượng cần thể hiện trên bản đồ phải được xác định trước cần phải lưu trữ trên lớp thông tin nào. *Sơ đồ quy trình: Bản đồ gốc (trên giấy, phim, diamat) Quét bản đồ Nắn bản đồ Số hóa bản đồ Hoàn thiện dữ liệu Biên tập và trình bày bản đồ Lưu trữ số liệu Hình 3.1 : Quy trình thành lập cơ sở dữ liệu từ bản đồ giấy. 3.2.1.1. Quét bản đồ Quét bản đồ là quá trình chuyển các bản đồ được lưu trữ trên giấy, phim, diamat, thành các tập tin dữ liệu dưới dạng ảnh (raster file), sau đó tùy thuộc vào phần mềm xử lý ảnh và phần mềm quản lý bản đồ hiện có mà chuyển các raster file sang các định dạng khác như: *.TIFF, *.RLE, *.EPS, *.BMP,... éõy là giai đoạn rất quan trọng trong việc thành lập bản đồ số từ bản đồ giấy vỡ nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ảnh thông qua việc chọn độ phân giải khi quét. Tuy nhiên, việc chọn độ phân giải cao hay thấp còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm: chất lượng tài liệu gốc, mục đích sử dụng, dung lượng trống của đĩa cứng. Một raster file có chất lượng cao thì kích cỡ raster file đó sẽ lớn gây ra nhiều khó khăn cho việc lưu trữ và chuyển đổi. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy quét khác nhau về khổ giấy và về nhãn hiệu. Về khổ giấy thông dụng nhất là khổ A4, A3. Về nhãn hiệu phổ biến nhất là hiệu EPSON và một số nhãn hiệu của tập đoàn Inter-graph. 3.2.1.2. Nắn bản đồ Nắn bản đồ là quá trình chuyển đổi ảnh đang ở tọa độ hàng - cột của các điểm ảnh (pixel) về tọa độ trắc địa thực (hệ tọa độ địa lý hoặc tọa độ phẳng). Đây là bước quan trọng nhất trong quy trình thành lập bản đồ số vỡ nó ảnh hưởng đến toàn bộ độ chính xác của bản đồ sau khi được số hóa dựa trên nền ảnh. Quá trình nắn này được dựa trên tọa độ của các điểm khống chế trên ảnh, tọa độ của các điểm khống chế tương ứng trên file dgn và mô hình được chọn để nắn. Việc xác định tọa độ các điểm trên ảnh phải thật chính xác và trùng với bản đồ giấy. Tọa độ một điểm được xác định trên ảnh và thực tế có sự sai lệch nhau, tùy thuộ