›
›

Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 3: Cấu trúc dữ liệu GIS

Download
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)  
(CH3 – CẤU TRÚC DỮ LIỆU GIS)  
Phan Trọng Tiến  
Bộ môn Công nghệ phần mềm – Khoa CNTT  
Học Viện Nông nghiệp Việt Nam  
Website: http://timoday.edu.vn  
Email: [email protected]  
Mục tiêu  
Giới thiệu các mô hình dữ liệu trong GIS  
Sau bài học này sinh viên có thể:  
qꢀMô tả mô hình dữ liệu Vector và cho ví dụ  
qꢀMô tả mô hình dữ liệu Raster và cho ví dụ  
qꢀMô tả mô hình dữ liệu TIN  
qꢀGiải thích “topology”  
qꢀMô tả các định dạng chính sử dụng trong GIS  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
2
1
Các đối tượng đồ họa  
qꢀCác đối tượng hiển thị trên bản đồ được gọi là  
các đối tượng đồ họa hay các đối tượng.  
qꢀ Các đối tượng có thể là tự nhiên hoặc do con  
người tạo ra nó.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
3
Các đối tượng đồ họa  
qꢀVectors  
qꢀPoints hoặc Nodes  
qꢀLines hoặc Arcs  
qꢀPolygons  
qꢀRaster Cells hoặc Pixels  
qꢀImages  
qꢀDigital Orthophotography  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
4
2
Các loại dữ liệu GIS  
qꢀ Images  
qꢀ Vector  
qꢀ Raster (GRID)  
qꢀ Attributes  
qꢀ TIN (Triangulated  
Irregular Network)  
qꢀ Annotation  
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
5
Các loại dữ liệu GIS  
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
6
3
Dữ liệu không gian  
•ꢀRASTER  
•ꢀVECTOR  
•ꢀThế giới thực  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
7
Các bản đồ điện tử ở hai định dạng Raster và  
Vector  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
8
4
Các nguồn dữ liệu Raster  
Ảnh máy bay  
Ảnh vệ tinh  
Các bản đồ quét  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
9
Ảnh số trực giao (Digital Orthophotography)  
qꢀ Một ảnh được quét, dùng  
các công cụ toán học sửa, bỏ  
đi, dịch chuyển để có được  
hiệu quả mong muốn đó là  
các đối tượng luôn hiển thị  
vuông góc với mặt đất.  
qꢀ Ảnh trực giao cho ta ảnh  
giống như hiện trạng của  
trái đất.  
Image  
Copyright 1993 Nassau County, NY  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
10  
5
Các bản đồ dạng Raster (images)  
qꢀ Thiết lập bởi màu sắc của các pixel  
qꢀ Cách đơn giản một mảng các pixel  
được xếp theo các hàng và các cột  
qꢀ Các Pixel là được tô màu, nhưng  
không miêu tả các đối tượng một  
cách rõ ràng  
qꢀ Rasters có thể có giá trị đi kèm.  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
11  
Đặc điểm của Raster  
qꢀ Trông giống trang bản đồ giấy  
qꢀ Giá thành rẻ và dễ sản xuất  
qꢀ Chạy dễ dàng trên PC  
qꢀ Có sẵn mọi nơi.  
qꢀ Nhược điểm:  
qꢀMốc tính toán có hoặc không  
theo hệ tọa độ WGS84  
qꢀKhông cho phép tự động loại bỏ  
chế độ nền hay sự trợ giúp phân  
tích của máy tính.  
qꢀLưu trữ không hiệu quả  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
12  
6
Dữ liệu dạng Vector  
qꢀMột cách lưu trữ thông  
minh dữ liệu GIS, ở đó các  
đối tượng thế giới thực  
được miêu tả bằng các  
điểm (Point), đường (Line)  
và vùng (Polygone). Một  
đối tượng được miêu tả  
bởi các thuộc tính và các  
tọa độ.  
qꢀVí dụ:  
qꢀCác bản đồ số hóa  
qꢀDữ liệu GIS  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
13  
Liên kết các thuộc tính và đồ họa  
qꢀ Trong GIS chứa thông  
tin. GIS kết hợp bản đồ  
với hệ quản trị cơ sở dữ  
liệu. Vì vậy khi phân tích  
dữ liệu không gian chỉ  
cần “click” trên đối  
tượng địa lý và tìm thông  
tin về nó. Hoặc có thể  
truy vấn trong database  
để tìm thông tin về tất  
các các đối tượng thỏa  
mãn điều kiện lọc.  
qꢀ Thông tin về một đối  
tượng GIS được gọi là  
thuộc tính (attribute)  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
14  
7
Liên kết các thuộc tính với đồ họa  
qꢀ Trong ví dụ  
này, người  
dùng truy  
vấn chọn ra  
tất cả các  
thuộc tính mà  
được phân  
loại các gia  
đình = 210,  
và các vùng  
tìm thấy có  
màu đỏ  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
15  
Dữ liệu Vector được phân lớp  
Features:  
•
2
•
•
1
Line  
Points:  
5
•
•
•
Connected  
Detached  
4
Lake  
•
•
•
7
Area  
Text  
6
•
•
Spatial Data Analysis  
30ꢀ 30’ N  
040ꢀ 40’ E  
30ꢀ 30’ N  
040ꢀ 50’ E  
Network Analysis  
Source: Defense Mapping School  
Dữ liệu GIS đặt riêng biệt trên các theme  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
16  
8
Sự thay đổi về mô hình  
qꢀCó thể nhìn thấy sự khác  
nhau giữa bản đồ giấy và  
bản đồ số (phụ thuộc vào  
phần mềm)  
qꢀDatabase cho phép truy  
vấn và chọn các layer  
qꢀPhóng to các chi tiết  
qꢀPhức tạp, đắt tiền và tốn  
nhiều thời gian để làm ra  
sản phẩm  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
17  
Các mô hình dữ liệu Raster và Vector  
Real World  
600  
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10  
G
G G  
1
2
3
4
5
B
B
Trees  
500  
400  
B
G
G
B
Trees  
Y-AXIS  
B G G  
300  
200  
100  
B
6
7
BK  
House  
G
B
G
B
B
B
B
8
River  
300  
9
200  
500  
100  
600  
400  
10  
X-AXIS  
Miêu tả Raster  
Miêu tả Vector  
Source: Defense Mapping School  
National Imagery and Mapping Agency  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
18  
9
Mô hình dữ liệu Vector  
Dữ liệu GIS được lưu trữ trong các lớp riêng biệt  
như Point, Line, Polygon  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
19  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
20  
© Paul Bolstad, GIS Fundamentals  
10  
Cấu trúc dữ liệu Vector  
qꢀ Có mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu vector. Mỗi  
kiểu thường độc lập trên một kiểu khác nhau. Khi  
miêu tả dữ liệu GIS theo định dạng vector, dữ liệu  
phải được lưu trữ:  
qꢀ Points: là các đối tượng vô hướng có vị trí không  
gian, miêu tả các đối tượng GIS như vị trí, hoặc  
cây …  
Point  
qꢀ Lines: miêu tả đối tượng một chiều, có vị trí, có  
chiều dài như đường, sông. Lines được tạo bởi  
việc kết nối các điểm với nhau. Một đường bắt đầu  
và kết thúc tại một điểm gọi là nút (node), và các  
điểm tạo nên đường gọi là đỉnh (Vertices).  
Line  
qꢀ Polygons/Area: miêu tả đối tượng hai chiều, có vị  
trí, có chiều dài, và có cả chiều rộng như đường  
danh giới của cánh đồng, đất đai, hoặc ao hồ …  
Nó được tạo bởi việc kết nối các đường, điểm bắt  
đầu của polygon cũng là điểm kết thúc  
Polygon  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
21  
Points  
qꢀPoint là đối tượng vô hướng có vị trí và thuộc  
tính thông tin nhưng quá nhỏ để được biểu  
diễn bằng vùng.  
qꢀTỷ lệ bản đồ quyết định một đối tượng là điểm.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
22  
11  
Ứng dụng kiểu điểm  
qꢀCác mẫu đất  
qꢀKiểu  
qꢀPH  
qꢀNơi xảy ra ôi nhiễm, dịch bệnh  
qꢀThiết kế cảnh quan(vị trí các cột đèn …)  
qꢀCác vị trí xảy ra tai nạn  
qꢀCác trung tâm  
qꢀKhối/Đoạn  
qꢀĐịa chỉ  
qꢀChủ sở hữu  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
23  
Các cột đèn  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
24  
12  
Các trung tâm  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
25  
Lines hoặc Arcs  
qꢀLines là các đối tượng  
một chiều, có vị trí, có  
chiều dài nhưng không  
có chiều rộng như  
đường, sông. Lines  
được tạo bởi việc kết  
nối các điểm với nhau.  
Một đường bắt đầu và  
kết thúc tại một điểm  
gọi là nút (node), và các  
điểm tạo nên đường gọi  
là đỉnh (Vertices).  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
26  
13  
Ứng dụng Lines hoặcArcs  
qꢀ Đường phố  
qꢀTên các con phố  
qꢀAddress Ranges  
qꢀ Sông suối  
qꢀĐộ sâu  
qꢀChất lượng nước  
qꢀTốc độ dòng chảy  
qꢀ Hệ thống nước  
qꢀKích thước  
qꢀChất liệu  
qꢀNgày khởi công  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
27  
Đường phố  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
28  
14  
Polygons  
Polygons là đối tượng hai  
chiều, có vị trí, có chiều  
dài, và có cả chiều rộng  
(hay có diện tích)  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
29  
Ứng dụng Polygons  
qꢀCác mảnh đất  
qꢀMã thửa đất  
qꢀKích thước và diện tích  
qꢀRanh giới thửa đất  
qꢀKiểu đất  
qꢀĐộ thấm  
qꢀVùng lũ lụt  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
30  
15  
Polygons  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
31  
Polygons  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
32  
16  
Mô hình dữ liệu Vector  
KiÓu  
VÞ trÝ  
§iÓm  
3,2  
§-êng 1,5; 3,5; 5,7; 8,8; 11,7  
Vïng  
5,3; 6,5; 7,4; 9,5; 11,3;  
8,2; 5,3  
qꢀ Điểm: Được thể hiện bằng một cặp toạ độ  
qꢀ Đường: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ  
qꢀ Vùng: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ và cặp toạ độ  
đầu và cặp toạ độ cuối trùng nhau.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
33  
Cấu trúc dữ liệu Vector  
KiÓu  
VÞ trÝ  
§iÓm  
3,2  
§-êng 1,5; 3,5; 5,7; 8,8; 11,7  
Vïng  
5,3; 6,5; 7,4; 9,5; 11,3;  
8,2; 5,3  
Điểm: Được thể hiện bằng một cặp toạ độ  
Đường: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ  
Vùng: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ và cặp toạ độ đầu  
và cặp toạ độ cuối trùng nhau.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
34  
17  
Biểu diễn dữ liệu dạng Vector  
Mỗi điểm thể hiện bằng một  
cặp toạ độ  
Mỗi đường thể hiện mỗt  
chuỗi các cặp toạ độ  
Mỗi vùng được thể hiện  
bằng một chuỗi các cặp  
toạ độ, điểm đầu và  
điểm cuối trùng nhau  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
35  
Mô hình Vector  
qꢀDữ liệu ở dạng Vector được tổ chức ở 2 mô  
hình:  
qꢀMô hình Spagheti  
qꢀMô hình quan hệ không gian Topology  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
36  
18  
Mô hình dữ liệu Vector Spaghetti  
•ꢀ Là mô hình dữ liệu đơn giản, các đối  
tượng chỉ được lưu trữ bằng các cặp  
toạ độ.  
•ꢀ Thông tin về không gian.  
•ꢀ Thông tin thuộc tính.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
37  
Mô hình dữ liệu Vector Spaghetti  
qꢀKhông mô tả được mối quan hệ không gian  
giữa các đối tượng, vì thế các phép phân tích,  
tính toán không gian đều thực hiện khó khăn.  
qꢀDữ liệu dạng vùng, đường ranh giới giữa 2  
vùng được ghi nhận 2 lần, mỗi lần cho một  
vùng.  
qꢀƯu điểm của mô hình là đơn giản, dễ trình bày,  
biên tập, in ấn...vì vậy vẫn được sử dụng rộng  
rãi để thành lập bản đồ.  
qꢀPhần mềm điển hình là Mapinfo.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
38  
19  
Mô hình dữ liệu Vector Topology  
qꢀ Là một mô hình phức tạp, các đối tượng được quản lý  
không chỉ bởi toạ độ mà còn bằng cả mối quan hệ không  
gian giữa các đối tượng.  
qꢀ Mô tả trọn vẹn các thông tin của các đối tượng không  
gian bao gồm:  
qꢀThông tin về vị trí không gian (Spatial data): Thông tin được thể  
hiện theo mô hình vector, bằng các tọa độ mô tả vị trí, hình dạng,  
đường biên của các đối tượng.  
qꢀThông tin về quan hệ không gian (Relational Spatial data –  
Topology). Mô hình dữ liệu Topology thể hiện QHKG dưới 3 kiểu  
quan hệ là:  
qꢀLiên thông với nhau: thể hiện dưới dạng file đường - điểm nối (Arc-  
Node topology)  
qꢀKề nhau: thể hiện dưới dạng file mô tả đường bao (Polygon-Arc  
topology)  
qꢀNằm trong nhau, phủ nhau.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
39  
Mô hình dữ liệu Vector Topology  
- Thông tin về vị trí trong không gian  
+ Dữ liệu không gian các đối tượng vùng là một tập các đối  
tượng đường định nghĩa đường bao vùng và một điểm nhãn.  
+ Điểm nhãn nằm trong đối tượng vùng có ý nghĩa để xác  
định cho vùng này.  
Cấu trúc dữ liệu GIS  
40  
20  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 47 trang Mãnh Khiết 12/01/2024 22440 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 3: Cấu trúc dữ liệu GIS", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_thong_tin_dia_ly_gis_chuong_3_cau_truc_du.pdf