Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 3: Cấu trúc dữ liệu GIS - Phan Trọng Tiến
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: phantien84@gmail.com
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
47 trang
09/01/2024
240
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 - Phan Trọng Tiến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_he_thong_thong_tin_dia_ly_gis_chuong_3_cau_truc_du.pdf
