Báo cáo Nghiệm thu giáo trình cơ sở dữ liệu & hệ thống thông tin địa lý GIS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KiẾN TRÚC HÀ NỘI BÁO CÁO NGHIỆM THU GIÁO TRèNH CƠ SỞ DỮ LIỆU & HỆ THỐNG THễNG TIN ĐỊA Lí GIS. TÁC GIẢ: PHẠM HỮU ĐỨC LỜI CẢM ƠN. Tác giả chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Dự án Quản lý đô thị ở Việt Nam, tr−òng Đại học Tổng hợp Montreal - Canada, tr−ờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để ra đời cuốn giáo trình này. Cảm ơn Giáo s− Franỗois Charbonneau, Ph. D. đã góp ý cho việc xây dựng đề c−ơng cuốn giáo trình. Cảm ơn Tiến sỹ KTS Phạm Khánh Toàn đã cùng Tác giả tìm kiếm tài liệu và góp ý kiến cho việc biên soạn. Hà Nội, thỏng 6 năm 2005 NỘI DUNG GIÁO TRèNH LỜI NểI ĐẦU. PHẦN NỘI DUNG. Chương 1: Những khỏi niệm cơ bản về hệ thụng tin địa lý và hệ quy chiếu khụng gian - (16/192) 1.1. Khỏi niệm về thụng tin địa lý (Geographical Infomation). 1.2. Khỏi niệm về bản đồ 1.3. Khỏi niệm về hệ thụng tin địa GIS. 1.4. Quan hệ giữa GIS và cỏc ngành khoa học khỏc. 1.5. Những ứng dụng của GIS. Chương 2: Mụ hỡnh hoỏ trỏi đất. - (15/192) 2.1. Ba phương phỏp mụ tả trỏi đất. 2.2. Mụ hỡnh hoỏ bề mặt. 2.3. Mụ hỡnh hoỏ bằng hỡnh ảnh hay dữ liệu tiờu biểu. 2.4. Mụ hỡnh hoỏ cỏc đối tượng riờng rẽ. 2.5. So sỏnh 3 phương phỏp biểu diễn khụng gian. Chương 3: cấu trỳc dữ liệu thụng tin địa lý. - (31/192) 3.1. Cấu trỳc chung của cơ sở dữ liệu thụng tin địa lý. 3.2. Tiến trỡnh của cỏc kiểu dữ liệu địa lý. 3.3. Cơ sở dữ liệu địa lý, lưu giữ dữ liệu địa lý 3.4. Đối tượng (feature) trong mụ hỡnh dữ liệu hướng đối tượng. 3.5. Sự cung cấp của dữ liệu địa lý. 3.6. Truy cập dữ liệu địa lý. 3.7. Xõy dựng những mụ hỡnh dữ liệu. 3.8. Hướng dẫn sử dụng biểu đồ đối tượng theo ngụn ngữ mụ hỡnh hợp nhất UML. 3.9. Những xu hướng cụng nghệ. NỘI DUNG (Tiếp theo) Chương 4: Hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access. - (24/192) 4.1. Những khỏi niệm cơ sở. 4.2. Thực hiện cỏc cụng việc với Microsoft Access4 4.3. Lập Bảng - Table. 4.4. Lập mối quan hệ - Relationship. 4.5. Tạo Biểu mẫu - Form. 4.6. Lập Bỏo cỏo (Reports). 4.7. Tạo nhón thư (Mailing Labels) bằng cỏc sử dụng Wizard Chương 5: Sử dụng phần mềm Mapinfo 6 để xõy dựng GIS. - (78/192) 5.1.Giới thiệu phần mềm MapInfo Professional 5.2.Định nghĩa bản đồ theo MapInfo 5.3. Trỡnh bày dữ liệu. 5.4. Cỏc lớp bản đồ. 5.5. Mở files trong MapInfo. 5.6. Đặt thụng tin lờn bản đồ. 5.7. Lựa chọn. 5.8. Làm nhón cho bản đồ 5.9. Làm việc với cửa sổ dàn trang (Layouts Windows) 5.10. Sử dụng bản đồ chuyờn đề để phõn tớch. 5.11. Phõn địa hạt - Redistricting. 5.12. Tạo và chỉnh sửa đối tượng. 5.13. Tạo vựng đệm (Buffering). 5.14. Quan hệ giữa MapInfo với cỏc phần mềm khỏc. 5.15. Quản lý cụng cụ (Tool Manager) 5.16. Phỏt hành bản đồ trờn Web 5.17. Liờn kết núng (HotLingking) cỏc đối tượng. 5.18. Trỡnh duyệt MetaData. 5.19. Bản đồ khụng gian ba chiều (3DMap) MỤC TIấU CẦN ĐẠT ĐƯỢC CỦA TỪNG CHƯƠNG Mục tiờu của chương 1: z Phõn biệt được thụng tin địa lý và hệ thụng tin địa lý. Định nghĩa GIS. z Hiểu được thế nào là thụng tin khụng gian và thụng tin thuộc tớnh. Chương 1: Những khỏi niệm cơ bản về hệ thụng tin địa lý và hệ quy chiếu khụng gian 1.1. Khỏi niệm về thụng tin địa lý (Geographical Infomation). 1.2. Khỏi niệm về bản đồ 1.3. Khỏi niệm về hệ thụng tin địa GIS. 1.4. Quan hệ giữa GIS và cỏc ngành khoa học khỏc. 1.5. Những ứng dụng của GIS. Mục tiờu của chương 2: z Nắm được 3 mụ tả trỏi đất, cỏc trường hợp ỏp dụng cho từng phương phỏp. Chương 2: Mụ hỡnh hoỏ trỏi đất. 2.1. Ba phương phỏp mụ tả trỏi đất. 2.2. Mụ hỡnh hoỏ bề mặt. 2.3. Mụ hỡnh hoỏ bằng hỡnh ảnh hay dữ liệu tiờu biểu. 2.4. Mụ hỡnh hoỏ cỏc đối tượng riờng rẽ. 2.5. So sỏnh 3 phương phỏp biểu diễn khụng gian. Mục tiờu của chương 3: z Hiểu được cỏc nguồn cung cấp dữ liệu địa lý. Cỏc phần mềm cơ bản phục vụ việc tạo ra dữ liệu địa lý. z Liờn kết dữ liệu từ nhiều nguồn (khụng gian và thuộc tớnh) z Nắm được cấu trỳc của dữ liệu thụng tin địa lý, được xếp đặt như thế nào trong mỏy tớnh của mỡnh z Cấu trỳc nào là cấu trỳc tiờn tiến nhất hiện nay. Cấu trỳc nào được dựng phự hợp với điều kiện hiện tại của nước ta. z Những thụng tinGIS được xếp đặt theo cỏc thư mục (folders) trong mỏy tớnh của chỳng ta như thế nào. Chương 3: cấu trỳc dữ liệu thụng tin địa lý. 3.1. Cấu trỳc chung của cơ sở dữ liệu thụng tin địa lý. 3.2. Tiến trỡnh của cỏc kiểu dữ liệu địa lý. 3.3. Cơ sở dữ liệu địa lý, lưu giữ dữ liệu địa lý 3.4. Đối tượng (feature) trong mụ hỡnh dữ liệu hướng đối tượng. 3.5. Sự cung cấp của dữ liệu địa lý. 3.6. Truy cập dữ liệu địa lý. 3.7. Xõy dựng những mụ hỡnh dữ liệu. 3.8. Hướng dẫn sử dụng biểu đồ đối tượng theo ngụn ngữ mụ hỡnh hợp nhất UML. 3.9. Những xu hướng cụng nghệ. MỤC TIấU CẦN ĐẠT ĐƯỢC CỦA TỪNG CHƯƠNG (Tiếp theo) Mục tiờu của chương 4: z Hiểu biết thế nào là cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu quan hệ. z Thực hiện được một cơ sở dữ liệu cho mục đớch quản lý của cơ quan bằng Microsoft Access. z Yờu cầu thực hành đặt lờn hàng đầu. Chương 4: Hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access. 4.1. Những khỏi niệm cơ sở. 4.2. Thực hiện cỏc cụng việc với Microsoft Access4 4.3. Lập Bảng - Table. 4.4. Lập mối quan hệ - Relationship. 4.5. Tạo Biểu mẫu - Form. 4.6. Lập Bỏo cỏo (Reports). 4.7. Tạo nhón thư (Mailing Labels) bằng cỏc sử dụng Wizard Mục tiờu của chương 5: z Sử dụng được phần mềm MapInfo để xõy dựng GIS. z Xõy dựng được GIS theo mục đớch của cơ quan. z Yờu cầu thực hành đặt lờn hàng đầu. Chương 5: Sử dụng phần mềm Mapinfo 6 để xõy dựng GIS. 5.1.Giới thiệu phần mềm MapInfo Professional 5.2.Định nghĩa bản đồ theo MapInfo 5.3. Trỡnh bày dữ liệu. 5.4. Cỏc lớp bản đồ. 5.5. Mở files trong MapInfo. 5.6. Đặt thụng tin lờn bản đồ. 5.7. Lựa chọn. 5.8. Làm nhón cho bản đồ 5.9. Làm việc với cửa sổ dàn trang (Layouts Windows) 5.10. Sử dụng bản đồ chuyờn đề để phõn tớch. 5.11. Phõn địa hạt - Redistricting. 5.12. Tạo và chỉnh sửa đối tượng. 5.13. Tạo vựng đệm (Buffering). 5.14. Quan hệ giữa MapInfo với cỏc phần mềm khỏc. 5.15. Quản lý cụng cụ (Tool Manager) 5.16. Phỏt hành bản đồ trờn Web 5.17. Liờn kết núng (HotLingking) cỏc đối tượng. 5.18. Trỡnh duyệt MetaData. 5.19. Bản đồ khụng gian ba chiều (3DMap) Chương 1: Những khỏi niệm cơ bản về hệ thụng tin địa lý & hệ quy chiếu khụng gian Khái niệm về bản đồ và lớp bản đồ Tổ hợp dữ liệu đa lý, dân số, tuổi thọ, chất l−ợng n−ớc, tốc độ tăng tr−ởng. Tuổi thọ, chất l−ợng n−ớc, tăng dân số ở Nam Mỹ Bản đồ thứ nhất các n−ớc châu Âu, bản đồ thứ hai các n−ớc sử dụng đồng tiền chung Châu Âu Khái niệm về Hệ thông tin địa lý Hệ thông tin địa lý GIS bao gồm 5 thành phần: 1 - Những con ng−ời đ−ợc đào tạo (People). 2 - Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (Data), 3 - Ph−ơng pháp phân tích (analysis), 4 - Phần mềm tin học (Software) và 5 - Phần cứng máy tính (Hardware) Tất cả đ−ợc kết hợp, tổ chức, tự động hoá, điều hành, cung cấp thông tin thông qua sự diễn tả địa lý Các bộ phận của hệ thông tin địa lý GIS Vị trí của hệ thông tin địa lý trong hệ thông tin chung Hệ thông tin Hệ thông tin phi hình học (Kế toán, Quản lý Nhân sự ...) Hệ thông tin không gian Hệ thông tin địa lý (GIS) Các hệ thông tin không gian khác (CAD/CAM, ...) Các hệ thống GIS khác (Kinh tế Xã hội, Dân số ...) Hệ thông tin đất đai (LIS) Hệ thông tin địa chính Hệ thống thông tin quản lý đất sử dụng (Rừng, Lúa ...) Ch−ơng 2: Mô hình hoá trái đất Các đối t−ợng vector ảnh Raster Ba ph−ơng pháp mô tả bề mặt trái đất Bản đồ các mặt tam giác So sánh 3 ph−ơng pháp biểu diễn không gian. Dữ liệu vector Dữ liệu Raster Dữ liệu tam giác TIN Hình 2 trang 58 Modeling our World Hình 3 trang 58 Modeling our World Mục tiêu ứng dụng Dữ liệu vector nhằm mô hình hoá các đối t−ợng địa lý riêng rẽ có hình dạng chính xác và có biên giới. Dữ liệu raster nhằm mô hình hoá các yếu tố địa lý liên tục và các hình ảnh trên mặt đất. Tam giác TIN có hiệu quả khi biểu diễn bề mặt, có thể biểu thị độ cao và những tính chất khác nữa ví dụ nh− sự tập trung. Nguồn dữ liệu Chyển đổi từ không ảnh Tập hợp từ dữ liệu GPS. Số hoá từ bản đồ vẽ tay. Vẽ trên bản đồ raster. Vector hoá từ dữ liệu raster. Vẽ đ−ờng đồng mức từ bản vẽ TIN. Biến đổi từ dữ liệu trắc địa. Nhập từ bản vẽ CAD Chụp ảnh từ vệ tinh và từ máy bay. Chuyển đổi từ dữ liệu TIN. Raster hoá từ dữ liệu vector Scan (quét ảnh) bản vẽ, từ ảnh chụp. Biên dịch từ dữ liệu không ảnh. Thu thập từ dữ liệu GPS. Nhập các điểm với độ cao. Chuyển đổi từ đ−ờng đồng mức của dữ liệu vector. L−u giữ không gian Điểm đ−ợc l−u giữ với toạ độ X,Y. Đ−ờng đ−ợc l−u nh− tuyến nối tiếp các điểm có toạ độ X,Y. Đa giác đ−ợc l−u nh− một đ−ờng khép kín. Từ gốc toạ độ ở góc trái d−ới cùng của raster theo chiều rộng và chiều cao, các điểm ảnh (cell) đ−ợc xác định theo cị trí hàng và cột. Mỗi nút của mạng TIN có giá trị toạ độ X,Y. Mô tả đối t−ợng Điểm biểu diễn các đối t−ợng nhỏ. Đ−ờng biểu diễn các đối t−ợng có chiều dài nh−ng bề rộng hẹp. Đa giác biểu diễn các đối t−ợng trải rộng. Đối t−ợng điểm đ−ợc biểu diễn bằng một cell. Đ−ờng đ−ợc biểu diễn bằng một loạt các điểm kề liền có cùng giá trị. Đa giác biểu thị bằng một vùng các cell có cùng giá trị. Các giá trị Z của các điểm xác định hình dạng của mặt. Các đ−ờng gián đoạn biểu thị sự thay đổi trên bề mặt ví dự nh− suối, vv... Liên kết topo Đ−ờng l−u giữ vệt liên kết các nút. Đa giác l−u gữ các đa giác hai bên của đ−ờng. Những cell bên cạnh nhanh chóng đ−ợc định vị bằng l−ợng tăng giảm giá trị hàng và cột. Mỗi tam giác đ−ợc liên kểt với những tam giác khác bên cạnh nó. Phân tích địa lý Che phủ bản đồ hình học (topological map overlay). Vùng đệm (buuffer) và sự cận kề. Đa giác mờ chồng và che phủ. Vấn tin không gian và logic. Địa chỉ mã hoá địa lý. Phân tích mạng. Sự trùng hợp không gian. Sự cận kề. Phân tích bề mặt. Sự phát tán. đ−ờng đi ngắn nhất. Độ cao, độ dốc, h−ớng. Đ−ờng đồng mức lấy ra từ bề mặt. Mặt cắt dọc theo đ−ờng Phân tích hiển thị những yếu tố không nhìn thấy đ−ợc. Kết xuất Dữ liệu vector là cách tốt nhất để vẽ hình dạng chính xác các đối t−ợng địa lý. Nh−ng không Dữ liệu raster là tốt nhất khi thể hiện hình ảnh và các đối t−ợng với thuộc tính biến đổi Dữ liệu tam giác TIN là tốt nhất cho việc biểu thị phong phú bề mặt. Có thể Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý Cách tiếp cận lớp (layer) biểu diễn dữ liệu không gian Layer đ−ợc nhiều công nghệ phần mềm GIS lựa chọn, trong đó nổi tiếng nhất là Viện nghiên cứu hệ thống môi tr−ờng (EnvironmentalSystem Reseach Institute, Inc, (ESRI)). Cách tiếp cận h−ớng đối t−ợng •Thế gới thực đ−ợc mô hình hoá nh− một tập hợp của các đối t−ợng đ−ợc nhóm lại với nhau trong các lớp (classes) và có các loại khác nhau của các mối quan hệ giữa chúng. • Cần phải phân biết lớp (layer) với thuật ngữ lớp (class). Tổ chức cơ sở dữ liệu hoà trộn các nguyên tắc của cả mô hình tầng bậc và mô hình mạng. Mọi đối t−ợng trong cùng một class chia sẻ một tập hợp các thuộc tính, đó là đặc tính và ph−ơng thức. • ESRI là ng−ời tiên phong trong cách tiếp cận này Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Mô hình dữ liệu CAD (The CAD Data Model). •Vào những năm 60 và 70 của thế kỷ XX, với phần cứng máy tính và phần mềm xây dựng bản đồ tinh xảo đã cho những bản đồ với mức độ trung thực cao. •Một l−ợng thông tin ít ỏi về thuộc tính đ−ợc giữ trong những files này; Các lớp (layer) bản đồ và nhãn chú giải là biểu diễn ban đầu của thuộc tính. Mô hình dữ liệu kết hợp (The Coverage Data Model). •Năm 1981 ESRI giới thiệu phần mềm GIS th−ơng phẩm đầu tiên của họ - ArcInfo •Dữ liệu không gian đ−ợc kết hợp với dữ liệu thuộc tính. •Quan hệ hình học giữa các đối t−ợng vector đ−ợc l−u giữ. Mô hình dữ liệu kết hợp Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Mô hình dữ liệu cơ sở dữ liệu địa lý (The Geodatabase Data Model). •ArcInfo 8 đ−a vào mô hình dữ liệu mới - mô hình dữ liệu h−ớng đối t−ợng •Mô hình dữ liệu cơ sở dữ liệu địa lý mang mô hình dữ liệu vật thể gắn bó với mô hình dữ liệu logic •Cho phép ta thực hiện phần lớn ứng xử theo ý muốn, không cần phải viết bất kỳ một mã (code) nào. Phần lớn những ứng xử đ−ợc thực hiện thông qua domain (Lĩnh vực). Mục đích sử dụng đất Luật lệ ràng buộc Sự xếp đặt tự nhiên Sự xếp đặt hợp logic Quan hệ hình học Quan hệ không gian Quan hệ thông th−ờng Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Bên trong một cơ sở dữ liệu địa lý Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Đối t−ợng bản đồ trong CSDL ĐL Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Mở cơ cấu của dữ liêu Ch−ơng 3: Cấu trúc dữ liệu thông tin địa lý (tiếp theo) Truy cập dữ liệu địa lý Ch−ơng 4: Hệ quản trị dữ liệu Microsoft Access. Các bảng (tables) Cấu trúc dữ liệu Access Ch−ơng 5: Sử dụng phần mềm Mapinfo 6 để xây dựng GIS. Tài liệu tham khảo Tiếng Việt. 1. Đặng Văn Đức (1996) , Giáo trình cao học về các hệ thông tin địa lý, 2. Đặng Văn Đức (2001) , Hệ thống thông tin địa lý GIS, Nxb Khoa học KT, Hà Nội. 3. Franỗois Charbonneau (2002), Tr−ờng Đại học Tổng hợp Montreal (2000), Bài giảng cơ sở dữ liệu và hệ thông tin địa lý - (Tài liệu giảng dạy tại tr−ờng ĐH Kiến trúc Hà Nội). 4. Đặng Minh Hoàng (2000) , Cẩm nang sử dụng Microsoft Access 2000, Nxb Thống kê, Hà Nội. 5. Trần Thanh Phong, Nguyễn Trọng Toán (1998) , Microsoft Access 97 - Visual Basic for ApplicationR twf A đến Z, Nxb Thống kê, Hà Nội. Tiếng n−ớc ngoài. 6. Bob Booth and Andy Mitchell (2001), Getting Started with ArcGIS, GIS by ESRI 7. E Diclon (1990), An Introduction togeographical, Infomation Syste (GIS), Laboratoire Commun de Télédétection CEMAGREF/ENGREF Montplier . 8. E Diclon (1990), Data Structure for Thematic Maps, Laboratoire Commun de Télédétection CEMAGREF/ENGREF Montplier . 9. MapInfo ProfessionalR, MapInfo Profesional Tutorial, 10. Michaael Zeiler (2001),Modeling Our World - The ESRI Guide to Geodatabase Design, ESRI Press 11. Microsoft Access (2000), Introduction Microsoft Accessl.htm. 12. Microsoft Office (2000), Tutorial-Office\Microsoft Access Tutorial.htm. 13. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Definition d'un S.I.G. 14. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Une Base de Données Graphiques. 15. www.unice.fr\GEONET\THEORIE.HTME (2005), Les types de données graphiques. Xin cảm ơn sự chú ý theo dõi của quý vị !