›
›

Giáo trình Viễn thám - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong GIS

pdf 52 trang huongle 2480
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Viễn thám - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong GIS", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_vien_tham_chuong_2_nhung_van_de_co_ban_trong_gis.pdf

Nội dung text: Giáo trình Viễn thám - Chương 2: Những vấn đề cơ bản trong GIS

  1. 13/06/2016 Chương 2 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG GIS NỘI DUNG TRÌNH BÀY  Hệ tọa độ tham chiếu dữ liệu không gian  Mô hình dữ liệu không gian  Mô hình dữ liệu thuộc tính  Một số kỹ thuật phân tích không gian cơ bản Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  2. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Khái niệm về hệ tọa độ có tính chất quy ước, dùng để xác định vị trí và mối quan hệ giữa các đối tượng địa lý ngoài thực tế và trên bản đồ.  A coordinate system is a reference system used to represent the locations of geographic features, imagery, and observations, such as Global Positioning System (GPS) locations, within a common geographic framework. (ESRI) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Có hai loại hệ tọa độ được sử dụng trong lĩnh vực bản đồ học: Hệ tọa độ địa lý (geographic coordinate system) và Hệ tọa độ phẳng (projected coordinate system).  Hệ tọa độ địa lý thường được sử dụng ngoài thực địa.  Hệ tọa độ phẳng thường được sử dụng trên các loại bản đồ (giấy và số). Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  3. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  A geographic coordinate system (GCS) uses a three-dimensional (3-D) spherical surface to define locations on the earth. A GCS is often incorrectly called a datum, but a datum is only one part of a GCS. A GCS includes an angular unit of measure, a prime meridian, and a datum (based on a spheroid or ellipsoid). (ESRI) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Bao gồm: kinh độ địa lý () và vĩ độ địa lý ( ).  Bộ tham số xác lập một hệ tọa độ địa lý gọi là một datum.  Tùy trường hợp mà hệ tọa độ địa lý có thể được xác lập trên mặt cầu, bề mặt geoid hoặc ellipsoid làm chuẩn. Phân biệt geoid, ellipsoid và datum? Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  4. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Hình dạng của Trái Đất:  Con người đã biết hình dạng cầu của Trái Đất hơn 2.000 năm.  Aristotle vào thế kỷ thứ IV trước CN đã đưa ra những minh chứng chứng tỏ hình dạng cầu của Trái Đất.  Eratosthenes là người đầu tiên đã tính toán chu vi của Trái Đất.  Tuy nhiên, hình dạng thực tế của Trái Đất không phải là một hình cầu hoàn chỉnh. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  5. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mô hình Geoid:  The geoid is the shape that the surface of the oceans would take under the influence of Earth's gravitation and rotation alone, in the absence of other influences such as winds and tides. (Wikipedia)  Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh, kéo dài xuyên qua các lục địa và hải đảo tạo thành một bề mặt cong khép kín. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mô hình Geoid:  Tính chất: Tại bất kỳ một điểm nào trên mặt Geoid, pháp tuyến cũng luôn luôn trùng với phương của dây dọi qua điểm đó.  Ứng dụng: Dùng để đo chênh cao.  Geoid là bề mặt đặc trưng cho hình dạng của Trái đất và khó có thể biểu diễn bởi một hình dạng toán học nào. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  6. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mô hình Ellipsoid:  A spheroid (ellipsoid) is a three-dimensional shape created from a two-dimensional ellipse. The ellipse is an oval, with a major axis (the longer axis), and a minor axis (the shorter axis). If you rotate the ellipse, the shape of the rotated figure is the spheroid. (ESRI)  Phương pháp thành lập: xoay một hình ellipse quanh bán trục nhỏ của nó với kích thước xấp xỉ Geoid. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  7. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mô hình Ellipsoid:  Các thông số cơ bản: bán trục lớn (a), bán trục nhỏ (b), độ dẹt (f hoặc ) f  = (a – b)/a  Có hai loại ellipsoid: ellipsoid Trái đất (toàn cầu) và ellipsoid tham chiếu (địa phương). Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mô hình Ellipsoid:  Một số Ellipsoid phổ biến, đã được sử dụng ở Việt Nam Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  8. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Hai loại ellipsoid: Hệ tọa độ địa phương ùBề mặt Trái đất Bề mặt ellipsoid địa phương Bề mặt ellipsoid quốc tế Hệ tọa độ quốc tế Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mối quan hệ giữa Trái đất và mô hình biểu diễn: 1. Mực nước biển 2. Ellipsoid 3. Phương dây dọi 4. Lục địa 5. Geoid Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  9. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Mối quan hệ giữa Trái đất và mô hình biểu diễn Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Geoid được dùng để thay thế cho bề mặt thực của Trái Đất. dùng trong đo cao  Ellipsoid dùng để mô hình hóa hình dạng của Trái Đất. dùng để xác định tọa độ  Điều kiện:  Tâm ellipsoid trùng với trọng tâm Trái đất, mặt phẳng xích đạo ellipsoid trùng với mặt phẳng xích đạo Trái đất.  Khối lượng ellipsoid bằng khối lượng Trái đất.  Tổng bình phương các chênh cao giữa geoid và ellipsoid là nhỏ nhất. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  10. 13/06/2016 GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Datum:  While a spheroid (ellipsoid) approximates the shape of the earth, a datum defines the position of the spheroid relative to the center of the earth. A datum provides a frame of reference for measuring locations on the surface of the earth. It defines the origin and orientation of latitude and longitude lines. (ESRI)  Datum dùng để định vị chính xác 1 ellipsoid và là cơ sở để thành lập hệ tọa độ được sử dụng trong trắc địa – bản đồ. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng GEOID, ELLIPSOID & DATUM  Datum:  While a spheroid (ellipsoid) approximates the shape of the earth, a datum defines the position of the spheroid relative to the center of the earth. A datum provides a frame of reference for measuring locations on the surface of the earth. It defines the origin and orientation of latitude and longitude lines. (ESRI)  Datum dùng để định vị chính xác 1 ellipsoid và là cơ sở để thành lập hệ tọa độ được sử dụng trong trắc địa – bản đồ.  Có 2 loại datum: vertical và horizontal datum Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  11. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Geographic Coordinate System (GCS) = Datum + Angular unit + Prime Meridian  Datum = Ellipsoid (Geoid) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Parallel: đường vĩ tuyến  Meridian: đường kinh tuyến Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  12. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Kinh độ địa lý là góc nhị diện giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến qua điểm xét.  Kinh tuyến gốc là đường kinh tuyến qua đài thiên văn Greenwich, London, Vương quốc Anh.  Kinh độ địa lý() có giá trị từ 0 – 180o Đông/Tây. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  13. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Vĩ độ địa lý là góc hợp bởi phương của đường dây dọi (phương của trọng lực) với mặt phẳng xích đạo.  Vĩ độ địa lý ( ) có giá trị thay đổi từ 00 đến 900 Bắc hoặc Nam. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  14. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System) Chiều dài đường kinh tuyến và vĩ tuyến Vị trí Độ dài kinh tuyến (1o) Độ dài vĩ tuyến (1o) 0° 110.574 km 111.320 km 15° 110.649 km 107.551 km 30° 110.852 km 96.486 km 45° 111.132 km 78.847 km 60° 111.412 km 55.800 km 75° 111.618 km 28.902 km 90° 111.694 km 0.000 km Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  15. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  16. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ địa lý:  Phương pháp xác định tọa độ địa lý ngoài thực địa: dựa vào các kỹ thuật đo đạc, định vị chính xác cao (từ máy định vị GPS), mạng internet (Google Maps hoặc Google Earth) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu:  Được sử dụng trong các bản đồ tỷ lệ lớn (đặc biệt là bản đồ địa hình và địa chính).  A projected coordinate system (PCS) is defined on a flat, 2D surface. Unlike a GCS, a PCS has constant lengths, angles, and areas across the two dimensions.  A PCS is always based on a GCS that is based on a sphere or spheroid. (ESRI)  PCS = GCS + Map projection Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  17. 13/06/2016 HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu:  Thường tính theo mét, là giá trị khoảng cách.  Trục OX là hình chiếu của kinh tuyến giữa múi.  Trục OY là hình chiếu của xích đạo.  Gốc tọa độ O được dời về phía Tây 500km. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng HỆ TỌA ĐỘ (Coordinate System)  Hệ tọa độ vuông góc phẳng theo múi chiếu:  Tọa độ phẳng theo Gauss (Hệ HN-72) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  18. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Khái niệm:  A map projection is a systematic transformation of the latitudes and longitudes of locations on the surface of a sphere or an ellipsoid into locations on a plane. Map projections are necessary for creating maps. Map projections Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Khái niệm:  Là những quy tắc toán học để chuyển từ bề mặt ellipsoid lên mặt phẳng bản đồ.  Gọi chung là các phương trình chiếu.  Tổng quát: x = f1( ,) y = f2( ,) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  19. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Sai số chiếu hình:  Mặt cong ellipsoid mặt phẳng bản đồ luôn có sai số, gọi chung là các biến dạng.  Có 3 loại biến dạng: góc, diện tích, khoảng cách.  Có những phép chiếu không có biến dạng góc và diện tích, nhưng luôn có biến dạng độ dài.  Tại những nơi không biến dạng tỷ lệ bằng 1 (tỷ lệ chung), những nơi khác lớn hoặc nhỏ hơn 1, gọi là tỷ lệ riêng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Sai số chiếu hình: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  20. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ:  Dựa vào vị trí tiếp xúc giữa bề mặt hỗ trợ chiếu và mặt ellipsoid: phép chiếu đứng, phép chiếu ngang và phép chiếu nghiêng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ:  Dựa vào bề mặt hỗ trợ chiếu: phép chiếu hình trụ, phép chiếu hình nón và phép chiếu phương vị. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  21. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  22. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ:  Dựa vào đặc điểm sai số: phép chiếu đồng góc, phép chiếu đồng diện tích và phép chiếu tự do. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  23. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phân loại phép chiếu bản đồ:  Trên thực tế: kết hợp các phương pháp phân loại với nhau, tên của phép chiếu đặt theo các đặc điểm phân loại: phép chiếu hình trụ đứng đồng góc, phép chiếu phương vị đứng giữ khoảng cách,  Tên của phép chiếu còn được đặt theo tên của tác giả đã xây dựng phép chiếu đó: Mercator, Robinson, Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  24. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu Mercator: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình trụ đứng đồng diện tích Behrmann Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  25. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu hình trụ đứng đồng khoảng cách Plate Carree Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu nón đứng đồng khoảng cách Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  26. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu nón đứng đồng góc Lambert Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Một số phép chiếu bản đồ tỷ lệ nhỏ phổ biến:  Phép chiếu phương vị đứng với điểm tiếp xúc là cực Bắc Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  27. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger:  Phương pháp thành lập:  Được Gauss thiết lập 1820 – 1830, Kruger hoàn thiện vào 1912 – 1919.  Chia ellipsoid làm 60 múi, múi số 1 tính từ kinh tuyến Greenwich, tăng dần về phía Đông, chiếu theo từng múi. Việt Nam thuộc múi 18, 19.  Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc, hình trụ tiếp xúc với ellipsoid. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger: Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  28. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger:  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến:  Kinh tuyến trục là đường thẳng, các kinh tuyến khác là những đường cong đối xứng nhau qua kinh tuyến trục.  Xích đạo là đường thẳng vuông góc với kinh tuyến giữa, các vĩ tuyến khác là những đường cong lõm về hai cực, đối xứng nhau qua xích đạo. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger:  Đặc điểm sai số và biến dạng:  Không có biến dạng về góc.  Tỷ lệ biến dạng chiều dài không đổi dọc kinh tuyến giữa và bằng 1 (k =1), càng ra hai kinh tuyến biên, biến dạng càng tăng và đối xứng nhau qua kinh tuyến giữa. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  29. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger:  Ứng dụng:  Được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới và Việt Nam để xây dựng các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn.  Mỗi múi chiếu, thành lập một hệ tọa độ vuông góc riêng.  Được quy định trong hệ tọa độ HN-72 ở Việt Nam. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu Gauss – Kruger:  Hệ tọa độ theo Gauss:  P((x = 2.150.000m, y = 18.572.000m) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  30. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Phương pháp thành lập:  Được quân đội Mỹ đưa vào sử dụng từ năm 1940.  Chia ellipsoid làm 60 múi, múi số 1, tính từ kinh tuyến 1800, tăng dần về phía Đông. Việt Nam thuộc 2 múi 48, 49.  Cũng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc, với hình trụ cắt ellipsoid tại hai cát tuyến. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator): Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  31. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến: X Kinh tuyến giữa Kinh tuyến giữa 180km 180km Xích đạo 500km 0km Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Đặc điểm lưới kinh vĩ tuyến:  Kinh tuyến trục là đường thẳng, các kinh tuyến còn lại là những đường cong đối xứng nhau qua kinh tuyến trục.  Xích đạo là đường thẳng vuông góc với kinh tuyến trục, các vĩ tuyến còn lại là những đường cong lõm về hai cực và đối xưng nhau qua xích đạo. 0 0  Không thể hiện hai cực (80 N đến 84 B) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  32. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Đặc điểm sai số biến dạng:  Tại đường kinh tuyến giữa, hệ số biến dạng chiều dài k = 0,9996 (hoặc k = 0,9999 đối với múi 30).  Trên toàn bản đồ không có biến dạng về góc  Tại 2 đường cát tuyến (cách 180km về hai phía so với kinh tuyến giữa) k = 1, đi về 2 phía, biến dạng càng tăng.  Biến dạng ở các vĩ tuyến đối xứng nhau qua xích đạo Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Ứng dụng:  Được dùng để thiết kế các bản đồ địa hình tỷ lệ lớn ở nhiều nước trên thế giới.  Được quân đội Mỹ sử dụng ở Việt Nam trước năm 1975 (hệ INDIAN-54).  Được quy định chính thức trong hệ VN-2000 ở Việt Nam.  Mỗi múi chiếu thành lập hệ tọa độ vuông góc. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  33. 13/06/2016 PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection) Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator):  Hệ tọa độ theo UTM:  Dạng đầy đủ: P (48P X = 2.150.000m, Y = 572.000m)  Dạng rút gọn: P (X = 2.150.000m, Y = 572.000m) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ (Map Projection)  Các phép chiếu dùng cho bản đồ Việt Nam:  Bản đồ tỷ lệ nhỏ (tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn): sử dụng phép chiếu hình nón đứng đồng góc với 2 vĩ tuyến chuẩn 110 và 210.  Bản đồ tỷ lệ lớn: hiện nay đang sử dụng phép chiếu UTM, trước đây chúng ta đã từng sử dụng phép chiếu Gauss – Kruger. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  34. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Cấu trúc dữ liệu raster có hai đặc điểm cần lưu ý: - Mỗi điểm ảnh chỉ biểu diễn một thuộc tính, xác định bởi giá trị f(x,y). - Khi thay đổi độ phân giải (kích thước điểm ảnh thay đổi), dung lượng dữ liệu thay đổi theo. Dung lượng dữ liệu tăng theo bình phương tỉ lệ gia tăng độ phân giải. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Đối tượng điểm (point objects) Số pixel i Số hàng j (i,j) = (5,3);(7,5);(8,2) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  35. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Đối tượng đường (line/polyline objects) (1,3);(2,2);(3,2) ;(4,3); (5,4) ;(6,5) ;(7,5) ;(8,4) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Đối tượng vùng (polygon objects) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  36. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Cấu trúc dữ liệu raster được thực hiện dưới nhiều định dạng số khác nhau: - GRID: Định dạng của ESRI dùng để lưu trữ và xử lý dữ liệu raster. - Định dạng công nghiệp chuẩn: JPEG, TIFF và MrSID dùng trong hiển thị nhưng không phân tích được (phải chuyển thành GRID). Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Khi hiển thị đồng thời với dữ liệu vector, đòi hỏi phải có thông tin tọa độ tham chiếu (georeferencing information) - TIFF image.tiff image.tfw - Bitmap image.bmp image.bpw - BIL image.bil image.blw - JPEG image.jpg image.jpw Geotiff là định dạng chứa cả ảnh và thông tin tham chiếu trong cùng 1 file. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  37. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Cấu trúc của tập tin tham chiếu: dạng ASCII gồm 6 dòng Dòng 1: Kích thước theo hướng x của pixel đơn vị bản đồ (A) Dòng 2: Góc xoay quanh trục y (D) Dòng 3: Góc xoay quanh trục x (B) Dòng 4: Kích thước âm theo hướng y của pixel theo đơn vị bản đồ (E) Dòng 5: Tọa độ x của tâm pixel trên trái (C) Dòng 6: Tọa độ y của tâm pixel trên trái (F) - Công thức tính chuyển: x , y : tọa độ pixel theo đơn vị bản đồ X1 = Ax + By + C 1 1 Y1 = Dx + Ey + F x, y: cột và hàng của pixel trên ảnh Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1. Mô hình dữ liệu raster Ví dụ: 20.17541308822119 A 0.00000000000 D 0.00000000000 B -20.17541308822119 E 424178.11472601280548 C 4313415.90726399607956 F - Với pixel trên ảnh có tọa độ (3,4) thì Pixel có tọa độ bản đồ là: (424238.640965277, 431335.20561164) Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  38. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Các đối tượng không gian khi biểu diễn ở cấu trúc vector thường tổ chức dưới dạng điểm, đường và vùng trên một hệ thống tọa độ xác định. Mỗi điểm được xác định bởi một cặp toạ độ (x,y); đường được xác định bởi một chuỗi liên tiếp các điểm {(x1, y1),(x2, y2), ,(xn,yn)} và vùng được xác định bởi những đường khép kín. Hai cấu trúc dữ liệu Vector thông dụng là cấu trúc Spaghetti và cấu trúc Topology. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Các đối tượng trong không gian được phân loại thành 3 dạng: - Đối tượng điểm: Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian được biểu diễn như một cặp tọa độ (x,y). - Đối tượng đường: Đường được dùng để biểu diễn tất cả các đối tượng có dạng tuyến, được tạo nên từ hai hoặc nhiều cặp tọa độ (x,y). - Đối tượng vùng: Vùng là một đối tượng hình học hai chiều, có tọa độ điểm đầu và điểm cuối trùng nhau Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  39. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Điểm Vùng Đường Đường cong Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Cấu trúc spaghetti: - Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ (x,y), - Đường được biểu diễn bằng một chuỗi những cặp toạ độ (xi,yi). - Vùng được xác định bởi một cung khép kín và được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xi,yi) có tọa độ đầu và tọa độ cuối trùng nhau. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  40. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Đặc trưng Vị trí A(xA,yA) Điểm A (xA,yA) Cung AB (xA,yA), (x1,y1), . . . , (xB,yB). 1 2 Vùng 1 (x1A,y1A), (x11,y11), . . . , (x1i,y1i), (x1B,y1B), (x1j,y1j), . . . , (x1A,y1A). B(xA,yA) Vùng 2 (x2A,y2A), (x21,y21), . . . , (x2i,y2i), (x2B,y2B), (x2j,y2j), . . . , (x2A,y2A). Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Cấu trúc spaghetti: Cấu trúc không ghi nhận đặc trưng kề nhau của hai vùng kề nhau, nghĩa là tại đường chung của hai vùng kề nhau có hai đường độc lập. Cấu trúc Spaghetti được sử dụng để lập bản đồ số rất tốt, nhưng không thích hợp cho các bài toán phân tích GIS vì không mô tả được các quan hệ không gian. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  41. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector Cấu trúc topology còn được gọi là cấu trúc cung-nút (arc-node) với phần tử cơ bản là cung. Mỗi cung được mô tả như là một chuỗi những đoạn thẳng nối liền nhau, điểm đầu và cuối cung gọi là nút (node), những điểm giữa cung gọi là đỉnh (vertex). Nút là điểm giao nhau của hai hay nhiều cung, đối với những cung độc lập, nút là điểm cuối cùng của cung, không nối liền với bất kỳ cung nào khác. Vùng là một chuỗi những cung nối liền nhau và khép kín, những cung này chính là đường biên của vùng. Một vùng có thể được giới hạn bởi hai đường cong khép kín lồng vào nhau và không cắt nhau. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1020 30 40 50 60 70 Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  42. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 2. Mô hình dữ liệu vector 70 N4 a7 60 a1 50 A a6 F D N2 a5 a8 N6 40 N1 a3 a10 N8 N5 a9 30 a12 a4 C N7 20 B E a2 N9 10 N3 a11 0 0 1020 30 40 50 60 70 Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ điểm-điểm - “Trong giới hạn (is within)”: Nằm trong giới hạn một khoảng cách cụ thể. - “Gần nhất với (is nearest to)”: Gần nhất so với một điểm cụ thể. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  43. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ điểm-đường - “Nằm trên đường (on line)”: điểm nằm trên một đường. - “Gần nhất với (is nearest to)”: Điểm gần nhất so với một đường. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ điểm-vùng - “Chứa bên trong vùng (is contained in)”: Điểm chứa bên trong vùng. - “Nằm trên biên (on border of area)”: Một điểm nằm trên đường biên của vùng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  44. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ đường-đường - “Giao nhau (intersects)”: Hai đường giao nhau. - “Băng qua (crosses)”: Hai đường băng qua mà không giao nhau. - “Chảy vào (flow into)”: Một nhánh sông chảy vào một dòng sông. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ đường-vùng - “Giao nhau (intersects)”: Một đường giao (cắt) với một vùng. - “Đường biên (borders)”: Đường là một phần biên của vùng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  45. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Quan hệ vùng-vùng - “Chồng lớp (overlaps)”: Hai vùng chồng lên nhau. - “Nằm bên trong (is within)”: Một vùng nằm bên trong một vùng khác. - “Kế cận (is adjacent to)”: Hai vùng cùng có một đường biên chung. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  46. 13/06/2016 MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 3. Mô hình dữ liệu vector Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng MÔ HÌNH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN Raster vs. Vector Raster Vector Cấu trúc dữ liệu Đơn giản Phức tạp Dung lượng Lớn Bé Chất lượng đồ họa Trung bình Tốt Chồng lớp Đơn giản Phức tạp Phân tích mạng Không Dễ dàng Độ chính xác hình học Thấp Cao Topology Khó khăn Dễ dàng Phân tích không gian Đơn giản Phức tạp Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  47. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN Là chức năng quan trọng của GIS, cho phép phân tích dựa trên dữ liệu không gian và thuộc tính đễ hỗ trợ việc ra quyết định. Việc phân tích được thực hiện để trả lời các câu hỏi liên quan đến thế giới thực: tình trạng hiện tại của các đối tượng, sự thay đổi và khuynh hướng thay đổi của chúng. Tùy theo tính chất phức tạp của câu hỏi mà các phép phân tích không gian có thể chỉ ở mức độ đơn giản hoặc là những mô hình phức tạp. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN  Các hình thức phân tích không gian phổ biến  Các phương pháp đo đạc, tính toán trên bản đồ  Phân tích lân cận (Proximity)  Chồng lớp bản đồ(Overlay)  Trích lọc đối tượng (Extraction)  Phân tích mạng (Network)  Phương pháp để phân tích  Xác định qui trình phân tích không gian  Xây dựng kế hoạch phân tích  Thực hiện phân tích bằng các phần mềm GIS Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  48. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 1. Các phương pháp đo lường không gian - Đo khoảng cách: giữa các điểm, từ điểm đến vùng hoặc ranh giới vùng. - Tính diện tích: áp dụng đối với vùng. - Tính chu vi: thực tế là chiều dài đường bao của vùng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ Lớp nguồn Lớp overlay Lớp kết quả thừa hưởng thuộc tính của lớp overlay Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  49. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ UNION: hợp hai đối tượng, đối tượng mới được tạo nên bởi cả hai đối tượng ban đầu (bao gồm phần không gian và thuộc tính). Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ INTERSECT: giao hai đối tượng, đối tượng mới được tạo nên dựa trên phần chung giữa hai đối tượng. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  50. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ CLIP: cắt đối tượng gốc dựa trên vùng cắt. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ ERASE: xóa đối tượng tại vùng cần xóa. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  51. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ SPLIT: chia đối tượng lớn thành nhiều đối tượng nhỏ. Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 2. Các phương pháp chồng lớp bản đồ DISSOLVE: gộp nhóm những đối tượng giống nhau dựa trên thuộc tính Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng
  52. 13/06/2016 PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 3. Tạo vùng đệm (buffer) cho đối tượng - Tạo buffer (vùng đệm) áp dụng cho các đối tượng: điểm, đường, vùng. Vùng đệm được tạo ra bởi bán kính cho trước. - Ứng dụng cho các câu hỏi về khoảng cách Buffer 50 m Buffer 100 m, không Buffer với giá trị từ loại phần trùng lắp bảng thuộc tính Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN 3. Tạo vùng đệm (buffer) cho đối tượng Biên soạn: ThS. Phạm Thế Hùng