Đang tải... (xem toàn văn)
Để tạo ra các bản đồ chính xác và phân tích số liệu không gian, cần tốn nhiều thời gian và gặp không ít khó khăn. Nhưng gần đây, một tập hợp các công cụ mới và mạnh mẽ giúp cho thao tác bản đồ được thuận tiện; và hầu như ai có máy tính đều có thể dễ dàng tạo ra bản đồ—tuy vậy những bản đồ này thường không tốt. Người mới dùng có trong tay máy tính và phần mềm, nhưng họ thiếu các khái niệm, nguyên lý và phương pháp luận liên quan đến bản đồ. Các bản đồ họ tạo ra thường không được thiết kế đúng và không thể hiện thông tin dễ dàng và hiệu quả. Cuốn sách này muốn thay đổi điều này bằng cách giúp bạn tạo mới, phân tích, và in ra những bản đồ có khả năng chuyển tải thông tin cao. Bằng cách dùng các biểu tượng, màu sắc, độ đậm nhạt và bằng chữ, bản đồ giúp chúng ta trao đổi thông tin một cách ấn tượng hơn; chúng làm cho điều ta muốn nó trở nên hấp dẫn, thuyết phục, và rõ ràng. Cuốn sách giáo trình tập trung vào một công nghệ có tên là Hệ thống thông tin địa lý (GIS), nhưng phần lớn các khái niệm trong các chương này cũng có thể áp dụng được cho những công nghệ khác có liên quan đến địa lý; bao gồm viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), bản đồ trên Internet, và địa cầu ảo
Chương 1: Giới thiệu GIS lập đồ Để tạo đồ xác phân tích số liệu khơng gian, cần tốn nhiều thời gian gặp khơng khó khăn Nhưng gần đây, tập hợp công cụ mạnh mẽ giúp cho thao tác đồ thuận tiện; có máy tính dễ dàng tạo đồ—tuy đồ thường khơng tốt Người dùng có tay máy tính phần mềm, họ thiếu khái niệm, nguyên lý phương pháp luận liên quan đến đồ Các đồ họ tạo thường không thiết kế thông tin dễ dàng hiệu Cuốn sách muốn thay đổi điều cách giúp bạn tạo mới, phân tích, in đồ có khả chuyển tải thông tin cao Bằng cách dùng biểu tượng, màu sắc, độ đậm nhạt chữ, đồ giúp trao đổi thông tin cách ấn tượng hơn; chúng làm cho điều ta muốn trở nên hấp dẫn, thuyết phục, rõ ràng Cuốn sách giáo trình tập trung vào cơng nghệ có tên Hệ thống thông tin địa lý (GIS), phần lớn khái niệm chương áp dụng cho cơng nghệ khác có liên quan đến địa lý; bao gồm viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), đồ Internet, địa cầu ảo Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS) Trước hết ta định nghĩa GIS Định nghĩa #1 Trong khoảng từ 20 đến 30 năm vừa qua, nhiều tác giả (Dept of the Environment, 1987; Rhind, 1988; Parker, 1988; Bolstad, 2002) định nghĩa GIS Và đa số định nghĩa tương tự nhau; đề cập đến hệ thống gồm phần cứng, phần mềm máy tính, người có nhiệm vụ thu thập, quản lý, phân tích, hiển thị liệu khơng gian Đó định nghĩa hay, để hiểu rõ GIS, bạn nên chia nhỏ thành bốn thành phần theo cách mà Marble Peuquet (1983) làm sách giáo trình GIS mà theo tơi có lẽ thơng dụng Theo đó, GIS gồm có: Hình 1.1: Bốn thành phần GIS Các hệ thống GIS Đầu vào: Lấy liệu không gian thuộc tính vào GIS Ở đây, bạn thu thập tiền xử lý liệu từ nhiều nguồn khác Tiền xử lý: Tổ chức liệu để truy cập chỉnh sửa Hệ thống cho phép bạn quản lý, xem xét, chỉnh sửa số liệu có Phân tích: Thực thao tác liệu Với hệ thống này, bạn tiến hành phân tích khơng gian để tạo nên thông tin Đầu ra: Tạo nên đồ chuyên đề, mơ hình, số liệu thống kê Phần lớn nội dung tài liệu chia thành chương phản ánh bốn thành phần GIS Chương đề cập đến liệu hệ thống nhập liệu Chương tập trung vào mảng đồ họa sở liệu phần mềm GIS Hai chương kết thúc việc bao quát công đoạn “dọn dẹp” (các hàm tiền xử lý) để thao tác file liệu giúp chúng sẵn sàng phục vụ cho việc phân tích Chương đề cập đến việc phân tích tập hợp liệu Chương trình bày kết đầu Định nghĩa #2 Một định nghĩa ngắn đánh đồng GIS với “cơ sở liệu không gian”, bạn phải ý tập trung vào hai từ Muốn vậy, hình dung hình máy tính hiển thị đồ phân lơ đất Hình 1.2: Hai phận GIS (bộ phận đồ (khơng gian), phận thuộc tính) Mỗi lơ đất hình riêng biệt đồ, chúng khơng hình xuất hình; máy tính lưu trữ nhiều đặc điểm sở liệu hình mã số lơ đất tên chủ sở hữu Nói cách khác, có hai phần GIS: đồ (hay thành phần khơng gian) thuộc tính (hay thành phần sở liệu) Bằng cách tạo kết nối đồ thuộc tính lưu trữ, GIS trở thành công cụ mạnh giúp định vị phân tích liệu địa lý vấn đề mơi trường có liên quan Đây điểm hấp dẫn Các chương trình GIS có khả xử lý số liệu địa lý lớn đa dạng, ngày tận dụng chúng cho việc phân tích định Hai định nghĩa nhấn mạnh GIS hệ thống máy tính; có thêm đặc điểm xử lý liệu khơng gian Mặc dù định nghĩa thứ hai tiếp cận sát hơn, hai không đú trọng vào thành phần địa lý GIS Định nghĩa #3 Không phải ngẫu nhiên mà GIS bắt đầu chữ G [Geographic = địa lý] Một hiểu biết vững vàng GIS phải bắt nguồn từ địa lý, cụ thể quan điểm địa lý, vốn cách tổ tư phần Trái Đất theo khơng gian Hãy nhìn lại vào đồ trước Bạn biết bao đồ khác biểu diễn vị trí người vật (như đường sá, tịa nhà lớn, khu cơng viên, v.v.) Bạn biết có mối quan hệ người vật vẽ đồ Những quan hệ góp phần giải thích mẫu khơng gian mà bạn quan sát đồ Quá trình tìm kiếm, biểu thị, giải thích, chí dự đốn mẫu địa lý trọng tâm địa lý GIS Về phương diện này, GIS định nghĩa cơng cụ giúp ta khảo sát mẫu vật thể địa lý (hay khơng gian) Ít nhất, giúp mơ tả mẫu Song GIS cịn tiến xa việc mơ tả, mà cịn giúp ta điều tra hiểu lý tồn mẫu (hay gọi `phân bố’) này, tác động mẫu sống người với đất đai, phát mẫu địa lý có khả hình thành tương lai Bạn đặt loại câu hỏi GIS công nghệ khác liên quan đến địa lý (ESRI, 1992): Có … ? Câu hỏi đơn giản tìm thứ tồn vị trí cụ thể Một ví dụ như, có góc đường Main Street 12th Avenue? Nó đâu? Dạng câu hỏi đơn giản yêu cầu tìm vị trí đối tượng cụ thể (như khu chợ cửa hàng sách gần nhất), cầu hỏi khó cho phép khảo sát địa điểm thỏa mãn điều kiện cụ thể Chẳng hạn, đồ thành phố giúp nhận diện tất lơ đất rộng acre, trống, cách cầu vượt đường cao tốc khơng q nửa dặm Có mẫu không gian tồn tại? Câu hỏi nhằm mô tả so sánh mẫu không gian vị trí khác Nó nhằm tìm mẫu khơng gian—có lẽ tập trung tượng Quá trình tìm kiếm, biểu thị giải thích mẫu địa lý thường gặp phân tích khơn gian Stewart Fotheringham định nghĩa phân tích khơng gian cách xử lý liệu không gian nhằm chiết xuất ý nghĩa Xét khía cạnh GIS, phân tích khơng gian đặt hai câu hỏi: (a) Đâu mối quan hệ nhiều tập hợp số liệu tồn địa điểm? Chẳng hạn bạn thấy mối liên hệ trực tiếp thay đổi độ cao địa hình vùng lượng mưa vùng (b) Những thay đổi mặt địa lý xảy không gian? Tất tượng địa lý có cường độ thay đổi khơng gian Hãy xét độ phì nhiêu đất lãnh thổ nước Mỹ Có vùng độ phì cao có vùng thấp Để trả lời câu hỏi cách đầy đủ, bạn phải mơ tả giải thích mẫu Điều xảy nếu… ? Những câu hỏi dạng liên quan đến kịch khác bạn thay đổi tham số mơ hình Một ví dụ bao gồm việc theo dõi điều xảy đến với dân số vùng tuyến đường cao tốc xây dựng chạy qua khu vực điều kiện ràng buộc định Những câu hỏi nhằm kiểm tra mối quan hệ tượng địa lý khác nhau, bạn dùng GIS công nghệ khác liên quan đến địa lý để khám phá trả lời câu hỏi Nhà địa lý học Ron Abler nói, “Cơng nghệ GIS phân tích địa lý kính hiển vi, kính viễn vọng, máy tính ngành khoa học khác…” (1988, 40) Khơng có cơng nghệ khác xem xét kĩ quan hệ không gian tượng, với nhà nghiên cứu địa lý người khác dùng đến liệu khơng gian, GIS giúp họ mơ tả, phân tích, dự đốn mối quan hệ dạng mẫu không gian Nhà địa lý học Michael DeMers nói, “Bây ta nhìn sâu xa so với trước đây, từ liên hệ tương ứng với xảy cảnh quan ngày đặt câu hỏi mà trước ta tượng tượng ra.” (2003, 3) GIS thủ công GIS máy tính Những câu nói Abler DeMers cho bạn ấn tượng GIS khái niệm Mặc dù thuật ngữ GIS xuất 30 năm rồi, song khái niệm xung quanh GIS cũ kĩ, cách tiến hành GIS xuất trước có máy tính Sự khác biệt ngày chỗ GIS vi tính hóa, khơng có việc mà máy vi tính làm mà bạn (ít lí thuyết) làm thu cơng có đủ thời gian, tiền bạc sức lực Máy tính xử lý số phương trình tốn học nhanh xác nhiều so với tính tay dùng máy tính bỏ túi Tuy nhiên, trước khái niệm GIS chuyển đến máy ví tính người ta thực GIS theo cách thủ công Người ta kết hợp liệu không gian thuộc tính nhiều dạng phương tiện đồ giấy, lớp giấy trong, ảnh hàng không, báo cáo viết tay, sổ ghi thực địa, và—dĩ nhiên—đơi mắt trí não Với GIS thủ cơng, thường đồ lớn trải mặt bàn, loạt đồ giấy suốt, vẽ với tỉ lệ, đặt đồ Người ta thường nhìn mối quan hệ đồ vật nằm đồ xếp Thường liệu không gian chép từ đồ (hoặc ảnh hàng không) sang khác Việc thời gian, mà nhiều ý tưởng lớn mối quan hệ địa vật (cả giới tự nhiên lẫn người) không phân tích đến Những ý tưởng bị giới hạn thời gian cần để phân tích Tuy có dự án GIS thủ cơng tiến hành Ví dụ thường nhắc đến, đồ bệnh tả bác sĩ John Snow, ví dụ tuyệt vời cho GIS thủ công Vào thập niên 1840, đợt bùng phát bệnh tả làm chết vài trăm cư dân ngụ khu Soho London Bác sĩ Snow định vị địa nhà có ca tử vong đồ giấy vẽ tay sớm thu cụm ca bệnh hình thành (Hình 1.3) Hình 1.3: Bản đồ bệnh tả khu Soho, London bác sĩ John Snow thực Sau đồ này, đường phố điểm vị trí có ca tử vong, ơng vẽ vị trí giếng nước Như ý tưởng độ giảm theo khoảng cách, ông biêt người ta quãng đường dài để mua hàng giá rẻ, để xách nước họ đến giếng nước gần nước khơng tiền mà nặng Ơng Snow thấy ca tử vong đa phần cụm lại nhà sống gần giếng nước phố Broad Ơng học trị khóa máy bơm lại, số ca dịch tả giảm nhanh chóng Điều cho thấy mối quan hệ khơng gian ca tử vong bệnh tả địa điểm giếng nước phố Broad, quan trọng bác sĩ Snow thiết lập liên hệ bệnh tả nước uống Ngay với xuất máy tính ứng dụng GIS vài thập kỉ ngày Thời máy tính mạnh nhất, lớn nhất, máy tính (mainframe) trang bị cho số giáo sư cán phủ, không phổ biến nhiều nhà nghiên cứu Vào thập niên 1980, đa phần ứng dụng GIS chạy máy chuyên dụng (workstation) gắn với máy tính máy vi tính xuất (IBM, Apple, …) khơng có đủ nhớ, dung lượng đĩa, khả xử lý Tuy vậy, máy tính cá nhân nhanh, lưu trữ xử lý tập liệu lớn, thực nhiều tác vụ lúc Điều giúp cho viện nghiên cứu, quan phủ (từ trung ương đến địa phương), tổ chức công ty lớn nhỏ dùng GIS GIS máy vi tính có ưu điểm riêng, đòi hỏi người dùng phải đào tạo Giáo dục đào tạo GIS GIS, địa cầu ảo, GPS, viễn thám lĩnh vực đột phá đem lại sức sống cho địa lý học Điều rõ ràng làm cải thiện viễn cảnh sinh viên học chuyên ngành địa lý người có việc làm liên quan đến liệu không gian Cùng với công nghệ nano công nghệ sinh học, Bộ Lao động Hoa Kỳ nhận định công nghệ địa lý ba ngành nghiên cứu quan trọng mà biến chuyển mạnh mẽ (Gewin, 2004) Mặc dù có thơng tin thuận lợi vậy, song sinh viên thường lo lắng phải đảm bảo công việc tương lai, họ thường hỏi xin lời khuyên việc cần làm để đảm bảo công việc liên quan đến GIS Họ hỏi phần mềm, việc chọn lựa khóa học, liệu xem có cần lấy khơng, chí nên chọn học ngành Các chuyên gia GIS, quản trị viên giáo viên có ý kiên riêng đánh giá thiên vị, song thường họ quy câu hỏi: Điều quan trọng hơn, đào tạo GIS hay giáo dục GIS? Sinh viên thường trả lời câu hỏi họ trả lời câu hỏi liên quan—Bạn muốn áp dụng GIS hay tập trung vào thân cơng nghệ đó? Giáo dục GIS Nếu muốn đảm nhiện cơng việc có dùng GIS bạn cần phải thu nhận mặt khái niệm, phương diện địa lý, lẫn hiểu biết công dụng GIS Cả hai điều chủ đề mang tính khái niệm, gần khơng dính dáng đến chi tiết thực dụng chương trình GIS Mục tiêu việc áp dụng GIS để giải đáp câu hỏi đặt thực tế lĩnh vực cụ thể Nó bao gồm việc hiểu biết nguồn liệu cần dùng, quy trình thuộc chuyên ngành cần xét đến, cách ta dùng GIS để giải đáp câu hỏi cụ thể Việc đào tạo phần mềm GIS sản phẩm phụ, mục tiêu Cụ thể, việc giáo dục GIS phải truyền đạt đến sinh viên: Một tầm nhìn từ khía cạnh địa lý Đó q trình tìm kiếm, biểu diễn, giải thích dự đốn dạng mẫu địa lý (đã đề cập đến sau định nghĩa thứ ba GIS) Các khái niệm GIS nguyên lý đồ Khái niệm GIS tạo lớp đệm chồng xếp có nguồn gốc từ bên GIS, loạt kĩ thuật ghép vào công nghệ [GIS] Sau quen thuộc với kĩ thuật này, bạn cần xác định cần cụ thể kĩ thuật GIS—cùng với thứ tự áp dụng chúng—để thực dự án Như Adena Schutzberg đề xuất, nhiệm vụ bạn “vắt óc hình dung cách suy nghĩ GIS” (Schutzberg, 2003) Đào tạo GIS Ai phản đối GIS không quan trọng? Khơng nghi ngờ gì, cơng ti kinh doanh quan nhà nước thu lợi ích nhân viên đào tạo để chạy chương trình phần mềm mà họ có Tuy vậy, việc đào tạo sử dụng chương trình cụ thể dễ dàng người học hiểu khái niệm tảng Vấn đề với hầu hết khóa đào tạo GIS người học tiếp thu cách thực loạt thao tác cụ thể Họ không học từ đầu khái niệm khơng gian có liên quan đến thao tác dù khái niệm thu kinh nghiệm Đúng, đào tạo quan trọng, với đào tạo, bạn “vắt óc hình dung cách suy nghĩ GIS” Nhiều việc làm gắn với đào tạo nói riêng cơng việc nhập số liệu, mà bạn thấy chán làm thường khả thăng tiến thấp Để tránh điều này, theo đường đào tạo, bạn tăng cường nhiều kĩ lập trình quản trị sở liệu Với kĩ này, thường bạn vươn lên nhận cơng việc trả lương cao Kinh nghiệm GIS Có lẽ lời khun hay mà tơi dành cho bạn giáo dục đào tạo quan trọng, kinh nghiệm việc làm Với bạn bắt đầu, kinh nghiệm GIS tồn hai hình thức: thực tập sinh cố vấn nghiên cứu Trở thành thực tập sinh cách có ích giúp bạn thu nhận kinh nghiệm Một suất thực tập phù hợp cho phép bạn trở thành người quan tổ chức công việc thường ngày Các vị trí cơng việc thường có sẵn, đặc biệt với tổ chức phủ Để tìm kiếm hội thế, bạn nói chuyện với thầy giáo, đến văn phòng hướng nghiệp trường đại học, thiết lập mối quan hệ hội thảo GIS, đến trực tiếp quan tổ chức phủ, cơng ti địa phương mà bạn quan tâm Nếu bạn trực tiếp đến quan, tổ doanh nghiệp, bạn cần phải cung cấp tên người giảng viên dạy bạn để họ liên lạc cần, sơ yếu lí lịch cập nhật, bạn muốn thực công việc theo cách tự nguyện Hãy chắn bạn có kĩ phù hợp với cơng việc thực tập sinh bạn phải gắn bó với công việc quãng thời gian định trước Nếu bạn đột ngột rời bỏ nó, gây khó khăn hội sinh viên sau nhiều doanh nghiệp quan có mối quan hệ mong manh thực tập sinh nói chung, họ định việc thu nhận thực tập sinh gây nhiều rắc rối Hãy coi việc thực tập kinh nghiệm làm việc cần thiết Việc thực tập quan trọng sau trải qua công việc bạn dễ xin việc hơn, Cơng việc giúp bạn có tay danh sách liên lạc với để tìm cơng việc tương lai, cho bạn hình dung kiểu công việc bạn muốn sau đại học Hơn nữa, bạn mời vào vị trí quan mà bạn thực tập Công việc trợ lý nghiên cứu dành cho sinh viên; bạn trợ giúp giảng viên thực nghiên cứu chun mơn Một số việc trợ giúp liên quan đến GIS công nghệ địa lý khác Việc trợ lý thường có sẵn nhiều mơn trường đại học, đặc biệt nơi có chương trình đào tạo sau đại học Những bạn sinh viên quan tâm cần liên hệ trực tiếp với khoa môn Thông thường việc trợ lý tài trợ từ nguồn bên ngồi, vị trí tạm thời mang lại kinh nghiệm quý giá Các khái niệm BẢN ĐỒ TRONG VAI TRÒ CỦA MỘT MƠ HÌNH CỦA THỰC TẾ Thế giới thực q phức tạp khơng thể kiểm sốt để hiểu thấu đáo tiến hành phân tích, đa dại yếu tố biến đổi Để mô tả định vị thành phố, nhà, gốc cây, cỏ, hạt cát nhiệm vụ bất khả thi Làm để ta giảm độ phức tạp trái đất sinh vật đó, để ghi chúng lại sở liệu đồ? Ta làm điều cách chọn địa vật có ý nghĩa (bỏ qua thứ mà ta nghĩ không cần thiết cho dự án nghiên cứu cụ thể tiến hành) quát hoá địa vật chọn Chương 6, phần sau chương này, đề cập chi tiết đến cách chọn khái qt hóa Cịn bây giờ, ta tập trung vào địa vật ĐỊA VẬT Như mô tả Định nghĩa #2 (và Hình 1.2), mặt khái niệm, có hai phần GIS: thành phần không gian hay đồ thành phần thuộc tính hay sở liệu Các địa vật có hai thành phần Chúng biểu diễn dạng khơng gian đồ thuộc tính mô tả lưu file (tập tin) liệu Hai phần kết nối với Nói cách khác, địa vật đồ nối đến ghi file liệu miêu tả địa vật Nếu bạn xóa thuộc tính địa vật khỏi file liệu hình ảnh địa vật biến đồ Ngược lại, bạn xóa hình địa vật khỏi đồ thuộc tính biến Địa vật đối tượng kiện riêng lẻ có vị trí (hoặc xảy ra) tại, khứ hay tương lai, khơng gian Ở Hình 1.2, lơ đất ví dụ cho địa vật Trong cơng nghiệp GIS, địa vật mang nhiều tên gọi khác đối tượng, kiện, hoạt động, thể, chứng tích, thực thể, tài nguyên Khi kết hợp với địa vật khác loại (chẳng hạn lô đất khác Hình 1.2), chúng xếp file liệu gọi lớp, lớp phủ, hay chuyên đề Trong sách này, ta dùng thuật ngữ: địa vật lớp Ở Hình 1.4 đây, ba địa vật—lô đất, khối nhà, tim đường—của khu phố điển hình hiển thị Mỗi địa vật có vị trí khơng gian tập hợp thuộc tính Vị trí khơng gian khơng gồm tọa độ khơng gian mà cịn có kích thước Mặc dù nói “vị trí” dẽ hiểu, khó định vị địa vật cách xác chuẩn xác Độ xác độ chuẩn xác đề cập đến Chương 2, nói ngắn gọn độ chuẩn xác mức độ phép đo Chẳng hạn, số thiết bị đầu vào, GPS, có sai số định Chúng chuẩn xác khoảng nhât định sử dụng quy cách Còn độ xác mức tương ứng liệu giới thực Hình 1.4: Mỗi địa vật lớp có vị trí khơng gian liệu thuộc tính, để miêu tả địa vật đơn lẻ (Đường phố, lơ đất, tịa nhà) Ngồi vị trí ra, địa vật cịn thường có tập hợp thuộc tính mơ tả, để đặc trưng cho địa vật đơn lẻ Mỗi đặc tính có dạng số chữ (kí tự), giá trị định tính (chẳng hạn như: thấp, trung bình, cao) hay định lượng (con số đo đạc cụ thể) Đơi khi, địa vật cịn có chiều thời gian; khoảng thời gian liệu khơng gian thuộc tính địa vật thay đổi Lấy ví dụ cho địa vật, bạn hình dung đèn đường Bây hình dung đồ với vị trí tất cột đèn gần nhà bạn Trên Hình 1.5, cột đèn đa số biểu diễn hình trịn nhỏ Hãy nghĩ đến tất đặc tính khác mà bạn thấy cột đèn Rất nhiều đặc tính Những đặc tính cột đèn đường có chiều cao, vật liệu, vật liệu nền, có bóng đèn trịn hay khơng, vật liệu làm bóng, màu cột, kiểu cách, cơng suất độ sáng bóng đèn, loại bóng, màu bóng đèn, ngày lắp đặt, biên sửa chữa, thứ khác Hình 1.5: Vị trí cột đèn đường, thể hình trịn đỏ, thuộc tính chúng (Đèn đường) Trong số nhũng thuộc tính cột đèn, thuộc tính cần thiết cịn phụ thuộc vào mục đích bạn Chẳng hạn, bạn quan tâm đến vị trí cột đèn để đảm bảo an tồn cho riêng cần biết vị trí, chiều cao cột, độ bền bóng đèn Trái lại, bạn quan tâm đến bảo tồn di tích bạn quan tâm đến vị trí, kiểu cách màu sắc cột đèn Bây tiếp tục nghĩ thuộc tính địa vật, việc hình dung trồng quanh trường học quan bạn Những thuộc tính cần thiết người làm vườn nhà thực vật học? Sẽ có khác biệt học có nhu cầu khác Bạn xác định địa vật có liên quan đến ngành học riêng tìm thuộc tính gán cho địa vật ĐIỂM, ĐƯỜNG GẤP KHÚC VÀ ĐA GIÁC Bây nghĩ hình dạng địa vật đồ Các tọa độ đơn lẻ cặp (x, y) định vị địa vật khác khơng gian xác định hình dạng chúng Các giá trị x y cặp tọa độ gắn với hệ tọa độ thực tế, đề cập đến Chương Còn bây giờ, ta tập trung vào hình dạng địa vật, với dạng tổng quát điểm, đoạn thẳng, đa giác (xem Hình 1.6) Hình 1.6: Mỗi địa vật có vị trí khơng gian Mỗi đền đường có cặp tọa độ x-y Chúng địa vật dạng điểm Còn đoạn phố lại gồm hai cặp tọa độ, cho điểm đầu phố cho điểm cuối phố Đôi khi, lại phải cần thêm điểm phụ thêm tuyến phố cong Các lô đất (và tịa nhà), ví dụ này, đa giác Vì đa giác có diện tích, nên chúng phải gồm ba cặp tọa độ (thường nhiều hơn), mà cặp tọa độ đầu cuối trùng Điểm Điểm kiểu địa vật có số chiều (nghĩa chúng có cặp tọa độ x, y) có vị trí biểu thị kí hiệu nhỏ Thứ mà bạn biểu diễn điểm phụ thuộc vào nghiên cứu mà bạn tiến hành Các ví dụ gồm có cột đèn, gốc cây, giếng nước, điểm xảy tai nạn xe, xảy phạm tội, bốt điện thoại, tâm chấn động đất, chí, tùy theo tỉ lệ đồ, bao gồm tồ nhà thành phố Đường gấp khúc Đường gấp khúc hình thành từ loạt (ít hai) cặp tọa độ Cặp điểm bắt đầu cặp cuối kết thúc Hai cặp tọa độ hình thành đoạn thẳng Các cặp tọa độ phụ thêm hình thành điểm hai điểm đầu cuối này, cho phép đường có đoạn ngoặt Đường gấp khúc thuộc loại địa vật chiều có chiều dài (đo được) khơng có bề rộng Một lần nữa, địa vật biểu diễn dạng đường phụ thuộc vào nghiên cứu bạn, nhiên thông thường tuyến phố, đường cấp điện/nước/khi đốt, kênh dẫn, đường sắt, sơng ngịi, tuyến bay, đường đồng mức địa hình biểu diễn dạng đường Đa giác Đa giác địa vật có đường biên Được hình thành dãy cặp điểm tọa độ, đa giác khác với đường chỗ điểm đầu điểm cuối Điều khiến cho đa giác có chiều dài lẫn chiều rộng, dạng địa vật chiều có diện tích bao bọc Thứ biểu diễn bàng đa giác tùy dự án nghiên cứu; số ví dụ gồm có ao hồ, cánh rừng, nhà cửa, quận huyện, tỉnh thành, lãnh thổ quốc gia, bang TÔ-PÔ Một số khái niệm quan trọng gắn với GIS công nghệ địa lý khác tô-pô Khi địa vật thêm vào GIS, chúng hình thành mối quan hệ không gian—được gọi tô-pô— với (xét địa vật lớp khác lớp nhau) Bạn thấy tơ-pơ thuật ngữ dễ gây nhầm lẫn phần có đặc tính khơng gian đặc tính tốn học Trong sách này, bạn định nghĩa tô-pô quan hệ không gian địa vật Nó có ý nghĩa kiểu như: địa vật liên hệ lẫn vị trí theo cách thức Những mối liên hệ dạng đơn giản khoảng cách địa vật, bao gồm vấn đề khác liền kề tính kết nối Hình 1.7: Các vòi nước chữa cháy dựng bên đường (để xe cứu hỏa lấy nước) gần kề với cơng trình có nguy xảy cháy Khoảng cách địa vật Nhà địa lý học Waldo Tobler tìm “định luật thứ địa lý học”, phát biểu rằng, “Mỗi thứ có liên hệ với thứ khác, thứ gần có liên hệ chặt chẽ so với thứ xa.” (1970, 236) Kiểu tô-pô xét tới quan hệ không gian nơi mà địa vật tồn Hãy xét vị trí khơng gian tuyến phố, dải đường cho xe đạp, vỉa hè, đèn đường Chúng bố trí để Đây dạng tơ-pơ; có mối quan hệ tồn Hãy lưu ý mối quan hệ vòi nước, khối nhà, tuyến phố Hình 1.7 Tính liền kề Tính liền kề tập trung vào kiểu địa vật (như đường phố khối nhà) xem liệu hai nhiều địa vật có phần chung khơng Hình dung đoạn phố, xem liệu có nhiều khả nối với đoạn phố khác Rồi đoạn phố khác lại nối tiếp với phố khác nữa, tạo nên mạng lưới đường phố Khi điểm đường (như đường biên giới hai lơ đất) chia chung hai địa vật file liệu không gian lưu giữ điểm đường, để tránh trùng lặp dễ gây lỗi chương trình Mối quan hệ tơ-pơ miêu tả địa vật liên hệ với Tính kết nối Cũng với mục đích tập trung vào mối quan hệ địa vật, tính kết nối lại cụ thể hóa cách mà địa vật liên kết mạng lướng Mặc dù hai phố giáp khơng gian, điều khơng có nghĩa giao thơng theo hai chiều Đây mối quan hệ tơ-pơ mà bạn định Khác với liền kề, tính kết nối bao gồm nhiều kiểu địa vật khác Chẳng hạn, bạn xác định dịng nước chảy qua địa vật gồm đường ống chốt van MƠ HÌNH DỮ LIỆU Các chương trình GIS biểu diễn điểm, đường đa giác theo cách khác Có hai mơ hình bản: raster (ơ lưới, ma trận) vector (véc-tơ, hình nét) Mỗi mơ hình có ưu nhược điểm riêng, khơng có mơ hình tốt xét tổng thể Một mơ hình phù hợp với kiểu liệu ứng dụng định so với mơ hình Raster Dưới dạng ma trận có nhiều hàng cột, mơ hình liệu raster che phủ vùng bề mặt đất biểu thị địa vật ô, điểm ảnh Mỗi điểm ảnh tế bào mô hình liệu raster, chúng thường hình vuông lớp Mỗi điểm ảnh biểu diễn xác cho mảnh mặt đất; vị trí địa lý điểm ảnh xác định Một giá trị thuộc tính cụ thể, biểu thị cho trạng thái mảnh đất cụ thể nơi (xem Hình 1.8) gắn với điểm ảnh Nếu bạn cần nhiều thuộc tính để mơ tả phần diện tích bên pixel (thường vậy), bạn cần lớp thứ hai Lớp raster thứ hai cho bạn chứa thuộc tính thứ hai Lớp thứ dành cho thuộc tính thứ ba, Các nhóm riêng biệt biểu thị địa vật ngồi thực tế (Hình 1.8) Một địa vật điểm thường chiếm hết ô đường đa giác chiếm chuỗi điểm ảnh nối tiếp, vùng điểm ảnh Các lớp raster phủ kín bề mặt khu vực nghiên cứu, chúng mơ tả có khu vực Khơng có khoảng trống lớp raster Các vùng gọi “trống” đơn giản nhận giá trị “0”, điểm ảnh nhận giá trị Hình 1.8: Các mơ hình liệu raster vector Mỗi loại mơ hình lưu giữ địa vật theo cách khác Về mặt khái niệm, mơ hình raster đơn giản Bạn lấy phần bề mặt đát, chia thành ô, gán cho thuộc tính đại diện cho phần diện tích Ở hình vẽ trên, bạn cho ô giá trị D (developed/nhà cửa), P (park/công viên), hay W (water/nước) Với có chứa “cơng viên” “nước”, bạn gán chúng mã khác PW (park + water) hay phán đoán xem phần chiếm nhiều diện tích Một cách khác để mã hóa dùng số phần trăm diện tích chứa nước Nếu 40 phần trăm ô mặt nước, có giá trị 40 Vector Mơ hình liệu vector dùng điểm đường rời rạc để nhận diện vị trí địa vật mặt đất Các đối tượng véc-tơ thường không che phủ bề mặt lớp raster; chúng phác họa địa vật tồn chỗ phần không gian chung quanh địa vật bỏ trống Lưu ý có khoảng trắng mơ hình vector Hình 1.8 Khơng có khoảng trắng mơ hình raster; tồn diện tích bị che phủ Các địa vật véc-tơ định vị theo tọa độ x, y Như nêu trên, điểm dễ rồi; chúng có đỉnh Đỉnh vị trí khơng gain giúp ta xác định hình dạng địa vật loại điểm, đoạn thăng đa giác Ta thấy điểm có cặp tọa độ định vị trí địa vật khơng gian Đường gấp khúc có hai định (các điểm đầu cuối) Đa giác phải có đỉnh để khép kín vùng diện tích Các đường đa giác thường có nhiều đỉnh để miêu tả độ dài diện tích chúng Trái với hệ thống raster lớp có thuộc tính, mơ hình liệu véc-tơ có nhiều thuộc tính cho loại địa vật Các chương trình phần mềm khác có nhiều cách tổ chức file liệu vector, thường có file: để chứa liệu khơng gian file đẻ chứa thuộc tính Mối nối file khơng gian thuộc tính lập với số thứ tự Mỗi địa vật đồ thuộc tính tương ứng có số thứ tự riêng để kết nối chúng với Một loại số thứ tự nhất, “chìa khóa”, kết nối đến file thuộc tính, trình bày Chương Raster so với Vector Vậy mô hình tốt hơn? Mặc dù người dùng GIS có sở thích riêng để hỏi thứ “tốt hơn” khơng đầy đủ Có ưu nhược điểm mơ hình, câu hỏi hay mơ hình tốt ứng dụng số liệu cụ thể Một số người công nghiệp GIS dùng ngữ “Raster is faster, but vector is corrector.” (Raster nhanh hơn, vector hơn.) Dù quy tắc hợp lý, giấu chi tiết bên Đúng, cơng nhận máy tính xử lý liệu raster nhanh hơn, vi xử lý máy tính nhanh đến mức khác biệt khơng cịn đáng kể Đúng, kết tính vector trơng xác hơn, bạn tăng độ phân giải điểm ảnh lên để biểu diễn giống vector (tuy cách làm tăng đáng kể kích thước sở liệu) Sau số ưu nhược điểm hai loại mơ hình liệu: Ưu điểm raster: Dễ hiểu Về mặt khái niệm, mơ hình liệu raster dễ hiểu Nó xếp liệu theo hàng cột Mỗi điểm ảnh biểu thị cho phần mặt đất Tốc độ xử lý Cấu trúc liệu đơn giản raster công thức tính tốn khơng phức tạp cho kết nhanh chóng Chẳng hạn, để tính diện tích đa giác, máy tính cần lấy diện tích ô (vốn toàn lớp) nhân với số tạo nên vùng cần tính Tương tự, tốc độ nhiều phép phân tích, chồng chập tạo vành đai, nhanh hệ thống vector vốn phải dùng đến phương trình hình học Dạng liệu Ảnh viễn thám dễ dàng thao tác hệ thống dựa raster ảnh cung cấp dạng raster Một số hàm phân tích (hàm phân tích bề mặt lân cận) khả thi hệ thống raster Ngoài ra, nhiều hàm phân tích xuất hệ raster, có cách tính tốn đơn giản hơn, trước chuyển sang hệ vector Khuyết điểm raster: Hình thức Các “có vẻ như” đánh nhiều chi tiết (Hình 1.9) Nhược điểm mang nặng tính thẩm mỹ khắc phục cách tăng độ phân giải lớp Hình 1.9: So sánh mơ hình liệu raster vector Các lớp raster thường nhìn “răng cưa” xác Độ xác Đơi độ xác trở thành vấn đề độ phan giải điểm ảnh Hãy hình dung bạn có lớp raster với độ phân giải 30 nhân 30 mét, bạn muốn định vị biển báo dừng xe Cả kích thước 30 nhân 30 biểu diễn cho biển báo Nếu bạn chuyển lớp raster sang vector, chương trình phần mềm đặt biển báo tâm điểm ảnh Đơi vấn đề độ xác (và hình thức) giải tăng độ phân giải (thu nhỏ điểm ảnh), điều làm ảnh hưởng đến sở liệu Cơ sở liệu lớn Như nêu, độ xác hình thức tăng cường cách giảm kích cỡ điểm ảnh (phần diện tích mặt đất che phủ ô), điều làm tăng kích cỡ file chứa lớp raster Bằng cách làm độ phân giải tốt gấp đôi (giảm kích cỡ điểm ảnh 50%, chẳng hạn từ 30 xuống 15 mét), liệu cho lớp raster tăng gấp lần Nếu lần làm giảm độ phân giải, cho pixel nhỏ xuống 7,5 mét lớp raster tăng lần (như 16 lần lớn kích cỡ file lưu trữ lớp raster 30 mét) Sở dĩ kích thước lần tăng gấp bốn độ phân giải tăng theo phương x y Ưu điểm vector: Phù hợp với trực giác Trong đầu ta ln hình dung địa vật khối liên tục hợp thành từ ô vuông nhỏ xếp kề Độ phân giải Nếu vị trí địa vật có cách chuẩn xác xác bạn trì độ xác khơng gian Các địa vật khơng bị trôi đâu phạm vi ô với raster Tơ-pơ Mặc dù mơ hình liệu raster bảo tồn vị trí tương đối địa vật với nhau, song chúng biểu thị mối quan hệ địa vật Dạng phức tạp tơpơ tạo nên hệ thống vector, từ bạn dõi theo kết nối mạng lưới cấp nước cho khu thị qua cách bố trí địa vật đường ống khóa van, từ dõi theo hướng lượng nước chảy Dung lượng Các điểm, đường đa giác đơn giản theo dạng vector chiếm dung lượng đĩa so với raster Đã có thời điều quan trọng dung lượng ổ đĩa cứng hạn chế đắt Các nhược điểm vector: Dạng hình học phức tạp Các thuật tốn hình học cần thiết để thao tác xếp chồng đa giác, tính khoảng cách lại phụ thuộc vào phép chiếu/hệ tọa độ dùng, yêu cầu lập trình viên có kinh nghiệm Điều thường khơng thành vấn đề đa số người dùng GIS phần lớn hàm tính tốn GIS lập trình sẵn phần mềm Thời gian phản hồi chậm Mô hình liệu vector chậm phải xử lý số liệu phức tạp, đặc biệt máy tính có cấu hình thấp Ít phát kiến Vì có cơng thức tốn học phức tạp hơn, nên hệ thống vector chưa thể cho mắt hàm phân tishc sau chừng vài năm phát triển hệ thống raster Tài liệu trích dẫn Abler, R.F (1988) “Awards, Rewards and Excellence: Keeping Geography Alive and Well”, Professional Geographer 40, 135–140 Bolstad, P (2002) GIS Fundamentals: A First Text on Geographic Information Systems White Bear Lake, Minnesota: Eider Press ESRI (1992) Arc/Info User’s Manual Environmental Systems Research Institute, Redlands , California Gewin, V (2004) “Mapping opportunities.” Nature, 427: 376–377 Parker, H D (1988) “The unique qualities of a geographic information system: a commentary” Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 54:1547–1549 Rhind, D (1988) “A GIS Research Agenda”, International Journal of Geographical Information System 2(1), 23–28 Tobler, W R (1970) “A computer movie simulating urban growth in the Detroit region” Economic Geography 46: 234–40