- 18 2.1.2 Lịch sử phát triển của GIS Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu không gian. - 22 2.2.2 Thu thập dữ liệu thuộc tính Thao tác dữ liệu. - 22 2.4 Quản lý dữ liệu. - 22 2.5 Truy vấn và phân tích dữ liệu. - 23 2.6 Hiển thị dữ liệu. - 24 2.7 Mô hình dữ liệu. - 26 2.9 Kết nối dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. - 56 3.3 Mô hình dữ liệu không gian và các phép toán. - 57 3.3.1 Mô hình dữ liệu không gian. - 58 3.4 Mở rộng mô hình dữ liệu với Logic mờ. - DBMS : Hệ quản trị cơ sở dữ liệu. - CSDL: Cơ sở dữ liệu. - Table: Bảng dữ liệu (không gian và thuộc tính). - So sánh mô hình dữ liệu Vector và Raster. - Bảng mô tả các tr−ờng dữ liệu trong GIS. - Mô hình mở rộng đối với các bảng dữ liệu. - 95 10Mở đầu Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) ra đời trên cơ sở phát triển của khoa học máy tính và đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học có liên quan đến xử lý dữ liệu không gian. - Đối với GIS, các dữ liệu thu thập th−ờng không đầy đủ, không rõ ràng, không chắc chắn và mập mờ, điều đó dẫn đến dữ liệu và thông tin trong GIS là dữ liệu “không rõ ràng” hay dữ liệu “mờ”. - Phân tích dữ liệu không gian bằng cách kết hợp nhiều nguồn dữ liệu đ−ợc khai thác từ các hệ thống thông tin địa lý là mục tiêu cao nhất của hầu hết các dự án GIS để diễn tả, phân tích các ảnh h−ởng lẫn nhau, đ−a ra các mô hình dự báo và hỗ trợ ra quyết định. - Khái niệm “không rõ ràng - mờ” là một đặc tr−ng vốn có của dữ liệu địa lý và có thể sinh ra do: Thông tin t−ơng ứng với chúng không đầy đủ. - sự xuất hiện không ổn định khi thu thập, tập hợp các dữ liệu thuộc tính. - Theo ph−ơng pháp truyền thống khi xử lý, phân tích dữ liệu trong GIS các thao tác dữ liệu thực hiện một cách cứng nhắc đối với các thủ tục lập luận và phân tích. - Lý thuyết tập mờ là giải pháp thích hợp nhất cho việc mô hình hóa dữ liệu “không rõ ràng” và đ−a ra cơ sở lý thuyết để hỗ trợ các lập luận trên dữ liệu này. - Làm cho hệ thống GIS trở lên mềm dẻo hơn và ứng dụng thuận lợi trong việc giải quyết các bài toán về không gian mà dữ liệu của nó là “không rõ ràng” hay còn gọi là dữ liệu “không gian mờ”. - Cho đến nay, ph−ơng tiện truyền thống để hiển thị và l−u trữ dữ liệu địa lý là bản đồ. - Sự phát triển nhanh của công nghệ thông tin cùng với những kết quả của các thuật toán tối −u, nhận dạng, xử lý ảnh, logic tính toán, trí tuệ nhân tạo và cơ sở dữ liệu quan hệ đã tạo điều kiện cho công nghệ thông tin địa lý ngày càng phát triển. - Phân tích thống kê dữ liệu không gian. - Thiết kế mô hình dữ liệu và cấu trúc dữ liệu thích hợp. - Nghiên cứu ph−ơng pháp và kỹ thuật thiết kế cơ sở dữ liệu không gian. - Khuynh h−ớng phát triển phần mềm (1) Hệ quản trị cơ sở dữ liệu. - 17Ch−ơng 2 - Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 2.1 Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems - GIS) là các hệ thống dựa trên máy tính đ−ợc thiết kế để hỗ trợ việc thu thập, quản lý, vận dụng, phân tích, mô hình hóa và hiển thị dữ liệu có tham chiếu không gian tại các thời điểm khác nhau. - GIS đ−a ra kỹ thuật để tích hợp, quản lý, phân tích dữ liệu và sản sinh 18các báo cáo súc tích trên môi tr−ờng không gian. - Một cơ sở dữ liệu chia sẻ cho phép dữ liệu có thể thu thập một lần và sử dụng nhiều lần. - 9 Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống tự động hóa quản lý các dữ liệu theo không gian và thời gian mà tích hợp của nó là thông tin địa lý. - Geographic - Có nghĩa là vị trí của các khoản mục dữ liệu đ−ợc xác định hoặc có thể đ−ợc tính toán theo toạ độ địa lý (kinh độ, vĩ độ, cao độ). - Information - Dữ liệu trong GIS đ−ợc tổ chức để mang lại các tin tức có hiệu quả thông qua các phép xử lý và truy vấn khác nhau. - 9 GIS là một tr−ờng hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm các quan sát trên đặc tr−ng phân tán không gian, các hoạt động hoặc sự kiện mà có thể định rõ trong không gian nh− điểm, đ−ờng hoặc vùng. - Một hệ thống thông tin địa lý vận dụng dữ liệu về các điểm, 19đ−ờng, vùng này để nhận dữ liệu bằng cách hỏi đáp và phân tích đặc biệt. - Cơ sở dữ liệu là nơi tổ chức và l−u trữ dữ liệu (cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính) nhằm cung cấp một cách hiệu quả các thông tin từ nó cho các truy vấn từ phía ng−ời sử dụng. - Mục đích chung của GIS thực hiện các nhiệm vụ sau: ắ Thu thập dữ liệu. - ắ Thao tác dữ liệu. - ắ Quản lý dữ liệu. - ắ Hỏi đáp, phân tích dữ liệu. - ắ Công bố dữ liệu. - Dữ liệu không gian cho phép th−ơng mại và các tri thức phân tích. - Các dịch vụ ứng dụng và dữ liệu không gian, khắp mọi nơi, trên các thiết bị nhúng và trong suốt. - 2.2 Thu thập dữ liệu Tr−ớc khi dữ liệu địa lý có thể đ−ợc dùng cho GIS, dữ liệu này phải đ−ợc chuyển sang dạng số thích hợp. - sang các file dữ liệu dạng số đ−ợc gọi là quá trình số hoá. - 2.2.1 Thu thập dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có đ−ợc từ nhiều nguồn khác nhau. - Dữ liệu không gian có thể thu thập từ các dạng bản đồ giấy đã đ−ợc sản xuất. - Dữ liệu không gian cũng có thể đ−ợc kết xuất, kế thừa từ các hệ thống phần mềm GIS khác, từ các khuôn dạng dữ liệu khác. - 2.2.2 Thu thập dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính đ−ợc thu thập từ rất nhiều nguồn dữ liệu. - Công nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết. - 2.4 Quản lý dữ liệu Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể l−u trữ các thông tin địa lý d−ới dạng các file đơn giản. - Một DBMS chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. - Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu đ−ợc l−u trữ ở dạng các bảng. - 2.5 Truy vấn và phân tích dữ liệu Một khi đã có một hệ GIS l−u trữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản nh. - Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải đ−ợc liên kết vật lý. - Bản đồ hiển thị có thể đ−ợc kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa ph−ơng tiện). - 2.7 Mô hình dữ liệu Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau về cơ bản - mô hình vector và mô hình raster. - Cả mô hình vector và raster đều đ−ợc dùng để l−u dữ liệu địa lý với những −u điểm, nh−ợc điểm riêng. - Không thích hợp cho việc thể hiện dữ liệu phức tạp, đa dạng. - Nếu tăng độ phân giải sẽ dẫn đến kích th−ớc file dữ liệu lớn.Bảng 2.1. - 2.8 Các đối t−ợng trong GIS Khác với các hệ cơ sở dữ liệu khác, cơ sở dữ liệu GIS có một đặc thù riêng đó là có phần tham gia của dữ liệu không gian. - Mỗi đối t−ợng trong cơ sở dữ liệu có mối quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với các toạ độ (kinh độ, vĩ độ) để mô tả vị trí của đối t−ợng đó trong không gian. - Phân lớp dữ liệu Để có đ−ợc một cơ sở dữ liệu GIS tr−ớc tiên phải phân chia các đối t−ợng thực (Entities) thành các nhóm đối t−ợng có những thuộc tính t−ơng tự nhau. - Cơ sở dữ liệu GIS là tổng hợp của các đối t−ợng: CSDL GIS. - Entitiesi Cơ sở dữ liệu GIS là tổng hợp của các bảng mỗi bảng là một nhóm các đối t−ợng có chung các thuộc tính nào đó: CSDL GIS. - Tablei Các đối t−ợng trong một nhóm dữ liệu nào đó đ−ợc đặc tr−ng bởi: Tablei= Σ Entitiesj (Attk=A) (Attk - một thuộc tính phân loại nào đó) Mỗi một Entities bao gồm m tr−ờng thông tin Entitiesj = (F1, F2. - Fm) Các tr−ờng thông tin của đối t−ợng có thể là dữ liệu không gian định dạng cho đối t−ợng đó và các dữ liệu thuộc tính đặc tr−ng cho đối t−ợng đó. - ảnh là dạng dữ liệu Raster đ−ợc chia thành n hàng, m cột. - Dữ liệu raster hay còn gọi là các l−ới của các cell có đ−ợc từ nguồn sau. - Dữ liệu thu bức xạ. - Dữ liệu đã đ−ợc phân lớp. - Dữ liệu vector đã đ−ợc raster hoá. - Dữ liệu ảnh quét. - Quan hệ giữa các thực thể trong cơ sở dữ liệu GIS Các đối t−ợng trong cơ sở dữ liệu GIS đều có mối quan hệ t−ơng quan với nhau. - Giữa hai đối t−ợng trong cơ sở dữ liệu có thể có mối quan hệ không gian và quan hệ thuộc tính. - Khi đó X∩Y = K (Fk1,Fk2,...,Fkl) là mối quan hệ chung giữa hai đối t−ợng trong cơ sở dữ liệu GIS. - Với các đối t−ợng trong cơ sở dữ liệu có cùng 33mối quan hệ K (Fk1,Fk2,...,Fkl) đ−ợc phân chia thành cùng nhóm đối t−ợng hay một lớp thông tin. - Dữ liệu thuộc tính đ−ợc l−u trữ trên một hay nhiều file và liên kết với các đối t−ợng không gian theo chỉ số ID này. - P1P2 35Đối với các hệ GIS tr−ớc đây có một sự phân biệt rõ ràng dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian theo mô hình d−ới đây: ID Tr−ờng 1 Tr−ờng 2. - Ngày nay cùng với sự phát triển của các hệ thống thông tin các hệ GIS không có sự phân biệt rõ ràng giữa dữ liệu không gian và thuộc tính tất cả chúng đều đ−ợc cấu trúc hóa và đ−ợc quản lý trong cùng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu. - Do đó các dữ liệu không gian và thuộc tính đ−ợc tổ chức trong cùng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu và ng−ời sử dụng có thể coi mỗi lớp thông tin nh− là một bảng dữ liệu thuộc tính đơn giản. - Khi đó độ tin cậy của ứng dụng qua các b−ớc xử lý thu đ−ợc không có đủ thông tin về sự không rõ ràng đã biết đối với các tập hợp dữ liệu nguồn. - Các bổ sung quan trọng nhất là thực hiện trong các lĩnh vực phân lớp, phân tích, thu thập dữ liệu và trong xử lý ảnh. - Chúng ta có thể phân biệt hai lớp không rõ ràng: dữ liệu và quy tắc (Eastman et al. - Tính không rõ ràng là một đặc tr−ng vốn có của dữ liệu địa lý. - Hiện nay các ph−ơng pháp sử dụng để diễn tả và phân tích thông tin địa lý là không đầy đủ, bởi vì chúng không có khả năng đối với tính không rõ ràng của dữ liệu. - 433.1.3 Tính chất mờ trong các hệ thống GIS Đối với các hệ thống GIS các dữ liệu thu thập th−ờng không đầy đủ, không rõ ràng, không chắc chắn và mập mờ, điều đó dẫn đến dữ liệu và thông tin trong GIS là dữ liệu “không rõ ràng” hay còn gọi là dữ liệu “mờ”. - Theo ph−ơng pháp truyền thống khi chồng xếp và phân tích dữ liệu trong GIS các xử lý đ−ợc thực hiện một cách “áp đặt” đến các thủ tục lập luận và phân tích. - Do bản chất của dữ liệu trong GIS chúng ta có thể gặp tính huống mà qua một chuỗi các xử lý tập các ràng buộc đ−a vào và không nhận đ−ợc kết quả đ−a ra. - Lý thuyết tập mờ là giải pháp thích hợp nhất cho các điều kiện mô hình hóa dữ liệu “không rõ ràng” và đ−a ra cơ sở lý thuyết để hỗ trợ các lập luận dựa trên dữ liệu này. - Làm cho hệ thống GIS trở lên mềm dẻo hơn và ứng dụng thuận lợi trong giải quyết các bài toán về không gian mà dữ liệu của nó là “không rõ ràng” hay còn gọi là dữ liệu không gian “mờ”. - Trong cuộc sống thực chúng ta có nhiều thay đổi về sự suy xét và phân lớp dữ liệu của chúng. - Trong luận văn này đã nghiên cứu sự hợp nhất của lý thuyết tập mờ trong hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ GIS và ứng dụng thành quả nghiên cứu vào thực tiễn mà điển hình là bài toán mở rộng Thành phố Thái Bình. - Nó chỉ ra sự hiệu quả nh− thế nào của lý thuyết tập mờ để có thể thực hiện các diễn tả và phân tích dữ liệu địa lý. - Thứ hai phân tích tính không rõ ràng, không chắc chắn và mập mờ của dữ liệu trong các hệ thống thông tin địa lý và các giới hạn khi thực hiện với lý thuyết tập hợp kinh điển trong cả diễn tả và phân tích dữ liệu địa lý, thay thế nó bằng lý thuyết tập mờ. - Để có thể tăng c−ờng lý thuyết tập mờ vào trong các hệ thống thông tin địa lý cần thiết phải mở rộng mô hình dữ liệu không gian tổng thể để thích hợp với sự không rõ ràng, không chắc chắn của các thực thể địa lý. - Sau khi đã mở rộng mô hình dữ liệu không gian, các phép toán trong nó cũng đ−ợc mở rộng để hỗ trợ các lập luận không gian mờ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt