Hệ thống thông tin địa lý (gis) - Chương 3: Cấu trúc dữ liệu GIS

1 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: Email: phantien84@gmail.com Mục tiêu Giới thiệu các mô hình dữ liệu trong GIS Sau bài học này sinh viên có thể: q Mô tả mô hình dữ liệu Vector và cho ví dụ q Mô tả mô hình dữ liệu Raster và cho ví dụ q Mô tả mô hình dữ liệu TIN q Giải thích “topology” q Mô tả các định dạng chính sử dụng trong GIS Cấu trúc dữ liệu GIS 2 2 Các đối tượng đồ họa q Các đối tượng hiển thị trên bản đồ được gọi là các đối tượng đồ họa hay các đối tượng. q  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 q Vectors q Points hoặc Nodes q Lines hoặc Arcs q Polygons q Raster Cells hoặc Pixels q Images q Digital Orthophotography Cấu trúc dữ liệu GIS 4 3 q  Images q  Vector q  Raster (GRID) q  Attributes q  TIN (Triangulated Irregular Network) q  Annotation © Paul Bolstad, GIS Fundamentals Các loại dữ liệu GIS Cấu trúc dữ liệu GIS 5 Các loại dữ liệu GIS Cấu trúc dữ liệu GIS 6 © Paul Bolstad, GIS Fundamentals 4 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 5 Các nguồn dữ liệu Raster Ảnh vệ tinh Ảnh máy bay Các bản đồ quét Cấu trúc dữ liệu GIS 9 Ảnh số trực giao (Digital Orthophotography) q  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. q  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 6 Các bản đồ dạng Raster (images) q  Thiết lập bởi màu sắc của các pixel q  Cách đơn giản một mảng các pixel được xếp theo các hàng và các cột q  Các Pixel là được tô màu, nhưng không miêu tả các đối tượng một cách rõ ràng q  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 q  Trông giống trang bản đồ giấy q  Giá thành rẻ và dễ sản xuất q  Chạy dễ dàng trên PC q  Có sẵn mọi nơi. q  Nhược điểm: q  Mốc tính toán có hoặc không theo hệ tọa độ WGS84 q  Không cho phép tự động loại bỏ chế độ nền hay sự trợ giúp phân tích của máy tính. q  Lưu trữ không hiệu quả Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency Cấu trúc dữ liệu GIS 12 7 Dữ liệu dạng Vector q Một 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. q Ví dụ: q Các bản đồ số hóa q Dữ 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 q  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. q  Thông tin về một đối tượng GIS được gọi là thuộc tính (attribute) Cấu trúc dữ liệu GIS 14 8 Liên kết các thuộc tính với đồ họa q  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 Spatial Data Analysis • • • • • • •• •• • 2 5 1 4 7 6 Lake Features: Line Points: Connected Detached Area Text Dữ liệu GIS đặt riêng biệt trên các theme Network Analysis 30 30’ N 040 40’ E 30 30’ N 040 50’ E Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency Cấu trúc dữ liệu GIS 16 9 Sự thay đổi về mô hình q Có thể nhìn thấy sự khác nhau giữa bản đồ giấy và bản đồ số (phụ thuộc vào phần mềm) q Database cho phép truy vấn và chọn các layer q Phóng to các chi tiết q Phức 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 Miêu tả Vector X-AXIS 500 400 300 200 100 600 500 400 300 200 100 Y-AXIS River House 600 Trees Trees B B B B B B B B G G BK B B B G G G G G Miêu tả Raster 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Real World G G Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency Cấu trúc dữ liệu GIS 18 10 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 © Paul Bolstad, GIS Fundamentals Cấu trúc dữ liệu GIS 20 11 Cấu trúc dữ liệu Vector q  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: q  Points: là các đối tượng vô hướng có vị trí không gian, miêu tả các đối tượng GIS như vị trí, hoặc cây q  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). q  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 Point Line Polygon Cấu trúc dữ liệu GIS 21 Points q Point là đối tượng vô hướng có vị trí và thuộc tính thông tin nhưng quá nhỏ để được biểu diễn bằng vùng. q Tỷ lệ bản đồ quyết định một đối tượng là điểm. Cấu trúc dữ liệu GIS 22 12 Ứng dụng kiểu điểm q Các mẫu đất q Kiểu q PH q Nơi xảy ra ôi nhiễm, dịch bệnh q Thiết kế cảnh quan(vị trí các cột đèn ) q Các vị trí xảy ra tai nạn q Các trung tâm q Khối/Đoạn q Địa chỉ q Chủ sở hữu Cấu trúc dữ liệu GIS 23 Các cột đèn Cấu trúc dữ liệu GIS 24 13 Các trung tâm Cấu trúc dữ liệu GIS 25 Lines hoặc Arcs q Lines 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 14 Ứng dụng Lines hoặcArcs q  Đường phố q Tên các con phố q Address Ranges q  Hệ thống nước q Kích thước q Chất liệu q Ngày khởi công q  Sông suối q Độ sâu q Chất lượng nước q Tốc độ dòng chảy Cấu trúc dữ liệu GIS 27 Đường phố Cấu trúc dữ liệu GIS 28 15 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 q Các mảnh đất q Mã thửa đất q Kích thước và diện tích q Ranh giới thửa đất q Kiểu đất q Độ thấm q Vùng lũ lụt Cấu trúc dữ liệu GIS 30 16 Polygons Cấu trúc dữ liệu GIS 31 Polygons Cấu trúc dữ liệu GIS 32 17 Mô hình dữ liệu Vector q  Điểm: Được thể hiện bằng một cặp toạ độ q  Đường: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ q  Vùng: Được thể hiện bằng một chuỗi các cặp toạ độ và cặp toạ độ đầu và cặp toạ độ cuối trùng nhau. 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 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 18 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 q Dữ liệu ở dạng Vector được tổ chức ở 2 mô hình: q Mô hình Spagheti q Mô hình quan hệ không gian Topology Cấu trúc dữ liệu GIS 36 19 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 q Không 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. q Dữ liệu dạng vùng, đường ranh giới giữa 2 vùng được ghi nhận 2 lần, mỗi lần cho một vùng. q Ưu 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. q Phần mềm điển hình là Mapinfo. Cấu trúc dữ liệu GIS 38 20 Mô hình dữ liệu Vector Topology q  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. q  Mô tả trọn vẹn các thông tin của các đối tượng không gian bao gồm: q Thông 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. q Thông tin về quan hệ không gian (Relational Spatial data – Topology). Mô hình dữ liệu Topology thể hiện QHKG dưới 3 kiểu quan hệ là: q Liên thông với nhau: thể hiện dưới dạng file đường - điểm nối (Arc- Node topology) q Kề nhau: thể hiện dưới dạng file mô tả đường bao (Polygon-Arc topology) q Nằm 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 21 Mô hình dữ liệu Vector Topology Các quan hệ không gian Các đặc tính không gian Mỗi một đường (arc) có điểm bắt đầu và kết thúc tại điểm nút (node). Độ dài của đường. Hướng đường (Directionality). Các đường (arc) nối với nhau tại các điểm nút (node). Tính liên tục (Connectivity) Các đường (arc) nối với nhau tạo thành đường bao của vùng (polygon). Tính tạo vùng (Diện tích vùng, chu vi vùng) Các đường tham gia định nghĩa vùng ở cả hai bên : phải và trái. Tính kề nhau (Adjacency or contiguity) Thông tin về quan hệ 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. + Mô hình Topology dùng các quan hệ không gian để định nghĩa các đặc tính không gian của các đối tượng Cấu trúc dữ liệu GIS 41 Tính liên tục Tính kề nhau Đầu, cuối giao của đường Tính tạo vùng Mô hình dữ liệu Vector Topology Cấu trúc dữ liệu GIS 42 22 Tính kề nhau Cấu trúc dữ liệu GIS 43 Sai Đúng Sai Sai Đúng Áp dụng mô hình topology khi xây dựng CSDL không gian - Đường ranh giới tạo thành đường bao thửa đất luôn đảm bảo tính khép kín tuyệt đối về toạ độ. - Các đường ranh giới thửa không được phép giao nhau, phải luôn cắt nhau tại đầu hoặc cuối đường ( tại điểm nút NODE). Mô hình dữ liệu Vector Topology Cấu trúc dữ liệu GIS 44 23 DỮ LIỆU KHÔNG GIAN CHUẨN Sai §óng Cơ sở dữ liệu chuẩn là dữ liệu không còn lỗi như: bắt quá, bắt chưa tới, vùng chưa khép. Cấu trúc dữ liệu GIS 45 Liên kết dữ liệu thuộc tính Bảng dữ liệu (Attributes) © ESRI Cấu trúc dữ liệu GIS 46 24 Dữ liệu thuộc tính Là thông tin cho phép miêu tả một thực thể đã được trình bày ở đối tượng đồ họa. Cấu trúc dữ liệu GIS 47 Dữ liệu thuộc tính q Thông tin về đối tượng đồ họa q Mỗi phần thông tin thuộc tính liên quan tới một phần đối tượng đồ họa q Các trường thuộc kiểu dữ liệu truyền thống của CSDL q Images q Photos q Video Cấu trúc dữ liệu GIS 48 25 Courtesy Village of Garden City Liên kết các thuộc tính Cấu trúc dữ liệu GIS 49 Mô hình dữ liệu Raster q  Dữ liệu GIS được lưu trữ dưới dạng lưới các ô (cells) hay pixel q Ảnh viễn thám, ảnh quét (scanner) luôn ở dạng Raster Cấu trúc dữ liệu GIS 50 26 Dữ liệu Raster q Tập dữ liệu GIS q Về sử dụng đất/Độ bao phủ đất q Các Chỉ số thực vật q Sự ổn định đất q Ảnh số q Ảnh về các tòa nhà q Khung cảnh các tai họa q Sự thiệt hại mùa vụ q Các hình ảnh về sự vận động địa chất q Ảnh trực giao q Các ảnh trên không đã được chỉnh sửa Cấu trúc dữ liệu GIS 51 Dữ liệu Raster q  Là một mảng hai chiều các ô (pixel). Mỗi ô có chiều cao và chiều rộng cố định và cùng kích thước, trải trên một hình chữ nhật. Cấu trúc dữ liệu GIS 52 27 Bảng dữ liệu thuộc tính q  Rasters có giá trị số nguyên các ô (số lượng các ô cùng giá trị) được ghi trong bảng dữ liệu thuộc tính. Mỗi bản ghi thuộc tính là duy nhất với mỗi giá trị của ô. q  Có thể thêm các trường tới bảng dữ liệu Cấu trúc dữ liệu GIS 53 Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô q  Dữ liệu được lưu trữ trong raster có thể được phân loại một trong các loại sau: q Dữ liệu tên (Nominal data): dữ liệu được phân loại theo tên. q Dữ liệu số thứ tự (Ordinal data): dữ liệu được phân loại theo tên và khoảng giá trị. q Khoảng dữ liệu (Interval data): sắp xếp theo thứ tự số và có các khoảng khác nhau có ý nghĩa. q Dữ liệu tỷ lệ (Ratio data) Cấu trúc dữ liệu GIS 54 28 Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô Cấu trúc dữ liệu GIS 55 Các kiểu dữ liệu miêu tả trong ô q  Kiểu Nominal và Ordinal dùng miêu tả theo các phân loại khác nhau, là cách tốt nhất miêu tả các ô dữ liệu kiểu integer. q  Kiểu Interval và Ratio mô tả các giá trị liên tục, dùng với các ô dữ liệu là kiểu real. Cấu trúc dữ liệu GIS 56 29 PIXEL (PICTURE ELEMENT) PIXEL là đơn vị nhỏ nhất trong ảnh. Cơ sở hệ thống GIS là raster, thông tin thuộc tính có thể được khởi gán tới mỗi pixel. Cấu trúc dữ liệu GIS 57 © ESRI, Modeling Our World Cấu trúc dữ liệu GIS 58 30 Cách biểu diễn Raster q Raster có thể có một hoặc nhiều nhãn. Giá trị của mỗi ô có thể mang các giá trị khác nhau. Có một vài cách để hiển thị raster với giá trị của ô. q Hiển thị nhãn đơn (single-band) q Hiển thị nhãn bội (multi-band) Cấu trúc dữ liệu GIS 59 Hiển thị nhãn đơn Cấu trúc dữ liệu GIS 60 31 Hiển thị nhãn bội Cấu trúc dữ liệu GIS 61 Cấu trúc dữ liệu Raster q Ma trận các ô bằng nhau Cấu trúc dữ liệu GIS 62 32 Vấn đề về độ phân giải WHEAT HAY APPLES WHEAT HAY APPLES Cấu trúc dữ liệu GIS 63 Raster và Vector q Phải được cân nhắc kỹ q Tính rời rạc của thực thể đang mô tả q Ứng dụng mong đợi (Các chức năng) q Nguồn dữ liệu q Quan tâm sự lưu trữ q Độ phân giải q Màu sắc Cấu trúc dữ liệu GIS 64 33 Mô hình Raster và Vector Land Shoreline Water Vector Shoreline Source: Defense Mapping School National Imagery and Mapping Agency Vậy “Định dạng nào là tốt nhất mô tả các đối tượng trong GIS, raster hay vector”. Câu trả lời là một trong hai hoặc cả hai. Đó là, dùng một trong hai mô hình dữ liệu là tốt nhất trong mỗi trường hợp hoặc cả hai mô hình đều thực hiện các vai trò nhất định trong GIS. Trong ví dụ, nguồn dữ liệu vector miêu tả đường bờ biển xuất hiện có nhiều chi tiết hơn và độ chính xác lớn hơn. Dữ liệu Vector có thể lưu trữ thông tin trong nhiều định dang hơn dữ liệu Raster, và cũng làm việc tốt với đối tượng thuộc về chiều dài như dữ liệu mạng lưới. Tuy nhiên, các mô hình dữ liệu Raster tốt cho miêu tả thông tin liên tục trong tự nhiên như nhiệt độ nơi mà giá trị nhiệt độ có thể khác với nơi liền kề. Cấu trúc dữ liệu GIS 65 Vector – Những ưu điểm và nhược điểm q Thuận lợi q Miêu tả tốt thực tế q Gắn kết nhiều cấu trúc dữ liệu q Topology có thể được mô tả trong mạng q Đồ họa chính xác q Nhược điểm q Cấu trúc dữ liệu phức tạp q Mô phỏng khó khăn q Một vài phân tích không gian là khó khăn hoặc không thể thi hành. Cấu trúc dữ liệu GIS 66 34 Raster – Ưu điểm và nhược điểm q  Ưu điểm q Cấu trúc dữ liệu đơn giản q Dễ phủ lên nhau q Có nhiều kiểu phân tích không gian khác nhau q Không thay đổi kích thước và hình dáng q Công nghệ rẻ q  Nhược điểm q Số lượng lớn dữ liệu q Không đẹp q Thay đổi hệ quy chiếu là khó khăn q Tỷ lệ khác nhau giữa các lớp có thể là cơn ác mộng q Có thể mất thông tin ở những vùng giao nhau Cấu trúc dữ liệu GIS 67 © Paul Bolstad, GIS Fundamentals Các chức năng Raster Cấu trúc dữ liệu GIS 68 35 Các phương pháp nén dữ liệu Raster q Mục đích: Giảm kích thước lưu trữ. q Có các phương pháp: q Phương pháp nén theo đường biên vùng (Chain Code) q Phương pháp nén theo hàng cột (Run-length code) q Phương pháp nén theo khối (Block code) q Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree code) Cấu trúc dữ liệu GIS 69 Phương pháp nén theo đường biên vùng (Chain Code) q  Các đường biên của các vùng được thể hiện bằng hàng liên tục các vectơ đơn vị theo hướng 4 phương, được qui ước bằng các số: hướng Đông = 0, Bắc = 1 Tây = 2 Nam = 3. q  Ví dụ trên nếu ta bắt đầu từ cell của hàng 0 theo chiều kim đồng hồ ta sẽ có dãy giá trị sau thể hiện biên của vùng theo mã 1: 02,3,0,1 ,03,32,2,34,02,32,23,1,22,1,22,12,02,12,22,12 0 1 2 3 Cấu trúc dữ liệu GIS 70 36 Phương pháp nén theo đường biên vùng (Chain Code) q Ưu điểm: q Là phương pháp nén dữ liệu raster hiệu quả. q Dễ dàng tiến hành tính chu vi và diện tích, nhận biết lồi lõm, thay đổi hướng đột ngột. q Nhược điểm: q Khó khăn trong phân tích chồng xếp. q Dư thừa dữ liệu vì đường biên lưu trữ hai lần. Cấu trúc dữ liệu GIS 71 Phương pháp nén theo hàng cột (Run-length code) q  Các điểm trên mỗi đơn vị bản đồ được lưu trữ theo hàng từ trái qua phải từ cell đầu đến cell cuối. Hàng Cột q  Hàng 1: 2,3 5,7 q  Hàng 2: 2,7 q  Hàng 3: 4, 6 q  Hàng 4: 4, 6 q  Hàng 5 : 2, 6 q  Hàng 6: 2, 6 q  Hàng 7: 4, 8 q  Hàng 8: 6, 8 Cấu trúc dữ liệu GIS 72 37 Phương pháp nén theo hàng cột (Run-length code) q Ưu điểm: q Thích hợp cho việc lưu trữ dữ liệu trong máy tính có bộ nhớ ít. q Nhược điểm: q Khó khăn trong quá trình xử lý và phân tích dữ liệu. Cấu trúc dữ liệu GIS 73 Phương pháp nén theo khối (Block code) q  Ví dụ trên có thể viết dưới dạng nén block code 2n x 2n như sau: q 7 block 1 đơn vị ô vuông q 7 block 4 đơn vị ô vuông •  Phương pháp này có hiệu quả với các vùng có diện tích lớn và hình dạng các đường biên đơn giản, có thể kiểm tra sự co giãn về hình dạng của vùng. Cấu trúc dữ liệu GIS 74 38 Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree code) Cấu trúc dữ liệu GIS 75 Phương pháp nén cây tứ phân (Quadtree code) Thể hiện sự chia liên tục của dạng ma trận 2n x 2n thành dạng cây 4 nhánh ưu điểm của phương pháp nén hình cây: - Dễ tính toán diện tích chu vi của các vùng có hình dạng chuẩn - Có thể giam bớt sự lưu trữ với các độ phân giải khác nhau Nhược điểm : - Khó khăn cho việc chọn các mô hình, giải pháp - Một vùng có thể chia thành rất nhiều phần gây khó khăn cho việc truy nhập DL Cấu trúc dữ liệu GIS 76 39 TIN(Triangulated Irregular Network) q  TIN là một mô hình dữ liệu được sử dụng để miêu tả các đối tượng ba chiều. Các điểm miêu tả bởi các giá trị x,y,z. Dùng các phương thức tính toán hình học, các điểm được kết nối vào nhau gọi là phép đạc tam giác. Các đường của các tam giác gọi là các cùng và miền phía trong gọi là bề mặt (facet) Cấu trúc dữ liệu GIS 77 TIN(Triangulated Irregular Network) q  Mô hình TIN có một vài điểm phức tạp hơn dạng Point, Line, Polygon trong mô hình Vector, hay mô hình Raster, nó thực sự hữu ích miêu tả độ cao. q  Ví dụ thể hiện lợi ích của TIN: q Lưới Raster cần phải yêu cầu lưới các ô bao phủ toàn bộ bề mặt đạ lý q Vì vây, nếu chúng ta muốn hiển thị chi tiết thì ta phải chia lưới này thành các ô nhỏ hơn -> nhưng với một bề mặt tương đối bằng phẳng -> tốn bộ nhớ q Tuy nhiên, với TIN chúng ta không cần phải dùng nhiều điểm trên miền bằng phẳng, nhưng cũng có thể thêm nhiều điểm ở vùng để tăng độ chính xác hơn. Cấu trúc dữ liệu GIS 78 40 Cấu trúc dữ liệu TIN q  Cấu trúc dữ liệu TIN dựa trên hai phân tử cơ bản: q Các điểm với giá trị x,y,z q Các cung nối các điểm này. q  Phép đạc tam giác TIN thỏa mãn theo tiêu chuẩn Delaunay Tiêu chuẩn Delaunay Vòng tròn ngoại tiếp không chứa một nút của bất kỳ phần tử nào khác. Vòng tròn ngoại tiếp của một tam giác là vòng tròn đi qua các đỉnh. Cấu trúc dữ liệu GIS 79 Các thành phần TIN q  Nodes q  Edges q  Triangles q  Hull q  Topology q TIN là một tập hợp các tam giác liền kề, không bị chồng nhau. q ArcGIS hỗ trợ cả hai mô hình độ cao: TIN and lưới Cấu trúc dữ liệu GIS 80 41 Các thành phần TIN q  Nodes: là cơ sở xây dựng các khối của TIN. Các nút bắt đầu từ các điểm và các đỉnh cung chứa từ các nguồn dữ liệu nhập vào. q  Edges: Mỗi nút được nối với nút gần nhất theo tiêu chuẩn Delaunay. Mỗi cung có hai nút nhưng một nút có thể có hai hoặc nhiều cung. q  Triangles: Mỗi bề mặt tam giác miêu tả một phần của bề mặt TIN q  Hull (bao): được hình thành bới một hoặc nhiều polygon bao gồm toàn bộ tập dữ liệu các điểm sử dụng xây dựng nên TIN. Các Polygon Hull định nghĩa vùng nội suy của TIN q  Topology: là cấu trúc hình học của TIN định nghĩa mối quan hệ giữa các nút, các cung và mối quan hệ giữa các tam giác liền kề. q  Trong ARC/INFO, TIN được lưu trữ trong một thư mục gồm các file. Tuy nhiên, TIN không bao phủ và không kết hợp với file INFO. Thư mục TIN chứa 7 file bao gồm thông tin về bề mặt TIN. Các file này được mã hóa theo dạng nhị phân và không đọc được ở chế độ hiển thị văn bản. Cấu trúc dữ liệu GIS 81 © ESRI, Modeling Our World Cấu trúc dữ liệu GIS 82 42 Cấu trúc dữ liệu GIS 83 Cấu trúc dữ liệu GIS 84 43 Cấu trúc dữ liệu GIS 85 © ESRI, Modeling Our World Cấu trúc dữ liệu GIS 86 44 Chú giải (Annotation) Là văn bản (text) hoặc nhãn (labels) vẽ trên bản đồ mà miêu tả hoặc nhận diện một đối tượng hoặc thêm thông tin khác tới bản đồ Cấu trúc dữ liệu GIS 87 Chú giải (Annotation) q  Text q Thông tin được đặt trên bản đồ cung cấp thêm thông tin về một đối tương đồ họa. q  Ký hiệu (Symbols) q Là cách thức mà các đối tượng đồ họa hiển thị trong GIS Cấu trúc dữ liệu GIS 88 45 Ký hiệu (Symbols) Các ký hiệu giúp nhận diện các đặc điểm và cung cấp thông tin về chúng. q c , P X Cấu trúc dữ liệu GIS 89 Courtesy Village of Garden City Annotation, Symbology, and Text Cấu trúc dữ liệu GIS 90 46 Vấn đề về tỷ lệ trong đối tượng mô tả q  Phụ thuộc vào tỷ lệ mô tả, cùng một đối tượng có thể nhận các khuân dạng khác khác nhau q Các toà nhà q Bản vẽ kỹ thuật – Sơ đồ toà nhà q Bản đồ địa chất – Các điểm lưu trữ q Các thành phố q Bản đồ địa chất – là các Polygon mô tả đường biên các thành phố q Bản đồ xuất bản – là các điểm mô tả vị trí các thành phố Cấu trúc dữ liệu GIS 91 Topology Tập hợp dữ liệu số miêu tả rõ ràng các đối tượng liền kề, chứa trong nhau và tính liên tục giữa các đối tượng bản đồ mà có thể lưu trữ và thao tác trên máy tính. Cấu trúc dữ liệu GIS 92 47 Topology © Paul Bolstad, GIS Fundamentals Cấu trúc dữ liệu GIS 93