III. Dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý

III.2. Dữ liệu địa lý được biểu diễn như thế nào:

Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS. Đó là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là: dữ liệu không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL) và có quan hệ chặt chẽ với nhau.

 Hình 3: Cấu trúc vector và raster

 III.2.1.1. Các kiểu dữ liệu không gian:

Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc. Đó là dạng raster và dạng vector (xem hình 3).

Có thể hiểu đơn giản là một “ảnh” chứa các thông tin về một chuyên đề.

Mô phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó bằng một lưới (đều hoặc không đều)  gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này gọi là những pixel hay cell. Giá trị của pixel là thuộc tính của đối tượng. Kích thước pixel càng nhỏ thì đối tượng càng được mô tả chính xác. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel tạo thành raster. Cấu trúc này thường được áp dụng để mô tả các đối tượng, hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, dùng để lưu giữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, hàng không, vũ trụ...). Một số dạng mô hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model), TIN (Triangulated Irregular Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster .

Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là  dễ thực hiện các chức năng xử lý và phân tích. Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng. Dễ dàng liên kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nhược điểm là kém chính xác về vị trí không gian của đối tượng. Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thì sự sai lệch này càng tăng

Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ X,Y. Đường là một chuỗi các cặp tọa độ X,Y liên tục. Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao.

Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao). Cấu trúc này giúp cho người sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này có nhược điểm là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ.

III.2.1.2. Dữ liệu thuộc tính:

Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu thuộc tính có thể là định tính - mô tả chất lượng (qualitative) hay là định lượng (quantative). Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong CSDL, GIS đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối tượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó.

 Các dữ liệu trong GIS thường rất lớn và lưu trữ ở các dạng file khác nhau nên tương đối phức tạp. Do vậy để quản lý, người ta phải xây dựng các cấu trúc chặt chẽ cho các CSDL. Có các cấu trúc cơ bản sau:

a. Cấu trúc phân nhánh (hierarchical data structure):

Cấu trúc này thường sử dụng cho các dữ liệu được phân cấp theo quan hệ mẹ-con hoặc 1->nhiều. Cấu trúc này rất thuận lợi cho việc truy cập theo khóa nhưng nếu muốn tìm kiếm theo hệ thống thì tương đối khó khăn. Hệ rất dễ dàng được mở rộng bằng cách thêm nhánh nhưng rất khó sửa đổi toàn bộ cấu trúc hệ. Một bất cập khác của cấu trúc dữ liệu kiểu này là phải duy trì các file chỉ số lớn (Index) và những giá trị thuộc tính phải lặp đi lặp lại ở các cấp. Điều này làm dư thừa dữ liệu, tăng chi phí lưu trữ và thời gian truy cập.

b. Cấu trúc mạng (network system):

Cấu trúc này thường hay sử dụng cho các dữ liệu địa lý có nhiều thuộc tính và mỗi thuộc tính thì lại liên kết với nhiều đối tượng. Cấu trúc này rất tiện lợi khi thể hiện các mối quan hệ nhiều <-> nhiều. Cấu trúc này giúp cho việc tìm kiếm thông tin tương đối mềm dẻo, nhanh chóng, tránh dữ liệu thừa.

Tuy nhiên, đây là một hệ cấu trúc phức tạp, tương đối khó thiết kế. Cần phải xác định rõ các mối quan hệ để tránh nhầm lẫn.

c.  Cấu trúc quan hệ (relation structure):

Dữ liệu được lưu trữ trong các bản tin (record) gọi là bộ (tuple) - đó là tập hợp các thông tin của một đối tượng theo một khuôn mẫu quy định trước. Các bộ tập hợp thành một bảng hai chiều gọi là một quan hệ. Như vậy, mỗi cột trong quan hệ thể hiện một thuộc tính. Mỗi một record có một mã index để nhận dạng và như vậy có thể liên kết qua các bảng quan hệ với nhau (thông qua mã này).

Cấu trúc quan hệ có thể tìm kiếm truy cập đối tượng nhanh chóng và linh động bằng nhiều khóa khác nhau. Có thể tổ chức, bổ sung dữ liệu tương đối dễ dàng vì đây là những dạng bảng đơn giản. Số lượng kiên kết không bị hạn chế và không gây nhầm lẫn như trong quan hệ mạng. Do vậy, không cần lưu trữ dư thừa. Tuy nhiên, chính vì không có con trỏ nên việc thao tác tuần tự trên các file để tìm kiếm, truy cập sẽ mất nhiều thời gian.

III.2.2. Chuyển đổi dữ liệu:

Có 2 dạng chuyển đổi dữ liệu cơ bản: chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu giữa các phần mềm khác nhau.

Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu: có thể chuyển đổi dữ liệu từ cấu trúc raster sang vector và ngược lại thông qua các chức năng của các phần mềm GIS (chức năng rasterizing và vectorizing). Hiện nay phần lớn các hệ mềm GIS đều có những chức năng trên.

Chuyển đổi dữ liệu giữa các phần mềm khác nhau: thông qua chức năng nhập (Import) và xuất (Export) của các phần mềm GIS.

III.2.3. Tỷ lệ: