Bài giảng GIS đại cương (Principles of GIS) - Chương 3: Mô hình dữ liệu GIS (không gian) - Nguyễn Duy Liêm

1Mô hình dữ liệu GIS (không gian) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Nội dung  Mô hình thông tin- dữ liệu địa lý  Lớp dữ liệu (không gian, thuộc tính) Mô hình dữ liệu (không gian, thuộc tính)  Mô hình vector, raster Vector Raster  So sánh vector, raster Ưu điểm Nhược điểm  Chuyển đổi vector và raster Vector  Raster Raster  Vector 2 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình thông tin - dữ liệu địa lý 3 Thế giới thực Mô hình nhận thức Mô hình dữ liệu không gian GIS n lớp thông tin Mô hình dữ liệu thuộc tính Không gian: Mô tả vị trí của đối tượng, có thể là vị trí tương đối (so với đối tượng không gian khác) hoặc vị trí tuyệt đối (so với hệ tọa độ). Thuộc tính: Mô tả đặc tính của đối tượng. Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) ● Cặp hàng, cột (pixel) ● Cặp tọa độ X, Y Thế giới thực và mô hình dữ liệu không gian  Bản đồ giấy  Bản đồ số Vector Raster 4 Điểm ● Chấm mực Đường Vệt mực kéo dài Vùng Vệt mực kéo dài và lấp đầy Chuỗi tọa độ X, Y Chuỗi tọa độ X, Y tạo thành đường bao Chuỗi pixel Chuỗi pixel trong đường bao Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Điểm Một cặp tọa độ (x, y)  0D Đường Chuỗi các điểm có thứ tự với 2 điểm đầu, cuối không trùng nhau, có thể có điểm trung gian  1D (chiều dài) Vùng Các đường kết nối không trùng nhau nhưng có chung 2 điểm đầu, cuối Chuỗi các điểm có thứ tự với 2 điểm đầu, cuối trùng nhau, có ít nhất 1 điểm trung gian  2D (chiều dài, chiều rộng) Mô hình vector  Thể hiện các đối tượng rời rạc (có ranh giới tách biệt rõ ràng ngoài thực tế) sử dụng 3 phần tử hình học. 5 ● 1 (x1, y1) Vector là gì? 1 ● 2 ● (x4, y4) (x1, y1) (x2, y2) (x3, y3) I ● ● 1 ● 2 ● I II A ● ● ● ●● 1≡2 ● III B ● ● ● ●● ● Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Thế giới thực và mô hình vector 6 Thế giới thực Mô hình vector Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Trong không gian lớp học, cái gì là rời rạc? 7 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector  Đối tượng dạng điểm 8 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector  Đối tượng dạng đường 9 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector  Đối tượng dạng vùng 10 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector  Tỉ lệ bản đồ xác định kích thước và hình dạng của các đối tượng. 11 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector 12 Điểm ↔ Vùng Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector 13 Đường ↔ Vùng Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình vector Tỉ lệ bản đồ (M) Kích thước thực tế nhỏ nhất (L) 1/500 500 x 0,1 mm = 50 mm = 0,05 m 1/24.000 24.000 x 0,1 mm = 2.400 mm = 2,4 m 1/250.000 250.000 x 0,1 mm = 25.000 mm = 25 m 1/M M x 0,1 mm = L 14 0,1 mm là khoảng cách nhỏ nhất mà mắt người có thể phân biệt 2 điểm riêng biệt. Một đối tượng hình chữ nhật với chiều dài 10 m, chiều rộng 5 m có thể được thể hiện dưới dạng điểm, đường, vùng trong mô hình vector theo các tỉ lệ khác nhau. 1/100.000 1/50.000 Vùng ≥ 1/50.000 Điểm < 1/100.000 Đường [1/100.000; 1/50.000) . Lmin/ 0,1 mm = 5 m/ 0,1 mmLmax/ 0,1 mm = 10 m/ 0,1 mm Tỉ lệ bản đồ Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Bài tập 1  Cho một thửa đất hình vuông với kích thước thực tế là 250 m x 250 m. Biết mắt người có thể phân biệt 2 điểm riêng biệt với khoảng cách nhỏ nhất là 0,1 mm.  Trong mô hình vector, hãy xác định cách thể hiện phù hợp cho thửa đất trên theo tỉ lệ bản đồ? Ở tỉ lệ bản đồ 1/1.000.000, thửa đất trên sẽ được thể hiện dưới dạng điểm, đường hay vùng trong mô hình vector? 15 Hết giờ (5 phút) Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình raster  Thể hiện các đối tượng liên tục (không có ranh giới tách biệt rõ ràng ngoài thực tế) sử dụng pixel. 17 Hàng Cột Pixel Số hàng Số cột Số cột x số hàng = số pixel Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Thế giới thực và mô hình raster 18 Thế giới thực Mô hình raster Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình raster 19 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Trong không gian lớp học, cái gì là liên tục? 20 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình raster  Kích thước pixel Được xác định cụ thể, không đổi. Diện tích raster = diện tích pixel x số pixel  Tỉ lệ nghịch với độ chính xác không gian của dữ liệu. 21 Thế giới thực 71 m² Kích thước 1 m 16 x 16 pixel 73 m² Kích thước 2 m 8 x 8 pixel 76 m² Kích thước 4 m 4 x 4 pixel 80 m² Kích thước pixel tăng dần Độ chính xác không gian giảm dần Diện tích raster có 5 hàng, 10 cột, kích thước pixel 20 m là bao nhiêu? Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình raster  Giá trị của pixel Định lượng (numerical) | Định tính (non-numerical) Khuyết dữ liệu: NO DATA 22 Có bao nhiêu pixel có giá trị trên 2? Với kích thước pixel 10 m, diện tích pixel có giá trị trên 2 là bao nhiêu? Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Mô hình raster  Hệ tọa độ Tọa độ thực được thiết lập ở góc trên bên trái (hệ tọa độ địa lý/ hệ tọa độ chiếu). 23 Hàng Cột Tọa độ hàng/ cột được đánh tăng dần từ góc trên trái theo chiều trái sang phải, trên xuống dưới (hệ tọa độ hàng cột). x= 10 y= 10 A● 1 2 .. 1 2 .. x y Vị trí X Y Góc trên phải (B) XA YA + số cột * kích thước pixel Góc dưới trái (C) XA – số hàng * kích thước pixel YA Góc dưới phải (D) XA – số hàng * kích thước pixel YA + số cột * kích thước pixel Tâm pixel hàng m, cột n (E) XA – (m – 0,5) * kích thước pixel YA + (n – 0,5) * kích thước pixel ●B ●C ●D ●E Xác định tọa độ hàng cột của điểm E? Với kích thước pixel 1 m, xác định tọa độ chiếu của các điểm B, C, D, E? Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Bài tập 2  Trong hệ tọa độ Oxy (đơn vị: km), cho raster thể hiện giá trị độ cao (m) với kích thước pixel 10 km, góc trên bên trái A (200, 400), xác định: Số pixel của raster? Diện tích raster (km²)? Tọa độ chiếu của 3 góc còn lại (B, C, D)?  Tọa độ chiếu của tâm pixel tại hàng 3, cột 4? Số pixel có độ cao trên 3 m? 24 Hết giờ (5 phút) x y A B C D So sánh vector và raster Vector Cấu trúc dữ liệu phức tạp (Shapefile,) Raster Cấu trúc dữ liệu đơn giản (ASCII GRID,) 26 So sánh vector và raster Vector Cấu trúc dữ liệu phức tạp (Shapefile,) Dung lượng nhỏ gọn Raster Cấu trúc dữ liệu đơn giản (ASCII GRID,) Dung lượng khá lớn 27 6 điểm  Lưu trữ 6 giá trị 8 pixel  Lưu trữ 8 giá trị So sánh vector và raster Vector Cấu trúc dữ liệu phức tạp (Shapefile,) Dung lượng nhỏ gọn Thích hợp cho topology Phù hợp cho quản lý thuộc tính Raster Cấu trúc dữ liệu đơn giản (ASCII GRID,) Dung lượng khá lớn Cần thiết cho hình ảnh Ưu tiên cho phân tích dữ liệu 28 Không gian ID X,Y X,Y X,Y ID Rừng ID Lúa ID Nước Thuộc tính 1 Rừng 2 Lúa 3 Nước So sánh vector và raster Vector Cấu trúc dữ liệu phức tạp (Shapefile,) Dung lượng nhỏ gọn Thích hợp cho topology Phù hợp cho quản lý thuộc tính Chất lượng đồ họa tốt Raster Cấu trúc dữ liệu đơn giản (ASCII GRID,) Dung lượng khá lớn Cần thiết cho hình ảnh Ưu tiên cho phân tích dữ liệu Chất lượng đồ họa kém 29 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi vector và raster 30 Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi vector sang raster  Khai báo kích thước pixel của raster: 1 m,  Xác định góc trên bên trái của raster: Trùng với điểm giao nhau giữa hai giá trị X lớn nhất và Y nhỏ nhất của vector.  Từ góc trên bên trái, phác họa phạm vi của raster: Chứa toàn bộ vector với hàng cuối và cột cuối chứa ít nhất 1 điểm. 31 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B +D +D +E ● ● ● Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi vector sang raster  Ánh xạ các đối tượng vector qua raster Điểm  Pixel: Tọa độ điểm thuộc pixel nào thì lấy pixel đó. Nếu điểm thuộc ranh giới nhiều pixel thì lấy theo thứ tự ưu tiên: pixel trên trái > pixel trên phải > pixel dưới trái > pixel dưới phải. 32 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi vector sang raster  Ánh xạ các đối tượng vector qua raster 33 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B +D Đường  Chuỗi pixel: Đường đi qua các pixel nào thì lấy các pixel đó. Vùng  Chuỗi pixel: Vùng chiếm ≥ ½ diện tích pixel thì lấy pixel đó. x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B +D +E Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Bài tập 3  Chuyển sang 3 lớp raster với kích thước pixel 1 m cho 3 lớp vector sau: Lớp vector điểm chứa A (4, 1), B (3/2, 3/2), C (2, 4) Lớp vector đường chứa DE với D (3, 3/2), E (0, 4) Lớp vector vùng chứa FGH với F (3, 2), G (4, 4), H (4, 5/2)  Tất cả tọa độ đều thuộc hệ tọa độ Oxy (đơn vị: m) 34 Hết giờ (5 phút) x y Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi raster sang vector  Raster  Điểm Tọa độ tâm của từng pixel thành từng điểm.  Raster  Đường Nối tâm của các chuỗi pixel (cùng giá trị) thành từng đường, ưu tiên khoảng cách gần nhất. 36 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 +A +C +B x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 A C B D Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Chuyển đổi raster sang vector  Raster  Vùng Nối đường bao của các chuỗi pixel (cùng giá trị) thành từng vùng. 37 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 A C B D EF G Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Bài tập 4  Trong hệ tọa độ Oxy (đơn vị: m), cho lớp raster chứa giá trị lượng mưa (mm). Giá trị N nghĩa là khuyết dữ liệu.  Chuyển raster trên sang lớp vector dạng điểm theo giá trị lượng mưa. Trả lời các câu hỏi sau: 38 Hết giờ (5 phút) 10 20 20 20 50 10 20 40 N 30 10 20 N 40 30 10 20 20 20 30 10 10 10 0 30 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 5● ● 5 0● Tổng số điểm trong lớp vector là bao nhiêu? Có bao nhiêu điểm có lượng mưa 10 mm?  Tọa độ X, Y của điểm có lượng mưa lớn nhất là bao nhiêu?  Tọa độ X, Y của điểm có lượng mưa nhỏ nhất là bao nhiêu? Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Bài tập về nhà  Trong hệ tọa độ Oxy (đơn vị: m), cho lớp raster chứa giá trị lượng mưa (mm). Giá trị N nghĩa là khuyết dữ liệu.  Chuyển raster trên sang lớp vector dạng đường theo giá trị lượng mưa? Tổng số đường trong lớp vector là bao nhiêu?  Chuyển raster trên sang lớp vector dạng vùng theo giá trị lượng mưa? Tổng số vùng trong lớp vector là bao nhiêu? 40 10 20 20 20 30 10 20 40 N 30 10 20 40 40 30 10 20 20 20 30 10 10 10 10 30 x y 1● 2● 3● 4● ● 1 ● 2 ● 3 ● 4 5● ● 5 0● Copyright © 2021 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Mô hình dữ liệu GIS (không gian) Yêu cầu cần đạt  Mô hình vector thể hiện các đối tượng rời rạc sử dụng 3 phần tử hình học: điểm, đường, vùng.  Tỉ lệ bản đồ ảnh hưởng đến việc hiển thị đối tượng dưới dạng điểm, đường, vùng.  Mô hình raster thể hiện các đối tượng liên tục sử dụng pixel.  Kích thước pixel ảnh hưởng đến độ chính xác không gian của đối tượng.  Có thể chuyển đổi qua lại giữa vector và raster. 42