Chương 3: Xử lý bản đồ

Trở về Mục lục cuốn sách

Chương này và chương tiếp theo tập trung vào những khái niệm cốt yếu và khâu tiền xử lý dữ liệu hiện có. Tiền xử lý là vấn đề quan trọng nhưng chưa được cảnh báo đúng mức. Khâu này nhằm định hình các tập dữ liệu mà bạn đưa vào GIS để chuẩn bị phân tích. Chương này đề cập đến tiền xử lý bản đồ hoặc các yếu tố không gian của những địa vật. Chương kế tiếp tập trung vào việc tiền xử lý các thuộc tính của địa vật. Đây là những nhiệm vụ “thanh lọc” đã được đề cập đến trong hai chương trước.

Chương này bắt đầu với những khái niệm định nghĩa các tiêu chuẩn tham chiếu địa lý của Trái đất. Những chủ đề ở đây gồm có kinh-vĩ độ, phép chiếu, hệ tọa độ, và mực chuẩn. Các khái niệm này giúp bạn hiểu được các phép tiền xử lý bản đồ như đổi phép chiếu, chuyển các lớp từ dạng vector sang raster, và phân lớp lại hoặc lấy mẫu lại các lớp. Một phần đáng kể của khâu tiền xử lý bản đồ là làm cho dữ liệu đang có trở nên dùng được, bằng cách cung cấp các tham số phép chiếu thống nhất cho tất cả tập dữ liệu hiện có. Mục đích là để làm cho các lớp bản đồ khớp đúng với nhau.

Trái đất

Kinh độ và vĩ độ
Bất kì địa vật nào cũng có thể tham chiếu được bằng kinh độ và vĩ độ, vốn là những góc đo bằng độ từ tâm Trái đất đến một điểm trên mặt đất (xem Hình 3.1).  Trên mặt Trái đất hình cầu, các đường vĩ độ trải dài theo hướng ngang từ Đông sang Tây (hình con bên trái thuộc Hình 3.2), và chúng chạy song song nhau, vì vậy mà còn được gọi với tên “parallels” (những đường song song).  Các đường kinh tuyến (còn gọi là “meridians”), chạy dọc từ Cực Bắc xuống Cực Nam (hình con giữa thuộc Hình 3.2). Kết hợp những đường chạy “Bắc xuống Nam” và “Đông sang Tây” này gặp nhau theo các góc vuông để tạo thành một lưới bao quanh Trái đất (hình con bên phải thuộc Hình 3.2).

Hình 3.1: Latitude and longitude are angles measured in degrees from the Earth’s center to a point on the Earth’s surface.

Hình 3.2: Latitude, longitude, and the Earth’s graticule.

Chính giữa hai cực là đường xích đạo chạy vòng quanh Trái đất, và nó xác định đường có vĩ độ bằng không (hình con bên trái thuộc Hình 3.2). So với xích đạo, vĩ độ được đo từ 90 độ tại Cực Bắc đến -90 độ ở Cực nam. Kinh tuyến gốc là đường có kinh độ bằng 0 (hình con ở giữa thuộc Hình 3.2), và ở đa số các hệ tọa độ, đường này đi qua Greenwich, thuộc nước Anh. Kinh độ chạy từ -180 độ từ phía Tây của đường Kinh tuyến gốc đến 180 độ ở phía Đông cũng của đường này. Vì quả địa cầu có chu vi là 360 độ, nên -180 và 180 độ là cùng một vị trí.

Hình dạng Trái đất
Nếu phạm vi địa lý của khu vực dự án bạn thực hiện là nhỏ, như khu đất lân cận, hoặc một phần của thành phố, thì bạn có thể coi mặt đất là phẳng và không dùng phép chiếu nào. Đây được gọi là mặt phẳng hoặc thậm chí là “phép chiếu,” phẳng, nhưng thực ra được hiểu là không dùng phép chiếu nào. Cách biểu diễn phẳng này không ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác của bản đồ khi tỉ lệ của nó lớn hơn 1:10.000. Nói cách khác, những khu vực nhỏ không cần phải có phép chiếu vì con số khác biệt về vị trí trên mặt phẳng với một mặt 3 chiều là không đáng kể.

Với những bản đồ tỉ lệ nhỏ (những bản đồ thể hiện một vùng lớn, xem Hình 2.3), bạn phải xét đến hình dạng của Trái đất. Ta đã coi như trái đất hình cầu; điều này không biểu diễn chính xác. Do liên tục quay nên Trái đất bị phình một chút quanh đường xích đạo, khiến nó không còn được nguyên vẹn là hình cầu nữa. Hình dạng hơi bẹt này của nó về hình học có thể được gọi với tên phù hợp hơn là khối elip tròn xoay. Tuy nhiên đây cũng không phải là thuật ngữ chính xác vì sự không đồng nhất của mật độ các chất trong Trái đất (chẳng hạn sắt thì nặng [đặc] hơn là bùn cát trầm tích) và sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo sẽ khiến cho Trái đất có tính động và không ngừng thay đổi. Trái đất là một geoid hơi có hình quả lê; nó hơi lớn hơn ở phần Nam bán cầu và cũng có những chỗ phình khác. Tuy vậy khác biệt giữa khối elip tròn xoay và khối geoid là đủ nhỏ và không ảnh hưởng đến đa số các phép vẽ bản đồ. Mãi đến gần đây các phép chiếu dựa trên geoid mới dược áp dụng thường xuyên hơn; bởi cách làm này phức tạp và tốn công thu thập dữ liệu cần thiết để lập phép chiếu, nhưng ảnh vệ tinh đã giúp cho việc đo đạc và các phép chiếu geoid hiện này đã trở nên thông dụng hơn.

Phép chiếu bản đồ
Địa cầu không cần đến phép chiếu, và thậm chí phép chiếu là cách tốt nhất để biểu diễn hình dạng Trái đất và để hiểu các khái niệm kinh độ và vĩ độ, chúng không thực dụng với đa số các ứng dụng liên quan đến bản đồ. Chúng ta cần những tấm bản đồ phẳng. Điều này yêu cầu việc chỉnh lại hình dạng từ mặt đất 3 chiều thành một mặt 2 chiều. Việc thay đổi hình dạng này không thể thực hiện mà tránh khỏi sai số. Để minh họa cho điều này, hãy tưởng tượng ta lấy một hình cầu bằng bìa giấy, cắt nó làm đôi theo đường xích đạo, rồi cắt mỗi bán cầu Bắc và bán cầu Nam thành bốn miếng bằng nhau. Đặt chúng lên mặt bàn, các miếng đó sẽ không phẳng, mà phồng lên ở giữa. Hãy cố ép phẳng một miếng. Nếu bạn ép được, thì một phần của miếng bìa này sẽ bị dồn lại và phần khác sẽ bị rách rời ra. Như vậy bằng cách ép phẳng miếng bìa, ta đã làm thay đổi tính chất địa lý của nó.

Các phép chiếu bản đồ cho phép định hình lại Trái đất về toán học bằng cách chuyển đổi tọa độ cầu (x, y, và z) về không gian 2 chiều (x và y). Chính không gian 2 chiều này là cơ sở để ta biểu diễn mặt đất hoặc là một phần mặt đất.

Các phép chiếu đều có tính trừu tượng, và chúng gây ra thay đổi về hình biểu diễn Trái đất, thay đổi diện tích, khoảng cách, hoặc là hướng (và đôi khi thay đổi tất cả những yếu tố trên). Các phép chiếu bản đồ gây ra những biến dạng bản đồ khác nhau.

Một cách phân loại các phép chiếu bản đồ là mô tả chúng theo đặc tính mà chúng không làm biến đổi. Thông thường chỉ có một thuộc tính là được bảo toàn qua phép chiếu. Chương này giới hạn nội dung về 2 thuộc tính—diện tích và hình dạng—bởi vì những phép chiếu bảo tồn được những thuộc tính này—đẳng diện và đồng dạng—là thông dụng nhất.

Các phép chiếu đẳng diện (hoặc tương đương) thì bảo toàn diện tích (hoặc độ lớn phần không gian) chiếm chỗ bởi từng địa vật. Trên tấm bản đồ hành chính thế giới tỉ lệ nhỏ, diện tích của các quốc gia được bảo toàn. Trên thực tế, diện tích của Mexico và Greenland tương đương nhau, và trên bản đồ bên phải của Hình 3.3, vốn được vẽ theo phép chiếu đẳng diện có tên Mollweide; hai lãnh thổ này có kích thước xấp xỉ nhau. Tuy nhiên phép chiếu đẳng diện lại làm thay đổi tất cả những thuộc tính khác. Hình dạng, khoảng cách, và hướng không được bảo toàn.

Hình 3.3:  Projections transform the 3-D Earth into a 2-D plane.  Some projections, like Mercator, attempt to preserve area while other projections like Mollweide preserve the area contained within the landmasses.

Hình 3.3: Các phép chiếu giúp chuyển đổi Trái đất 3 chiều về mặt phẳng 2 chiều. Có những phép chiếu như Mercator, cố gắng bảo toàn diện tích trong khi những phép chiếu khác như Mollweide thì bảo toàn diện tích bao trong từng lãnh thổ.

Các bản đồ đồng dạng (tiếng Anh: conformal hay orthomorphic) thì bảo toàn hình dạng qua việc bảo toàn các góc của đường biên địa vật, như biên giới các quốc gia hoặc ranh giới châu lục. Tuy vậy, việc bảo toàn góc lại làm thay đổi diện tích của từng địa vật (xem bản đồ bên trái của Hình 3.3).  Ở phép chiếu Mercator, Greenland giữ hình dạng vốn có của nó, nhưng trở nên lớn hơn Mexico, nước thực tế có diện tích tương đương.  Ngoài ra, không phép chiếu đồng dạng nào bảo toàn được hình dạng các địa vật chạy sát hai địa cực (hãy để ý Châu Nam Cực).

Một cách khác để phân loại các phép chiếu bản đồ là dựa vào mặt phẳng để chiếu. Hãy tưởng tượng một địa cầu làm bằng thủy tinh mờ với các biên giới quốc gia và đường kinh-vĩ tuyến vẽ bằng nết màu đen. Hình dung một bóng đèn điện đặt tại tâm quả cầu. Nếu bạn cuộn giấy quanh quả cầy này rồi bật đèn lên, bạn sẽ thấy các đường biên giới quốc gia cùng đường kinh vĩ độ hiện ra trên giấy. Nếu ta tô lại những đường nét này thì ta có thể tháo bỏ tấm giấy ra, cắt rồi duỗi phẳng để được một bản đồ hai chiều.

Điều bạn vừa tưởng tượng chính là cách mà nhiều phép chiếu được quan niệm ban đầu. Ngay cả bây giờ, thời kì mô hình hóa bằng máy tính, đa số các phép chiếu bản đồ đều là biến thể của ba mặt chiếu cơ bản: mặt phẳng, mặt nón và mặt trụ tròn (xem Hình 3.4).

Hình 3.4:  Projection surfaces.

Hình 3.4: Các mặt chiếu.

Các phép chiếu phẳng, loại ít thông dụng nhất, có thể được biểu diễn bằng cách đặt một tấm phẳng tiếp xúc (tại một điểm) với khối cầu mờ đục, thường là ở điểm Cực Bắc hoặc Cực Nam, và các đường nét trên địa cầu được chiếu lên tấm phẳng này. Bản đồ sau khi chiếu sẽ hình thành một lưới dạng tròn (xem hàng trên cùng của Hình 3.4).  Hướng, một trong số các thuộc tính không mô tả đến, thường được bảo toàn ở tâm bản đồ, và độ bảo toàn giảm dần khi hướng ra ngoài. Một số phép chiếu phẳng bảo toàn diện tích hay khoảng cách. Hãy cân nhắc sử dụng phép chiếu phẳng khi khu vực nghiên cứu của bạn đặt tại một trong hai địa cực.

  1. Phép chiếu hình nón, với dạng mặt chiếu thông dụng, được hình thành qua việc chụp một hình nón bằng giấy lên địa cầu, và các đường nét trên địa cầu được chiếu lên hình nón này. Sau khi gỡ hình nón ra, lưới tọa độ sẽ xuất hiện như hình nan quạt (hàng giữa của Hình 3.4).  Các phép chiếu hình nón thì bảo toàn những thuộc tính khác nhau bao gồm diện tích hoặc hình dạng, nhưng một phép chiếu không thể bảo toàn cả hai thuộc tính trên. Mức độ biến hình sẽ khác nhau tùy từng vị trí trên bản đồ. Sẽ không có biến hình ngay tại đường vĩ tuyến mà mặt nón tiếp xúc với địa cầu, nhưng biến hình càng lớn theo cả hai phía xa khỏi tiếp tuyến này. Hãy cân nhắc việc dùng phép chiếu với mặt nón nếu vùng nghiên cứu đang thực hiện nằm ở nơi có vĩ độ trung bình, chẳng hạn như ở Mỹ.
  2. Phép chiếu hình trụ tròn được thiết lập bằng cách bọc tờ giấy quanh địa cầu, tạo thành hình trụ tròn. Những đường trên địa cầu được chiếu lên hình trụ này (hàng dưới cùng của Hình 3.4), và lưới kinh vĩ được hình thành có dạng hình chữ nhật. Không có biến hình nào dọc theo đường xích đạo (vốn là tiếp tuyến), nhưng biến hình sẽ càng tăng lên về phía hai địa cực. Phép chiếu này bảo toàn các thuộc tính khác nhau, như diện tích hoặc hình dạng (nhưng, một lần nữa, trong cùng một lần chiếu thì không thể bảo toàn được cả hai). Hãy cân nhắc việc dùng phép chiếu này nếu khu vực nghiên cứu có phạm vi toàn cầu, hoặc ở vùng xích đạo.

Nhiều dạng khác nhau có thể được thiết lập dựa trên ba mặt chiếu này. Thay vì bố trí cho tấm giấy tiếp xúc địa cầu tại một điểm hoặc một tiếp tuyến, bạn cũng có thể cho giấy giao cắt với mặt địa cầu (cát tuyến); như vậy mặt nón và mặt trụ tròn giao cắt mặt địa cầu tại hai vĩ tuyến, và mặt phẳng sẽ giao cắt mặt địa cầu theo một đường tròn. Tại chính các đường giao cắt này, sẽ không có biến hình. Những chỗ tờ giấy nằm ngoài địa cầu, các địa vật trên bản đồ sẽ lớn hơn thực tế; còn những chỗ tờ giấy nằm trong địa cầu, thì địa vật trên bản đồ sẽ nhỏ hơn.

Những dạng khác sẽ có được khi bạn di chuyển vị trí của bóng đèn bên trong địa cầu, hoặc kết hợp nhiều mặt phẳng chiếu với nhau. Ngoài ra, bằng máy tính, đã có những phép chiếu toán học không dựa trên mặt phẳng chiếu nào, và một số loại này đã trở nên rất thông dụng.

Có hàng ngàn phép hiếu khác nhau, nhưng chỉ có vài chục phép chiếu là đáng lưu ý và được dùng. Các ví dụ về phép chiếu như vậy gồm có Albers Equal Area Conic (đẳng diện, hình nón), Lambert Conformal Conic (đồng dạng, hình nón), Mercator, Miller Cylindrical (trụ tròn), và Robinson.  Nhiều tên gọi của các phép chiếu này bao gồm các thuật ngữ: đẳng diện, đồng dạng, mặt nón, trụ tròn; chúng cho ta thông tin về các đặc tính của phép chiếu và mặt phẳng chiếu.

Như đã đề cập đến trong Chương 2, điều quan trọng là chọn được một phép chiếu thích hợp cho dự án GIS hiện tại để đạt được kết quả chính xác. Bạn có quan tâm đến việc tính diện tích các địa vật không? Nếu có, thì bạn phải dùng một phép chiếu bảo toàn diện tích, không thì kết quả tính toán sẽ bị sai. Những phép chiếu không phù hợp sẽ làm hỏng độ chính xác của thuộc tính, độ chính xác vị trí, và làm hỏng thông tin trên bản đồ cuối cùng lập được cũng như bản báo cáo dự án. Như sẽ đề cập đến ở Chương 6, việc chọn một phép chiếu không thích hợp chính là một cách đánh lừa bằng những tấm bản đồ.

Vị trí các địa vật cần chính xác bao nhiêu? Nếu bạn lập một bản đồ thế giới với vị trí của những bến cảng lớn nhất, thì có lẽ vị trí chuẩn xác không quá cần thiết. Tuy nhiên, nếu bạn khoan một đường hầm cho tàu hỏa, thì rất cần sự chính xác vị trí. Một số phép chiếu dùng đến khối cầu để mô phỏng hình dạng Trái đất. Hãy nhớ rằng (từ phần đầu của chương này) khối cầu là hình dạng tổng quát nhất của Trái đất, và cũng kém chính xác nhất. Nhiều phép chiếu được dựa theo khối cầu, và những phép chiếu này thích hợp với các bản đồ thế giới và những vùng lớn mà không cần độ chính xác vị trí. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các phép chiếu đều dựa theo khối elip tròn xoay (ellipsoid hoặc spheroid) để làm biến dạng khối cầu, khiến nó hơi bẹt (chỗ phình ra là xích đạo). Nói cách định lượng, thì không có khác biệt đáng kể giữa đa số các ellipsoid và hình dạng thực của Trái đất, trong hầu hết các mục đích lập bản đồ. Tuy vậy, với các dự án cần phải chính xác hơn nữa, đã có những phép chiếu dựa trên geoid. Những phép chiếu này trước kia vẫn hiếm cho đến thời gian gần đây, vì khá mất thời gian để tính ra phép chiếu, và vì độ khó toán học cùng các phép đo. Tuy vậy, với ngày càng nhiều ảnh vệ tinh có được, thì những phép chiếu này đã thông dụng hơn.

Hệ tọa độ
Phép chiếu và hệ tọa độ là hai thứ khác nhau. Như đã đề cập ở trên, các phép chiếu nhằm chuyển đổi địa cầu từ không gian 3 chiều về bản đồ 2 chiều. Các hệ tọa độ là hệ thống tham chiếu được dùng để miêu tả những vị trí cụ thể và để đo khoảng cách trên bản đồ. Hệ tọa độ cho ta biết vị trí x, y (đôi khi được gọi là Easting và Northing) của địa vật, và ở trong GIS, chúng được dùng để đăng kí, theo không gian, các lớp địa vật trên cùng một khu vực.

Các hệ tọa độ tuy không phải là phép chiếu, nhưng chúng vẫn hay sử dụng phép chiếu. Kinh độ và vĩ độ, hệ tọa độ phổ biến nhất, lại không dùng đến phép chiếu nào; nhưng đa số các trường hợp, hệ tọa độ luôn kèm theo phép chiếu, hình cầu tham chiếu, mực chuẩn, một hoặc nhiều vĩ tuyến chuẩn, một kinh tuyến trung tâm, và có thể cả những độ dịch chuyển theo x hoặc y (easting, northing).

Cũng như với phép chiếu, có rất nhiều hệ tọa độ. Một số hệ tập trung vào địa phương và một số tập trung vào tổng thể. Hệ thông dụng nhất cho cỡ thế giớ là kinh-vĩ độ, nhưng vì nó không phải là hệ tọa độ “chiếu”, các điểm được đưa lên đó thường sẽ bị biến hình nhiều về khoảng cách và hình dạng, khi chuyển sang bản đồ phẳng 2 chiều (và vì vậy mà nó không nên được dùng để lập bản đồ 2 chiều). Kinh-vĩ độ dùng kinh tuyến gốc và xích đạo làm các mặt phẳng tham chiếu, và hệ này được dùng thích hợp nhất với vai trò khái quát hóa Trái đất ở dạng hình cầu.

Có hai cách ghi các tọa độ kinh và vĩ. Một cách dùng đến độ, phút, giây. Chẳng hạn, CSUS Geography department được định vị tại 38°N 33′ 32′′ (vĩ độ bắc) và 121°W 25′ 31′′ (kinh độ tây). Một cách khác là dùng độ theo số thập phân, và cũng vị trí đó được biểu diễn thành 38.55889 vĩ độ và -121.42527 kinh độ.

Sau đây là thông tin miêu tả một số hệ tọa độ thông dụng nhất ở Hoa Kỳ: Universal Transverse Mercator, State Plane Coordinate System, và United States National Grid.  Kinh và vĩ độ, cũng thông dụng, đã được mô tả ở trên.

Được U.S. Army Corps of Engineers phát triển từ thập niên 1940, Universal Transverse Mercator (UTM) là một hệ tọa độ bao phủ phần lớn địa cầu. Hệ thống trải dài từ 84 độ bắc xuống đến 84 độ nam, và nó chia Trái đất thành 60 dải theo hướng nam-bắc, mỗi dải rộng 6 độ (xem Hình 3.5). Mỗi dải sử dụng một phép chiếu Mercator quay ngang được định nghĩa sẵn. Phần chính của lãnh thổ Hoa Kỳ [tức là trừ các bang Alaska và Hawaii] nằm trên 10 dải như vậy. Ở Bán cầu Bắc, xích đạo là mốc số 0 để tính độ Bắc (Northing). (Còn Bán cầu Nam thì dùng 10.000 km làm giả độ Bắc (false Northing).)  Mỗi dải có một kinh tuyến trung tâm tùy chọn, nằm ở 500 km về phía tây của kinh tuyến trung tâm của dải (gọi là giả độ Đông, false Easting) để đảm bảo các giá trị độ Đông luôn dương, và từng dải cũng có kinh tuyến trung tâm phân đôi.  Trong hệ UTM, cơ quan CSUS Geography Department nằm tại 4,269,000 m độ Bắc; 637,200 m độ Đông; vùng 10, bán cầu Bắc.

Hình 3.5:  Universal Transverse Mercator zones.

Hình 3.5: Các vùng Universal Transverse Mercator.

The State Plane Coordinate System (SPCS) là một hệ tọa độ chiếu trong đó chia toàn bộ lãnh thổ nước Mỹ thành hơn 120 vùng (xem Hình 3.6).  Một số bang nhỏ thì nằm trọn trong một vùng, còn những bang lớn nằm trên vài vùng khác nhau. California nằm trên 6 vùng (xem bản đồ góc dưới bên trái Hình 3.6).  Mỗi vùng có một hệ quy chiếu địa phương với những tham số riêng. Các vùng có hướng Đông-Tây thì dùng phép chiếu Lambert Conformal Conic (mặt nón, đồng dạng) còn các vùng trải dài theo hướng Bắc-Nam thì dùng phép chiếu Transverse Mercator (khác với UTM).  Được dùng chủ yếu bởi các thành phố, nhiều địa hạt, và một số bang, hai hệ tọa độ chiếu này rất thông dụng. Theo hệ SPCS, cơ quan CSUS Geography Department nằm tại tọa độ 599200.796 feet; 2050091.975 feet; CA, vùng 2.

Hình 3.6:  State Plane Coordinate System.

Hình 3.6: Hệ State Plane Coordinate System.

Nhiều dự án GIS chiếm hơn một vùng SPCS hoặc UTM. Để đáp ứng yêu cầu về một hệ tọa độ duy nhất cho toàn bộ lãnh thổ Hoa Kỳ, hệ United States National Grid (USNG), đã được thiết lập vào năm 2001.  Sau vụ tấn công 11/9/2001 và việc các thiết bị định vị GPS ngày càng nhiều, thì một hệ lưới thống nhất càng trở nên quan trọng, và năm 2005, Department of Homeland Security (DHS) khuyến cáo rằng mọi dự án nhận tài trợ nghiên cứu từ DHS đều phải tham chiếu dữ liệu bằng USNG.  Hệ USNG này bao gồm sự thừa kế từ hệ thống U.S. Military Grid Reference System (không được đề cập đến ở đây), nhưng các vùng cơ bản đều giống như UTM.

Mực chuẩn
Mực chuẩn là một mức khởi điểm để định vị các địa vật trên mặt đất; nó là điểm gốc trong hệ tọa độ. Nó xác định vị trí của ellipsoid (hoặc spheroid) so với tâm của Trái đất. Hiện có nhiều mực chuẩn khác nhau, và do đó, nhiều vị trí khởi điểm khác nhau. Giống như với cả phép chiếu và hệ tọa độ, các tổ chức quốc tê và tùng quốc gia đã thiết lập các mực chuẩn riêng phục vụ cho nhu cầu của họ. World Geodetic System 1984 (WGS84) là mực chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất trên quốc tế.  Ở Hoa Kỳ, hai mực chuẩn thông dụng nhất là mực chuẩn North American 1927 (NAD27) và mực chuẩn North American 1983 (NAD83).  NAD83 đã cập nhật NAD27 bằng cách dùng một ellipsoid chính xác hơn cho Bắc Mỹ, bằng cách tính toán từ ảnh vệ tinh chất lượng cao hơn, đồng thời chuyển đơn vị tham chiếu từ foot sang mét.

Xử lý bản đồ

Những chức năng tiền xử lý bản đồ là các nhiệm vụ dọn dẹp chuẩn bị giúp cho dữ liệu mà bạn đã nhập vào trong GIS phục vụ được cho mục đích phân tích dữ liệu. Mục tiêu là đưa được tất cả các bộ dữ liệu GIS về cùng phép chiếu, rồi làm cho mỗi lớp bản đồ chồng chập được với những lớp khác. Nhiều nhiệu vụ tiền xử lý bản đồ chỉ thực hiện như vậy và bao gồm chiếu lại, tham chiếu địa lý, lấy mẫu lại, tái phân loại, và khớp các cạnh. Ngoài ra, Chương này còn đề cập đến việc thẩm định, biên tập, và thao tác với các địa vật trên bản đồ.

Chiếu lại:  Việc thay đổi phép chiếu, hệ tọa độ, và mực chuẩn
Tất cả các lớp địa vật trong dự án của bạn phải có cùng phép chiếu và hệ tọa độ, nếu bạn định dùng chúng để phân tích hoặc lập bản đồ. Cả chương GIS kiểu raster và vector đều cho phép bạn chuyển đổi các lớp địa vật từ phép chiếu, hệ tọa độ, và mực chuẩn này sang hệ khác.  Trong hệ thống vector, việc làm trên bao gồm việc dịch chuyển tọa độ x và y của tất cả những địa vật sang các tọa độ mới. Trong các hệ thống raster, việc này bao gồm dịch chuyển tọa độ và lấy mẫu lại những điểm ảnh từ ảnh cũ sang ảnh mới. (Đối với một sống hệ thống dựa trên raster, việc chuyển phép chiếu cũng được gọi là lấy mẫu lại.) Đối với cả hệ vector và raster, những quá trình trên không thể tránh khỏi sai số và những tập dữ liệu được biến đổi qua lại sẽ hình thành nên sai số.

Mọi chương trình GIS đều có những công cụ ứng dụng về phép chiếu, cho phép bạn chuyển phép chiếu, hệ tọa độ, và mực chuẩn của một lớp địa vật. Khi chiếu lại dữ liệu, bạn cần biết được cả những tham số phép chiếu hiện có và phép chiếu kết quả. (Các tham số ở đây bao gồm phép chiếu, hệ tọa độ, và mực chuẩn.) Thông tin về các phép chiếu hiện tại, bạn có thể tìm được ở siêu dữ liệu của lớp, nếu có. Còn trong trường hợp không có siêu dữ liệu, bạn cần phải nói chuyện với người tạo ra dữ liệu, hoặc ít nhất là sử dụng bộ dữ liệu này. Đối với các tham số phép chiếu kết quả, thì coi như là bạn đã biết rồi. (Điều này hẳn đã được xác định ngay từ giai đoạn lập kế hoạch.) Khi thực hiện chiếu, nhiều chương trình sẽ cho bạn lựa chọn nhập vào những tham số của phép chiếu mong muốn bằng cách chọn một lớp GIS đã có mà sử dụng những tham số này. Nếu bạn chấp nhận tùy chọn này, thì chương trình GIS sẽ lấy các tham số của lớp đã chọn và thiết lập chúng cho lớp được chiếu lại. Việc này sẽ tiết kiệm thời gian nếu bạn có nhiều lớp cần được chiếu lại.

Tham chiếu địa lý
Bất kì ảnh số nào sau khi được quét cũng có thể được nhập vào một hệ GIS, nhưng muốn hữu dụng, thì tấm ảnh này cần được đặt vào vị trí địa lý đúng của nó. Việc tham chiếu địa lý là đặt hình ảnh vào chỗ đúng trong không gian. Quá trình này rất thường gặp bởi sự thông dụng của kĩ thuật số hóa “ngẩng đầu” (như đã đề cập trong Chương 2).

Tham chiếu địa lý thường được thực hiện bằng cách căn chỉnh tấm ảnh theo các lớp địa vật sẵn có, đã được chiếu và ở vị trí chính xác. Vì bất kì ảnh nào sau khi quét cũng có bản chất là một ma trận các điểm ảnh, nên việc tham chiếu địa lý lớp raster sẽ gắn với việc dịch chuyển và co giãn ma trận này sao cho nó đạt được vị trí đúng (xem Hình 3.7).  Để làm điều này, bạn cần nạp ảnh chưa được chiếu cùng những lớp địa vật đã được chiếu, sau đó—theo thứ tự—lựa chọn những điểm khống chế tương ứng, vốn là những địa điểm hiện rõ trên cả hình ảnh và các lớp địa vật (bản đồ bên trái ở Hình 3.7).  Để chính xác hơn, hãy chọn càng nhiều điểm khống chế càng tốt đồng thời đảm bảo rằng chúng rải rác đều trên hình. Nếu các điểm này cụm lại ở một góc của ảnh chưa chiếu, thì chỉ có phần góc đó của tấm ảnh mới được tham chiếu địa lý đúng.

Hình 3.7: Tham chiếu địa lý một tấm ảnh đến vị trí thực của nó. Bản đồ bên trái hiển thị cả tấm ảnh ta cần dịch chuyển lẫn những lô đất. Mũi tên đỏ biểu thị các điểm tương ứng mà ta cần dịch chuyển trên hình. Khi việc tham chiếu địa lý đã hoàn tất, hình ảnh sẽ nằm ở vị trí thực tế.

Hình 3.7: Tham chiếu địa lý một tấm ảnh đến vị trí thực của nó. Bản đồ bên trái hiển thị cả tấm ảnh ta cần dịch chuyển lẫn những lô đất. Mũi tên đỏ biểu thị các điểm tương ứng mà ta cần dịch chuyển trên hình. Khi việc tham chiếu địa lý đã hoàn tất, hình ảnh sẽ nằm ở vị trí thực tế.

Tham chiếu địa lý nhằm gán những tọa độ để thông tin báo cho biết vị trí của tấm ảnh nằm trên bề mặt đất. Khi bạn lưu trữ tấm ảnh sau khi đã tham chiếu địa lý rồi, thì một file “world” sẽ được tạo ra.  Đây là một file văn bản ASCII với tên giống hệt như tên file ảnh nhưng có kiểu file khác đi (song vẫn liên hệ với kiểu file cũ). Chẳng hạn, nếu bạn có một tấm ảnh TIFF tên là Mexelev.tif, thì file world (còn gọi là file GeoTiff) sẽ có tên là Mexelev.tfw.  Chữ cái “w” ở cuối kiểu file nhằm báo hiệu rằng đây là một file world.  Đa số các phầm mềm GIS đều có thể diễn giải những file này và hiển thị hình ảnh tại vị trí đúng, miễn là các tên file phải giống nhau và hai file này phải nằm trong cùng một thư mục.

Cột đầu tiên của Hình 3.8 là ví dụ về một file world.  Nó gồm 6 dòng với các giá trị vị trí. Cột thứ hai miêu tả cụ thể 6 vị trí này là gì, và nó không được chứa trong file world.

Hình 3.8:  Typical file world format.

Hình 3.8: Định dạng điển hình của file world.


Lấy mẫu lại
Như trên đã nêu sơ qua, việc lấy mẫu lại là thay đổi các lớp raster từ một phép chiếu này sang một phép chiếu khác, nhưng cũng có thể được dùng để chuyển đổi độ phân giải của ảnh raster.  Chẳng hạn, lấy mẫu lại có thể chuyển đổi từng ma trận nhỏ gồm 2 nhân 2 điểm ảnh (tất cả là 4 điểm ảnh) thành một điểm ảnh lớn hơn. Để làm điều này, nó thay đổi các giá trị thuộc tính của điểm ảnh bằng những công thức toán học sao cho xấp xỉ được tốt nhất các giá trị thuộc tính cho lớp mới. Chẳng hạn, có thể lấy bốn giá trị số rồi đặt trị trung bình vào cho một điểm ảnh sau khi lấy mẫu lại ở tấm ảnh mới. Trong Hình 3.9 bên dưới, tấm ảnh bên phải là một trường hợp lấy mẫu lại tổng quát của tấm ảnh bên trái. Lấy mẫu lại rất quan trọng nếu bạn làm việc với nhiều ảnh raster theo các độ phân giải khác nhau. Bạn cần phải chuyển các ảnh về cùng một độ phân giải (rất giống trường hợp về chung phép chiếu) mới tính toán trên đó được.

Hình 3.9: Lấy mẫu lại. Ảnh gốc ở phía trái có độ phân giải điểm ảnh là 250 mét. Ảnh sau khi lấy mẫu lại ở phía phải có độ phân giải bằng 2500 mét.

Hình 3.9: Lấy mẫu lại. Ảnh gốc ở phía trái có độ phân giải điểm ảnh là 250 mét. Ảnh sau khi lấy mẫu lại ở phía phải có độ phân giải bằng 2500 mét.


Tái phân loại

Tái phân loại nhằm khái quát hóa những giá trị trên một lớp raster nhằm khắc họa những lớp rộng hơn. Kĩ thuật tiền xử lý thông dụng này thực hiện gán lại các giá trị thuộc một lớp raster để tạo nên một lớp raster mới, khái quát hơn. Với tái phân loại, những giá trị pixel được thay đổi dựa trên một tiêu chuẩn mà bạn chỉ định. Trên Hình 3.10, một ảnh biểu thị phân bố lớp đất được tái phân loại thành hai giá trị. Việc tái phân loại cơ sở dữ liệu có thể bộc lộ những mẫu hình rộng hơn qua việc loại bỏ những lớp duy nhất của lớp bản đồ. tái phân loại cũng thường được dùng để chuyển đổi dữ liệu thuộc tính điểm ảnh dạng khoảng và dạng tỉ số sang dạng thứ tự được dùng cho khâu chồng xếp bản đồ.

Hình 3.10:  Tái phân loại.  The image on the left depicts 4 different land covers.  The image on the right aggregates land covers (D and R become D; P and W become U) into two classes.

Hình 3.10: Tái phân loại. Ảnh bên tay trái cho thấy 4 loại đất khác nhau. Ảnh bên phải gộp lại thành hai lớp (các loại D và R thành D; P và W thành U). Ảnh do Mike Tuck cung cấp.


Khớp cạnh

Khi các lớp bản đồ đặt kế bên nhau được tập hợp lại và hiển thị, chúng có thể không “thẳng lối ngay hàng” (xem Hình 3.11 bên dưới).  Việc khớp cạnh giúp điều chỉnh vịt rí của những địa vật kéo dài, cắt qua biên giữa hai bản đồ.

Việc khớp cạnh đòi hỏi dữ liệu đầu vào phải khớp nhau tại biên chung giữa hai bản đồ. Địa vật mà bạn tin rằng đã định vị đúng thường được “ghim chặt” xuống, và phần còn lại của bản đồ thì được dịch chuyển, co giãn giống như một màng cao su để căn chỉnh các địa vật trên bản đồ.  Tất cả địa vật trên bản đồ, trừ những cái đã ghim chặt, đều được điều chỉnh về mặt không gian.

Địa vật bản đồ nào cần được ghim lại và địa vật nào nên được co giãn? Câu hỏi này không hề dễ dàng. Lời giải đáp có thể tìm thấy ở siêu dữ liệu của lớp bản đồ. Có thể một lớp được nhập vào với thang tỉ lệ thô hơn (kém chính xác) hoặc với độ chuẩn xác kém hơn. Tuy vậy, nếu các thuộc tính và người lập hai bản đồ đều như nhau thì bạn nên dùng một lớp bản đồ thứ ba (có thể là một ảnh hàng không đã được tham chiếu địa lý) mà bạn tin tưởng để kiểm tra độ chính xác về vị trí của địa vật trong hai lớp bản đồ này. Khi tất cả những điều trên đều không thành, có thể bạn phải đưa địa vật về vị trí trung bình độ chênh giữa hai bản đồ.

Hình 3.11: Khớp cạnh. Đôi khi hai bản đồ đáng ra phải khớp nhau nhưng thực tế lại không. Việc khớp cạnh nhằm điều chỉnh cả hai lớp này đến khi chúng khớp nhau.

Hình 3.11: Khớp cạnh. Đôi khi hai bản đồ đáng ra phải khớp nhau nhưng thực tế lại không. Việc khớp cạnh nhằm điều chỉnh cả hai lớp này đến khi chúng khớp nhau.


Trộn (conflation)

Việc trộn cũng gần giống như khớp cạnh, nhưng có một điểm khác biệt: Nó không chỉnh sửa ví trí của địa vật giữa các bản đồ; mà thay vì vậy là cố gắng chỉnh vị trí địa vật bên trong một ảnh raster.  Vì vậy, trộn còn được gọi là “rubber sheeting” (kéo lớp màng cao su). Đây là một công đoạn tương tác giữa người và máy tính, trong đó bạn ghim chặt địa vật đã được định vị chính xác và dịch chuyển những địa vật còn lại đến vị trí đúng hơn.

Phân mảnh (tiling)
Nhiều khi không gian làm việc rất rộng, cả về mặt địa lý lẫn bề “dày” của các lớp thông tin. Việc phân mảnh gồm có việc chia nhỏ không gian làm việc thành những đơn vị địa lý nhỏ hơn, hợp logic, để dễ quản lý hơn. Việc phân mảnh chia nhỏ các lớp có sẵn (cả lớp địa lý lẫn thuộc tính) theo đơn vị địa lý. Hình 3.12 hiển thị một phần lưới bản đồ địa hình bang California lập bởi U.S.G.S. Ta có thể phân mảnh bản đồ bằng cách chia những lớp sẵn có theo ranh giới địa lý hoặc có thể dự định từ lúc khởi động dự án GIS. Khi đó hệ thống GIS sẽ duy trì một thư viện chứa tất cả các mảng ghép biểu diễn cho khu vực dự án.

Hình 3.12:  U.S.G.S. quadrangle maps for a portion of California.

Hình 3.12: Bản đồ “quadrangle” (phạm vi 7.5′) một phần lãnh thổ bang California do U.S.G.S. lập.


Vector hóa và Raster hóa
Hai quy trình thông dụng này có nhiệm vụ chuyển các lớp địa vật giữa hai dạng vector và raster. Chẳng hạn, bạn có thể số hóa dữ liệu theo dạng vector nhưng muốn dùng nó dưới dạng raster. Các lớp vector được chuyển thành raster thông qua một quy trình gọi là raster hóa (rasterization) (xem A trên Hình 3.13).   Ngược lại, dữ liệu raster có thể được chuyển thành một lớp vector thông qua vector hóa (xem B trên Hình 3.13).

Cũng như bất kì phép chuyển đổi nào khác, hai quy trình trên không thể tránh khỏi sai số. Chẳng hạn, hãy hình dung việc chuyển đổi các điểm từ dạng vector sang raster. Mỗi vị trí điểm chính xác trên lớp vector sẽ nằm lẫn giữa các điểm ảnh của lớp raster mới. Vị trí không gian chuẩn xác của những điểm này bị mất đi vì bây giờ các điểm đã nằm trong một vùng lớn hơn nhiều, vốn được quy định bởi độ phân giải điểm ảnh. Bây giờ hãy chuyển ngược lớp điểm raster về dạng vector. Trong lớp vector mới được tạo thành, các điểm sẽ nằm tại tâm của mỗi điểm ảnh chứa chúng. Khi so sánh các lớp vector cũ và mới, bạn sẽ thấy rằng chúng trông giống như nhau nhưng không trùng khớp nhau.

Hình 3.13: Từ vector sang raster rồi lại trở về vector. Việc chuyển đổi một file vector sang raster được gọi là raster hóa (quá trình A). Việc chuyển tử raster sang vector là vector hóa (quá trình B). Lưu ý những khác biệt giữa các bản đồ thứ nhất và thứ ba, chúng đều là các lớp vector.

Hình 3.13: Từ vector sang raster rồi lại trở về vector. Việc chuyển đổi một file vector sang raster được gọi là raster hóa (quá trình A). Việc chuyển tử raster sang vector là vector hóa (quá trình B). Lưu ý những khác biệt giữa các bản đồ thứ nhất và thứ ba, chúng đều là các lớp vector.


Làm loãng tọa độ (coordinate thinning)

Làm loãng tọa độ (cũng gọi là khái quát hóa bản đồ) thực hiện việc khái quát, hay “làm trơn” hình dạng các địa vật bằng việc loại bỏ các đỉnh (điểm nút) khỏi những địa vật dạng đường và đa giác. Việc này làm giảm kích thước lưu trữ lớp bản đồ, và nó có thể được dùng để xóa những chi tiết không mong muốn khỏi các địa vật trên bản đồ.  Đôi khi những chi tiết hiện trên lớp bản đồ lại không phải luôn thích hợp đối với những bản đồ tỉ lệ nhỏ. Chẳng hạn, ở bản đồ phía trên của Hình 3.14, có thể nhận thấy trên đôi chỗ của đường bờ biển trông giống như những giọt mực, bởi mức độ quá chi tiết. Những cái này có thể làm mất đi ý nghĩa của bản đồ. Chỉ khi ta phóng to bản đồ thì có thể những chi tiết đó sẽ có ích. Bằng cách làm loãng các điểm dọc theo đường bờ, bản đồ trở nên đơn giản và rõ ràng hơn (bản đồ phía dưới của Hình 3.14).  Có lẽ bản đồ này đã quá mức khái quát đối với tỉ lệ hiện có. Ta thấy được một, hai hòn đảo đã biến mất.

Hình 3.14:  Coordinate thinning.  Notice the differences in detail.

Hình 3.14: Làm loãng tọa độ. Lưu ý những khác biệt về chi tiết.


Các chức năng tô-pô
Tô-pô, mối quan hệ không gian giữa các địa vật, coi trọng xem ở đâu các địa vật có liên quan với nhau và chúng liên quan như thế nào. Chuyên về vấn đề hình thức liên quan giữa các địa vật, những chức năng tô-pô, hay hàm tô-pô (những quá trình bán tự động) sẽ giúp bạn xóa bỏ những sai số không gian có trong lớp bản đồ và xác định xem có phần nào thuộc địa vật là chung nhau, chứa trong, hoặc nối với các địa vật khác. Nói cách khác, những hàm này thiết lập nên tô-pô. Hầu hết các hệ thống dựa trên vector đều cho ta các chức năng giúp ta giải quyết những vấn đề tô-pô thường gặp sau (xem Hình 3.15):

  1. Vết cắt (sliver), vấn đề tô-pô thường gặp nhất, là những đa giác nhỏ hình thành khi đường biên chung giữa các đa giác liền khối được nhập liệu một cách riêng rẽ; hoặc khi các địa vật thuộc hai lớp được chồng lên nhau nhưng không khớp chính xác. Các hàm tô-pô có thể giúp ta loại bỏ nhiều vết cắt như thế này và khôi phục đường biên đúng.
  2. Vênh (overshoot) và hẫng (undershoot) thường xảy ra khi các địa vật được nhập vào mà không có sự trợ giúp của chức năng bắt điểm. Những đỉnh của địa vật đã chạy quá (vênh) hoặc hơi thiếu (hẫng) so với vị trí mong muốn. Các chức năng tô-pô có thể xóa bỏ những lỗi sai này khi bạn ấn định một dung sai cho khoảng cách. Nếu nằm trong khoảng dung sai này thì đoạn vênh hoặc hẫng sẽ tự bắt vào đỉnh của địa vật kia.
  3. Sự dư thừa (redundancy) xảy ra khi hai hoặc nhiều địa vật trên cùng một lớp có chung một đỉnh hoặc một cạnh nhưng lớp này lặp lại đỉnh hoặc cạnh chung đó. Các lớp chỉ nên lưu trữ một đỉnh hoặc cạnh, để tránh lặp lại và có thể là sai số. Hầu hết những chương trình GIS đều có chức năng tự loại trừ những sự trùng lặp này.
Hình 3.15: Typical topological errors.

Hình 3.15: Các lỗi sai cơ bản về tô-pô.

Thẩm định & biên tập bản đồ

Trong mỗi lớp GIS hiện có, bạn cần phải nhận diện và sửa những lỗi sai. Điều này không chỉ đúng cho các tập dữ liệu thứ cấp và sơ cấp bạn có, mà còn áp dụng cho mọi lớp mà bạn tiền xử lý và tạo ra sau khi dùng các hàm toán học (sẽ được đề cập đến trong Chương 5). Nhiều sai số không gian là hậu quả của việc số hóa cẩu thả, của những bản đồ gốc không chính xác, hay sự thay đổi địa lý một khu vực (như những ngôi nhà, đường biên giới, hay vụ cháy rừng mới xuất hiện).

Thẩm định bản đồ
Mục này đề cập đến việc nhận diện và chỉnh sửa lỗi sai về khía cạnh không gian. Phần cuối cùng của chương kế tiếp sẽ giải quyết lỗi sai trong cơ sở dữ liệu. Việc thẩm định bản đồ gồm ba bước sau:

  1. Kiểm tra bằng mắt.  Hãy dùng mắt quan sát, và dựa trên sự thông thuộc vùng nghiên cứu và chủ đề nghiên cứu để kiểm tra vị trí không gian của các địa vật. Ở bước này, bạn cần khẳng định rằng tất cả địa vật đều tồn tại, ở vị trí đúng, và chúng có hình dạng và kích thước đúng.  Đảm bảo rằng không có thêm địa vật nào xuất hiện trong khi đáng ra không có (xem Hình 3.16).  Hãy kiểm tra các lớp vector bằng cách đặt vào một hình ảnh tham chiếu chính xác và đã được tham chiếu địa lý (một tấm ảnh hàng không hoặc một tấm ảnh kiểu DOQ (Digital Orthophoto Quadrangle)) bên dưới lớp bạn cần thẩm định. Đối với các ảnh raster, hãy so sánh lớp thẩm định với các lớp raster chính xác khác và hiển thị các lớp vector xếp chồng nhau. Nếu đã quen với chủ đề và khu vực nghiên cứu, thì bạn có thể nhặt ra nhiều lỗi trong bước thực hiện này.
    Hình 3.16:  Thẩm định bản đồ:  1 = layer is missing building.  2 = building's position needs to be altered.  3 = layer may be missing buildings (check with additional sources or field check).  4 = layer depicts building that does not exist.

    Hình 3.16: Thẩm định bản đồ: 1 = lớp thiếu tòa nhà. 2 = vị trí tòa nhà cần được chỉnh lại. 3 = lớp có thể thiếu những tòa nhà (hãy kiểm tra với những nguồn khác hoặc kiểm tra thực địa). 4 = lớp có vẽ những tòa nhà thực tế không tồn tại.

  2. Xóa sạch các cạnh và đỉnh. Quá trình này thường được thực hiện đầu tiên là tự động bằng phần mềm, sau đó đến biên tập tương tác trực tiếp trên máy. Những chức năng xóa của phần mềm có thể bao gồm làm loãng tọa độ và chức năng tô-pô (xem ở trên).
  3. So sánh với tài liệu gốc. Mặc dù việc kiểm tra bằng mắt đã tìm được nhiều lỗi, nhưng vẫn cần phải so sánh trực tiếp tính đầy đủ, vị trí, kích thước và hình dạng của lớp địa vật với tài liệu giấy gốc. Để làm việc này, bạn có thể vẽ lớp cần thẩm định theo cùng tỉ lệ với tài liệu gốc, và nhờ một bàn kính có chiếu sáng phía dưới, hãy đặt chồng lớp bản đồ cần kiểm tra lên tấm bản đồ gốc để phát hiện những khác biệt. Hãy dành thời gian cho bước này, kiểm tra một cách hệ thống cho từng địa vật.  Một lần nữa, cũng như ở bước 1, việc dùng một lớp khác, có chất lượng cao, để kiểm tra vị trí các địa vật một cách độc lập chính là một ý tưởng hay, đặc biệt là khi bạn có bất cứ hoài nghi gì về chất lượng tờ bản đồ gốc.

Biên tập dữ liệu
Biên tập dữ liệu không gian bao gồm các thao tác bổ sung, xóa bỏ, dịch chuyển, và thay đổi hình dạng các địa vật. Việc biên tập dữ liệu sửa chữa những sai sót mà bạn phát hiện được trong quá trình thẩm định. Mỗi chương trình GIS có riêng một cách chỉnh sửa vị trí của địa vật (hoặc một phần của địa vật).  Ngoài việc loại bỏ những vết cắt, những chỗ vênh, hẫng, cùng những đỉnh và đường thừa, thì bạn còn có thể cần hợp nhất các địa vật, phân tách địa vật, hoặc đơn giản là dịch chuyển từng đỉnh (điểm nút).

Để việc biên tập được suôn sẻ, bạn hãy biết cách dùng chức năng bắt điểm của chương trình máy tính. Khi nhập vào một địa vật liên tục, hoặc các địa vật nối liền nhau, thì chức năng này sẽ làm dịch chuyển con trỏ chuột một chút để bắt vào những đỉnh (điểm nút) đã có; bằng cách này giảm được tình trạng vênh, hẫng, cùng các đỉnh và cạnh dư thừa.

Dù tất cả các gói phần mềm GIS đều có tính năng nhập và biên tập dữ liệu, có nhiều chương trình không cho phép biên tập (và nhập liệu) dễ dàng hay theo một cách trực quan. Vì vậy, nhiều người dùng GIS nhập các lớp địa vật vào những hệ thống CAD để có thể biên tập chi tiết. Những chương trình CAD có các công cụ chuyên dụng, dễ dùng giúp ta biên tập các địa vật.  Tại sao CAD lại dễ hơn cho việc nhập và biên tập dữ liệu? Vì chúng được dành cho việc vẽ kĩ thuật chính xác. Những chương trình GIS thường tập trung vào việc tạo ra các lớp bản đồ từ các nguồn, và phân tích chúng. Nhiều cơ quan và công ty dùng cả chương trình CAD và GIS thường gọi chương trình CAD họ dùng là các hệ thống “thịnh hành một thời” (legacy)—một tính từ dùng để chỉ quá khứ huy hoàng của những chương trình này đồng thời suy ra rằng những tổ chức này đang ngừng việc dùng chúng. Tuy nhiên nhiều tổ chức ghi nhận những tính năng nhập liệu tốt của CAD và dự kiến sẽ giữ lại những hệ thống này ít ra là một thời gian nữa.

Chuyển đổi hình học
Chức năng chuyển đổi hình học gồm một loạt các công cụ để chuyển đổi kiểu địa vật giữa dạng điểm, dạng đường, và đa giác. Có lẽ phép chuyển đổi hình học thường gặp nhất là chuyển từ đường sang đa giác. Điều này xảy ra rất nhiều vì nhiều chương trình CAD thường dùng các đoạn thẳng để vẽ nên các lô đất (và những địa vật khác), nhưng trong hệ thống GIS, các địa vật này tốt nhất là nên được mã hóa dưới dạng đa giác. Một công cụ khác giúp chuyển từ các điểm sang đường đồng mức, cho phép ta minh họa bề mặt địa hình dưới dạng một bó những đường cong nối giữa các điểm có cùng giá trị. Về mặt khái niệm, các đường đồng mức là những vạch xuyên suốt những điểm (hoặc điểm ảnh) có giá trị gần như không đổi. Nhiều khi các điểm cũng được tạo ra từ các đa giác. Công cụ này tạo ra “trọng tâm”, một điểm trung tâm, thường đặt ở giao điểm hai đường nối các cặp trung điểm Bắc-Nam và Đông-Tây.

Hình 3.17:  Creating trọng tâm (point địa vậts) from polygons.  Quá trình này automatically places a point at the half way mark of both its west-east and north-south range.  In some cases, this places the state's trọng tâm outside of its polygon.  Many of the trọng tâm in the above map have been moved to more of a visual center.

Hình 3.17: Việc tạo ra trọng tâm (địa vật dạng điểm) từ những đa giác. Quá trình này tự động đặt ra một điểm ở chính giữa đường giao điểm của khung giới hạn Đông-Tây và Nam-Bắc. Đôi khi, cách làm này cho ra điểm trọng tâm nằm ngoài đa giác. Nhiều trọng tâm trong bản đồ hình trên được dịch chuyển vào gần với vị trí biểu kiến.

Advertisements