Bài 2: Bản đồ và phân tích bản đồ

BẢN ĐỒ VÀ PHÂN TÍCH BẢN ĐỒ Bài 2 Bản đồ là nguồn dữ liệu chính của GIS Một vài khái niệm cơ bản về bản đồ Phân tích bản đồ Các loại bản đồ và phương pháp xây dựng chúng Bản đồ là gì? Định nghĩa (theo International Cartography Association): Biểu diễn theo tỷ lệ (thông thường trên mặt phẳng) các lựa chọn đặc trưng vật chất hay trừu tượng trên (hay liên quan đến) bề mặt trái đất. Bản đồ là gì? Bản đồ trình diễn bề mặt trái đất khái niệm “map” trong toán học được sử dụng để truyền đạt ý niệm chuyển đổi thông tin từ dạng này sang dạng khác. Nhà bản đồ học chuyển tải thông tin từ bề mặt Trái đất lên giấy. khái niệm “map” đề cập đến hiển thị trực quan các thông tin trừu tượng, khái quát hóa và biểu đồ. Trừu tượng hóa bản đồ Để tạo lập bản đồ, ta cần: Chọn vài đặc trưng của thế giới thực để biểu diễn;Phân lớp các đặc trưng thành nhóm; Đơn giản hóa các đường khúc khuỷu; Khuyếch đại các đặc trưng quá nhỏ và biểu tượng hóa các lớp đặc trưng khác nhau. Bản đồ có từ bao giờ? Bản đồ bằng đất, Iraq, khoảng 2500 B.C. Bản đồ trên lụa, thời nhà Hán, TQ, thế kỷ thứ 2 B.C. Bản đồ có từ bao giờ? Bản đồ trên giấy, Aicập khoảng năm 150 A.D. Bản đồ quân sự, Châu Âu, 18th century Các loại bản đồ Trong thực tế thường gặp hai loại bản đồ sau: bản đồ chuyên đề - công cụ giao tiếp các khái niệm địa lý như: phân bổ mật độ dân số, khí hậu, vận động của luồng chảy, sử dụng đất... Deaths from Cholera in London, Summer 1866 (19th July to 2nd October) Dr. John Snow, Soho Bản đồ địa hình bản đồ địa hình “topography” là công cụ tham chiếu, thể hiện đường biên của các đặc trưng tự nhiên hay nhân tạo trên Trái đất Thường sử dụng làm nền cho các thông tin khác Đề cập đến hình dạng bề mặt, biểu diễn bằng đường đẳng thế hay tô bóng; nó còn thể hiện đường quốc lộ, sông ngòi hay các đặc trưng nổi bật khác Đặc tính bản đồ Bản đồ có các đặc tính sau: nó thường là cách điệu hóa, khái quát hóa/trừu tượng hóa cho nên phải diễn giải thận trọng thường là cũ chỉ thể hiện tình huống tĩnh có tính mỹ thuật, tao nhã dễ trả lời câu hỏi như từ đây đi đến kia như thế nào? cái gì có ở điểm này? khó trả lời các câu hỏi như diện tích của hồ này? Các phép chiếu bản đồ Mặt cong Trái đất thể hiện trên giấy phẳng sẽ bị méo mó Khi thể hiện vùng nhỏ thì biến dạng ít, ngược lại với toàn bộ bề mặt Trái đất thì biến dạng nhiều nhất. Chiếu bản đồ là phương pháp biểu diễn mặt cong Trái đất trên mặt phẳng Đòi hỏi sử dụng các biến đổi toán học giữa vị trí Trái đất và vị trí chiếu trên mặt phẳng. Có nhiều phép chiếu được phát minh để phù hợp với mục đích sử dụng cụ thể. Phép chiếu hình trụ và hình nón, phương vị Các phép chiếu bản đồ Tổng quát thì một phép chiếu sẽ thuộc một trong các nhóm sau: Phép chiếu đồng diện tích Phép chiếu đồng góc Phép chiếu đồng khoảng cách Phép chiếu tự do Gauss UTM Xếp chồng bản đồ Đường dẫn nước Huyện Chồng phủ Kiểm kê và phân tích bằng bản đồ Dưới đây là vài thí dụ về ứng dụng GIS vào kiểm kê, phân tích. Đo đạc đất sử dụng Hai cuộc điều tra đất sử dụng tại UK vào 1930 và 1960 Kết quả đã được in trên bản đồ Để so sánh thay đổi đất sử dụng đất giữa 1930 và 1960 thì diện tích mỗi vùng đã được đo đạc bằng tay và đếm các điểm phủ nhau của bản đồ giấy bóng. Phương pháp trên cho kết quả hạn chế vì chậm và là việc làm căng thẳng. Kiến trúc tổng thể 1969 I. McHarg đã sử dụng xếp chồng bản đồ giấy bóng để thiết kế đường cao tốc, hành lang phát thanh truyền hình và các công trình công cộng... Mặc dù kỹ thuật này đã được sử dụng nhiều trong các ứng dụng trước đây, nhưng phương pháp này là công việc rất khó khăn và ít chính xác. Sử dụng bản đồ để làm gì? Truyền thống: bản đồ sử dụng để dẫn đường, tài liệu tham chiếu và trang trí trên tường Ngày nay: bản đồ có các nhiệm vụ sau đây. Hiển thị dữ liệu: Cung cấp cách thức hữu hiệu để hiển thị thông tin Lưu trữ dữ liệu: Là công cụ lưu trữ hiệu quả, mật độ cao thông thường bản đồ 1:50,000 chứa 1,000 tên vị trí VD: Thông tin trên bản đồ địa hình của toàn bộ nước Anh tỷ lệ 1:50,000 đòi hỏi 150 GBytes dạng số Chỉ số không gian: Bản đồ thể hiện đường biên vùng và vùng được nhận biết bằng nhãn Công cụ phân tích dữ liệu: Trong phân tích, bản đồ được sử dụng để lập và kiểm chứng các giả thuyết, thí dụ nhận biết các vùng bị ung thư khảo sát quan hệ giữa các phân bổ bằng xếp chồng GIS và bản đồ học máy tính Bản đồ học máy tính có mục tiêu chính là sản xuất bản đồ Hệ thống có các công cụ bố trí bản đồ, xếp đặt nhãn, thư viện biểu tượng và font, giao diện cho các thiết bị ra chất lượng cao và giá cả cao. Tuy nhiên nó không phải là công cụ phân tích, để làm được việc này cần phải dử dụng GIS So sánh GIS với bản đồ giấy Lưu trữ dữ liệu Dữ liệu không gian lưu trữ trong GIS cho phép xâm nhập nhanh phục vụ mục tiêu truyền thống và mục tiêu mới. Bản chất của bản đồ tạo ra khó khăn khi sử dụng nó làm nguồn dữ liệu Phần lớn GIS không quan tâm đến sự khác nhau giữa các bộ dữ liệu phát sinh từ các bản đồ có tỷ lệ khác nhau Cách diễn đạt trong bản đồ trở nên cứng nhắc Tuy nhiên, bản đồ là cách tuyệt vời để tổ hợp thông tin không gian bản đồ có thể được thiết kế để dễ dàng chuyển đổi sang dạng số: máy quyét có thể phân biệt các màu khác nhau trên bản đồ Đồng thời, bản đồ sản xuất bằng GIS sẽ rẻ, mật độ lưu trữ thông tin cao. Lập chỉ số cho dữ liệu GIS thực hiện tốt chức năng này vì nó thường có khả năng tìm kiếm hiệu quả So sánh GIS với bản đồ Các công cụ phân tích dữ liệu GIS là công cụ mạnh để phân tích dữ liệu Không còn trở ngại trong việc đo đạc nhanh, chính xác diện tích hay xếp chồng bản đồ Nhiều kỹ thuật phân tích không gian có sẵn trong GIS Công cụ hiển thị dữ liệu Hiển thị bằng điện tử có nhiều lợi thế hơn so với hiển thị trên giấy khả năng duyệt toàn bộ bản đồ, không bị gián đoạn bởi các trang giấy bản đồ Khả năng thay đổi tỷ lệ và zoom tùy ý Khả năng thể hiện dữ liệu phụ thuộc theo thời gian Hiển thị 3D theo góc nhìn tùy ý Có khả năng thay đổi tùy ý màu hay cường độ màu liên tục khi trình diễn Lập bản đồ chuyên đề Lập bản đồ chorochromatic (vùng mầu): bản đồ chorochromatic (tiếng Hy lạp: choros - vùng, chroma – màu) biểu diễn các giá trị (tôn giáo, ngôn ngữ) vùng thông qua các màu khác nhau. Sử dụng các màu cùng gam hay các mẫu đen trắng khác nhau nhưng có độ sáng tối tương tự. Để tránh nhầm lẫn số người nói tiếng Anh và bản ngữ như nhau vì hai vùng có diện tích gần bằng nhau ta phải vẽ thêm biểu đồ cho bản đồ Lập bản đồ giá trị vùng Bản đồ giá trị vùng:sử dụng vùng để biểu diễn giá trị. Màu hay độ xám để biểu diễn cấp bậc hay thứ tự dữ liệu. Màu càng xám cường độ hiện tượng càng cao. Hai loại bản đồ giá trị vùng: bản đồ mật độ điểm bản đồ tỷ lệ dữ liệu thống kê Tiến trình xây dựng bản đồ vùng giá trị: Bắt đầu từ giá trị tuyệt đối (thí dụ: tổng số bác sỹ) xây dựng quan hệ với giá trị tuyệt đối khác (thí dụ: tổng số bệnh viện) Phân nhóm các tỷ số trên thành lớp. Số lớp giới hạn bởi tổng số độ xám của màu có thể biểu diễn Tô màu hay độ xám tương ứng cho các vùng bản đồ Lập bản đồ vùng giá trị Bản đồ vùng giá trị là loại bản đồ được sử dụng nhiều nhất, đặc biệt dành cho dữ liệu kinh tế-xã hội Bản đồ mật độ điểm (density map) Lập bản đồ isoline Bản đồ đồng mức (Hy lạp: iso-bằng nhau) biểu diễn dữ liệu cho các hiện tượng phân tán liên tục. Trình tự xây dựng bản đồ đo đạc các điểm giá trị, thí dụ đo đạc lượng mưa hàng năm, sau đó phân thành lớp vẽ đường đồng mức bằng nội suy. Thí dụ đường 70 đi gần 73 hơn 65. Tô màu các vùng hình thành từ các đường đồng mức để nhận thức nhanh hơn. Lập bản đồ cho dữ liệu tên điểm Trong bản đồ điểm dữ liệu tên thì các vị trí điểm dữ liệu được biểu diễn bằng các biểu tượng tượng trưng có hình dáng, hướng hay màu khác nhau Hai loại hay được sử dụng hình dạng (figurative) để nhận biết nhanh đặc trưng hình học (geometrical) dành cho các hiện tượng trừu tượng Bản đồ loại này sử dụng cho khách du lịch và học sinh phổ thông Lập bản đồ biểu tượng cấp bậc Bản đồ biểu tượng cấp bậc được vẽ cho dữ liệu rời rạc của điểm hay vùng. Hai cách biểu diễn biểu tượng cấp bậc: Tổng số biểu tượng khác nhau biểu diễn giá trị khác nhau Giá trị khác nhau được biểu diễn bởi các biểu tượng có kích thước khác nhau Lập bản đồ Diagram Bản đồ biểu đồ sử dụng biểu đồ để so sánh dữ liệu và biểu diễn xu thế theo thời gian của dữ liệu điểm hay vùng Các loại biểu đồ hay được sử dụng biểu đồ đường đồ thị thanh (graph) biểu đồ biểu tượng vùng (đồ thị hình quạt) Bề mặt thống kê Bề mặt thống kê được xây dựng cho các dữ liệu phân bổ liên tục trong vùng Chỉ quan tâm đến bề mặt “nhấp nhô” của khối không gian Nếu các thuộc tính được đo tại điểm hay dọc theo đường hay biên vùng tỷ lệ với chiều cao thì ta có thể hình thành bề mặt thống kê Bản đồ là giao diện của GIS Kết luận Bản đồ được sử dụng để hiển thị dữ liệu không gian và các quan hệ giữa chúng có thể khai thác thông tin khoảng cách, hướng, diện tích các patterns bộc lộ hiểu các quan hệ giữa các đặc trưng Trong GIS: phân tích không gian bắt đầu từ bản đồ. Bản đồ hỗ trợ quyết định tức thì kết quả phân tích và trình diễn kết quả cuối cùng. Trong GIS hiển thị (visualization) được áp dụng trong ba tình huống: Sử dụng hiển thị để khám phá. Thí dụ, thao tác với dữ liệu thô hay không quen biết (ảnh vệ tinh) để trả lời câu hỏi “bản chất của tập dữ liệu là gì?” hay “tập dữ liệu nào bộc lộ mẫu liên quan đến vấn đề đang giải quyết?” Sử dụng hiển thị trong phân tích. Thí dụ, để chế tác dữ liệu không quen biết. Có thể biết rõ bản chất của hai tập dữ liệu tách rời nhau, nhưng không biết gì về quan hệ giữa chúng. Phân tích không gian hỗ trợ vấn đề này. Sử dụng hiển thị để trình diễn. Kết quả của phân tích không gian được hiển thị trong bản đồ thiết kế tốt, dễ hiểu với mọi người.