Chương 4 – Xử lý dữ liệu trong GIS

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) (Ch4 – Xử lý dữ liệu trong GIS) Phan Trọng Tiến Department of Software Engineering Hanoi University of Agriculture Office location: 3rd floor, Administrative building Office phone: (04)38276346, Ext: 132 Website: Email:ptgtien@hua.edu.vn or phantien84@gmail.com NỘI DUNG CHÍNH Chồng xếp bản đồ (Map Overlaying) Tìm kiếm không gian (Searching) Tạo vùng đệm (Buffer Zone) Nội suy không gian (Spatial Interpolation) Đo đạc tính toán (Area Calculation) I. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ Khi muốn trả lời các câu hỏi như: -Loại sử dụng đất nào nằm bên trong khu vực bị ngập lụt? -Vùng nào sẽ bị ô nhiễm và phải di rời? -Loại đất nào phù hợp với việc trồng cà phê? → Lúc đó chúng ta phải chồng ghép bản đồ Đây là chức năng dùng để so sánh hai hay nhiều lớp dữ liệu để tìm ra mối quan hệ của một đối tượng nào đó trong các lớp khác nhau. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ Phân tích chồng ghép đơn giản là tạo ra một bảng dữ liệu hay một biểu đồ thể hiện sự chồng ghép của hai đối tượng, hai hình hay hai lớp khác nhau Ví dụ: Sự chồng ghép của hai lớp này để tìm ra những loại đất nào nằm trong khu vực bị ngập lụt. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ Sự chồng ghép lớp dữ liệu là để so sánh mối quan hệ giữa hai hay nhiều lớp dữ liệu. Chức năng phân tích không gian của ArcView có thể so sánh để xác định đối tượng cụ thể được chồng ghép ở đâu. Ví dụ: Kết quả của việc chồng ghép là tìm thấy được đất nông nghiệp nằm trong khu vực ngập lụt ( [ Landuse] = "Agr" ) and ( [Flood Zone] = 1 ) CHỒNG GHÉP SỐ HỌC Chồng ghép bằng phương pháp số học dùng các phép toán học trong khi chồng ghép như : + (cộng), - (trừ), * (nhân), / (chia), mod, div, sqrt.... CHỒNG GHÉP SỐ HỌC Phương pháp chồng ghép số học được thể hiện ở chức năng Map Calculator CHỒNG GHÉP SỐ HỌC VÍ DỤ H·y x©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A+B A B CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC LOGIC A B CÁC PHÉP LOGIC BÀI TẬP 1 (A and B) or C A and (B or C) A B C A B C (A or C) and (B or D) (A or B) and (C or D) A B C D D C A B BÀI TẬP 2 X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A and B X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A or B A B BÀI TẬP 3 CHỒNG GHÉP LOGIC A B C D Hãy viết kết quả bản đồ D với câu lệnh sau: D = (A=B) and (A C) E = (A=B) or (A C) H = (A=B) xor (A C) Cho 3 bản đồ A, B và C CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC CÓ ĐIỀU KIỆN Phương pháp chồng ghép dùng biểu thức có điều kiện là quá trình máy tính kiểm tra các số liệu trên bản đồ có thoả mãn một điều kiện nào đó cho trước hay không? Câu lệnh có dạng là: BDSP = If (, Câu lệnh 1, Câu lệnh 2) Câu lệnh kiểm tra nếu đúng thực hiện , ngược lại thực hiện Ví dụ: Cho hai bản đồ A và B như sau Hãy xây dựng bản đồ C theo câu lệnh sau C = if (A>20, B+3, B+2) A B BÀI TẬP Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C thoả mãn các điều kiện sau: Nếu bản đồ A lớn hơn 4 lần giá trị của bản đồ B và nếu giá trị của bản đồ A 21 thì bản đồ C bằng 10, ngược lại bằng 0. Nếu bản đồ A <= 4 lần giá trị của bản đồ B thì bản đồ C bằng 0, ngược lại bằng A. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP II. TÌM KIẾM KHÔNG GIAN Tìm kiếm là một chức năng cơ bản của hoạt động phân tích không gian của GIS. Tìm kiếm không gian dựa vào quan hệ không gian của các đối tượng trên bản đồ. Tìm kiếm không gian dùng các toán tử so sánh và toán tử logic trong biểu thức điều kiện. Ví dụ: “Hãy thể hiện những thửa đất nông nghiệp nằm trong khoảng cách 500m từ đường chính”. TÌM KIẾM ĐỐI TƯỢNG TRÊN BẢN ĐỒ TỪ BẢNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHỨC NĂNG QUERY T×m kiÕm mét líp T×m kiÕm hai líp CHỨC NĂNG QUERY TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT TẠO MỘT BỀ MẶT GRID TỪ CÁC ĐIỂM MẪU Ông Thanh là một nông dân, ông ấy muốn giảm lượng phân bón trên cánh đồng. Đầu tiên là việc lấy mẫu đất, phân tích lấy dữ liệu, từ lớp dữ liệu điểm mẫu đó, chức năng phân tích không gian có thể tạo ra lớp bản đồ bề mặt mức độ dinh dưỡng của cả cánh đồng. Từ đó tạo ra bản đồ về nhu cầu dinh dưỡng của các khu vực khác nhau trên cánh đồng. Bên cạnh đó ông ta còn nhờ chức năng phân tích không gian để tạo ra một vùng đệm 300m xung quanh sông nhằm tránh sự ô nhiễm nước. Và ông Thanh đã tiết kiệm được tiền và thu được năng suất cao trên cánh đồng đó bởi việc áp dụng chức năng phân tích không gian Sử dụng lớp điểm (Theaters) để tạo ra một lớp Raster chỉ ra vùng phục vụ của từng nhà hát. Mỗi pixel trong lớp này được nhận một giá trị theo nhà hát mà gần nó nhất. Các pixel có giá trị như nhau (màu như nhau) ở gần cùng một nhà hát. XÁC ĐỊNH KHU VỰC GẦN NHẤT CỦA CÁC ĐIỂM PHÂN BỔ CÁC GIÁ TRỊ XUNG QUANH MỘT ĐIỂM Từ một lớp điểm thành phố, phân bổ giá trị dân số theo một công thức tính. Kết quả là một lớp grid thể hiện mật độ dân số. TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ Gary creates an elevation grid of Mt. St. Helens from an imported elevation file Sử dụng lớp độ cao để tạo ra bản đồ đường đồng mức. Khoảng cao đều của các đường đồng mức là 100m T¹o ra b¶n ®å ®Þa m¹o TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ ĐỘ DỐC Bản đồ độ dốc Bản đồ hướng dốc TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC Bản đồ dòng chảy III. TẠO VÙNG ĐỆM Sự tìm kiếm địa lý được thực hiện xung quanh các đối tượng điểm, đường, vùng. Đối tượng địa lý + Khoảng cách tìm kiếm theo yêu cầu. Chức năng tạo vùng đệm xây dựng các đối tượng mới từ điều kiện tìm kiếm. Xác định các vùng nằm trong khu vực tìm kiếm Tạo vùng đệm có thể ở dạng Raster. Kết quả là sự phân lớp các cell thành hai loại là các cell nằm bên trong và các cell nằm bên ngoài của khu vực vùng đệm. TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI TƯỢNG TẠO VÙNG ĐỆM BẰNG MAP QUERY Vùng đệm cách 500, 1000, 1500 m từ hệ thống đường giao thông. IV. NỘI SUY KHÔNG GIAN Nội suy không gian là một chức năng trong GIS mà người sử dụng muốn tính toán một số liệu chính xác cho những vị trí mà không được đo hoặc lấy mẫu dựa vào những vị trí đã được đo hoặc lấy mẫu. Có hai phương pháp nội suy Inverse Distance Weighting Kriging Phương pháp nội suy D÷ liÖu ®iÓm D÷ liÖu thùc trªn bÒ mÆt Đây là phương pháp nội suy đơn giản nhất Là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các chức năng phân tích của GIS. Tính các số đo chưa biết như là một giá trị trung bình có trọng số thông qua các số đo đã biết của các điểm lân cận, các điểm càng gần thì trọng số càng lớn. 1. Inverse Distance Weighting (IDW) NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ Điểm chưa có giá trị cần được nội suy Điểm i Giá trị đã biết zi Vị trí xi Trọng số wi Khoảng cách di W: Là trọng số của điểm cần được tính. d1,...,dn là khoảng cách từ 1.. n điểm mẫu đến vị trí điểm cần được tính x1,...,xn là giá trị của các điểm mẫu đó. NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ Trọng số của mỗi điểm được tính theo công thức sau: W NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM Tìm ra một số đặc tính chung của toàn bộ bề mặt được thể hiện bởi các giá trị số đo, và sau đó áp dụng các đặc tính đó để tính cho các phần khác của bề mặt. Kriging bị ảnh hưởng bởi cả quan hệ của các điểm mẫu và hướng của chúng. Kriging cần nhiều các lựa chọn và yêu cầu đầu vào từ người sử dụng Đây là một phương pháp nội suy có độ chính xác cao hơn. 2. Kriging Tính toán lượng mưa, nhiệt độ và các thuộc tính khác tại các vị trí mà không có các trạm khí tượng thủy văn hoặc không có số liệu đo lường các đặc tính đó. Tính toán độ cao của bề mặt Trái đất tại những vị trí độ cao chưa biết dựa vào các điểm đã có độ cao của mô hình DEM. Tính toán để vẽ các đường đồng mức dựa vào các điểm mẫu độ cao đã được lấy. Tính toán các loại đất cho các vùng trong bản đồ đất dựa vào vị trí và các số liệu của các mẫu đất đã được phân tích. Các ứng dụng Nội suy giá trị pH đất tại các điểm khảo sát V. ĐO ĐẠC TÍNH TOÁN Dữ liệu địa lý được mô tả bằng các giá trị số. Sự tính toán với sự trợ giúp của máy tính được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác. Sự đo đạc về chiều dài, diện tích, chu vi của các đối tượng địa lý được các phần mềm của GIS tính toán tự động. Tính diện tích Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác Dữ liệu Raster: tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ Với các chức năng trên, GIS có khả năng giải đáp : Vị trí của đối tượng nghiên cứu: quản lý và cung cấp vị trí của các đối tượng theo yêu cầu bằng các cách khác nhau như tên địa danh, mã, vị trí, toạ độ. Ðiều kiện về thuộc tính của đối tượng: thông qua phân tích các dữ liệu không gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra tại một đỉem nhất định hoặc xác định các đối tượng thoả mãn các điều kiện đặt ra. Xu hướng thay đổi của đối tượng: cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các lãnh thổ trong vùng nghiên cứu theo thời gian. Cấu trúc và thành phần có liên quan của đối tượng: cung cấp mức độ sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đã có từ các nguồn khác. Các giải pháp tốt nhất để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu Các mô hình nhằm giả định các phương án khác nhau