Tài liệu hướng dẫn sử dụng ARCGIS - Đặng Thị Mỹ Lan

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐỊA CHÍNH TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ CAO TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ARCGIS Dịch và biên soạn: Đặng Thị Mỹ Lan Hà nội, 7-2003 NỘI DUNG CHÍNH GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARCGIS................................................ 6 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DỮ LIỆU GIS ................. 10 1. CÁC MÔ HÌNH DỮ LIỆU ĐỊA LÝ........................................... 10 Vector model............................................................................... 10 Raster models.............................................................................. 11 TIN models.................................................................................. 11 Dữ liệu dạng bảng........................................................................ 11 2. CÁC DẠNG FORMAT CỦA FEATURE DATA....................... 12 Coverages...................................................................................... 12 Shapefiles...................................................................................... 15 Các đối tượng của geodatabases ...................................................16 3. GEODATABASES....................................................................... 16 Topology trong geodatabase......................................................... 18 Lưu các đối tượng của geodatabase.............................................. 18 CHƯƠNG II: THỰC HIỆN DỰ ÁN GIS MẪU THEO CÔNG NGHỆ ARCGIS................................................................................................. 19 1. PHÂN TÍCH GIS LÀ GÌ?............................................................ 19 2. CÁC BƯỚC CỦA DỰ ÁN GIS.................................................... 20 Bước 1: Xác định mục tiêu của dự án........................................... 20 Bước 2: Tạo cơ sở dữ liệu cho dự án............................................. 21 Bước 3: Phân tích dữ liệu.............................................................. 21 Bước 4: Hiển thị kết quả............................................................... 21 3. XÂY DỰNG DỰ ÁN CỤ THỂ.................................................... 22 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU.................................. 26 1. TỔ CHỨC CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO DỰ ÁN................................ 26 2. BỔ SUNG DỮ LIỆU VÀO PROJECT FOLDER........................ 27 3. KHẢO SÁT DỮ LIỆU BẰNG ARCMAP.................................... 28 Mở một bản đồ mới....................................................................... 28 Bổ sung parcel layers vào bản đồ.................................................. 28 Lưu bản đồ.................................................................................... 29 CHƯƠNG 4: CHUẨN BỊ DỮ LIỆU ĐỂ PHÂN TÍCH...................... 30 1. CHUẨN BỊ DỮ LIỆU................................................................... 30 2. KHAI BÁO HỆ TỌA ĐỘ CHO ELEVATION DATA............... 31 Kiểm tra thông tin về coordinate system...................................... 31 Khai báo coordinate system cho lowland shapefile...................... 32 3. XÁC ĐỊNH LẠI LƯỚI CHIẾU CHO RIVER SHAPEFILE....... 33 Khai báo coordinate system cho river shapefile........................... 33 Chiếu shapefile............................................................................. 34 Xuất river shapefile vào geodatabase............................................ 35 4. SỐ HÓA HISTORIC PARK........................................................ 35 Tìm công viên trên streets layer.................................................... 37 Nắn ảnh......................................................................................... 38 Hiển thị park boundary và parcels................................................ 39 Chuẩn bị số hóa park boundary.................................................... 39 Số hóa đường bao công viên......................................................... 40 Đặt vertex dưới một góc và độ dài nào đấy.................................. 41 Dựng đường vuông góc................................................................. 41 Thêm điểm ngay tại giao điểm của các đường.............................. 41 Kết thúc số hóa............................................................................. 42 Biên tập thuộc tính cho đối tượng................................................. 42 5. NHẬP HAI PARCEL LAYERS LẠI THÀNH MỘT LAYER.... 42 CHƯƠNG 5: THỰC HIỆN PHÂN TÍCH........................................... 44 1. CHUẨN BỊ CHO PHÂN TÍCH ....................................................45 Tìm vùng được phép xây dựng trạm xử lý nước thải .....................45 Tìm vùng không được phép xây dựng trạm xử lý nước thải......... 46 Tìm thửa đáp ứng các tiêu chí đặt ra............................................. 49 2. TÌM CÁC THỬA CÒN TRỐNG.................................................. 51 Tìm theo thuộc tính loại đất (trường LANDUSE)......................... 51 Xuất các thửa được chọn ra shapefile mới.................................... 52 3. TÌM CÁC THỬA THÍCH HỢP NẰM GẦN ĐƯỜNG VÀ GẦN ĐIỂM CÓ NƯỚC THẢI......................................................................... 52 Thêm trường cho parcels layer..................................................... 53 Tìm những thửa nằm trong vòng 50m của đường......................... 53 Gán giá trị cho trường ROAD_DIST............................................ 54 4. TÌM CÁC THỬA THÍCH HỢP CÓ DIỆN TÍCH THEO YÊU CẦU ................................................................................................................. 56 Sắp xếp các thửa theo diện tích..................................................... 56 Tìm các thửa liền kề với diện tích tổng là 150,000m2................... 56 5. XEM LẠI KẾT QUẢ PHÂN TÍCH............................................. 57 Hiển thị các thửa đang chọn với các layers tiêu chí...................... 58 Tạo layer chứa alternate site......................................................... 58 Dọn sạch table of contents............................................................ 59 CHƯƠNG 6: TRÌNH BÀY KẾT QUẢ .............................................. 60 1. THIẾT KẾ BẢN ĐỒ.................................................................... 60 2. THIẾT ĐẶT TRANG BẢN ĐỒ................................................... 62 Chuyển từ data view sang layout view.......................................... 62 Thay đổi kích thước trang............................................................. 63 Thay đổi kích thước của data frame.............................................. 63 Sao chép data frame...................................................................... 64 Đổi tên data frame........................................................................ 64 Thêm một data frame mới............................................................. 65 3. TẠO OVERVIEW MAP.............................................................. 65 Loại bỏ những layers không cần thiết khỏi data frame................. 65 Trình bày các tuyến đường chính.................................................. 66 Thay đổi ký hiệu cho đường......................................................... 66 Hiển thị layers river và elevation.................................................. 66 4. TẠO BẢN ĐỒ CHO CÁC THỬA THÍCH HỢP......................... 67 Thiết đặt môi trường hiển thị........................................................ 67 Thay đổi ký hiệu cho thửa............................................................. 68 Hiển thị các thửa thích hợp........................................................... 68 Thay đổi ký hiệu cho alternate site............................................... 68 Hiển thị river và wastewater junction........................................... 68 Hiển thị và gắn nhãn cho junction buffers.................................... 69 5. TẠO BẢN ĐỒ TRÌNH BÀY CÁC THỬA THÍCH HỢP NHẤT 69 Chép các layers từ Study Area data frame.................................... 69 Tạo layer cho các thửa thích hợp nhất.......................................... 70 Đổi màu cho các thửa của layer highly suitable........................... 70 Thay đổi symbol colors................................................................. 71 Thay đổi tiêu đề và nhãn............................................................... 72 Gắn nhãn cho highly suitable parcels........................................... 72 Tạo nhãn cho alternate site........................................................... 73 Thay đổi thuộc tính của nhãn và hiện nhãn.................................. 73 6. TẠO BÁO CÁO THỬA ĐẤT....................................................... 74 Thiết kế báo cáo............................................................................ 74 Phát sinh báo cáo.......................................................................... 74 7. BỔ SUNG DANH SÁCH CÁC TIÊU CHUẨN CHỌN CỦA DỰ ÁN LÊN BẢN ĐỒ........................................................................................ 75 8. BỔ SUNG CÁC ĐỐI TƯỢNG CỦA BẢN ĐỒ........................... 75 Thêm một khung hình chữ nhật vào City Overview map.............. 75 Bổ sung ký hiệu bản đồ................................................................. 76 Thêm thước tỷ lệ........................................................................... 77 Bổ sung mũi tên chỉ hướng........................................................... 78 Bổ sung tiêu đề của bản đồ........................................................... 78 Bổ sung hình ảnh logo.................................................................. 78 Bổ sung thông tin tham chiếu bản đồ............................................ 78 Dóng thẳng các đối tượng của bản đồ.......................................... 79 9. LƯU VÀ IN BẢN ĐỒ.................................................................. 80 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARCGIS Tài liệu này giới thiệu về ArcGIS của ESRI - phần mềm xây dựng dự án thông tin địa lý GIS. Tài liệu được chia làm hai phần. Phần đầu, chương 1: Tìm hiểu về ArcGIS, sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản của ArcGIS và dữ liệu GIS. Phần hai, bắt đầu từ chương 2: Xây dựng dự án GIS, là một dự án mẫu để bạn đọc thực hành. Dự án được thiết kế theo cách để người đọc có thể tự làm theo tài liệu mà không cần trợ giúp. Trước khi khởi động, cần phải có sẵn ArcGIS trên máy. Ngoài ra, cần cài đặt các bài tập mẫu ArcTutor. Có thể làm gì với ArcGIS? Xác định vùng ưu tiên cần sửa chữa cống thoát nước sau trận động đất. Tạo bản đồ các tuyến đường dành cho xe buýt, xe đạp... Quản lý cầu, đường và lập các bản đồ dự phòng trong trường hợp xảy ra thiên tai. Khoanh vùng tội phạm để nhanh chóng triển khai nhân sự và quản lý các chương trình giám sát tội phạm. Xác định các van để khóa một đường ống nước bị vỡ. Tạo bản đồ sử dụng đất để phục vụ công tác định giá và kế hoạch sử dụng đất. Dự báo bão. Nghiên cứu ảnh hưởng của công trình xây dựng đến mạch nước ngầm. Quản lý chất lượng nước. Tạo mô hình lưới điện để giảm thất thoát năng lượng và lập kế hoạch đặt các thiết bị mới. Xây dựng tuyến dẫn dầu rẻ nhất. Nghiên cứu địa hình để xác định vị trí đặt trạm thu phát trong thông tin liên lạc. Đánh giá về khả năng phát triển của một vị trí bán lẻ mới dựa trên số lượng khách hàng lân cận. Dò tìm ngược theo nguồn nước để xác định nguồn bị ô nhiễm. Tìm đường đi nhanh nhất đến vị trí xảy ra sự cố. Dự đoán cháy rừng dựa trên những nghiên cứu về địa thế và thời tiết. Có thể sử dụng ArcGIS theo nhiều cách khác nhau phụ thuộc vào mức độ phức tạp của công việc. Một số người dùng ArcGIS để làm dự án - tức là một người làm bản đồ và sử dụng công cụ phân tích độc lập. Một số người khác dùng ArcGIS trong môi trường nhiều người dùng, phục vụ cho các hệ thống thông tin địa lý. Tài liệu này giới thiệu về ArcGIS trong khuôn khổ của dự án GIS. Dự án GIS Trong một dự án GIS, phân tích viên sẽ phải thực hiện rất nhiều công việc mà có thể gộp thành 4 nhóm công việc chính - 4 bước cơ bản của dự án. Bước đầu tiên là trả lời cho các câu hỏi đặt ra trong thiết kế CSDLvà kế hoạch phân tích GIS như: Đâu là vị trí tốt nhất để xây dựng nhà cao tầng? Có bao nhiêu lượng khách hàng tiềm năng gần cửa hàng? ... Công việc này giúp xác định được những lớp dữ liệu nào cần có để trả lời cho từng phần của dự án và phát triển chiến lược tập hợp các câu trả lời của từng phần thành một kết quả cuối cùng. Bước thứ hai là tạo cơ sở dữ liệu chứa dữ liệu địa lý cần để trả lời cho những câu hỏi đặt ra. Có thể phải số hóa từ bản đồ có sẵn, thu thập và chuyển đổi dữ liệu từ nhiều nguồn và nhiều dạng, kiểm tra chất lượng của các lớp dữ liệu, đưa các lớp dữ liệu về một hệ tọa độ thống nhất, bổ sung các trường mới vào dữ liệu để lưu kết quả phân tích. Bước thứ ba là phân tích dữ liệu. Các thao tác thường dùng là chồng xếp các lớp dữ liệu khác nhau, tìm kiếm đối tượng theo thuộc tính và theo vị trí, tổng hợp các kết quả trung gian để có được kết quả cuối cùng. Bước cuối cùng trong phân tích dự án là trình bày kết quả cho những người không sử dụng GIS và cho công chúng xem. Bản đồ, bảng thống kê, biểu đồ cũng được sử dụng phối hợp để tạo kết quả cuối cùng. GIS nhiều người dùng Trong hệ GIS nhiều người dùng, dữ liệu được lưu trữ trong những hệ quản lý CSDL quan hệ thương mại như Oracle, Informix Dynamic Server, và Microsoft SQL Server và được kết nối thông qua phần mềm ArcSDE. ArcSDE cho phép nhiều người cùng hiện chỉnh dữ liệu GIS đồng thời. Để tăng khả năng làm việc trên hệ thống mạng, nhiều ứng dụng đã được phát triển cho máy tính để bàn như ArcCatalog, ArcMap, và ArcToolbox. Các máy chủ giữ nhiệm vụ cung cấp dữ liệu và thực hiện vai trò xử lý dữ liệu. Các chức năng của hệ GIS nhiều người dùng cũng giống như của một dự án GIS, nhưng ở qui mô lớn hơn và thao tác theo chu kỳ liên tục. Công tác lập kế hoạch trong môi trường nhiều người dùng là rất quan trọng, vì sẽ giúp tăng hiệu suất thao tác, phân phối tài nguyên tốt hơn, đảm bảo tính chặt chẽ của thông tin... Dù là làm việc trong môi trường nào thì người dùng cũng đều sử dụng bộ 3 ứng dụng của ArcGIS desktop là ArcCatalog, ArcMap, và ArcToolbox để làm việc. ArcCatalog là ứng dụng để quản lý dữ liệu không gian, quản lý thiết kế CSDL, tạo và xem metadata. ArcMap được sử dụng trong mọi thao tác biên tập và thành lập bản đồ, cũng như là để phân tích bản đồ. ArcToolbox dùng để chuyển đổi dữ liệu và thực hiện các phép xử lý về địa lý. Sử dụng cả 3 ứng dụng cùng với nhau, người dùng có thể thực hiện bất kỳ nhiệm vụ GIS nào, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm thành lập bản đồ, quản lý dữ liệu, phân tích địa lý, biên tập dữ liệu và các phép xử lý khác liên quan đến địa lý. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DỮ LIỆU GIS Khảo sát ArcCatalog và ArcMap, chúng ta nhận thấy đối tượng làm việc là bản đồ và các layers. Các layers trên một bản đồ chính là dữ liệu GIS. Khi thêm các đường ống nước vào bản đồ tức là ta đã bổ sung dữ liệu từ một lớp đặc trưng của geodatabase. Những kiểu dữ liệu GIS khác là shapefiles, coverages, và rasters. Dữ liệu GIS đa dạng, nhưng tất cả đều lưu giữ cả thông tin thuộc tính lẫn không gian. Chương này giới thiệu với bạn đọc các kiểu dữ liệu GIS và các mô hình cơ sở dữ liệu. CÁC MÔ HÌNH DỮ LIỆU ĐỊA LÝ ArcGIS lưu trữ và quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khuôn dạng. Ba mô hình dữ liệu cơ bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster, và TIN. Ngoài ra, người dùng có thể nhập dữ liệu bảng vào GIS. Vector model Một cách để biểu diễn các hiện tượng địa lý là dùng points, lines, và polygons. Cách biểu diễn thế giới như thế này được gọi là mô hình dữ liệu vector. Mô hình vector được dùng chủ yếu để mô tả và lưu trữ những đối tượng rời rạc như nhà, đường ống dẫn, đường bao thửa... Points là cặp tọa độ x,y. Lines là tập hợp của các tọa độ định nghĩa một hình dạng. Polygons là tập hợp các tọa độ khai báo cho đường bao của một vùng. Tọa độ thông thường là một cặp (x,y) hay bộ ba (x,y,z) với z và giá trị biểu diễn cho độ cao. ArcGIS lưu dữ liệu vector trong các lớp đối tượng (feature classes) và trong tập hợp của các lớp đối tượng quan hệ tôpô. Các thuộc tính của đối tượng được lưu trong bảng. ArcGIS sử dụng 3 mô hình vector để biểu diễn dữ liệu đặc trưng là: coverages, shapefiles, và geodatabases. Raster models Trong raster model, thế giới được biểu diễn như một bề mặt được chia thành những ô lưới bằng nhau. Raster model được dùng để lưu trữ và phân tích dữ liệu liên tục trên một vùng nào đấy. Mỗi ô ảnh chứa một giá trị có thể biểu diễn cho một giá trị đo được. Dữ liệu raster gồm các loại ảnh (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh quét dùng để số hóa, làm nền) và grid (dùng để phân tích và lập mô hình). Grid có thể được tạo từ dữ liệu vector. Grids có thể chứa các dữ liệu liên tục, như một lớp bề mặt. Chúng có thể lưu giữ các thông tin thuộc chủ đề và thuộc tính của chủ đề. Ví dụ, ảnh grid về kiểu phân bố thực vật lưu giữ số hiệu mã hóa cho từng loại thực vật, tên loại thực vật... Kích thước ô ảnh càng nhỏ, thì bản đồ có độ chính xác càng cao và càng chi tiết. Tuy nhiên, sẽ làm tăng kích thước file ảnh. TIN models Trong một mô hình mạng các tam giác bất thường, thế giới được biểu diễn dưới dạng một mạng các tam giác kết nối với nhau qua các điểm với giá trị x, y, và z. TINs là cách lưu trữ và phân tích bề mặt rất hiệu quả. Cũng như ảnh rasters, có thể bổ sung các tập dữ liệu TIN vào bản đồ trong ArcMap và quản lý chúng bằng ArcCatalog. Dữ liệu dạng bảng Có thể xem GIS như là một CSDL hình học. Cũng giống như các CSDL khác, ArcGIS cho phép kết nối các bảng dữ liệu với nhau. CÁC DẠNG FORMAT CỦA FEATURE DATA ArcGIS hỗ trợ cả hai mô hình đối tượng file-based và mô hình đối tượng DBMS. Hai mô hình file-based là coverages và shapefiles. Coverages và shapefiles là mô hình dữ liệu quan hệ địa lý (georelational data model). Những mô hình này lưu dữ liệu vector cho các đối tượng trong các tập tin nhị phân và sử dụng số định danh duy nhất để liên kết đối tượng với thuộc tính nằm trong bảng thuộc tính. Mô hình đối tượng DBMS được ArcGIS hỗ trợ là mô hình dữ liệu geodatabase (geodatabase data model). Trong mô hình này, các đối tượng được lưu thành các hàng của bảng CSDL quan hệ. Các hàng trong bảng chứa cả thông tin tọa độ và thông tin thuộc tính cho đối tượng. Coverages Coverages là dạng format chính sử dụng trong những phép xử lý phức tạp, để xây dựng các tập dữ liệu địa lý chất lượng cao, và để thực hiện phân tích không gian lớn của ArcInfo. Coverages chứa những kiểu đối tượng chính, phức và phụ (primary, composite, và secondary features). Primary features trong coverage chính là điểm nhãn (label point), cung (arcs), và polygons. Composite features là tuyến đường (routes/sections) và vùng (regions) được xây dựng từ primary feature. Coverages còn có secondary features là: điểm đăng ký (tics), các liên kết (links), và chú giải (annotation). Tics và links không biểu diễn cho đối tượng đồ họa, nhưng được dùng để quản lý coverages. Annotation dùng để thể hiện text về đối tượng đồ họa trên bản đồ. Các đối tượng chính trong coverages Điểm nhãn (Label points) có thể biểu diễn cho các đối tượng điểm riêng biệt. Label points cũng liên kết thuộc tính với polygons. Mỗi polygon có một label point nằm ở gần tâm của polygon. Cung (Arcs) là tập hợp các đoạn nối với nhau qua các điểm nút. Nhiều cung có thể lập thành mạng. Cung cũng tạo thành polygons biểu diễn cho các vùng. Điểm nút (Nodes) là những điểm cuối của các cung nối nhau. Điểm nút có thể có thuộc tính, do vậy chúng có thể biểu diễn cho đối tượng điểm trong một mạng như là những cái van trong mạng ống nước. Điểm nút giữ vai trò quan trọng trong topology để kiểm tra tính kết nối của các đối tượng trong coverages. Polygons biểu diễn cho vùng. Polygon được các cung bao quanh. Đối tượng phức trong coverages Routes và sections là các đối tượng tuyến tính