Đồ án nghiên cứu ứng dụng GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ mở đường

1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 4 1.Tính cấp thiết của đồ án 4 2.Mục tiêu nghiên cứu 4 3.Nội dung nghiên cứu 5 4.Phương pháp nghiên cứu 5 5.Kết quả đạt được và ý nghĩa của đồ án 6 Chương I : TỔNG QUAN VỀ GIS (MCA) VÀ VIỄN THÁM 7 I.1.GIS 7 I.1.1 Khái niệm về GIS 7 I.1.2. Dữ liệu GIS 7 I.1.2.1 Đặc điểm 7 I.1.2.2. Cấu trúc dữ liệu 8 a)Cấu trúc dữ liệu vectơ 8 b)Cấu trúc dữ liệu raster 11 I.1.3 Các chức năng của GIS 13 I.1.3.1 Các chức năng phân tích không gian của GIS 13 I.1.3.2 Thao tác chồng ghép 16 I.1.3.3 Chức năng lân cận 19 I.1.3.4 Chức năng địa hình 21 I.1.3.5 Chức năng nội suy 26 I.2. MCA 27 I.2.1 Định chỉ tiêu 27 I.2.2 Làm cho các chỉ tiêu có thể so sánh được với nhau 28 I.2.3 Phân loại bản đồ kết quả 33 I.3 Các Tool Arcgis sử dụng để mở tuyến 33 2 I.3.1 Cost Distance 33 I.3.2 Cost Path 35 I.4. TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ ĐẶC TRƯNG ẢNH LANSAT 36 I.4.1 Viễn thám 36 I.4.2 Đặc trưng ảnh viễn thám 38 I.4.3 phương pháp phân loại có kiểm định 41 Chương II : TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN CÁC CHỈ TIÊU 42 II.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 42 II.1.1 Vị trí địa lý : 42 II.1.2 Địa hình, địa chất : 42 II.1.3 Khí hậu thủy văn : 43 II.1.4 Sông ngòi : 43 II.2 Lựa chọn các chỉ tiêu 43 II.2.1 Độ dốc địa hình 43 II.2.2 Địa chất 45 II.2.3 Hiện trạng sử dụng đất 46 II.2.4 Bề rộng của sông 47 II.2.5 Độ cao tuyệt đối 47 Chương III : THỰC NGHIỆM 47 III.1 Quy trình mở tuyến hành quân 47 III.2 Chuẩn bị dữ liệu 49 III.3 Mở tuyến 50 III.3.1 Bản đồ thành phần 50 a)Độ dốc địa hình 50 b)Địa chất 53 c)Hiện trạng sử dụng đất 54 d)Bề rộng của sông 57 3 e)Độ cao tuyệt đối 59 III.3.2 Tính toán trọng số bằng AHP 61 III.4 Bản đồ đánh giá khả năng mở tuyến 63 III.5 Xác định tuyến theo cặp tọa độ 64 Lấy tọa độ điểm dẫn đường bằng GPS 69 KẾT LUẬN 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 4 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đồ án Trong công tác tham mưu địa hình phục vụ các hoạt động quân sự thì việc xác định tuyến hành quân là một trong những nhiệm vụ thường xuyên. Tùy thuộc nhiệm vụ, đối tượng tham mưu, đặc điểm địa hình địa vật, các yêu cầu và các chỉ tiêu để đưa ra quyết định chọn tuyến. Khi nhiều tiêu chí được sử dụng cho một mục đích sẽ làm phức tạp và có thể gây nhầm lẫn cho quá trình ra quyết định. Trong công tác chọn tuyến truyền thống vẫn sử dụng cơ sở dữ liệu bản đồ địa hình dạng giấy. Dạng dữ liệu này thường không được cập nhật thường xuyên những thay đổi của địa hình địa vật ngoài thực địa. Mặt khác, việc chọn tuyến còn dựa trên kinh nghiệm của người sĩ quan tham mưu địa hình và mất rất nhiều thời gian công sức. Vì vậy tuyến vạch ra không thể đảm bảo được tính chính xác và kịp thời hỗ trợ ra quyết định cho người chỉ huy. Để việc hỗ trợ ra quyết định chọn tuyến hành quân nhanh, chính xác, kịp thời và đạt hiệu quả cao, học viên lựa chọn đồ án : “Nghiên cứu ứng dụng GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ mở tuyến hành quân cho bộ đội ” 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đồ án là: - Nghiên cứu ứng dụng viễn thám và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA) xây dựng bản đồ đánh giá khả năng mở tuyến hành quân. - Nghiên cứu chức năng lan truyền, tìm hướng của GIS để vạch tuyến đường xác định dựa trên cặp tọa độ cho trước. 5 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu các đặc điểm tự nhiên, địa hình, địa chất, thực vật, thủy hệ huyện Dakrong ảnh hưởng đến vạch tuyến hành quân. - Ứng dụng các chức năng của GIS để xây dựng các bản đồ chỉ tiêu độ dốc, địa chất, độ cao tuyệt đối, thủy hệ phù hợp với bài toán vạch tuyến hành quân cho bộ đội. - Nghiên cứu viễn thám để thành lập bản đồ bản đồ hiện trạng sử dụng đất. - Nghiên cứu phương pháp phân tích đa chỉ tiêu của GIS. - Tìm hiểu để xây dựng bộ trọng số phù hợp cho mục đích mở tuyến hành quân phục vụ diễn tập thời bình (tuyến đường mở phù hợp với điều kiện tự nhiên, thuận tiện cho việc di chuyển). - Thực nghiệm xây dựng bản đồ tổng hợp các chỉ tiêu cho huyện Dakrong và Xác định tuyến đường tối ưu giữu 2 cặp tọa độ địa lý. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu : các nguồn tài liệu như giáo trình, mạng internet, các bài viết trong và ngoài nước … để phục vụ cho nghiên cứu, phân tích và tổng hợp các vấn đề liên quan đến đề tài. - Phương pháp phân tích không gian bằng GIS - Phương pháp viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất. - Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu để xác định tầm quan trọng và tác động của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hành quân . - Phương pháp xin ý kiến chuyên gia để đánh giá vai trò của các yếu tố ảnh hưởng. 6 5. Kết quả đạt được và ý nghĩa của đồ án + Kết quả đạt được: - Tìm hiểu và xây dựng quy trình xử lý ảnh viễn thám để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. - Nghiên cứu và đề xuất quy trình ứng dụng GIS (MCA) trong vạch tuyến hành quân cho bộ đội. - Tham khảo ý kiến chuyên gia, đề xuất bộ trọng số trong xây dựng bản đồ đánh giá khả năng mở tuyến cho bộ đội (phục vụ diễn tập thời bình). + Ý nghĩa của đề tài - Xây dựng giải pháp vạch tuyến nhanh, chính xác bằng việc ứng dụng công nghệ GIS và kỹ thuật viễn thám, thay thế các giải pháp truyền thống, kém chính xác trước đây. - Nghiên cứu sâu về phương pháp phân tích đa chỉ tiêu làm tiền đề để giải quyết nhiều bài toán phức tạp phục vụ an ninh quốc phòng. Do thời gian hạn chế và kiến thức bản thân có hạn nên đồ án không thể tránh khỏi sai sót, kính mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! 7 Chương I : TỔNG QUAN VỀ GIS (MCA) VÀ VIỄN THÁM I.1.GIS I.1.1 Khái niệm về GIS GIS là hệ thống xử lý dữ liệu không gian và thuộc tính một cách nhanh nhất bằng máy tính để có thể truy cập, đánh giá, tích hợp, phân tích, hiển thị, cập nhật thông tin tại một vị trí nào đó . Thành phần của GIS bao gồm: phần cứng, phần mềm, phần dữ liệu và phần con người . Hình 1.1 Các hợp phần của GIS I.1.2. Dữ liệu GIS I.1.2.1 Đặc điểm Dữ liệu trong GIS là dữ liệu địa lý và thường được đề cập đến dưới dạng cặp dữ liệu : 8 -Dữ liệu không gian - Dữ liệu thuộc tính Dữ liệu không gian là dữ liệu thể hiện vị trí của các đối tượng địa lý trên bề mặt Trái đất theo hệ tọa độ tham chiếu thống nhất. Dữ liệu không gian có hai cấu trúc: cấu trúc dữ liệu vector, cấu trúc dữ liệu raster. Dữ liệu thuộc tính : thể hiện tính chất của đối tượng địa lý trên bề mặt Trái đất như chiều cao của cây, dân số thành phố, độ rộng của sông, Một đối tượng địa lý trong GIS có thể có nhiều thuộc tính phụ thuộc vào mức độ quan trọng của đối tượng đó. Dữ liệu thuộc tính của đối tượng nhằm mô tả, thể hiện số lượng và chất lượng của đối tượng đó trong không gian đã được xác định và điều này có ý nghĩa quan trọng trong phân tích chuyên môn. I.1.2.2. Cấu trúc dữ liệu Cấu trúc dữ liệu đề cập đến cách thức tổ chức dữ liệu thành các file dữ liệu. Cho đến nay trong GIS người ta thường nói đến hai loại cấu trúc dữ liệu không gian chính là vectơ và rastơ. Điều đó có nghĩa là các dữ liệu không gian có thể được mã hóa, được trữ trong máy tính theo hai cấu trúc kể trên. a) Cấu trúc dữ liệu vectơ Trong cấu trúc vector, thực thể không gian được biểu diễn thông qua các phần tử cơ bản là điểm, đường, vùng và các quan hệ topo (khoảng cách, tính liên thông, tính kề nhau. . .) giữa các đối tượng với nhau. Vị trí không gian của thực thể không gian được xác định bởi toạ độ trong một hệ thống toạ độ thống nhất toàn cầu. Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà được biểu diễn như một cặp toạ độ (X,Y). Ngoài giá trị toạ độ (X,Y), điểm còn thể hiện kiểu điểm, màu, hình 9 dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm. Do đó trên bản đồ điểm có thể được biểu hiện bằng ký hiệu hoặc text. Hình 1.2 Lưu trữ tọa độ bằng cách gán 1 định danh riêng biệt - Topology Topology là một phương pháp toán học dùng để xác định các quan hệ không gian. Cấu trúc topology còn được gọi là cấu trúc cung-nút (arc-node). Trong cấu trúc này, phần tử cơ bản là cung. Mỗi cung được mô tả như là một chuỗi những đoạn thẳng nối liền nhau, điểm đầu và cuối cung gọi là nút (node), những điểm giữa cung gọi là đỉnh (vertex). Nút là điểm giao nhau của hai hay nhiều cung, đối với những cung độc lập, nút là điểm cuối cùng của cung, không nối liền với bất kỳ cung nào khác. Vùng là một chuỗi những cung nối liền nhau và khép kín, những cung này chính là những biên 10 của vùng. Mỗi vùng có thể giới hạn bởi hai đường cong khép kín lồng vào nhau và không cắt nhau. Trong GIS, topology được dùng để ghi lại và xử lý các mối quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý. Các mối quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý được đề cập đến trong GIS là các mối quan hệ: nằm trên, nằm trong, liền kề… - Chồng lớp vector Chức năng chồng ghép là thao tác không gian trong đó những lớp chuyên đề được chồng lên nhau để tạo ra một lớp chuyên đề mới chứa đựng những thông tin mới. Để rút ra những thông tin này, thao tác số học hoặc thao tác logic được vận dụng trên những lớp dữ liệu khác nhau nhập vào. Chồng ghép những lớp dữ liệu khác nhau là một quá trình bậc thang. Hai lớp dữ liệu nhập vào đợc tổ hợp vào một lớp trung gian, nó lại được tổ hợp với lớp thứ ba để tạo ra lớp trung gian khác. Điều này được thực hiện tới khi tất cả các lớp dữ liệu nhập vào đều được chồng ghép. Hình 1.3 Thao tác số học trên lớp dữ liệu vector [...]... đối với mỗi cell trong các raster backlink, một giá trị xác định những cell lân cận đó là các cell tiếp theo trên con đường chi phí ít nhất là tích lũy từ các cell đến cell nguồn đơn, hoặc thiết lập các cell nguồn I.4 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ ĐẶC TRƯNG ẢNH LANSAT I.4.1 Viễn thám Viễn thám là ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu thông tin về một vật, hiện tượng gián tiếp trên dữ... các bước trên để đưa ra được bản đồ kết quả ta phải phân loại bản đồ kết quả thành các khoảng khác nhau theo giá trị của các cell I.3 Các Tool Arcgis sử dụng để mở tuyến I.3.1 Cost Distance Tính toán chi phí khoảng cách tích lũy nhỏ nhất với mỗi cell từ nguồn gần nhất thông qua chi phí bề mặt 34 Hình 1.20 Tool CostDistance trong ArcGis Để xác định chi phí cho việc mở đường từ 1 điểm tới nguồn, chức... tổn xây dựng đường tăng lên khi ở xa đường I.2.2 Làm cho các chỉ tiêu có thể so sánh được với nhau So sánh các chỉ tiêu gồm các bước sau: Bước 1: Phân hạng dữ liệu trong từng chỉ tiêu Mỗi một tiêu chuẩn hay còn gọi là chỉ tiêu tương ứng với một lớp bản đồ tiêu chuẩn Trong mỗi một tiêu chuẩn lại có bảng dữ liệu thuộc tính riêng Để so sánh các chỉ tiêu được với nhau, trước tiên ta phải so sánh, phân hạng... tính toán những tính chất của dữ liệu hình học, chức năng đo đạc thực sự cần thiết Những chức năng này cho phép tính những tính chất đơn giản như chiều dài đường, chu vi, diện tích và điểm trung tâm của một vùng Các phép đo tiên tiến hơn là xác định hình dạng của vùng, khoảng cách rộng nhất và hẹp nhất xuyên qua vùng, chiều dài và độ cong của đường cũng được tổ hợp trong GIS Có khả năng tính toán khoảng... trọng hơn nhân tố khác và tỉ số 1/ 9 (tức là 1/1: 1/ 9 ) sẽ được chỉ ra Đánh giá thang tỉ lệ theo Saaty cho cặp so sánh sáng suốt của các tiêu chuẩn được nhìn nhận như sau: Hình 1.19 Thang tỷ lệ so sánh các tiêu chuẩn Khi quá trình so sánh giữa các tiêu chuẩn kết thúc, giá trị tỉ số của chúng được ghi nhận theo ma trận n dòng và n cột (n: số các tiêu chuẩn) Ma trận cặp so sánh sáng suốt sẽ chỉ rõ rằng... được vận dụng cho từng vị trí trên bản đồ Điều này được thực hiện một cách điển hình trong GIS raster nơi mà mỗi ô được coi là một mục tiêu Quá trình này có thể đem so sánh với sự di chuyển cửa sổ nơi mà độ lớn của sự lân cận được định nghĩa bởi kích cỡ của cửa sổ Tại mỗi bước, chức năng 21 lân cận được xử lý và kết quả được gán cho vị trí tương ứng trên lớp dữ liệu đầu ra Hình 1.12 Buffer và setbacks... node/link đại diện cho cell sử dụng trong lý thuyết đồ thị Trong node/link đại diện cho cell, trung tâm của cell được coi là 1 node và mỗi node được liên kết với nhiều liên kết khác Mỗi liên kết có một trở kháng liên kết với nó Trở kháng có nguồn gốc từ các chi phí liên kết với cell ở mỗi đầu của liên kết và hướng di chuyển qua các cell Nếu di chuyển từ 1 cell tới 1 trong 4 cell lân cận trực tiếp,... Bề mặt biến đổi một cách liên tục quả là khó thực hiện mô hình bằng bản đồ Tuy nhiên bản đồ đường đẳng trị (hiển thị những đường cong ví dụ những đường nối tất cả các điểm có cùng một giá trị độ cao) kế tiếp nhau hoàn toàn biểu thị tốt một bề mặt liên tục Các đường đồng mức này có thể được lưu lại dưới dạng những vùng trong một GIS nhưng chúng không thích hợp cho phân tích số hoặc mô hình hoá Để tiến... trúc dữ liệu raster Trong cấu trúc này, thực thể không gian được biểu diễn thông qua các ô (cell) hoặc ô ảnh (pixel) của một lưới các ô Độ lớn của cạnh của ô vuông này còn được gọi là độ phân giải của dữ liệu .Trong cấu trúc raster này, phương pháp chồng xếp bản đồ nhờ vào phương pháp đại số bản đồ Hãy xét một lớp thông tin có cấu trúc raster: Hình 1.4 Bản đồ hiện trạng sử dụng đất Nếu gán nước giá trị... đối tượng mục tiêu Sau đó nó sử dụng tính chất của thực thể được lựa chọn để tính toán một giá trị đồng nhất Cuối cùng giá trị này được gán cho đối tượng mục tiêu Chức năng đồng hoá Chức năng tìm kiếm có thể chấm dứt ngay lập tức dữ liệu được thu thập để đánh giá lựa chọn mà không cần phải xử lý thêm Thông thường những đối tượng lựa chọn này được vận dụng để tính toán một tính chất nào đó Định nghĩa