khả năng phân tích đa lớp của gis

KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Bài tập nhóm_07 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) Tình huống 04: KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS I. PHÂN TÍCH GIS LÀ GÌ? Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian. Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS. Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích. Từ “phân tích GIS” có nghĩa là thực hiện nhiều thao tác trên hệ thống thông tin địa lý. Những thao tác phân tích chính của hệ GIS là:  Trình bày sự phân bố về địa lý của dữ liệu: Đây là thao tác đơn giản nhất.  Truy vấn dữ liệu: Có hai dạng truy vấn GIS là truy vấn theo thuộc tính và truy vấn theo vị trí. - Trang 1 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS  Xác định các đối tượng liền kề: Đây là dạng phân tích thứ ba của hệ GIS. Cách dễ nhất để tìm đối tượng nằm gần là tạo một vùng đệm xung quanh đối tượng nghiên cứu. Một trong những khả năng rất mạnh của phân tích GIS là đầu ra của một qui trình này sẽ là đầu vào của qui trình khác.  Xếp chồng các lớp đối tượng: Dạng phân tích thứ tư là xếp chồng các lớp đối tượng khác nhau. Bạn sẽ tạo ra thông tin mới khi xếp chồng các đối tượng. Có nhiều kiểu xếp chồng dữ liệu (union, intersect, merge, dissolve, clip), nhưng nhìn chung là kết hợp 2 tập hợp đối tượng có sẵn thành một tập hợp đối tượng mới. Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian và thuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống được khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là được sử dụng cho từng vùng cụ thể hoặc cả nước với tỷ lệ bản đồ phù hợp. Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế.  Thực hiện phân tích phức tạp: Có thể phối hợp tất cả các kỹ thuật này và nhiều kỹ thuật khác trong phân tích GIS phức tạp. Với GIS bạn hoàn toàn có - Trang 2 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS thể tạo ra các mô hình chi tiết của thế giới bên ngoài để giải quyết những vấn đề phức tạp. II. KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Hay còn gọi là “Xếp chồng các lớp đối tượng” hay “Điều khiển thông tin nhiều lớp”: multilayer operation Điều khiển nhiều lớp thông tin được hiểu là điều hành theo phương thẳng đứng (Vertical operation) với cơ sở là dựa vào mối quan hệ giữa các lớp thông tin. Việc xử lý này cung cấp khả năng cơ bản nhất cho việc phân tích không gian vì nó cho phép điều khiển dữ liệu ở những lớp riêng biệt đồng thời kiểm tra mối liên quan giữa các đối tượng khác nhau. Với việc điều khiển này có thể tách tư liệu của một lớp thành nhiều lớp với mục đích là để phân tích bầt kỳ một mối quan hệ nào giữa các yếu tố của các hiện tượng tự nhiên. Ngược lại, nhiều lớp thông tin của một vùng cũng có thể được tổng hợp lại tạo nên một lớp đơn để tiện lợi trong quá trình xử lý và thiết lập mô hình Các chức năng trong phân tích không gian có thể chia thành 3 nhóm chính: phân tích chồng xếp các lớp (overlay), phân tích quan hệ gần gũi về không gian, phân tích quan hệ không gian. • Phân tích chồng xếp: là xử lý mối quan hệ lôgic và tổ hợp thông tin không gian của nhiều lớp thành một lớp riêng biệt. • Phân tích quan hệ gần gũi có mục đích là đo đạc về khoảng cách giữa các đặc điểm đối tượng ở các lớp khác nhau. - Trang 3 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS • Phân tích quan hệ không gian để làm rõ mối quan hệ giữa cá đối tượng khác nhau. Chồng xếp nhiều lớp thông tin Nguyên tắc của chồng xếp thông tin là xử lý điều kiện logic, trong đó thuật toán Boolean là hay sử dụng. Điều kiện logic được sử dụng với yếu tố dữ liệu (operand) và quan hệ giữa các yếu tố dữ liệu (operation). Các quan hệ thường gặp bao gồm: AND, OR, XOR (không có OR) và NOT. Mô phỏng quan hệ giữa hai lớp thông tin bằng thuật toán Boolean Quan hệ có/không có (TRUE/FLASE) của thuật toán Boolean, mỗi một bài toán được đặc trưng bởi một điều kiện logic đặc trưng để xác định các điều kiện chồng xếp thông tin của hai lớp và kết quả là có (TRUE) hay không (FALSE). Trên hình vẽ, A và B là hai dữ liệu và thể hiện là 1 có (TRUE), 0 là không có (FLASE), ý nghĩa: A and B: kết quả phải thể hiện cả tính chất của A và B A or B: kết quả có tính chất của A hoặc B A not B: Kết quả có A mà không có B A xor B: kết quả không có A nhưng có thể có B và ngược lại. Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS. Overlay cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau. Người ta định nghĩa: “Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một - Trang 4 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS lớp bản đồ mới”. Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với overlay là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới. Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp. Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau: • Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point • Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line • Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai. Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai. Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau. Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ. Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này. Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”. Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào overlay phải có sự thống nhất với nhau. Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được. Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước: • Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao điểm này • Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ. 1. Chồng lớp Có 3 chức năng thông dụng của việc chồng xếp nhiều lớp là: tổng hợp (union), giao cắt (intersection) hoặc đồng nhất (identity). Tổng hợp Hoạt động như toán tử Or Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon - Trang 5 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu đầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng. Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon Trong hình, tổ hợp hai lớp A (5 polygon) và B (3 polygon) sẽ cho C với 14 polygon. Ở C, thuộc tính ID của các đơn vị sẽ là cả thuộc tính của các lớp ban đầu (nếu không chồng lên nhau) và thuộc tính tổng hợp với những đơn vị tạo nên do chồng hai đơn vị của hai lớp ban đầu (ví dụ ID của lớp 1 là 4, của lớp 2 là 5 thì ở C, đơn vị mới của 1 và 2 sẽ là tổ hợp, kể cả trong trường hợp không có ID mà chỉ có tên gọi thì cũng tương tự (trong trường hợp hai lớp bản đồ khác nhau về tính chất). Giao cắt Hoạt động như toán tử And Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào Phép giao cắt trong thuật toán Boolean được hiểu là phép quan hệ AND. Ý nghĩa cụ thể của quan hệ này như sau: khi có hai thuộc tính của hai lớp được đưa vào bảng chồng xếp với AND thì chỉ có nhiều phần thuộc tính nào được nhắc đến ở những lớp Input thì mới tồn tại ở lớp kết quả. ở lớp kết quả, thuộc tính cùa - Trang 6 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS các đối tượng là thuộc tính tổng hợp. Tóm lại, ý nghĩa chính của INTERSECT là những lớp kết quả phải được tồn tại ở trên cả những lớp ban đầu và phần giao cắt nhau. Đồng nhất Trong phép tính đồng nhất, các đối tượng ở bên trong ranh giới của các lớp ban đầu được gọi là input coverage và identity coverage được lựa chon tạo nên một lớp mới. Ở phần bên trong, các thuộc tính mới được tạo thành từ việc gộp (merging) các thuộc tính của các lớp ban đầu. Phép tính đồng nhất có thể thực hiện cho cả việc nhập thuộc tính điểm, đường và polygon, song indentity luôn phải là polygon. Nếu input là điểm thì kết quả chỉ chứa thông tin của điểm mặc dù lớp indentity luôn phải là polygon. Tương tự như vậy, nếu input là đường thì kết quả chỉ có đường. Trong thực tế, yêu cầu là sau khi thực hiện xử lý các thuộc tính của lớp input phải được giữ nguyên. Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào. Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít. - Trang 7 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS 2. Tính toán tần số và mật độ (Frequency/density) Phân tích không gian thường yêu cầu tính toán tần số (đếm) hay mật độ của đối tượng có ở một lớp song lại được tính (hay đếm) ở một vùng nhất định thuộc lớp khác (lớp cơ sở), dữ liệu của lớp ban đầu có thể ở dạng điểm, đường hoặc polygon. Ví dụ: tính số cây xuất hiện ở trong một vùng khoanh định. Để giải quyết vấn đề, phải có 2 lớp: lớp 1 - phân bố cây trong toàn vùng; lớp 2 - ranh giới khu vực cần nghiên cứu. Khi chồng xếp (overlay) 2 lớp sẽ tính được số cây trong vùng cần nghiên cứu theo đơn vị diện tích. Trong trưòng hợp tính cho đường, thường tính theo độ dài của đường mà không tính số lượng đường. Phép tính này hay sử dụng để nghiên cứu địa chất. Sau khi xử lý xong, có thể tiếp tục thực hiện bản đồ phân bố mật độ hoặc sơ đồ hoa hồng để phục vụ nghiên cứu đứt gãy - kiến tạo. Ngoài ra - Trang 8 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS có thể áp dụng cho việc nghiên cứu mật độ đường giao thông, nghiên cứu phân bố dân tộc hặc phân bố các loài động thực vật. Tương tự như vậy, có thể tính toán mật độ cho polygon. Phép tính này có thể áp dụng cho nhiều nội dung nghiên cứu khác nhau: chẳng hạn để nghiên cứu sự tập trung (đồng nhất) hay phân tán của một số loài thực vật trong một khu vực nhất định. - Trang 9 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS 3. Trình bày vấn đề sử dụng bài toán xử lý đối tượng Ứng dụng 1: Huế ứng dụng GIS về hệ thống thu gom chất thải Phó giáo sư-tiến sỹ Lê Văn Thăng, Viện trưởng Viện Tài nguyên, Môi trường và Công nghệ sinh học (Đại học Huế) cùng cộng sự đã thành công trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về hệ thống thu gom chất thải. Sông Hương và chùa Thiên Mụ ở Huế Đây được xem là cơ sở để đánh giá hiện trạng hệ thống thu gom chất thải và cung cấp dữ liệu, quy trình để nâng cao công tác quản lý chất thải bằng công nghệ GIS. Ứng dụng GIS sắp xếp lại hệ thống thu gom chất thải tại tiểu khu quy hoạch Nam Vỹ Dạ, thành phố Huế (Thừa Thiên-Huế), nơi có 71% thùng rác quá tải; 10% chứa ít rác; 53% đặt không hợp lý và hư hỏng 47%, cho thấy, cần thêm 18 thùng rác mới; điều chỉnh 10 vị trí; giữ nguyên 17 thùng; qua đó giải quyết được vấn nạn đổ rác ra bên ngoài thùng rác. Ứng dụng công nghệ GIS sắp xếp lại hệ thống thu gom chất thải cho cả khu vực Nam sông Hương thành phố Huế (Thừa Thiên-Huế) nơi có 239 thùng rác với - Trang 10 - [...]... 234(năm1989) - Trang 16 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Ảnh tổ hợp màu 234 năm 2003  Phân loại có kiểm định: Năm1989 Năm 2003 - Trang 17 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Năm 1989 Năm 2003 1.2.5 - Chồng lớp bản đồ Lớp thực vật năm 1989 và 2003 - Trang 18 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Sự biến động diện tích thực vật trong qua 14 năm 1.2.6 - Nhận xét − Qua ảnh phân loại và histogram ta thấy... Quy trình nghiên cứu Phân loại có kiểm định vùng thực vật Tích hợp với GIS, lập bản đồ thảm thực vật - Trang 14 - Nhận xét sự thay đổi của thảm thực vật KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS 1.2.4 - Xử lý ảnh viễn thám  Cắt ảnh của vùng nghiên cứu Ảnh trước khi cắt ( TM, band5, 1989) Ảnh sau khi chọn vùng nghiên cứu và cắt (TM, band 5, 1989) - Trang 15 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS  Giãn ảnh (STRETCH),... phép nghiên cứu kỹ nhiều lần các đối tượng trên diện rộng; có - Trang 12 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS tính đa thời, khả năng cập nhật thông tin và các tài liệu mới phục vụ cho đánh giá, nhận định nhanh đối tượng nghiên cứu Hệ thông tin địa lý (GIS) : Hệ thống thông tin cung cấp khả năng truy nhập, phục hồi, xử lý, phân tích và đưa ra dữ liệu có liên quan tới dữ liệu không gian nhằm hỗ trợ việc... m2 − Sự biến động trong 14 năm (1989-2003) của diện tích thảm thực vật theo từng thời điểm được xác định rõ ràng hơn về mặt không gian Do sự tăng - Trang 19 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS nhanh của diện tích đất đô thị, đất trống đất rừng dần được thay thế bởi các khu dân cư, đô thị Bản đồ biến động kết hợp những thông tin thu thập được cho thấy phạm vi của các khu đô thị Bảo Lộc chủ yếu phát triển... processing/transformation) tạo ra ảnh và NDVI của các năm 1989, 2003 dựa trên ảnh kênh 3 và 4 Ảnh NDVI năm 1989 Ảnh NDVI năm 2003 Nhận xét: - Trang 21 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS + Những vùng có màu xanh trên ảnh có giá trị NDVI>0 và có thể xem đó là diện tích thực vật + Diện tích nước năm 2003 phân bố rộng hơn so với 1989 Kết luận Ứng dụng viễn thám và GIS là một thế mạnh trong nghiên cứu, quản... công nghệ GIS với các phương pháp khác để giải quyết đầy đủ mối quan hệ giữa hệ thống thu gom và các yếu tố tác động; cho hiệu quả cao khi thành lập bản đồ, đặc biệt khi yêu cầu nhanh chóng, chính xác; khắc phục được nhược điểm của phương pháp lập bản đồ truyền thống thu gom rác - Trang 11 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Ứng dụng 2 Ứng dụng GIS và viễn thám nghiên cứu sự biến đổi diện tích thực...KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS tỷ lệ 6 thùng rác/km2, 666 người/thùng rác, đã khắc phục được bất cập trong thu gom chất thải ở khu vực có thùng rác quá tải, rác đổ ra vỉa hè, lề đường, bờ sông PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ứng dụng GIS dựa trên dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và xây dựng bản đồ hệ thống thu gom chất thải Hệ thống thùng rác được sắp xếp dựa trên kết quả phân tích không gian lớp thùng... http://nature.berkeley.edu/~bingxu/UU/health/Week5/L3_SpatialData2.pdf http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/31441_Hue-ung-dung -GIS- ve-hethong-thu-gom-chat-thai.aspx http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/index.cfm Các luận văn tốt nghiệp ngành đại học và cao học QLĐĐ, KHĐ - Trang 23 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Tài liệu Hướng dẫn sử dụng ARCGIS, Viện Nghiên Cứu Địa Chính Trung Tâm Công Nghệ Cao, dịch và biên soạn: Đặng Thị Mỹ Lan... Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội Nhà Xuất Bản Xây Dựng Hà Nội - Trang 22 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS 5 USGS 2005 Geographic Information System U S Geological Survey 509 National Center, Reston, VA 20192, USA http://erg.usgs.gov/isb/pubs /gis_ poster/ 6 Trung tâm công nghệ thông tin 1996 Tập bài giảng “Một số khái niệm cơ bản về GIS Trường Đại học mỏ và địa chất Hà nội 7 Đặng văn Đức 2001 Hệ thống... nhau, cho thấy khu vực đó độ phủ thực vật thấp  Giá trị NDVI cao thì nơi đó NIR có độ phản xạ cao hơn độ phản xạ của RED cho thấy khu vực đó có độ phủ thực vật tốt - Trang 20 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS  Giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó Vi có độ phản xạ cao hơn độ phản xạ của NIR (near infrared), nơi đấy không có thực vật, là những thể mặt nước hay do mây phủ XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ THỰC VẬT . KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Bài tập nhóm_07 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) Tình huống 04: KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS I. PHÂN TÍCH GIS LÀ GÌ? Tìm kiếm và phân tích dữ liệu. 16 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Ảnh tổ hợp màu 234 năm 2003  Phân loại có kiểm định: Năm1989 Năm 2003 - Trang 17 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS Năm 1989 Năm 2003 1.2.5 - Chồng lớp. phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít. - Trang 7 - KHẢ NĂNG PHÂN TÍCH ĐA LỚP CỦA GIS 2. Tính toán tần số và mật độ (Frequency/density) Phân tích không