MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ VÀ GIS

GIS – Geograpfic Information System hay hệ thống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin và hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG

BÀI TẬP LỚN

Môn: Đánh giá tác động môi trường và rủi ro sinh thái.

Giảng viên hướng dẫn: Ths ĐINH BÁCH KHOA.

Nhóm sinh viên thực hiện: PHẠM THỊ HƯỜNG

ĐOÀN THỊ THÊM NGUYỄN VĂN HIỂU

LÊ HẢI LÂM

HÀ CHÍ TRUNG

Hà nội 20-10-08

MỤC LỤC

I).MỞ ĐẦU

II).MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ VÀ GIS ( PHẠM THỊ HƯỜNG, ĐOÀN THỊ THÊM ).

II.1) GIS là gì?Lịch sử phát triển của GIS.

II.2) Các thành phần của GIS.

II.3) Chức năng của GIS.

II.4) Đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS

II.4.a) Khả năng chồng lấp bản đồ ( map overlaying ).

II.4.b) Khả năng phân loại các thuộc tính ( reclassifation).

II.4.c) Khả năng phân tích ( spatial analysis )

II.4.c.1) Dữ liệu vector.

II.4.c.2) Hệ thống raster.

II.4.c.2.1 ) Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và rester.

II.4.c.2.2) Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector.

i) Thuận lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu raster ii) Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster

iii) Thuận lợi của hệ thống cơ sở vector.

iv) Bất lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu vector.

II.4.c.3) Mô hình thông tin thuộc tính.

III) PHẦN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT GIS.

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ( NGUYỄN VĂN HIỂU, HÀ CHÍ TRUNG ) III.1).Ưu điểm của kỹ thuật GIS.

III.2).Nhược điểm của kỹ thuật GIS.

III.3) Khả năng ứng dụng của kỹ thuật GIS.

1) Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.

2) Nghiên cứu điều kiện kinh tế xã hội.

3) Nghiên cứu các chương trình quy hoạch phát triển.

4) Các ứng dụng của GIS trong hoạt động nông nghiệp và phát triển nông thôn.

IV) ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO CÁC SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG ( LÊ HẢI LÂM )

a) Trong hiện tượng lũ lụt.

b) Hiện tượng trượt đất.

c).Sự cố địa chấn.

d) Ứng dụng của GIS vào đánh giá và quản lý rủi ro vùng biển.

f) Ứng dụng của GIS trong giám sát sự phân bố và định lượng chất gây ô nhiễm nước.

*** Giải thích:

I).MỞ ĐẦU

( ditagis.hcmut.edu.vn )Từ xa xưa, thông tin địa lý đã là nhu cầu cần thiết của mọi ngườitrong mọi hoạt động sinh hoạt hàng ngày tại các vị trí khác nhau Con người muốn được hiểu biết

về các thực thể, các sự kiện, các hiện tượng như thế nào, xảy ra ở đâu, xảy ra khi nào và tại sao lạinhư vậy Ở quy mô rộng lớn hơn, những nhà lãnh đạo một địa phương, một khu vực, một quốc gialuôn cần có thông tin địa lý một cách đầy đủ, chính xác, kịp thời để đưa ra quyết sách một cáchđúng đắn, phù hợp lòng dân, làm cho địa phương, quốc gia ngày càng phát triển Những nhà quân

sự cần có thông tin địa lý để có những phương án chiến lược, chiến thuật bảo vệ lãnh thổ Nhữngnhà đầu tư cần thông tin địa lý để tính toán những khả năng và hiệu quả đầu tư Những nhà kinhdoanh cần có thông tin địa lý để quy hoạch chiến lược thị trường, làm cho hàng hóa được tiêu thụnhanh chóng…

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và trước xu thế toàn cầu hóa, hệ thốngthông tin địa lý ( GIS ) cung cấp kịp thời những thông tin cần thiết theo từng khu vực địa lý để mỗiquốc gia xây dựng những chiến lược phát triển bền vững và có những quyết sách độc lập trong xuthế chung của toàn thế giới

( my.opera.com )GIS – Geograpfic Information System hay hệ thống thông tin địa lý đượchình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin và hệ thống ( wikipedia.org ) Kỹ thuật này đã bắt đầuđược áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển hơn một thập niên qua, đây là một dạng ứng dụng củacông nghệ tin học ( Information technology ) nhằm mô tả thế giới thực ( Real world ) mà loàingười đang sống - tìm hiểu - khai thác

( my.opera.com )Chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS đó là tìm kiếm và phântích dữ liệu không gian Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra các đối tượng đồ họatheo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS

( nea.gov.vn )Hiện nay, sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả nănghơn, mạnh hơn và các ứng dụng của GIS cũng trở lên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khảnăng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tùy ý

II).MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ VÀ GIS.

( PHẠM THỊ HƯỜNG, ĐOÀN THỊ THÊM )

II.1) GIS là gì?Lịch sử phát triển của GIS.

*).Phân tích các sự kiện

*) Dự đoán tác động

*) Hoạch định chiến lược

Lịch sử phát triển của GIS.

Lịch sử phát triển của GIS gắn với ngành khoa học bản đồ

- Bản đồ được thành lập năm 1570 tại vùng biển BẮC ÂU

GIS bắt đầu được xây dựng trong những cơ quan địa chính ở Canada từ những năm 60 củathế kỷ 20 và suốt thời gian 2 thập niên 60- 70 GIS cũng chỉ được một vài cơ quan trong chínhquyền khu vực BẮC MỸ quan tâm nghiên cứu

Tới thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những tính năng cao, giá lại rẻđồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu cùng với những kết quả củacác thuật toán nhận dạng sử lý ảnh và cơ sở dữ liệu đã tạo điều kiện cho GIS ngày càng phát triển

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ viễn thám đã đưa GIS lên một tầm cao mới.Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của GIS trong quản lý, xử lý các vấn đề vềkinh tế, xã hội và môi trường…Vì vậy phần mềm GIS hiện nay được bán rất nhanh mặc dù người

sử dụng đang gặp một vài trở ngại do các hệ không tương thích nhau vì chưa có tiêu chuẩn thốngnhất Hiện nay, các chương trình giảng dậy GIS ngày càng phổ biến và chuyển hóa

II.2) Các thành phần của GIS.

( NEA.GOV.VN ) GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu,

con người và phương pháp

Phần cứng: là hệ thống máy tính,thiết bị nhập xuất và lưu trữ dữ liệu trên đó một hệ GIS hoạt

động Tùy mục tiêu và quy mô tổ chức thông tin địa lý mà nhà quản lý sẽ xác định quy mô và cấuhình của phần cứng thích hợp Hiện nay, phần mềm GIS có thể chạy trên rất nhiều dạng phần cứng,

từ máy chủ trung tâm tới các máy chạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng

Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, phân

tích và thể hiện thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

- Công cụ nhập và thao tác trên thông tin địa lý

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ( DBMS )

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

Giao diện đồ họa người – máy ( GUI ) để truy cập các công cụ dễ dàng

Phương pháp: một hệ GIS thành công theo khía cạnh kinh tế và luật thương mại là được

mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức

Con người: Con người là yếu tố quyết định sự thành công trong tiến trình kiến tạo hệ thống

và tính hữu hiệu của hệ thống trong quá trình khai thác vận hành.Trong hệ thống thông tin địalý,người sử dụng GIS có thể là các chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặcnhững người dùng GIS để giải quyết những vấn đề trong công việc Những chuyên viên công nghệthông tin địa lý hỗ trợ các vấn đề về công nghệ của hệ thống, đảm bảo hệ thống hoạt động tốt về kỹthuật và cập nhật công nghệ theo quy chế Người duy trì hệ thống là người quản lý, chịu tráchnhiệm toàn bộ hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động đúng quy chế, an toàn về kỹ thuật và côngnghệ

II.3) Chức năng của GIS.

- Quản lý dữ liệu – Thành lập bản đồ chuyên đề

- Tra cứu tìm kiếm - Biên tập bản đồ

- Phân tích dữ liệu – In ấn bản đồ

II.4) Đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS ( vocw.edu.vn ).

II.4.a) Khả năng chồng lấp bản đồ ( map overlaying ).

Sự thê hiện quang cảnh của sự vật dưới các lớp bản đồ khác nhau.

Việc chồng lấp bản đồ là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệuthuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn vớibản đồ trước đây Dựa vào kỹ thuật chồng lấp bản đồ mà ta có các phương pháp sau:

- Phương pháp cộng ( sum ) - Phương pháp tính trung bình ( average )

- Phương pháp nhân ( multiply ) - Phương pháp hàm số mũ ( exponent )

- Phương pháp trừ ( substract ) - Phương pháp che ( cover )

- Phương pháp chia ( divide ) - Phương pháp tổ hợp ( crosstabulation )

II.4.b) Khả năng phân loại các thuộc tính ( reclassifation ).

Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc phân tích các sốliệu thuộc về không gian là khả năng của nó để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ Mụcđích của nó là chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về cấp nhóm nào đó Một lớp bản đồ tạo ra manggiá trị mới, mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ ban đầu

Việc phân loại bản đồ rất quan trọng vì nó cho ta các mẩu khác nhau Đó có thể là vùngthích nghi với phát triển độ thị hoặc nông nghiệp mà hầu hết được chuyển sang phát triển dân cư.Phân loại bản đồ có thể được thực hiện trên một hay nhiều bản đồ

Một ví dụ về việc phân loại bản đồ.

II.4.c) Khả năng phân tích ( spatial analysis ).

Các phép toán logic không có tính chất giao hoán chỉ có mức độ ưu tiên cao hơn Nó không

áp dụng cho các thuộc tính mà các đặc tính không gian

+ Vùng đệm ( buffer zone ).

Nếu đường biên bên trong thì gọi là lọi, còn bên ngoài đường biên gọi là đệm ( buffer ) Vùng đệm sử dụng nhiều tao tác phân tích và mô hình hóa không gian

+ Nội suy ( spatial interpolation ).

Trong tình huống thông tin cho ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì nội suy hay ngoại suyphải thực hiện để có nhiều thông tin hơn Nghĩa là phải giải đoán giá trị hay tập giá trị mới, phầnnày mô tả nội suy hướng điểm, có nghĩa một hay nhiều điểm trong không gian được sử dụng đểphát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi không đo dữ liệu được trưc tiếp

+ tính diện tích ( Area calculation ).

*) Phương pháp thủ công: đếm ô, cân trọng lượng, đo thước tỷ lệ.

*) Phương pháp GIS:

II.4.c.1) Dữ liệu vector.

+ Kiểu đối tượng điểm ( points )

Điểm được xác định bởi cặp giá trị điểm: các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ

sở địa lý sẽ được phản ảnh là đối tượng điểm Các đối tượng điểm có đặc điểm:

- Là tọa độ đơn ( x, y ).

- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích.

Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, các đối tượng biểu diễn dạng vùng Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệnhỏ, đối tượng này có thể được thể hiện dưới dạng là một điểm Vì vậy, các đối tượng vùng và điểm

có thể dùng để phản ánh lẫn nhau

+ Kiểu đối tượng đường ( Arcs ).

Đường được xác định như là tập hợp dãy của các điểm Mô tả các đối tượng đĩa lý dạngtuyến có các đặc điểm sau:

- Là một dãy các cặp tọa độ

- Một arc bắt đầu và lết thúc bởi nude

- Các arc nối với nhau và cắt nhau tại nude

- Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vecties

- Đọ dài chính xác bằng các cặp tọa độ

Số liệu vector được biểu thị dưới dạng arc.

+ Kiểu đối tượng vùng ( poligons )

Vùng được xác định vởi danh giới của các đường thẳng Các đối tượng địa lý có diện tích vàđóng kín bởi một đường gọi là đối tượng vùng ( poligons ), có các đặc điểm sau:

- Poligons được mô tả bằng tập hợp các đường (arc) và điểm nhãn ( label points )

- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng

- Một label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mội một vùng

Số liệu vector được biểu diễn dưới dạng vùng ( poligons ).

Một số khái niệm trong cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ.

II.4.c.2) Hệ thống raster.

Mô hình dữ liệu raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuônghay điểm ảnh Mô hình raster có các đặc điểm:

- Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải, từ trên xuống dưới

- Mỗi một điểm ảnh ( picxel ) chứa một giá trị

- Một tập hợp các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer )

- Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bàitoán về môi trường và quản lý tài nguyên

Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh đối tượng vùng là ứng dụng cho những bàitoán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại, chồng xếp.

Các nguồn dữ liệu xây dựng lên dữ liệu raster bao gồm:

- Quét ảnh

- ảnh máy bay, ảnh viễn thám

- Chuyển từ dữ liệu vector sang

- Lưu trữ dữ liệu dạng raster

- Nén theo hàng

- Nén theo chia nhỏ thành từng phần ( quadtree )

- Nén theo ngữ cảnh ( Fractal )Trong một hệ thống dữ liệu cơ bản, raster được lưu trữ trong các ô ( thành hình vuông )được sắp xếp trong một mảng hoặc dãy hàng và cột Nếu có thể, các hàng và cột nên được căn cứvào hệ thống lưới bản đồ thích hợp

Việc sử dụng cấu trúc dữ liệu raster tất nhiên đưa đến một số chi tiết bí mật Với lý do này

hệ thống vester- based không dược sử dụng trong các trường hợp nơi có các chi tiết có chất lượngcao đòi hỏi

Sự biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng raster.

II.4.c.2.1 ) Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và rester.

Chọn cấu trúc dữ liệu dạng vector hoặc dạng rester phụ thuộc vào yêu cầu của người sửdụng:

- Đối với hệ thống vector, dữ liệu lưu trữ nhỏ hơn rất nhiều dữ liệu lưu trữ rester, các đườngcontour sẽ chính xác hơn hệ thống rester

-Tùy vào phần mềm máy tính mà lưu trữ dữ liệu dạng vector hay dạng rester

- Đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì bắt buộc phải lưu trữ dữ liệu dạng rester.Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy

nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, hay còn gọi là raster hoá.Biến đổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector hoá, đặc biệt cần thiết khi tự động quétảnh

Rester hóa là quá trình chia đường hay vùng thành các ô vuông ( picxel ) Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixcel để tạo thành đường hay vùng Nết dữ liệu rasterkhông có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối tượng sẽ rất phức tạp

Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong không gian raster trùngkhớp với vị trí của điểm, đường, đường cong hay đa giác trong biểu diễn vector Tổng quát, tiếntrình biến đổi là tiến trình xấp xỉ vì với vùng không gian cho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khảnăng địa chỉ hoá các vị trí toạ độ nguyên Trong mô hình vector, độ chính xác của điểm cuối vectorđược giới hạn bởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi

Sự chuyển đổi dữ liệu dạng vector và dạng restor.

II.4.c.2.2) Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector.

i) Thuận lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu raster

* Vị trí địa lý của mỗi ô được xác định bởi vị trí của nó trong ô biểu tượng, hình ảnh cóthể được lưu trữ trong một mảng tương xứng trong máy vi tính cung cấp đủ dữ liệu bất kỳ lúc nào

Vì vậy mỗi ô có thể nhanh chóng và dễ dàng được định địa chỉ trong máy theo vị trí địa lý của nó

* Những vị trí kế cận được hiện diện bởi các ô kế cận, vì vậy mối liên hệ giữa các ô cóthể được phân tích một cách thuận tiện

* Quá trình tính toán đơn giản hơn và dễ dàng hơn cơ sở hệ thống dữ liệu vector

* Đơn vị bản đồ ranh giới thửa được trình bày một cách tự nhiên bởi giá trị ô khác nhau,khi giá trị thay đổi, việc chỉ định ranh giới thay đổi

ii) Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster

* Khả năng lưu trữ đòi hỏi lớn hơn nhiều so với hệ thống cơ sở dữ liệu vector

* Kích thước ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện ở phương pháp đại diện.Điều này đặc biệt khó dễ cân xứng với sự hiện diện đặc tính thuộc về đường thẳng

Thường hầu như hình ảnh gần thì nối tiếp nhau, điều này có nghĩa là nó phải tiến hành mộtbản đồ hoàn chỉnh chính xác để thay đổi 1 ô đơn Quá trình tiến hành của dữ liệu về kết hợp thìchoáng nhiều chỗ hơn với 1 hệ thống cơ sở vector

Dữ liệu được đưa vào hầu như được số hoá trong hình thức vector, vì thế nó phải chính xác

1 vector đến sự thay đổi hoạt động raster để đổi dữ liệu hệ số hoá vào trong hình thức lưu trữ thíchhợp

Điều này thì khó hơn việc xây dựng vào trong bản đồ từ dữ liệu raster

iii) Thuận lợi của hệ thống cơ sở vector.

* Việc lưu trữ được đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster