Nghiên cứu phương pháp tích hợp kỹ thuật phân tích không gian và phân tích thứ bậc mờ trong GIS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍCH HỢP KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN VÀ PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ TRONG GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍCH HỢP KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN VÀ PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ TRONG GIS Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Đức THÁI NGUYÊN - 2021 i LỜI CAM ĐOAN T i xin m o n lu n v n l nh n t i, kết hiểu, nghi n u ng tr nh nghi n lu n v n ho n to n l kết i s hư ng n u t ri ng ản th n t i t m gi o vi n hư ng n PGS.TS Đặng Văn Đức T i ho n to n hịu tr h nhiệm tính ph p lý qu tr nh nghi n kho họ lu n v n n y Thái Nguyên, ngày tháng năm 2021 HỌC VIÊN Vũ Trung Kiên u ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS TS Đặng Văn Đức người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, thầy cô Viện Công nghệ thông tin truyền đạt kiến thức giúp đỡ em suốt trình học ọc viên xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo, Ban giám hiệu trường TH, THCS THPT Lê Thánh Tông tạo điều kiện thuận l i cho học viên tham gia khóa học q trình hồn thành luận văn Và học viên xin gửi lời cảm ơn tới đ ng nghiệp, gia đình bạn b người ủng h , đ ng viên tạo điều kiện giúp đỡ đ học viên có đư c kết ngày hôm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn ề Đối tượng v phạm vi nghi n u 2.1 Đối tư ng: 2.2 Phạm vi: 3 Hư ng nghi n u ề t i Những nội ung nghi n u hính Phương ph p nghi n u Ý nghĩ kho họ ề t i CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỢ GIÚP QUYẾT ĐỊNH TRÊN CƠ SỞ GIS VÀ LOGIC MỜ 1.1 Kh i qu t GIS 1.1.1 Định nghĩa GIS 1.1.2 Lịch sử phát tri n GIS 1.2 Kiến trú GIS 1.2.1 Phần cứng: 1.2.2 Phần mềm 1.2.3 Cơ sở tri thức chuyên gia: 1.2.4 Cơ sở liệu: 1.3 C h n ng GIS 1.3.1 Thu thập liệu 10 1.3.2 Xử lý liệu thô 11 1.3.3 Lưu trữ truy vấn liệu 11 1.3.4 Tìm kiếm phân tích khơng gian 11 1.4 Các phép phân tích khơng gian GIS 16 1.4.1 Ch ng lớp đ (Overlay) .16 1.4.2 Phân tích địa hình 18 1.4.3 Truy vấn, phân loại, đo đạc 18 1.4.4 Phân tích lân cận .18 1.4.5 N i suy 19 1.5 Kh i qu t logi mờ 19 1.5.1 Khái niệm tập rõ tập mờ 20 1.5.2 Hàm thu c 21 1.5.3 M t số đặc trưng tập mờ 23 1.5.4 Các phép toán tập mờ 24 1.5.5 Biến ngôn ngữ (Liguistic Variable) 25 1.6 Ứng ụng logi mờ GIS 26 CHƯƠNG II: TÍCH HỢP FAHP VÀ PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN 27 2.1 Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp (AHP) 27 2.1.1 Giới thiệu thuật toán A P 27 2.1.2 Phân rã m t tình phi cấu trúc thành phần nhỏ 27 2.1.3 Xây dựng phân cấp A P 27 2.1.4 Xây dựng ma trận đánh giá so sánh tiêu 29 2.1.5 Tính tốn trọng số 30 2.1.6 Tỷ lệ quán A P 32 2.1.7 Tổng h p kết 34 2.2 Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp mờ (FAHP) 34 2.2.1 Số mờ tam giác giá trị mờ biến ngôn ngữ so sánh cặp 35 2.2.2 Tích h p A P lý thuyết tập mờ 37 2.2.3 Kỹ thuật phân tích mờ khoảng r ng 38 2.3 Tí h hợp FAHP v phép to n xếp hồng (m p overl y) 39 2.3.1 Khái quát xếp ch ng đ 39 2.3.2 Các phương pháp xếp ch ng đ .41 2.4 M t số phép toán Overlay 43 2.4.1 Phép h p (Union) 43 2.4.2 Phép giao (Intersect) 43 2.4.3 Phép đ ng (Indentity) 44 2.5 M t số thuật toán xếp ch ng đ 44 2.5.1 Thuật toán giao hai đoạn thẳng (Bentley – Ottmann) 44 2.5.2 Thuật toán giao hai đa giác .48 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM 54 3.1 X ịnh i to n 54 3.2 Thu th p ữ liệu thuộ tính v ữ liệu kh ng gi n vùng nghi n u 55 3.2.1 Vị trí địa lý: 55 3.2.2 Địa hình: 55 3.2.3 Các đơn vị hành chính: Gồm phường v 15 xã 56 3.2.4 Diện tích đất: 56 3.2.5 Dân số: 58 3.2.6 Khí hậu: 58 3.2.7 Thủy văn 59 3.2.8 Điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn 60 3.2.9 Các ngu n tài nguyên 63 3.2.10 Tài nguyên du lịch văn hóa 66 3.2.11 Cơ sở hạ tầng 68 3.2.11 Dữ liệu yêu cầu kỹ thuật cam 68 3.2.12 iện trạng tình hình quy hoạch đất tr ng cam địa bàn Đông Triều 70 3.3 Môi trường v ng ụ sử ụng ể x y ng hương trình 71 3.3.1 Xác định tiêu chí đ đánh giá vùng đất thích h p 71 3.3.2 Các cơng cụ sử dụng chương trình thực nghiệm 75 3.3.3 Xây dựng chương trình thực nghiệm 75 3.3.4 Các chức chương trình 75 3.3.5 Kết phân tích tiêu 76 3.4 X ịnh khu v tiềm n ng 78 3.5 Đ nh gi kết thu ượ 79 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT GIS (Geogr phi Inform tion System): Hệ thống th ng tin ị lý MCA ( Multi – Criteria Analysis): Kỹ thu t ph n tí h hỉ ti u MCE ( Multi Criteri Ev lu tion): Kỹ thu t hỉ ti u nh gi AHP ( Analytic Hierar hy Pro es): Thu t to n ph n tí h ph n ấp FAHP (Fuzzy Analytic Hierarchy Proces): Qu tr nh ph n tí h ph n ấp mờ CSDL: Cơ sở ữ liệu DBMS: Hệ quản trị sở ữ liệu + Mỏ Tr ng An trữ lượng mỏ ấp C2 l 15,93 triệu m + Mỏ B nh Kh trữ lượng mỏ ấp C2 l 12,46 triệu m 3 + Mỏ Kim Sen trữ lượng mỏ ấp B+ C1+ C2 l 6,885 triệu m + Mỏ Tr ng Bạ h trữ lượng mỏ ấp C2 l 9,187 triệu m - C t uội sỏi x y ng: ó iểm quặng Mạo Kh , ầu Cầm 3.2.10 Tài nguyên du lịch văn hóa Thị xã Đ ng Triều l vùng ất ó ề y lị h sử v truyền thống h mạng, vùng ất ị linh nh n kiệt, ất v người Đ ng Triều òn g n giữ nhiều i sản v n hó , v i 121 iểm i tí h trải rộng tr n 21 xã, phường, ó ó 22 i tí h ã ượ xếp hạng ấp gồm: 01 khu i tí h lị h sử nh Trần Đ ng Triều ượ xếp hạng Quố gi ặ iệt v i 14 iểm i tí h; 04 i tí h xếp hạng Quố gi ; 17 i tí h xếp hạng ấp Tỉnh Tại i tí h òn lưu giữ ượ h ng tr m i v t, ổ v t ó gi trị lị h sử, v n hó , kho họ n g n giữ Đó l vốn i sản v gi m ượ ộng ồng nh n ất v người Đ ng Triều qu nhiều hệ ã ảo lưu, giữ g n Hình 3.3 - Sơ đ phân bố m di tích địa bàn thị xã Đơng Triều (Ngu n: Đề án quy hoạch chung Thị xã Đông Triều đến năm 2030 tầm nhìn 2050) TT Tên Di tích Địa điểm Di tích Khu i tí h lị h sử Nh trần Đ ng Triều Cụm i tí h lị h sử v thắng ảnh Y nĐ Đị iểm lị h sử Trung t m hiến khu Đ ng Triều ( hù Bắ Mã) Chù Mỹ Cụ Đị iểm nh hù Hổ L o nơi th nh l p ệ t hiến khu Đ ng Triều Loại Di tích Năm xếp hạng Thị xã Đ ng Triều Lị h sử 2013 Xã Y n Đ Lị h sử thắng ảnh 1993 Lị h sử 1994 Nghệ thu t 2000 Lị h sử 2001 Th n Bắ Mã, Xã B nh Dương Th n Mỹ Cụ 1, Phường Hưng Đạo Th n Hổ L o, Xã T n Việt Bảng 3.5 - Danh mục di tích xếp hạng cấp Quốc Gia địa bàn thị xã Đông Triều năm 2014 (Ngu n: Quyết định số 789/QĐ-UBND ngày 26/3/2015 tỉnh Quảng Ninh) 3.2.11 Cơ sở hạ tầng Thị xã Đ ng Triều nằm vị trí ngõ phí T y iều kiện thu n lợi việ h o ón Thời gi n vừ qu , ượ s qu n t m nh tỉnh Quảng Ninh, ó ầu tư v o tỉnh Quảng Ninh Trung ương, UBND tỉnh Quảng Ninh, thị xã Đ ng Triều ã ượ qu n t m ầu tư, ho n thiện hệ thống hạ tầng kỹ thu t, như: Đầu tư n ng ấp, mở rộng tuyến ường Quố lộ 18, n ng ấp, mở rộng tuyến ường tỉnh lộ (tỉnh lộ 345: ng ượ nghi n u ầu tư); nghi n ng ượ ầu tư; tỉnh lộ 332, 333 u ầu tư x y ng số tuyến ường m i phụ vụ mụ ti u ph t triển kinh tế xã hội (tuyến ường trung t m thị xã, tuyến ường nối từ Quố lộ 18 qu xã Th y An, Nguyễn Huệ nối s ng tỉnh Hải Dương ằng ầu Đ ng M i ắ qu s ng V ng), tiếp tụ tuyến ường li n xã, phường ầu tư ho n thiện thị xã (tuyến Tr ng An - B nh Kh , tuyến Xu n Sơn - B nh Kh v o nh m y nhiệt iện) Ngo i hệ thống ường gi o th ng, thị xã Đ ng Triều òn ượ qu n t m ầu tư hệ thống lư i iện trung hạ (như n hống qu tải, n n ng ấp ường y trung 22kV) ảm ảo ấp iện li n tụ ho ph t triển kinh tế xã hội; mở rộng mạng lư i ấp nư m i trạm xử lý nư nư tr n ị n (trạm xử lý nư Khe Chè, sạ h, ầu tư trạm xử lý xã Nguyễn Huệ, Th y An, Ho ng Quế, Hồng Th i T y) 3.2.11 Dữ liệu yêu cầu kỹ thuật cam Về ữ liệu y u ầu kỹ thu t liệu th m khảo [8], y y m ó số th nh phần ất, nư , ộ ố m ượ họ vi n th m khảo t i y u ầu ụ thể khí h u, nhiệt ộ, ất ụ thể s u: 3.2.11.1 Nhiệt đ yêu cầu tr ng cam C m ó thể trồng vùng ó nhiệt ộ từ 12 - 39 ộ C, ó nhiệt ộ thí h hợp l từ 23 - 29 ộ C Nhiệt ộ thấp 12,50C v o 400C y ngừng sinh trưởng Nh n nhiệt ộ l yếu tố qu n trọng, ảnh hưởng t i to n ộ hoạt ộng sống y ũng n ng suất, hất lượng Nhiệt ộ tốt ho sinh trưởng ợt lộ mù xu n l từ 12 - 20oC, mù hè từ 25 - 30oC, òn ho hoạt ộng ộ rễ từ 17 - 30oC Nhiệt ộ t ng phạm vi từ 17 - 30oC th s hút nư v ưỡng t ng v ngượ lại, o li n qu n ến ố nư v h hấp hất inh l … 3.2.11.2 Ánh sáng C m kh ng nh s ng mạnh, 15.000 Lux, ng v i 0,6 nh s ng t n xạ ó ường ộ 10.000 - l/ m2 v tương ng v i nh s ng lú v 16 - 17 ng y qu ng m y mù hè Sở ĩ v y l s ng ảnh hưởng tr giảm s mặt l tiếp ến s ồng ho CO2 v ho ồng ho CO2 thí h ũng l m giảm s o ường ộ nh ồng ho CO2, ường ộ nh s ng mạnh l m xạ t ng tr n mặt l Nhiệt ộ tối thí h tr n ề o ộng từ 28 - 30oC Nhiệt ộ thấp m ồng ho CO2 Kinh nghiệm muốn ó nh s ng t n xạ ần ố trí m t ộ v thường xuy n tỉ tối úng kỹ thu t y ầy hợp lý 3.12.11.3 Nước C m l loại y ẩm kh ng hịu ượ úng v rễ m quýt thuộ loại rễ nấm (hút inh ưỡng qu hệ nấm ộng sinh), o ó ng p nư ất ị thiếu xy rễ hoạt ộng kém, ng p l u ị thối hết l m rụng l , non Điều n y giải thí h s o trồng ó tuổi thọ kh ng C m quýt tr n ất ằng y o ằng trồng tr n ất ố thời kỳ ần nư ml thời kỳ: B t mầm, ph n ho mầm hoa, hoa ph t triển Lượng nư ần h ng n m ối v i h m quýt từ 9.000 - 12.000 m3, tương ương v i lượng mư 900 - 1.200 mm/n m V i m, lượng nư ần khoảng 10.000- 15.000 m3/h /n m 3.12.11.4 Gió Hoạt ộng vùng trồng gió l tượng ng lưu ý việ ố trí m quýt Gió vừ phải ó ảnh hưởng tốt t i việ lưu th ng kh ng khí, iều ho ộ ẩm, giảm hại s u ệnh, gió l n ảnh hưởng ến khả n ng ồng ho gió ão l m yg y y sinh trưởng tốt Tuy nhi n tố y ặ ộ iệt vùng h y ị nh rụng ảnh hưởng t i sinh trưởng v n ng suất 3.12.11.5 Đất C m ó thể trồng ượ tr n nhiều loại ất, nhi n trồng tr n ất xấu việ ầu tư o v Đất tốt ối v i hiệu kinh tế thấp trồng tr n ất tốt m thể mặt h yếu s u: Đất phải gi u mùn (h m lượng từ - 2,5% trở l n) h m lượng Mg phải ạt m ộ từ trung hất inh ưỡng NPK, C , nh trở l n (N: 0,1 - 0,15%, P2O5 ễ ti u từ 57mg/100 K2O ễ ti u từ – 10 mg/100 C , Mg từ - mg/100) 3.12.11.6 Đ chua (P ) Độ pH thí h hợp l 5,5 - 6,5 3.12.11.7 Tầng dầy Trên m 3.12.11.8 Thành phần giới C t ph hoặ tho t nư (tố ất thịt nhẹ ( t th ộ thấm 3.12.11.9 Đ dốc nư ến ất thịt nhẹ 65- 70 %) từ 10 - 30 m/giờ) Từ - ộ 3.2.12 Hiện trạng tình hình quy hoạch đất trồng cam địa bàn Đông Triều Hiện nay, Thị xã Đ ng Triều ó 85h iện tích trồng m, ó diện tích cho thu hoạch gần 60h C m ược trồng t p trung nhiều phương: Việt Dân, Th y An, An Sinh… Diện tích trồng cam ch trồng theo hộ gi thừa c gi nh C hộ gi ịa yếu ược nh thường t n dụng diện tí h nh ể phát triển cam ảnh hưởng nhiều ến m i trường sống o lượng thuốc bảo vệ th c v t phát tán m i trường kh ng khí, m i trường ất v m i trường nư c V i yêu cầu muốn mở rộng phát triển cam việ t ng th m iện tích trồng cam cần thiết, diện tích mở rộng cần phải ược quy hoạch cách cẩn th n cho nâng cao hiệu kinh tế c m ồng thời giảm thiểu tối t y ộng ảnh hưởng ến m i trường, xã hội 3.3 Môi trường công cụ sử dụng để xây dựng chương trình 3.3.1 Xác định tiêu chí để đánh giá vùng đất thích hợp Nhóm tiêu Tên tiêu Giới hạn Khơng trồng cam khu v c gần Khoảng cách M i trường (giảm t ến khu n trường) Khoảng cách ến nguồn nư c sinh hoạt Đặ thu t c Thành phần ất ể tránh s ảnh hưởng c a thuốc bảo vệ th c v t ến Nguồn nư c sinh hoạt c a thị trấn ược lấy từ hồ Đạ Tr v Đ p Cạn Thượng, xã nguồn nư c sinh hoạt ược lấy từ giếng khoan - H m lượng chất inh ưỡng phải ạt từ m c trung bình trở lên ất trồng cam) ng ú - Gi u mùn ( h m lượng – 2,5 % trở lên) iểm ất (các yêu cầu kỹ n sinh sống m i trường sống ộng có hại ến mơi khu Độ chua - PH thích hợp 5,5 – 6,5 Tầng dày - Trên 1m Nhóm tiêu Tên tiêu Giới hạn Thành phần gi i cát pha hoặ Thành phần nhẹ ( t th gi i ất %) tho t nư c (tố ất thịt ến ất thịt nhẹ chiếm 65- 70 ộ thấm c nư c từ 10 - 30 cm/giờ) Cam loại ẩm không hịu ượ úng rễ cam quýt thuộ loại rễ nấm trồng cam quýt ất ằng Độ dốc có tuổi thọ khơng cao ằng trồng 0 ất ố Độ ố thích hợp - 8 Khoảng cách ến nguồn nư c tư i V l lo i y nư c nên cam cần phải ượ tư i thường xuyên việc gần nguồn nư tư i t nhi n o, hồ, sông suối giúp giảm thiểu chi phí Kinh tế Khoảng cách Việc khu v c trồng cam gần trục (Giảm thiểu chi ến ường giao ường giao thông giúp thu n lợi cho phí sản xuất) thơng việc thu mua, v n chuyển Đất ng sử dụng vào mụ í h n o, việc 10 Hiện trạng sử quy hoạch trồng cam ảnh hưởng dụng ất n o ến lợi ích kinh tế, mụ c í h sử dụng vùng ất Bảng 3.6 - Các tiêu lựa chọn địa m thích h p tr ng cam Thị xã Đơng Triều Từ ó, ịnh hư ng x y ng l p ữ liệu ản huy n ề v i hỉ ti u ụ thể sau: - Đất ó ộ ố vừ phải (