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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG 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 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƢƠNG 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 hƣớng 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 ng tr nh nghi n lu n v n ho n to n l kết u ƣ i s hƣ ng n t u ri ng ản th n t i t m gi o vi n hƣ 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 iii 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 tƣợng v phạm vi nghi n u 2.1 Đối tư ng: 2.2 Phạm vi: 3 Hƣ ng nghi n u ề t i Những nội ung nghi n u hính Phƣơng ph p nghi n u Ý nghĩ kho họ ề t i CHƢƠNG 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 iv 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 CHƢƠNG II: TÍCH HỢP FAHP VÀ PHÂN TÍCH KHÔNG 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 v 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 CHƢƠNG 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 phƣờng 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 trƣờng v ng ụ sử ụng ể x y ng hƣơng 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 vi 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 ƣợ 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 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 – So sánh mơ hình liệu Vector Raster 16 Bảng 1.2 - Các tính chất phép tốn t p hợp 25 Bảng 1.3 - Các phép tốn v i biến ngơn ngữ 26 Bảng 2.1 - Th ng iểm so sánh tiêu 29 Bảng 2.2 - Chỉ số ng u nhiên RI 33 Hình 2.3 - Số mờ tam giác 35 Bảng 2.3 - Biến ngôn ngữ giá trị mờ c a biến ngôn ngữ so sánh cặp 36 Bảng 3.1 - Bảng tổng hợp sử dụng ất theo gi i oạn 58 Bảng 3.2 - Hiện trạng tiềm n ng kh i th hồ ch nƣ c 62 nh gi hất lƣợng nguồn nƣ c ngầm 62 Bảng 3.4 - Bảng thống k ất lâm nghiệp thị xã Đ ng triều 63 Bảng 3.3 - Bảng Bảng 3.6 - Các tiêu l a chọn ị iểm thích hợp trồng cam Thị xã Đ ng Triều 72 66 + Mỏ Tr ng An trữ lƣợng mỏ ấp C2 l 15,93 triệu m3 + Mỏ B nh Kh trữ lƣợng mỏ ấp C2 l 12,46 triệu m3 + Mỏ Kim Sen trữ lƣợng mỏ ấp B+ C1+ C2 l 6,885 triệu m3 + Mỏ Tr ng Bạ h trữ lƣợng mỏ ấp C2 l 9,187 triệu m3 - C t uội sỏi x y ng: ó iểm quặng nhƣ 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 ngƣời 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, phƣờng, ó ó 22 i tí h ã ƣợ xếp hạng ấp gồm: 01 khu i tí h lị h sử nh Trần Đ ng Triều ƣợ 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 ịn lƣu giữ ƣợ 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 ƣợ ộng ồng nh n ất v ngƣời Đ ng Triều qu nhiều hệ ã ảo lƣu, 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) 67 TT Địa điểm Di tích Tên 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 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 Đị iểm lị h sử Trung t m hiến khu Đ ng Triều ( hù Bắ Mã) Th n Bắ Mã, Xã B nh Dƣơng Lị h sử 1994 Chù Mỹ Cụ Th n Mỹ Cụ 1, Phƣờng Hƣng Đạo Nghệ thu t 2000 Đị iểm nh hù Hổ L o nơi th nh l p ệ t hiến khu Đ ng Triều Th n Hổ L o, Xã T n Việt Lị h sử 2001 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 , ƣợ s qu n t m nh tỉnh Quảng Ninh, ó ầu tƣ v o tỉnh Quảng Ninh Trung ƣơng, UBND tỉnh Quảng Ninh, thị xã Đ ng Triều ã ƣợ qu n t m ầu tƣ, ho n thiện hệ thống hạ tầng kỹ thu t, nhƣ: Đầu tƣ n ng ấp, mở rộng tuyến ƣờng Quố lộ 18, n ng ấp, mở rộng tuyến ƣờng tỉnh lộ (tỉnh lộ 345: ng ƣợ nghi n u ầu tƣ); nghi n ng ƣợ ầu tƣ; tỉnh lộ 332, 333 u ầu tƣ x y ng số tuyến ƣờng m i phụ vụ mụ ti u ph t triển kinh tế xã hội (tuyến ƣờng trung t m thị xã, tuyến ƣờng nối từ Quố lộ 18 qu xã Th y An, Nguyễn Huệ nối s ng tỉnh Hải Dƣơng ằng ầu Đ ng M i ắ qu s ng V ng), tiếp tụ tuyến ƣờng li n xã, phƣờng ầu tƣ 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 ƣờng gi o th ng, thị xã Đ ng Triều òn ƣợ qu n t m ầu tƣ hệ thống lƣ i iện trung hạ (nhƣ 68 n hống qu tải, n n ng ấp ƣờng y trung 22kV) ảm ảo ấp iện li n tụ ho ph t triển kinh tế xã hội; mở rộng mạng lƣ i ấp nƣ m i trạm xử lý nƣ nƣ tr n ị n (trạm xử lý nƣ sạ h, ầu tƣ Khe Chè, 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, nƣ , ộ ố m ƣợ họ vi n th m khảo t i y u ầu ụ thể khí h u, nhiệt ộ, ất ụ thể nhƣ 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 trƣởng Nh n nhiệt ộ l yếu tố qu n trọng, ảnh hƣởng t i to n ộ hoạt ộng sống y ũng nhƣ n ng suất, hất lƣợng Nhiệt ộ tốt ho sinh trƣởng 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 nƣ ƣỡng t ng v ngƣợ lại, o li n qu n ến ố nƣ v hất inh v h hấp l … 3.2.11.2 Ánh sáng C m kh ng ƣ nh s ng mạnh, ƣ 15.000 Lux, ng v i 0,6 nh s ng t n xạ ó ƣờng ộ 10.000 - l/ m2 v tƣơng ng v i nh s ng lú v 16 - 17 ng y qu ng m y mù hè Sở ĩ nhƣ v y l s ng ảnh hƣởng tr giảm s mặt l tiếp ến s ồng ho CO2 v ho ồng ho CO2 thí h ũng l m giảm s o ƣờng ộ nh ồng ho CO2, ƣờng 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 thƣờng xuy n tỉ tối úng kỹ thu t y ầy hợp lý 69 3.12.11.3 Nước C m l loại y ƣ ẩm nhƣng kh ng hịu ƣợ úng v rễ m quýt thuộ loại rễ nấm (hút inh ƣỡng qu hệ nấm ộng sinh), o ó ng p nƣ 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 nƣ ml thời kỳ: B t mầm, ph n ho mầm hoa, hoa ph t triển Lƣợng nƣ ần h ng n m ối v i h m quýt từ 9.000 - 12.000 m3, tƣơng ƣơng v i lƣợng mƣ 900 - 1.200 mm/n m V i m, lƣợng nƣ ần khoảng 10.000- 15.000 m3/h /n m 3.12.11.4 Gió Hoạt ộng vùng trồng gió l tƣợng ng lƣu ý việ ố trí m quýt Gió vừ phải ó ảnh hƣởng tốt t i việ lƣu th ng kh ng khí, iều ho ộ ẩm, giảm hại s u ệnh, gió l n ảnh hƣởng ến khả n ng ồng ho gió ão l m yg y y sinh trƣởng tốt Tuy nhi n tố y ặ ộ iệt vùng h y ị nh rụng ảnh hƣởng t i sinh trƣởng v n ng suất 3.12.11.5 Đất C m ó thể trồng ƣợ tr n nhiều loại ất, nhi n trồng tr n ất xấu việ ầu tƣ o v hiệu kinh tế thấp trồng tr n Đất tốt ối v i m thể mặt h yếu s u: Đất phải gi u mùn (h m lƣợng từ - 2,5% trở l n) h m lƣợng phải ạt m ất tốt ộ từ trung hất inh ƣỡng NPK, C , Mg nh trở l n (N: 0,1 - 0,15%, P2O5 ễ ti u từ 5- 7mg/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 nƣ (tố ất thịt nhẹ ( t th ộ thấm 3.12.11.9 Đ dốc nƣ ến ất thịt nhẹ 65- 70 %) từ 10 - 30 m/giờ) 70 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 ƣợc trồng t p trung nhiều ịa phƣơng: Việt Dân, Th y An, An Sinh… Diện tích trồng cam ch yếu ƣợc trồng theo hộ gi gi thừa c nh C hộ gi nh thƣờng t n dụng diện tí h ƣ nh ể phát triển cam ảnh hƣởng nhiều ến m i trƣờng sống o ƣ lƣợng thuốc bảo vệ th c v t phát tán m i trƣờng kh ng khí, m i trƣờng ất v m i trƣờng nƣ c V i yêu cầu muốn mở rộng phát triển cam việ t ng th m iện tích trồng cam cần thiết, nhƣng diện tích mở rộng cần phải ƣợc quy hoạch cách cẩn th n cho nâng cao hiệu kinh tế c thời giảm thiểu tối t y m ồng ộng ảnh hƣởng ến m i trƣờng, xã hội 3.3 Môi trƣờng công cụ sử dụng để xây dựng chƣơng trình 3.3.1 Xác định tiêu chí để đánh giá vùng đất thích hợp Nhóm tiêu Tên tiêu Giới hạn Không trồng cam khu v c gần Khoảng cách M i trƣờng (giảm t ến khu n ƣ trƣờng) Khoảng cách ến nguồn nƣ c sinh hoạt Đặ thu t c Thành phần ất ất trồng cam) ng ú ể tránh s ảnh hƣởng c a thuốc bảo vệ th c v t ến Nguồn nƣ c sinh hoạt c a thị trấn ƣợc lấy từ hồ Đạ Tr v Đ p Cạn Thƣợng, xã nguồn nƣ c sinh hoạt ƣợc lấy từ giếng khoan - Gi u mùn ( h m lƣợng – 2,5 % trở lên) iểm ất (các yêu cầu kỹ n ƣ sinh sống m i trƣờng sống ộng có hại ến mơi khu - H m lƣợng chất inh ƣỡng phải ạt từ m c trung bình trở lên Độ chua - PH thích hợp 5,5 – 6,5 Tầng dày - Trên 1m 71 Nhóm tiêu Tên tiêu Giới hạn Thành phần gi i cát pha hoặ Thành phần nhẹ ( t th gi i ất %) tho t nƣ c (tố ất thịt ến ất thịt nhẹ chiếm 65- 70 ộ thấm c nƣ c từ 10 - 30 cm/giờ) Cam loại ƣ ẩm nhƣng khơng hịu ƣợ úng rễ Độ dốc cam quýt thuộ loại rễ nấm trồng cam quýt ất ằng có tuổi thọ không cao ằng trồng ất ố Độ ố thích hợp 30 - 80 Khoảng cách ến nguồn nƣ c tƣ i V l lo i y ƣ nƣ c nên cam cần phải ƣợ tƣ i thƣờng xuyên việc gần nguồn nƣ tƣ i t nhi n nhƣ 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 ƣờng giao ƣờng 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 hƣởng nhƣ 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 hƣ 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 (