Hỡnh 35. Quan hệ logic giữa cỏc lớp thụng tin vộctơ
Trong hỡnh, tổ hợp hai lớp A (5 polygon) và B (3 polygon) sẽ cho C với 14 polygon. Ở C, thuộc tớnh ID của cỏc đơn vị sẽ là cả thuộc tớnh của cỏc lớp ban đầu (nếu khụng chồng lờn nhau) và thuộc tớnh tổng hợp với những đơn vị tạo nờn do chồng hai đơn vị của hai lớp ban đầu (vớ dụ ID của lớp 1 là 4, của lớp 2 là 5 thỡ ở C, đơn vị mới của 1 và 2 sẽ là tổ hợp, kể cả trong trường hợp khụng cú ID mà chỉ cú tờn gọi thỡ cũng tương tự (trong trường hợp hai lớp bản đồ khỏc nhau về tớnh chất).
• Giao cắt (intersect): phộp giao cắt trong thuật toỏn Boolean được
hiểu là phộp quan hệ AND. í nghĩa cụ thể của quan hệ này như sau: khi cú hai thuộc tớnh của hai lớp được đưa vào bảng chồng xếp với AND thỡ chỉ cú nhiều phần thuộc tớnh nào được nhắc đến ở những lớp Input thỡ mới tồn tại ở lớp kết quả. ở lớp kết quả, thuộc tớnh cựa cỏc đối tượng là thuộc tớnh tổng hợp. Túm lại, ý nghĩa chớnh của INTERSECT là những lớp kết quả phải được tồn tại ở trờn cả những lớp ban đầu và phần giao cắt nhau.
32 2 4 5 1 1 2 3 1 2 8 4 5 6 7 9 3 A input(1) B input(2) C output(kế t quả)
Hỡnh 36. phộp giao cắt trong thuật toỏn logic
Cỏc đối tượng của lớp Input cú thể là điểm, đường và polygon, song nhất thiết intersect chỉ xử lý cho polygon. Như vậy ở input phải cú sự chuyển thụng tin trước sang polygon. Vớ dụ: tạo một vựng nằm cỏch đường cao tốc 500m từ bản đồ sử dụng đất và tớnh cỏc diện tớch của từng đơn vị trong vựng đú. Trước hết phải tạo vựng buffer của đường, sau đú mới tạo intersect.
• Đồng nhất (Identity): Trong phộp tớnh đồng nhất, cỏc đối tượng ở bờn trong ranh giới của cỏc lớp ban đầu được gọi là input coverage và identity
coverage được lựa chon tạo nờn một lớp mới. ở phần bờn trong, cỏc thuộc tớnh mới
được tạo thành từ việc gộp (merging) cỏc thuộc tớnh của cỏc lớp ban đầu. Phộp tớnh đồng nhất cú thể thực hiện cho cả việc nhập thuộc tớnh điểm, đường và polygon, song indentity luụn phải là polygon. Nếu input là điểm thỡ kết quả chỉ chứa thụng tin của điểm mặc dự lớp indentity luụn phải là polygon. Tương tự như vậy, nếu input là đường thỡ kết quả chỉ cú đường. Trong thực tế, yờu cầu là sau khi thực hiện xử lý cỏc thuộc tớnh của lớp input phải được giữ nguyờn.
1 2 3 2 3 4 5 1 2 3 1 2 3 4 5 12 14 11 11 6 7 8 9
input identity kết q uả
Hỡnh 37. Kết quả trong phộp tớnh đồng nhất (Identity)
Vớ dụ: xỏc định phõn bố thực vật ở vựng phõn bố động vật hoang dó tại khu vực A (phõn tớch từ ảnh)
Sau khi phõn tớch ảnh, lập được 3 lớp bản đồ phõn bố cỏc loại thực vật chớnh, ta lập bản đồ bằng phộp identity để xỏc định mối liờn hệ giữa phõn bố động vật và
cỏc loại thực vật chớnh trong khu vực. Kết quả sẽ cú toàn bộ cỏc loài thực vật chớnh cả cả 3 lớp cú ở trong vựng phõn bố.
• Phõn tớch tớnh tần số hay mật độ (Frequency/density): Phõn tớch
khụng gian thường yờu cầu tớnh toỏn tần số (đếm) hay mật độ của đối tượng cú ở một lớp song lại được tớnh (hay đếm) ở một vựng nhất định thuộc lớp khỏc (lớp cơ sở), dữ liệu của lớp ban đầu cú thể ở dạng điểm, đường hoặc polygon. Vớ dụ: tớnh số cõy xuấ hiện ở trong một vựng khoanh định. Để giải quyết vấn đề, phải cú 2 lớp: lớp 1 - phõn bố cõy trong toàn vựng; lớp 2 - ranh giới khu vực cần nghiờn cứu.
Khi chồng xếp (overlay) 2 lớp sẽ tớnh được số cõy trong vựng cần nghiờn cứu theo đơn vị diện tớch. Trong trưũng hợp tớnh cho đường, thường tớnh theo độ dài của đường mà khụng tớnh số lượng đường. Phộp tớnh này hay sử dụng để nghiờn cứu địa chất. Sau khi xử lý xong, cú thể tiếp tục thực hiện bản đồ phõn bố mật độ hoặc sơ đồ hoa hồng để phục vụ nghiờn cứu đứt góy - kiến tạo. Ngoài ra cú thể ỏp dụng cho việc nghiờn cứu mật độ đường giao thụng, nghiờn cứu phõn bố dõn tộc hặc phõn bố cỏc loài động thực vật.
Tương tự như vậy, cú thể tớnh toỏn mật độ cho polygon. Phộp tớnh này cú thể ỏp dụng cho nhiều nội dung nghiờn cứu khỏc nhau: chẳng hạn để nghiờn cứu sự tập trung (đồng nhất) hay phõn tỏn của một số loài thực vật trong một khu vực nhất định.
ắ Phõn tớch quan hệ gần gũi:
Quan hệ gần gũi cú thể được phõn tớch nước cỏch, tuỳ thuộc vào đặc điểm đối tượng. Sự gần gũi giữa cỏc polygon cú thể được tớnh bằng phương phỏp khoảng cỏch tỏch biệt chung (interseparation distance), cụ thể hơn đú là khoảng cỏch tỏch biệt giữa chu vi cỏc polygon, hay khoảng cỏch giữa cỏ vị trớ trung tõm (centrer locations). Việc nghiờn cứu khoảng cỏch giữa cỏc điểm trung tõm được thực hiện theo nguyờn tắc đo khoảng cỏch giữa cỏc điểm. Việc đo quan hệ gần gũi giữa cỏc đường được thực hiện trong việc phõn tớch mạng lưới. Trong phần này, nội dung xử lý được ỏp dụng chỉ cho cỏc đối tượng điểm mà thụi.
ắ Quan hệ gần (NEAR): Chức năng NEAR trong xử lý HTTĐL cú khả
năng phỏt hiện cỏc điểm hoặc đường trong một lớp với một điểm ở trong lớp khỏc và tớnh toỏn khoảng cỏch tới điểm đú.
x x x x x x
Hỡnh 38. Sơ đồ hàm NEAR tớnh khoảng cỏch một điểm tới đường gần nhất
Mối quan hệ NEAR cú thể dựng để xỏc định vị trớ gần nhất tới một đối tượng đường hoặc điểm, đõy là những tớnh toỏn trong việc thiết kế cỏc điểm cấp nước, cỏc chũi canh chống lửa chỏy trong rừng.
ắ Tớnh khoảng cỏch cỏc điểm (Point Distance): Thuật toỏn này dựng
để tớnh khoảng cỏch giữa cỏc điểm ở lớp này tới điểm khỏc ở lớp khỏc. Cũng cú thể ỏp dụng tớnh toỏn này cho một lớp.
x x x x x x x Hỡnh 39. Tớnh khoảng cỏch điểm
Điểm A cú thể là cựng lớp với cỏc điểm khỏc song cũng cú thể là ở lớp khỏc. Từ A tớnh được khoảng cỏch tới cỏc điểm khỏc và số điểm trong vựng một bỏn kớnh nhất định tớnh từ A. Trong vớ dụ trờn, khoảng cỏch cú thể đo giữa nhiều điểm và nhiều nội dung như sau:
• Đo khoảng cỏch giữa cỏc điểm với nhau one - to - one (cỏc điểm cú thể ở cựng hoặc khỏc lớp) lớp cơ sở (base) và lớp tiờu (target).
• Đo khoảng cỏch từ một điểm tới nhiều điểm one - to - many (điểm chớnh nằm ở lớp khỏc với cỏc điểm xung quanh).
• Đo khoảng cỏch nhiều điểm tương ứng với nhau many - to - many (hai nhúm điểm nằm ở hai lớp).
• Đo khoảng cỏch giưa bất kỳ điểm nào trờn lớp cơ sở với toàn bộ cỏc điểm trờn lưới tiờu ( many - to - all).
Tương tụ như vậy, phộp đo khoảng cỏch cũng cú thể được thực hiện để đo giữa điểm ở lớp cơ sở và yếu tố đường ở lớp tiờu, với cỏc phương thức (one - to - one), (one - to - many), (many - to - many), (many - to - all).
ắ Phõn tớch mối quan hệ khụng gian: spetial corretation analysis:
Mục tiờu của việc phõn tớhc là xỏc định mối quan hệ giữa cỏc dạng khỏc nhau của cỏc đối tượng khụng gian. Cụ thể là phõn tớch và xỏc định về quan hệ phõn bố giữa cỏc đối tượng ở lớp này với cỏc đối tượng phõn bố ở lớp khỏc của dữ liệu khụng gian.
Vớ dụ: phõn tớch để xỏc định mối quan hệ giữa đất và thực vật. Sau khi tổng hợp và xử lý thụng tin sẽ xỏc định được mối quan hệ của từng nhúm hoặc loại cậy với đất và ngược lại. Nếu quan hệ đú là chất thỡ thực vật cú thể của từng nhúm hoặc loài cậy với đất và ngược lại. Nếu quan hệ đú là chất thỡ thực vật cú thể được dựng làm chỉ thị cho đất nằm ở phớa dưới và ngược lại đất cú thể dựng làm chỉ thị cho việc đỏnh giỏ tiềm năng về diện tớch một số loài thực vật nhất định.
Vỡ vậy hiểu được mối quan hệ giữa cỏc đối tượng là rất quan trọng trong điều hành khụng gian. Việc phõn tớch cú thể được thực hiện bằng nhiều cỏch, tuỳ thuộc vào tỷ lệ đo đạc của cỏc thụng số cần nghiờn cứu. Ở tỷ lệ thụng thường, cú thể định mối quan hệ bằng cỏch sử dụng bảng ngẫu nhiờn (contigency table) và bỡnh phương của hệ số khoảng tra độ thớch hợp nhất.
Nếu sự khỏc biệt là theo khoảng hoặc tỉ lệ thỡ hệ số tương quan và mụ hỡnh giật lựi (regression model) sẽ cung cấp phương phỏp thớch hợp hơn cho việc nghiờn cứu mối quan hệ.
Phương phỏp bỡnh phương của hệ số kiểm tra là thớch hợp nhất. Việc phõn tớch tần số sẽ được ỏp dụng để xỏc định cỏc mẫu khụng gian trong việc phõn bố của cỏc hiện tượng. Việc đú cũng được sử dụng để kiểm tra cỏc giả thiết về mối liờn quan giữa cỏc hiện tượng. Trong phõn tớch quan hệ, phải xỏc định được xu hướng mà tần số sẽ tăng lờn tại một vựng nào đú chẳng hạn.
Trong việc nước, tội phạm và ma tuý sẽ tỡm được vị trớ phỏt sinh khi xỏc định được mối quan hệ giưó những hành vi phạm tội và sự phõn bố của một nhúm người nào đú khi phõn tớch đặc điểm dõn cư của một khu vực. Cỏc nhà sinh vậy học sẽ tỡm được mối quan hệ của một số loài sinh vật quý hiểm với một số quần xó
thực vật. Khi nghiờn cứu phõn tớch mối quan hệ giữa động vật và thực vật. Trong HTTĐL, đú là cụng việc phõn tớch quan hệ thụng tin giữa cỏc lớp tư liệu.
ắ Hệ số liờn quan( hay hệ số quan hệ ): ở tỷ lệ đo đạc thụng thường,
phương phỏp tớnh hệ số liờn quan cho phộp xỏc định được mối liờn hệ giữa hai lớp thụng tin khỏc biệt. Khi nghiờn cứu ở tỷ lệ khoảng (interval) hay tỉ số khỏc biệt (ratio) thỡ thường ỏp dụng hệ số tương quan giật lựi. Đõy cũng là phương phỏp phổ biộn trong xử lý cỏc mụ hinh khụng gian. Về bản chất việc tớnh hệ số tương quan chỉ cho biết xu thế liờn quan về giỏ trị của cỏc thụng tin. Trong việc tớnh tương quan giật lựi thỡ tớnh toỏn một cỏch cụ thể đương phương thức của sự liờn quan. Vớ dụ: núi rằng x và y cú quan hệ tỉ lệ thuận chặt chẽ, song trong tớnh tương quan giật lựi cũn cho biệt được phương thức liờn quan, chẳng hạn y = 2x, nghĩa là y tăng theo tỷ lệ 2x.
Trong vớ dụ sau sẽ minh hoạ rừ phương thức thớnh mối liờn hệ giữa cỏc vị trớ so với trạm giao thụng và giỏ vộ. Với cỏc khoảng cỏch khỏc nhau thỡ giỏ tiền để tớnh từ bến tàu cũng khỏc nhau (xem sơ đồ):
Giá t iền (000) Khoảng cách (km) 32 28 24 20 1 2 3 4 5
Hỡnh 40. Tinh toỏn khoảng cỏch giữa cỏc vị trớ khỏc nhau
Ởđõy: n là số lượng cỏc đơn vị bản đồ (trong bảng n = 8)
Sx và Sy là độ lệch chuẩn của x và y x là giỏ tiền và y là khoảng cỏch r sẽ cú giỏ trị thay đổi từ -1 đến 1.
Nếu giỏ trị đú dương thỡ quan hệ đú là tỉ lệ thuận và ngược lại, r õm thỡ quan hệ là tỉ lệ nghịch.
Nếu r =1 thỡ quan hệ rất chặt. Nếu r = 0 thỡ khụng cú quan hệ.
Túm lại, một yờu cầu cơ bản của HTTĐL là phải cú khả năng xử lý tư liệu và tổ chức thành những lớp riờng biệt, cú quan hệ logic. Sự phõn bố của cỏ hiện tượng địa lý là phức tạp và bao gồm nhiều yếu tố cú quan hệ theo nhiều phương
thức khỏc nhau. Một trong những chức năng của HTTĐL là phõn tớch được phương thức phõn bố của cỏc yếu tố thụng qua cỏc số liệu. Xử lý nhiều lớp thụng tin cho phộp tỏch biệt hoặc kết hợp để xử lý một cỏch hiệu quả cỏc số liệu thống kờ ban đầu.
Trong xử lý nhiều lớp thụng tin cú một số phương thức cơ bản là chồng xếp, xỏc định sự gần gũi và xỏc định quan hệ đú. Thuật toỏn Boolean được ỏp dụng tương đối phổ biến trong cỏc phộp xử lý đú.
• Phộp chồng xếp là thiết lập sự liờn kết khụng gian giữa cỏc lớp tư liệu riờng biệt, từ đú liờn kết được cỏc yếu tố khỏc nhau.
• Phõn tớch sự gần gũi là phõn tớch và thiết lập cỏ khoảng cỏch lõn cận, tạo nờn những lớp thụng tin mới.
• Phõn tớch quan hệ là xỏc định mối liờn quan giữa cỏc hiện tượng và sự phõn bố khụng gian của cỏc đặc điểm khỏc nhau giữa một hay nhiều lớp tư liệu.
BÀI TẬP
1. Số hoỏ bản đồ đất và thực vật cú nội dung như sau:
- Bản đồ đất cú cỏc loại đất được gọi tờn theo số 101, 102, 103, … - Bản đồ thực vật cú: đất cỏ, thụng, sồi, …
- Chồng xếp hai lớp theo chức năng tổ hợp (Union), tạo bảng tổng hợp sự phõn bố và bảng dự bỏo. 101 102 101 103 Đất thực vật Cỏ Thông Sồi 2. Số hoỏ bản đồ sử dụng đất và bản đồ ngập lụt - Chồng xếp theo phương thức identity
- Cho giỏ trị bảo hiểm đất: vựng 1 - 30USD/ha
vựng 3 - 50USD/ha
vựng 4 - 60USD/ha
- Thiết lập tần số phõn bố và tớnh giỏ trị bảo hiểm của đất cho mối loại
a b c d 1 2 3 4 L oại đất Vùng ngập lụt
3. Áp dụng chức năng NEAR để tạo cỏc Buffer đường, điểm. - Tớnh khoảng cỏch từ cỏc điểm tới cỏc đường.
V.Phõn tớch mẫu điểm
Điểm là hỡnh thức phõn bố rất phổ biến trong tự nhiờn đặc biệt là trong thực tế của cụng tỏc nghiờn cứu, quản lý tài nguyờn, mụi trường. Trong phõn tớch điểm, toàn bộ cỏc điểm được phõn tớch xử lý chứ khụng phải chỉ cú phõn tớch cho từng điểm riờng biệt.
Vỡ điểm là đối tượng cú kớch thước bằng 0 nờn việc đo đạc về điểm thường là đo cỏc thụng số sự phõn bố, mật độ và xỏc định vị trớ của điểm. Diện tớch của điểm thường khụng được đo mặc dự chỳng chiếm một diện tớch nhất định trờn bản đồ. Thụng thường những thụng số định lượng về cỏc điểm được coi là bằng nhau.
Về sự phõn bố của cỏc điểm, cỏc thụng số sau thường được tớnh đến như: tần số xuất hiện, mật độ, vị trớ hỡnh hoạ, độ lệch khụng gian và sự sắp xếp khụng gian. Những nghiờn cứu về điểm phần lớn dựa vào cỏc nguyờn tắc của thống kờ mụ tả.
Tần số là số điểm xuất hiện trờn bản đồ. Đõy là thụng số đầu tiờn hay được đo về phõn bố điểm. Nếu thụng số này được đo trong nhiều thời gian thỡ cỏc số liệu được ỏp dụng về quỏ trỡnh tiến triển của điểm hay của tập hợp điểm. Nếu diện tớch vựng nghiờn cứu là khỏc nhau thỡ thụng số được so sỏnh là mật độ điểm theo một đơn vị diện tớch.
Thuộc tớnh hỡnh học của điểm cần được xỏc định, đú là vị trớ trung tõm và độ lệch của điểm so với trung tõm của vựng tập trung.
- Vị trớ tõm điểm: xỏc định bằng toạ độ x, y.
Cần chỳ ý rằng trong trường hợp giỏ trị độ phõn tỏn lớn thỡ cỏc trung tõm về mặt hỡnh học khụng nhất thiết đỳng là nơi độ hướng tõm cao, hỡnh mụ tả cho cỏc dạng phõn bố điểm khỏc nhau.
A b c d
Hỡnh 41. Mụ tả cho cỏc dạng phõn bốđiểm khỏc nhau
Độ phõn tỏn cú thể được tớnh theo trục X hay Y tuỳ theo cỏc giỏ trị độ lệch chuẩn mà hỡnh dạng phõn bố của cỏc điểm cú thể là hỡnh kộo dài, elip hoặc phõn tỏn.
phân b ố đều, tập trun g ph ân bố ph ân tán p hân bố n gẫu n hiên
Hỡnh 42. Độ phõn tỏn của cỏc điểm
Để tớnh hệ số gần gũi thỡ cho một điểm gần nhất cần được phỏt hiện và đa đạc khoảng cỏch tới điểm đú.
Nếu gọi di là khoảng cỏch từ một điểm gần nhất thỡ giỏ trị:
Ad = (∑i di)/n là giỏ trị khoảng cỏch trung bỡnh gần nhất của mẫu điểm với n