L ấy mẫu cỏc đối tượng điểm
VI.PHÂN TÍCH ĐƯỜNG
Đường trong cơ sở dữ liệu của HTTĐL được chia làm hai loại chớnh. Đường tự nhiờn (physical line) và đường ý nghĩa (virtual line). Đường tự nhiờn là loại đường cú thể nhỡn thấy được trờn ảnh mỏy bay hoặc ảnh vệ tinh, vớ dụ: đường sắt, đường bộ, sụng suối, … cỏc yếu tố dạng tuyến. Cũn đường ý nghĩa vớ dụ như đường ranh giới quốc gia, ranh giới chớnh trị, đường ranh giới lưu vực ... Trong cơ sở dữ liệu dạng Raster cũng cú cỏc đối tượng là đường, song thực chất đú vẫn là
những chuỗi pixel, cú diện tớch. Trong HTTĐL, đường là vector và việc phõn tớch đường là phõn tớch yếu tố line trong vector. Trong bản đồ đường cũng chiộm một khụng gian nhất định và xuất hiện với những dạng và qui mụ tập trung khỏc nhau (mẫu khỏc nhau).
VI.1.Đo mật độđường
Đường là yếu tố vector cú kớch thước và hướng nờn việc phõn tớch cú phức tạp hơn điểm. Để đo mật độ đường, phương phỏp đo cũng được thực hiện tương tự như đo điểm. Cỏc phộp đo đạc mật độ đều được tớnh với đơn vị là m hoặc km trờn một đơn vị diện tớch. Vớ dụ: ha, m2, km2…rong ngành địa lý, mật độ đường được tớnh cho nhiều yờu cầu khỏc nhau vớ dụ : tớnh giỏ trị chia cắt ngang của địa hỡnh- mật độ lưới sụng, mật độ kờnh mương, mật độ đường giao thụng…
VI.2.Đo đạc khoảng cỏch đến cỏc đường gần nhất
Trong việc đo đạc về đường cũng giống như đo điểm cũng cú khỏi niệm và phương phỏp đo đạc về cỏc đường gần nhất hay khoảng cỏch đến cỏc đường gần nhất (Nearest Neighdedistance between Line).
Khoảng cỏch đến cỏc đường gần nhất cũng được đo tương tự như đo khoảng cỏch đến cỏ điểm gần nhất, song cú phức tạp hơn vỡ đường cú chiều dài.
Phương phỏp đơn giản nhất là chia đụi đường, xỏc định điểm ở giữa và từ điểm đú xỏc định cỏc đường lõn cận. Tuy nhiờn đường thẳng cú nhiều kớch thước khỏc nhau và cũng khụng phải đường đều là thẳng nờn việc xỏc định như vậy khụng cho bức tranh thực về sự sắp xếp của đường. Vỡ vậy một cỏch làm phổ biến là lấy một điểm bất kỳ trờn đường và từ đú xỏc định cỏc lõn cận. Nếu đường chia làm nhiều đoạn thỡ lấy từ những điểm bất kỳ trờn đoạn để so sỏnh. Bước tiếp theo là vẽ những đường vuụng gúc tới cỏc đường lõn cận, tiến hành đo khoảng cỏch và lấy giỏ trị trung bỡnh của cỏc khoảng (hỡnh) (theo Davis 1986). Để chứng minh cho giỏ trị đú là đứng thỡ phải chứng minh rằng đú khụng phải là phõn bố ngẫu nhiờn (Dacey 1967) đó tớnh cỏc giỏ trị: khoảng cỏch gần nhất tới cỏ đường lõn cận, độ lệch dự kiến và sai số thụng thường (chuẩn) trong sự phõn bố ngẫu nhiờn của đường. Cỏc giỏ trị đú cho phộp so sỏnh và chứng minh cho việc đo đạc đú khụng phải là ngẫu nhiờn. Phộp tớnh đú sẽ sỏt thực tế nếu độ dài của đường phải lớn hơn hoặc ớt nhất bằng 1,5 lần khoảng cỏch giữa cỏc đường và trong trường hợp cỏc đường khụng đổi hướng nhiều quỏ. Nếu số đường quỏ ớt thỡ cú thể ỏp dụng nguyờn tắc lấy yếu tố trọng số của (n-1)/n và giỏ trị mật độ đường điều chỉnh này sẽ giỳp định lượng về thống kờ cỏc đường gần nhất.
nA L n Wf = ( −1)/
Ở đõy: L là độ dài cỏc đường A: diện tớch khu vực Wf: giỏ trị trọng số
Phương phỏp đường cắt chộo: là phương phỏp phối hợp để nghiờn cứu sự phõn bố của đường. Một cỏch đơn giản chuyển mẫu hai kớch thươcs sang kiểu phõn bố tần số 1kớch thước bằng cỏch kẻ một đường thẳng trờn bản đồ và xỏc định cỏc điểm giao nhau giữa đường đú với cỏc đường đối tượng cần nghiờn cứu. Cú ớt nhất là 2 cỏch làm trong phương phỏp này (theo Gefis, 1978). Cỏch thứ nhất là lựa chọn một cỏch ngẫu nhiờn hai đIểm cỏc toạ độ rồi nối với nhau thành đường. Cỏch thứ hai là vẽ một bỏn kớnh từ cỏch lựa chọn ngẫu nhiờn. Từ đỉnh nhọn của gúc, đo khoảng cỏch tới đIểm trung tõm rồi vẽ đường vuụng gúc với đường bỏn kớnh tại điểm đú (Davis 1986).
Sau khi cú cỏc điểm giao cắt, tớnh thống kờ đơn giản về tần số điểm. Một trường hợp khỏc của đường đơn là tạo đường ziczac, nú cú thể cắt qua cỏc đường thẳng hai hoặc nhiều lần. Trường hợp đú người ta gọi đường ziczac là đường ngẫunhiờn (random walk). Đường ngẫu nhiờn sẽ tạo nờn một loạt cỏc giao điểm và phương phỏp tớnh thống kờ cũng ỏp dụng như khi ỏp dụng cho cỏc đối tượng điểm.
Sau khi ỏp dụng việc thống kờ đường gần gũi nhất hoặc thống kờ đường giao cắt, ta cú thể đưa ra kết luận là phõn bố khụng phải ngẫu nhiờn và chứng minh cho phõn bố đú khỏc với phõn bố ngẫu nhiờn. Túm lại, dựng hai phương phỏp trờn cú thể xỏc định được quy luật phõn bố của cỏc yếu tố đường, từ đú cú thể đỏnh giỏ được cỏc đối tượng hoặc cỏc hiện tượng tự nhiờn hoặc nhõn tạo.
VI.3.Nghiờn cứu hướng của đường và cỏc đối tượng dạng kộo dài
Cỏc đối tượng dạng tuyến cú thể được biểu hiện trong tự nhiờn với nhiều kiểu mẫu khỏc nhau: cỏc lớp trầm tớch, cỏc tầng băng hà, … đường phố, rừng cõy thẳng bị đổ … Hướng của cỏc yếu tố dạng tuyến thường cú liờn quan đến một hàm số về năng lượng, vớ dụ hướng cõy đổ liờn quan tới hướng nước chảy, hướng phõn bố trầm tớch băng hà cũng liờn quan tới hướng chuyển động của băng tuyết … Tất nhiờn khụng phải tất cả đều cú quy luật như vậy.
Nhỡn chung, sự phõn bố của yếu tố dạng tuyến là cú hai kớch thước (xột riờng và phương vị) hoặc cú 3 kớch thước (nếu xột thờm cả gúc nghiờng trờn mặt cầu).
Phương phỏp thụng dụng để xỏc định hướng của đường là chuyển tài liệu về bản đồ cỏc đối tượng đường sang sơ đồ hoa hồng. Trờn sơ đồ, tõm của hỡnh trũn là điểm xuất phỏt của mọi đưũng trũn và mỗi quan trắc được vẽ thành một đường đơn, xuất phỏt từ tõm điểm đú. Trong sơ đồ hoa hồng, độ dài của cỏc đường biểu hiện cho biờn độ (chẳng hạn tốc độ giú) hoặc độ dài của đối tượng đường và gúc của đường là biểu hiện hướng phương vị của cỏc đối tượng đường. Để lập sơ đồ hoa hồng, cỏch tốt nhất là đo trực tiếp cỏc giỏ trị đú trờn bản đồ (gúc và độ dài). Trong HTTĐL, phộp phõn tớch và xử lý đú gọi là vector kết quả.
Ta cú thể xỏc định giỏ trị trung bỡnh của hướng θ bằng vector kết quả. Vỡ giỏ trị trung bỡnh của hướng vector khụng chỉ phụ thuộc vào hướng của cỏc cõy mà cũn phụ thuộc vào số lượng cỏc cõy (số lượng quan trắc), vỡ thế cần làm tiờu chuẩn hoỏ giỏ trị hướng cho toàn vựng bằng cỏch chia giỏ trị toạ độ vector kết quả cho số lượng cõy (số lượng đường). Giỏ trị đú cho phộp so sỏnh cỏc quan trắc trong cỏc vựng khỏc nhau và cú thể kết luận là giú ở cỏc vựng cú cựng hướng hay khụng.
Cũng tương tự như với mẫu điểm, giỏ trị trung bỡnh xỏc định cho độ hướng tõm của tư liệu hay hướng của cỏc điểm là tập trung xung quanh một vài điểm ở trung tõm, với tốc độ giú biểu thị bằng vector, ta cũng cú thể ỏp dụng nguyờn tắc thống kờ đú để xỏc định xem tốc độ cũng dao động xung quanh một giỏ trị trung bỡnh hay khụng.
Khi cỏc vector thành phần nằm rất gần với nhau thỡ vector kết quả R rất dài và khi cỏc vector thành phần cú sự phõn tỏn theo cỏc hướng khỏc nhau thỡ vector kết quả ngắn hơn. Tương tự như trường hợp 3 người muốn kộo một vật khi họ đứng cựng một phớa hay gần nhau hơn thỡ lực mạnh hơn, ngược lại 3 người nằm ở 3 gúc khỏc nhau thỡ lực tập trung sẽ yếu hơn. Như vậy, khi thống kờ về vector, khụng phải chỉ cú đo hướng độ dài là đủ mà cũn phải đo độ nộn (compactress) của vector nữa. Nguyờn tắc chung là độ nộn cao thỡ vecto r R dài và độ nộn thấp thỡ R ngắn.
Trong phõn tớch vector kết quả R, cần phải thống kờ tiếp để đưa ra giỏ trị vector kết quả trung bỡnh R bằng cỏch chia R cho số lượng quan trắc n. Giỏ trị R thường dao động từ 0 đến 1, giỏ trị đú cũng thể hiện cho sự phõn tỏn của cỏc đường xung quanh giỏ trị trung bỡnh. R lớn thỡ cỏc đường gần hướng với nhau hơn, cũn R nhỏ thỡ cỏc đường nằm phõn tỏn theo nhiều hướng khỏc nhau. Nếu trong trường hợp cú giỏ trị khỏc với trật tự quan trắc, ta cú thể lấy giỏ trị 1 - R gọi là chỉ số khỏc biệt vũng trũn (circularr varianc) để so sỏnh tốc độ tăng của vector
R. Nếu xột về mặt thống kờ, ta cú thể một số khả năng là cú sự tương tự về hướng cho cỏc giỏ trị: độ lệch chuẩn, mode và trung bỡnh.
Cũn một vấn phải nghiờn cứu về đường là hướng cỏc đường. Một đối tượng đường thường cú hai hướng ngược nhau. Khi đú vector trung bỡnh sẽ cú giỏ trị bằng 0 vỡ cỏc vector triệt tiờu lẫn nhau. Để xử lý những giỏ trị ngược nhau về hướng đo, Krmbein (1939) đưa ra một cỏch đơn giản để xử lý là nhõn đụi gúc đo được. Vớ dụ cú hai gúc 3150 và 1350 là hai trị số đo được cho một đường nếu lấy điểm gốc để đo khỏc nhau.
Nhõn đụi cỏc giỏ trị đo được ta cú: 3150 * 2 = 3600 và (6300 - 3600 = 2700) 1350 * 2 = 2700
Giỏ trị gúc đo 2700 nay sẽ được dựng để tớnh thụng số: giỏ trị trung bỡnh của vector, giỏ trị khỏc biệt vựng trũn ... Cỏc thụng số này cú giỏ trị đường tăng 2 lần, để lấy giỏ trị gúc thực của đường, chỉ việc chia 2 (nghĩa là 2700: 2 = 1350 là gúc, v.v…)
Những phộp đo về hướng và độ phõn tỏn cần được thử nghiệm cho phõn bố ngẫu nhiờn hoặc cho cỏc phõn bố đặc biệt để so sỏnh và khi tớnh cần tớnh theo lý thuyết chuẩn.
Những phương phỏp này được trỡnh bày kỹ ở nhiều cuốn sỏch khỏc của cỏc tỏc giả như: Bastcheler 1965, Gumbel et al 1953, Slephen 1969, Gaile and Burt 1980, Mardia 1972…). Thụng thường HTĐL cung cấp khả năng đo đạc đơn giản để giỳp ta hiểu được đặc điểm phõn bố bờn trong cỏc thuộc tớnh của đối tượng hoặc giỳp ta so sỏnh được với cỏc thuộc tớnh của đối tượng khỏc và phỏt hiện cỏc nguyờn nhõn hoặc nguồn ngốc tạo nờn đối tượng. Cỏc HTTĐL cú khả năng cao hơn, cho phộp tớnh toỏn thống kờ về hướng một cỏch trực tuyến hoặc chuyển tà liệu nguyờn thuỷ từ hệ thống sang phần mềm thiết kế đặc biệt cho những phõn tớch này. Cũng cần phải thấy rằng việc đú sẽ tăng số lượng phần mềm cần thiết trong xử lý, đặc biệt là khi ứng dụng vào địa học.
Hệ thống phần mềm xử lý Raster thường khụng thớch hợp cho những phõn tớch này, cũn đa số phần mềm xử lý Vector trờn cơ sở hỡnh học thỡ ớt nhất cũng cho được một số những phõn tớch ban đầu (vớ dụ gúc của cỏc đường hoặc đoạn thẳng). Những số liệu đú cú thể lưu trữ trực tiếp trong cơ sở dữ liệu như những giỏ trị thuộc tớnh để từ đú cú thể chuyển tiếp sang cỏc phần mềm khỏc.
VI.4.Mụ hỡnh sức hỳt (gravity model)
Trong hệ thống đường, một yếu tố cần nghiờn cứu đú là sự tỏc động qua lại giữa cỏc điểm nỳt. Vớ dụ ở thành phố thỡ điểm nỳt là nơi quảng cỏo, xõy dựng cửa hàng buụn bỏn … và giữa cỏc nỳt cú tỏc động qua lại, những thụng tin cần được xử lý là mật độ, khoảng cỏch giữa cỏc điểm nỳt. Ngoài ra kớch thước cỏc điểm nỳt cũng rất quan trọng. Tuy nhiờn ở trong GIS ta quan niờm nỳt là cú cựng kớch thước, để nghiờn cứu vấn đề đú, một mụ hỡnh được đưa ra gọi là mụ hỡnh lực hỳt (hay lực hấp dẫn) giữa cỏc điểm (gravity model).
2
d PiPj K Lij =
Ở đõy: Lij là tương tỏc giữa cỏc nỳt Pi: biờn độ nỳt i
Pj: khoảng cỏch của nỳt j
d: khoảng cỏch giưa cỏc nỳt i và j
K hằng số liờn hệ trong cụng thức, liờn quan đến đối tượng nghiờn cứu (vớ dụ: dõn cư, động vật, nước…). Giỏ trị P được thể hiện bằng lực tương tỏc giữa cỏc điểm, cú liờn quan đến yờu cầu của sản phẩm (chẳng hạn liờn quan đến tổng số hàng bỏn được hay liờn quan tới năng suất của hệ sinh thỏikhi nghiờn cứu việc cõp nước qua mạng sụng suối). Nếu chỉ số hỳt (hấp dẫn) lớn giữa cỏc nỳt thỡ sự tương tỏc giữa chỳng sẽ lớn hơn và ngược lại.
Những phần mềm HTTĐL cú khả năng tớnh được chỉ số hấp dẫn với dữ liệu của Raster và Vector.
VI.5.Vạch tuyến đi và phõn định vị trớ (Rounting andallocation)
Một trong những ứng dụng cú ớch nhất của nghiờn cứu mạng lưới đú là vạch đường đi và phõn định vị trớ. Vạch đường đi nghĩa là tỡm đường đi ngắn nhất giữa hai điểm bất kỡ trong mạng lưới. Tuyến đi cú thể là giữa một điểm tới một điểm gần nhất cú trọng số cao. Vỡ cỏc điểm nối cú thể được gắn thờm trọng số như là trong mụ hỡnh hấp dẫn.
Hỡnh 45. Phõn tớch mạng để xỏc định đường đi từđiểm S tới điểm cuối
Mỗi đường trong mạng cũng cú thể xỏc định thờm một giỏ trị đú là giỏ trị cản hay giỏ trị khú khăn cho lưu thụng (giống như điện trở trong mạch điện - impedance value). Giỏ trị này cú thể liờn quan đến nhiều thụng số như tốc độ giới hạn trờn một đường phố, tốc độ nước chảy… Bằng cỏch sử dụng khoảng cỏch tổng hợp và giỏ trị cản, tuyến đi thớch hợp nhất cú thể được tỡm ra, tuyến đi đú khụng nhất thiết là đường đi ngắn nhất. Toàn bộ viờc đo đạc đú được thực hiện dọc theo bề mặt, và cỏc thụng số phải đo đạc là khoảng cỏch tớnh chất của bề mặt, cỏc nơi giao cắt và cỏc điểm nối khỏc. Giỏ trị về trọng số và sự cản trở nhiều khi phụ thuộc vào nhận định cảm tớnh hơn là những giỏ trị được xỏc định trực tiếp.
Việc lựa chọn tuyến đi cú thể được thực hiện trờn dữ liệu Raster và khi đú việc biểu thị tuyến đi dễ dàng hơn ở Vector. Kết quả đưa ra cú thể kà nhiều tuyến đi được vạch ra, đặc biệt là khi cú những đoạn đi vũng.
Việc phõn định vị trớ hay chia vũng được ỏp dụng nhiều trong thực tế, vớ dụ phõn vựng tưới tiờu, vựng quan trắc lửa chỏy trong rừng, vựng buụn bỏn trong thành phố, vựng cấp nước. Để xỏc định viờc phõn chia đú, cỏc thụng số về khả năng đỏp ứng phải được đưa ra. Mỗi đường trong HTTĐL phải cú một giỏ trị nhất địnhthể hiện cho nội dung phõn định. Vớ dụ trong đường phố, mỗii đường phải cú thụng số về số nhà mà cần phải cung cấp nước từ trung tõm (trong nước cấp nước) hoặc số hộ dõn hoặc số người cần cú nhu cầu mua bỏn (trong nghiờn cứu thị trường).
Phương phỏp xỏc định giỏ trị cú thể đỏnh số từ 0 đến 100 (chẳng hạn mỗi phố cú khoảng cỏch tới siờu thị khỏc nhau) cú thể đỏnh số gần nhất là 10 (do nhà là 1 số). Nếu mọi thụng số là giống nhau thỡ việc phõn chia là rất đơn giản. Cú thể đưa ra nhiều vớ dụ ỏp dụng việc phõn chia vựng, chẳng hạn đưa thư bỏo trong thành phố, đưa học sinh đi học.
Hỡnh 46. Mụ tảđường đi thuận lợi trong mmo hỡnh cấu trỳc raster
Cú thể thấy rằng, về thụng tin một lớp, cú loại thụng tin chớnh cần được xử lý là vựng (area), điểm (point) và đường (line). Những tớnh chất cần được xỏc định về cỏc thụng tin đú là sự phõn bố, sự liờn hệ và định hướng.
VII.CÁC BỀ MẶT THỐNG Kấ
Ở cỏc phần trờn, cỏc đối tượng của HTTĐL đó được giới thiệu bao gồm vựng, điểm và đường. Một nội dung quan trọng khỏc cần được nghiờn cứu đú là sự sắp xếp, liờn hệ của cỏc đối tượng trong khụng gian 3 chiều - đú là cỏc bề mặt.
Những đặc điểm của cỏc bề mặt cần được nghiờn cứu phõn tớch và xử lý đú là độ dốc, hướng dốc, hướng búng nhỡn (viewshed) và cỏc đối tượng đặc biệt của bề mặt như thung lũng, đồi, mạng lưới thuỷ văn. Ngoài ra cần phải định cỏc bề mặt đú là liờn tục hay tỏch biệt nhau, nhẵn hay gồ ghề, tự nhiờn hay nhõn tạo. Trong việc tạo lập cỏc bề mặt trong HTTĐL, cần phải xem đến cơ sở ban đầu.