Bài thực hành 4: Nội suy, xác định các đường đồng- 123docz.net

II. Thực hành trên ArcGIS Desktop 10

4. Bài thực hành 4: Nội suy, xác định các đường đồng mức

Đầu tiên, ta cần bật chức năng Spatial Analyst trong ArcMap lên. - Vào Customize Extensions Spatial Analyst

- Vào Customize Toolbars Spatial Analyst

- Sau khi thực hiện các thao tác trước xong thì thanh công cụ Spatial Analyst sẽ xuất hiện.

Thanh Toolbars này còn có thể mở bằng cách để chuột lên và chuột phải

- Trong ArcToolbox cũng cung cấp cho chúng ta một bộ công cụ “ Spatial Analyst Tools”

Chúng ta sẽ thực hành trên dư liệu “Soilsamp.shp” Add dữ liệu theo đường dẫn “D:\du lieu GIS\Spatial

Analyst\SPATIAL\SOILSAMP.shp” a. Nội suy

Trong ArcToolbox cung cấp cho ta nhiều phương pháp nội suy khác nhau, nhưng chúng ta đi cụ thể 3 phương pháp là “IDW;

Kriging; Sline”. Mở hộp công cụ nội suy như sau

“ArcToolbox Spatial Analyst Tools Interpolation”

IDW (Inverse Distance Weight)

Phương pháp IDW xác định các giá trị cell bằng cách tính trung bình các giá trị của các điểm mẫu trong vùng lân cận của mỗi cell. Điểm càng gần điểm trung tâm (mà ta đang xác định) thì càng có ảnh hưởng nhiều hơn. Chẳng hạn, khả năng tiêu dùng của khách hàng sẽ giảm theo khoảng cách (đến cửa hàng).

Công thức nội suy :

Trong đó dij là khoảng cách không gian giữa 2 điểm thứ i và thứ j, số mũ p càng cao thì mức độ ảnh hưởng của các điểm ở xa càng thấp và một số xem như không đáng kể, thông thường p = 2.

37 - “Input poin features”: lớp dữ

liệu vào.

- “Z value feild”: thuộc tính dùng

để nội suy.

- “Output cell size”: giá trị điểm

ảnh.

- “Power”: bậc nội suy

- “Search radius”: bán kính tìm

kiếm. Bán kính này giới hạn số lượng điểm mẫu được sử dụng để tính cell được nội suy.

Có hai loại bán kính tìm kiếm : cố định (fixed) và biến đổi (variable).

Variable search radius

Số lượng các điểm mẫu cố

định(Number of Poin) và khoảng cách tìm kiếm lớn nhất (Maximum distance). Bán kính biến thiên tìm các điểm mẫu gần nhất với khoảng cách tìm kiếm lớn nhất cho đến khi số lượng điểm thu được đầy đủ. Nếu số lượng điểm mẫu phải thu được không đủ bên trong khoảng cách tìm kiếm lớn nhất thì chỉ có những điểm mẫu thu được là được dùng cho nội suy.

Fixed search radius

Là bán kính với một số lượng điểm mẫu nhỏ nhất (Minimum number of poins) và một khoảng cách xác định (Distance). Khi số lượng điểm mẫu không đủ trong bán kính này thì nó sẽ tự động nới rộng ra chừng nào đủ số điểm mẫu bé nhất có thể.

- Barrier polyline (vùng che chắn)

Một barrier là một tập polyline như một sự gián đoạn giới hạn vùng tìm kiếm điểm mẫu. Một polyline có thể là một vách đá, một ngọn núi, hay một số vật che chắn khác trong vùng (landscape). Khi xuất hiện yếu tố này thì chỉ có những điểm mẫu cùng phía với nó và cell đang khảo sát mới được xem xét.

Kết quả nội suy theo “Variable search radius” với số lượng điểm là 12 và không

Kết quả nội suy theo “Fixed search radius” với khoãng cách là 5 và số điểm tối

Kriging

Các phần như “Input, Z value field, Output cell size, Search radius” tương tự như phương pháp trên.

Có 2 phương pháp nội suy Kriging là Ordinary và Universal

Mỗi phương pháp lại có các mô hình hay còn gọi là thuật toán khác nhau:

Ordinary: Spherial; circular; exponential; gaussian; linear. Universal: linear with linear drift; linear with Quadratic drift.

Sline

Spline thiết lập các giá trị sử dụng một hàm toán học làm tối thiểu toàn bộ bề mặt cong, kết quả là một bề mặt uốn cong đi qua tất cả các điểm mẫu.

Phương pháp này thích hợp cho các bề mặt thay đổi nhẹ nhàng như độ cao (elevation), độ cao mực nước ngầm (water table heights), nồng độ ô nhiễm (pollution concentrations). Các phần “Input, Z value field, Output cell size” tương tự như phương pháp trên. Có hai phương pháp spline khác nhau : Regularized và Tension

Regularized : tạo bề mặt trơn thay đổi dần dần với các giá trị có thể nằm bên ngoài vùng

điểm mẫu.

Tension : điều chỉnh sự biến đổi (stiffness) của bề mặt theo đặc trưng của hiện tượng

được lấy mẫu. Nó tạo một bề mặt ít trơn hơn với các giá trị điểm mẫu gần nhau nhưng chênh lệch lớn.

Weight (trọng số)

Đối với phương pháp Regularized, trọng số (>= 0) của các đạo hàm cấp 3 của bề mặt trong biểu thức tối thiểu hoá độ cong. Các giá trị thường dùng: 0, 0.001, 0.01, 0.1, và 0.5. Giá trị trọng số càng cao thì bề mặt càng trơn.

Đối với pp Tension, ngược lại với phương pháp đầu, trọng số càng cao thì bề mặt càng thô (thông thường là 0, 1, 5, 10).

Số lượng điểm tính toán cho mỗi cell nội suy cũng là yếu tố quan trọng cho tính trơn của bề mặt.

Kết quả nội suy theo phương pháp “Regularized”, trọng số là 0.5, số lượng điểm là 12.

b. Xác định mức độ chính xác của phương pháp nội suy

Để xác định mức độ chính xác ta chọn ra 7 điểm (0, 15, 29, 44, 58, 60, 62) để tạo ra một lớp dữ liệu mới để kiểm tra.

Lấy giá trị điểm thực so với giá trị điểm nội suy ở cùng một vị trí, sau đó lấy sai số trung bình, phương pháp nào sai số nhỏ nhất thì lấy.

Các bước như sau

• Tạo một lớp dữ liệu điễm mới gồm 7 điểm 0, 15, 29, 44, 58, 60, 62, đặt tên là “Kiểmtra”.

- Vào bảng Attribute chọn ra 7 điểm này. Sau đó tắt đi.

- Vào “Data Export Data...”

Export từ những đối tượng được chọn.

“Yes” : để add data vừa

export vào layer hiện có.

• Tạo thêm một lớp dữ liệu mới từ lớp dữ liệu “Soilsamp” nhưng bỏ đi 7 điểm nói trên, đặt tên là nội suy.

- Sau khi chọn được 7 điểm trên, ta dùng vào “Table Options Switch Selection”, để chọn ra các đối tượng không được chọn lúc đầu.

• Tiếp theo, nội suy lớp dữ liệu “nộisuy” vừa tạo. chọn phép nội suy IDW với 2 bậc nội suy khác nhau là 2 và 3. Các điểm to và đen là các điểm kiểm tra.

• So sánh giá trị của các điểm nội suy với điểm thực trên lớp “kiểmtra”.

- Dùng công cụ truy vấn trực tiếp để ghi nhận giá trị tại các điểm kiểm tra. - Tính trung bình sai số của các điểm kiểm tra, sai số càng nhỏ phương pháp càng

chính xác.

- Nhập giá trị vào Excel để tính trung bình sai số.

- Từ kết quả tính toán, ta thấy phương pháp nội suy bậc 3 có độ chính xác cao hơn nội suy bậc 2.

c. Xác định đường đồng mức

Hàm Histogram cho biết tần suất xuất hiện của giá trị đó. Sử dụng để vẽ hàm histogram.

49 Có 2 cách để vẽ đường contour:

1- Sử dụng cộng cụ trong thanh công cụ Spatial Analyst.

2- Sử dụng lệnh contour trong ArcToolbox.

“Contour Interval” là khoãng cách giữa các đường

contour.

“Base contour” là đường contour nền.

“Z factor” là giá trị Z của lớp dữ liệu mà ta cần tạo

5. Bài thực hành 5: Phân tích 3D

Thực hành trên dữ liệu 3D trong mục Spatial Analyst

Add Data theo đường dẩn “D:\du lieu GIS\Spatial Analyst\3D\site1”, trong thư mục này chúng ta sẽ thực hành với 3 lớp dữ liệu chính là “masspntz.shp; bldg.shp;

brklinz.shp”.

a. TIN

Xây dựng TIN bằng công cụ “Create TIN” trong ArcToolbox. Chú ý: TIN được tạo nên từ tập hợp các điểm nên dữ liệu đầu vào phải ở dạng “poin”.

Do các công cụ trong “3D Analyst Tools” ch cần thêm một bước chuyển đổ

3D Analyst Tools Coversion

trong “3D Analyst Tools” chỉ chấp nhận Input ở dạng Raster ổi dữ liệu từ TIN sang Raster theo đường dẩn

Coversion From TIN TIN to Raster”

Raster nên ta n “ArcToolbox

Input là lớp dữ liệu TIN vừa tạo. Loại dữ liệu ra (Output Data Type) FLOAT hoặc INT. Phương pháp chuyển đổi (Method) gồm có LINEAR và NATURAL-NEIGHBORS.

b. Contour: Đường đồng mức

Xây dựng đường contour. Coutour là đường cong đi qua các điểm có cùng giá trị z, z không nhất thiết là độ cao mà ta có thể gán bất cứ thuộc tính nào cho biến z.

Input là lớp dữ liệu raster vừa tạo. “Contour interval” khoãng cách giữa 2 đường contour.

e. Steepest Path

g. Hiển thị 3D: Thực hiện trên ArcScene

Mở ArcScene bằng 2 cách như sau:

- Mở bằng biểu tượng ngay trên thanh công cụ 3D Analyst. - Theo đường dẫn “C/ArcGIS/ArcScene 10”

Thay đổi màu sắc của lớp dữ liệu

- Vào Properties... Thanh Symbology Add trong cửa sổ Add Renderer, chọn phương pháp hiển thị Add Dismiss Apply OK

Hiển thị chồng lớp: Hiển thị thêm 2 lớp dữ liệu “brklinz.shp; bldg.shp” trong thư mục “site1”.

• Lớp dữ liệu “blgd.shp” đại diện cho các tòa nhà nên phải nằm bên trên mặt đất. Đầu tiên chúng ta cần đưa lớp dữ liệu này lên mặt đất, sau đó thêm tham số độ cao cho các tòa nhà để hiển thị được rõ ràng hơn.

• Thực hiện theo các bước sau:

- Vào Properties thanh Base Heights đánh vào ô “Floating on a custom surface” thay thế cho “No elevation values from a surface” OK

- Vào thanh “ Extrusion đánh dấu vào ô Extrude features in layer...” dùng để nhập dữ liệu [SRORIES] * 30, có nghĩa là mỗi tầng cao 30m OK

• Lớp dữ liệu “brklinz.shp”, đại diện cho đường dây diện và đường ống nước. Khi hiển thị có thể đổi tên để dễ phân biệt. Chúng ta sẽ hiển thị lớp dữ liệu dây diện cao 50m và lớp đường ống nước ngầm 20m.

- Vào thanh Base Heights Layer offset Nhập giá trị vào ô vuông bên dưới, nếu nằm âm dưới đất thì “ - “ phía trước giá trị đó.

6. Bài thực hành 6: Phân tích mạng (Network Analyst)

a. Tạo một Network mới.

Một Netword mới được tạo trong AcrCatalog . Vào thư mục Network chọn lớp dữ liệu “s_fran”, nhấp chuột phải vào New Network Dataset để tạo một network mới.

Trước khi tạo Network ta cần phải kích hoạt chức năng Network trong ArcCatalog.

Trong quá trình tạo, công cụ này cho phép ta đặt tên lớp dữ liệu mới, hiệu chỉnh một số thông và thuộc tính dữ liệu.

Quá trình tạo Network mới đã thành công sẽ tạo được 2 lớp dữ liệu mới là “Mang_giao_thong” dạng line và “Mang_giao_thong_Junctions” dạng poin

Ban

b. Phân tích mạng trong ArcMap.

• Add lớp dữ liệu “Mang_giao_thong” vừa tạo vào AcrMap. • Kích hoạt chức năng phân tích mạng trong ArcMap.

- Vào Customize Extensions đánh dấu vào ô Network Analyst.

- Vào Customize (hoặc chuột phải ) Toolbars tích vào Analyst để mở thanh Network lên.

• Để tạo một lộ trình mới, vào biểu tượng chọn “New Route” • Dùng để mở cửa sổ Network Analyst.

• Để tạo một địa điểm mới, ta chọn Stops (trong

Network Analyst Window) + Located (trong Table of Contents) + (trong thanh Network Analyst) để khởi tạo.

• Sử dụng hoặc công cụ trong Solve trong

ArcTollbox ( Network Analyst Analyst Solve) để tạo đường đi đến các điểm.

• Dùng công cụ (Directions) để xem thông tin đường đi. Thống kê được tổng chiều dài đoạn đường là 2.9 mile, đi mất 15 min.

69 • Nếu muốn thống kê bằng những

đơn vị khác như “Km” hay “Hour” ta có thể vào “Directions Options” để thay đổi.

• Để tạo những điểm cản trở ( tức là các điểm không thể đi qua) ta chọn Poin Barriers ( trong

Network Analyst Window) + Restriction (trong Table of Contents) + (trong thanh Network Analyst) để khởi tạo. • Sử dụng để chọn hoặc di

chuyển các điểm.

• Ngoài ra còn có thể tạo được các

đường hay vùng cản trở trong

Network Analyst Window. • So sánh giữa hình trang 64 và

hình bên dưới ta sẽ thấy sự khác biệt, đường đi sẽ tránh các điểm Barriers và đi đường khác.

c. Add một lớp dữ liệu điểm mới vào Network hiện hành.

• Đầu tiên, chọn lớp chọn lớp dữ liệu điểm “del_loc.shp” add vào ArcMap.

• Nhấp vào hoặc trong thanh “Table of Contents Route chuột phải” để

hiển thị Layer Properties

- PropertiesImpedance: chọn quản lý theo thuộc tính nào.

Đường đi tạo ra ban đầu

d. Bài toán tìm bệnh viện gần nhất.

• Add lớp dữ liệu Hospital.shp vào network hiện hành.

- Vào Network Analyst New Closest Facility.

- Add lớp Hospital.shp vào mục Facilities như hướng dẫn ở mục c.

• Chọn Incidents (trong Network Analyst Window)+ (trong thanh Network Analyst) để tạo vài điểm tai nạn.

• Sử dụng để tạo đường đi từ các điểm tai nạn đến nhưng bệnh viện gần nhất. • Dùng công cụ (Directions) để xem thông tin đường đi từ địa điểm tai nạn đến

e. Tìm vùng dịch vụ

• Vào Network Analyst New Sevice Area

• Chọn Facilities (trong Network Analyst

Window)+ (trong thanh Network Analyst) để tạo các điểm cơ sở để khoang vùng dịch vụ. • Nhấp vào để mở Layer Properties

• Vùng dịch vụ được tạo nên dựa vào 1 trong 2 yếu tố là quãng đường và thời gian.

• Có 2 phương pháp để tạo vùng dịch vụ là đi ra điểm dịch vụ (Away Form Facility) và tiến lại gần điểm dịch vụ (Towards Facility)

7. Bài thực hành 7: Làm quen với các phép tính trên Raster.

a. Cơ sỡ lý thuyết Số liệu mưa Số liệu mưa Môhình DEM Bản đồ HSSD Đất Bản đồ Địa hình Bản đồ Đất Bản đồ xói mòn tiềm năng Hệ số K Bản đồ hệ số K Bản đồ hệ số P Bảnđồ hệ số C Bản đồ hiện trạng xói mòn đất Bản đồ hệ số LS

Số hóa, Raster hóa Số hóa, Raster hóa

Nhân các lớp bản đồ

Phương trình xác định lượng đất mất đi do xói mòn ( W.H. Wischmeier, 1959) A = R * K * L * S * C * P

Trong đó:

A: lượng dất mất do xói mòn. R: hệ số xói mòn do mưa. K: hệ số xói mòn do đất.

L: hệ số xói mòn của chiều dài sườn dốc. S:hệ số xói mòn của độ dốc.

C: lớp phủ thực vật

b. Các bước tiến hành trên ArcGIS

Add Data theo đường dẫn “ Folder Connections Spatial Anlyst Tinh_toan_Raster lvsSG dem_lvssg”

Tìm Slope: Vào “ArcToolbox Spatial Analyst Surface Slope” để mở công cụ Slope.

• Input Raster: dem_lvssg • Output Raster: Heso_S • Z factor (optinal): 2

Tìm Aspect: Vào “ArcToolbox Spatial Analyst Surface Aspect” để mở lệnh Aspect.

• Input Raster: Heso_S • Output Raster: Heso_A

Tìm Slow Accumulation (Dòng chảy tích lũy): Vào “ArcToolbox Spatial Analyst Hydrology Flow Accumulation”.

• Input Raster: dem_lvssg • Output Raster: Heso_F

Add thêm 2 lớp dữ liệu “lopfu3.shp và thonhuonglvSG.shp” theo đường dẫn “Folder

Connections Spatial Anlyst Tinh_toan_Raster lopfu3.shp; thonhuonglvSG.shp”

Chuyển đổi 2 lớp dữ liệu này sang Raster: Mở công cụ này trong “ArcToolbox Conversion Tools To Raster Feature To Raster”.

Chuyển đổi lớp dữ liệu “lopfu3.shp” • Input Features: lopfu3

• Field: hesoC

Chuyển đổi lớp dữ liệu “thonhuonglvSG.shp” • Input Features: thonhuonglvSG.shp

• Field: hesoK

• Output Raster: Heso_K

Phương trình xác định lượng đất mất đi do xói mòn A = R * K * L * S * C * P R = 0.5 ; P = 0.7

Mà L * S = F (Flow Accumulation) * S (Slope) * A (Acpect)

Nên suy ra được: A = R * K * F * S * A * C * P Sử dụng công cụ Raster Calculator