Trước khi bắt đầu bất cứ phép phân tích nào, bạn cần phải đánh giá được vấn đề và thiết lập được mục đích. Hãy nghĩ kỹ về quá trình sẽ thực thi trước khi đánh giá dữ liệu hay thực hiện bất cứ một quyết định nào đó; tìm xem những câu hỏi nào là cần thiết về dữ liệu và mô hình; tạo ra một thủ tục bao gồm các bước để quản lý quá trình tiến triển và phác thảo ra một mục đích cụ thể.
Phân tích dữ liệu trong GIS bao gồm khâu chồng xếp bản đồ (map overlay) và phân tích các mối quan hệ không gian có trong CSDL, là sự thể hiện chức năng phân tích địa lý và quản lý CSDL.
Sơ đồ trong hình 2.3 diễn tả cấu trúc quá trình phân tích GIS để đạt được mục đích sử dụng. Trước hết ta cần xác định mục đích phân tích dựa trên yêu cầu của người sử dụng và các câu hỏi mà hệ thống GIS có thể trả lời. Dữ liệu sau khi được thu thập có thể được số hóa đối với dữ liệu không gian hay thành lập bảng
số liệu đối với dữ liệu thuộc tính, kể cả công đoạn kết nối dữ liệu thuộc tính với tọa độ không gian.
Tất cả dữ liệu sau đó được nhập vào hệ thống kể cả các mối quan hệ để trở thành một hệ thống liên hoàn cả hai loại dữ liệu. Quá trình xử lý phân tích bao hàm cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính sử dụng các liên kết GIS giữa chúng. Kết quả có thể phân thành hai loại, kết quả dạng bảng số (bảng tổng kết tóm lược dữ liệu, bảng kết quả thống kê và các báo cáo) và kết quả dạng đồ họa (bản đồ dạng giấy, bản đồ số dạng tệp tin và bản đồ kết quả của các phép chồng ghép).
Hình 2.3. Sơ đồ phân tích dữ liệu trong hệ thống GIS
Trước hết ta cần hiểu rõ các vấn đề mà hệ thống GIS có thể giải quyết. Các ứng dụng GIS được hình thành từ những câu hỏi thực tế đã được đặt ra đối với dữ liệu liên quan đến vị trí không gian. Những câu hỏi phổ biến là:
Câu hỏi
Thu thập dữ liệu
Thành lập CSDL GIS
Liên kết DL không gian & DL thuộc tính
Phân tích Quản lý và phân tích CSDL - xuất/nhập DL - mở rộng CSDL - cập nhật - tìm kiếm Phân tích DL không gian - xuất - phân loại - đo đạc - chồng lớp - chuyển đổi - tạo vùng đệm - tính toán và lôgic Kết quả Bảng: - tổng quát DL - thống kê - báo cáo Kết quả Đồ họa: - bản đồ in: - bản đồ số: - bản đồ chồng ghép Liên kết
- Có những gì ở một vị trí địa lý nhất định (phân tích vị trí)?
- Khi nào thì một số điều kiện về vị trí địa lý được thỏa mãn?
- Các vật thể và quá trình đã thay đổi như thế nào theo thời gian?
- Các dữ liệu không gian có dạng như thế nào?
- Điều gì sẽ xảy ra nếu ta thay đổi một số điều kiện?
Phân tích vị trí:
Dữ liệu trên bản đồ giấy có thể chỉ ra vị trí địa lý của vật thể nhưng không thể giải thích được tại sao lại như vậy. Ví dụ một ảnh hàng không có thể cho ta biết ngô (bắp) phát triển rất tốt ở một số khu vực trên cánh đồng nhưng ta không thể tìm được thông tin tại sao lại như vậy. Phép phân tích GIS có thể giúp ta tạo ra sự liên kết giữa tình trạng phát triển của ngô, loại đất, và chế độ nước bằng cách xem xét đồng thời bản đồ số về cây trồng, về phân bố loại đất và về độ ẩm đất. Ngoài ra, GIS có khả năng phân tích những quan hệ phức hợp này một cách nhanh chóng và lưu trữ những dữ liệu quan tâm và kết quả phân tích.
Thỏa mãn điều kiện không gian:
Người sử dụng rất hay muốn biết sàng lọc để tìm ra những dữ liệu địa lý thỏa mãn một số điều kiện nhất định. Ví dụ ta dự định bổ sung giếng khoan khai thác nước ngầm cho một điểm dân cư và muốn xác định vị trí các giếng đó. Các giếng này cần phải nằm không xa quá 15 km so với điểm dân cư và phải ở gần sát đường ống cung cấp nước chính đã có sẵn. Như vậy ta cần biểu thị các yêu cầu đó thành ngôn ngữ địa lý và sau đó kết hợp với các điều kiện cục bộ để tìm ra vị trí các giếng khoan tương lai.
Phân tích biến đổi theo thời gian:
Quan niệm của chúng ta về thế giới tự nhiên cũng như chính thế giới tự nhiên luôn thay đổi theo thời gian. Quá trình đô thị hóa làm phân bố sử dụng đất biến động liên tục suốt trong mấy thập kỷ gần đây. Những hiểu biết về thế giới tự nhiên của chúng ta nếu không cập nhật theo thời gian thì sẽ trở thành vô nghĩa. Ví dụ một nhà nghiên cứu quan tâm đến quan hệ giữa phân bố các loại sử dụng đất và luật phân vùng quy hoạch. Nếu anh ta có được lưu trữ của các dữ liệu này trong một khoảng thời gian dài thì hệ thống GIS có thể tìm ra quan hệ đó.
Phân bố không gian:
Người sử dụng GIS thường muốn tìm hiểu về xu thế và dạng phân bố của dữ liệu trong không gian. Nói cách khác là liệu hai hay nhiều vật thể hay thông
số thay đổi có tương tự với nhau không trong không gian? Ví dụ, nếu ta thấy số lượng tai nạn giao thông thống kê trên đường cao tốc với tốc độ xe 65 dặm (mile)/ giờ có quan hệ gì với số tai nạn trên đường có xe chạy với vận tốc 55 dặm/ giờ.
Đánh giá hậu quả của các phương án:
Việc xây dựng các phương án (hay kịch bản) là kết quả của câu hỏi loại “Điều gì sẽ xảy ra nếu...?”. Ví dụ, tai họa gì sẽ xảy ra với các vùng ven biển nếu nhiệt độ toàn cầu tăng lên, băng ở bắc và nam cực tan ra, và mực nước biển dâng cao? Ở đây, người sử dụng phải kết hợp với các mô hình mô phỏng để dự báo hậu quả và thành lập bản đồ tác động của nhiệt độ tăng lên ở các vùng ven biển.
Ở ví dụ trên, hậu quả phụ thuộc vào mực nước biển sẽ dâng cao bao nhiêu. Mực nước biển lại phụ thuộc vào lượng băng sẽ tan và sự biến đổi của chế độ mưa và bốc hơi nước mà hai hiện tượng sau cũng bị tác động bởi biến động của nhiệt độ. Nếu các phân tích dựa trên các giả thiết khác nhau về biến đổi của hiện tượng tan băng, chế độ mưa và bốc hơi nước như là hàm số của sự thay đổi nhiệt độ toàn cầu, thì người ta có thể dự báo các mức tác động khác nhau lên môi trường các vùng ven biển.
Tuy vậy, trước khi sử dụng các công cụ phân tích để trả lời các câu hỏi do dự án sử dụng GIS đặt ra, ta cần xử lý dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính để chúng tương thích với hệ thống GIS của dự án. Các chức năng xử lý dữ liệu này thường là một bộ phận quan trọng của bất kỳ hệ thống GIS nào.
Một quy trình phân tích địa lý có thể bao gồm các bƣớc sau:
Bước 1: Đặt vấn đề
Bước 2: Chuẩn bị dữ liệu để phân tích không gian Bước 3: Thực hiện các thao tác không gian
Bước 4: Chuẩn bị dữ liệu để phân tích thuộc tính Bước 5: Tiến hành phân tích thuộc tính
Bước 6: Đánh giá kết quả
Bước 7: Xác định lại và phân tích mới nếu cần Bước 8: Trình bày các kết quả cuối cùng
Trong bước này cần phải xác định rõ mục đích và tiêu chuẩn phân tích. Ví dụ như mục đích phân tích là tìm ra địa điểm đổ chất thải rắn cho một thành phố, lúc đó, các tiêu chuẩn của bãi rác có thể là:
+ Cách xa khu dân cư 2km, + Cách xa nhà máy nước 2km, + Nằm trên đất nông nghiệp, + Nằm trong vùng đất sét, + Diện tích trên 20ha, + Dễ ra vào bằng xe tải,…
Như vậy, các tiêu chuẩn lựa chọn có thể định tính hoặc định lượng hoặc cả hai và chúng có thể đề cập đến nhiều khía cạnh như kinh tế - xã hội, môi trường, thẩm mỹ,…
- Chuẩn bị dữ liệu để phân tích không gian:
Nếu chúng ta đã thiết kế và xây dựng thành công CSDL địa lý, tại thời điểm này, tất cả các lớp dữ liệu đã sẵn sàng để có thể được phân tích. Có thể cần phải xử lý thêm về các lớp dữ liệu này hoặc có thể sau khi xem lại mục đích của phép phân tích chúng ta khám phá ra là cần phải thêm vào một số thuộc tính cho CSDL để thực hiện phép phân tích một cách hoàn chỉnh.
+ Công việc chuẩn bị cho phân tích không gian có thể bao gồm: + Cắt vùng nghiên cứu khỏi bản đồ lớn có sẵn trong CSDL.
+ Ghép các mảnh bản đồ lại thành một bản đồ lớn thể hiện hết khu vực nghiên cứu.
+ Biến đổi đơn vị diện tích như từ m2 sang ha.
+ Tái phân loại để giảm số loại sử dụng đất không cần thiết.
- Phân tích không gian:
Với dữ liệu đã được chuẩn bị, chúng ta có thể bắt đầu tiến hành các thao tác không gian để kết nối các lớp dữ liệu. Chúng ta đặc biệt quan tâm đến vấn đề tạo các vùng đệm xung quanh các đối tượng, thao tác trên các đối tượng không gian và tiến hành chồng ghép các vùng.
Mỗi thao tác sẽ tạo ra một lớp dữ liệu trung gian mới để xử lý tiếp. Loại và số lượng các thao tác không gian cần tiến hành tùy thuộc vào các tiêu chuẩn phân tích để đi đến kết quả mong muốn.
- Chuẩn bị dữ liệu để phân tích thuộc tính:
Cũng như dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính cũng cần được chuẩn bị trước khi tiến hành phân tích. Điều đó có nghĩa là trước khi tiến hành phân tích dữ liệu bảng, chúng ta cần phải đảm bảo chắc chắn rằng bảng thuộc tính chứa đầy đủ các mục hay có sẵn các cột và dòng trống cần thiết để lưu trữ các dữ liệu mới sẽ được tạo ra khi phân tích.
- Phân tích thuộc tính
Trên các dữ liệu thuộc tính có thể tiến hành các thao tác số học, logic và thống kê. Kết quả là tìm ra các đặc trưng thỏa mãn các tiêu chuẩn lựa chọn.
- Đánh giá kết quả
Sau khi phân tích, ta tiến hành đánh giá kết quả phân tích về độ chính xác và nội dung. Câu hỏi đặt ra và cần trả lời là kết quả phân tích có lý không? Có đáng tin cậy không? Các bản đồ đơn giản cùng với các bản báo cáo sẽ giúp cho chúng ta đánh giá được các kết quả.
Sau khi chắc chắn hoàn thành quá trình phân tích một cách chính xác và các điều kiện đều hợp lý thì ta có thể đi xem xét và đối chiếu kết quả ở ngoài thực địa. Nếu các kết quả đó không thể chấp nhận được so với thực tế thì ta có thể sử dụng bước này để xác định được những gì cần thay đổi và nâng cấp cách phân tích của mình. Sau đó, thực hiện lại quá trình phân tích.
- Xác định lại tiêu chuẩn phân tích và phân tích mới
Cần xác định lại các tiêu chuẩn phân tích và tiến hành các phân tích mới trong trường hợp các kết quả phân tích không thể chấp nhận được hay còn có những hạn chế nhất định. GIS thực sự có ích trong vấn đề này bởi vì nó cho phép bạn dễ dàng thực hiện mới và bắt đầu ở bước thích hợp nào đó trong cả quá trình.
- Trình bày các kết quả cuối cùng
Các kết quả phân tích địa lý thường được trình bày dưới dạng các bản đồ và các báo cáo.