CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1.2. Cơ sở dữ liệu Geodatabase trong OpenStreetMap
Geodatabase là một mơ hình dữ liệu khơng gian do ESRI đưa ra dùng cho việc lưu trữ, truy vấn và xử lý dữ liệu GIS, là một mơ hình lưu trữ các đối tượng địa lý trong một cơ sở dữ liệu. Nó là một cấu trúc dữ liệu có ưu điểm nổi bật cung cấp tính năng lưu trữ cơ sở dữ liệu địa lý trong một không gian dữ liệu thể hiện dưới hình thức một bảng dữ liệu. Hiện nay, Geodatabse có 3 định dạng chính: Personal Gedatabase, File Geodatabase và ArcSDE Geodatabase.
Hình 2.1. Cơ sở dữ liệu Geodatabase trong OpenStreetMap
Trong đó:
27
feature class có cùng phần mở rộng và hệ tọa độ. Feature dataset tương đương với một bản đồ.
- Feature class: Là lớp đối tượng, mỗi feature class bao gồm tập hợp nhiều đối tượng
địa lý (geographic feature có cùng kiểu hình học (point, line, polygon)) và có cùng thuộc tính. Các feature class chứa đặc trưng topology được xếp trong các feature dataset nhằm đảm bảo duy trì hệ tọa độ chung cho dữ liệu bên trong. Các feature class tương đương với một lớp trên bản đồ.
- Feature: Là đối tượng địa lý – spatial object, có vị trí địa lý (có tọa độ xác định), có
quan hệ khơng gian.
- Attribute Table: Là thuộc tính của từng lớp đối tượng, được lưu giữ dưới dạng các
bảng. Trong đó, các thuộc tính được thể hiện trong từng cột, mỗi đối tượng địa lý ở trong mỗi hàng.
Cơ sở dữ liệu thu thập – xây dựng được lưu trữ trong File Geodatabase vì nó được quản lý ở dạng các thư mục chứa file hệ thống, nhằm cải thiện dung lượng, chất lượng truy vấn và hiển thị dữ liệu.
2.2. LỰA CHỌN DỮ LIỆU PHỤC VỤ CHO CƠNG TÁC PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY
2.2.1. Nguyên tắc lựa chọn dữ liệu
Lựa chọn dữ liệu là một trong những bước quan trọng, nó giúp cho việc lấy và sử dụng dữ liệu một cách thuận lợi, hiệu quả hơn trong việc phân tích. Về mặt chun mơn, lựa chọn dữ liệu là bao gồm việc tìm kiếm, sắp xếp, tổ chức dữ liệu sao cho tất cả dữ liệu được sử dụng một cách có khoa học hơn hay nói cách khác là có thể đạt được hiệu quả tốt nhất.
Trong GIS, chất lượng dữ liệu là một đề tài rất đáng quan tâm vì dữ liệu là một hợp phần, vừa là đầu vào, vừa là đầu ra của GIS. Chất lượng đầu vào sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của đầu ra. Điều này nói lên được tầm quan trọng của việc lựa chọn dữ liệu mà chúng ta thu thập được và đưa vào GIS để tạo nên cơ sở dũ liệu địa lý. Nếu quá trình lựa chọ dữ liệu được bỏ qua, thì chất lượng dữ liệu đưa vào sẽ thấp, có nhiều sai sót thì kết quả đầu ra sẽ kém hơn.
Để lựa chọn dữ liệu hiệu quả, cần sử dụng các yếu tố chất lượng như: độ chính xác về vị trí, độ chính xác về thuộc tính, độ chính xác về thời gian.
Độ chính xác về vị trí: là độ lệch của vi trí địa lý của đối tượng trên bản đồ so với vị
trí thực của nó trên mặt đất.Ngồi ra, độ chính xác của dữ liệu số phụ thuộc vào số con số có nghĩa mà máy tính cho phép lưu trữ. Các chuyển đổi dữ liệu từ vector sang raster và ngược lại cũng dẫn đến sự giảm độ chính xác về vị trí. Để đảm bảo độ chính xác về vị trí, có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như đo đạc độc lập, đánh giá chủ quan, điều chỉnh,… trong đó, đo đạc độc lập là phương pháp thường được sử dụng nhất.
28
cũng quan trọng như độ chính xác của các dữ liệu vị trí. Dữ liệu thuộc tính sai sẽ dẫn đến những sai sót trong dữ liệu cuối cùng; ví dụ như khi các định nghĩa khơng đầy đủ về các loại đối tượng dẫn đến các đối tượng bị phân loại nhầm lẫn. Nhìn chung, độ chính xác của các thuộc tính số được kiểm tra bằng cách so sánh dữ liệu với các dữ liệu thực được gán ngẫu nhiên và được biểu thị bằng độ lệch chuẩn và sai số hệ thống.
Độ chính xác về thời gian: Thời gian đóng vai trị quan trọng trong các dữ liệu địa lý.
Tính thời sự hay độ chính xác về thời gian của dữ liệu đề cập đến hai vấn đề sau: Dữ liệu hình học và thuộc tính của các đối tượng sẵn có được thay đổi khi nào? Các đối tượng mới với các hình thể và thuộc tính mới xuất hiện khi nào?
29
30
2.2.2. Các dữ liệu lựa chọn cho cơng tác phịng cháy chữa cháy
2.2.2.1. Dữ liệu giao thông
Đây là lớp dữ liệu nền được tổng hợp bằng cơng cụ OpenStreetMap được tích hợp trong ArcGIS bao gồm những thơng tin khơng gian và thuộc tính:
Thơng tin khơng gian: - Hệ tọa độ: WGS-84
- Đặc điểm dữ liệu không gian: Polyline Cấu trúc dữ liệu thuộc tính:
Bảng 2.1. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính của lớp giao thơng
STT Tên trường Kiểu
dữ liệu
Độ rộng
Mô tả Giá trị
rỗng
1 ID String 7 Mã giao thông No 2 Highway String 20 Loại đường giao thông Yes 3 Osm-maxspeed String 20 Vận tốc cho phép Yes 4 Osm-name String 50 Tên đường Yes
5 Osm-oneway String 20 Qui định thuộc tính chiều lưu thơng
Yes
Hình 2.3. Lớp dữ liệu giao thơng
Từ lớp dữ liệu nền OpenStreetmap, thông tin thu thập thông thường chưa đủ nên phải tiến hành cập nhật bằng những nguồn tài liệu khác như Google Map, Google Earth sau đó sẽ tiến hành chuẩn hóa thơng tin khơng gian và thuộc tính để phục vụ cho bài tốn phân tích mạng.
2.2.2.2. Dữ liệu về sơng ngịi
Được tổng hợp từ ảnh vệ tinh hay các nguồn tài liệu như Google Map, OpenStreetMap.
2.2.2.3. Dữ liệu về hệ thống y tế
Tương tự như lớp dữ liệu giao thông, dữ liệu về hệ thống y tế cũng được tổng hợp từ OpenStreetmap và Google Earth.
31
Thông tin không gian: - Hệ tọa độ: WGS-84
- Đặc điểm dữ liệu không gian: Point Cấu trúc dữ liệu thuộc tính:
Bảng 2.2. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp hệ thống y tế
STT Tên trường Kiểu
dữ liệu
Độ
rộng Mô tả
Giá trị rỗng
1 Objectid String 20 Mã bệnh viên Yes 2 Osm-name Number 50 Tên bệnh viện Yes
2.2.2.4. Dữ liệu về hệ thống phòng cháy chữa cháy
Được tổng hợp từ các nguồn tài liệu như Google Earh và Google Map, dữ liệu bao gồm các thông tin về các trạm PCCC trên đại bàn thành phố Đà Nẵng.
Thông tin không gian: - Hệ tọa độWGS-84
- Đặc điểm dữ liệu không gian: Point Cấu trúc dữ liệu thuộc tính:
Bảng 2.3. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp hệ thống PCCC
STT Tên trường dữ liệu Kiểu rộng Độ Mô tả Giá trị rỗng
1 Objectid String 20 Mã bệnh viên Yes 2 Tên đơn vị Number 50 Tên các trạm
PCCC Yes 3 Địa chỉ Text 70 Địa chỉ
4 Số điện thoại String 20 Số điện thoại liên hệ
2.2.2.5. Dữ liệu về các điểm cháy
Lớp dữ liệu các điểm cháy, tổng hợp các vụ cháy lớn điển hình xảy ra trên địa bà thành phố trong thời gian gần đây. Nội dung thu thập bao gồm: tên vụ cháy, địa điểm xảy ra vụ cháy, thời gian, nguyên nhân.
Thông tin không gian: - Hệ tọa độ: WGS-84
- Đặc điểm dữ liệu không gian: Point Cấu trúc dữ liệu thuộc tính:
Bảng 2.4. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp điểm cháy
STT Tên trường Kiểu dữ
liệu
Độ
rộng Mô tả
Giá trị rỗng
1 Objectid String 20 Số thứ tự Yes 2 Địa chỉ Text 70 Địa chỉ xảy ra
32
2.3. CHUẨN HÓA DỮ LIỆU PHỤC VỤ CÔNG TÁC PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY CHÁY
2.3.1. Chuẩn hóa về tọa độ
Dữ liệu hiện nay rất đa dạng, được xây dựng bởi các phần mềm, tổ chức khác nhau và dữ liệu có thể không cùng nằm trong một hệ thống tọa độ nhất định. Vì vậy cần phải tiến hành chuẩn hóa dữ liệu khơng gian các đối tượng trên bản đồ để đảm bảo mối quan hệ khơng gian và hình học giữa các đối tượng được hiển thị đồng thời giúp giảm thiểu dư thừa dữ liệu, loại bỏ các bất thường khi cập nhật dữ liệu. Cụ thể là sẽ chuẩn hóa dữ liệu từ hề tọa tọa WGS-84 sang VN-2000 bằng cách sử dụng các tham số chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ, thiết lập trong phần mềm ArcGIS để hỗ trợ chuẩn hóa dữ liệu về tọa độ.
Hình 2.4. Các thơng số trong chuyển đổi hệ tọa độ WGS-84 sang VN-2000
Sử dụng ArcGIS để thiết lập các thông số và đưa về tọa độ VN-2000.
Sử dụng tool Create Custom Geographic Transformation để thiết lập các thơng số.
Hình 2.5. Thiết lập các thơng số bằng tool Create Custom Geographic
33
Sau khi đã thiết lập các thông số, tiếp tục dùng tool Project để hồn tất bước chuẩn hóa tất cả các dữ liệu từ hệ tọa độ WGS 84 sang hệ tọa độ VN-2000.
Hình 2.6. Dùng cơng cụ Project để chuyển đổi
Sau khi chuẩn hóa dữ liệu, sản phẩm sẽ là một bộ CSDL chuẩn cả về thơng tin khơng gian và thuộc tính được trình bày một cách logic.
2.3.2. Chuẩn hóa về khơng gian (topology)
Quan hệ không gian Topology trong GIS là mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng; là một lĩnh vực toán học. Cấu trúc dữ liệu thuộc topology cung cấp một cách tự động hóa để xử lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu cho các vùng vì các ranh giới giữa những vùng nằm kề nhau được lưu trữ chỉ một lần; và cho phép chúng ta cấu trúc dữ liệu dựa trên các nguyên lý về tính kề cận (adjacency) và kết nối (connectivity) để xác định các quan hệ không gian.
Trong cơng nghệ GIS, Topology là mơ hình được sử dụng để mô tả làm thế nào các đối tượng chia sẻ hình học với nhau và cũng là cơ chế để xây dựng và duy trì quan hệ Topology giữa các đối tượng. ArcGIS thực thi quan hệ Topology thông qua một tập các quy tắc định nghĩa các đối tượng chia sẻ hình học với nhau theo cách nào và một tập các công cụ chỉnh sửa các đối tượng vi phạm quy tắc đề ra.
Khi biết hình dạng hình học, vị trí, kích thước và hệ tọa độ của đối tượng chỉ mới đáp ứng được tính đầy đủ của dữ liệu GIS. Để đảm bảo tính đúng đắn và chính xác của dữ liệu GIS thì người xây dựng dữ liệu cần phải hiểu bản chất về topology. Topology thể hiện mối quan hệ hoặc sự liên kết giữa các đối tượng trong không gian.
Các dữ liệu như ranh giới hành chính, đường giao thơng,…. Sử dụng topology để xác định các lỗi về hình học trong q trình số hóa.
34
Hình 2.7. Một số quy tắc Topology phổ biến
Sử dụng công cụ ArcCatalog để tạo Topology cho các lớp dữ liệu.
Hình 2.8. Tạo Topology trong ArcCatalog
2.3.3. Chuẩn hóa về thuộc tính của dữ liệu
Sau khi đã chuẩn hóa về tọa độ và topology, cần phải chuẩn hóa về thuộc tính của dữ liệu, thêm các trường cần thiết cho dữ liệu hoàn chỉnh hơn, đáp ứng những yêu cầu
35
của Network Analyst. Cụ thể ở đây là dữ liệu giao thông:
Bảng 2.5. Thêm các trường cần thiết cho lớp giao thông
STT Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng Mô tả
1 Oneway Text 5 Chiều lưu thông 2 Name Text 70 Tên đường 3 Minutes Double Địa chỉ 4 Meters Double Chiều dài
36
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CƠNG TÁC PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY
3.1. QUY TRÌNH KHAI THÁC DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CƠNG TÁC PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY
Hình 3.1. Quy trình khai thác dữ liệu GIS phục vụ cho công tác PCCC
3.2. CÁC BÀI TỐN PHÂN TÍCH MẠNG LIÊN QUAN ĐẾN PHÒNG CHÁY CHỮA CHÁY
3.2.1. Bài tốn phân tích tìm đường đi ngắn nhất đến điểm cháy
Khi một vụ hỏa hạn xảy ra, để hạn chế thấp nhất thiệt hại về con người hay tài sản thì điều cần quan tâm đến là làm sao để các trạm PCCC hoặc bệnh viện hay cảnh sát sẽ đến nhanh nhất để giảm thiểu tối đa thiệt hại? Vì vậy, với bài tốn này có thể giải quyết vấn đề này, bài tốn phân tích tìm đường đi ngắn nhất đến điểm cháy, có thể tìm đường đi cho các cơ quan PCCC hay bệnh viện đến kịp thời hỗ trợ. Với chức năng
37
Hình 3.2. Sử dụng chức năng New Route để thực hiện bài tốn tìm đường đi ngắn
nhất đến điểm cháy
Hình 3.3. Quy trình thực hiện bài tốn tìm đường đi ngắn nhất đến điểm cháy
3.2.2. Bài tốn về tìm trạm phịng cháy chữa cháy hợp lý đến điểm cháy
Chức năng phân tích tìm đường đi ngắn nhất trên phần mềm ArcGIS được lập trình dựa trên cơ sở thuật tốn Dijkstra. Thuật toán này giải quyết bài toán đường đi ngắn nhất nguồn đơn trong một đồ thị có hướng, khơng có cạnh mang trọng số âm (ma trận trọng số khơng âm). Thuật tốn được xây dựng dựa trên cơ sở gán cho các đỉnh (vị trí khởi hành hoặc điểm cần đến) các nhãn tạm thời. Nhãn của mỗi đỉnh cho biết cận trên của độ dài đường đi tối ưu từ một vị trí bất kỳ tới nó. Các nhãn này sẽ được biến đổi
38
theo một thủ tục lặp, mà ở mỗi bước lặp có một nhãn tạm thời trở thành nhãn cố định. Nếu nhãn của một đỉnh nào đó trở thành nhãn cố định thì nó sẽ cho ta khơng phải là cận trên mà là độ dài của đường đi tối ưu từ đỉnh bất kỳ đến nó (Dijkstra EW, 1959).
Với việc sử dụng chức năng New Closet Facility để phân tích. Ngồi việc sử dụng chức năng phân tích khơng gian này để kịp thời đáp ứng cơng tác chữa cháy khẩn cấp có thể thực hiện phân tích về số lượng và phân bố khơng gian của khu vực lấy nước chữa cháy (trụ nước chữa cháy, hệ thống thủy văn hay các khu vực bố trí hồ chứa nước).
Hình 3.4. Sử dụng chức năng New Closest Facility để mơ phỏng bài tốn tìm trạm
PCCC hợp lý
39
3.2.3. Bài tốn phân tích tìm vùng phục vụ điểm cháy
Bài tốn tìm vùng dịch vụ có khả năng áp dụng với mục đích xác định khu vực nên bố trí trạm PCCC. Nguyên lý cơ bản của bài tốn là tính tốn lựa chọn vị trí của đối tượng trên cơ sở những tiêu chuẩn mà đối tượng đó cần đáp ứng, phân tích dựa thơng tin thuộc tính và thơng tin khơng gian lấy từ cơ sở dữ liệu đã được xây dựngÁp dụng công cụ phân tích mạng tạo các vùng phục vụ (service area) của từng đơn vị PCCC theo các kịch bản về thời gian và vận tốc di chuyển. Tạo vùng phục vụ nhằm xác định khả năng đáp ứng cho việc chữa cháy trong điều kiện bị giới hạn về thời gian và vận tốc di chuyển. Từ những vùng phục vụ và vị trí các điểm cháy, ta có thể gợi ý vị trí đặt trạm tạm.
Hình 3.6. Sử dụng chức năng New Sercice Area để mơ phỏng bài tốn vùng phục vụ
40
3.3. ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG CƠNG TÁC PHỊNG CHÁY CHỮA CHÁY Ở KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.3.1. Mơ phỏng về tìm đường ngắn nhất đến các điểm cháy
Áp dụng cơng cụ phân tích mạng New Route để mơ phỏng về tìm đường đi ngắn
nhất đến điểm cháy.
Với trường hợp một vụ cháy xảy ra ở Siêu thị Coop Mark nằm ở 478 Điện Biên Phủ, Thanh Khê, Q. Thanh Khê, Đà Nẵng, được người dân thông tin đến trạm PCCC số 2 nằm 460/2 Trần Cao Vân, Phường Xuân Hà, Quận Thanh Khê, Thành phố Đà Nẵng. Bài toán này sẽ giải quyết vấn đề tìm được đường đi ngắn nhất từ trạm PCCC số 2 để đến Siêu thị nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.