2.2.1. Các chức năng chính của GIS
GIS có thể làm rõ các đối tượng khơng gian có tọa độ và các thuộc tính đúng với thế giới thực. Các chức năng chính của GIS là:
- Nhập dữ liệu
- Quản lý và trao đổi dữ liệu - Phân tích dữ liệu
GIS đã được ứng dụng cho các ngành khoa học trái đất như địa chất, địa lý cũng như trong các lĩnh vực khác (ngân hàng, giao thông, đô thị, môi trường, quân sự, v.v...).
2.2.2. Quy trình xây dựng một hệ thống thơng tin địa lý
Điều đầu tiên trong q trình phân tích khơng gian là công đoạn chuẩn bị dữ liệu, bước này thường phải mất nhiều thời gian nhất. Phần đầu tiên gồm các công đoạn như: lưu trữ dữ liệu, chuyển đổi và tích hợp thơng tin trong hệ thơng tin địa lý. Phần thứ hai, các q trình thu nhận những thơng tin cần dùng từ các dữ liệu thuộc tính và các dữ liệu địa lý (bằng các lệnh truy vấn- Querying).
Phần thứ ba, đưa ra một cách khái quát về thực hiện các chức năng không gian để tiến hành phân tích khơng gian.
Các bước thực hiện khác nhau liên quan đến sự thành cơng trong phân tích khơng gian nằm trong phần bốn.
Phần cuối cùng, đề cập đến kỹ thuật “phân tích đa chỉ tiêu” trong hệ thơng tin địa lý, nó có thể trợ giúp trong quá trình đưa ra quyết định.
GIS là một cơng cụ mạnh và có ích trong phân tích khơng gian. Tuy nhiên, người sử dụng GIS cần phải thận trọng trong việc lựa chọn dữ liệu đầu vào của mơ hình phân tích và sử dụng những kỹ thuật và chức năng phù hợp, tránh sử dụng số liệu kém chính xác hoặc dữ liệu khơng đồng nhất trong suốt q trình phân tích có thể đem lại những ảnh hưởng không tốt đến kết quả cuối cùng.
2.2.3. Các chức năng phân tích khơng gian áp dụng trong nghiên cứu
2.2.3.1. Buffer
Về không gian: Công cụ này dùng để tạo vùng đệm theo khoảng cách chỉ định trên các lớp dữ liệu đưa vào. Người dùng có thể lựa chọn để bỏ đi vùng đệm chồng lấp lên nhau.
Về thuộc tính: Giống như lớp dữ liệu input.
Cơng cụ Buffer trong ArcToolBox: Click chuột chọn Analysis Tool/ Proximity/ Buffer. Hộp thoại Buffer hiện ra:
Trong đó:
- Input Feature: Nhập lớp dữ liệu đầu vào.
- Output Feature Class: Chọn thư mục và đặt tên để lưu lớp dữ liệu được tạo ra. - Distance (Value or Field): Một đối tượng sẽ không được tạo vùng đệm nếu khoảng cách chỉ định là 0. Chọn Linear unit: 500 Meters. Có thể chỉ định khoảng cách âm đối với đối tượng đệm. Khoảng cách âm sẽ tạo vùng đệm bên trong. Người dùng có thể dùng Field để chỉ định khoảng cách đệm cho từng đối tượng.
- Sự lựa chọn Left, Right được dùng cho Polyline. Vùng đệm có thể được tạo bên trái hay bên phải nếu ta chọn Left hay Right. Nếu muốn tạo vùng đệm cho cả hai bên thì chọn Full.
- Sự lựa chọn End Type cũng chỉ được dùng cho Polyline. Sự lựa chọn này dùng để xác định hình dạng của điểm cuối cùng của Line. Mặc định chương trình sẽ lựa chọn Round để tạo một nửa đường tròn cho điểm cuối cùng.
- Kiểu Dissolve xác định kiểu phân rã sẽ được thực hiện để xóa bỏ vùng đệm chồng lấp lên nhau.
+ None: Nếu muốn các vùng đệm sẽ độc lập với nhau;
+ All: Nếu muốn tất cả các vùng đệm được ghép lại thành một vùng đệm và bỏ bất kỳ vùng đệm nào chồng lấp;
+ Ta cũng có thể lựa chọn vài Field để Dissolve nếu ta chọn LIST trong Dissolve Type. Những đối tượng có thuộc tính giống nhau trên Field chỉ định sẽ Dissolve.
Nói tóm lại, Buffer dùng với mục đích lựa chọn khu vực/ địa điểm. Ví dụ: tạo vùng ảnh hưởng mơi trường khơng khí, một vùng ơ nhiễm cần được chỉ ra vùng cách ly...
2.2.3.2. Overlay (phủ trùm hay chồng xếp nhiều lớp dữ liệu)
Nguyên tắc của chồng xếp thơng tin là xử lý điều kiện logic, trong đó thuật tốn Boolean hay được sử dụng. Điều kiện logic được sử dụng với yếu tố dữ liệu (operand) và quan hệ giữa các yếu tố dữ liệu (operation). Các quan hệ thường gặp bao gồm: AND, OR, XOR (khơng có OR) và NOT.
Quan hệ có/ khơng có (TRUE/FALSE) của thuật tốn Boolean, mỗi một bài toán được đặc trưng bởi một điều kiện logic đặc trưng để xác định các điều kiện chồng xếp thông tin của hai lớp và kết quả là có (TRUE) hay khơng (FALSE). Như trên hình, A và B là hai dữ liệu và thể hiện là 1 có (TRUE), 0 là khơng có (FALSE), ý nghĩa:
- A and B: Kết quả phải thể hiện cả tính chất của A và B; - A or B: Kết quả có tính chất của A hoặc B;
- A not B: Kết quả có A mà khơng có B;
- A xor B: Kết quả khơng có A nhưng có thể có B và ngược lại.
Overlay là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS. Overlay cho phép ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau. Người ta định nghĩa: “Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo ra một lớp bản đồ mới”. Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo ra một ma
trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với Overlay là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới. Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp. Người ta chia Overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:
- Point-in-polygon: Chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point; - Point-in-polygon: Chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line; - Point-in-polygon: Chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon.
Ví dụ bài tốn mơ tả cho kỹ thuật Overlay thuộc loại “polyon-in-polygon”: Bài tốn về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai. Trong bài tốn này, dữ liệu có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai. Thông thường, hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau. Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ. Lúc này thơng tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất khơng chứa các thơng tin này.
Qua bài tốn chúng ta có thể thấy rằng hai lớp mà ta đưa vào Overlay phải có sự thống nhất với nhau. Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành Overlay được.
Quá trình Overlay thường được tiến hành qua 2 bước:
- Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ tại giao điểm này;
- Kết hợp dữ liệu khơng gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ.
Các phép tốn Overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity). Cụ thể như sau:
- Phép hợp (Union): Sử dụng toán tử Or. Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu polygon. Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai lớp dữ liệu đầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng. Với điều kiện: lớp dữ liệu phải là polygon.
- Phép giao (Intersect): Sử dụng toán tử And. Phép toán này tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào. Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào.
- Phép đồng nhất(Identity): Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai lớp dữ liệu đầu vào. Kết quả gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít.