1.4.3 .Đặc điểm dân cư, kinh tế-xã hội
1.4.3.2 .Tiềm năng kinh tế
1.5. Tổng quan về GIS
1.5.2. Các hệ thống phụ của GIS
Ngồi hệ thống GIS nói chung, hiện nay mỗi lĩnh vực đều đưa ra một hệ thống thơng tin riêng nhưng thực chất đó chỉ là những hệ thống phụ hay là sự cụ thể hóa một hệ thống GIS ứng dụng, dưới đây là một số hệ thống đó :
1. Hệ thống thông tin đất. (Land Information System - LIS)
2. Lập bản đồ tự động và công cụ quản lý. (AM/FM) (Automated Mapping and Facilities Management AMFM)
3. Hệ thống thông tin môi trường (Environmental Information System-EIS) 4. Hệ thống thông tin tài nguyên (Resources Information System-EIS) 5. Hệ thống thông tin lập kế hoạch (Planning Information System-PIS) 6. Hệ thống quản trị dữ liệu không gian (Spatial Data Handling System- DHS)
7. Hệ thống hỗ trợ ra quyết định-Decision Support System (DSS) 1.5.3. Cấu trúc của một hệ thống GIS
Theo định nghĩa trên GIS bao gồm 4 hợp phần cơ bản như sau: dữ liệu
không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm (hình 2.3).Ngồi ra trong
qúa trình phát triển, hệ thống cịn có thêm 2 hợp phần nữa là mạng và quy trình(
Hình 1.16. Mơ hình tổ chức của HTTĐL
Hình 1.17. Cấu trúc và chức năng của GIS (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ- ESRI 2000) (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ- ESRI 2000)
Dữ liệu không gian: Dữ liệu khơng gian có thể đến từ nhiều nguồn, có các nguồn tư liệu sau: số liệu tính tốn thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ giấy (dạng analog). Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và HTTĐL có khả năng cung cấp thơng tin khơng gian bao gồm các thuộc tính địa
lý, khn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Dữ liệu thông tin được
định vị địa lý là chìa khố của sự khác nhau giữa GIS và các hệ thông tin khác.
Các lớp thông tin về các đối tượng không gian trên thế giới thực (real world)
phẳng, có cùng một tọa độ địa lý, chứa đựng các thông tin của một khu vực nhất định trên bề mặt trái đất.
a
b
Hình 1.18. Thực thể khơng gian (a) và các lớp thơng tin trên nó (b). (Theo ESRI, 1998)
Trong cấu trúc của một hệ thống GIS, cơ sở dữ liệu có vai trị quyết định của hệ thống và chiếm tới 80 phần trăm giá trị theo cả nghĩa về lý thuyết cũng như về giá trị kinh tế của hệ thống.
Một cơ sở dữ liệu (CSDL) là một kho chứa các khả năng lưu trữ những số
lượng dữ liệu lớn. Nó bao gồm một số các chức năng hữu dụng như sau (theo Rolf A. de By.ITC):
- Cho phép nhiều nhiều người cùng sử dụng trong cùng một thời gian, nghĩa
là nó cho phép sử dụng đồng thời.
- Cho phép tạo ra một số phương pháp kỹ thuật để lưu trữ dữ liệu và cho
phép sử dụng hiệu quả nhất, nghĩa là nó hỗ trợ tối ưu hóa lưu trữ.
- Cho phép áp đặt các quy tắc đối với dữ liệu được lưu trữ, những quy tắc là
sẽ tự động kiểm tra sau mỗi lần cập nhật dữ liệu, nghĩa là nó hỗ trợ tính tồn vẹn
dữ liệu.
- Tạo ra sự dễ dàng trong việc sử dụng ngôn ngữ thao tác dữ liệu, điều này cho phép thực hiện các kiểu kết xuất dữ liệu và cập nhật dữ liệu, nghĩa là nó có
khả năng truy vấn.
- Cố gắng thực hiện từng truy vấn bằng ngôn ngữ thao tác dữ liệu theo cách hiệu quả nhất, nghĩa là nó cung cấp tối ưu hóa khả năng truy vấn.
Các cơ sở dữ liệu có thể lưu trữ gần như bất kỳ loại dữ liệu nào và có thể xây dựng từ nhiều nguồn, trong đó viễn thám là một nguồn tư liệu hết sức quan trọng. Song, khi đưa vào cơ sở dữ liệu, thông tin viễn thám phải được bổ sung, chỉnh lý và lựa chọn để trở thành các lớp thông tin trong cơ sở dữ liệu GIS.
1.5.4. Chức năng của hệ thống GIS
Có thể khái quát về các chức năng, một hệ thống GIS phải có các khả năng
sau:
- Nhập và bổ sung dữ liệu (entry and updating): Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập và bổ sung dữ liệu mà cơng việc đó khơng tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu khơng có chức năng đó thì khơng được xem là một GIS vì chức năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có. Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dưới dạng số hoặc dạng analog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giây hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng.
- Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đưa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khn dạng khác nhau. Vì vậy đối với tư liệu quốc gia, khơng thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tích chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khác nhau. Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
- Lưu trữ tư liệu: Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho
đảm bảo độ chính xác và khơng mất thông tin, thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo... thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả.
- Điều khiển dữ liệu (data manipulation): Do nhiều GIS hoạt động địi hỏi tư liệu khơng gian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó GIS phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính tốn và được can thiệp, biến đổi.
- Phân tích khơng gian (spatial analysis): Trước đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là được tập trung, phát triển bởi những người xây dựng GIS. Chức năng thứ sáu là phân tích khơng gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của cơng nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về HTTĐL trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích khơng gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống được gọi là GIS. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống song đối với một một hệ thống GIS sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc. Với một hệ thống như vậy thì các mơ tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mơ hình giải thích, dự báo đều có thể thực hiện trong chức năng xử lý khơng gian. Các kỹ thuật phân tích khơng gian (spatial analytical technicques) có nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tượng hoặc các yếu tố (tự nhiên-kinh tế-xã hội). Mối liên quan đó được cụ thể bằng trật tự không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tượng và tính chất của các yếu tố cần phải được bản đồ hóa theo hệ tọa độ địa lý.
- Trình bày và hiển thị (display): Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một HTTĐL. Khơng gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính tốn chung và kết quả phân tích được lưu giữ
ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết của một GIS. Bản đồ là cách trình bày cụ thể nhất trong khơng gian hai chiều các tính chất, vị trí, mối liên hệ và trật tự trong không gian của các đối tượng hoặc hiện tượng cần nghiên cứu. Tuy nhiên do có nhiều cách trình bày bản đồ khác nhau nên dẫn đến sự khó khăn trong việc xử lý mối quan hệ khơng gian giữa các lớp thông tin.
- Phân tích khơng gian (spatial analysis): Trước đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là được tập trung, phát triển bởi những người xây dựng GIS. Chức năng thứ sáu là phân tích khơng gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của cơng nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về HTTĐL trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích khơng gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống được gọi là GIS. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống, song đối với một một hệ thống GIS sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng đó là băt buộc. Với một hệ thống như vậy thì các mơ tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mơ hình giải thích, dự báo đều có thể thực hiện trong chức năng xử lý khơng gian. Các kỹ thuật phân tích khơng gian (spatial analytical technicques) có nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tượng hoặc các yếu tố (tự nhiên - kinh tế - xã hội). Mối liên quan đó được cụ thể bằng trật tự không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tượng và tính chất của các yếu tố cần phải được bản đồ hóa theo hệ tọa độ địa lý.
Tóm lại, một yêu cầu cơ bản của GIS là phải có khả năng xử lý tư liệu và tổ chức thành những lớp riêng biệt, có quan hệ logic. Sự phân bố của cá hiện tượng địa lý là phức tạp và bao gồm nhiều yếu tố có quan hệ theo nhiều phương thức khác nhau. Một trong những chức năng của GIS là phân tích được phương thức
phân bố của các yếu tố thông qua các số liệu. Xử lý nhiều lớp thông tin cho phép tách biệt hoặc kết hợp để xử lý một cách hiệu quả các số liệu thống kê ban đầu.
Trong xử lý nhiều lớp thơng tin có một số phương thức cơ bản là chồng xếp, xác định sự gần gũi và xác định quan hệ đó. Thuật tốn Boolean được áp dụng tương đối phổ biến trong các phép xử lý đó.
Phép chồng xếp là thiết lập sự liên kết không gian giữa các lớp tư liệu riêng biệt, từ đó liên kết được các yếu tố khác nhau.
Phân tích sự gần gũi là phân tích và thiết lập các khoảng cách lân cận, tạo nên những lớp thơng tin mới.
Phân tích quan hệ là xác định mối liên quan giữa các hiện tượng và sự phân bố không gian của các đặc điểm khác nhau giữa một hay nhiều lớp tư liệu.
1.5.5. Các chức năng phân tích khơng gian trong GIS
Phân tích khơng gian trong GIS bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích khơng gian và tạo nên tập dữ liệu mới từ cơ sở dữ liệu ban đầu. Mục tiêu của việc phân tích khơng gian là từ việc giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện tượng, các vấn đề trong không gian, đi đến tập hợp thành các thuộc tính của một hay nhiều lớp và phân tích được sự liên quan giữa các dữ liệu ban đầu.
Trong ứng dụng của GIS, các đặc điểm và thuộc tính về khơng gian là rất phổ biến. Tất nhiên do mục đích của GIS là tập trung vào xử lý không gian, nên một số chức năng của việc tự động hóa bản đồ hoặc tính tốn thống kê chun đề thì có thể GIS khơng đáp ứng được.
- Xử lý thông tin trong một lớp: Giải quyết các vấn đề về thuộc tính các đơn vị trong một lớp, đo đạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các đơn vị trong một lớp bản đồ. Ví dụ xác định tên, tính diện tích, chu vi của từng khoanh vi bản đồ, xác định khoảng cách, tạo các vùng ảnh hưởng (buffer zone).
- Xử lý thông tin nhiều lớp: Chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép tạo ra nhiều đơn vị bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hố thơng tin của từng phần
trong một đơn vị bản đồ. Ví dụ hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp sẽ cho bản đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau.
- Phân tích các mẫu điểm: Một số đối tượng tự nhiên hoặc hiện tượng tự nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất định. Thí dụ, phân bố của các đồng cỏ, hệ thống các điểm bố sụt karst trong vùng đá vơi, phân bố của các lồi động vật, thực vật quý hiếm... Trong xử lý không gian, sự phân bố về những điểm đó cần được nhận diện và phân loại một cách chính xác.
- Phân tích mạng: Thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý khơng gian. Thí dụ, tạo tuyến xe bus gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố, mở một hệ thống đường nối giữa các khu dân cư, thiết kế một tuyến đường ống dẫn dầu... Tất nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau, ví dụ: địa hình, sử dụng đất…
- Phân tích, xử lý theo ơ lưới (grid analysis). Bài tốn xử lý ơ lưới rất phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành: Thí dụ tính tốn lan truyền ơ nhiễm, lập các đường đẳng trị, dự báo cháy rừng…
- Phân tích xử lý nhiều lớp thơng tin theo điều kiện. Đây là chức năng phức tạp và đa dạng nhất của xử lý khơng gian. Nhiều bài tốn được áp dụng để biến đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thơng tin mới: Thí dụ tính độ dốc, hướng dốc, tính mật độ, bài tốn boolean, bài tốn logic, các phép phân chia, tính căn... bản đồ, những lớp thông tin mới.
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG (theo Quy trình khảo sát đường
ơ tơ - 22 TCN 263 -2000)
2.1.1. Vạch tuyến trên bản đồ
- Sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ từ 1:25000 đến 1:50000 - Vạch tuyến định đỉnh đảm bảo đạt các yếu tố:
+ Đi qua các điểm khống chế: Đầu tuyến, cuối tuyến, các trung tâm kinh tế chính trị văn hóa, các vị trí cầu cống lớn...
+ Đảm bảo đạt hoặc tốt hơn các thông số được quy định trong quy trình, tùy thuộc vào tính chất của đường: Độ dốc dọc, bán kính cong nằm, chiều dài cánh tuyến...
+ Phối hợp hài hòa các yếu tố tuyến đảm bảo một tuyến đường êm thuận đạt chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao nhất
Cách làm:
Sử dụng phương pháp bước compa để tìm ra chiều dài tối thiểu L trên bản đồ