Chương 3: CÁC CHỨC NĂNG CỦA GIS
3.3.4. Quy trình phân tích dữ liệu địa lý
Phân tích dữ liệu trong GIS bao gồm các bước phân tích khơng gian có trong cơ sở dữ liệu, là sự thể hiện chức năng phân tích địa lý và quản lý cơ sở dữ liệu. Trước khi áp dụng các phép phân tích dữ liệu địa lý, chúng ta cần xác định rõ vấn đề cần phân tích, xác định mục đích và thiết lập các bài tốn phân tích. Trước hết, chúng ta cần xây dựng quy trình các bước phân tích dữ liệu, tìm xem những câu hỏi nào là cần thiết về dữ liệu và mơ hình, tạo ra một quy trình bao gồm các bước để quản lý q trình tiến hành phân tích dữ liệu.
Hình 3.17 mơ tả cấu trúc q trình phân tích dữ liệu địa lý trong GIS. Trước hết ta cần xác định vấn đề phân tích dựa trên yêu cầu của người sử dụng và các câu hỏi mà 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 cơng đoạn kết nối dữ liệu thuộc tính với tọa độ khơng gian. Tất cả dữ liệu sau đó được nhập vào hệ thống cơ sở dữ liệu. Quá trình xửlý phân tích bao hàm cả dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính sử dụng các liên kết GIS giữa chúng. Kết quảcó 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). Xác định vấn đề Thu thập dữ liệu Thành lập CSDL GIS Phân tích dữ liệu khơng gian: - Xuất/ nhập dữ liệu; - Phân loại dữ liệu; - Phân tích khơng gian; - Chuyển đổi dữ liệu
Phân tích dữ liệu thuộc tính: - Xuất/ nhập dữ liệu; - Mở rộng CSDL; - Cập nhật dữ liệu; - Tìm kiếm dữ liệu Phân tích Liên kết Xuất kết quả: - Bản đồ; - Bảng thống kê; - Báo cáo
Hình 3.17: Sơ đồ quy trình phân tích dữ liệu địa lý
Trong quy trình phân tích dữ liệu địa lý cần hiểu rõ các vấn đềmà hệ thống GIS có thể giải quyết. Các ứng dụng GIS được hình thành từ những câu hỏi thực tếđã được đặt ra đối với dữ liệu liên quan đến vị trí khơng gian của đối tượng cần phân tích. Những câu hỏi phổ biến là: Đặc điểm vịtrí đối tượng là gì (phân tích vịtrí)? Khi nào thì một số điều kiện về vịtrí địa lý được thỏa mãn? Đối tượng thay đổi như thếnào theo thời gian? Cấu trúc dữ liệu khơng gian như thếnào? Điều gì sẽ xảy ra nếu ta thay đổi một sốđiều kiện?. Nói cách khác, phân tích dữ liệu địa lý nhằm giải quyết các vấn đề: phân tích vị trí địa lý, thỏa mãn điều kiện khơng gian, phân tích sự biến đổi đối tượng theo thời gian, sựphân bốkhông gian và đánh giá hiệu quả của các phương án.
- Phân tích vị trí địa lý: Dữ liệu trên bản đồ giấy có thể chỉ ra vị trí địa lý của đối tượng nhưng khơng thể giải thích được tại sao lại như vậy. Ví dụ: Dựa vào ảnh viễn thám có thể cho ta biết cây cao su phát triển rất tốt ở khu vực Tây Nguyên nhưng ta khơng thểtìm được thơng tin tại sao lại cây cao su lại phát triển tốt ở khu vực này. Phép phân tích GIS có thểgiúp ta tạo ra sựliên kết giữa hiện trạng phát triển của cây cao su với loại đất, đặc điểm khí hậu, chế độ nước bằng các bản đồ đánh giá thích nghi sinh thái cây cao su với điều kiện tựnhiên khu vực Tây Ngun. Ngồi ra, GIS có khảnăng phân tích những quan hệ phức hợp này một cách nhanh chóng và lưu trữ dữ liệu phân tích và chỉ ra sựphân bố vịtrí địa lý của các đối tượng phân tích.
- Thỏa mãn điều kiện không gian: Người sử dụng thường có bài tốn sàng lọc để tìm ra những dữ liệu địa lý thỏa mãn một sốđiều kiện nhất định. Ví dụ: Khi xây dựng nhà máy sản xuất gạch cần phải xác định khoảng cách xa khu dân cư 5 km và phải gần đường giao thông để vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm thành phẩm. Khi đó ta cần biểu thịcác điều kiện không gian thành ngôn ngữđịa lý và sau đó kết hợp với các điều kiện cục bộđểtìm ra vịtrí xây dựng nhà máy gạch hợp lý nhất.
- Phân tích biến đổi đối tượng theo thời gian: Các đối tượng, hiện tượng địa lý ln ln có xu hướng biến đổi theo thời gian. Những hiểu biết về hiện tượng địa lý nếu không cập nhật theo thời gian thì sẽ trở thành vơ nghĩa. Ví dụ: Khi nghiên cứu về sự phân bốcác loại hình sử dụng đất phục vụphân vùng quy hoạch, nếu chỉnghiên cứu sự phân bốcác loại hình sử dụng đất hiện tại, khơng nghiên cứu sự biến động các loại hình sử dụng đất trong quá khứvà dựbáo sự biến động trong tương lai thì chắc chắn kết quả phân vùng quy hoạch sử dụng đất sẽkhông phù hợp. Hiện nay, các phần mềm GIS đều có chức năng phân tích sự biển đổi các đối tượng địa lý theo thời gian nếu như có đầy đủ dữ liệu.
- Phân bốkhơng gian:Người sử dụng GIS thường muốn tìm hiểu về xu thếvà dạng phân bố của dữ liệu trong khơng gian. Nói cách khác là liệu hai hay nhiều vật thể hay thông số thay đổi có tương tự với nhau khơng trong khơng gian? Ví dụ: Bài tốn phân tích tìm ra sựphân bố không gian của cây chè trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Tại sao cây chè lại phân bố chủ yếu ởcác huyện phía Tây Bắc của tỉnh Thái Nguyên?
- Đánh giá hiệu quả của các phương án: Việc xây dựng các phương án phân tích dữ liệu là kết quả của câu hỏi “Điều gì sẽ xảy ra nếu...?”, hay nói các khác hiệu quảphương án mang lại là gì? Đây chính là vấn đề cần cân nhắc khi lựa chọn các phương án trong quy trình phân tích dữ liệu địa lý.
Một bài tốn phân tích dữ liệu địa lý phải giải quyết trọn vẹn các vấn đềphân tích khơng gian, từ các khâu đặt vấn đề, chuẩn bị dữ liệu, lựa chọn phương án phân tích, đánh giá kết quảphân tích. Thơng thường quy trình phân tích dữ liệu địa lý cho một bài tốn phân tích khơng gian bao gồm 5 bước sau:
Bước 1 - Đặt vấn đề: Trong bước này cần phải xác định rõ mục đích và tiêu chuẩn phân tích dữ liệu. Mục đích cần phải xác định rõ ràng, phân tích đểlàm gì, các vấn đề cần giải quyết ởđây là gì. Các tiêu chuẩn phân tích thực tếchính là các điều kiện để giải quyết bài tốn. Ví dụ: Trong bài tốn phân tích khơng gian đểtìm ra vịtrí xây dựng bãi rác đổ chất thải rắn tại thành phố Thái Nguyên, mục đích phân tích là tìm ra địa điểm phù hợp, các tiêu chuẩn của bãi rác có thểlà: cách xa khu dân cư 5 km, cách xa nhà máy nước 2 km, nằm trên đất nông nghiệp, nằm trong vùng đất sét, diện tích trên 15 ha, giao thơng đi vào thuận tiện,... Như vậy, các tiêu chuẩn lựa chọn có thểđịnh tính hoặc định lượng hoặc cảhai và chúng có thểđề cập đến nhiều khía cạnh như kinh tế - xã hội, môi trường, thẩm mỹ.
Bước 2 - Chuẩn bị dữ liệu phân tích: Đây là bước rất quan trọng trong quy trình phân tích dữ liệu địa lý. Các dữ liệu chuẩn bịphân tích bao gồm dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính, chúng tạo thành cơ sở dữ liệu phân tích. Dữ liệu khơng gian bao gồm các lớp dữ liệu cơ sở và lớp dữ liệu chuyên đề. Lớp dữ liệu cơ sở thường đóng vai trị làm dữ liệu nền (hành chính, địa hình, sơng ngịi, giao thông). Dữ liệu chuyên đề phụ thuộc vào nội dung phân tích. Thơng thường dữ liệu khơng gian được chuẩn bị thơng qua q trình sốhóa, cắt ghép từ dữ liệu gốc, chuyển đổi dữ liệu từcác nguồn cung cấp dữ liệu khác nhau. Chuẩn bị dữ liệu thuộc tính cần đảm bảo chắc chắn rằng bảng thuộc tính chứa đầy đủ các mục hay có sẵn các cột và dòng trống cần thiết đểlưu trữ các dữ liệu mới sẽđược tạo ra khi phân tích.
Bước 3 - Thực hiện các thao tác phân tích: Đối với dữ liệu khơng gian, có thể bắt đầu tiến hành các thao tác phân tích để kết nối các lớp dữ liệu. Trong q trình phân tích cần chú ý 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 đểđi đến kết quả mong muốn. Trên các dữ liệu thuộc tính có thể tiến hành các thao tác số học, logic và thống kê. Kết quảlà tìm ra các đặc trưng thỏa mãn các tiêu chuẩn lựa chọn.
Bước 4 - Đánh giá kết quảphân tích:Sau khi phân tích, tiến hành đánh giá kết quả phân tích vềđộchính xác và nội dung. Câu hỏi đặt ra và cần trả lời là kết quảphân tích có hợp lý khơng? Có đáng tin cậy khơng? Các bản đồ đơn giản cùng với các bản báo cáo sẽgiúp đánh giá được các kết quả. Sau khi chắc chắn hồn thành q trình phân tích một cách chính xác và các điều kiện đều hợp lý thì có thểxem xét và đối chiếu kết quả ởngồi thực địa. Nếu các kết quảđó khơng thể chấp nhận được so với thực tếthì có thể sử dụng bước này để xác định được những gì cần thay đổi và nâng cấp cách phân tích, sau đó thực hiện lại q trình phân tích.
Bước 5 - Trình bày các kết quả phân tích: Các kết quả phân tích được trình bày dưới dạng các bản đồvà các báo cáo.