CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.4. Tổng quan về GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu
1.4.1. Hệ thông tin địa lý GIS
1.4.1.1. Giới thiệu GIS
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS - Geographic Information System) được hình thành từ những năm 1960 và đã phát triển rất nhanh trong 20 năm qua. Ngày nay, GIS là một công cụ hỗ trợ quyết định quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế - xã hội, quốc phòng và các hoạt động khác trên toàn thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân,... đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào.
Có nhiều cách tiếp cận khác nhau khi định nghĩa Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Xét dưới góc độ hệ thống, GIS có thể được hiểu như một hệ thống tổng hợp gồm các thành phần chính sau: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình - kiến thức chuyên gia, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin.
Hình 1.1. Sơ đồ khái quát về GIS
Trong số các chức năng của GIS thì tìm kiếm và phân tích không gian được coi là một thế mạnh của GIS. Một số phép phân tích không gian chính được sử dụng trong luận văn như: chồng xếp các lớp dữ liệu (Overlay), tính khoảng cách Euclidean, chuyển đổi dữ liệu từ vector sang raster và ngược lại,...
18
* Chồng xếp các lớp thông tin (Overlay)
Chồng xếp lớp dữ liệu không gian là thao tác trong GIS mà các lớp chuyên đề được chồng lên nhau để tạo ra một lớp chuyên đề mới, chứa đựng những thông tin kết hợp từ các lớp đầu vào. Quy trình này giúp tích hợp và phân tích dữ liệu không gian từ nhiều nguồn khác nhau để rút ra các thông tin và kết luận mới (hình 1.2).
Hình 1.2. Chồng xếp các lớp thông tin
Có 2 dạng là chồng xếp lớp thông tin raster và chồng xếp lớp thông tin vector.
Trong khuôn khổ luận văn, chồng xếp lớp thông tin raster sẽ được sử dụng nhiều khi đánh giá các chỉ tiêu. Các lớp raster là các ma trận pixel với kích thước đồng nhất, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc so sánh và phân tích dữ liệu. Giá trị tại mỗi vị trí trên một ma trận được tổ hợp với giá trị của vị trí tương ứng trên ma trận khác để rút ra giá trị mới. Các phép tính toán có thể là số học (cộng, trừ, nhân, chia…) hoặc Boolean (And, Or, Xor, Not).
* Tính khoảng cách Euclidean
Khoảng cách Euclidean (khoảng cách Ơ-clit) là khoảng cách đường thẳng giữa hai điểm trên một mặt phẳng, tính theo đường chim bay. Khoảng cách này được tính bằng định lý Pitago trong không gian hai chiều hoặc ba chiều.
Trong phương pháp phân tích khoảng cách Euclidean, khoảng cách được tính từ tâm của cell nguồn đến tâm của các cell xung quanh, sử dụng thuật toán tính toán khoảng cách Euclidean. Thuật toán xác định khoảng cách Euclidean này như sau: Với mỗi một cell, khoảng cách tới các cell nguồn được xác định bằng cách tính độ dài của cạnh huyền dựa trên hai giá trị x_max và y_max là hai giá trị của các cạnh bên (hình
19
1.3). Với cách tính như vậy, sẽ thu được kết quả là khoảng cách Euclidean thực sự chứ không phải là khoảng cách giữa các cell.
Hình 1.3. Cách xác định khoảng cách Euclidean 1.4.1.2. Lựa chọn công nghệ GIS
Hiện nay, trong các hệ thống GIS, ArcGIS là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp giải pháp toàn diện cho việc thu thập, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet. Hệ thống này bao gồm các cấp độ khác nhau, từ cơ sở dữ liệu địa lý cá nhân đến cơ sở dữ liệu của các doanh nghiệp (hình 1.4). Luận văn này chủ yếu khai thác các chức năng trong phần mềm ArcGIS Desktop (với phiên bản ArcGIS 10.0) bao gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox. Khi sử dụng các ứng dụng này, có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu.
Hình 1.4. Hệ thống ArcGIS Với ArcGIS Desktop người sử dụng có thể:
20
- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp trong hệ thống GIS cho phép kết hợp dữ liệu không gian với dữ liệu thuộc tính, hỗ trợ việc quản lý và phân tích thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả dữ liệu từ Internet.
- Truy vấn dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính là một phần quan trọng trong hệ thống GIS, giúp thu thập, phân tích và quản lý thông tin từ nhiều nguồn khác nhau.
- Để hiển thị, truy vấn, và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính, cũng như thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp.
Hơn thế nữa khả năng của ArcGIS Desktop là rất lớn vì ngoài các phần mềm nêu trên còn có hàng nghìn ứng dụng chạy trên nó, gọi là phần mở rộng (Extension).
Đáng kể nhất là Spatial Analyst (phân tích không gian) và 3D Analyst (phân tích và hiển thị dữ liệu 3D).