Tài liệu Khóa luận ứng dụng gis và dữ liệu mở xây dựng cơ sở dữ liệu về giao thông của thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA ĐỊA LÝ ------------- -------------- KHÓA LUẬN T T NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG GIS VÀ DỮ LIỆU MỞ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PH Giáo viên hướng dẫn inh viên h hi n Lớp ĐÀ NẴNG : ThS. Lê Ngọc Hành : Trƣơng Hoàng Vy : 14CDMT Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA ĐỊA LÝ KHÓA LUẬN T T NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG GIS VÀ DỮ LIỆU MỞ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PH ĐÀ NẴNG Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện ThS. Lê Ngọc Hành Trƣơng Hoàng Vy Đâ Nẵng – Tháng 04 Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này và có kiến thức như ngày hôm nay, em xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu cùng toàn thể Thầy Cô Khoa Địa Lý trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Với tất cả lòng chân thành em xin gởi lời cảm ơn, đến Thầy TS. Lê Ngọc Hành đã hỗ trợ em rất nhiều để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này. Tuy đã hoàn thành tốt đề tài nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót nhất định trong quá trình nghiên cứu, rất mong được sự thông cảm và chia sẻ quý báu của quý Thầy Cô và Bạn bè. Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, Tháng 4 Năm 2018 Tác giả khóa luận MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ 4 DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................. 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 7 A. PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 8 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ............................................................................................. 8 2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ............................................................. 9 2.1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 9 2.2. Nhiệm vụ của đề tài ............................................................................................ 9 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................... 9 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ......................................................................................... 9 3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 9 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 9 5. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 10 6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................... 10 6.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu ........................................................................... 10 6.2. Phƣơng pháp bản đồ và GIS ............................................................................. 10 6.3. Phƣơng pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu ........................................... 11 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...................................... 11 7.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 11 7.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 11 B. PHẦN NỘI DUNG ..................................................................................................... 12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 12 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS .......................... 12 1.1.1. Cơ sở dữ liệu nền địa lý ................................................................................. 12 1.1.2. Cơ sở dữ liệu chuyên đề ................................................................................ 16 1.2. ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU .............................. 17 1.2.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) ............................................... 17 1 1.2.2. Ứng dụng của GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu. ......................................... 20 1.3. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .................................................. 21 1.3.1. Tình hình ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL trên thế giới....................... 21 1.3.2. Tình hình ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL ở Việt Nam ....................... 22 1.4. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................................. 22 1.4.1. Đặc điểm về vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên ............................................. 22 1.4.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội .............................................................................. 29 1.5. THỰC TRẠNG HỆ THỐNG GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 31 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG .............................................................................................................. 33 2.1. Xây dựng dữ liệu GIS bằng dữ liệu mã nguồn mở bằng Open Street Map ......... 33 2.1.1. Hệ thống dữ liệu mã nguồn mở OpenStreetMap........................................... 33 2.1.2. Cơ sở dữ liệu Geodatabase trong OpenStreetMap ........................................ 33 2.2. LỰA CHỌN DỮ LIỆU GIS VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG .......................................................................................................................... 35 2.2.1. Nguyên tắc lựa chọn dữ liệu .......................................................................... 35 2.2.2. Các dữ liệu lựa chọn dữ liệu giao thông của thành phố Đà Nẵng ................. 37 2.3. CHUẨN HÓA DỮ LIỆU GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG ...... 39 2.3.1. Chuẩn hóa về tọa độ ...................................................................................... 39 2.3.2. Chuẩn hóa về không gian (topology) ............................................................ 40 2.3.3. Chuẩn hóa về thuộc tính của dữ liệu ............................................................. 42 CHƢƠNG 3: KHAI THÁC CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG .............................................................................................................. 46 3.1. ỨNG DỤNG CÁC BÀI TOÁN PHÂN TÍCH MẠNG ĐỂ KHAI THÁC DỮ LIỆU VỀ GIAO THÔNG CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG ....................................... 46 3.2.1. Bài toán phân tích tìm đƣờng đi ngắn nhất từ điểm A đến điểm B ............... 46 3.2.2. Bài toán phân tích tìm vùng phục vụ ............................................................. 48 3.2.3. Bài toán phân tích lựa chọn vị trí tối ƣu bằng sự phân bổ vị trí .................... 51 3.2.4. Bài toán phân tích tìm cơ sở dịch vụ gần nhất .............................................. 55 3.2. ĐÁNH GIÁ MẬT ĐỘ MẠNG LƢỚI GIAO THÔNG ĐƢỜNG PHỐ TRÊN 2 ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG ......................................................................... 59 3.2.1. Khái niệm về mật độ mạng lƣới đƣờng phố .................................................. 59 3.2.2. Đánh giá mật độ mạng lƣới đƣờng phố bằng phần mềm ArcGIS ................. 59 C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 66 1. Kết luận.................................................................................................................... 66 2. Kiến nghị ................................................................................................................. 66 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 67 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. So sánh 2 mô hình Raster và Vector ............................................................. 15 Bảng 1.2. Diện tích, dân số, đơn vị hành chính và mật độ dân số thành phố Đà Nẵng năm 2016 ....................................................................................................................... 29 Bảng 1.3. Lao động bình quân đang làm việc trong các ngành kinh tế trên địa bàn thành phố Đà Nẵng năm 2015, 2016 ............................................................................. 30 Bảng 2.1. So sánh các dạng cơ sở dữ liệu địa lý Geodatabase ...................................... 34 Bảng 2.2. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính của lớp giao thông ............................................. 37 4 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mô hình dữ liệu raster ................................................................................... 14 Hình 1.2. Mô hình dữ liệu vector .................................................................................. 14 Hình 1.3. So sánh 2 mô hình Raster và Vector ............................................................. 16 Hình 1.4. Các thành phần của GIS ................................................................................ 18 Hình 1.5. Bản đồ hành chính thành phồ Đà Nẵng (thu từ tỷ lệ 1:250000) ................... 23 Hình 1.6. Biểu đồ thể hiện tốc độ tăng trƣởng GRDP của Đà Nẵng qua các năm ....... 31 Hình 1.7. Thu nhập bình quân đầu ngƣời (USD) tại Tp Đà Nẵng qua các năm ........... 31 Hình 2.1. Các dạng của cơ sở dữ liệu địa lý Geodatabase ............................................ 33 Hình 2.2. Sơ đồ tổ chức cơ sở dữ liệu ........................................................................... 34 Hình 2.3. Bản đồ giao thông thành phố Đà Nẵng ......................................................... 36 Hình 2.4. Thông tin về danh sách các tuyến đƣờng trên địa bàn thành phố ................. 37 Hình 2.5. Dữ liệu nền về giao thông của thành phố Đà Nẵng....................................... 38 Hình 2.6. Sử dụng Google map để cập nhật thông tin .................................................. 38 Hình 2.7. Cập nhật thông tin giao thông ....................................................................... 39 Hình 2.8. Các thông số trong chuyển đổi hệ tọa độ WGS-84 sang VN-2000............... 39 Hình 2.9. Thiết lập các thông số bằng tool Create Custom Geographic Transformation .............................................................................................................. 40 Hình 2.10. Dùng công cụ Project để chuyển đổi ........................................................... 40 Hình 2.11. Một số quy tắc Topology phổ biến .............................................................. 41 Hình 2.12. Sử dụng công cụ ArcCatalog để tạo Topology cho các lớp dữ liệu ............ 41 Hình 2.13. Tạo các trƣờng dữ liệu thuộc tính cần cập nhật .......................................... 42 Hình 2.14. Thực hiện quy trình liên kết dữ liệu ............................................................ 42 Hình 2.15. Hộp thoại và bảng liên kết ........................................................................... 43 Hình 2.16. Những trƣờng thuộc tính chƣa cập nhật thông tin....................................... 43 Hình 2.17. Thông tin thuộc tính sau khi đã hoàn tất ..................................................... 44 Hình 2.18. Sử dụng thanh công cụ Editor để chỉnh sửa dữ liệu thuộc tính................... 44 Hình 2.19. Một vài thông tin bị lỗi trƣớc và sau khi chỉnh sửa..................................... 44 Hình 2.20. Bảng thuộc tính hoàn chỉnh ......................................................................... 45 Hình 3.1. Sử dụng chức năng New Route để thực hiện bài toán tìm đƣờng đi ngắn nhất ................................................................................................................................ 46 Hình 3.2. Cửa sổ thiết lập các điều kiện cần ................................................................. 47 Hình 3.3.. Kết quả phân tích tìm đƣờng ........................................................................ 47 Hình 3.4. Bản đồ cụ thể tại từng vị trí điểm sẽ đi qua ................................................... 48 5 Hình 3.5. Sử dụng chức năng New Sercice Area để mô phỏng bài toán vùng phục vụ 49 Hình 3.6. Thêm các lớp dữ liệu về trạm xe buýt ở trong cửa sổ Load Location........... 49 Hình 3.7. Cửa sổ thiết lập thông số cần thiết................................................................. 50 Hình 3.8. Kết quả sau khi phân tích vùng phân bố theo thời gian của các trạm xe buýt50 Hình 3.9. Bản đồ vùng phân bố của các bệnh viện và ngân hàng theo đơn vị thời gian (2;4;8;12 phút) ................................................................................................................. 51 Hình 3.10. Bản đồ vùng phân bố của bệnh viện theo đơn vị độ dài (1000; 4000; 8000 mét) ................................................................................................................................ 51 Hình 3.11. Sử dụng chức năng New Location allocation để phân tích mức độ bao phủ của các điểm dịch vụ ..................................................................................................... 52 Hình 3.12. Thêm vị trí về cơ sở là các điểm trƣờng học ............................................... 52 Hình 3.13. Thêm đối tƣợng cần phân tích về vị trí điểm có nhu cầu là các tiệm trà sữa, cà phê ..................................................................................................................... 53 Hình 3.15. Cửa sổ thiết lập thông tin truy vấn cần thiết................................................ 53 Hình 3.16. Kết quả sau khi phân tích ............................................................................ 54 Hình 3.17. Bảng thuộc tính của Demand ...................................................................... 54 Hình 3.18. Sử dụng chức năng Closest Facility để tìm cơ sở dịch vụ gần nhất ............ 55 Hình 3.19. Thêm lớp các Trạm xăng vào mục Facilities .............................................. 55 Hình 3.20. Thiết lập các thông số cần thiết trong mục Analysis Setting ...................... 56 Hình 3.21. Kết quả mô phỏng bài toán tìm trạm xăng hợp lý. ...................................... 57 Hình 3.22. Mô phỏng đƣờng đi chi tiết đến trạm xăng. ................................................ 57 Hình 3.23. Vị trí giả định xảy ra tai nạn. ....................................................................... 58 Hình 3.24. Bản đồ đƣờng đi đến những trạm xăng gần nhất khi có vật cản ................. 58 Hình 3.25. Những đoạn đƣờng mô tả chi tiết ................................................................ 59 Hình 3.26. Sử dụng công cụ phân tích là Line Density................................................. 60 Hình 3.27. Hình ảnh sau khi phân tích .......................................................................... 61 Hình 3.28. Dùng công cụ Reclassify để phân loại lại các gái trị mật độ giao thông .... 61 Hình 3.29. Bảng thuuộc tính của Quận Ngũ Hành Sơn ................................................ 62 Hình 3.30. Tính toán diện tích giao thông bằng Excel .................................................. 62 Hình 3.31. Các biểu đồ thể hiện mật độ đƣờng giao thông tại các quận, huyện trên địa bàn thành phố Đà Nẵng ................................................................................................. 64 Hình 3.32. Bản đồ mật độ mạng lƣới giao thông thành phố Đà Nẵng .......................... 65 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DBMS (Database Management System) Hệ thống quản lý dữ liệu GIS (Geographic InFormation System) Hệ thống thông tin địa lý CSDL Cơ sở dữ liệu GDB (Geodatabase) Cơ sở dữ liệu OSM (Open Street Map) Hệ thống dữ liệu mã nguồn mở KTXH Kinh tế - Xã hội GRDP (Gross Regional Domestic Product) Tổng sản phẩm bình quân đầu ngƣời GDP (Gross Domestic Product) Tổng sản phẩm nội địa 7 A. PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa có những tác động tích cực và tiêu cực ở cả cấp quốc gia và cấp thành phố. Bên cạnh tác động thúc đẩy nền kinh tế phát triển, tăng thu nhập, cải thiện khả năng tiếp cận dịch vụ, tạo thêm nhiều cơ hội việc làm…thì nó cũng gây ra nhiều hậu quả. Trong những năm gần đây, mặc dù hạ tầng giao thông của Việt Nam hiện nay không ngừng đƣợc cải thiện và nâng cao, đáp ứng nhu cầu đi lại cho hơn 90 triệu ngƣời, kết cấu hạ tầng giao thông ở nƣớc ta đƣợc quan tâm đầu tƣ xây dựng mạnh mẽ, tuy nhiên thực tế vẫn chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu phát triển xã hội và sự gia tăng nhanh chóng của phƣơng tiện tham gia giao thông. Thực trạng này đã dẫn đến sự không tƣơng thích giữa các yếu tố cơ bản cấu thành hoạt động giao thông vận tải quốc gia (ngƣời tham gia giao thông, phƣơng tiện tham gia giao thông, kết cấu hạ tầng giao thông). Kéo theo nó là tình trạng ùn tắc giao thông, tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trƣờng…gây cản trở cho sự phát triển bền vững kinh tế - xã hội. Những tác động từ vấn đề “Giao thông” diễn ra nhanh, đa dạng và phức tạp. Vì thế mà các dữ liệu về giao thông rất dễ bị lỗi thời qua từng giai đoạn phát triển. Cùng với đó là việc xử lý, thu thập số liệu truyền thống, lƣu trữ trên giấy tờ rất mất thời gian và công sức mà hiệu quả lại không cao. Trên thực tế các thành phố đã gặp phải không ít khó khăn và tốn khá nhiều thời gian, nguồn lực để có thể giải quyết, kiểm soát để đạt đƣợc sự phát triển bền vững cho đô thị. Trong bối cảnh phát triển nhƣ vũ bão của khoa học kĩ thuật và công nghệ thông tin, việc nắm bắt phát triển và ứng dụng các công nghệ thông minh, các phần mềm có thể khai thác dữ liệu mở nhằm cải thiện giao thông là yêu cầu cấp thiết. Hiện nay, với sự phát triển của dữ liệu mở, việc cập nhật những thông tin mới trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả đem lại hết sức to lớn do chi phí sử dụng thấp và khả năng tùy biến và tái sử dụng của nó. OpenStreetMap (OSM) đƣợc ví nhƣ wikipedia của bản đồ, nó chứa đựng một lƣợng thông tin rất lớn phục vụ cho ngành bản đồ và những lĩnh vực khác có liên quan. OSM là một tiện ích mã nguồn mở và hoàn toàn miễn phí, là một cơ sở dữ liệu địa lý có sẵn. OSM cho phép chúng ta chuyển đổi dữ liệu về dạng vectơ ở một khu vực bất kỳ mà không phải trực tiếp tiến hành số hóa. Bên cạnh đó, dữ liệu trong OSM đã đƣợc định nghĩa, cập nhật một số thông tin thuộc tính cơ bản của đối tƣợng. Hiểu đƣợc tầm quan trọng của vấn đề giao thông đối với sự phát triển của khu vực, đặc biệt đối với các thành phố lớn nhƣ Đà Nẵng. Việc ứng dụng sử dụng dữ liệu mã 8 nguồn mở trên mạng “Openstreetmap” kết hợp với tích hợp những số liệu liên quan giúp dễ dàng thu thập, chỉnh sửa và cập nhật dữ liệu giao thông, tƣơng đối đầy đủ các thông tin không gian và thuộc tính. Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài “Ứng dụng GIS và dữ liệu mở xây dựng và khai thác cơ sở dữ liệu GIS về giao thông của thành phố Đà Nẵng” là cần thiết và cấp bách. 2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục tiêu của đề tài - Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về giao thông dựa trên dữ liệu mở Openstreetmap và các nguồn tài liệu khác. - Đƣa ra những bài toán khai thác dữ liệu giao thông. 2.2. Nhiệm vụ của đề tài - Khái quát những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đế đề tài. - Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, tình hình phát triển giao thông ở Thành phố Đà Nẵng. - Thu thập số liệu có liên quan: chiều dài, chiều rộng của các tuyến đƣờng; thời gian để di chuyển hết đoạn đƣờng từ vị trí điểm đầu – cuối; tính vận tốc di chuyển. - Ứng dụng GIS và dữ liệu mở để xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông ở TP Đà Nẵng. - Khai thác dữ liệu giao thông. 3. Đ I TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu những vấn đề lý luận liên quan đến ứng dụng GIS trong công tác xây dựng và khai thác dữ liệu GIS về giao thông. Đối tƣợng nghiên cứu chính của đề tài là dữ liệu giao thông của thành phố Đà Nẵng 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Về không gian: tất cả các quận huyện thuộc địa bàn thành phố Đà Nẵng. - Về thời gian: Đề tài nghiên cứu thu thập số liệu về giao thông mới nhất hiện nay. 4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để thực hiện thu thập cơ sở dữ liệu GIS về giao thông, đề tài đã tiến hành nghiên cứu các nội dung chính sau: - Khái quát cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến đề tài. - Khái quát tình trạng giao thông tại khu vực nghiên cứu. - Thu thập các nguồn dữ liệu về giao thông nhƣ: chiều dài của các tuyến đƣờng, bề rộng nền đƣờng, thời gian di chuyển từ vị trí điểm đầu – cuối (tính theo thời gian của ôtô) rồi suy ra vận tốc lƣu thông trên đƣờng. 9 - Đề ra bài toán khai thác nguồn dữ liệu giao thông thong qua các bài toán phân tích mạng trên Network Analyst. 5. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Một số đề tài của các tác giả khác nhau trên thế giới và trong nƣớc về ứng dụng. Sau đây là một số đề tài tôi thu thập đƣợc: Đề tài: “Capability of OSM data to network analysis in GIS and comparison with online maps” của nhóm tác giả Hamid Rasoudi, Ali Akbar Taghipour, Said Salmani. Bài nghiên cứu xây dựng mạng lƣới giao thông đƣờng số thông minh tại đô thị Tabriz (là thành phố lớn thứ tƣ tại Iran), kết quả phân tích mạng đƣợc thu thập sẽ so sánh với bản đồ trực tuyến Google map. Đề tài: “Cross-region traffic prediction for China on OpenStreetMap” của nhóm tác giả Frank Xu, Bill Yuchen Lin. Bài nghiên cứu trình bày cách tiếp cận hệ thống mở để tìm hiểu mô hình dự đoán từ các dữ kiện điều kiện lƣu lƣợng đồ hoạ đƣợc cung cấp bởi Baidu Map, một nhà cung cấp bản đồ thƣơng mại và nguồn đóng ở Trung Quốc và áp dụng mô hình Openstreetmap (OSM) để có thể dự đoán đƣợc các điều kiện giao thông với độ chính xác gần 90% ở các khu vực khác nhau của Thƣợng Hải, Trung Quốc, mặc dù không có dữ liệu lƣu lƣợng truy cập cho khu vực đó từ Baidu Map. Đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông từ Google Map phục vụ công tác quy hoạch phát triển hạ tầng cơ sở địa bàn thành phố Thái Nguyên” của tác giả Phạm Ngọc Tƣ Duy. 6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực hiện tốt bài nghiên cứu, trong đề tài này tôi đã chọn những phƣơng pháp nghiên cứu sau: 6.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu - Là phƣơng pháp thu thập tất cả những số liệu, thông tin có liên quan đến đề tài, sau đó sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá các số liệu, thông tin thu thập đƣợc. Những số liệu và các thông tin này chúng tôi thu thập ở các cơ quan đó là: Sở Giao Thông vận tải thành phố Đà Nẵng, các nguồn dữ liệu mở. Mục đích nhằm làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu một cách khoa học, để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất cho đề tài. Mặc khác, giảm bớt thời gian thực hiện và công sức cũng nhƣ làm tăng tính logic của đề tài. Ngoài các số liệu thu thập ở các cơ quan, tôi còn khai khác những thông tin qua các kênh thông tin, đặc biệt là internet, sách báo. 6.2. Phƣơng pháp bản đồ và GIS Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng chủ yếu trong đề tài, từ việc xây dựng, trình bày, hỏi đáp đến truy xuất dữ liệu, sử dụng để biểu diễn đồ họa, hiển thị thông tin và xem xét chúng một cách toàn diện. Các chuẩn dữ liệu và những nguyên tắc xây dựng dữ 10 liệu và cùng với nhiều kỹ thuật GIS khác sẽ đƣợc tích hợp để xây dựng CSDL phục vụ nghiên cứu của đề tài. Các số liệu, ảnh vệ tinh và bản đồ thu thập đƣợc từ Google map trong quá trình nghiên cứu. Với sự hỗ trợ của phần mềm GIS (ArcGIS) để xử lý và thiết lập các bản đồ ranh giới hành chính, đƣờng giao thông, sông ngòi,…. xây dựng các trƣờng dữ liệu trong phần mềm ArcGIS, hoàn chỉnh dữ liệu trong bộ phần mềm ARC/INFO (ArcCatalog - ArcMap). Từ đó, đề tài sử dụng những công cụ phân tích trên GIS để tiến hành xây dựng các bài toán với mô hình mạng phân tích. 6.3. Phƣơng pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu Với các số liệu thu thập đƣợc cần phải tổng hợp, xử lý và phân tích để nghiên cứu đề tài. Xử lý và phân tích số liệu hay dữ liệu là một trong các bƣớc cơ bản của một nghiên cứu. Bản thân số liệu chỉ là các số liệu thô, qua xử lý, phân tích trở thành thông tin và sau đó trở thành tri thức. Xử lý và phân tích số liệu bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu; thu thập số liệu; xử lý số liệu; phân tích số liệu và báo cáo kết quả. Để có cơ sở phân tích số liệu tốt thì trong quá trình thu thập số liệu phải xác định trƣớc các yêu cầu của phân tích để có thể thu thập đủ và đúng số liệu nhƣ mong muốn của đề tài hƣớng đến. 7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7.1. Ý nghĩa khoa học Tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng GIS vào giải quyết các vấn đề về giao thông trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. 7.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu và ứng dụng GIS phục vụ lĩnh vực giao thông nói riêng và các lĩnh vực kinh tế - xã hội khác nói chung. Đồng thời góp phần giúp cho các nhà hoạch định có những quyết định đúng đắn trong việc quản lý giao thông trên địa bàn. 11 B. PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS 1.1.1. Cơ sở dữ liệu nền địa lý 1.1.1.1. Khái ni m Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý là một tập hợp các dữ liệu nền thông tin địa lý, có chuẩn cấu trúc trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu, đƣợc lƣu trữ trên máy tính và các thiết bị lƣu trữ thông tin thứ cấp, có thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều ngƣời sử dụng hay nhiều chƣơng trình ứng dụng với nhiều mục đích khác nhau. Là những mô tả số của hình ảnh bản đồ. Chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một khuôn dạng hiểu đƣợc của máy tính. Hệ thống thông tin địa lý dùng các dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vị. Đặc trƣng thông tin của CSDL nền địa lý là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu” nhờ vị trí tham chiến, đơn vị đo và quan hệ không gian. Chúng còn khả năng mô tả “hình dạng hiện tƣợng” thông qua mô tả chất lƣợng, số lƣợng của hình dạng và cấu trúc. Cuối cùng, đặc trƣng thông tin mô tả “quan hệ và tƣơng tác’’ giữa các hiện tƣợng tự nhiên. Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức biểu diễn thông tin sẽ ảnh hƣởng đến khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống. Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm: - Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đƣờng và vùng) - Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh) - Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lƣới (ví dụ nhƣ đƣờng giao thông, lƣới cấp thoát nƣớc, lƣới điện...) - Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác - Dữ liệu đo đạc - Dữ liệu dạng địa chỉ Các bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian, đƣợc liên kết với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau. Về khía cạnh công nghệ, hình thể, vị trí không gian của các đối tƣợng cần quản lý, đƣợc miêu tả bằng các dữ liệu đồ hoạ. Trong khi đó, tính chất các đối tƣợng này đƣợc 12 miêu tả bằng các dữ liệu thuộc tính. Đối với từng lĩnh vực, có thể xây dựng CSDL trên nền GIS một cách hiệu quả, ví dụ: - Hệ thống GIS quản lý cáp viễn thông - Hệ thống GIS giao thông - Hệ thống GIS thủy lợi - Hệ thống GIS điện lực - Hệ thống GIS cấp thoát nƣớc - Hệ thống GIS y tế, dịch bệnh - Hệ thống GIS giáo dục - Hệ thống GIS du lịch - Hệ thống GIS nông lâm nghiệp - Hệ thống GIS công nghiệp….. Hầu nhƣ mọi lĩnh vực thông tin đều có thể triển khai xây dựng CSDL trên nền GIS. Đối với một địa phƣơng (ví dụ một tỉnh) có thể tích hợp các hệ thống GIS chuyên ngành thành một hệ thống GIS toàn tỉnh đảm bảo thống nhất yếu tố nền, kế thừa đƣợc dữ liệu của nhau từ đó sẽ giảm kinh phí đầu tƣ xây dựng, giảm kinh phí duy trì vận hành và việc khai thác sẽ trở nên hiệu quả hơn.. CSDL nền địa lý có hai mô hình lƣu trữ là Raster và Vector. a. Mô hình Raster Raster là một ma trận của những ô vuông, dùng để thể hiện chủ đề, phổ ánh sáng hoặc dữ liệu hình ảnh. Dữ liệu raster có thể dùng để biểu diễn mọi thứ từ độ cao của mặt đất, loại cây cỏ cho tới ảnh vệ tinh, ảnh quét bản đồ. Kích thƣớc của pixel càng nhỏ thì thể hiện chính xác và hình ảnh nó thể hiện càng chi tiết và sắc nét nhƣng dữ liệu lƣu trữ rất lớn 13 Hình 1.1. Mô hình dữ liệu raster b. Mô hình Vector Mô hình Vector có một số đặc điểm sau: - Thể hiện vị trí chính xác trong không gian. - Mức độ chính xác đƣợc giới hạn bởi số chữ số dùng để thể hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster. - Một đối tƣợng dạng điểm (point feature) đƣợc xác định bởi cặp tọa độ x, y; - Một đối tƣợng dạng đƣờng (line feature) đƣợc xác định bởi một chuỗi cặp tọa độ x, y; - Một đối tƣợng dạng vùng (polygon feature) đƣợc xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ x,y trong đó cặp đầu tọa độ trùng với cặp tọa độ cuối. Hình 1.2. Mô hình dữ liệu vector 14 Bảng 1.1. So sánh 2 mô hình Raster và Vector Mô hình Raster Mô hình Vector Ƣu điểm Ƣu điểm - Cấu trúc dữ liệu đơn giản. - Dung lƣợng dữ liệu đƣợc nén hơn so với - Dễ dàng chồng, ghép bản đồ với các dữ mô hình raster. liệu viễn thám. - Thể hiện liên hệ hình học, thích hợp cho các phân tích về hình học hay phân tích về - Dễ dàng phân tích không gian. - Dễ mô hình hoá. mạng lƣới. - Thích hợp cho việc nâng cấp, xử lý ảnh. - Đồ hoạ chính xác. - Tìm kiếm, cập nhật, khái quát hoá các đối tƣợng. Nhƣợc điểm - Dung lƣợng của dữ liệu lớn. Nhƣợc điểm - Cấu trúc dữ liệu phức tạp. - Khi giảm độ phân giải để giảm dung - Thao tác chồng, ghép phức tạp. lƣợng thì làm giảm chi tiết của thông tin - Khó khăn trong cho việc thể hiện dữ liệu - Không thể hiện rõ liên hệ hình học phức tạp (đa dạng). - Các bản đồ raster thô và không đẹp mắt. - Khó khăn trong phân tích không gian và lọc các đối tƣợng. 15 Hình 1.3. So sánh 2 mô hình Raster và Vector 1.1.2. Cơ sở dữ liệu chuyên đề Cơ sở dữ liệu chuyên đề là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại vị trí địa lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên bản đồ đƣợc(Non - Spatial Data hay Attribute) (trả lời cho câu hỏi nó là cái gì?) là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông thƣờng hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: - Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ liệu này đƣợc xử lí theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc (SQL) và phân tích. Chúng đƣợc liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định chung, thông thƣờng gọi là mã địa lý và đƣợc lƣu trữ trong cả hai mảng đồ thị và phi đồ thị. Hệ thống thông tin địa lý còn có thể xử lí các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ chuyên đề trên cơ sở các giá trị thuộc tính. Các thông tin thuộc tính này cũng có thể đƣợc hiển thị nhƣ là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các thuộc tính đó nhƣ là các ký hiệu bản đồ. 16 - Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tƣợng xảy ra tại một vị trí xác định. Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động nhƣ cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm họa môi trƣờng... liên quan đến các vị trí địa lý xác định. Các thông tin tham khảo địa lý đặc trƣng đƣợc lƣu trữ và quản lí trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tƣợng. - Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phƣơng hƣớng định vị,... liên quan đến các đối tƣợng địa lý, đƣợc lƣu trữ trong Hệ thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã đƣợc mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định. Một chỉ số địa lý có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể sử dụng từ các cơ quan khác nhau nhƣ là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý. - Quan hệ không gian giữa các đối tượng: rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý. Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay phức tạp nhƣ sự liên kết, khoảng cách tƣơng thích, mối quan hệ topo giữa các đối tƣợng. 1.2. ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 1.2.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.2.1.1. Khái ni m Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một tập hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con ngƣời, đƣợc thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lƣu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý. 1.2.1.2. Các thành phần và chức năng của GIS a. Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS) Hệ thống thông tin địa lý gồm 5 bộ phận cấu thành: 17