Tài liệu Kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu mce trong gis

  • Số trang: 86 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 845 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG -------------------------------NGUYỄN VĂN LÂM KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ ĐA CHỈ TIÊU MCE TRONG GIS Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 BẢN CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu MCE trong GIS” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép. Các số liệu và kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực, chính xác, không trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã được công bố trước đây. Thái Nguyên, ngày tháng 9 năm 2014 Học viên Nguyễn Văn Lâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 Lời cảm ơn! Lời đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình em theo học tại trường. Đặc biệt em gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Đặng Văn Đức, trong suốt thời gian thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng Thầy vẫn giành rất nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn và định hướng giúp em hoàn thành luận văn . Tiếp nữa là tập thể lớp CK11H đã gắn bó với em trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng cho em gửi lời cảm ơn tới UBND Tp. Bắc Giang, Sở tài nguyên môi trường Tp. Bắc Giang, và bà con nhân dân xã Song Mai, Đa Mai, Tân Mỹ đã tạo điều kiện cho em trong quá trình thu thập dữ liệu. Trong quá trình thực hiện Luận văn mặc dù có cố gắng, song chắc chắn luận văn của em vẫn còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo vào đóng góp tận tình của các thầy cô để luận văn của em được hoản chỉnh. Thái Nguyên....., Tháng..... Năm 2014 Tác Giả Nguyễn Văn Lâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 MỤC LỤC Danh sách bảng biểu: ............................................................................................................ 6 Danh sách hình ảnh: .............................................................................................................. 8 MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 9 1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 9 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 10 3. Hướng nghiên cứu của đề tài ................................................................................. 10 4. Những nội dung nghiên cứu chính ........................................................................ 10 5. Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................................... 11 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................................... 11 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ........................... 13 1.1. Các khái niệm về GIS ......................................................................................... 13 1.2. Mô hình dữ liệu:.................................................................................................. 27 1.3. Các phép tính phân tích không gian trong hệ thống thông tin địa lý:................. 29 1.4. Khả năng ứng dụng của GIS: .............................................................................. 31 Chƣơng 2: ĐÁNH GIÁ ĐA CHỈ TIÊU ỨNG DỤNG TRONG GIS ........................ 33 2.1. Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCE) ......................................................... 33 2.2. Thuật toán xác định trọng số các chỉ tiêu AHP .................................................. 39 2.3. Ứng dụng kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS (kết hợp MCE và GIS) ....... 47 Chương 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM ........................................... 52 3.1. Giới thiệu bài toán: ............................................................................................. 52 3.2. Công nghệ sử dụng: ............................................................................................ 53 3.3. Thu thập dữ liệu địa lý của vùng nghiên cứu ..................................................... 55 3.4. Xác định các tiêu chí để đánh giá ....................................................................... 63 3.5. Kết quả xây dựng chương trình thử nghiệm ....................................................... 66 KẾT LUẬN............................................................................................................................ 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 Danh mục viết tắt ESRI : Economic and Social Research Institute GIS (Geographic Information Systems): Hệ thống thông tin địa lý MIS (Management Information System): Hệ thống thông tin quản lý GPS (Global Positioning System) : Hệ thống định vị toàn cầu MCA (Multi-Criteria Analysis) Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu MCE (Multiple Criteria Evaluation) Đánh giá đa chỉ tiêu HTSDĐ: Hiện trạng sử dụng đất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 Danh sách bảng biểu: Bảng 2.1. Giá trị RI ứng với từng số lượng chỉ tiêu Bảng 3.1. Kết quả phân tích môi trường nước mặt Tp. Bắc Giang năm 2010 Bảng 3.2. Kết quả phân tích hiện trạng môi trường nước ngầm Tp. Bắc Giang 2009 Bảng 3.3. Các khu di tích lịch sử, văn hóa của Tp. Bắc Giang Bảng 3.4. Thống kê hiện trạng sử dụng đất Tp. Bắc Giang Bảng 3.5. Các lớp dữ liệu đầu vào Bảng 3.6. Các tiêu chí lựa chọn bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt Tp. Bắc Giang Bảng 3.7. Ma trận mức độ ưu tiên và trọng số của 3 nhớm chỉ tiêu Bảng 3.8. Mức độ ưu tiên và trọng số của các tiêu chí nhớm“ Môi trường” Bảng 3.9. Mức độ ưu tiên và trọng số của các tiêu chí nhớm“ Kinh tế” Bảng 3.10. Mức độ ưu tiên và trọng số của các tiêu chí nhớm“ Xã hội” Bảng 3.11. Trọng số chung các chỉ tiêu Bảng 3.12. Các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá sơ bộ Bảng 3.13. So sánh các địa điểm sau khi tìm kiếm sơ bộ Bảng 3.14. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu dân cư đô thị Bảng 3.15. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến cụm dân cư nông thôn Bảng 3.16. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến nguồn cung cấp nước ngầm Bảng 3.17. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến nguồn nước mặt Bảng 3.18. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu di tích, văn hoá Bảng 3.19. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu thổ nhưỡng Bảng 3.20. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến đường giao thông chính Bảng 3.21. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến đường giao thông thường Bảng 3.22. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu hiện trạng sử dụng đất Bảng 3.23. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu công nghiệp Bảng 3.24. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến điểm thu gom Bảng 3.25. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến trạm cung cấp điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 Bảng 3.26. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu địa chất Bảng 3.27. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu hướng gió Bảng 3.28. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu địa hình Bảng 3.29. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu sự chấp thuận của cộng đồng Bảng 3.30. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu sự chấp thuận của chính quyền Bảng 3.31. Kết quả điểm chung của 3 vị trí tiềm năng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 Danh sách hình ảnh: Hình 1.1. Hệ thống thông tin địa lý Hình 1.2. Tầng bản đồ Hình 1.3. Các hoạt động chính của GIS Hình 1.4. Các thành phần của GIS Hình 1.5. Quản lý dự án GIS Hình 1.6. Quy trình dữ liệu Hình 1.7. Phần mềm của GIS Hình 1.8. Sơ đồ tổ chức một hệ “ Phần cứng” Hình 1.9. Các nhóm chức năng trong Hình 1.10. Mô hình dữ liệu địa lý Hình 2.1. Sơ đồ các bước Hình 2.2. Cây phân cấp dữ liệu trong mô hình đanh giá Hình 2.3. Thang điểm so sánh các chỉ tiêu Hình 2.4. Mức độ quan trọng của các chỉ tiêu và tính trọng số Hình 2.5. Sơ đồ thuật toán AHP để định trọng số Hình 2.6. Sơ đồ tổng quát MCE và GIS Lựa chọn khu vực tối ưu Hình 3.1. Sơ đồ khái quát mục tiêu bài toán Hình 3.2. Tính điểm cho chỉ tiêu "Dân cư", (các khu vực dân cư có màu xanh lá cây) màu càng sẫm điểm càng cao. Hình 3.3. Tính điểm cho chỉ tiêu "Nguồn nước mặt" (khu vực nguồn nước có màu xanh dương) Hình 3.4. Tính điểm cho chỉ tiêu "Đường giao thông chính" (đường giao thông chính được thể hiện bằng màu hồng) Hinh 3.5. Tính điểm cho nhóm chỉ tiêu "Trường học, bệnh viện, cơ quan, khu di tích..." (thể hiện bằng các chấm trắng) Hình 3.6. Các khu vực tiềm năng (các khu vực có màu sẫm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế và sự phát triển không ngừng của ngành công nghệ thông tin, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các ngành nghề khác nhau đã trở nên phổ biến. Trong nhiều lĩnh vực của việc áp dụng công nghệ thông tin đã đem lại hiệu quả ngoài sự mong đợi, chính vì lẽ đó việc ứng dụng công nghệ thông tin vào việc nghiên cứu và phát triển ngành nghề đã trở thành một xu thế tất yếu. Nó đem lại những thành tựu lớn lao trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, như: Kinh tế, giao thông vận tải, xây dựng, địa chất, khai khoáng, quân sự,... Trong quá khứ và hiện tại việc sử dụng công nghệ thông tin và các ứng dụng của nó vào nghiên cứu đất đai, không gian địa lý cũng đạt được những thành tựu và hiệu quả cao trong công tác quản lý và sử dụng đất. Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems – GIS) là sự kết hợp giữa tin học và thông tin địa lý, nó được xem như là hệ thống hỗ trợ ra quyết định. Với một hệ thống GIS hoàn chỉnh và những kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS người dùng sẽ có được các thông tin chi tiết, cần thiết về mức độ ảnh hưởng của môi trường đến một vùng đất cụ thể, để từ đó chúng ta dựa vào các kết quả đánh giá mà có thể đưa ra những quyết định lựa chọn hay không lựa chọn vùng đất đó. Với những tính năng ưu việt của GIS nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành nghề khác nhau như: Giao thông vận tải, quản lý đô thị, quân sự, thủy lợi, môi trường... Chọn vị trí chôn lấp rác thải sinh hoạt cho một Thành phố nào đó là một bài toán phân tích không gian phức tạp nhằm mục đích quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch đô thị. Nó đòi hỏi phải đánh giá trên nhiều tiêu chí khác nhau, vậy làm thế nào để có thể chọn lựa vị trí chôn lấp rác thải sinh hoạt đó phù hợp nhất, giảm thiểu tối đa các tác động tiêu cực tới môi trường, kinh tế, xã hội? Đây chính là câu hỏi mà đề tài muốn tìm lời giải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Mục tiêu của nghiên cứu nhằm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS hỗ trợ xác định một vùng đất phù hợp để xây dựng bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt cho Thành phố Bắc Giang. 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu: GIS, Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu MCE, kỹ thuật đánh giá phân cấp AHP, đánh giá các điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội để lựa trọn vị trí xây dựng 2.2. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài dừng ở mức sử dụng công nghệ GIS để hỗ trợ đánh giá một khu vực như thị xã, thành phố, quận, huyện để tìm ra vùng đất thích hợp nhất trên cơ sở các kết quả tổng hợp của nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu khác nhau như điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội,…. 3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu hệ thống thông tin địa lý, ứng dụng thông tin địa lý trong quản lý tài nguyên và môi trường; - Nghiên cứu tổng quan về quy trình lựa chọn vị trí chôn lấp bãi rác thải sinh hoạt; - Nghiên cứu quy trình ứng dụng GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu trong việc tìm địa điểm xây dựng bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt hợp lý; - Ứng dụng quy trình trên để xây dựng chương trình tìm địa điểm chôn lấp bãi rác thải sinh hoạt cho Thành phố Bắc Giang. 4. Những nội dung nghiên cứu chính Ngoài phần mở đầu nêu lý do chọn đề tài, bố cục luận văn và phần kết luận tóm tắt các kết quả đạt được và các hướng phát triển tiếp theo, nội dung luận văn được trình bày trong ba chương như sau: Chương 1: Trình bày khái quát về hệ thống thông tin địa lý, bao gồm: Các khái niệm về GIS, mô hình dữ liệu, các phép tính phân tích không gian trong hệ thống thông tin địa lý và khả năng ứng dụng GIS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 Chương 2: Trình bày phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu ứng dụng trong GIS, bao gồm: Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCE), thuật toán xác định trọng số các chỉ tiêu AHP và ứng dụng kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS (kết hợp MCE và GIS). Chương 3: Trình bày xây dựng ứng dụng thử nghiệm, bao gồm: Giới thiệu bài toán, công nghệ sử dụng, xác định các tiêu chí để đánh giá, thu thập dữ liệu địa lý của vùng nghiên cứu và kết quả xây dựng chương trình thử nghiệm. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu: - Phương pháp tham khảo tài liệu: Bao gồm giáo trình, sách tham khảo, báo chí, mạng Internet, các bài viết, báo cáo trong và ngoài nước, … nhằm thu thập các dữ liệu thứ cấp; - Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Để biết được các thông tin dữ liệu khu vực nghiên cứu; - Phương pháp tổng hợp dữ liệu: Để đưa ra những số liệu có tính khách quan cao phục vụ trợ giúp quyết định; - Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu dữ liệu: Xác định mức ảnh hưởng của các yếu tố và tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá; - Phương pháp phân tích không gian: Để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn địa điểm hợp lý cho bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt. - Phương pháp chuyên gia (tham khảo ý kiến chuyên gia): Đánh giá vai trò của các yếu tố ảnh hưởng; - Phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu. 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đưa ra được quy trình sử dụng hệ thống thông tin địa lý GIS và các phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu vào việc đánh giá các tác động của môi trường đối với các vùng đất khác nhau, từ đó lựa chọn các vùng đất phù hợp cho từng dự án. - Xác lập cơ sở khoa học đề xuất phương án sử dụng GIS kết hợp với kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu MCE để giải các bài toán về giao thông vận tải, môi trường, xây dựng… đặc biệt là bài toán về tìm vị trí chôn lấp bãi rác thải sinh hoạt cho các thành Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 phố. - Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là đã xác lập cơ sở khoa học và đề xuất phương án bố trí bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt cho Thành phố Bắc Giang. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS- Geographic Information Systems) được trình bày trong tài liệu[1], [8], [10], thông tin địa lý bao gồm dữ liệu về bề mặt trái đất và các diễn giải dữ liệu để con người dễ hiểu. Nhìn chung thông tin địa lý được thu thập từ bản đồ hay được thu thập thông qua đo đạc trực tiếp, viễn thám, điều tra, phân tích hay mô phỏng. Thông tin địa lý bao gồm hai loại dữ liệu: không gian (spatial data) và phi không gian (non - spatial data), hay “ở đâu?” và “cái gì?” . Hình 1.1 minh hoạ tổng quát cho một hệ thông tin địa lý. 1.1. Các khái niệm về GIS 1.1.1. Định nghĩa GIS Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS, nhưng chúng đều có điểm giống nhau như: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thống thông tin quản lý (Management Information System – MIS) và GIS, trong đó có sự kết hợp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu (CSDL) để lập bản đồ chuyên đề, GIS có khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng một tệp dữ liệu. * Sau đây là một vài định nghĩa GIS hay được sử dụng: Định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, Khoa địa lý, Trƣờng Đại học Texas GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng trong đó hệ trục tọa độ không gian là phương tiện tham chiếu chính. GIS bao gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau đây: - Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các nguồn khác. - Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL. - Biến đổi dữ liệu phân tích, mô hình hóa, bao gồm cả dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian. - Lập báo cáo, bao gồm bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 14 Từ định nghĩa trên ta thấy rõ ba vấn đề sau của GIS. Thứ nhất, GIS có quan hệ với ứng dụng CSDL. Toàn bộ thông tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian. Có những CSDL chứa thông tin vị trí (địa chỉ đường phố...), nhưng CSDL GIS sử dụng tham chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm nhập thông tin. Thứ hai, GIS là công nghệ tích hợp. Hệ GIS đầy đủ có đầy đủ khả năng phân tích, bao gồm phân tích ảnh máy bay, ảnh vệ tinh hay tạo mô hình thống kê, vẽ bản đồ...Cuối cùng GIS được xem như tiến trình không chỉ là phần cứng, phần mềm rời rạc mà GIS còn được sử dụng vào trợ giúp quyết định. Cách thức nhập, lưu trữ, phân tích, dữ liệu trong GIS phải phản ánh đúng cách thức thông tin sẽ được sử dụng trong công việc lập quyết định hay nghiên cứu cụ thể. Theo định nghĩa của Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trƣờng ESRI, Mỹ: “GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái Đất. Công nghệ GIS tích hợp các thao tác CSDL như truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê bản đồ, các khả năng này phân biệt giữa GIS với các hệ thống thông tin khác, nó có khả năng thực hiện thao tác không gian”. Theo định nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ: “GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp”. Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Càng quan sát thế giới gần hơn càng thấy được chi tiết hơn. Con người mong mỏi lưu trữ, quản lý đầy đủ các dữ liệu về thế giới thực. Những sẽ dẫn đến phải có cơ sở dữ liệu lớn vô hạn để lưu trữ mọi thông tin chính xác về chúng. Do vậy, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến trình đơn giản hóa hay trừu tượng hóa. Trừu tượng là đơn giản hóa một cách thông minh, Trừu tượng cho ta tổng quát hóa và “ý tưởng” hóa vấn đề đang xem xét. Chúng loại bỏ đi các chi tiết dư thừa mà chỉ tập trung vào các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 15 điểm chính, cơ bản. Các đặc trưng địa lý phải được biểu diễn bởi các thành phần rời rạc hay các đối tượng để lưu vào CSDL máy tính. Hình 1.1. Hệ thống thông tin địa lý Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và nguồn dữ liệu riêng biệt. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng...Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về không gian. Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng. Hình 1.2. Tầng bản đồ GIS lưu trữ thông tin thế giới thực bằng các tầng (layer) bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng kết hợp địa lý với nhau. Giả sử ta có vùng quan sát như hình 1.2. Mỗi nhóm người sử dụng sẽ quan tâm nhiều hơn đến một vài loại thông tin. Tư tưởng tách bản đồ thành tầng (lớp) tuy đơn giản nhưng khá mềm dẻo và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 hiệu quả, chúng cho khả năng giải quyết rất nhiều vấn đề về thế giới thực, từ theo dõi điều hành xe cộ giao thông đến các ứng dụng lập kế hoạch và mô hình hóa lưu thông. Ta có thể sử dụng tiến trình tự động, gọi là mã hóa địa lý (geocoding) để liên kết dữ liệu bên ngoài với dữ liệu bản đồ. Hiểu biết của chúng ta về trái đất là giới hạn vì thiếu thông tin cũng như thiếu tri thức. Để quan sát các vật thể quá nhỏ con người đã phát minh ra kính hiến vi, để quan sát vật thế quá lớn như toàn bộ trái đất, con người đã phải sử dụng các vệ tinh nhân tạo. Hệ thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ và thời gian khác nhau, theo các khuôn mẫu khác nhau. Người sử dụng thông tin địa lý như các nhà khoa học, giám sát tài nguyên môi trường, lập kế hoạch phát triển đô thị ... đều làm việc theo vùng hay lãnh thổ. Họ quan sát và đo đạc các tham số môi trường. Họ xây dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc tính trái đất. Họ giám sát sự thay đổi xung quanh ta theo thời gian và không gian. Cuối cùng, họ mô hình hóa các tác động, tiến trình trong môi trường. Hiệu quả cơ bản của các hoạt động này sẽ được nâng cao nhờ sử dụng hệ thông tin địa lý, một hình thức của hệ thống thông tin. Hình 1.3 dưới đây thể hiện các hoạt động chính của hệ thống thông tin địa lý. Hình 1.3. Các hoạt động chính của GIS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 17 1.1.2. Các lĩnh vực khoa học công nghệ liên quan đến GIS: GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra ngành khoa học mới. Trong đó: - Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc tìm hiểu thế giới và vị trí của con người trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu. - Ngành bản đồ: Thông tin địa lý là thông tin tham chiếu không gian, có nghĩa rằng chúng liên quan đến ngành bản đồ. Ngày nay, nguồn dữ liệu đầu vào chính cho GIS là các bản đồ. Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS. - Công nghệ viễn thám: Các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi vị trí trên địa cầu với giá rẻ. Các dữ liệu đầu ra của ảnh vệ tinh có thế được trộn với các lớp dữ liệu của GIS. - Ảnh máy bay: Ảnh máy bay và kỹ thuật đo chính xác của chúng là nguồn dữ liệu chính về độ cao bề mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào của GIS. - Bản đồ địa hình: Cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí ranh giới của đất đai, nhà cửa... - Khoa đo đạc: Nguồn cung cấp các vị trí cần quản lý có độ chính xác cao cho GIS. - Ngành thống kê: Rất nhiều kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS. Ngành thống kê đặc biệt quan trọng trong việc hiểu các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong dữ liệu GIS. - Khoa học tính toán: Thiết kế trợ giúp bằng máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị, biểu diễn dữ liệu. Đồ họa máy tính cung cấp công cụ để quản lý, hiển thị các đối tượng đồ họa. Quản trị cơ sở dữ liệu đóng góp phương pháp biểu diễn dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật khối lượng dữ liệu lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 18 - Toán học: Mộtvài ngành toán học như hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian. Ngoài ra, GIS còn có quan hệ chặt chẽ với các công tác quản lý tài nguyên, quy hoạch đô thị, quy hoạch vùng, quy hoạch môi trường... 1.1.3. Các thành phần của GIS Hệ thống GIS có 5 thành phần bao gồm: Con người, phương pháp, phần cứng tin học, phần mềm và dữ liệu. Hình 1.4 thể hiện các thành phần của hệ thống GIS. PHẦN MỀM DỮ LIỆU PHẦN CỨNG GIS CON NGƢỜI PHƢƠNG PHÁP Hình 1.4. Các thành phần của GIS a. Con ngƣời: Con người là chuyên viên tin học, các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS. Trong đó con người sử dụng GIS bao gồm: Ngƣời sử dụng hệ thông: Là người sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm sửa lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý, họ thường xuyên phải đào tạo bổ sung kiến thức mới vì phần mềm GIS thay đổi liên tục. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 Thao tác viên hệ thống: Có nhiệm vụ vận hành hệ thống, đảm bảo hệ thống chạy hàng ngày để phục vụ người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả, khắc phục sự cố, bảo dưỡng, huấn luyện người dùng,… Nhà cung cấp phần mềm GIS: Có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cao hệ thống, đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GIS. Nhà cung cấp dữ liệu: Có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân, các cơ quan tư nhân cung cấp dữ liệu sửa đổi của các cơ quan nhà nước để phù hợp với ứng dụng cụ thể; Còn các cơ quan Nhà nước cung cấp dữ liệu được xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể được sử dụng trong các cơ quan khác, tổ chức khác. Nhà phát triển ứng dụng: Là những lập trình viên đã được qua đào tạo, họ là người xây dựng các giao diện người dùng, làm giảm bớt độ phức tạp khi thực hiện các thao tác cụ thể trên các hệ thống GIS chuyên nghiệp. Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: Là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống. Phần lớn họ là đội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác định mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn, đảm bảo tích hợp thắng lợi hệ thống trong cơ quan. Tóm lại, một dự án GIS thành công khi nó được quản lý tốt và con người tại mỗi công đoạn phải có kỹ năng tốt. Hình 1.5 là một thí dụ về cấu trúc quản lý dự án GIS độc lập. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp có thể kết hợp quản lý dự án GIS với cấu trúc quản lý có sẵn trong cơ quan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 Giám đốc Người quản lý Người phân tích Không Gian Người quản lý hệ Thống GIS Người lập trình GIS Người quản trị CSDL Hình 1.5. Quản lý dự án GIS b. Dữ liệu Có thể nói đây là thành phần quan trọng nhất của một hệ GIS. Với bất kỳ hệ thông tin nào cũng phải hiểu rõ các loại dữ liệu khác nhau lưu trữ trong chúng. Dữ liệu (các biến) thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với mức độ chính xác khác nhau. Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên, biến thứ tự, biến khoảng và biến tỷ lệ. Dữ liệu đầu vào của GIS bao gồm: Bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, hệ thống định vị toàn cầu GPS, bản đồ số hóa, số liệu quan trắc do đo đạc ngoài trời, những số liệu thể hiện đặc tính của hình ảnh, các thông tin về các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Dữ liệu của GIS chia làm hai loại: dữ liệu không gian và phi không gian. Dữ liệu không gian: Là biểu diễn hình học của các đối tượng địa lý liên kết với vị trí trên thế giới thực; Những đối tượng địa lý tóm lược vào ba cách biểu diễn như: đối tượng điểm, đường, vùng; Các đối tượng địa lý biểu diễn dựa vào toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một vị trí, hình ảnh cụ thể trên tờ bản đồ. Dữ liệu phi không gian: Là những dữ liệu diễn tả đặc tính, số lượng của các đối tượng địa lý; Chúng được liên kết với các dữ liệu không gian thông qua các chỉ số xác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Xem thêm -