Chương V PHÂN TÍCH, XỬ LÝ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG GIS

Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



5.2 Các chức năng xử lý của một hệ thống GIS

Phần này sẽ liệt kê một cách khái quát một số chức năng xử lý cơ bản của một hệ thống

GIS. Một số phép xử lý áp dụng đặc thù cho hai loại dữ liệu vector và raster, cũng như một số

chức năng khác sẽ được giới thiệu thêm ở các chương tiếp theo.

5.2.1. Chức năng đo đạc:

Các thông số đo là những giá trị số đơn giản mô tả những đặc điểm không gian cơ bản

của dữ liệu thông tin. Nó bao gồm những chức năng như:

Tính tổng số điểm trong một phạm vi nhất định

Xác định điểm trong vùng

Đo chiều dài (đường thẳng, đường cong)

Xác định diện tích, chu vi của một vùng cho trước

Tính toán diện tích mặt cắt, thể tích căn cứ trên mô hình địa hình



Hình 5.2: Chức năng đo đạc

Để tính toán những tính chất của đối tượng không gian, chức năng đo đạc thực sự cần

thiết. Những chức năng này cho phép tính những tính chất đơn giản như chiều dài đường, chu vi,

diện tích và điểm trung tâm của một vùng. Các phép đo tiên tiến hơn là xác định hình dạng của

vùng, khoảng cách rộng nhất và hẹp nhất xuyên qua vùng, chiều dài và độ cong của đường cũng

được tổ hợp trong GIS (Star & Estes, 1990).

Với chức năng đo đạc, ta có thể tính toán khoảng cách giữa những đối tượng khác nhau.

Tuy chỉ có khả năng tính toán khoảng cách giữa hai điểm nhưng khoảng cách giữa các tuyến và

giữa các vùng có thể được xác định theo nhiều cách khác nhau (khoảng cách ngắn nhất, khoảng

cách giữa hai điểm trung tâm vùng, khoảng cách cực đại, v.v..).



142



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



5.2.2. Chức năng hỏi đáp tìm kiếm và hiển thị thông tin tìm kiếm:

Tìm kiếm theo tên

Tìm kiếm theo vị trí toạ độ

Tìm kiếm trong một phạm vi địa lý xác định

Tìm kiếm theo tập hợp đại số Boolean

Hiển thị đối tượng tìm kếm trên bản đồ gắn với dự liệu tương ứng

Tìm kiếm là quá trình lựa chọn thông tin theo những điều kiện nhất định từ tập hợp dữ

liệu sẵn có mà không làm thay đổi tập hợp dữ liệu ban đầu. Để làm việc này thì người ta cần đưa

ra một lệnh tìm kiếm áp dụng cho một hoặc nhiều dữ liệu chuyên đề. Trong trường hợp lựa chọn

một tính chất (điều kiện đơn) phép tính đại số được sử dụng để cấu thành sự lựa chọn. Tập hợp

đại số sử dụng các yêu cầu như bằng, lớn hơn, nhỏ hơn hoặc tổ hợp của 3 cái đó ( =, >, <, < >,

>=, <=).

Khi điều kiện đơn được tổ hợp để tạo thành những điều kiện phức (lựa chọn nhiều hơn

một tính chất của đối tượng) thao tác logic được sử dụng - tập hợp đại số Boolean dùng thao tác

logic AND, OR, XOR, NOT để thiết lập sự lựa chọn phức tạp (xem hình 37). Chẳng hạn ta cần

lựa chọn những vùng đất công có diện tích lớn hơn hoặc bằng 2 ha và độ dốc không quá 10% để

xây dựng một công trình nào đó:

A = chọn các vùng đất công có diện tích lớn >= 2 ha.

B = chọn vùng đất có độ dốc <=10%.

Logic Boolean được sử dụng sẽ là "A AND B".



Hình 5.3: Tập hợp Logic Boolean

Hỏi đáp về dữ liệu hình học là chức năng riêng của GIS. Trong trường hợp này, điều kiện

để chọn dữ liệu là tính chất hình học. Một hệ GIS lưu trữ vị trí và ranh giới của mỗi đối tượng.

Điều này tạo cho nó khả năng truy nhập thông tin dựa trên tính chất vị trí và bối cảnh (ví dụ độ

dài, chu vi và diện tích), và thậm chí dựa trên cả hình dạng của đối tượng. Các câu hỏi về dữ liệu

hình học sử dụng chức năng đo đạc (đã nêu ở phần trên) để có được những thông tin yêu cầu



143



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



(Bernhardsen, 1999). Ví dụ ta cần lựa chọn tất cả các hồ có diện tích lớn hơn 500m2 trong vùng

và tính toán tổng chu vi của chúng để phục vụ cho việc tính toán xây kè.

Đặt câu hỏi về mối quan hệ topo cũng là chức năng riêng của GIS. Những hỏi đáp về vị

trí của thực thể không gian trong mối quan hệ tới các đối tượng khác là câu hỏi về topology. Ví

dụ như lựa chọn tất cả các mảnh rừng mà tiếp giáp với các khu công nghiệp.

Chức năng tìm kiếm hỏi đáp còn có thể dùng các phép tính số học (+, - , x, / , xn, sin, cos,

tg v.v..) và các phép tính thống kê (trung bình, cực tiểu, cực đại, độ lệch chuẩn v.v... ), tuỳ theo

loại dữ liệu mà ta đang quan tâm (xem chương 3 mục 4) để tính toán các tính chất cho các đối

tượng được lựa chọn.

Chức năng tìm kiếm cho phép hiển thị đối tượng mà ta cần bằng cách đánh dấu lên bảng

dữ liệu và bản đồ tương ứng. Ví dụ như trong hình dưới đây, khi ta tìm vùng sinh thái có diện

tích lớn nhất (dùng hàm cực đại), đối tượng sẽ được đánh dấu hiển thị trên bản đồ cùng với dòng

dữ liệu trong bảng thuộc tính tương ứng.



Hình 5.4: Hiển thị đối tượng gắn với thuộc tính tương ứng trong bảng dữ liệu

5.2.3. Chức năng hiệu chỉnh, biến đổi bản đồ

Lược bỏ các đường thừa

Tinh giản đường

Làm trơn đường

Thay đổi tỷ lệ

Hiệu chỉnh biến dạng hình học

Thay đổi hệ chiếu

Thay đổi trục toạ độ/xoay toạ độ

144



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 5.5: Chức năng hiệu chỉnh, biến đổi bản đồ

5.2.4. Chức năng tạo lập, khái quát bản đồ:

Xác định tâm điểm vùng

Xây dựng đường đẳng trị

Tạo vùng giá trị tương đối căn cứ từ giá trị các điểm đo được

Phân vùng bản đồ chủ đề (Classification)

Chuyển đổi vector sang raster



Hình 5.6: Chức năng tạo lập, khái quát bản đồ

5.2.5. Chức năng tạo vùng bao:

Vùng bao quanh điểm

Vùng bao quanh vùng

Vùng bao quanh đường



145



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 5.7: Chức năng tạo vùng bao

Ta hãy xem xét một ví dụ sử dụng chức năng tạo vùng bao như sau: nhà quy hoạch khi

dự lên kế hoặch xây dựng một tuyến đường cao tốc và muốn biết bao nhiêu ngôi nhà sẽ nằm

trong vùng đệm mà tại đó tác động về tiếng ồn sẽ lớn nhất. Thông qua chức năng tạo vùng bao

quanh đường thì một vùng bao sẽ được hình thành mà tại đó tác hại của tiếng ồn lên sức khoẻ

con người là không thể chấp nhận được. Với chức năng đếm, tổng số ngôi nhà nằm trong vùng

bao này sẽ được biết và do đó một quyết định phù hợp có thể được vạch ra (Zerger, 2000).

Chức năng tạo vùng bao thường hay được vận dụng trong các bài toán về lựa chọn địa

điểm. Đôi khi, việc gần hay không gần một hoặc nhiều đối tượng nào đó là một tiêu chí quan

trọng để lựa chọn. Ví dụ việc xây dựng một khu công nghiệp gần tuyến đường giao thông chủ

yếu để thuận tiện cho việc chuyên chở hàng hoá và nguyên vật liệu. Bên cạnh đó những khu

công nghiệp này cũng phải được bố trí cách xa những khu dân cư để giảm thiểu mức độ tác hại

nhiễm tiếng ồn hoặc ô nhiễm không khí lên sức khỏe con người. Bài toán đặt ra là cần phải tìm

kiếm tổ hợp của hai tiêu chuẩn này. Điều này có khả năng thực hiện bằng cách tạo vùng đệm

xung quanh khu dân cư chính và tạo vùng bao dọc theo tuyến đường giao thông. Sự chồng ghép

của hai vùng bao này có thể giúp cho việc xác định vùng thích nghi để bố trí khu công nghiệp.

5.2.6. Một số chức năng khác trong xử lý raster:

Lựa chọn hành lang tối ưu

Tính toán khoảng cách tiếp cận

Tìm theo bán kính luỹ tiến

Thống kê diện tích qua chồng xếp raster

Chồng xếp các bản đồ theo mô hình đại số Boolean



146



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 5.8: Một số chức năng khác trong xử lý Raster

Trong các phần tiếp sau ta sẽ đi sâu hơn về các kỹ thuật chồng xếp raster là một chức

năng rất quan trọng giúp giải quyết nhiều bài toán đặc biệt là liên quan đến quản lý tài nguyên

môi trường và các bài toán phân tích mức độ thích hợp sử dụng đất.

5.2.7. Chức năng phân tích địa hình (dựa trên mô hình bề mặt)

Phân tích tầm nhìn

Phân tích cường độ chiếu sáng

Nội suy lưới địa hình từ các giá trị độ cao đo được

Xác định thiết diện mặt cắt

Xác định vùng tụ thuỷ

Phân tích độ dốc/hướng dốc

Xây dựng đường đồng mức địa hình

Hiển thị 3 chiều



147



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 5.9: Chức năng phân tích địa hình

5.2.8. Chức năng nội suy

Nội suy là quá trình dự đoán các giá trị thuộc tính cho các vị trí không được đo đạc căn

cứ vào các giá trị đo được ở các vị trí khác trong cùng một khu vực. Việc dự đoán giá trị nằm

ngoài khu vực xem xét được gọi là ngoại suy. Nội suy được dùng để chuyển đổi dữ liệu điểm

sang dữ liệu cho cả bề mặt liên tục, qua đó có thể xác định giá trị tại vị trí bất kỳ trong vùng. Nội

suy hay dùng để xây dựng bản đồ bề mặt mưa, bề mặt khí hậu, bản đồ lũ, bản đồ dân cư,…

Ý tưởng chủ đạo đằng sau quá trình nội suy không gian là những điểm được xác định gần

nhau trong không gian thường có những giá trị gần nhau. Ví dụ điểm cách xa nhau vài mét thì

thường có cùng giá trị độ cao hơn là hai điểm cách xa nhau vài km (Hunter, 2001).

Phương pháp nội duy được chia thành 3 nhóm chính, nội suy cục bộ, nội suy toàn cầu và

Kriging. Nội suy cục bộ chỉ tính tới những điểm được quan sát lân cận, ngược lại nội suy toàn

cầu sử dụng toàn bộ tập hợp điểm đã biết. Kriging tổ hợp cả hai phương pháp nội suy trên.



148



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Hình 5.10: Nội suy trong Vector và nội suy trong Raster

Một ví dụ điển hình trong việc sử dụng phép nội suy là tạo đường đồng mức. Đường

đồng mức nối các điểm có cùng giá trị. Ví dụ phổ biến nhất là đường nối tất cả các điểm có cùng

độ cao trên bản đồ địa hình. Tất cả các dữ liệu thuộc tính khác phân bố trên bề mặt có thể được

trình bày bởi các đường đồng mức, ví dụ đường đẳng mưa, đường đẳng nhiệt,….



Hình 5.11: Đường đồng mức

Việc tạo các đường đồng mức được bắt đầu từ một tập hợp các điểm quan sát mà giá trị

của chúng được biết. Giá trị tại các vị trí giữa các điểm đó không được biết. Chức năng tạo

đường đồng mức cho phép nội suy và tính toán giá trị của những điểm chưa biết này. Ví dụ như

149



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



khi giá trị của hai điểm có độ cao là 100-150m thì điểm trung gian giữa hai điểm này sẽ có giá trị

độ cao khoảng 125m. Nếu đường đồng mức có độ cao là 125m cần được vẽ thì vị trí đường này

sẽ được tính toán sử dụng kỹ thuật nội suy.



Câu hỏi chương V.

1.



Các chức năng xử lý của một hệ thống GIS.



2.



Phântích bản đồ dạng vector.



3.



Một số phép xử lý trong RASTER GIS.



4.



Mô hình số hoá độ cao.



150



Kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý



Bộ môn tính toán thuỷ văn



Chương VI MỘT SỐ PHÉP XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG VECTOR GIS

6.1. Giới thiệu

Các thao tác xử lý trong vector GIS có thể được tổng hợp vào 2 nhóm chính: xử lý đơn

lớp dữ liệu và xử lý đa lớp dữ liệu.

Xử lý đơn lớp dữ liệu được hiểu là quá trình xử lý áp dụng cho một lớp dữ liệu tại mỗi

một thời điểm bất kỳ; còn xử lý đa lớp dữ liệu được áp dụng cho nhiều lớp một cách đồng thời.

Tuy nhiên trên thực tế, 2 nhóm thao tác xử lý này khó được tách rời, và đa số các ứng dụng GIS

đòi hỏi thao tác đơn lớp trước khi tiến hành thao tác đa lớp.

Quy trình thực hiện thao tác các đối tượng bản đồ trên một lớp bao gồm việc thay đổi

đường biên (boundary alteration) và phân tích khoảng cách tương đối (proximity analysis). Các

phép thay đổi đường biên thường hay được dùng trong khâu chuẩn bị dữ liệu để xây dựng cơ sở

dữ liệu cho việc phân tích (Hunter, 2001).

Các phép thao tác dữ liệu đa lớp thường dùng trong phân tích và mô hình hoá không

gian.

6.2. Các phép biến đổi ranh giới - xử lý đơn lớp

Các phép biến đổi ranh giới thường dùng gồm: kẹp (clipping), xoá (erasing), cập nhật

(updating), chia (splitting), kết nối (mapjoin), hoà tan (dissolving), loại bỏ (eliminating), khái

quát hoá (generalisation). Các phép này còn được goi là các phép chiều ngang (để phân biệt vơí

các phép chiều dọc)

Phép kẹp (clipping) tạo đầu ra chứa 1 phần của bản đồ gốc. Phép này giữ lại tất cả các

yếu tố thuộc tính từ bản đồ gốc nằm trong ranh giới của vùng kẹp.

Phép xoá (erasing) ngược lại với phép kẹp. Phép xoá loại bỏ phần nằm trong vùng xoá và

giữ nguyên những phần còn lại từ bản đồ gốc.

Phép cập nhật (updating) thay thế dữ liệu không gian tại một số khu vực nhất định trên

bản đồ bằng một lớp mới hoặc đã được đính chính. Phép này tạo đầu ra bằng việc sử dụng lệnh

cắt-dán.

Phép phân chia(splitting) tạo ranh giới chia bản đồ ra làm nhiều khu vực. Phép này rất

hữu dụng khi ta cần chia một cơ sở dữ liệu lớn ra làm nhiều phần nhỏ hơn để xử lý.

Phép kết nối (mapjoin) dùng để kết hợp nhiều bản đồ nhỏ, liền kề để tạo ra một bản đồ

lớn hơn. Phép này ngược vơí phép phân chia.

Phép hoà tan (dissolving) được dùng để xoá bỏ các ranh giới không cần thiết sau khi đã

kết nối các vùng liền kề có cùng tính chất. Phép này cũng có tác dụng xoá bỏ điểm nút (node)

giữa các đường có cùng thuộc tính.

Phép loại bỏ (eliminating) thường được sử dụng trong trường hợp các đường thừa tạo ra

nhiều vùng vụn (sliver polygon) do lỗi dữ liệu. Vấn đề vùng vụn thường là kết quả của phép

chồng xếp lớp. Phép này xoá bỏ vùng vụn bằng cách đồng hoá chúng vào vùng tiếp giáp có

đường tiếp giáp lớn nhất hoặc có diện tích lớn nhất.



151