8/24/16
HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
(CH5 – XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG GIS)
Phan Trọng Tiến Bộ môn Công nghệ phần mềm – Khoa CNTT Học Viện Nông nghiệp Việt Nam Website: http://timoday.edu.vn Email: phantien84@gmail.com
NỘI DUNG CHÍNH
I. Chồng xếp bản đồ (Map Overlaying) II. Tìm kiếm không gian (Searching) III. Tạo vùng đệm (Buffer Zone) IV. Nội suy không gian (Spatial Interpolation) V. Đo đạc tính toán (Area Calculation)
Xử lý dữ liệu GIS
2
1
8/24/16
I. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
q Khi muốn trả lời các câu hỏi như:
-Loại sử dụng đất nào nằm bên trong khu vực bị ngập lụt? -Vùng nào sẽ bị ô nhiễm và phải di rời? -Loại đất nào phù hợp với việc trồng cà phê? → Lúc đó chúng ta phải chồng ghép bản đồ Đây là chức năng dùng để so sánh hai hay nhiều lớp dữ liệu để tìm ra mối quan hệ của một đối tượng nào đó trong các lớp khác nhau.
Xử lý dữ liệu GIS
3
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
q Phân tích chồng ghép đơn giản là tạo ra một bảng dữ liệu hay một biểu đồ thể hiện sự chồng ghép của hai đối tượng, hai hình hay hai lớp khác nhau
q Ví dụ: Sự chồng ghép của hai lớp này để tìm ra những loại đất nào nằm trong khu vực bị ngập lụt.
Xử lý dữ liệu GIS
4
2
8/24/16
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ
Sự chồng ghép lớp dữ liệu là để so sánh mối quan hệ giữa hai hay nhiều lớp dữ liệu. Chức năng phân tích không gian của ArcView có thể so sánh để xác định đối tượng cụ thể được chồng ghép ở đâu. Ví dụ: Kết quả của việc chồng ghép là tìm thấy được đất nông nghiệp nằm trong khu vực ngập lụt
Xử lý dữ liệu GIS
( [ Landuse] = "Agr" ) and ( [Flood Zone] = 1 )
5
CHỒNG XẾP SỐ HỌC
Xử lý dữ liệu GIS
Chồng ghép bằng phương pháp số học dùng các phép toán học trong khi chồng ghép như : + (cộng), - (trừ), * (nhân), / (chia), mod, div, sqrt....
6
3
8/24/16
CHỒNG XẾP SỐ HỌC
Xử lý dữ liệu GIS
7
CHỒNG XẾP SỐ HỌC
P hư ơn g p h á p c hồn g ghép số học được thể hiện ở chức năng Map Calculator
Xử lý dữ liệu GIS
8
4
8/24/16
VÍ DỤ
0 1 1 0 0 0 1 1
1 1 0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 1 0 1 0
A
B
H·y x©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A+B
Xử lý dữ liệu GIS
CHỒNG XẾP LOGIC
B
A
Xử lý dữ liệu GIS
1 1 1 1 0 1 0 1
10
5
8/24/16
CÁC PHÉP LOGIC
A
B
A and B
A or B
A xor B
Not A
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
Xử lý dữ liệu GIS
BÀI TẬP 1
B
A
B
A
C
C
Xử lý dữ liệu GIS
(A and B) or C A and (B or C)
12
6
8/24/16
BÀI TẬP 2
B
B
A
A
C
C
D
D
Xử lý dữ liệu GIS
(A xor B) and (C or D) (A or C) and (B or D) (A or B) not (C and D) (A not C) or (B xor D)
13
BÀI TẬP 3
0 1 0 1 1 1 0 0
1 1 0 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 0 1 0
A
B
X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A and B
X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A or B
Xử lý dữ liệu GIS
7
1 1 1 1 0 1 0 1
8/24/16
CHỒNG GHÉP LOGIC
Xử lý dữ liệu GIS
15
Cho 3 bản đồ A, B và C
1 0 3 0 0 0 3 1 0 4 0 0
0 1 1 2 0 0 1 1 1 5 1 1
2 1 4 0 1 2 2 1 0 0 0 0
B
A
C
D
Hãy viết kết quả bản đồ D với câu lệnh sau:
D = (A=B) and (A<> C) E = (A=B) or (A<> C) H = (A=B) xor (A<> C)
Xử lý dữ liệu GIS
1 3 1 0 0 2 1 0 0 0 4 2
16
8
8/24/16
CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC CÓ ĐIỀU KIỆN
q Phương pháp chồng ghép dùng biểu thức có điều kiện là quá trình máy tính kiểm tra các số liệu trên bản đồ có thoả mãn một điều kiện nào đó cho trước hay không?
q Câu lệnh có dạng là:
BDSP = If (<Điều kiện>, Câu lệnh 1, Câu lệnh 2)
q Câu lệnh kiểm tra <điều kiện> nếu đúng thực hiện lệnh 1>, ngược lại thực hiện Xử lý dữ liệu GIS Ví dụ: Cho hai bản đồ A và B như sau A B 22,2 25,6 26,7 28,0 5 6 7 5 20,7 22,3 21,4 22,5 4 5 7 4 19,9 16,3 21,5 21,8 4 3 2 6 Hãy xây dựng bản đồ C theo câu lệnh sau C = if (A>20, B+3, B+2) Xử lý dữ liệu GIS 18,3 19,2 20,1 23,7 2 2 2 5 9 8/24/16 q Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C thoả mãn các điều kiện sau:
q Nếu bản đồ A lớn hơn 4 lần giá trị của bản đồ B và nếu giá trị của bản đồ q Nếu bản đồ A lớn hơn 4 lần giá trị của bản đồ B và nếu giá trị của bản đồ A <= 21 thì bản đồ C bằng bản đồ A, ngược lại bằng 0. q Nếu bản đồ A <= 4 lần giá trị của bản đồ B thì bản đồ C bằng 0, ngược lại A > 21 thì bản đồ C bằng 10, ngược lại bằng 0. Xử lý dữ liệu GIS bằng A. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 10 8/24/16 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 11 8/24/16 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 12 8/24/16 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS Xử lý dữ liệu GIS 13 8/24/16 q Tìm kiếm là một chức năng cơ bản của hoạt động phân tích không gian của GIS. q Tìm kiếm không gian dựa vào quan hệ không gian của các đối tượng trên bản đồ. q Tìm kiếm không gian dùng các toán tử so sánh và toán tử logic trong biểu thức điều kiện. q Ví dụ: “Hãy thể hiện những thửa đất nông nghiệp nằm trong khoảng cách 500m từ đường chính”. Xử lý dữ liệu GIS Xử lý dữ liệu GIS 14 8/24/16 Xử lý dữ liệu GIS T×m kiÕm mét líp T×m kiÕm hai líp Xử lý dữ liệu GIS 15 8/24/16 Xử lý dữ liệu GIS TẠO MỘT BỀ MẶT GRID TỪ CÁC ĐIỂM MẪU o Ông Thanh là một nông dân, ông ấy muốn giảm lượng phân bón trên cánh đồng.
Đầu tiên là việc lấy mẫu đất, phân tích lấy dữ liệu, từ lớp dữ liệu điểm mẫu đó,
chức năng phân tích không gian có thể tạo ra lớp bản đồ bề mặt mức độ dinh
dưỡng của cả cánh đồng. Từ đó tạo ra bản đồ về nhu cầu dinh dưỡng của các khu
vực khác nhau trên cánh đồng. Bên cạnh đó ông ta còn nhờ chức năng phân tích
không gian để tạo ra một vùng đệm 300m xung quanh sông nhằm tránh sự ô nhiễm
nước. Và ông Thanh đã tiết kiệm được tiền và thu được năng suất cao trên cánh
đồng đó bởi việc áp dụng chức năng phân tích không gian Xử lý dữ liệu GIS 16 8/24/16 XÁC ĐỊNH KHU VỰC GẦN NHẤT CỦA CÁC
ĐIỂM o Sử dụng lớp điểm (Theaters) để tạo ra một lớp Raster chỉ
ra vùng phục vụ của từng nhà hát. Mỗi pixel trong lớp
này được nhận một giá trị theo nhà hát mà gần nó nhất.
Các pixel có giá trị như nhau (màu như nhau) ở gần cùng
một nhà hát. Xử lý dữ liệu GIS PHÂN BỔ CÁC GIÁ TRỊ XUNG QUANH MỘT
ĐIỂM o Từ một lớp điểm thành phố, phân bổ giá trị dân số theo một
công thức tính. Kết quả là một lớp grid thể hiện mật độ dân
số. Xử lý dữ liệu GIS 17 8/24/16 Gary creates an elevation grid of Mt. St. T¹o ra b¶n ®å ®Þa m¹o Helens from an imported elevation file Sử dụng lớp độ cao để
tạo ra bản đồ đường
đồng mức. Khoảng cao
đều của các đường đồng
mức là 100m Xử lý dữ liệu GIS TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ
ĐỘ DỐC Bản đồ độ dốc Bản đồ hướng dốc Xử lý dữ liệu GIS 18 8/24/16 Bản đồ dòng chảy Xử lý dữ liệu GIS Xử lý dữ liệu GIS 19 8/24/16 Xử lý dữ liệu GIS TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI
TƯỢNG Xử lý dữ liệu GIS 20 8/24/16 TẠO VÙNG ĐỆM BẰNG MAP QUERY Vùng đệm cách 500, 1000, 1500 m từ hệ thống đường giao thông. Xử lý dữ liệu GIS q Nội suy không gian là một chức năng trong GIS mà người
sử dụng muốn tính toán một số liệu chính xác cho những
vị trí mà không được đo hoặc lấy mẫu dựa vào những vị
trí đã được đo hoặc lấy mẫu.
q Có hai phương pháp nội suy
q Inverse Distance Weighting
q Kriging Xử lý dữ liệu GIS 21 8/24/16 Phương pháp nội suy Xử lý dữ liệu GIS 1. Inverse Distance Weighting (IDW) q Đây là phương pháp nội suy đơn giản nhất
q Là phương pháp được sử dụng phổ biến
nhất trong các chức năng phân tích của
GIS. q Tính các số đo chưa biết như là một giá trị
trung bình có trọng số thông qua các số đo
đã biết của các điểm lân cận, các điểm
càng gần thì trọng số càng lớn. Xử lý dữ liệu GIS 22 8/24/16 NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ X X X X X X X X Điểm i
Giá trị đã biết zi
Vị trí xi
Trọng số wi
Khoảng cách di Điểm chưa có
giá trị cần
được nội suy X Xử lý dữ liệu GIS Xử lý dữ liệu GIS 23 8/24/16 NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ Trọng số của mỗi điểm được tính theo công thức sau: n x
i i 1
= 1
p
d
i ˆ
x
W = n i 1
= 1
p
d
i Xử lý dữ liệu GIS W: Là trọng số của điểm cần được tính.
d1,...,dn là khoảng cách từ 1.. n điểm mẫu đến vị trí điểm
cần được tính
x1,...,xn là giá trị của các điểm mẫu đó. Xử lý dữ liệu GIS 24 8/24/16 Inverse Distance Weighting Xử lý dữ liệu GIS NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM Xử lý dữ liệu GIS 25 8/24/16 q Tìm ra một số đặc tính chung của toàn bộ bề mặt được
thể hiện bởi các giá trị số đo, và sau đó áp dụng các đặc
tính đó để tính cho các phần khác của bề mặt. q Kriging bị ảnh hưởng bởi cả quan hệ của các điểm mẫu và hướng của chúng. q Kriging cần nhiều các lựa chọn và yêu cầu đầu vào từ người sử dụng q Đây là một phương pháp nội suy có độ chính xác cao hơn. Xử lý dữ liệu GIS Xử lý dữ liệu GIS 26 8/24/16 Xử lý dữ liệu GIS q Tính toán lượng mưa, nhiệt độ và các thuộc tính khác tại
các vị trí mà không có các trạm khí tượng thủy văn hoặc
không có số liệu đo lường các đặc tính đó. q Tính toán độ cao của bề mặt Trái đất tại những vị trí độ cao chưa biết dựa vào các điểm đã có độ cao của mô hình
DEM. q Tính toán để vẽ các đường đồng mức dựa vào các điểm mẫu độ cao đã được lấy. q Tính toán các loại đất cho các vùng trong bản đồ đất dựa
vào vị trí và các số liệu của các mẫu đất đã được phân
tích. Xử lý dữ liệu GIS 27 8/24/16 Nội suy giá trị pH đất tại các điểm khảo sát Xử lý dữ liệu GIS q Dữ liệu địa lý được mô tả bằng các giá trị số. q Sự tính toán với sự trợ giúp của máy tính
được thực hiện một cách nhanh chóng,
chính xác. q Sự đo đạc về chiều dài, diện tích, chu vi của
các đối tượng địa lý được các phần mềm
của GIS tính toán tự động. Xử lý dữ liệu GIS 28 8/24/16 q Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng đa giác
q Dữ liệu Raster: tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ Xử lý dữ liệu GIS Với các chức năng trên, GIS có khả năng giải
đáp :
q Vị trí của đối tượng nghiên cứu: quản lý và cung cấp vị trí của các đối
tượng theo yêu cầu bằng các cách khác nhau như tên địa danh, mã, vị
trí, toạ độ. q Ðiều kiện về thuộc tính của đối tượng: thông qua phân tích các dữ liệu
không gian cung cấp các sự kiện tồn tại hoặc xảy ra tại một đỉem nhất
định hoặc xác định các đối tượng thoả mãn các điều kiện đặt ra.
q Xu hướng thay đổi của đối tượng: cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các lãnh thổ trong vùng nghiên cứu theo thời
gian. q Cấu trúc và thành phần có liên quan của đối tượng: cung cấp mức độ
sai lệch của các đối tượng so với kiểu mẫu và nơi sắp đặt chúng đã có
từ các nguồn khác. q Các giải pháp tốt nhất để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu
q Các mô hình nhằm giả định các phương án khác nhau Xử lý dữ liệu GIS 2917
18
BÀI TẬP
19
20
21
22
23
24
25
PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP
26
II. TÌM KIẾM KHÔNG GIAN
27
TÌM KIẾM ĐỐI TƯỢNG TRÊN BẢN ĐỒ
TỪ BẢNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
28
CHỨC NĂNG QUERY
29
CHỨC NĂNG QUERY
30
TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT
31
32
33
34
TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ
35
36
TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC
37
III. TẠO VÙNG ĐỆM
Sự tìm kiếm địa lý được thực hiện xung quanh các đối
tượng điểm, đường, vùng.
Đối tượng địa lý + Khoảng cách tìm kiếm theo yêu cầu.
Chức năng tạo vùng đệm xây dựng các đối tượng mới từ
điều kiện tìm kiếm.
Xác định các vùng nằm trong khu vực tìm kiếm
Tạo vùng đệm có thể ở dạng Raster. Kết quả là sự phân lớp
các cell thành hai loại là các cell nằm bên trong và các cell
nằm bên ngoài của khu vực vùng đệm.
38
39
40
41
IV. NỘI SUY KHÔNG GIAN
42
Dữ liệu điểm"
Dữ liệu thực trên bề mặt"
43
44
45
46
∑
∑
47
Inverse Distance Weighting
48
49
50
2. Kriging
51
Kriging
52
So sánh IDW và Kriging
53
Các ứng dụng
54
55
V. ĐO ĐẠC TÍNH TOÁN
56
Tính diện tích
57
58
