Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý: Xử lý dữ liệu trong GIS (Chương 4)

Chương 4. XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG GIS

1/26/16

Trong chương này sẽ giới thiệu các thành phần của HTTTĐL bao gồm phần cứng, phần mềm, con người, dữ liệu và các phương pháp. Các hợp phần này tạo nên 3 hệ thống con của HTTTĐL đó là: • Hệ thống nhập dữ liệu. • Hệ thống quản trị dữ liệu. • Hệ thống xuất dữ liệu.

NỘI DUNG CHÍNH

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)

Đo đạc tính toán (Area Calculation)

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

I. CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ

• 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.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ

• 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

• Ví dụ: Sự chồng ghép của tìm ra lớp này để hai những loại đất nào nằm trong khu vực bị ngập lụt.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

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

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

( [ Landuse] = "Agr" ) and ( [Flood Zone] = 1 )

CHỒNG GHÉP SỐ HỌC

Ch4 - 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....

CHỒNG GHÉP SỐ HỌC

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG GHÉP SỐ HỌC

Phương pháp chồng ghép số học được thể hiện ở chức năng Map Calculator

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

VÍ DỤ

0 1 0 1 1 1 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1

1 0 0 1 1 0 1 0

H·y x©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A+B

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

1 1 1 1 0 1 0 1

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC LOGIC

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CÁC PHÉP LOGIC

A and B

A o r B

A xo r B

No t A

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

BÀI TẬP 1

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

(A and B) or C A and (B or C)

BÀI TẬP 2

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

(A or C) and (B or D) (A or B) and (C or D)

BÀI TẬP 3

0 1 0 1 1 1 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1

1 0 0 1 1 0 1 0

X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A and B

X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A or B

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

1 1 1 1 0 1 0 1

CHỒNG GHÉP LOGIC

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

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

1 3 1 0 0 0 4 2

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)

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

0 2 1 0 B

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DÙNG BIỂU THỨC CÓ ĐIỀU KIỆN

• 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?

• Câu lệnh có dạng là:

BDSP = If (<Điều kiện>, Câu lệnh 1, Câu lệnh 2)

• Câu lệnh kiểm tra <điều kiện> nếu đúng thực hiện , ngược lại thực hiện

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

5 6 7 5

Ví dụ: Cho hai bản đồ A và B như sau

4 4 5 7

6 4 3 2

5 2 2 2

Hãy xây dựng bản đồ C theo câu lệnh sau

C = if (A>20, B+3, B+2)

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

22, 2 20, 7 19, 9 18, 3 25, 6 22, 3 16, 3 19, 2 26, 7 21, 4 21, 5 20, 1 28, 0 22, 5 21, 8 23, 7

BÀI TẬP

• Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C

thoả mãn các điều kiện sau:

– 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.

– 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 10, ngược lại bằng 0.

– Nếu bản đồ A <= 4 lần giá trị của bản đồ B thì

bản đồ C bằng 0, ngược lại bằng A.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỒNG GHÉP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

II. TÌM KIẾM KHÔNG GIAN

ơ ả ủ

ế

ạ

ộ

ứ • Tìm ki m là m t ch c năng c b n c a ho t

ủ

ộ

đ ng phân tích không gian c a GIS.

ự

ệ

• Tìm ki m không gian d a vào quan h không

ố ượ

ả

ế ủ

gian c a các đ i t

ồ ng trên b n đ .

ử

• Tìm ki m không gian dùng các toán t

ứ

ử

so ề ể logic trong bi u th c đi u

ế sánh và toán t ki n.ệ

ử ấ

ể ệ

ữ

• Ví d : “Hãy th hi n nh ng th a đ t nông

ả

ừ

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

ườ

ụ ệ ằ ng chính”.

nghi p n m trong kho ng cách 500m t đ

Ố ƯỢ

Ả Ồ Ừ Ả

Ế TÌM KI M Đ I T

NG TRÊN B N Đ T B NG

Ơ Ở Ữ Ệ C S D LI U

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

Ứ

CH C NĂNG QUERY

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

CHỨC NĂNG QUERY

T×m kiÕm mét líp

T×m kiÕm hai líp

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT

Ch4 - 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

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

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.

Ch4 - 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.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ

Gary creates an elevation grid of Mt. St. Helens from an imported elevation file

T¹o ra b¶n ®å ®Þa m¹o

Sử dụng lớp độ cao để tạo ra bản đồ đường đồng mức. Khoảng cao đều của các đường đồng mức là 100m

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ ĐỘ DỐC

Bản đồ độ dốc

Bản đồ hướng dốc

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC

Bản đồ dòng chảy

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

III. TẠO VÙNG ĐỆM

ự

ệ

ố

c th c hi n xung quanh các đ i

ị ườ

S tìm ki m đ a lý đ ế ự ể ượ ng đi m, đ t

ượ ng, vùng.

ả

ế

ị ạ

ầ ớ ừ

ố ượ

ng đ a lý + Kho ng cách tìm ki m theo yêu c u. ự ng m i t

ệ

ế

ề

ự

ị

ế ả

ự

ệ

ạ

ằ

ố ượ Đ i t ệ ứ Ch c năng t o vùng đ m xây d ng các đ i t đi u ki n tìm ki m. ằ Xác đ nh các vùng n m trong khu v c tìm ki m ế ể ở ạ d ng Raster. K t qu là s phân T o vùng đ m có th ạ ớ l p các cell thành hai lo i là các cell n m bên trong và các ệ ự ủ cell n m bên ngoài c a khu v c vùng đ m.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI TƯỢNG

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

TẠO VÙNG ĐỆM BẰNG MAP QUERY

Vùng đệm cách 500, 1000, 1500 m từ hệ thống đường giao thông.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

IV. NỘI SUY KHÔNG GIAN

• 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.

• Có hai phương pháp nội suy

– Inverse Distance Weighting

– Kriging

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

D÷ liÖu ®iÓm

D÷ liÖu thùc trªn bÒ mÆt

ươ

ộ

ng pháp n i suy

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

1. Inverse Distance Weighting (IDW)

• Đây là phương pháp nội suy đơn giản

nhất

• Là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các chức năng phân tích của GIS.

• 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. Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ

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

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ

ố ủ

ể

ọ

ỗ

ượ

ứ

Tr ng s c a m i đi m đ

c tính theo công th c sau:

x i

1 p d

(cid:0) (cid:0)

ˆ x

W (cid:0)

(cid:0)

1 p d i

(cid:0)

Ch4 - 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.

NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

2. Kriging

•

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.

• Kriging bị ảnh hưởng bởi cả quan hệ của các điểm

mẫu và hướng của chúng.

• Kriging cần nhiều các lựa chọn và yêu cầu đầu vào

từ người sử dụng

• Đây là một phương pháp nội suy có độ chính xác

cao hơn.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

Các ứng dụng

• 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.

• 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.

• Tính toán để vẽ các đường đồng mức dựa vào các

điểm mẫu độ cao đã được lấy.

•

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.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

Nội suy giá trị pH đất tại các điểm khảo sát

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

V. ĐO ĐẠC TÍNH TOÁN

• Dữ liệu địa lý được mô tả bằng các giá

trị số.

• Sự tính toán với sự trợ giúp của máy tính được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác.

• 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.

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

Tính diện tích

• Dữ liệu Vector: chia nhỏ bản đồ dưới dạng

đa giác

• Dữ liệu Raster: tính diện tích của 1 ô, sau đó nhân diện tích này với số lượng ô của bản đồ

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS

Với các chức năng trên, GIS có khả năng giải đáp :

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• Các giải pháp tốt nhất để đáp ứng mục tiêu nghiên cứu

• Các mô hình nhằm giả định các phương án khác nhau

Ch4 - Xử lý dữ liệu GIS