GIS-phân tích địa lý

Phân tích và
mô hình hóa trong GIS
Trần Tuấn Tú
Bộ môn Tin học – Môi Trường-Khoa Môi trường
ĐHKHTN
Nội dung
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
2
Giới thiệu
Khái niệm phân tích địa lý
Những mức độ phân tích
Một số phân tích điển hình
1
2
3
4
I. Giới thiệu
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
3
1. Phân tích địa lý
Là sức mạnh của hệ thống thông tin địa lý
Sử dụng dữ liệu địa lý
Phân tích dữ liệu không gian
Dựa trên các cấu trúc dữ liệu & mối quan hệ
Để làm việc này
Cần một CSDL GIS
Các công cụ phân tích không gian
Kiến thức chuyên môn
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
4
2. Chú ý
Các chức năng phân tích sử dụng
Trên cấu trúc vector & raster.
Một số chức năng chỉ có thể trên cấu trúc
hoặc vector
hoặc raster
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
5
II. Khái niệm phân tích địa lý
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
6
1. Những mối quan hệ không gian
Mối quan hệ cấu trúc đối tượng phức tạp từ đối tượng đơn giản.
Quan hệ giữa đường (chain) và tập thứ tự những điểm tạo nên nó.
Mối quan hệ có thể nhận biết từ tọa độ
Hai đối tượng đường có thể kiểm tra chúng cắt chéo nhau
Những diện tích có thể kiểm tra xem nó có bao quanh một điểm nào đó
Những mối quan hệ được mã hóa trong CSDL.
Hai đường biểu diễn cắt nhau, nhưng trên thực tế chúng không cắt nhau
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
7
Quan hệ các đối tượng vector
Điểm-Điểm (Point-point )
"is within": tìm tất cả những điểm lấy mẫu trong phạm vi 1 km từ vị trí trạm quan trắc.
"is nearest to": tìm những vị trí điểm rác thải nguy hiểm gần nhất lỗ khoan nước ngầm.
Điểm-Đường (Point-line)
"ends at": tìm điểm cắt tại cuối con đường.
"is nearest to": tìm con đường gần nhất vị trí xảy ra núi lửa.
Điểm-diện tích (Point-area)
"is contained in": tìm tất cả trạm quan trắc không khí trong thành phố Hồ Chí Minh.
"can be seen from": xác định những hồ nước thấy được từ một vị trí xác định.
Đường-Diện tích (Line-area)
"crosses": tìm tất cả loại đất cắt qua tuyến đường sắp làm.
"borders": tìm con đường là một phần đường biên của công viên.
Diện tích-Diện tích (Area-area)
"overlaps": xác định phần chồng nhau giữa những kiểu đất trên bản đồ A, và những kiểu sử dụng đất trên bản đồ B.
“is nearest to": tìm hồ nước gần nhất một đám cháy rừng.
"is adjacent to": khám phá những diện tích có chung đường biên

Đường-Đường (Line-line)
"crosses": xác định con đường cắt qua sông.
"comes within": tìm những con đường đến ga trong khoảng 1km.
"flows into": tìm dòng chảy có đổ vào sông không.
2. Nguồn phân tích
Phân tích sử dụng (nguồn):
Dữ liệu thuộc tính (bảng thuộc tính)
Dữ liệu không gian (các lớp dữ liệu)
Phối hợp dữ liệu không gian và thuộc tính
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
12
3. Sản phẩm đầu ra
Những kết quả
Tập con dữ liệu, kết hợp bảng dữ liệu, nổi bật bản ghi dữ liệu (hàng), những thuộc tính mới (cột)
Những đồ thị, biểu đồ
Những bản đồ/Yếu tố bản đồ:
Những chủ đề nhấn mạnh
Những lớp mới
Kết quả tổng hợp
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
13
III. Mức độ phân tích địa lý

12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
14
1. Những phân tích
Cơ bản - basic
Dùng biểu diễn dữ liệu đã có
vd. Hiển thị dữ liệu
duyệt tìm đối tượng
Nâng cao - advanced
Tạo ra những lớp mới (thông tin mới)
Tạo ra một số thuộc tính mới, biểu đồ
vd. lớp độ dốc, hướng sườn
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
15
Phân tích chuyên dụng “specialized”
Sử dụng khả năng GIS tạo ra những mô hình dự báo các quá trình
Dự báo khả năng, qui mô
vd. Mô hình lan truyền ô nhiễm, mô hình lũ
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
16
2. Khả năng một số phần mềm
Cơ bản – Gói phần mềm máy tính (Desktop)
ArcView; Mapinfo; Geomedia
Nâng cao – Hệ thống GIS chuyên nghiệp
ARC/INFO, MapInfo Pro, vv...
Cung cấp khả năng sửa chữa dữ liệu và nhiều công cụ phân tích nâng cao
Cung cấp các phần mở rộng
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
17
Chuyên nghiệp- Mô hình hóa & mô phỏng
Cung cấp kịch bản/lập trình trong GIS
Avenue scripts trong ArcView
Cung cấp các gói phần mềm chuyên dụng cho GIS
Hiển thị 3-D
Mô phỏng quá trình (lũ, nước ngầm ...)
ERDAS, ER Mapper chuyên nghiệp trên câu trúc raster
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
18
Advanced and Specialized Applications:
in comparison to basic applications
Most ‘basic’ analyses are used to create descriptive models of the world, that is, representations of reality as it exists.
Most ‘advanced’ analyses involve creating a new conceptual output layer, or in some cases table(s) or chart(s), the values of which are some transformation of the values in the descriptive input layer.
e.g. slope or aspect layer
Most ‘specialized’ applications involve using GIS capabilities to create a predictive model of a real world process, that is, a model capable of reproducing processes and/or making predictions or projections as to how the world might appear.
e.g. fire spread model, traffic projections
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
19
3. Phân tích không gian
Vector
Xác định trọng tâm
Phép đo không gian
Tạo vùng đệm
Kết hợp không gian
Phân vùng theo thuộc tính
Phân vùng kết hợp
Phân loại
Chồng chập không gian và nói dữ liệu
Raster
Phân tích gần nhất/ lọc dữ liệu
Mô hình hóa Raster
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
20
4. Phân tích trên thuộc tính
Chọn bản ghi
trên dữ liệu bảng dùng SQL
Xem thông tin với con trỏ
Kết hợp bản ghi
Phân tích thống kê
Phân tích quan hệ và nối bảng thuộc tính
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
21
5. Phân tích nâng cao
Những phân tích bề mặt
Mặt cắt địa hình
Tầm nhìn
Những phân tích xấp xỉ
nearest neighbor layer
distance matrix layer
Những phân tích mạng
Tuyến
Đường ngắn nhất
Tuyến lấy mẫu (n điểm)
Tối ưu vị trí
Tạo đa giác Thiessen
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
22
6. Phân tích chuyên dụng
Xử lý ảnh vệ tinh và phân loại
Mô hình hóa raster
Mô hình 3 chiều bề mặt 3-D
Thống kê không gian/mô hình thống kê
Chức năng chuyên dụng
Mô hình dịch chuyển
Mô hình sử dụng đất
Mô hình thủy văn
vv...
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
23
Analysis Options: Advanced & Specialized
Advanced
surface analysis
cross section creation
visibility/viewshed
proximity analysis
nearest neighbor layer
distance matrix layer
network analysis
routing
shortest path (2 points)
travelling salesman (n points)
time districting
allocation
Thiessen Polygon creation

Specialized
Remote Sensing image processing and classification
raster modeling
3-D surface modeling
spatial statistics/statistical modeling
functionally specialized
transportation modeling
land use modeling
hydrological modeling
etc.
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
24
IV. Một số phân tích điển hình

12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
25
1. Phân tích dữ liệu thuộc tính
Những phép đo bản đồ (khoảng cách, hướng, diện tích vv...)
Chiều dài đường bằng tổng chiều dài của các đoạn hợp thành và được lưu trữ như thuộc tính đường.
Diện tích được lưu trữ như giá trị thuộc tính.
1. Tạo vùng đệm
Sử dụng trọng trong quá trình tiền phân tích dữ liệu
Tạo ra không gian quanh những yếu tố trên mặt đất.
Điểm, đường, polygon dùng tạo vùng đệm
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
27
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
28
Những chức năng lân cận
Vd: đánh giá hiệu ứng tiếng ồn giao thông
2.Chồng chập
Chồng lớp số học
Gồm các phép toán như cộng, trừ, nhân chia từng giá trị trong lớp dữ liệu với một giá trị trong vị trí tương ứng của lớp thứ hai.
Chồng lớp logic
Liên quan với việc tìm ra những vùng thoả mãn (hoặc không thỏa mãn) một số điều kiện đặt ra
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
30
2. Những phân tích không gian
Những thao tác chồng phủ
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
32
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
33
3. Phân tích thống kê
Nhiệt độ trung bình tại Thành phố Hồ chí Minh trong tháng ba bao nhiêu?
Hay ở Hà Nội bao nhiêu trong tháng tám?
Khoảng cách trung bình từ các hộ gia đình là bao nhiêu đến một siêu thị?
Lượng mưa trung bình khác nhau Tỉnh này với Tỉnh khác ở Việt Nam?
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
34
4. Phân loại
Được áp dụng làm đơn giản một tập hợp dữ liệu chi tiết để có thể trình bày chúng trên bản đồ.
Tách các đối tượng theo tính chất nào đó.
Bố trí màu sắc trình bày một cách thuận tiện nhất.
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
35
Phân loại theo thuộc tính.
Phân loại là kỹ thuật nhóm dữ liệu thuộc tính theo khỏang yêu cầu đặt ra
Vd:
Hai kiểu phân loại thu nhập hộ gia đình. Các vùng thu nhập cao hơn màu lục tối hơn.
5. Các phép toán tìm kiếm logic
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
37
Chất vấn thuộc tính và hiển thị
Có thể chọn các đối tượng bằng cách đưa ra các điều kiện chọn về thuộc tính của đối tượng.
Vd:
Chọn tất cả các diện tích sử dụng đất có diện tích nhỏ hơn 400.000 ha
Kết hợp Area < 400000 AND LandUse = 80
Những chức năng khoảng cách và liên kết
Vd: Tìm đường tối ưu
6. Tính toán bề mặt địa hình
Tính tóan độ dốc
Sử dụng phép lọc trên DEM, hay sử dụng TIN
Tạo ra lớp dữ liệu mới – độ dốc
Tính toán hướng sườn
Hướng bề mặt sườn
Thướng phân lọai thành 8 hướng (45o)
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
40
Vẽ mặt cắt ngang – tính toán thể tích
Vẽ và tính toán độ cao theo tuyến mặt cắt
Tính khối lượng
Dựa trên cấu trúc raster, khó khăn khi thực hiện trên đường cao độ
Phân tích tầm nhìn
Phân tích tầm nhìn từ một vị trí trên địa hình
Ứng dụng
Đánh giá khi xây dựng công trình mới
Quân đội
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
41
Advanced applications:
Surface Analysis
Aspect Transform
direction slope faces: (E-W oriented ridge has slopes with northern and southern aspects)
aspect normally classified into eight 45 degree categories
calculate as horizontal component of the vector perpendicular to the surface
Viewshed/Visibility
terrain visible from a specific point
applications
visual impact of new construction
select scenic overlooks
Military
Contouring
Lines joining points of equal (vertical) value
From raster, massed-points or breakline data
12/22/2011
Bản Đồ Học & GIS-Khoa môi trường-ĐHKHTN
42
Phân chia cấp lưu vực
Hiển thị bề mặt, tính toán đô dốc, độ lồi lõm, đo đạc chỉ số hình thái.
Xây dựng các mặt cắt địa hình
Một số ứng dụng khác
Phân cấp, phân tich đặc điểm mạng dòng chảy
Xây dựng các bản đồ mật độ (phân cắt ngang, sâu)
Tính toán khối lượng
Đầu vào cho mô hình tính toán