Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 5: Xử lý dữ liệu trong GIS - Phan Trọng Tiến

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) - Chương 5: Xử lý dữ liệu trong GIS - Phan Trọng Tiến

1. 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: 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
2. 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
3. 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 ( [ Landuse] = "Agr" ) and ( [FloodXử lý d ữZone] liệu GIS = 1 ) 5 CHỒNG XẾP SỐ HỌC Chồng ghép bằng phương pháp số học dùng các phép toán học trong khi chồng ghép như : + (cộng), - (trừ), * (nhân), / (chia), mod, div, sqrt Xử lý dữ liệu GIS 6 3
4. 8/24/16 CHỒNG XẾP SỐ HỌC Xử lý dữ liệu GIS 7 CHỒNG XẾP SỐ HỌC Phương pháp chồng ghép số học được thể hiện ở chức năng Map Calculator Xử lý dữ liệu GIS 8 4
5. 8/24/16 VÍ DỤ 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 A B H·y x©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A+B Xử lý dữ liệu GIS CHỒNG XẾP LOGIC A B Xử lý dữ liệu GIS 10 5
6. 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 (A and B) or C A and (B or C) Xử lý dữ liệu GIS 12 6
7. 8/24/16 BÀI TẬP 2 B B A C A C D D (A or C) and (B or D) (A xor B) and (C or D) (A not C) or (B xor D) (A or B) not (C and D) Xử lý dữ liệu GIS 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 1 1 1 1 0 1 0 1 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
8. 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 1 3 1 0 0 2 1 0 0 0 4 2 A B C D Hãy viết kết quả bản đồ D với câu lệnh sau: D = (A=B) and (A C) H = (A=B) xor (A<> C) Xử lý dữ liệu GIS 16 8
9. 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 ( , Câu lệnh 1, Câu lệnh 2) q Câu lệnh kiểm tra nếu đúng thực hiện , ngược lại thực hiện Xử lý dữ liệu GIS 17 Ví dụ: Cho hai bản đồ A và B như sau A B 22,2 25,6 26,7 28,0 5 5 6 7 20,7 22,3 21,4 22,5 4 4 5 7 19,9 16,3 21,5 21,8 6 4 3 2 18,3 19,2 20,1 23,7 5 2 2 2 Hãy xây dựng bản đồ C theo câu lệnh sau C = if (A>20, B+3, B+2) Xử lý dữ liệu GIS 18 9
10. 8/24/16 BÀI TẬP q Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C thoả mãn các điều kiện sau: qN ếu 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. qN ếu bản đồ A <= 4 lần giá trị của bản đồ B thì bản đồ C bằng 0, ngược lại bằng A. Xử lý dữ liệu GIS 19 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 20 10
11. 8/24/16 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 21 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 22 11
12. 8/24/16 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 23 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 24 12
13. 8/24/16 CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR Xử lý dữ liệu GIS 25 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP Xử lý dữ liệu GIS 26 13
14. 8/24/16 II. TÌM KIẾM KHÔNG GIAN 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 27 TÌM KIẾM ĐỐI TƯỢNG TRÊN BẢN ĐỒ TỪ BẢNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Xử lý dữ liệu GIS 28 14
15. 8/24/16 CHỨC NĂNG QUERY Xử lý dữ liệu GIS 29 CHỨC NĂNG QUERY T×m kiÕm mét líp T×m kiÕm hai líp Xử lý dữ liệu GIS 30 15
16. 8/24/16 TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT Xử lý dữ liệu GIS 31 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 32 16
17. 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 33 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 34 17
18. 8/24/16 TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ 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 35 TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ ĐỘ DỐC Bản đồ độ dốc Bản đồ hướng dốc Xử lý dữ liệu GIS 36 18
19. 8/24/16 TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC Bản đồ dòng chảy Xử lý dữ liệu GIS 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. Xử lý dữ liệu GIS 38 19
20. 8/24/16 Xử lý dữ liệu GIS 39 TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI TƯỢNG Xử lý dữ liệu GIS 40 20
21. 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 41 IV. NỘI SUY KHÔNG GIAN 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 qInverse Distance Weighting qKriging Xử lý dữ liệu GIS 42 21
22. 8/24/16 Dữ liệu điểm Dữ liệu thực trên bề mặt Phương pháp nội suy Xử lý dữ liệu GIS 43 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 44 22
23. 8/24/16 NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ X X X X Điểm i X X Giá trị đã biết zi Vị trí xi Trọng số wi X Khoảng cách di X Điểm chưa có giá trị cần được nội suy X Xử lý dữ liệu GIS 45 Xử lý dữ liệu GIS 46 23
24. 8/24/16 NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ Trọng số của mỗi điểm được tính theo công thức sau: n 1 p xi ∑i=1 d Wxˆ = i n 1 p i=1 ∑ di 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 47 Inverse Distance Weighting Xử lý dữ liệu GIS 48 24
25. 8/24/16 Inverse Distance Weighting Xử lý dữ liệu GIS 49 NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM Xử lý dữ liệu GIS 50 25
26. 8/24/16 2. Kriging 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 51 Kriging Xử lý dữ liệu GIS 52 26
27. 8/24/16 So sánh IDW và Kriging Xử lý dữ liệu GIS 53 Các ứng dụng 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 54 27
28. 8/24/16 Nội suy giá trị pH đất tại các điểm khảo sát Xử lý dữ liệu GIS 55 V. ĐO ĐẠC TÍNH TOÁN 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 56 28
29. 8/24/16 Tính diện tích 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 57 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 58 29