ĐỀ CƯƠNG PHÂN TÍCH KHÔNG GIAN Câu 1: Khái niệm chung GIS? - - GIS viết tắt từ Geographic Information System Là hệ thống thu thập, lưu trữ, kiểm tra, biến đổi, phân tích hiển thị liệu liên quan đến bề mặt không gian Trái Đất Bất kỳ quy trình dựa sở dẫn máy tính sử dụng để lưu trữ biến đổi liệu địa lý Là hệ thống CSDL mà liệu gắn liền với vị trí không gian trình phân tích hoạt động nhằm đáp ứng yêu cầu đối tượng không gian CSDL Là hệ thống với khả địa mô hình hóa cao cấp Một nhánh CNTT: + Được hình thành từ năm 60 + Xử lý thông tin không gian thuộc tính + Ứng dụng quản lý, quy hoạch lãnh thổ lĩnh vực khác khoa học Trái Đất Câu 2: Định nghĩa GIS? - - - - GIS viết tắt từ Geographic Information System Một hệ thống thông tin địa lý công cụ cho việc tạo sử dụng thông tin không gian GIS sử dụng liệu tham chiếu địa lý, liệu phi không gian thao tác hỗ trợ phân tích không gian Về mặt thực hành, GIS hệ thống dựa vào máy tính để trợ giúp cho công tác thu nhập, bảo vệ, lưu trữ, phân tích, xuất phân phối liệu thông tin không gian  Thành phần GIS: Gồm thành phần: Thiết bị: thiết bị bao gồm máy vi tính, máy vẽ, máy in, bàn số hóa, thiết bị quét ảnh, phương tiện lưu trữ số liệu Phần mềm: tập hợp câu lệnh, thị nhằm điều khiển phần cứng máy tính thực nhiệm vụ xác định, phầm mềm hệ thống thông tin địa lý tổ hợp phần mềm máy tính Chuyên viên: người sử dụng hệ thống để thực chức phân tích xử lý số liệu, thông thạo việc lựa chọn công cụ GIS để sử dụng, có kiến - thức số liệu sử dụng thông hiểu tiến trình thực Số liệu, liệu địa lý: bao gồm kiện vị trí địa lý, thuộc tính thông tin, mối liên hệ không gian thông tin thời gian Chính sách cách thức quản lý: hệ thống GIS cần điều hành phận quản lý, phận phải bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS cách có hiệu để phục vụ người sử dụng thông tin Câu 3.1: Mô hình cấu trúc liệu vector - - - - Trong GIS, đối tượng vector thể yếu tố bản: điểm (point), đường (line), vùng (area hay polygone) a Điểm Là đối tượng có kích thước mặt hình học, có tọa độ thể hàm Pi = f(X,Y,Z1Z2Z3 Zm) Trong đó: i Code xác định điểm (identification Code – ID) X,Y tọa độ điểm, xác định theo tọa độ phẳng Z1Z2Z3…Zm đặc trưng khác điểm Các đối tượng điểm dùng để xác định vị trí Điểm ý nghĩa việc đo kích thước Mặc dù đồ, điểm biểu thị kích thước khác diện tích điểm ý nghĩa thực tế Một số khái niệm điểm sau: + Điểm thực (entity point): Dùng để xác định vị trí đối tượng dạng điểm như: tòa nhà, cột Trường hợp đó, xác định xác vị trí điểm điều quan trọng + Điểm tên (label point): Được sử dụng để hiển thị tập hợp chữ viết cho đối tượng đồ + Điểm diện tích (area point): Dùng để xác định vị trí có thông tin diện tích Vd: dùng điểm để thể vị trí quốc gia độ lớn điểm chứa đựng thông tin đất nước + Điểm giao (node): Thể vị trí diện tích với dấu hiệu hình học vd: nơi giao điểm cuối tuyến đường Các thông tin điểm có kích thước phân tích không gian chúng thể cho đối tượng có kích thước đồ Vd: + điểm biểu thị cho giếng + Một điểm biểu thị cho cột - - - - Mặc dù diện tích mà giếng chiếm khác với diện tích cột chiếm thực tế - tỷ lệ đồ không đáp ứng Trong phân tích không gian, diện tích điểm không tính (trừ trường hợp điểm diện tích, lúc điểm trở thành vùng) Điểm giao :là đối tượng chiều, tương tự điểm, có vị trí thông tin thuộc tính, nhỏ mô tả vùng Đặc biệt mô tả điểm giao điểm đầu cuối đường b Đường (line) Là tập hợp nhiều điểm Mỗi đường chia thành nhiều đoạn thẳng đoạn thẳng xác định điểm đầu Để cấu tạo nên yếu tố hình học đường yếu tố hướng đường Ngoài ra, yếu tố khác, tiếp nối đường Các yếu tố đường gồm có: Lj= f(P1,P2,…Pn, Z1,Z2… Zm,H1…Hq) Trong đó: j: code đường (ID) P1: điểm thứ Pn: điểm thứ n Z1: thuộc tính đoạn thứ Zm: thuộc tính đoạn thứ m Hq: code ID đoạn thứ q nối thứ tự đường (1…n): hướng đường từ đến n đường Như vậy, đường yếu tố có kích thước thể vị trí hướng + Độ dài dấu hiệu đo đạc kích thước đối tượng đường + Mặc dù yếu tố đường thường có không gian hai kích thước đồ độ rộng đường không xem xét đến tính toán hướng đồ c Vùng (area) (polygone) Vùng hiểu diện tích giới hạn đường khép kín phần bên có tính chất cụ thể Vùng đặc điểm thể hai kích thước vị trí diện tích, đối tượng xác định mặt ranh giới, liên tục có hai kích thước Tính chất vùng: + Polygone xác định loạt đường vạch định ranh giới + Là yếu tố có kích thước: chu vi, diện tích + Mỗi polygone xác định diện tích định + Hai polygone nằm tách biệt với nhau, kề nhau, nằm + Trong trường hợp nằm tách biệt hẳn so có khả chúng nối với plygone thứ ba - - Polygone hàm: Gk= f(L1…Ln, Z1…Zm,1…r, 1…s, 1…� t) Trong đó: G: polygone k Code polygone G, tần số kết nối đường từ L đến Ln xác định ranh giới polygone G Zn: xác định giá trị thuộc tính thứ n 1…r: thể nhiều polygone kết nối với tạo nên polygone K 1…�t: xác định có hay nhiều polygone nằm polygone K 1…s: xác định có hay nhiều polygone chứa polygone K Nhiều thông tin hình học bổ sung thông tin đường làm đơn giản hóa Vd: polygone nằm liền kề phải có thêm thông tin đường thẳng chung làm biên giới polygone Câu 3.2: Mô hình cấu trúc liệu Raster - - - Raster hiểu ô hình vuông có kích thước định gọi cell hay pixel, cấu trúc Raster cấu trúc hình ảnh Mỗi ô vuông có chưa thông tin đối tượng hay hợp phần đối tượng Vị trí đối tượng xác định vị trí ô vuông theo trật tự hàng cột Mô hình liệu Raster phản ánh toàn vùng nghiên cứu dạng lưới ô vuông hay điểm ảnh (pixel) Mô hình Raster có đặc điểm: + Các điểm xếp liên tiếp từ trái qua phải từ xuống +Mỗi điểm ảnh (pixel) chứa giá trị +Một tập hợp ma trận điểm giá trị tương ứng tạo thành lớp (layer) + Trong CSDL có nhiều lớp Các đặc tính Raster: • Độ phân giải: + Độ phân giải định nghĩa kích thước tuyến tính tối thiểu đơn vị không gian địa lý nhỏ mà chứa liệu + Trong mô hình Raster đơn vị nhỏ chữ nhật (đôi hình lục giác hay tam giác) + Đơn vị nhỏ gọi tế bào hay pixel + Độ phân giải cao có ý nghĩa kích thước tế bào nhỏ, nhiều tế bào, chi tiết • Hướng: góc phía Bắc hướng xác định cột Raster • Vùng: vùng lớp đồ tập hợp vị trí liên tục biểu diễn giá trị - Vd: đất, đơn vị hành chính, hồ, đảo, dải thực vật Mô hình liệu Raster mô hình liệu GIS dùng tương đối phổ biến toán môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên Câu 3.3: So sánh lựa chọn hai mô hình liệu Raster Vector gis   - Giống nhau: Cùng cho phép biểu diễn, mô tả đối tượng địa lý Khác nhau: Đối tượng thể Phương thức lưu trữ Dữ liệu nguồn Ưu-nhược điểm: Ưu điểm Nhược điểm Raster -Cấu trúc liệu đơn giản -Dễ chồng xếp -Nhiều phương án phân tích không gian -Thay đổi kích thước hình dạng -Công nghệ rẻ -Dữ liệu lớn -“không đẹp” -biến đổi phép chiếu tọa độ khó khăn -Sự khác tỷ lệ lớp không xử lý -Có thể thông tin trình xử lý Nhập liệu Khối lượng liệu Chất lượng đồ họa Cấu trúc liệu Độ xác hình học Khả phân tích vùng Raster Nhanh Lớn TB Đơn giản Thấp Tốt Vector -Mô tả giới thực tin cậy -Cấu trúc liệu chặt chẽ -Địa hình mô tả dạng mạng lưới -Độ xác đồ họa cao - Cấu trúc liệu phức tạp -Mô khó khăn -Một số phân tích không gian khó thực Vector Chậm Nhỏ Tốt Phức tạp Cao Kém Câu 3.4: Chuyển đổi liệu Raster Vector GIS Chuyển đổi liệu Raster sang vector: Biến đổi Raster sang Vector (hay gọi vector hóa) trình tập hợp pixel để tạo thành đường vùng • Chuyển đổi liệu Vector sang Rater: - Quá trình biến đổi mô hình liệu Vector sang Raster (hay gọi Raster hóa) trình chia đường vùng thành ô pixel • - Câu 4: Hệ tọa độ GIS lưới chiếu đồ GIS • Bản đồ địa lý: biểu thị thu nhỏ quy ước bề mặt Trái Đất lên mặt phẳng, xây dựng sở toán học để phản ánh phân bố, trạng thái mối quan hệ tương quan tượng thiên nhiên xã hội lựa chọn khái quát hóa để phù hợp với mục đích sử dụng đồ đặc trưng cho khu vực nghiên cứu • Hệ thống tọa độ địa lý hay hệ thống tọa độ lưới, đó, vị trí nơi bề mặt trái đất xác định vào khoảng cách đến xích đạo đường kinh tuyến - Phương bắc địa lý (cực Bắc) xác định điểm cuối phía Bắc trục quay trái đất tương tự điểm Nam điểm cuối trục quay trái đất - Xích đạo đường tập hợp điểm có vĩ độ tạo lên - Kinh tuyến gọi kinh tuyến chính, sở để đo vị trí điểm hai hướng Đông Tây - Kinh độ điểm đo khoảng cách góc xích đạo điểm thứ tương ứng có vĩ độ nằm kinh tuyến - Vĩ độ điểm đo khoảng cách góc điểm với điểm xích đạo với kinh tuyến  Lưới chiếu đồ GIS - Lưới chiếu đồ thể trực quan phép chiếu đồ - Phép chiếu đồ: + Là phép chiếu để biểu thị bề mặt Elipxoid lên mặt phẳng +Lưới chiếu đồ lưới kinh vĩ độ +Lưới chiếu đồ sở toán học để phân bố xác yếu tố nội dung đồ Câu 5: Định nghĩa cần thiết DTM/DEM/TIN • Mục đích: Địa hình mô tả tính chất bề mặt (uốn lượn) vùng Bề mặt biến đổi cách liên tục nên khó thực mô hình đồ Tuy nhiên đồ đường đẳng trị (hiển thị đường cong ví dụ đường nối tất điểm có giá trị độ cao) hoàn toàn biểu thị tốt bè mặt liên tục Các đường đồng mức lưu lại dạng vùng HTTĐL chúng không thích hợp cho phân tích số mô hình hóa Để tiến hành phân tích liệu địa hình, mô hình số độ cao cần phải thiết lập • Bất kỳ biểu diễn độ cao biến đổi liên tục uốn lượn không gian dạng số biết đến mô hình số độ cao (DEM) • Bất kỳ thuộc tính khác mang tính chất biến liên tục bề mặt không • gian chiều mô hình hóa DEM Tuy nhiên, biến độ cao mô hình hóa, mô hình gọi tên khác mô hình số địa hình (DTM) • Bề mặt biểu diễn thuộc tính biết tới bề mặt thống kê • Ví dụ: Mức độ ô nhiễm không khí mức thu nhập vùng lân cận biểu diễn qua DTM • Phân loại DEM: DEM dạng vectơ DEM dạng raster Trong cấu trúc Vector, DEM coi lưới tam giác không TIN (Triangle Irregular Network.) TIN tập đỉnh nối với thành tam giác, tam giác giới hạn điểm xác định giá trị x,y z (độ cao) Trong mô hình Raster DEM (grid): ma trận ô vuông gồm hàng cột.Mỗi ô (cell) chứa giá trị ñộ cao ñiểm trung tâm ô Câu 6: Tạo DEM hiển thị DEM Phương pháp xây dựng DEM • Phương pháp chụp ảnh lập thể: – Dùng dụng cụ chuyên dụng chụp ảnh để thu thập liệu vùng với giá trị x, y z điểm bề mặt đất – Phương pháp đòi hỏi kỹ thuật cao việc chụp xử lý ảnh, đòi hỏi số điểm kiểm soát nhiều – Ví dụ: ảnh hàng không ảnh viễn thám Xây dựng DEM từ đường đồng mức Bản đồ địa hình (đường đồng mức) �TIN � Grid Câu 7: Xây dựng mô hình cấu trúc liệu cho DEM:GID TIN • Mạng lưới tam giác không (TINs- Triangulated Irregular Networks) Tập hợp tam giác không nằm kề nối liền điểm độ cao theo quy tắc Delaunay • Mạng lưới ô vuông (Regular Grid Networks):Tập hợp ô vuông (pixel) nằm kề thể giá trị độ cao • Bề mặt TIN: bề mặt tạo tam giác không với đỉnh điểm có giá trị Z khác nhau.Giá trị Z độ cao, độ lớn • Bề mặt DEM: bề mặt tạo nên bơi ô lưới( GRID) có giá trị Z khác Bề • • mặt nDEM sử dụng với liệu Raster Hai bề mặt biến đổi cho trình xử lý thông tin GIS Dữ liệu đưa vào xử lý điểm, đường vùng, với giá trị độ cao khác Trong trình xử lý, liệu bố trí thành điểm riêng biệt với độ cao khác nhau.Quá trình gọi tạo ma trận độ cao tách biệt • Ma trận độ cao tách biệt đưa vào xử lý mô hình độ cao số, dùng nội suy để bổ sung giá trị độ cao cho toàn vùng • Với liệu Raster bề mặt chia thành ô nhỏ gọi ô lưới, ô lưới có giá trị độ cao riêng chiếm không gian định Muốn có xác cao độ cao bề mặt Raster phải chia thành ô nhỏ tương quan tỷ lệ thuận • Trường hợp bề mặt không nhẵn nhiều ô bị thiếu liệu, cần bổ sung (quá trình nội suy) Câu 8: Phép nội suy? Dữ liệu đầu vào cho nội suy: • Nội suy phương pháp ước tính giá trị điểm liệu chưa biết phạm vi tập hợp rời rạc chứa số điểm liệu biết Tạo đường đẳng trị gì?: • Đường đẳng trị đường nối liền điểm có trị số tượng biểu thị đồ • Dùng trường hợp cần biểu thị lên đồ tượng có thay đổi • có phân bố liên tục như: Độ cao mặt đất, nhiệt độ không khí, lượng mưa… Đường đẳng trị có tên gọi tùy theo tên vật tượng đcược biểu hiện: Đường đẳng cao, đường đẳng sâu, đường đẳng áp • Tạo đường đẳng trị tạo đường cong điều hòa nối liền điểm có trị số tượng Tạo đường đẳng trị cần có đủ số lượng để điểm đồ có giá trị trị số xác định, nối liền điểm có giá trị Câu 9: Giới thiệu phân tích không gian - - - Phân tích không gian GIS bao gồm hoạt động chính: + Giải câu hỏi thuộc tính + Các câu hỏi phân tích không gian + Tạo nên tập liệu từ CSDL ban đầu Mục tiêu: từ việc giải câu hỏi đơn giản tượng, vấn đề không gian, đến tập hợp thành thuộc tính hay nhiều lớp phân tích liên quan liệu ban đầu Một số vấn đề xử lý không gian: + Xử lý thông tin lớp + Xử lý thông tin nhiều lớp + Phân tích mẫu điểm + Phân tích mạng +Phân tích xử lý theo ô lưới +Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện 10 Tổ hợp phân tích lớp không gian Để xử lý lớp không gian có thao tác hay sử dụng, bao gồm: Truy vấn liệu, phân loại đo đạc 11.1 Chức tìm kiếm, phân loại đo đạc Tìm kiếm liệu Hoạt động tìm kiếm số liệu liệu không gian thuộc tính bao gồm tìm kiếm chọn lọc, xếp hiển thị liệu chọn, không cần thiết điều chỉnh vị trí đối tượng tạo đối tượng Phân loại Chức phân loại không gian hiểu gộp số đối tượng không gian có đặc tính gần giống vào lớp khác Có thể áp dụng hay nhiều lớp Đo đạc Để tính toán tính chất liệu hình học, chức đo đạc thực cần thiết Có thể đo khoảng cách, góc, hướng, độ cao … để thành lập đồ địa hình lập đồ tần suất 11.2 Tìm kiếm gần Để tìm kiếm đối tượng vị trí cụ thể, sử dụng select by location 11.3 Chức tạo buffer Dùng để tạo vùng đệm theo khoảng cách định lớp liệu đưa vào 11.4 Chức distance 11.5 Chức mạng Chức phân tích mạng áp dụng cho đường cắt Chúng mô trình chuyển động nguồn từ vị trí đến vị trí khác Để thực phép phân tích mạng, bốn hợp phần cần thiết có là: Một tập hợp nguồn Một tập hợp vị trí nguồn cần tỏa Một tập hợp điểm đích phân tán nguồn tới khu vực để tới với dịch vụ tối thiểu Một tập hợp quy tắc quy định cho việc dịch chuyển Các hệ GIS thường thực ba loại phân tích mạng chủ yếu: Dự báo lượng vận chuyển mạng, tối ưu đường phân phối tài nguyên Câu 12: Chồng xếp thông tin nhiều lớp Chồng xếp thông tin nhiều lớp hay gọi chồng xếp nhiều lớp thông tin xử lý mối quan hệ logic tổ hợp thông tin không gian nhiều lớp thành lớp riêng biệt Chồng xếp Raster (theo thuật toán Boolean) • Nguyên tắc: xử lý điều kiện logic theo thuật toán Boolean điều kiện sử dụng với yếu tố liệu (operand) quan hệ yếu tố liệu (operation) • Các quan hệ thường gặp: AND, OR, XOR NOT + A and B : kết thể tính chất A B + A or B: kết thể tính chất A B + A not B: Kết có A mà k có B • + A xor B : kết A có B ngược lại Quan hệ có/không có (TRUE/FALSE): toán đặc trưng điều kiện logic đặc trưng để xác định điều kiệnchồng xếp thông tin hai lớp kết có (TRUE) không(FALSE) Chồng xếp không trọng số Chồng xếp có trọng số Chồng xếp Vector Tổng hợp (union) : kết hợp lớp cho kết có đầy đủ thông tin ranh giới đơn vị lớp ban đầu kết Đồng (Identity) • Chồng xếp Identity vùng vùng : phần không gian giữ lại bao gồm toàn đầu vào lớp thông tin đầu vào Identity phần không gian nằm diện phủ đầu vào giữ lại Mã gắn lại cho đối tuongj không gian lớp thông tin đầu • Chồng xếp Identity đường vùng: phần không gian lớp thôngtin đầu (Identity) không giữ lại Các lớp đối tượng không gian đầu vào dùng để cắt lớp thông tin dạng đường cho kết lớp thông tin đầu đường cắt theo đối tượng dạng vùng, mã chúng giữ lại • Chồng xếp Identity điểm vùng: Phần không gian lớp thông tin dạng điểm giữ nguyên, phần đầu điểm giữ nguyên bảng thuộc tính đầu điểm gắn thêm trường chứa đựng thông tin thuộc tính lớp thông tin dạng vùng mà đồng qua INDENTITY  ... có giá trị Câu 9: Giới thiệu phân tích không gian - - - Phân tích không gian GIS bao gồm hoạt động chính: + Giải câu hỏi thuộc tính + Các câu hỏi phân tích không gian + Tạo nên tập liệu từ CSDL... Phân tích mẫu điểm + Phân tích mạng +Phân tích xử lý theo ô lưới +Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện 10 Tổ hợp phân tích lớp không gian Để xử lý lớp không gian có thao tác hay... tượng, vấn đề không gian, đến tập hợp thành thuộc tính hay nhiều lớp phân tích liên quan liệu ban đầu Một số vấn đề xử lý không gian: + Xử lý thông tin lớp + Xử lý thông tin nhiều lớp + Phân tích mẫu