Chương 1: Trình bày khái quát về hệ thống thông tin địa lý. Chương 2: Trình bày phƣơng pháp tối ƣu hóa: phƣơng pháp MCA kết hợp thuật toán AHP trong GIS Chương 3: Xây dựng ứng dụng thực nghiệm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ Hệ thống thông tin địa lý (GIS-Geographic Information System) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trƣớc và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Các khái niệm về GIS 1. Định nghĩa GIS Hiện nay có nhiều định nghĩa về GIS, sau đây là một vài định nghĩa GIS hay đƣợc sử dụng [1], [8], [10]: Theo định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft, Khoa địa lý, Trƣờng Đại học Texas: GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng trong đó hệ trục tọa độ không gian là phƣơng tiện tham chiếu chính.
Theo định nghĩa của Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trƣờng ESRI, Mỹ: “GIS là công cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái Đất. Công nghệ GIS tích hợp các thao tác CSDL nhƣ truy vấn và phân tích thống kê với lợi thế quan sát và phân tích thống kê bản đồ, các khả năng này phân biệt giữa GIS với các hệ thống thông tin khác, nó có khả năng thực hiện thao tác không gian”. Theo định nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ: “GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục đƣợc thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp”. Nhƣ vậy: Với góc độ là công cụ: GIS dùng để thu thập, lƣu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Với góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tƣợng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS. Với góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nƣớc, GIS có thể đƣợc hiểu nhƣ là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý. Với góc độ hệ thống thì GIS là hệ thống gồm các 5 thành phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia.
Do đó: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định. Các chức năng của GIS GIS có 5 chức năng nổi bật sau: - Thu thập dữ liệu - Xử lý dữ liệu thô TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 - Lƣu trữ và truy cập dữ liệu - Tìm kiếm và phân tích không gian - Hiển thị đồ họa và tƣơng tác Hiện tƣợng Tài liệu và Quan sát Bản đồ giấy Thu thập dữ liệu Dữ liệu thô Thu thập dữ Tập hợp dữ Thu thập dữ Thiết bị CSDL liệu liệu liệu Đồ họa Hiện tƣợng Quan sát Tâp hợp dữ liệu Diễn giải Hình 1. Các nhóm chức năng trong GIS Thu thập dữ liệu: là tiến trình thu nhận dữ liệu theo khuôn mẫu áp dụng đƣợc cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi khuôn mẫu dữ liệu có sẵn từ các nguồn bên ngoài.
Các nguồn dữ liệu GIS đang đƣợc sử dụng hiện nay bao gồm: Số hóa từ bản đồ giấy, các số liệu tọa độ thu đƣợc từ các máy đo đạc, số liệu thống kê, ảnh vệ tinh, ảnh không gian, hệ thống định vị toàn cầu (GPS),., Phần lớn nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dƣới khuôn mẫu tƣơng tự, ngoài ra mỗi lĩnh vực ứng dụng GIS đều thu thập dữ liệu thuộc tính, mô tả một vấn đề TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 nào đó; Qúa trình chuyển đổi ấy ngƣời ta gọi là số hóa, trình tự số hóa bao gồm: mã hóa dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có thể đƣợc dữ liệu phù hợp với GIS. Xử lý dữ liệu thô: Là thay đổi cách biểu diễn, các bản đồ, thay đổi phân lớp và sơ đồ mẫu, làm đơn giản hóa hay tổng quát hóa dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục tọa độ khác và biến đổi các phép chiếu bản đồ. Các thao tác kể trên đƣợc xem nhƣ tiền thao tác cho phân tích không gian. Mức độ xử lý dữ liệu thô là khác nhau, phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS.
Hai khía cạnh chính của xử lý dữ liệu thô bao gồm: Phát sinh dữ liệu có cấu trúc tôpô, phân tích các đặc trƣng của ảnh vệ tinh thành các hiện tƣợng quan tâm. Lƣu trữ dữ liệu: Chức năng lƣu trữ dữ liệu trong GIS liên quan đến tạo lập CSDL không gian, các đối tƣợng không gian địa lý có thể đƣợc biểu diễn ở một trong hai cấu trúc raster hoặc vector. Thông thƣờng dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tƣợng đƣợc lƣu trong bảng (tệp), chúng chứa chỉ danh duy nhất tƣơng ứng với đối tƣợng không gian, kèm theo rất nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian và các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức lƣu trữ và xử lý dữ liệu.
Dữ liệu Vector: Trong mô hình vector thì các tệp thuộc tính thông thƣờng chứa các dữ liệu liên quan đến lớp hiện tƣợng tự nhiên nhƣ loại đất, thảm thực vật hay đối tƣợng rời rạc; Dữ liệu vector đƣợc hiển thị dƣới dạng những tọa độ định nghĩa điểm, hay những điểm này đƣợc nối với nhau tạo thành đƣờng thẳng, đa giác. Dữ liệu này thƣờng có bản thông tin kết hợp. Dữ liệu raster: Mô hình dữ liệu ấn định vị trí của các đối tƣợng không gian vào các ô lƣới hình ô vuông (hoặc chữ nhật, cũng có thể hình tam giác nhƣng rất ít đƣợc sử dụng) có kích thƣớc bằng nhau gọi là pixel; Mỗi ô có 1 giá trị ví dụ nhƣ mức độ màu. Việc lựa chọn mô hình raster hay vectơ để tổ chức dữ liệu không gian đƣợc thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mô hình tƣơng ứng với cách tiếp cận khác nhau, đến việc lấy mẫu và mô tả thông tin.
Tuy nhiên, rất nhiều CSDL của GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên. Tìm kiếm : GIS cung cấp những tiện ích để tìm kiếm những đối tƣợng riêng biệt dựa trên vị trí và các giá trị thuộc tính của chúng. Dựa theo cách thức truy vấn, có thể chia truy vấn thành hai dạng: + Truy vấn từ đối tƣợng không gian, tìm ra thuộc tính của chúng. + Truy vấn từ thuộc tính, tìm ra vị trí của đối tƣợng trong không gian bằng cách xây dựng các biểu thức dựa vào các điều kiện ràng buộc.
Phân tích dữ liệu: Là khả năng trả lời những câu hỏi về sự tác động lẫn nhau của những mối quan hệ không gian và thuộc tính giữa nhiều tập dữ liệu. Có nhiều phƣơng pháp phân tích dữ liệu trong GIS, tuỳ vào từng mục tiêu và nguồn dữ liệu cụ thể mà ta có thể chọn các phƣơng pháp phân tích khác nhau: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 + Thao tác phân tích trên một lớp dữ liệu: là những thủ tục để truy vấn thuộc tính, truy vấn không gian và tạo những tập dự liệu mới đƣợc thực hiện trên một lớp dữ liệu. + Thao tác phân tích trên nhiều lớp dữ liệu: là những thao tác trên nhiều lớp dữ liệu không gian để thực hiện các bài toán phân tích: chồng lớp, phân tích sự gần kề, phân tích sự tƣơng quan không gian,. + Mô hình hóa không gian bao gồm: việc xây dựng những mô hình để giải thích và dự đoán không gian, mô phỏng không gian.
+ Phân tích mẫu điểm là thao tác phân tích các điểm mẫu liên quan đến việc kiểm tra, đánh giá những mô hình, phân tích sự phân bổ không gian của các điểm mẫu, phân tích sự tƣơng quan giữa các điểm mẫu,. + Phân tích mạng ứng dụng vào những đối tƣợng dạng đƣờng, những đối tƣợng này đƣợc tổ chức trong mạng lƣới liên kết. + Phân tích bề mặt liên quan đến sự phân bố không gian của đối tƣợng trên bề mặt trong những điều kiện có cấu trúc không gian 3 chiều. Hiển thị dữ liệu và xuất dữ liệu GIS là công cụ hiển thị những đối tƣợng địa lý, sử dụng nhiều ký hiệu diễn đạt tƣợng trƣng.
Kết quả cuối cùng đƣợc hiển thị tốt nhất là một bản đồ hoặc đồ thị. Bản đồ là phƣơng tiện quen thuộc để chuyển tải thông tin địa lý đến ngƣời dùng. Ngoài ra, GIS cho ra các mô hình không gian giúp cho các nhà lãnh đạo ra quyết định trong các lĩnh vực qui hoạch và quản lý. Dữ liệu GIS có thể xuất ra dƣới nhiều dạng khác nhau nhƣ: in trên giấy, xuất ra thành các tập tin ảnh, đƣa vào các báo cáo, chuyển vào Internet để cung cấp cho ngƣời dùng ở xa….
Mô hình dữ liệu 1. Các khái niệm cơ bản Dữ liệu: là các con số hay sự kiện đƣợc tập hợp có hệ thống cho một hay nhiều mục đích cụ thể. Chúng có thể tồn tại dƣới nhiều hình thức khác nhau nhƣ văn bản, biểu tƣợng, hình ảnh, tín hiệu,… Thông tin: Đƣợc xem nhƣ là dữ liệu đã đƣợc xử lý dƣới khuôn mẫu có hữu ích cho ngƣời dùng và là những giá trị nhận thức đƣợc cho công tác lập quyết định. Hệ thống thông tin: Có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành thông tin theo các tiến trình khác nhau nhƣ tổ chức, cấu trúc hóa và mô hình hóa.
Dữ liệu địa lý: Là loại đặc biệt của dữ liệu, chúng đƣợc nhận biết bởi tọa độ địa lý và đƣợc hình thành từ phần tử mô tả và phần tử đồ họa. Mô hình dữ liệu địa lý: Là các quy tắc đƣợc sử dụng để biến đổi đặc trƣng địa lý của thế giới thực thành các đối tƣợng rời rạc. Hệ thông tin địa lý: Đƣợc sử dụng để lƣu trữ và phân tích rất nhiều vấn đề khác nhau từ khoa học xã hội đến khoa học môi trƣờng, tự nhiên. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 Dữ liệu của GIS chia làm hai loại: dữ liệu không gian và phi không gian.