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

8/24/16 
1 
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 
8/24/16 
2 
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 
Xử lý dữ liệu GIS 4 
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. 
8/24/16 
3 
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ 
Xử lý dữ liệu GIS 5 
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 ( [Flood Zone] = 1 ) 
CHỒNG XẾP SỐ HỌC 
Xử lý dữ liệu GIS 6 
Chồng ghép bằng phương pháp số học dùng các 
phép toán học trong khi chồng ghép như : 
+ (cộng), - (trừ), * (nhân), / (chia), mod, div, 
sqrt.... 
8/24/16 
4 
Xử lý dữ liệu GIS 7 
CHỒNG XẾP SỐ HỌC 
CHỒNG XẾP SỐ HỌC 
Xử lý dữ liệu GIS 8 
Phương pháp chồng 
ghép số học được thể 
hiện ở chức năng Map 
Calculator 
8/24/16 
5 
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 
Xử lý dữ liệu GIS 
H·y x©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A+B 
A B 
CHỒNG XẾP LOGIC 
Xử lý dữ liệu GIS 10 
A B 
8/24/16 
6 
 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 
Xử lý dữ liệu GIS 12 
(A and B) or C A and (B or C) 
A B 
C 
A 
B 
C 
8/24/16 
7 
BÀI TẬP 2 
Xử lý dữ liệu GIS 13 
(A not C) or (B xor D) (A or B) not (C and D) 
A 
B 
C 
D D 
C A 
B 
(A or C) and (B or D) (A xor B) and (C or D) 
BÀI TẬP 3 
Xử lý dữ liệu GIS 
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 
X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A and B 
X©y dùng b¶n ®å C biÕt C = A or B 
A B 
8/24/16 
8 
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 1 1 2 0 0 1 1 
2 1 4 0 1 2 2 1 
1 3 1 0 0 2 1 0 
0 4 0 0 
1 5 1 1 
0 0 0 0 
0 0 4 2 
Xử lý dữ liệu GIS 16 
A B C D 
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) 
8/24/16 
9 
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 <Câu 
lệnh 1>, ngược lại thực hiện 
Xử lý dữ liệu GIS 17 
Ví dụ: Cho hai bản đồ A và B như sau 
Xử lý dữ liệu GIS 18 
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) 
A B 
8/24/16 
10 
BÀI TẬP 
q  Hãy viết câu lệnh để xây dựng bản đồ C thoả mãn các điều 
kiện sau: 
q 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. 
q 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. 
q Nếu 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 
8/24/16 
11 
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU DẠNG VECTOR 
Xử lý dữ liệu GIS 21 
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR 
Xử lý dữ liệu GIS 22 
8/24/16 
12 
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR 
Xử lý dữ liệu GIS 23 
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR 
Xử lý dữ liệu GIS 24 
8/24/16 
13 
CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ DẠNG VECTOR 
Xử lý dữ liệu GIS 25 
PHƯƠNG PHÁP PHÂN LỚP 
Xử lý dữ liệu GIS 26 
8/24/16 
14 
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 
8/24/16 
15 
CHỨC NĂNG QUERY 
Xử lý dữ liệu GIS 29 
CHỨC NĂNG QUERY 
Xử lý dữ liệu GIS 30 
T×m kiÕm mét líp T×m kiÕm hai líp 
8/24/16 
16 
TẠO SƠ ĐỒ HÌNH CỘT 
Xử lý dữ liệu GIS 31 
TẠO MỘT BỀ MẶT GRID TỪ CÁC ĐIỂM MẪU 
Xử lý dữ liệu GIS 32 
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 
8/24/16 
17 
XÁC ĐỊNH KHU VỰC GẦN NHẤT CỦA CÁC 
ĐIỂM 
Xử lý dữ liệu GIS 33 
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. 
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 
8/24/16 
18 
TẠO RA CÁC LOẠI BẢN ĐỒ 
Xử lý dữ liệu GIS 35 
Gary creates an elevation grid of Mt. St. 
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 
T¹o ra b¶n ®å ®Þa m¹o 
TẠO RA BẢN ĐỒ HƯỚNG DỐC VÀ BẢN ĐỒ 
ĐỘ DỐC 
Xử lý dữ liệu GIS 36 
Bản đồ hướng dốc 
Bản đồ độ dốc 
8/24/16 
19 
TẠO BẢN ĐỒ THỦY LỰC 
Xử lý dữ liệu GIS 37 
Bản đồ dòng chảy 
III. TẠO VÙNG ĐỆM 
Xử lý dữ liệu GIS 38 
 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. 
8/24/16 
20 
Xử lý dữ liệu GIS 39 
TẠO LỚP KHOẢNG CÁCH TỪ MỘT ĐỐI 
TƯỢNG 
Xử lý dữ liệu GIS 40 
8/24/16 
21 
TẠO VÙNG ĐỆM BẰNG MAP QUERY 
Xử lý dữ liệu GIS 41 
Vùng đệm cách 500, 1000, 1500 m từ hệ thống đường giao thông. 
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 
q Inverse Distance Weighting 
q Kriging 
Xử lý dữ liệu GIS 42 
8/24/16 
22 
Xử lý dữ liệu GIS 43 
Phương pháp nội suy 
Dữ liệu điểm " Dữ liệu thực trên bề mặt "
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 
8/24/16 
23 
NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ 
Xử lý dữ liệu GIS 45 
X 
X 
X 
X 
X 
X 
X 
X 
X 
Điểm chưa có 
giá trị cần 
được nội suy 
Điểm i 
Giá trị đã biết zi 
Vị trí xi 
Trọng số wi 
Khoảng cách di 
Xử lý dữ liệu GIS 46 
8/24/16 
24 
NỘI SUY KHOẢNG CÁCH CÓ TRỌNG SỐ 
Xử lý dữ liệu GIS 47 
∑
∑
=
=
= n
i pi
n
i ipi
d
x
dx
1
1
1
1
ˆ
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. 
Trọng số của mỗi điểm được tính theo công thức sau: 
W
Inverse Distance Weighting 
Xử lý dữ liệu GIS 48 
8/24/16 
25 
Inverse Distance Weighting 
Xử lý dữ liệu GIS 49 
NỘI SUY TUYẾN TÍNH TỪ 2 ĐIỂM 
Xử lý dữ liệu GIS 50 
8/24/16 
26 
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 
8/24/16 
27 
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 
8/24/16 
28 
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 
8/24/16 
29 
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