Ứng dụng logic mờ trong hệ thống thông tin địa lý (gis)
- 97 trang
- file .pdf
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
---------------------------------------
luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
øng dông logic mê trong
hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS)
ngµnh: C«ng nghÖ th«ng tin
m∙ sè:..............................................
trÇn v¨n ®oµi
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS. TrÇn §×nh KHANG
hµ néi 2006
2
Lêi cam ®oan
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n ngoµi nh÷ng vÊn ®Ò mang tÝnh
phæ biÕn mµ t¸c gi¶ ®· ®Ò cËp tíi d−íi d¹ng c¸c ®Þnh nghÜa vµ kh¸i niÖm lµ
hoµn toµn míi nh÷ng vÊn ®Ò tham kh¶o còng ®−îc trÝch dÉn cô thÓ. C¸c h×nh
vÏ, minh häa vµ kÕt qu¶ thùc nghiÖm do chÝnh t¸c gi¶ thùc hiÖn. Néi dung ®Ò
tµi t¸c gi¶ ch−a c«ng bè trªn c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu kh¸c. T¸c gi¶ xin chÞu
hoµn toµn tr¸ch nhiÖm vÒ néi dung cña luËn v¨n nµy.
T¸c gi¶
TrÇn V¨n §oµi
3
Lêi c¸m ¬n
LuËn v¨n cña em sÏ rÊt khã hoµn thµnh nÕu kh«ng cã sù truyÒn ®¹t kiÕn
thøc quý b¸u vµ sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o TrÇn §×nh Khang.
Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n nh÷ng ý kiÕn ph¶n biÖn quý b¸u cña c¸c
thÇy, c« gi¸o ®· ph¶n biÖn luËn v¨n nµy. Vµ xin ch©n thµnh c¸m ¬n c¸c ý kiÕn
tham luËn cña c¸c thÇy, c« gi¸o vµ c¸c b¹n trong héi nghÞ khoa häc lÇn thø 20
tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi. Qua ®ã em n¾m b¾t sù quan t©m cña mäi
ng−êi vµ c¸c h−íng cÇn lµm râ ®Ó ng−êi ®äc cã thÓ hiÓu ®−îc ý ®å cña t¸c gi¶.
Em xin ch©n thµnh c¸m ¬n quý thÇy, c« trong Khoa C«ng nghÖ Th«ng
tin tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh gi¶ng d¹y, truyÒn ®¹t nh÷ng
kiÕn thøc quý b¸u trong suèt khãa häc lµm nÒn t¶ng cho em hoµn thµnh luËn
v¨n nµy. Em còng xin c¸m ¬n c¸c thÇy, c« trong Trung t©m §µo t¹o sau §¹i
häc ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn ®Ó em hoµn thµnh khãa häc vµ luËn v¨n nµy.
MÆc dï ®· cè g¾ng nç lùc hÕt m×nh, song ch¾c ch¾n luËn v¨n kh«ng
khái cßn thiÕu sãt. Em rÊt mong nhËn ®−îc sù th«ng c¶m vµ chØ b¶o tËn t×nh
cña c¸c thÇy, c« gi¸o vµ c¸c b¹n còng nh− nh÷ng ai quan t©m tíi lÜnh vùc mµ
luËn v¨n nµy thùc hiÖn.
Hµ Néi, ngµy th¸ng 10 n¨m 2006
T¸c gi¶
TrÇn V¨n §oµi
4
Môc lôc
Trang
Lêi cam ®oan.............................................................................................. 2
Lêi c¸m ¬n ................................................................................................... 3
Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t .................................... 6
Danh môc c¸c b¶ng................................................................................ 7
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ ........................................................... 8
Më ®Çu......................................................................................................... 10
Ch−¬ng 1 - Tæng quan .......................................................................... 13
Ch−¬ng 2 - HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS).............................. 17
2.1 Kh¸i niÖm .............................................................................................. 17
2.1.1 Mét sè ®Þnh nghÜa........................................................................... 18
2.1.2 LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS .............................................................. 20
2.2 Thu thËp d÷ liÖu..................................................................................... 21
2.2.1 Thu thËp d÷ liÖu kh«ng gian........................................................... 22
2.2.2 Thu thËp d÷ liÖu thuéc tÝnh ............................................................ 22
2.3 Thao t¸c d÷ liÖu ..................................................................................... 22
2.4 Qu¶n lý d÷ liÖu ...................................................................................... 22
2.5 Truy vÊn vµ ph©n tÝch d÷ liÖu ................................................................ 23
2.6 HiÓn thÞ d÷ liÖu...................................................................................... 24
2.7 M« h×nh d÷ liÖu ..................................................................................... 25
2.8 C¸c ®èi t−îng trong GIS........................................................................ 26
2.9 KÕt nèi d÷ liÖu kh«ng gian vµ d÷ liÖu thuéc tÝnh .................................. 34
2.10 Chång xÕp vµ ph©n tÝch trong GIS ...................................................... 35
Ch−¬ng 3 - øng dông logic mê trong hÖ thèng th«ng tin
®Þa lý ........................................................................................................... 37
3.1 Giíi thiÖu chung .................................................................................... 37
3.1.1 Nguyªn lý më réng c¸c hÖ thèng GIS ............................................ 40
3.1.2 TÝnh kh«ng râ rµng vµ h¹n chÕ cña Logic râ trong GIS................. 40
3.1.3 TÝnh chÊt mê trong c¸c hÖ thèng GIS............................................. 43
3.2 Logic mê trong GIS............................................................................... 44
3.2.1 Kh¸i niÖm vÒ tËp hîp râ vµ tËp hîp mê.......................................... 44
3.2.2 HÖ mê trong GIS ............................................................................ 51
3.2.3 So s¸nh gi÷a Logic mê vµ logic râ (logic kinh ®iÓn) ..................... 56
3.3 M« h×nh d÷ liÖu kh«ng gian vµ c¸c phÐp to¸n ...................................... 57
3.3.1 M« h×nh d÷ liÖu kh«ng gian ........................................................... 57
3.3.2 Ph©n líp c¸c phÐp to¸n GIS............................................................ 58
3.4 Më réng m« h×nh d÷ liÖu víi Logic mê ................................................ 61
3.5 Më réng c¸c phÐp to¸n víi Logic mê ................................................... 61
5
3.5.1 PhÐp to¸n ph©n líp mê (Fuzzy Reclasification)............................. 62
3.5.2 PhÐp to¸n vïng ®Öm mê (Fuzzy Buffer)......................................... 63
3.5.3 Kho¶ng c¸ch mê (Fuzzy Distance) ................................................ 66
3.5.4 Chång xÕp mê (Fuzzy Overlay) ..................................................... 68
3.5.5 Lùa chän mê (Fuzzy Select), t×m kiÕm mê .................................... 69
3.5.6 Suy luËn mê.................................................................................... 70
3.6. Lùa chän vÞ trÝ dùa trªn mét chuçi c¸c phÐp to¸n GIS......................... 73
3.6.1 Lùa chän vÞ trÝ sö dông logic mê ................................................... 74
3.6.2 Bµi to¸n ra quyÕt ®Þnh kh«ng gian vµ logic mê.............................. 75
Ch−¬ng 4 - Gi¶i mét sè bµi to¸n b»ng øng dông logic mê
trong GIS.................................................................................................... 79
4.1 T×m vÞ trÝ më réng thµnh phè Th¸i B×nh ............................................... 79
4.1.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 79
4.1.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 79
4.1.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 83
4.2 Bµi to¸n x¸c ®Þnh ®−êng ®i ng¾n nhÊt sö dông logic mê ...................... 88
4.2.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 88
4.2.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 88
4.2.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 90
4.3 Bµi to¸n t×m vÞ trÝ x©y dùng nhµ m¸y xi m¨ng ...................................... 90
4.3.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 90
4.3.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 91
4.3.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 94
KÕt luËn ..................................................................................................... 96
Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................... 97
6
Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t
GIS - Lµ tõ viÕt t¾t cña: Geographic Infomation System
Logic mê : Fuzzy Logic.
TÝnh kh«ng râ rµng: Uncertainty.
WebGIS : C«ng nghÖ ®−a b¶n ®å lªn m¹ng.
DBMS : HÖ qu¶n trÞ c¬ së d÷ liÖu.
CSDL: C¬ së d÷ liÖu.
Layer: C¸c ®èi t−îng cã cïng tÝnh chÊt nµo ®ã ®−îc nhãm víi nhau.
Entities: C¸c thùc thÓ kh«ng gian.
Table: B¶ng d÷ liÖu (kh«ng gian vµ thuéc tÝnh).
IFF: NÕu vµ chØ nÕu.
7
Danh môc c¸c b¶ng
B¶ng 2.1. So s¸nh m« h×nh d÷ liÖu Vector vµ Raster. ..................................... 26
B¶ng 3.1. B¶ng c¸c phÐp to¸n logic râ vµ mê ................................................. 49
B¶ng 3.2. B¶ng vÝ dô m« t¶ c¸c môc ph©n líp ................................................ 52
B¶ng 3.3. B¶ng minh häa vÝ dô gi¶i mê .......................................................... 56
B¶ng 3.4. B¶ng so s¸nh Logic mê vµ Logic râ................................................ 57
B¶ng 3.5. B¶ng ph©n líp c¸c phÐp to¸n trong GIS .......................................... 61
B¶ng 3.6. B¶ng minh häa ®é thuéc vÒ ®Þa tÇng ............................................... 63
B¶ng 3.7. B¶ng minh häa ®é thuéc vÒ ®é dèc ................................................. 63
B¶ng 4.1. B¶ng mê hãa líp th«ng tin ®Êt ........................................................ 80
B¶ng 4.2. B¶ng mê hãa líp th«ng tin ®Þa tÇng ................................................ 81
8
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ
H×nh 2.1. M« h×nh mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ........................................... 19
H×nh 2.2. LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS. .............................................................. 21
H×nh 2.3. M« t¶ ph©n tÝch liÒn kÒ.................................................................... 24
H×nh 2.4. M« t¶ ph©n tÝch chång xÕp theo thêi gian ....................................... 24
H×nh 2.5. C¸c ®èi t−îng ®iÓm trong GIS......................................................... 27
H×nh 2.6. C¸c ®èi t−îng d¹ng ®−êng trong GIS. ............................................. 27
H×nh 2.7. C¸c ®èi t−îng d¹ng vïng trong GIS. ............................................... 28
H×nh 2.8. C¸c ®èi t−îng d¹ng l−íi trong GIS.................................................. 29
H×nh 2.9. Ph©n t¸ch b¶n ®å thµnh c¸c líp ....................................................... 31
H×nh 2.10. ¶nh vÖ tinh còng ®−îc xö lý trong GIS.......................................... 31
H×nh 2.11. M« t¶ quan hÖ l©n cËn hai Polygon P1 vµ P2 ................................ 33
H×nh 2.12. M« t¶ quan hÖ bao hµm(polygon ®¶o)........................................... 34
H×nh 2.13. M« t¶ quan hÖ giao nhau cña hai polygon .................................... 34
H×nh 2.14. B¶ng m« t¶ c¸c tr−êng d÷ liÖu trong GIS ...................................... 35
H×nh 2.15. Chång xÕp chuçi c¸c líp b¶n ®å trong GIS................................... 36
H×nh 3.1. Nguyªn lý më réng c¸c hÖ GIS ....................................................... 40
H×nh 3.2. TÝnh kh«ng râ rµng trong GIS (Zhang & Goodchild 2002) ............ 41
H×nh 3.3. Ph©n lo¹i tÝnh chÊt kh«ng râ rµng trong GIS................................... 41
H×nh 3.4. TÝnh chÊt kh«ng râ rµng ph¸t sinh khi x¸c ®Þnh ranh giíi .............. 41
H×nh 3.5. Mét sè hµm mê vµ ph¹m vi tËp râ................................................... 45
H×nh 3.6. Hµm mê tuyÕn tÝnh.......................................................................... 46
H×nh 3.7. Hµm mê h×nh sin ............................................................................. 47
H×nh 3.8. Hµm mê Gaussian ........................................................................... 47
H×nh 3.9. TËp mê B bao hµm tËp mê A........................................................... 48
H×nh 3.10. Minh häa c¸c phÐp to¸n tËp hîp mê ............................................. 49
H×nh 3.11. HÖ mê ¸p dông trong GIS.............................................................. 51
H×nh 3.12. Ph©n tÝch víi tËp mê (tr¸i) vµ tËp râ (ph¶i) ................................... 57
H×nh 3.13. M« h×nh më réng ®èi víi c¸c b¶ng d÷ liÖu ................................... 61
H×nh 3.14. C¸c vÝ dô vÒ vïng ®Öm (®iÓm, ®−êng, vïng) ................................ 63
H×nh 3.15. PhÐp to¸n kho¶ng c¸ch mê gi÷a 2 vÞ trÝ(a);vÞ trÝ víi vïng mê(b) . 66
H×nh 3.16. M« t¶ chång xÕp c¸c líp ............................................................... 68
H×nh 3.17. M« t¶ chång xÕp mê cã träng sè................................................... 69
H×nh 3.18. PhÐp to¸n lùa chän mê .................................................................. 70
H×nh 4.1. Hµm mê sö dông líp th«ng tin më mang........................................ 80
H×nh 4.2. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin giao th«ng ............................... 80
H×nh 4.3. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin « nhiÔm ................................... 81
H×nh 4.4. Ph−¬ng tr×nh chång xÕp mê tÝnh to¸n trªn c¸c tr−êng .................... 82
H×nh 4.5. Thuéc tÝnh sau khi chång xÕp ......................................................... 83
H×nh 4.6. Vïng ®Öm mê hãa líp th«ng tin më mang thµnh phè..................... 83
H×nh 4.7. Vïng ®Öm mê hãa vÒ líp th«ng tin giao th«ng............................... 84
9
H×nh 4.8. Vïng ®Öm mê hãa líp th«ng tin « nhiÔm ....................................... 84
H×nh 4.9. Mê hãa líp th«ng tin ®Þa tÇng ®Êt yÕu ............................................ 85
H×nh 4.10. Mê hãa líp th«ng tin hiÖn tr¹ng sö dông ®Êt ................................ 85
H×nh 4.11. KÕt qu¶ sau khi chång xÕp ............................................................ 86
H×nh 4.12. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.75 ................................................................ 86
H×nh 4.13. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.7 .................................................................. 87
H×nh 4.14. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.65 ................................................................ 87
H×nh 4.15. §å thÞ G cã h−íng V- mê.............................................................. 89
H×nh 4.16. §−êng ®i ng¾n nhÊt mê cña ®å thÞ mê G ...................................... 90
H×nh 4.17. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má than ................................. 91
H×nh 4.18. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má ®Êt sÐt ............................. 92
H×nh 4.19. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin giao th«ng ............................. 92
H×nh 4.20. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má ®¸ v«i .............................. 93
H×nh 4.21. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn c¶ng ...................................... 93
H×nh 4.22. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin « nhiÔm ................................. 94
H×nh 4.23. Gi¶i mê víi l¸t c¾t α = 0.33 .......................................................... 95
H×nh 4.24. Gi¶i mê lÊy l¸t c¾t α = 0.36 .......................................................... 95
10
Më ®Çu
HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information System - GIS) ra ®êi
trªn c¬ së ph¸t triÓn cña khoa häc m¸y tÝnh vµ ®−îc øng dông réng r·i trong
nhiÒu ngµnh khoa häc cã liªn quan ®Õn xö lý d÷ liÖu kh«ng gian. GIS ®−îc
h×nh thµnh tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû tr−íc vµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong mét
hai chôc n¨m trë l¹i ®©y. GIS ®· trë thµnh c«ng cô hç trî ra quyÕt ®Þnh trong
hÇu hÕt c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ - x· héi, an ninh - quèc phßng, trong qu¶n lý,
quy ho¹ch, th¨m dß, khai th¸c...
§èi víi GIS, c¸c d÷ liÖu thu thËp th−êng kh«ng ®Çy ®ñ, kh«ng râ rµng,
kh«ng ch¾c ch¾n vµ mËp mê, ®iÒu ®ã dÉn ®Õn d÷ liÖu vµ th«ng tin trong GIS lµ
d÷ liÖu “kh«ng râ rµng” hay d÷ liÖu “mê”.
Ph©n tÝch d÷ liÖu kh«ng gian b»ng c¸ch kÕt hîp nhiÒu nguån d÷ liÖu
®−îc khai th¸c tõ c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ môc tiªu cao nhÊt cña hÇu
hÕt c¸c dù ¸n GIS ®Ó diÔn t¶, ph©n tÝch c¸c ¶nh h−ëng lÉn nhau, ®−a ra c¸c m«
h×nh dù b¸o vµ hç trî ra quyÕt ®Þnh. Kh¸i niÖm “kh«ng râ rµng - mê” lµ mét
®Æc tr−ng vèn cã cña d÷ liÖu ®Þa lý vµ cã thÓ sinh ra do: Th«ng tin t−¬ng øng
víi chóng kh«ng ®Çy ®ñ; sù xuÊt hiÖn kh«ng æn ®Þnh khi thu thËp, tËp hîp c¸c
d÷ liÖu thuéc tÝnh; viÖc sö dông c¸c diÔn t¶ ®Þnh tÝnh ®èi víi c¸c gi¸ trÞ thuéc
tÝnh vµ c¸c mèi quan hÖ gi÷a chóng. C¸c hÖ GIS th−êng kh«ng s½n sµng cho
viÖc xö lý víi c¸c d÷ liÖu mê v× thÕ cÇn ph¶i cã sù më réng c¶ vÒ m« h×nh d÷
liÖu, c¸c phÐp to¸n vµ lËp luËn ®Ó gi¶i quyÕt víi d÷ liÖu mê trong GIS lµm cho
hÖ thèng trë lªn mÒm dÎo h¬n trong viÖc gi¶i c¸c bµi to¸n kh«ng gian mµ d÷
liÖu cña chóng lµ c¸c d÷ liÖu d¹ng mê.
Theo ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng khi xö lý, ph©n tÝch d÷ liÖu trong GIS
c¸c thao t¸c d÷ liÖu thùc hiÖn mét c¸ch cøng nh¾c ®èi víi c¸c thñ tôc lËp luËn
vµ ph©n tÝch. QuyÕt ®Þnh tæng thÓ ®−îc thùc hiÖn theo tõng b−íc cô thÓ vµ quy
vÒ kÕt qu¶ ngay lËp tøc. Nh÷ng øng viªn nµo tho¶ ®iÒu kiÖn ®−îc gi÷ l¹i vµ
c¸c øng viªn kh«ng tho¶ ®iÒu kiÖn sÏ bÞ lo¹i bá phô thuéc vµo gi¸ trÞ ng−ìng.
11
Thªm vµo ®ã c¸c quyÕt ®Þnh ®−a ra lµ b¾t buéc ®Ó biÓu diÔn c¸c rµng buéc
cña chóng d−íi d¹ng c¸c ®iÒu kiÖn sè häc vµ c¸c ký hiÖu to¸n häc trong c¸c
quan hÖ râ, chóng kh«ng cho phÐp sö dông c¸c ®iÒu kiÖn có ph¸p d−íi d¹ng
ng«n ng÷ tù nhiªn. MÆt kh¸c kÕt qu¶ lùa chän dùa trªn c¸c ®iÒu kiÖn ®−îc x¸c
®Þnh lµ ngang nhau, kh«ng cã gi¸ trÞ träng sè cña c¸c ®èi t−îng.
Mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p to¸n häc nghiªn cøu tÝnh chÊt “kh«ng râ
rµng” cña kh«ng gian lµ lý thuyÕt tËp mê Zadeh (1965-1988). Nã sö dông ®é
thuéc ®Ó diÔn t¶ mét c¸ thÓ tham gia trong mét tËp hîp. Sù kÕt hîp lý thuyÕt
tËp mê vµ GIS lµ c¸c ®èi t−îng kh«ng gian “mê” ®Òu cã mét ®Æc tr−ng chung
lµ chóng cã ranh giíi “kh«ng râ rµng” so víi c¸c ®èi t−îng kh«ng gian “râ”.
Lý thuyÕt tËp mê lµ gi¶i ph¸p thÝch hîp nhÊt cho viÖc m« h×nh hãa d÷
liÖu “kh«ng râ rµng” vµ ®−a ra c¬ së lý thuyÕt ®Ó hç trî c¸c lËp luËn trªn d÷
liÖu nµy. Trong luËn v¨n nµy t¸c gi¶ ®Ò cËp tíi h−íng øng dông cña logic mê
trong GIS nh»m môc ®Ých më réng vµ t¨ng c−êng c¸c chøc n¨ng cña hÖ thèng
GIS. Lµm cho hÖ thèng GIS trë lªn mÒm dÎo h¬n vµ øng dông thuËn lîi trong
viÖc gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vÒ kh«ng gian mµ d÷ liÖu cña nã lµ “kh«ng râ
rµng” hay cßn gäi lµ d÷ liÖu “kh«ng gian mê”.
T¸c gi¶ ®· cã thêi gian lµm viÖc vÒ hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý - GIS trªn
15 n¨m. §· tham gia x©y dùng, ph©n tÝch vµ xö lý nhiÒu hÖ GIS. Nghiªn cøu
vµ ph¸t triÓn c¸c chøc n¨ng trªn c¸c hÖ thèng nh−: GeoConcept, Mapinfo,
ArcInfo, GeoMedia...
Môc tiªu cña luËn v¨n nµy chia lµm c¸c phÇn chÝnh sau:
- Tæng quan, giíi thiÖu vai trß cña GIS trong c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ x·
héi, khuynh h−íng ph¸t triÓn vµ h−íng nghiªn cøu cña ®Ò tµi.
- Giíi thiÖu v¾n t¾t vÒ hÖ thèng GIS lÞch sö ph¸t triÓn, c¸c chøc n¨ng
vµ c¸c kh¸i niÖm ®−îc sö dông trong ®Ò tµi.
- øng dông logic mê trong GIS - ph©n tÝch tÝnh mËp mê cña d÷ liÖu
trong GIS vµ c¸c giíi h¹n cña c¸c hÖ thèng GIS th−¬ng m¹i hiÖn nay
12
vµ viÖc cÇn thiÕt ph¶i më réng nã c¶ vÒ m« h×nh d÷ liÖu vµ c¸c phÐp
to¸n trong GIS ®Ó phï hîp víi tÝnh mê cña d÷ liÖu.
- øng dông trong gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n kh«ng gian
- KÕt luËn ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ nghiªn cøu trong ®Ò tµi.
§èi t−îng nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ c¸c hÖ thèng GIS vµ øng dông
trong c¸c bµi to¸n quy ho¹ch kh«ng gian.
Ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi ®−îc giíi h¹n ®èi c¸c ®èi t−îng trong
kh«ng gian mµ ta coi nh− vÞ trÝ kh«ng gian cña c¸c ®èi t−îng nµy lµ nh÷ng ®èi
t−îng râ. Tøc lµ vÞ trÝ cña nã ta coi nh− lµ chÝnh x¸c. Cßn sù kh«ng râ rµng ®èi
víi vÞ trÝ cña nã (§iÓm mê, ®−êng mê, vïng mê) lµ h−íng nghiªn cøu trong
t−¬ng lai.
ý nghÜa khoa häc cña ®Ò tµi: Lý thuyÕt tËp mê Zadeh (1965-1988) ra
®êi trªn 40 n¨m vµ ®· cã c¬ së khoa häc v÷ng ch¾c. Nh−ng viÖc øng dông
logic mê trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý míi chØ ®−îc mét sè nhµ khoa
häc nghiªn cøu mµ chñ yÕu lµ trªn mét sè phÐp to¸n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò
ph¸t sinh tõ mét dù ¸n nµo ®ã. Theo chñ quan cña t¸c gi¶ viÖc nghiªn cøu
logic mê trong GIS lµ h−íng nghiªn cøu hoµn toµn míi t¹i ViÖt Nam.
ý nghÜa thùc tiÔn cña ®Ò tµi: Gi÷a lý thuyÕt vµ thùc tiÔn th«ng th−êng
ph¶i cã thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó ¸p dông nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµo
thùc tiÔn. §èi víi tiÕn tr×nh ph¸t triÓn x· héi hiÖn nay cÇn thiÕt ph¶i rót ng¾n
tèi ®a thêi gian gi÷a lý thuyÕt vµ thùc tiÔn. S¶n phÈm cña ®Ò tµi ®· ®−îc ¸p
dông cô thÓ trong bµi to¸n më réng Thµnh phè Th¸i B×nh. HiÖn nay vÞ trÝ më
réng Thµnh phè Th¸i B×nh do ®Ò tµi chØ ra ®· trë thµnh khu ®« thÞ míi cña
Thµnh phè theo h−íng hiÖn ®¹i. S¶n phÈm cña ®Ò tµi nµy sÏ ®−îc øng dông rÊt
nhiÒu trong c¸c bµi to¸n quy ho¹ch kh«ng gian nh− më réng thµnh phè, quy
ho¹ch d©n c−, quy ho¹ch c¸c khu vùc kinh tÕ träng ®iÓm...
13
Ch−¬ng 1 - Tæng quan
Trong tiÕn tr×nh ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi, ®Ó ®¹t ®−îc mét môc ®Ých nµo
®ã, con ng−êi cÇn ph¶i cã nh÷ng quyÕt ®Þnh chÝnh x¸c vµ kÞp thêi. Nh÷ng
quyÕt ®Þnh ®ã th−êng ®−îc thùc hiÖn sau khi thu thËp th«ng tin,d÷ liÖu cña thÕ
giíi thùc vµ ph©n tÝch xö lý nã theo mét quan ®iÓm nµo ®ã.
Nh÷ng quyÕt ®Þnh nµy t¸c ®éng trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp trë l¹i thÕ giíi
thùc theo khuynh h−íng cña ng−êi xö lý vµ ra quyÕt ®Þnh. NÕu quyÕt ®Þnh Êy
t¸c ®éng ®Õn thÕ giíi thùc t¹o ra nhiÒu kÕt qu¶ cã lîi cho con ng−êi th× quyÕt
®Þnh Êy ®−îc ®¸nh gi¸ lµ tèt. Ng−îc l¹i, nÕu quyÕt ®Þnh t¸c ®éng lªn thÕ giíi
thùc sinh ra nhiÒu hËu qu¶ cã h¹i cho con ng−êi h¬n th× quyÕt ®Þnh Êy ®−îc
®¸nh gi¸ lµ xÊu.
Theo quan ®iÓm th«ng tin, tiÕn tr×nh nãi trªn thÓ hiÖn mét sù tuÇn hoµn
cña d÷ liÖu: d÷ liÖu tõ thÕ giíi thùc ®−îc thu thËp, l−u tr÷, ph©n tÝch, xö lý vµ
ra quyÕt ®Þnh. Trªn luång d÷ liÖu Êy, kÕt qu¶ cña b−íc sau phô thuéc vµo kÕt
qu¶ cña b−íc tr−íc: quyÕt ®Þnh phô thuéc vµo kÕt qu¶ ph©n tÝch vµ quan ®iÓm
cña ng−êi ra quyÕt ®Þnh, kÕt qu¶ ph©n tÝch phô thuéc vµo chÊt l−îng d÷ liÖu vµ
kh¶ n¨ng cña ng−êi ph©n tÝch. ChÊt l−îng d÷ liÖu ®−îc ®Ò cËp ë ®©y bao gåm:
®é chÝnh x¸c, tÝnh thêi gian cña d÷ liÖu. ChÊt l−îng d÷ liÖu phô thuéc vµo thiÕt
bÞ, c«ng nghÖ, kh¶ n¨ng vµ tinh thÇn tr¸ch nhiÖm cña ng−êi thu thËp d÷ liÖu,
phô thuéc vµo c«ng nghÖ, kh¶ n¨ng cña thiÕt bÞ l−u tr÷, b¶o qu¶n d÷ liÖu.
Cho ®Õn nay, ph−¬ng tiÖn truyÒn thèng ®Ó hiÓn thÞ vµ l−u tr÷ d÷ liÖu ®Þa
lý lµ b¶n ®å. Trªn b¶n ®å, c¸c thùc thÓ trong thÕ giíi thùc ®−îc biÓu diÔn b»ng
®−êng nÐt, h×nh vÏ, ký hiÖu, v.v., vÞ trÝ ®Þa lý cña c¸c ®èi t−îng ®−îc x¸c ®Þnh
trong mét hÖ thèng täa ®é §Ò-C¸c hai chiÒu. Víi b¶n ®å giÊy truyÒn thèng,
c¸c phÐp ph©n tÝch ®¬n gi¶n nh− ®o chiÒu dµi, tÝnh diÖn tÝch cã thÓ ®−îc thùc
hiÖn b»ng nh÷ng dông cô ®¬n gi¶n nh− th−íc ®o c¹nh, gãc, ®Õm « vu«ng...
C¸c bµi to¸n ph©n tÝch vïng còng cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch chång xÕp, c¾t
d¸n c¸c b¶n ®å chuyªn ®Ò ®−îc vÏ lªn giÊy trong suèt, giÊy can hoÆc giÊy mê.
14
Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ th«ng tin, ®Æc biÖt lµ tõ khi
xuÊt hiÖn ngµnh ®å häa vi tÝnh còng nh− sù gia t¨ng v−ît bËc nh÷ng kh¶ n¨ng
phÇn cøng, hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) ®· ph¸t triÓn nhanh chãng c¶ vÒ
mÆt c«ng nghÖ còng nh− øng dông. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®· chøng tá kh¶
n¨ng −u viÖt h¬n h¼n c¸c hÖ th«ng tin b¶n ®å truyÒn thèng nhê vµo kh¶ n¨ng
tÝch hîp cao, cËp nhËt dÔ dµng còng nh− kh¶ n¨ng ph©n tÝch, tÝnh to¸n cña nã.
Do ®ã, hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®· nhanh chãng trë thµnh c«ng cô hç trî ra
quyÕt ®Þnh cho tÊt c¶ c¸c ngµnh tõ qui ho¹ch ®Õn qu¶n lý, tÊt c¶ c¸c lÜnh vùc
tõ tµi nguyªn thiªn nhiªn, m«i tr−êng, ®Êt ®ai, h¹ tÇng kü thuËt ®Õn x· héi
nh©n v¨n. Sù ph¸t triÓn nhanh cña c«ng nghÖ th«ng tin cïng víi nh÷ng kÕt qu¶
cña c¸c thuËt to¸n tèi −u, nhËn d¹ng, xö lý ¶nh, logic tÝnh to¸n, trÝ tuÖ nh©n
t¹o vµ c¬ së d÷ liÖu quan hÖ ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng nghÖ th«ng tin ®Þa lý
ngµy cµng ph¸t triÓn.
HiÖn nay, trªn thÕ giíi ®· h×nh thµnh nhiÒu c¬ quan nghiªn cøu GIS víi
qui m« lín, nhiÒu h−íng tiÕp cËn vµ môc tiªu kh¸c nhau:
Khuynh h−íng ph¸t triÓn vÒ lý thuyÕt
VÒ lý thuyÕt, hiÖn nay nhiÒu nhµ khoa häc ®ang theo ®uæi nghiªn cøu
ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn d÷ liÖu kh«ng gian trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý,
sù liªn quan c¸c lo¹i d÷ liÖu bao gåm d÷ liÖu kh«ng gian, d÷ liÖu thuéc tÝnh,
d÷ liÖu thêi gian. Mèi quan hÖ gi÷a nh÷ng bµi to¸n ph©n tÝch kh«ng gian theo
thêi gian thùc. Ph©n tÝch thèng kª d÷ liÖu kh«ng gian. ThiÕt kÕ m« h×nh d÷
liÖu vµ cÊu tróc d÷ liÖu thÝch hîp. Nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p vµ kü thuËt thiÕt
kÕ c¬ së d÷ liÖu kh«ng gian. Nghiªn cøu ®Çy ®ñ h¬n vÒ c«ng nghÖ b¶n ®å,
truyÒn th«ng b¶n ®å.
Khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn cøng
Trong lÜnh vùc GIS, nh÷ng thµnh tùu sau ®©y cña m¸y tÝnh ®· cã t¸c
®éng lín ®èi víi sù ph¸t triÓn khoa häc vµ c«ng nghÖ th«ng tin ®Þa lý.
(1) Tèc ®é xö lý cña m¸y tÝnh vµ kh¶ n¨ng hiÓn thÞ ®é ph©n gi¶i cao.
15
(2) Xö lý song song.
(3) Xö lý ph©n t¸n trªn m¹ng.
(4) Kh¶ n¨ng l−u tr÷ dung l−îng lín, ®é tin cËy cao .
(5) C¸c thiÕt bÞ phÇn cøng ®Æc biÖt nh−: Server, thiÕt bÞ m¹ng, gia tèc
®å häa, ®ång xö lý vµ ®Æc biÖt lµ nh÷ng thiÕt bÞ hiÓn thÞ nh− datashow.
(6) ThiÕt bÞ ngo¹i vi nh−: m¸y in mµu ®é ph©n gi¶i cao, scanner mµu
hoÆc ®en tr¾ng khæ lín, c¸c thiÕt bÞ multimedia, v.v. . .
(7) C¸c thiÕt bÞ nhóng (GPS, thiÕt bÞ gi¸m s¸t môc tiªu di ®éng,
PDA...Cho phÐp cµi ®Æt c¸c b¶n ®å trªn c¸c thiÕt bÞ nµy).
Khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn mÒm
(1) HÖ qu¶n trÞ c¬ së d÷ liÖu.
(2) GIS víi kü thuËt ®a ph−¬ng tiÖn.
(3) GIS th«ng minh: Nh÷ng c«ng cô th«ng minh sÏ ®−îc ph¸t triÓn
trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµm nhiÖm vô hç trî ra quyÕt ®Þnh. C¸c kü
thuËt th«ng minh nh©n t¹o bao gåm: logic mê, hÖ chuyªn gia, m¹ng n¬-r«n
nh©n t¹o, nhËn d¹ng sÏ lµ thµnh phÇn quan träng ®Ó ph¸t triÓn kü thuËt GIS.
Xö lý ng«n ng÷ tù nhiªn còng cã thÓ ®−îc ph¸t triÓn trong GIS ®Ó t¨ng kh¶
n¨ng giao tiÕp víi ng−êi sö dông.
(4) M« pháng vµ hç trî ra quyÕt ®Þnh: X©y dùng nh÷ng hÖ thèng th«ng
tin ®Þa lý thêi gian thùc lµ mét trong nh÷ng môc tiªu quan träng mµ tÊt c¶
nh÷ng nhµ khoa häc, kü thuËt cña nhiÒu ngµnh cã liªn quan nh−: kü thuËt
phÇn cøng, to¸n vµ kü thuËt phÇn mÒm, ®ang theo ®uæi vµ hç trî cho nhau.
M« h×nh hãa theo kh«ng gian vµ dù b¸o trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau lµ
nh÷ng bµi to¸n ®−îc quan t©m trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý trong thêi
gian tíi.
(5) Khung c«ng viÖc: Nhu cÇu dÞch vô th«ng tin ®Þa lý gia t¨ng, hiÖu
qu¶ cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý cµng cao khi kh¶ n¨ng trao ®æi vµ tÝch hîp
16
d÷ liÖu cµng lín. Trong thêi gian tíi, sÏ h×nh thµnh nhiÒu khung c«ng viÖc
theo tõng ®Þa ph−¬ng, tõng quèc gia, tõng khu vùc vµ toµn thÕ giíi.
Khuynh h−íng ph¸t triÓn øng dông
Víi nhu cÇu sö dông th«ng tin ®Þa lý ngµy cµng t¨ng trong hÇu hÕt c¸c
lÜnh vùc x· héi, dÞch vô th«ng tin ®Þa lý ®· ra ®êi ®Ó ®¸p øng nhu cÇu cña c¸c
c¬ quan qu¶n lý hµnh chÝnh nhµ n−íc vµ cña tÊt c¶ mäi ng−êi, mäi tæ chøc. Cã
thÓ chia lµm hai nhãm dÞch vô th«ng tin ®Þa lý lµ dÞch vô nhµ n−íc vµ dÞch vô
c«ng céng(WebGIS). DÞch vô th«ng tin ®Þa lý nhµ n−íc nh»m cung cÊp nh÷ng
th«ng tin tÝch hîp theo kh«ng gian phôc vô cho tiÕn tr×nh ra quyÕt ®Þnh trong
qu¶n lý hµnh chÝnh nhµ n−íc trªn mét ®Þa bµn l·nh thæ nhÊt ®Þnh. DÞch vô
th«ng tin c«ng céng nh»m cung cÊp nh÷ng th«ng tin phôc vô yªu cÇu d©n biÕt
vµ phôc vô nhu cÇu thiÕt kÕ, qui ho¹ch, kÕ ho¹ch cña c¸c thµnh phÇn kinh tÕ,
cña c¸c nhµ ®Çu t−, nhµ kinh doanh, nhµ th−¬ng m¹i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c
nhau.
H−íng nghiªn cøu logic mê trong GIS lµ khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn
mÒm mµ c¸c chuyªn gia ®−a ra, cïng víi c¸c hÖ chuyªn gia mê, trÝ tuÖ nh©n
t¹o, nhËn d¹ng; nh»m thiÕt lËp c¸c c«ng cô hiÖu qu¶ trong c¸c øng dông cña
GIS ®èi víi c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ x· héi, an ninh quèc phßng.
17
Ch−¬ng 2 - HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS)
2.1 Kh¸i niÖm
HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information Systems - GIS) lµ
c¸c hÖ thèng dùa trªn m¸y tÝnh ®−îc thiÕt kÕ ®Ó hç trî viÖc thu thËp, qu¶n lý,
vËn dông, ph©n tÝch, m« h×nh hãa vµ hiÓn thÞ d÷ liÖu cã tham chiÕu kh«ng gian
t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. Ngµy nay GIS ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c c¬
quan chÝnh phñ vµ c¸c ho¹t ®éng riªng biÖt. øng dông cña GIS ®−îc chia
thµnh ba lÜnh vùc chÝnh:
C¸c øng dông vÒ kinh tÕ x· héi: quy ho¹ch ®« thÞ vµ vïng, ®¨ng ký ®Þa
chÝnh, kh¶o cæ häc, tµi nguyªn thiªn nhiªn.
C¸c øng dông m«i tr−êng: l©m nghiÖp, kiÓm so¸t ch¸y vµ dÞch bÖnh.
C¸c øng dông trong qu¶n lý: tæ chøc c¸c m¹ng ®−êng èng vµ c¸c dÞch
vô kh¸c nh− ®iÖn, ®iÖn tho¹i, ®Þnh h−íng thêi gian thùc cho tÇu thuyÒn, m¸y
bay, « t«....
Trong c¸c øng dông nµy GIS cung cÊp c¸c c«ng cô “ra quyÕt ®Þnh” hiÖu
qu¶ ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò kh«ng gian phøc t¹p vµ thiÕu th«ng tin hoÆc b¸n
cÊu tróc.
GIS l−u tr÷ th«ng tin theo c¸c tiªu chÝ kh¸c nhau cho quy ho¹ch ®« thÞ
nh−: c¸c b¶n ®å ®Þa chÝnh, ®é cao, b¶n ®å quy ho¹ch, b¶n ®å sö dông ®Êt,
th«ng tin ph¸t triÓn kinh tÕ, th«ng tin d©n c− vµ c¸c ph©n tÝch thèng kª kh¸c
nhau. C¸c b¶n ®å trong GIS lµ c¸c líp, mçi líp bao gåm c¸c th«ng tin liªn
quan tíi vïng chøa ®ùng trong b¶n ®å nh− c¸c ®èi t−îng kh«ng gian (®−êng
giao th«ng, s«ng suèi, hå...), ph©n bè d©n c−, ph©n chia ®Êt...§èi víi c¸c ®èi
t−îng kh«ng gian, GIS chøa ®ùng ®Æc tr−ng ®Æc biÖt cho phÐp chóng minh ho¹
trong d¹ng Vector hoÆc víi c¸c d¹ng rêi r¹c (l−íi vµ raster). GIS còng cã kh¶
n¨ng biÓu diÔn c¸c lo¹i ®èi t−îng kh¸c nhau (nhµ, hå, c¸c b¶n vÏ ®Êt) b»ng
c¸ch sö dông c¸c d¹ng h×nh häc ®¬n gi¶n ®Ó diÔn t¶ chóng nh−: ®iÓm, ®−êng,
vïng. GIS ®−a ra kü thuËt ®Ó tÝch hîp, qu¶n lý, ph©n tÝch d÷ liÖu vµ s¶n sinh
18
c¸c b¸o c¸o sóc tÝch trªn m«i tr−êng kh«ng gian. C«ng cô nµy trî gióp c¸c nhµ
quy ho¹ch ra quyÕt ®Þnh, ph©n tÝch vµ quy ho¹ch ®« thÞ.
Mét trong sè c¸c lîi Ých chÝnh cña GIS lµ c¸c tiÕn bé cho phÐp qu¶n lý,
tæ chøc vµ chia sÎ tµi nguyªn gi÷a c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau. Mét c¬ së d÷ liÖu
chia sÎ cho phÐp d÷ liÖu cã thÓ thu thËp mét lÇn vµ sö dông nhiÒu lÇn.
2.1.1 Mét sè ®Þnh nghÜa
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ mét c«ng cô m¸y tÝnh ®Ó lËp b¶n ®å vµ
ph©n tÝch c¸c sù vËt, hiÖn t−îng trªn tr¸i ®Êt. C«ng nghÖ GIS kÕt hîp
c¸c thao t¸c c¬ së d÷ liÖu th«ng th−êng vµ c¸c phÐp ph©n tÝch thèng kª,
ph©n tÝch ®Þa lý trong ®ã phÐp ph©n tÝch ®Þa lý vµ h×nh ¶nh ®−îc cung
cÊp duy nhÊt tõ b¶n ®å. Nh÷ng kh¶ n¨ng nµy ph©n biÖt GIS víi c¸c hÖ
thèng th«ng tin kh¸c vµ lµm cho GIS cã ph¹m vi øng dông réng r·i
trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau (ph©n tÝch sù kiÖn, dù ®o¸n t¸c ®éng
m«i tr−êng, ho¹ch ®Þnh chiÕn l−îc...).
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ hÖ thèng tù ®éng hãa qu¶n lý c¸c d÷ liÖu
theo kh«ng gian vµ thêi gian mµ tÝch hîp cña nã lµ th«ng tin ®Þa lý.
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information System - GIS).
Geographic - Cã nghÜa lµ vÞ trÝ cña c¸c kho¶n môc d÷ liÖu ®−îc x¸c
®Þnh hoÆc cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n theo to¹ ®é ®Þa lý (kinh ®é, vÜ ®é, cao ®é).
Information - D÷ liÖu trong GIS ®−îc tæ chøc ®Ó mang l¹i c¸c tin tøc cã
hiÖu qu¶ th«ng qua c¸c phÐp xö lý vµ truy vÊn kh¸c nhau.
System - GIS ®−îc x©y dùng bëi c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau ®−îc liªn kÕt
l¹i "mét c¸ch hÖ thèng".
9 GIS lµ mét tr−êng hîp ®Æc biÖt cña hÖ thèng th«ng tin ë ®ã c¬ së d÷ liÖu
bao gåm c¸c quan s¸t trªn ®Æc tr−ng ph©n t¸n kh«ng gian, c¸c ho¹t
®éng hoÆc sù kiÖn mµ cã thÓ ®Þnh râ trong kh«ng gian nh− ®iÓm, ®−êng
hoÆc vïng. Mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý vËn dông d÷ liÖu vÒ c¸c ®iÓm,
19
®−êng, vïng nµy ®Ó nhËn d÷ liÖu b»ng c¸ch hái ®¸p vµ ph©n tÝch ®Æc
biÖt.
Cã nhiÒu ®Þnh nghÜa vÒ GIS, tïy theo c¸ch tiÖm cËn. XÐt tõ gãc ®é hÖ
thèng, GIS gåm c¸c hîp phÇn: phÇn cøng, phÇn mÒm, c¬ së d÷ liÖu vµ c¬ së tri
thøc chuyªn gia.
Nhµ Tæ chøc
Ng−êi sö
dông
PhÇn mÒm
Nhµ Qu¶n lý
KiÕn thøc
chuyªn gia, HÖ thèng
tri thøc D÷ liÖu kh«ng gian
Th«ng tin thuéc tÝnh
PhÇn cøng
H×nh 2.1. M« h×nh mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý
PhÇn cøng lµ tÊt c¶ nh÷ng g× mµ mét hÖ thèng cã thÓ vËn hµnh ®−îc.
PhÇn cøng bao hµm c¸c m¸y tÝnh (Server/workstation), thiÕt bÞ l−u tr÷, m¸y in,
m¸y quÐt, m¸y vÏ, c¸c thiÕt bÞ truyÒn th«ng...
PhÇn mÒm bao gåm hai lo¹i: phÇn mÒm hÖ thèng vµ phÇn mÒm øng
dông, hiÖn nay trªn thÞ tr−êng tån t¹i nhiÒu hÖ mÒm kh¸c nhau trong lÜnh vùc
GIS nh−: ArcInfo, Mapinfo, GeoMedia, GeoConcept, CardCorp,... Mçi phÇn
mÒm nµy ®Òu ®−îc trang bÞ c¸c c«ng cô h÷u hiÖu ®Ó thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng
cña GIS .
C¬ së tri thøc chuyªn gia lµ tËp hîp c¸c tri thøc cña l·nh ®¹o, nhµ
qu¶n lý, c¸c kiÕn thøc chuyªn ngµnh vµ kiÕn thøc c«ng nghÖ th«ng tin. TËp
hîp c¸c tri thøc chuyªn gia nµy sÏ quyÕt ®Þnh m« h×nh øng dông cña GIS, x¸c
®Þnh ®−îc c¸c chøc n¨ng hç trî quyÕt ®Þnh cña GIS, x¸c ®Þnh ®−îc néi dung,
20
cÊu tróc c¸c hîp phÇn cßn l¹i cña hÖ thèng, c¸c b−íc vµ ph−¬ng thøc còng
nh− møc ®Çu t− x©y dùng vµ vËn hµnh hÖ thèng.
C¬ së d÷ liÖu lµ n¬i tæ chøc vµ l−u tr÷ d÷ liÖu (c¶ d÷ liÖu kh«ng gian vµ
d÷ liÖu thuéc tÝnh) nh»m cung cÊp mét c¸ch hiÖu qu¶ c¸c th«ng tin tõ nã cho
c¸c truy vÊn tõ phÝa ng−êi sö dông. ViÖc tæ chøc vµ x©y dùng c¬ së d÷ liÖu ®ßi
hái sù thèng nhÊt cao tõ kh©u thiÕt kÕ ®Õn c¸c øng dông thùc tÕ vµ tu©n thñ
c¸c chuÈn trong viÖc tæ chøc vµ x©y dùng c¬ së d÷ liÖu.
Môc ®Ých chung cña GIS thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô sau:
¾ Thu thËp d÷ liÖu.
¾ Thao t¸c d÷ liÖu.
¾ Qu¶n lý d÷ liÖu.
¾ Hái ®¸p, ph©n tÝch d÷ liÖu.
¾ HiÓn thÞ, b¸o c¸o.
¾ C«ng bè d÷ liÖu.
2.1.2 LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS
GIS ®−îc h×nh thµnh tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÓ kû tr−íc vµ ph¸t triÓn rÊt
nhanh cïng víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ th«ng tin. §Çu tiªn GIS chØ h×nh
thµnh trªn c¸c dù ¸n quy m« nhá cã liªn quan ®Õn b¶n ®å vµ c«ng nghÖ ban
®Çu chñ yÕu sö dông ®Ó hiÓn thÞ b¶n ®å vµ c¸c th«ng tin liªn quan sau ®ã mét
sè c¸c øng dông kh¸c nhau cña GIS ®−îc khai ph¸ nh− ph©n tÝch hái ®¸p t¹o
c¸c d¹ng b¶n ®å chuyªn ®Ò...
Tõ nh÷ng hÖ GIS ®¬n lÎ, GIS ph¸t triÓn lªn ë cÊp cao h¬n nh−: GIS lµm
viÖc theo nhãm, GIS lµm viÖc trong c¸c xÝ nghiÖp, GIS trªn m¹ng vµ ®Õn
nh÷ng ®Çu cña thÕ kû 21 c«ng nghÖ WebGIS ph¸t triÓn mang l¹i sù øng dông
cã hiÖu qu¶ cao kh«ng chØ cho c¸c nhµ chuyªn m«n vÒ b¶n ®å mµ ®èi víi hÇu
hÕt ng−êi sö dông cÇn tham kh¶o c¸c th«ng tin liªn quan tíi l·nh thæ nh−:
ng−êi b¸n hµng cã thÓ suy xÐt tíi mËt ®é d©n c− ®Ó x©y dùng cho m×nh kÕ
ho¹ch b¸n hµng. Ng−êi kinh doanh bÊt ®éng s¶n cã thÓ thùc hiÖn giao dÞch
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
---------------------------------------
luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
øng dông logic mê trong
hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS)
ngµnh: C«ng nghÖ th«ng tin
m∙ sè:..............................................
trÇn v¨n ®oµi
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS. TrÇn §×nh KHANG
hµ néi 2006
2
Lêi cam ®oan
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu trong luËn v¨n ngoµi nh÷ng vÊn ®Ò mang tÝnh
phæ biÕn mµ t¸c gi¶ ®· ®Ò cËp tíi d−íi d¹ng c¸c ®Þnh nghÜa vµ kh¸i niÖm lµ
hoµn toµn míi nh÷ng vÊn ®Ò tham kh¶o còng ®−îc trÝch dÉn cô thÓ. C¸c h×nh
vÏ, minh häa vµ kÕt qu¶ thùc nghiÖm do chÝnh t¸c gi¶ thùc hiÖn. Néi dung ®Ò
tµi t¸c gi¶ ch−a c«ng bè trªn c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu kh¸c. T¸c gi¶ xin chÞu
hoµn toµn tr¸ch nhiÖm vÒ néi dung cña luËn v¨n nµy.
T¸c gi¶
TrÇn V¨n §oµi
3
Lêi c¸m ¬n
LuËn v¨n cña em sÏ rÊt khã hoµn thµnh nÕu kh«ng cã sù truyÒn ®¹t kiÕn
thøc quý b¸u vµ sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o TrÇn §×nh Khang.
Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n nh÷ng ý kiÕn ph¶n biÖn quý b¸u cña c¸c
thÇy, c« gi¸o ®· ph¶n biÖn luËn v¨n nµy. Vµ xin ch©n thµnh c¸m ¬n c¸c ý kiÕn
tham luËn cña c¸c thÇy, c« gi¸o vµ c¸c b¹n trong héi nghÞ khoa häc lÇn thø 20
tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi. Qua ®ã em n¾m b¾t sù quan t©m cña mäi
ng−êi vµ c¸c h−íng cÇn lµm râ ®Ó ng−êi ®äc cã thÓ hiÓu ®−îc ý ®å cña t¸c gi¶.
Em xin ch©n thµnh c¸m ¬n quý thÇy, c« trong Khoa C«ng nghÖ Th«ng
tin tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh gi¶ng d¹y, truyÒn ®¹t nh÷ng
kiÕn thøc quý b¸u trong suèt khãa häc lµm nÒn t¶ng cho em hoµn thµnh luËn
v¨n nµy. Em còng xin c¸m ¬n c¸c thÇy, c« trong Trung t©m §µo t¹o sau §¹i
häc ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn ®Ó em hoµn thµnh khãa häc vµ luËn v¨n nµy.
MÆc dï ®· cè g¾ng nç lùc hÕt m×nh, song ch¾c ch¾n luËn v¨n kh«ng
khái cßn thiÕu sãt. Em rÊt mong nhËn ®−îc sù th«ng c¶m vµ chØ b¶o tËn t×nh
cña c¸c thÇy, c« gi¸o vµ c¸c b¹n còng nh− nh÷ng ai quan t©m tíi lÜnh vùc mµ
luËn v¨n nµy thùc hiÖn.
Hµ Néi, ngµy th¸ng 10 n¨m 2006
T¸c gi¶
TrÇn V¨n §oµi
4
Môc lôc
Trang
Lêi cam ®oan.............................................................................................. 2
Lêi c¸m ¬n ................................................................................................... 3
Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t .................................... 6
Danh môc c¸c b¶ng................................................................................ 7
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ ........................................................... 8
Më ®Çu......................................................................................................... 10
Ch−¬ng 1 - Tæng quan .......................................................................... 13
Ch−¬ng 2 - HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS).............................. 17
2.1 Kh¸i niÖm .............................................................................................. 17
2.1.1 Mét sè ®Þnh nghÜa........................................................................... 18
2.1.2 LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS .............................................................. 20
2.2 Thu thËp d÷ liÖu..................................................................................... 21
2.2.1 Thu thËp d÷ liÖu kh«ng gian........................................................... 22
2.2.2 Thu thËp d÷ liÖu thuéc tÝnh ............................................................ 22
2.3 Thao t¸c d÷ liÖu ..................................................................................... 22
2.4 Qu¶n lý d÷ liÖu ...................................................................................... 22
2.5 Truy vÊn vµ ph©n tÝch d÷ liÖu ................................................................ 23
2.6 HiÓn thÞ d÷ liÖu...................................................................................... 24
2.7 M« h×nh d÷ liÖu ..................................................................................... 25
2.8 C¸c ®èi t−îng trong GIS........................................................................ 26
2.9 KÕt nèi d÷ liÖu kh«ng gian vµ d÷ liÖu thuéc tÝnh .................................. 34
2.10 Chång xÕp vµ ph©n tÝch trong GIS ...................................................... 35
Ch−¬ng 3 - øng dông logic mê trong hÖ thèng th«ng tin
®Þa lý ........................................................................................................... 37
3.1 Giíi thiÖu chung .................................................................................... 37
3.1.1 Nguyªn lý më réng c¸c hÖ thèng GIS ............................................ 40
3.1.2 TÝnh kh«ng râ rµng vµ h¹n chÕ cña Logic râ trong GIS................. 40
3.1.3 TÝnh chÊt mê trong c¸c hÖ thèng GIS............................................. 43
3.2 Logic mê trong GIS............................................................................... 44
3.2.1 Kh¸i niÖm vÒ tËp hîp râ vµ tËp hîp mê.......................................... 44
3.2.2 HÖ mê trong GIS ............................................................................ 51
3.2.3 So s¸nh gi÷a Logic mê vµ logic râ (logic kinh ®iÓn) ..................... 56
3.3 M« h×nh d÷ liÖu kh«ng gian vµ c¸c phÐp to¸n ...................................... 57
3.3.1 M« h×nh d÷ liÖu kh«ng gian ........................................................... 57
3.3.2 Ph©n líp c¸c phÐp to¸n GIS............................................................ 58
3.4 Më réng m« h×nh d÷ liÖu víi Logic mê ................................................ 61
3.5 Më réng c¸c phÐp to¸n víi Logic mê ................................................... 61
5
3.5.1 PhÐp to¸n ph©n líp mê (Fuzzy Reclasification)............................. 62
3.5.2 PhÐp to¸n vïng ®Öm mê (Fuzzy Buffer)......................................... 63
3.5.3 Kho¶ng c¸ch mê (Fuzzy Distance) ................................................ 66
3.5.4 Chång xÕp mê (Fuzzy Overlay) ..................................................... 68
3.5.5 Lùa chän mê (Fuzzy Select), t×m kiÕm mê .................................... 69
3.5.6 Suy luËn mê.................................................................................... 70
3.6. Lùa chän vÞ trÝ dùa trªn mét chuçi c¸c phÐp to¸n GIS......................... 73
3.6.1 Lùa chän vÞ trÝ sö dông logic mê ................................................... 74
3.6.2 Bµi to¸n ra quyÕt ®Þnh kh«ng gian vµ logic mê.............................. 75
Ch−¬ng 4 - Gi¶i mét sè bµi to¸n b»ng øng dông logic mê
trong GIS.................................................................................................... 79
4.1 T×m vÞ trÝ më réng thµnh phè Th¸i B×nh ............................................... 79
4.1.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 79
4.1.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 79
4.1.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 83
4.2 Bµi to¸n x¸c ®Þnh ®−êng ®i ng¾n nhÊt sö dông logic mê ...................... 88
4.2.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 88
4.2.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 88
4.2.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 90
4.3 Bµi to¸n t×m vÞ trÝ x©y dùng nhµ m¸y xi m¨ng ...................................... 90
4.3.1 Ph¸t biÓu bµi to¸n ........................................................................... 90
4.3.2 Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh ................................................................... 91
4.3.3 KÕt qu¶ ®¹t ®−îc............................................................................. 94
KÕt luËn ..................................................................................................... 96
Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................... 97
6
Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t
GIS - Lµ tõ viÕt t¾t cña: Geographic Infomation System
Logic mê : Fuzzy Logic.
TÝnh kh«ng râ rµng: Uncertainty.
WebGIS : C«ng nghÖ ®−a b¶n ®å lªn m¹ng.
DBMS : HÖ qu¶n trÞ c¬ së d÷ liÖu.
CSDL: C¬ së d÷ liÖu.
Layer: C¸c ®èi t−îng cã cïng tÝnh chÊt nµo ®ã ®−îc nhãm víi nhau.
Entities: C¸c thùc thÓ kh«ng gian.
Table: B¶ng d÷ liÖu (kh«ng gian vµ thuéc tÝnh).
IFF: NÕu vµ chØ nÕu.
7
Danh môc c¸c b¶ng
B¶ng 2.1. So s¸nh m« h×nh d÷ liÖu Vector vµ Raster. ..................................... 26
B¶ng 3.1. B¶ng c¸c phÐp to¸n logic râ vµ mê ................................................. 49
B¶ng 3.2. B¶ng vÝ dô m« t¶ c¸c môc ph©n líp ................................................ 52
B¶ng 3.3. B¶ng minh häa vÝ dô gi¶i mê .......................................................... 56
B¶ng 3.4. B¶ng so s¸nh Logic mê vµ Logic râ................................................ 57
B¶ng 3.5. B¶ng ph©n líp c¸c phÐp to¸n trong GIS .......................................... 61
B¶ng 3.6. B¶ng minh häa ®é thuéc vÒ ®Þa tÇng ............................................... 63
B¶ng 3.7. B¶ng minh häa ®é thuéc vÒ ®é dèc ................................................. 63
B¶ng 4.1. B¶ng mê hãa líp th«ng tin ®Êt ........................................................ 80
B¶ng 4.2. B¶ng mê hãa líp th«ng tin ®Þa tÇng ................................................ 81
8
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ
H×nh 2.1. M« h×nh mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ........................................... 19
H×nh 2.2. LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS. .............................................................. 21
H×nh 2.3. M« t¶ ph©n tÝch liÒn kÒ.................................................................... 24
H×nh 2.4. M« t¶ ph©n tÝch chång xÕp theo thêi gian ....................................... 24
H×nh 2.5. C¸c ®èi t−îng ®iÓm trong GIS......................................................... 27
H×nh 2.6. C¸c ®èi t−îng d¹ng ®−êng trong GIS. ............................................. 27
H×nh 2.7. C¸c ®èi t−îng d¹ng vïng trong GIS. ............................................... 28
H×nh 2.8. C¸c ®èi t−îng d¹ng l−íi trong GIS.................................................. 29
H×nh 2.9. Ph©n t¸ch b¶n ®å thµnh c¸c líp ....................................................... 31
H×nh 2.10. ¶nh vÖ tinh còng ®−îc xö lý trong GIS.......................................... 31
H×nh 2.11. M« t¶ quan hÖ l©n cËn hai Polygon P1 vµ P2 ................................ 33
H×nh 2.12. M« t¶ quan hÖ bao hµm(polygon ®¶o)........................................... 34
H×nh 2.13. M« t¶ quan hÖ giao nhau cña hai polygon .................................... 34
H×nh 2.14. B¶ng m« t¶ c¸c tr−êng d÷ liÖu trong GIS ...................................... 35
H×nh 2.15. Chång xÕp chuçi c¸c líp b¶n ®å trong GIS................................... 36
H×nh 3.1. Nguyªn lý më réng c¸c hÖ GIS ....................................................... 40
H×nh 3.2. TÝnh kh«ng râ rµng trong GIS (Zhang & Goodchild 2002) ............ 41
H×nh 3.3. Ph©n lo¹i tÝnh chÊt kh«ng râ rµng trong GIS................................... 41
H×nh 3.4. TÝnh chÊt kh«ng râ rµng ph¸t sinh khi x¸c ®Þnh ranh giíi .............. 41
H×nh 3.5. Mét sè hµm mê vµ ph¹m vi tËp râ................................................... 45
H×nh 3.6. Hµm mê tuyÕn tÝnh.......................................................................... 46
H×nh 3.7. Hµm mê h×nh sin ............................................................................. 47
H×nh 3.8. Hµm mê Gaussian ........................................................................... 47
H×nh 3.9. TËp mê B bao hµm tËp mê A........................................................... 48
H×nh 3.10. Minh häa c¸c phÐp to¸n tËp hîp mê ............................................. 49
H×nh 3.11. HÖ mê ¸p dông trong GIS.............................................................. 51
H×nh 3.12. Ph©n tÝch víi tËp mê (tr¸i) vµ tËp râ (ph¶i) ................................... 57
H×nh 3.13. M« h×nh më réng ®èi víi c¸c b¶ng d÷ liÖu ................................... 61
H×nh 3.14. C¸c vÝ dô vÒ vïng ®Öm (®iÓm, ®−êng, vïng) ................................ 63
H×nh 3.15. PhÐp to¸n kho¶ng c¸ch mê gi÷a 2 vÞ trÝ(a);vÞ trÝ víi vïng mê(b) . 66
H×nh 3.16. M« t¶ chång xÕp c¸c líp ............................................................... 68
H×nh 3.17. M« t¶ chång xÕp mê cã träng sè................................................... 69
H×nh 3.18. PhÐp to¸n lùa chän mê .................................................................. 70
H×nh 4.1. Hµm mê sö dông líp th«ng tin më mang........................................ 80
H×nh 4.2. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin giao th«ng ............................... 80
H×nh 4.3. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin « nhiÔm ................................... 81
H×nh 4.4. Ph−¬ng tr×nh chång xÕp mê tÝnh to¸n trªn c¸c tr−êng .................... 82
H×nh 4.5. Thuéc tÝnh sau khi chång xÕp ......................................................... 83
H×nh 4.6. Vïng ®Öm mê hãa líp th«ng tin më mang thµnh phè..................... 83
H×nh 4.7. Vïng ®Öm mê hãa vÒ líp th«ng tin giao th«ng............................... 84
9
H×nh 4.8. Vïng ®Öm mê hãa líp th«ng tin « nhiÔm ....................................... 84
H×nh 4.9. Mê hãa líp th«ng tin ®Þa tÇng ®Êt yÕu ............................................ 85
H×nh 4.10. Mê hãa líp th«ng tin hiÖn tr¹ng sö dông ®Êt ................................ 85
H×nh 4.11. KÕt qu¶ sau khi chång xÕp ............................................................ 86
H×nh 4.12. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.75 ................................................................ 86
H×nh 4.13. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.7 .................................................................. 87
H×nh 4.14. Gi¶i mê l¸t c¾t α = 0.65 ................................................................ 87
H×nh 4.15. §å thÞ G cã h−íng V- mê.............................................................. 89
H×nh 4.16. §−êng ®i ng¾n nhÊt mê cña ®å thÞ mê G ...................................... 90
H×nh 4.17. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má than ................................. 91
H×nh 4.18. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má ®Êt sÐt ............................. 92
H×nh 4.19. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin giao th«ng ............................. 92
H×nh 4.20. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn má ®¸ v«i .............................. 93
H×nh 4.21. Hµm mê sö dông líp th«ng tin gÇn c¶ng ...................................... 93
H×nh 4.22. Hµm mê sö dông cho líp th«ng tin « nhiÔm ................................. 94
H×nh 4.23. Gi¶i mê víi l¸t c¾t α = 0.33 .......................................................... 95
H×nh 4.24. Gi¶i mê lÊy l¸t c¾t α = 0.36 .......................................................... 95
10
Më ®Çu
HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information System - GIS) ra ®êi
trªn c¬ së ph¸t triÓn cña khoa häc m¸y tÝnh vµ ®−îc øng dông réng r·i trong
nhiÒu ngµnh khoa häc cã liªn quan ®Õn xö lý d÷ liÖu kh«ng gian. GIS ®−îc
h×nh thµnh tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû tr−íc vµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong mét
hai chôc n¨m trë l¹i ®©y. GIS ®· trë thµnh c«ng cô hç trî ra quyÕt ®Þnh trong
hÇu hÕt c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ - x· héi, an ninh - quèc phßng, trong qu¶n lý,
quy ho¹ch, th¨m dß, khai th¸c...
§èi víi GIS, c¸c d÷ liÖu thu thËp th−êng kh«ng ®Çy ®ñ, kh«ng râ rµng,
kh«ng ch¾c ch¾n vµ mËp mê, ®iÒu ®ã dÉn ®Õn d÷ liÖu vµ th«ng tin trong GIS lµ
d÷ liÖu “kh«ng râ rµng” hay d÷ liÖu “mê”.
Ph©n tÝch d÷ liÖu kh«ng gian b»ng c¸ch kÕt hîp nhiÒu nguån d÷ liÖu
®−îc khai th¸c tõ c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ môc tiªu cao nhÊt cña hÇu
hÕt c¸c dù ¸n GIS ®Ó diÔn t¶, ph©n tÝch c¸c ¶nh h−ëng lÉn nhau, ®−a ra c¸c m«
h×nh dù b¸o vµ hç trî ra quyÕt ®Þnh. Kh¸i niÖm “kh«ng râ rµng - mê” lµ mét
®Æc tr−ng vèn cã cña d÷ liÖu ®Þa lý vµ cã thÓ sinh ra do: Th«ng tin t−¬ng øng
víi chóng kh«ng ®Çy ®ñ; sù xuÊt hiÖn kh«ng æn ®Þnh khi thu thËp, tËp hîp c¸c
d÷ liÖu thuéc tÝnh; viÖc sö dông c¸c diÔn t¶ ®Þnh tÝnh ®èi víi c¸c gi¸ trÞ thuéc
tÝnh vµ c¸c mèi quan hÖ gi÷a chóng. C¸c hÖ GIS th−êng kh«ng s½n sµng cho
viÖc xö lý víi c¸c d÷ liÖu mê v× thÕ cÇn ph¶i cã sù më réng c¶ vÒ m« h×nh d÷
liÖu, c¸c phÐp to¸n vµ lËp luËn ®Ó gi¶i quyÕt víi d÷ liÖu mê trong GIS lµm cho
hÖ thèng trë lªn mÒm dÎo h¬n trong viÖc gi¶i c¸c bµi to¸n kh«ng gian mµ d÷
liÖu cña chóng lµ c¸c d÷ liÖu d¹ng mê.
Theo ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng khi xö lý, ph©n tÝch d÷ liÖu trong GIS
c¸c thao t¸c d÷ liÖu thùc hiÖn mét c¸ch cøng nh¾c ®èi víi c¸c thñ tôc lËp luËn
vµ ph©n tÝch. QuyÕt ®Þnh tæng thÓ ®−îc thùc hiÖn theo tõng b−íc cô thÓ vµ quy
vÒ kÕt qu¶ ngay lËp tøc. Nh÷ng øng viªn nµo tho¶ ®iÒu kiÖn ®−îc gi÷ l¹i vµ
c¸c øng viªn kh«ng tho¶ ®iÒu kiÖn sÏ bÞ lo¹i bá phô thuéc vµo gi¸ trÞ ng−ìng.
11
Thªm vµo ®ã c¸c quyÕt ®Þnh ®−a ra lµ b¾t buéc ®Ó biÓu diÔn c¸c rµng buéc
cña chóng d−íi d¹ng c¸c ®iÒu kiÖn sè häc vµ c¸c ký hiÖu to¸n häc trong c¸c
quan hÖ râ, chóng kh«ng cho phÐp sö dông c¸c ®iÒu kiÖn có ph¸p d−íi d¹ng
ng«n ng÷ tù nhiªn. MÆt kh¸c kÕt qu¶ lùa chän dùa trªn c¸c ®iÒu kiÖn ®−îc x¸c
®Þnh lµ ngang nhau, kh«ng cã gi¸ trÞ träng sè cña c¸c ®èi t−îng.
Mét trong c¸c ph−¬ng ph¸p to¸n häc nghiªn cøu tÝnh chÊt “kh«ng râ
rµng” cña kh«ng gian lµ lý thuyÕt tËp mê Zadeh (1965-1988). Nã sö dông ®é
thuéc ®Ó diÔn t¶ mét c¸ thÓ tham gia trong mét tËp hîp. Sù kÕt hîp lý thuyÕt
tËp mê vµ GIS lµ c¸c ®èi t−îng kh«ng gian “mê” ®Òu cã mét ®Æc tr−ng chung
lµ chóng cã ranh giíi “kh«ng râ rµng” so víi c¸c ®èi t−îng kh«ng gian “râ”.
Lý thuyÕt tËp mê lµ gi¶i ph¸p thÝch hîp nhÊt cho viÖc m« h×nh hãa d÷
liÖu “kh«ng râ rµng” vµ ®−a ra c¬ së lý thuyÕt ®Ó hç trî c¸c lËp luËn trªn d÷
liÖu nµy. Trong luËn v¨n nµy t¸c gi¶ ®Ò cËp tíi h−íng øng dông cña logic mê
trong GIS nh»m môc ®Ých më réng vµ t¨ng c−êng c¸c chøc n¨ng cña hÖ thèng
GIS. Lµm cho hÖ thèng GIS trë lªn mÒm dÎo h¬n vµ øng dông thuËn lîi trong
viÖc gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vÒ kh«ng gian mµ d÷ liÖu cña nã lµ “kh«ng râ
rµng” hay cßn gäi lµ d÷ liÖu “kh«ng gian mê”.
T¸c gi¶ ®· cã thêi gian lµm viÖc vÒ hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý - GIS trªn
15 n¨m. §· tham gia x©y dùng, ph©n tÝch vµ xö lý nhiÒu hÖ GIS. Nghiªn cøu
vµ ph¸t triÓn c¸c chøc n¨ng trªn c¸c hÖ thèng nh−: GeoConcept, Mapinfo,
ArcInfo, GeoMedia...
Môc tiªu cña luËn v¨n nµy chia lµm c¸c phÇn chÝnh sau:
- Tæng quan, giíi thiÖu vai trß cña GIS trong c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ x·
héi, khuynh h−íng ph¸t triÓn vµ h−íng nghiªn cøu cña ®Ò tµi.
- Giíi thiÖu v¾n t¾t vÒ hÖ thèng GIS lÞch sö ph¸t triÓn, c¸c chøc n¨ng
vµ c¸c kh¸i niÖm ®−îc sö dông trong ®Ò tµi.
- øng dông logic mê trong GIS - ph©n tÝch tÝnh mËp mê cña d÷ liÖu
trong GIS vµ c¸c giíi h¹n cña c¸c hÖ thèng GIS th−¬ng m¹i hiÖn nay
12
vµ viÖc cÇn thiÕt ph¶i më réng nã c¶ vÒ m« h×nh d÷ liÖu vµ c¸c phÐp
to¸n trong GIS ®Ó phï hîp víi tÝnh mê cña d÷ liÖu.
- øng dông trong gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n kh«ng gian
- KÕt luËn ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ nghiªn cøu trong ®Ò tµi.
§èi t−îng nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ c¸c hÖ thèng GIS vµ øng dông
trong c¸c bµi to¸n quy ho¹ch kh«ng gian.
Ph¹m vi nghiªn cøu cña ®Ò tµi ®−îc giíi h¹n ®èi c¸c ®èi t−îng trong
kh«ng gian mµ ta coi nh− vÞ trÝ kh«ng gian cña c¸c ®èi t−îng nµy lµ nh÷ng ®èi
t−îng râ. Tøc lµ vÞ trÝ cña nã ta coi nh− lµ chÝnh x¸c. Cßn sù kh«ng râ rµng ®èi
víi vÞ trÝ cña nã (§iÓm mê, ®−êng mê, vïng mê) lµ h−íng nghiªn cøu trong
t−¬ng lai.
ý nghÜa khoa häc cña ®Ò tµi: Lý thuyÕt tËp mê Zadeh (1965-1988) ra
®êi trªn 40 n¨m vµ ®· cã c¬ së khoa häc v÷ng ch¾c. Nh−ng viÖc øng dông
logic mê trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý míi chØ ®−îc mét sè nhµ khoa
häc nghiªn cøu mµ chñ yÕu lµ trªn mét sè phÐp to¸n ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò
ph¸t sinh tõ mét dù ¸n nµo ®ã. Theo chñ quan cña t¸c gi¶ viÖc nghiªn cøu
logic mê trong GIS lµ h−íng nghiªn cøu hoµn toµn míi t¹i ViÖt Nam.
ý nghÜa thùc tiÔn cña ®Ò tµi: Gi÷a lý thuyÕt vµ thùc tiÔn th«ng th−êng
ph¶i cã thêi gian nhÊt ®Þnh ®Ó ¸p dông nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµo
thùc tiÔn. §èi víi tiÕn tr×nh ph¸t triÓn x· héi hiÖn nay cÇn thiÕt ph¶i rót ng¾n
tèi ®a thêi gian gi÷a lý thuyÕt vµ thùc tiÔn. S¶n phÈm cña ®Ò tµi ®· ®−îc ¸p
dông cô thÓ trong bµi to¸n më réng Thµnh phè Th¸i B×nh. HiÖn nay vÞ trÝ më
réng Thµnh phè Th¸i B×nh do ®Ò tµi chØ ra ®· trë thµnh khu ®« thÞ míi cña
Thµnh phè theo h−íng hiÖn ®¹i. S¶n phÈm cña ®Ò tµi nµy sÏ ®−îc øng dông rÊt
nhiÒu trong c¸c bµi to¸n quy ho¹ch kh«ng gian nh− më réng thµnh phè, quy
ho¹ch d©n c−, quy ho¹ch c¸c khu vùc kinh tÕ träng ®iÓm...
13
Ch−¬ng 1 - Tæng quan
Trong tiÕn tr×nh ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi, ®Ó ®¹t ®−îc mét môc ®Ých nµo
®ã, con ng−êi cÇn ph¶i cã nh÷ng quyÕt ®Þnh chÝnh x¸c vµ kÞp thêi. Nh÷ng
quyÕt ®Þnh ®ã th−êng ®−îc thùc hiÖn sau khi thu thËp th«ng tin,d÷ liÖu cña thÕ
giíi thùc vµ ph©n tÝch xö lý nã theo mét quan ®iÓm nµo ®ã.
Nh÷ng quyÕt ®Þnh nµy t¸c ®éng trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp trë l¹i thÕ giíi
thùc theo khuynh h−íng cña ng−êi xö lý vµ ra quyÕt ®Þnh. NÕu quyÕt ®Þnh Êy
t¸c ®éng ®Õn thÕ giíi thùc t¹o ra nhiÒu kÕt qu¶ cã lîi cho con ng−êi th× quyÕt
®Þnh Êy ®−îc ®¸nh gi¸ lµ tèt. Ng−îc l¹i, nÕu quyÕt ®Þnh t¸c ®éng lªn thÕ giíi
thùc sinh ra nhiÒu hËu qu¶ cã h¹i cho con ng−êi h¬n th× quyÕt ®Þnh Êy ®−îc
®¸nh gi¸ lµ xÊu.
Theo quan ®iÓm th«ng tin, tiÕn tr×nh nãi trªn thÓ hiÖn mét sù tuÇn hoµn
cña d÷ liÖu: d÷ liÖu tõ thÕ giíi thùc ®−îc thu thËp, l−u tr÷, ph©n tÝch, xö lý vµ
ra quyÕt ®Þnh. Trªn luång d÷ liÖu Êy, kÕt qu¶ cña b−íc sau phô thuéc vµo kÕt
qu¶ cña b−íc tr−íc: quyÕt ®Þnh phô thuéc vµo kÕt qu¶ ph©n tÝch vµ quan ®iÓm
cña ng−êi ra quyÕt ®Þnh, kÕt qu¶ ph©n tÝch phô thuéc vµo chÊt l−îng d÷ liÖu vµ
kh¶ n¨ng cña ng−êi ph©n tÝch. ChÊt l−îng d÷ liÖu ®−îc ®Ò cËp ë ®©y bao gåm:
®é chÝnh x¸c, tÝnh thêi gian cña d÷ liÖu. ChÊt l−îng d÷ liÖu phô thuéc vµo thiÕt
bÞ, c«ng nghÖ, kh¶ n¨ng vµ tinh thÇn tr¸ch nhiÖm cña ng−êi thu thËp d÷ liÖu,
phô thuéc vµo c«ng nghÖ, kh¶ n¨ng cña thiÕt bÞ l−u tr÷, b¶o qu¶n d÷ liÖu.
Cho ®Õn nay, ph−¬ng tiÖn truyÒn thèng ®Ó hiÓn thÞ vµ l−u tr÷ d÷ liÖu ®Þa
lý lµ b¶n ®å. Trªn b¶n ®å, c¸c thùc thÓ trong thÕ giíi thùc ®−îc biÓu diÔn b»ng
®−êng nÐt, h×nh vÏ, ký hiÖu, v.v., vÞ trÝ ®Þa lý cña c¸c ®èi t−îng ®−îc x¸c ®Þnh
trong mét hÖ thèng täa ®é §Ò-C¸c hai chiÒu. Víi b¶n ®å giÊy truyÒn thèng,
c¸c phÐp ph©n tÝch ®¬n gi¶n nh− ®o chiÒu dµi, tÝnh diÖn tÝch cã thÓ ®−îc thùc
hiÖn b»ng nh÷ng dông cô ®¬n gi¶n nh− th−íc ®o c¹nh, gãc, ®Õm « vu«ng...
C¸c bµi to¸n ph©n tÝch vïng còng cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch chång xÕp, c¾t
d¸n c¸c b¶n ®å chuyªn ®Ò ®−îc vÏ lªn giÊy trong suèt, giÊy can hoÆc giÊy mê.
14
Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ th«ng tin, ®Æc biÖt lµ tõ khi
xuÊt hiÖn ngµnh ®å häa vi tÝnh còng nh− sù gia t¨ng v−ît bËc nh÷ng kh¶ n¨ng
phÇn cøng, hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) ®· ph¸t triÓn nhanh chãng c¶ vÒ
mÆt c«ng nghÖ còng nh− øng dông. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®· chøng tá kh¶
n¨ng −u viÖt h¬n h¼n c¸c hÖ th«ng tin b¶n ®å truyÒn thèng nhê vµo kh¶ n¨ng
tÝch hîp cao, cËp nhËt dÔ dµng còng nh− kh¶ n¨ng ph©n tÝch, tÝnh to¸n cña nã.
Do ®ã, hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý ®· nhanh chãng trë thµnh c«ng cô hç trî ra
quyÕt ®Þnh cho tÊt c¶ c¸c ngµnh tõ qui ho¹ch ®Õn qu¶n lý, tÊt c¶ c¸c lÜnh vùc
tõ tµi nguyªn thiªn nhiªn, m«i tr−êng, ®Êt ®ai, h¹ tÇng kü thuËt ®Õn x· héi
nh©n v¨n. Sù ph¸t triÓn nhanh cña c«ng nghÖ th«ng tin cïng víi nh÷ng kÕt qu¶
cña c¸c thuËt to¸n tèi −u, nhËn d¹ng, xö lý ¶nh, logic tÝnh to¸n, trÝ tuÖ nh©n
t¹o vµ c¬ së d÷ liÖu quan hÖ ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng nghÖ th«ng tin ®Þa lý
ngµy cµng ph¸t triÓn.
HiÖn nay, trªn thÕ giíi ®· h×nh thµnh nhiÒu c¬ quan nghiªn cøu GIS víi
qui m« lín, nhiÒu h−íng tiÕp cËn vµ môc tiªu kh¸c nhau:
Khuynh h−íng ph¸t triÓn vÒ lý thuyÕt
VÒ lý thuyÕt, hiÖn nay nhiÒu nhµ khoa häc ®ang theo ®uæi nghiªn cøu
ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn d÷ liÖu kh«ng gian trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý,
sù liªn quan c¸c lo¹i d÷ liÖu bao gåm d÷ liÖu kh«ng gian, d÷ liÖu thuéc tÝnh,
d÷ liÖu thêi gian. Mèi quan hÖ gi÷a nh÷ng bµi to¸n ph©n tÝch kh«ng gian theo
thêi gian thùc. Ph©n tÝch thèng kª d÷ liÖu kh«ng gian. ThiÕt kÕ m« h×nh d÷
liÖu vµ cÊu tróc d÷ liÖu thÝch hîp. Nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p vµ kü thuËt thiÕt
kÕ c¬ së d÷ liÖu kh«ng gian. Nghiªn cøu ®Çy ®ñ h¬n vÒ c«ng nghÖ b¶n ®å,
truyÒn th«ng b¶n ®å.
Khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn cøng
Trong lÜnh vùc GIS, nh÷ng thµnh tùu sau ®©y cña m¸y tÝnh ®· cã t¸c
®éng lín ®èi víi sù ph¸t triÓn khoa häc vµ c«ng nghÖ th«ng tin ®Þa lý.
(1) Tèc ®é xö lý cña m¸y tÝnh vµ kh¶ n¨ng hiÓn thÞ ®é ph©n gi¶i cao.
15
(2) Xö lý song song.
(3) Xö lý ph©n t¸n trªn m¹ng.
(4) Kh¶ n¨ng l−u tr÷ dung l−îng lín, ®é tin cËy cao .
(5) C¸c thiÕt bÞ phÇn cøng ®Æc biÖt nh−: Server, thiÕt bÞ m¹ng, gia tèc
®å häa, ®ång xö lý vµ ®Æc biÖt lµ nh÷ng thiÕt bÞ hiÓn thÞ nh− datashow.
(6) ThiÕt bÞ ngo¹i vi nh−: m¸y in mµu ®é ph©n gi¶i cao, scanner mµu
hoÆc ®en tr¾ng khæ lín, c¸c thiÕt bÞ multimedia, v.v. . .
(7) C¸c thiÕt bÞ nhóng (GPS, thiÕt bÞ gi¸m s¸t môc tiªu di ®éng,
PDA...Cho phÐp cµi ®Æt c¸c b¶n ®å trªn c¸c thiÕt bÞ nµy).
Khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn mÒm
(1) HÖ qu¶n trÞ c¬ së d÷ liÖu.
(2) GIS víi kü thuËt ®a ph−¬ng tiÖn.
(3) GIS th«ng minh: Nh÷ng c«ng cô th«ng minh sÏ ®−îc ph¸t triÓn
trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµm nhiÖm vô hç trî ra quyÕt ®Þnh. C¸c kü
thuËt th«ng minh nh©n t¹o bao gåm: logic mê, hÖ chuyªn gia, m¹ng n¬-r«n
nh©n t¹o, nhËn d¹ng sÏ lµ thµnh phÇn quan träng ®Ó ph¸t triÓn kü thuËt GIS.
Xö lý ng«n ng÷ tù nhiªn còng cã thÓ ®−îc ph¸t triÓn trong GIS ®Ó t¨ng kh¶
n¨ng giao tiÕp víi ng−êi sö dông.
(4) M« pháng vµ hç trî ra quyÕt ®Þnh: X©y dùng nh÷ng hÖ thèng th«ng
tin ®Þa lý thêi gian thùc lµ mét trong nh÷ng môc tiªu quan träng mµ tÊt c¶
nh÷ng nhµ khoa häc, kü thuËt cña nhiÒu ngµnh cã liªn quan nh−: kü thuËt
phÇn cøng, to¸n vµ kü thuËt phÇn mÒm, ®ang theo ®uæi vµ hç trî cho nhau.
M« h×nh hãa theo kh«ng gian vµ dù b¸o trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau lµ
nh÷ng bµi to¸n ®−îc quan t©m trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý trong thêi
gian tíi.
(5) Khung c«ng viÖc: Nhu cÇu dÞch vô th«ng tin ®Þa lý gia t¨ng, hiÖu
qu¶ cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý cµng cao khi kh¶ n¨ng trao ®æi vµ tÝch hîp
16
d÷ liÖu cµng lín. Trong thêi gian tíi, sÏ h×nh thµnh nhiÒu khung c«ng viÖc
theo tõng ®Þa ph−¬ng, tõng quèc gia, tõng khu vùc vµ toµn thÕ giíi.
Khuynh h−íng ph¸t triÓn øng dông
Víi nhu cÇu sö dông th«ng tin ®Þa lý ngµy cµng t¨ng trong hÇu hÕt c¸c
lÜnh vùc x· héi, dÞch vô th«ng tin ®Þa lý ®· ra ®êi ®Ó ®¸p øng nhu cÇu cña c¸c
c¬ quan qu¶n lý hµnh chÝnh nhµ n−íc vµ cña tÊt c¶ mäi ng−êi, mäi tæ chøc. Cã
thÓ chia lµm hai nhãm dÞch vô th«ng tin ®Þa lý lµ dÞch vô nhµ n−íc vµ dÞch vô
c«ng céng(WebGIS). DÞch vô th«ng tin ®Þa lý nhµ n−íc nh»m cung cÊp nh÷ng
th«ng tin tÝch hîp theo kh«ng gian phôc vô cho tiÕn tr×nh ra quyÕt ®Þnh trong
qu¶n lý hµnh chÝnh nhµ n−íc trªn mét ®Þa bµn l·nh thæ nhÊt ®Þnh. DÞch vô
th«ng tin c«ng céng nh»m cung cÊp nh÷ng th«ng tin phôc vô yªu cÇu d©n biÕt
vµ phôc vô nhu cÇu thiÕt kÕ, qui ho¹ch, kÕ ho¹ch cña c¸c thµnh phÇn kinh tÕ,
cña c¸c nhµ ®Çu t−, nhµ kinh doanh, nhµ th−¬ng m¹i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c
nhau.
H−íng nghiªn cøu logic mê trong GIS lµ khuynh h−íng ph¸t triÓn phÇn
mÒm mµ c¸c chuyªn gia ®−a ra, cïng víi c¸c hÖ chuyªn gia mê, trÝ tuÖ nh©n
t¹o, nhËn d¹ng; nh»m thiÕt lËp c¸c c«ng cô hiÖu qu¶ trong c¸c øng dông cña
GIS ®èi víi c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ x· héi, an ninh quèc phßng.
17
Ch−¬ng 2 - HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS)
2.1 Kh¸i niÖm
HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information Systems - GIS) lµ
c¸c hÖ thèng dùa trªn m¸y tÝnh ®−îc thiÕt kÕ ®Ó hç trî viÖc thu thËp, qu¶n lý,
vËn dông, ph©n tÝch, m« h×nh hãa vµ hiÓn thÞ d÷ liÖu cã tham chiÕu kh«ng gian
t¹i c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. Ngµy nay GIS ®−îc sö dông réng r·i trong c¸c c¬
quan chÝnh phñ vµ c¸c ho¹t ®éng riªng biÖt. øng dông cña GIS ®−îc chia
thµnh ba lÜnh vùc chÝnh:
C¸c øng dông vÒ kinh tÕ x· héi: quy ho¹ch ®« thÞ vµ vïng, ®¨ng ký ®Þa
chÝnh, kh¶o cæ häc, tµi nguyªn thiªn nhiªn.
C¸c øng dông m«i tr−êng: l©m nghiÖp, kiÓm so¸t ch¸y vµ dÞch bÖnh.
C¸c øng dông trong qu¶n lý: tæ chøc c¸c m¹ng ®−êng èng vµ c¸c dÞch
vô kh¸c nh− ®iÖn, ®iÖn tho¹i, ®Þnh h−íng thêi gian thùc cho tÇu thuyÒn, m¸y
bay, « t«....
Trong c¸c øng dông nµy GIS cung cÊp c¸c c«ng cô “ra quyÕt ®Þnh” hiÖu
qu¶ ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò kh«ng gian phøc t¹p vµ thiÕu th«ng tin hoÆc b¸n
cÊu tróc.
GIS l−u tr÷ th«ng tin theo c¸c tiªu chÝ kh¸c nhau cho quy ho¹ch ®« thÞ
nh−: c¸c b¶n ®å ®Þa chÝnh, ®é cao, b¶n ®å quy ho¹ch, b¶n ®å sö dông ®Êt,
th«ng tin ph¸t triÓn kinh tÕ, th«ng tin d©n c− vµ c¸c ph©n tÝch thèng kª kh¸c
nhau. C¸c b¶n ®å trong GIS lµ c¸c líp, mçi líp bao gåm c¸c th«ng tin liªn
quan tíi vïng chøa ®ùng trong b¶n ®å nh− c¸c ®èi t−îng kh«ng gian (®−êng
giao th«ng, s«ng suèi, hå...), ph©n bè d©n c−, ph©n chia ®Êt...§èi víi c¸c ®èi
t−îng kh«ng gian, GIS chøa ®ùng ®Æc tr−ng ®Æc biÖt cho phÐp chóng minh ho¹
trong d¹ng Vector hoÆc víi c¸c d¹ng rêi r¹c (l−íi vµ raster). GIS còng cã kh¶
n¨ng biÓu diÔn c¸c lo¹i ®èi t−îng kh¸c nhau (nhµ, hå, c¸c b¶n vÏ ®Êt) b»ng
c¸ch sö dông c¸c d¹ng h×nh häc ®¬n gi¶n ®Ó diÔn t¶ chóng nh−: ®iÓm, ®−êng,
vïng. GIS ®−a ra kü thuËt ®Ó tÝch hîp, qu¶n lý, ph©n tÝch d÷ liÖu vµ s¶n sinh
18
c¸c b¸o c¸o sóc tÝch trªn m«i tr−êng kh«ng gian. C«ng cô nµy trî gióp c¸c nhµ
quy ho¹ch ra quyÕt ®Þnh, ph©n tÝch vµ quy ho¹ch ®« thÞ.
Mét trong sè c¸c lîi Ých chÝnh cña GIS lµ c¸c tiÕn bé cho phÐp qu¶n lý,
tæ chøc vµ chia sÎ tµi nguyªn gi÷a c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau. Mét c¬ së d÷ liÖu
chia sÎ cho phÐp d÷ liÖu cã thÓ thu thËp mét lÇn vµ sö dông nhiÒu lÇn.
2.1.1 Mét sè ®Þnh nghÜa
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ mét c«ng cô m¸y tÝnh ®Ó lËp b¶n ®å vµ
ph©n tÝch c¸c sù vËt, hiÖn t−îng trªn tr¸i ®Êt. C«ng nghÖ GIS kÕt hîp
c¸c thao t¸c c¬ së d÷ liÖu th«ng th−êng vµ c¸c phÐp ph©n tÝch thèng kª,
ph©n tÝch ®Þa lý trong ®ã phÐp ph©n tÝch ®Þa lý vµ h×nh ¶nh ®−îc cung
cÊp duy nhÊt tõ b¶n ®å. Nh÷ng kh¶ n¨ng nµy ph©n biÖt GIS víi c¸c hÖ
thèng th«ng tin kh¸c vµ lµm cho GIS cã ph¹m vi øng dông réng r·i
trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau (ph©n tÝch sù kiÖn, dù ®o¸n t¸c ®éng
m«i tr−êng, ho¹ch ®Þnh chiÕn l−îc...).
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý lµ hÖ thèng tù ®éng hãa qu¶n lý c¸c d÷ liÖu
theo kh«ng gian vµ thêi gian mµ tÝch hîp cña nã lµ th«ng tin ®Þa lý.
9 HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (Geographic Information System - GIS).
Geographic - Cã nghÜa lµ vÞ trÝ cña c¸c kho¶n môc d÷ liÖu ®−îc x¸c
®Þnh hoÆc cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n theo to¹ ®é ®Þa lý (kinh ®é, vÜ ®é, cao ®é).
Information - D÷ liÖu trong GIS ®−îc tæ chøc ®Ó mang l¹i c¸c tin tøc cã
hiÖu qu¶ th«ng qua c¸c phÐp xö lý vµ truy vÊn kh¸c nhau.
System - GIS ®−îc x©y dùng bëi c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau ®−îc liªn kÕt
l¹i "mét c¸ch hÖ thèng".
9 GIS lµ mét tr−êng hîp ®Æc biÖt cña hÖ thèng th«ng tin ë ®ã c¬ së d÷ liÖu
bao gåm c¸c quan s¸t trªn ®Æc tr−ng ph©n t¸n kh«ng gian, c¸c ho¹t
®éng hoÆc sù kiÖn mµ cã thÓ ®Þnh râ trong kh«ng gian nh− ®iÓm, ®−êng
hoÆc vïng. Mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý vËn dông d÷ liÖu vÒ c¸c ®iÓm,
19
®−êng, vïng nµy ®Ó nhËn d÷ liÖu b»ng c¸ch hái ®¸p vµ ph©n tÝch ®Æc
biÖt.
Cã nhiÒu ®Þnh nghÜa vÒ GIS, tïy theo c¸ch tiÖm cËn. XÐt tõ gãc ®é hÖ
thèng, GIS gåm c¸c hîp phÇn: phÇn cøng, phÇn mÒm, c¬ së d÷ liÖu vµ c¬ së tri
thøc chuyªn gia.
Nhµ Tæ chøc
Ng−êi sö
dông
PhÇn mÒm
Nhµ Qu¶n lý
KiÕn thøc
chuyªn gia, HÖ thèng
tri thøc D÷ liÖu kh«ng gian
Th«ng tin thuéc tÝnh
PhÇn cøng
H×nh 2.1. M« h×nh mét hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý
PhÇn cøng lµ tÊt c¶ nh÷ng g× mµ mét hÖ thèng cã thÓ vËn hµnh ®−îc.
PhÇn cøng bao hµm c¸c m¸y tÝnh (Server/workstation), thiÕt bÞ l−u tr÷, m¸y in,
m¸y quÐt, m¸y vÏ, c¸c thiÕt bÞ truyÒn th«ng...
PhÇn mÒm bao gåm hai lo¹i: phÇn mÒm hÖ thèng vµ phÇn mÒm øng
dông, hiÖn nay trªn thÞ tr−êng tån t¹i nhiÒu hÖ mÒm kh¸c nhau trong lÜnh vùc
GIS nh−: ArcInfo, Mapinfo, GeoMedia, GeoConcept, CardCorp,... Mçi phÇn
mÒm nµy ®Òu ®−îc trang bÞ c¸c c«ng cô h÷u hiÖu ®Ó thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng
cña GIS .
C¬ së tri thøc chuyªn gia lµ tËp hîp c¸c tri thøc cña l·nh ®¹o, nhµ
qu¶n lý, c¸c kiÕn thøc chuyªn ngµnh vµ kiÕn thøc c«ng nghÖ th«ng tin. TËp
hîp c¸c tri thøc chuyªn gia nµy sÏ quyÕt ®Þnh m« h×nh øng dông cña GIS, x¸c
®Þnh ®−îc c¸c chøc n¨ng hç trî quyÕt ®Þnh cña GIS, x¸c ®Þnh ®−îc néi dung,
20
cÊu tróc c¸c hîp phÇn cßn l¹i cña hÖ thèng, c¸c b−íc vµ ph−¬ng thøc còng
nh− møc ®Çu t− x©y dùng vµ vËn hµnh hÖ thèng.
C¬ së d÷ liÖu lµ n¬i tæ chøc vµ l−u tr÷ d÷ liÖu (c¶ d÷ liÖu kh«ng gian vµ
d÷ liÖu thuéc tÝnh) nh»m cung cÊp mét c¸ch hiÖu qu¶ c¸c th«ng tin tõ nã cho
c¸c truy vÊn tõ phÝa ng−êi sö dông. ViÖc tæ chøc vµ x©y dùng c¬ së d÷ liÖu ®ßi
hái sù thèng nhÊt cao tõ kh©u thiÕt kÕ ®Õn c¸c øng dông thùc tÕ vµ tu©n thñ
c¸c chuÈn trong viÖc tæ chøc vµ x©y dùng c¬ së d÷ liÖu.
Môc ®Ých chung cña GIS thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô sau:
¾ Thu thËp d÷ liÖu.
¾ Thao t¸c d÷ liÖu.
¾ Qu¶n lý d÷ liÖu.
¾ Hái ®¸p, ph©n tÝch d÷ liÖu.
¾ HiÓn thÞ, b¸o c¸o.
¾ C«ng bè d÷ liÖu.
2.1.2 LÞch sö ph¸t triÓn cña GIS
GIS ®−îc h×nh thµnh tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÓ kû tr−íc vµ ph¸t triÓn rÊt
nhanh cïng víi sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ th«ng tin. §Çu tiªn GIS chØ h×nh
thµnh trªn c¸c dù ¸n quy m« nhá cã liªn quan ®Õn b¶n ®å vµ c«ng nghÖ ban
®Çu chñ yÕu sö dông ®Ó hiÓn thÞ b¶n ®å vµ c¸c th«ng tin liªn quan sau ®ã mét
sè c¸c øng dông kh¸c nhau cña GIS ®−îc khai ph¸ nh− ph©n tÝch hái ®¸p t¹o
c¸c d¹ng b¶n ®å chuyªn ®Ò...
Tõ nh÷ng hÖ GIS ®¬n lÎ, GIS ph¸t triÓn lªn ë cÊp cao h¬n nh−: GIS lµm
viÖc theo nhãm, GIS lµm viÖc trong c¸c xÝ nghiÖp, GIS trªn m¹ng vµ ®Õn
nh÷ng ®Çu cña thÕ kû 21 c«ng nghÖ WebGIS ph¸t triÓn mang l¹i sù øng dông
cã hiÖu qu¶ cao kh«ng chØ cho c¸c nhµ chuyªn m«n vÒ b¶n ®å mµ ®èi víi hÇu
hÕt ng−êi sö dông cÇn tham kh¶o c¸c th«ng tin liªn quan tíi l·nh thæ nh−:
ng−êi b¸n hµng cã thÓ suy xÐt tíi mËt ®é d©n c− ®Ó x©y dùng cho m×nh kÕ
ho¹ch b¸n hµng. Ng−êi kinh doanh bÊt ®éng s¶n cã thÓ thùc hiÖn giao dÞch