Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa ứng dụng trong hệ thông tin địa lý luận văn ths công nghệ thông tin 60 48 01 04 pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ THỊ CHIÊM

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA
ỨNG DỤNG TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ THỊ CHIÊM

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA
ỨNG DỤNG TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Ngành
Chuyên ngành
Mã số

: Công nghệ thông tin
: Hệ thống thông tin
: 60480104

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS. ĐẶNG VĂN ĐỨC

Hà Nội – 2015


1

Lời cảm ơn
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và kính trọng tới các quý thầy cô trong
Khoa Công Nghệ Thông Tin – Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà
Nội, những người đã trang bị cho em kiến thức quý báu trong những năm học vừa
qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS, TS. Đặng Văn Đức - người thầy
đáng kính. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu
giúp em hoàn thành luận văn.
Con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, anh chị em, những người thân trong gia đình
đã nuôi dạy, tạo mọi điều kiện tốt nhất để con học tập, động viên và khuyến khích con
trong thời gian làm khóa luận. Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bè bạn, những
người đã luôn sát cánh bên tôi, ủng hộ, động viên tôi trong suốt những năm học vừa
qua.
Em xin gửi lời cảm ơn đến UBND TP. Nam Định, Sở Tài Nguyên & Môi Trường
Tỉnh Nam Định, và bà con xã Lộc Hòa, Lộc An đã tạo điều kiện cho em trong quá
trình thu thập dữ liệu.

Hà nội, ngày 10 tháng 05năm 2015
Học viên

Vũ Thị Chiêm


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp tối ƣu hóa ứng dụng trong hệ
thông tin địa lý” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép.
Các số liệu và kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực, chính xác, không
trùng lặp với bất kỳ công trình nghiên cứu nào đã đƣợc công bố trƣớc đây.
Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2015
Học viên

Vũ Thị Chiêm


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 2
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 5
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. 7
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 8
1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 8
2. Mục đích của đề tài ................................................................................................. 8
3. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 9
4. Nội dung nghiên cứu chính ..................................................................................... 9
CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ .......................... 10
1.1. Các khái niệm về GIS ........................................................................................ 10
1.1.1. Định nghĩa GIS .............................................................................................10
1.1.2. Các chức năng của GIS .................................................................................10
1.2. Mô hình dữ liệu .................................................................................................. 13

1.2.1. Các khái niệm cơ bản....................................................................................13
1.2.2. Mô hình dữ liệu không gian ..........................................................................14
1.2.3. Mô hình dữ liệu thuộc tính ...........................................................................15
1.3. Các phép tính phân tích không gian trong GIS .................................................. 16
1.3.1. Truy vấn, phân loại, đo lƣờng.......................................................................16
1.3.2. Chồng lớp dữ liệu .........................................................................................17
1.3.3. Nội suy ..........................................................................................................17
1.3.4. Phân tích lân cận ...........................................................................................18
1.4. Khả năng ứng dụng của GIS .............................................................................. 18
CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA ........................................................... 20
2.1. Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA) ........................................................ 20
2.1.1. Định chỉ tiêu .................................................................................................21
2.1.2. Phân khoảng các chỉ tiêu ..............................................................................22
2.1.3. Tổng hợp các dữ liệu đầu vào .......................................................................23
2.1.4. Xác định trong số ..........................................................................................24
2.1.5. Tích hợp các chỉ tiêu .....................................................................................25
2.2. Thuật toán xác định trọng số các chỉ tiêu AHP.................................................. 25
2.2.1. Lập ma trận đánh giá ....................................................................................27
2.2.2. Tính toán và tổng hợp các kết quả để chọn ra chỉ tiêu có mức độ quan trọng
cao nhất thông qua 2 bƣớc ......................................................................................28
2.3. Ứng dụng kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS (kết hợp MCA và GIS) ...... 32
CHƢƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM...................................... 36
3.1. Giới thiệu bài toán .............................................................................................. 36
3.2. Công nghệ sử dụng ............................................................................................. 37
3.2.1. Giới thiệu ArcView GIS ...............................................................................37
3.2.2. Chức năng của ArcGIS .................................................................................37
3.3. Thu thập dữ liệu địa lý của vùng nghiên cứu ..................................................... 38
3.3.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................38
3.3.2. Địa hình.........................................................................................................38
3.3.3. Giao thông.....................................................................................................39

3.3.4. Khí hậu ..........................................................................................................40
3.3.5. Thủy văn .......................................................................................................41


4
3.3.6. Tài nguyên đất ..............................................................................................42
3.3.7. Tài nguyên nƣớc ...........................................................................................42
3.3.8. Dân cƣ ...........................................................................................................44
3.3.9. Tình hình Kinh tế ..........................................................................................44
3.3.10. Cơ sở hạ tầng ..............................................................................................44
3.3.11. Tình hình sử dụng đất ................................................................................45
3.3.12. Hiện trạng một số bãi rác ở Thành phố Nam Định .....................................47
3.4. Xác định các tiêu chí để đánh giá....................................................................... 48
3.4.1. Căn cứ xác định vị trí bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt trên địa bàn Thành phố
Nam Định ................................................................................................................48
3.4.2. Chuẩn bị dữ liệu đầu vào ..............................................................................49
3.4.3. Xác định các tiêu chí lựa chọn bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt .....................50
3.5. Kết quả xây dựng chƣơng trình thử nghiệm ...................................................... 52
3.5.1. Đánh giá sơ bộ ..............................................................................................54
3.5.2. Lựa chọn chính xác .......................................................................................61
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 70


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ESRI : Economic and Social Research Institute
GIS (Geographic Information Systems): Hệ thống thông tin địa lý
MIS (Management Information System): Hệ thống thông tin quản lý

GPS (Global Positioning System) : Hệ thống định vị toàn cầu
MCA (Multi-Criteria Analysis) Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu
MCE (Multiple Criteria Evaluation) Đánh giá đa chỉ tiêu
AHP (Analytic Hierarchy Process): Phân tích phân cấp
HTSDĐ: Hiện trạng sử dụng đất
CTR: Chất thải rắn


6

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Giá trị RI ứng với từng số lƣợng chỉ tiêu n ...................................................30
Bảng 2.2. Mức độ quan trọng của các chỉ tiêu và cách tính trọng số ............................30
Bảng 3.1. Các thông số chính của dòng chảy: ...............................................................43
Bảng 3.2. Kết quả phân tích chất lƣợng nƣớc thô sông Đào .........................................43
Bảng 3.3. Hiện trạng sử dụng đất thành phố Nam Định năm 2010 ..............................45
Bảng 3.4. Các lớp dữ liệu đầu vào ................................................................................49
Bảng 3.5. Các chỉ tiêu lựa chọn địa điểm bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt Thành phố
Nam Định ......................................................................................................................50
Bảng 3.6. Ma trận mức độ ƣu tiên và trọng số của 3 nhóm chỉ tiêu .............................52
Bảng 3.7. Mức độ ƣu tiên và trọng số của các chỉ tiêu trong nhóm “Môi trƣờng” .......52
Bảng 3.8. Mức độ ƣu tiên và trọng số của các chỉ tiêu trong nhóm “Kinh tế” .............53
Bảng 3.9. Mức độ ƣu tiên và trọng số của các chỉ tiêu trong nhóm “Xã hội” ..............53
Bảng 3.10. Trọng số chung của các chỉ tiêu ..................................................................54
Bảng 3.11. Các chỉ tiêu đƣợc sử dụng để đánh giá sơ bộ ..............................................54
Bảng 3.12. So sánh các địa điểm sau khi tìm kiếm sơ bộ .............................................61
Bảng 3.13. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu dân cƣ đô thị .............62
Bảng 3.14. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến cụm dân cƣ nông thôn .....62
Bảng 3.15. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến nguồn cung cấp nƣớc ngầm
.......................................................................................................................................62

Bảng 3.16. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến nguồn nƣớc mặt ..............63
Bảng 3.17. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu di tích, văn hoá .........63
Bảng 3.18. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu thổ nhƣỡng ..................................................63
Bảng 3.19. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến đƣờng giao thông chính ..63
Bảng 3.20. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến đƣờng giao thông thƣờng 63
Bảng 3.21. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu hiện trạng sử dụng đất .................................64
Bảng 3.22. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến khu công nghiệp ..............64
Bảng 3.23. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến điểm thu gom ..................64
Bảng 3.24. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu khoảng cách đến trạm cung cấp điện ..........64
Bảng 3.25. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu địa chất ........................................................65
Bảng 3.26. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu hƣớng gió ....................................................65
Bảng 3.27. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu địa hình........................................................65
Bảng 3.28. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu sự chấp thuận của cộng đồng ......................66
Bảng 3.29. Đánh giá 3 vị trí theo chỉ tiêu sự chấp thuận của chính quyền ...................66
Bảng 3.30. Kết quả điểm chung của 3 vị trí tiềm năng .................................................67


7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các nhóm chức năng trong GIS ....................................................................11
Hình 2.1. Sơ đồ các bƣớc MCA ....................................................................................21
Hình 2.2. Cây phân cấp dữ liệu trong mô hình đanh giá MCA.....................................24
Hình 2.3. Thang điểm so sánh các chỉ tiêu ....................................................................28
Hình 2.4. Sơ đồ thuật toán AHP để định trọng số .........................................................31
Hình 2.5. Sơ đồ tổng quát MCA và GIS Lựa chọn khu vực tối ƣu nhất .......................33
Hình 3.1. Sơ đồ khái quát mục tiêu bài toán .................................................................36
Hình 3.2. Tính điểm cho chỉ tiêu "Dân cƣ" ...................................................................56
Hình 3.3. Tính điểm cho chỉ tiêu "Nguồn nƣớc mặt"....................................................57
Hình 3.4. Tính điểm cho chỉ tiêu "Đƣờng giao thông chính" .......................................58

Hình 3.5. Tính điểm cho nhóm chỉ tiêu "Trƣờng học, bệnh viện, cơ quan, khu di
tích...".............................................................................................................................59
Hình 3.6. Các khu vực tiềm năng ..................................................................................60


8

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế và sự phát triển không ngừng
của ngành công nghệ thông tin, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các ngành
nghề khác nhau đã trở nên phổ biến. Trong nhiều lĩnh vực của việc áp dụng công nghệ
thông tin đã đem lại hiệu quả ngoài sự mong đợi, chính vì lẽ đó việc ứng dụng công
nghệ thông tin vào việc nghiên cứu và phát triển ngành nghề đã trở thành một xu thế
tất yếu. Nó đem lại những thành tựu lớn lao trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, nhƣ:
Kinh tế, giao thông vận tải, xây dựng, địa chất, khai khoáng, quân sự,... Trong quá khứ
và hiện tại việc sử dụng công nghệ thông tin và các ứng dụng của nó vào nghiên cứu
đất đai, không gian địa lý cũng đạt đƣợc những thành tựu và hiệu quả cao trong công
tác quản lý và sử dụng đất.
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems – GIS) là sự kết hợp
giữa tin học và thông tin địa lý, nó đƣợc xem nhƣ là hệ thống hỗ trợ ra quyết định. Với
một hệ thống GIS hoàn chỉnh và những kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS ngƣời
dùng sẽ có đƣợc các thông tin chi tiết, cần thiết về mức độ ảnh hƣởng của môi trƣờng
đến một vùng đất cụ thể, để từ đó chúng ta dựa vào các kết quả đánh giá mà có thể đƣa
ra những quyết định lựa chọn hay không lựa chọn vùng đất đó. Với những tính năng
ƣu việt của GIS nó đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành nghề khác nhau nhƣ: Giao
thông vận tải, quản lý đô thị, quân sự, thủy lợi, môi trƣờng...
Chọn vị trí chôn lấp rác thải sinh hoạt cho một Thành phố nào đó là một bài toán
phân tích không gian phức tạp nhằm mục đích quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch đô
thị. Nó đòi hỏi phải đánh giá trên nhiều tiêu chí khác nhau, vậy làm thế nào để có thể

chọn lựa vị trí chôn lấp rác thải sinh hoạt đó phù hợp nhất, giảm thiểu tối đa các tác
động tiêu cực tới môi trƣờng, kinh tế, xã hội? Đây chính là câu hỏi mà đề tài muốn tìm
lời giải.
Mục tiêu của nghiên cứu nhằm ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) và kỹ
thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS hỗ trợ xác định một vùng đất phù hợp để xây dựng
bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt cho Thành phố Nam Định.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu tổng quan về GIS, phƣơng pháp MCA kết hợp với thuật toán AHP.
Xây dựng mô hình tìm bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt cho Thành Phố Nam Định.
3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài:
-Nghiên cứu hệ thống thông tin địa lý, ứng dụng thông tin địa lý trong quản lý
tài nguyên và môi trƣờng.
-Nghiên cứu tổng quan về quy trình lựa chọn vị trí chôn lấp bãi rác thải sinh
hoạt.
-Nghiên cứu quy trình ứng dụng GIS và phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu
trong việc tìm địa điểm xây dựng bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt hợp lý.


9
Ứng dụng quy trình trên để xây dựng chƣơng trình tìm địa điểm chôn lấp bãi
rác thải sinh hoạt cho Thành phố Nam Định.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp tham khảo tài liệu: Bao gồm giáo trình, sách tham khảo, báo chí,
mạng Internet, các bài viết, báo cáo trong và ngoài nƣớc, … nhằm thu thập các dữ liệu
thứ cấp.
- Phƣơng pháp điều tra khảo sát thực địa: để khai thác các thông tin dữ liệu khu
vực nghiên cứu.
- Phƣơng pháp tổng hợp dữ liệu: Để đƣa ra những số liệu có tính khách quan cao
phục vụ trợ giúp quyết định.
- Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu dữ liệu: Xác định mức ảnh hƣởng của các

yếu tố và tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá.
- Phƣơng pháp phân tích không gian: Để đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến việc
lựa chọn địa điểm hợp lý cho bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt.
- Phƣơng pháp chuyên gia (tham khảo ý kiến chuyên gia): Đánh giá vai trò của
các yếu tố ảnh hƣởng.
- Phƣơng pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết quả nghiên cứu.
4. Nội dung nghiên cứu chính
Ngoài phần mở đầu nêu lý do chọn đề tài, bố cục luận văn và phần kết luận tóm
tắt các kết quả đạt đƣợc và các hƣớng phát triển tiếp theo, nội dung luận văn đƣợc
trình bày trong ba chƣơng nhƣ sau:
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


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.
1.1. Các khái niệm về GIS
1.1.1. 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.
1.1.2. Các chức năng của GIS
GIS có 5 chức năng nổi bật sau:
- Thu thập dữ liệu
- Xử lý dữ liệu thô


11

- Lƣu trữ và truy cập dữ liệu
- Tìm kiếm và phân tích không gian
- Hiển thị đồ họa và tƣơng tác
Hiện tƣợng
Quan sát

Tài liệu và
Bản đồ giấy

Thu thập dữ
liệu

Dữ liệu
thô

CSDL

Thu thập dữ
liệu

Tập hợp dữ
liệu

Thu thập dữ
liệu

Thiết bị
Đồ họa

Hiện tƣợng

Quan sát

Tâp hợp dữ
liệu

Diễn giải

Hình 1.1. 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


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:


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….
1.2. Mô hình dữ liệu
1.2.1. 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.


14
Dữ liệu của GIS chia làm hai loại: dữ liệu không gian và phi không gian.
Dữ liệu không gian: Là biểu diễn hình học của các đối tƣợng địa lý liên kết với
vị trí trên thế giới thực; Những đối tƣợng địa lý tóm lƣợc vào ba cách biểu diễn nhƣ:
đối tƣợng điểm, đƣờng, vùng; Các đối tƣợng địa lý biểu diễn dựa vào toạ độ, quy luật
và các ký hiệu dùng để xác định một vị trí, hình ảnh cụ thể trên tờ bản đồ.
Dữ liệu phi không gian: Là những dữ liệu diễn tả đặc tính, số lƣợng của các đối
tƣợng địa lý; Chúng đƣợc liên kết với các dữ liệu không gian thông qua các chỉ số xác
định chung, thông thƣờng gọi là mã địa lý. Dữ liệu phi không gian còn gọi là dữ liệu
thuộc tính.
1.2.2. Mô hình dữ liệu không gian
Mô hình dữ liệu địa lý là sự hình dung thế giới thực đƣợc sử dụng trong GIS để
tạo các bản đồ, trình diễn các truy vấn giữa ngƣời và máy, và thực hiện các phép xử lýphân tích. Dữ liệu truyền thống đƣợc lƣu và thể hiện dƣới dạng bản đồ, hai mô hình dữ
liệu địa lý phổ biến nhất trong một Hệ thống thông tin địa lý là dữ liệu vector và dữ
liệu raster. Thế giới thực thƣờng đƣợc biểu diễn bởi sự kết hợp của 2 dạng trên.
Mô hình dữ liệu vector sử dụng các đƣờng hay điểm, đƣợc xác định tƣờng minh
bằng các toạ độ x, y của chúng trên bản đồ. Các đối tƣợng rời rạc (trong đó có cả các
đối tƣợng đa giác), đƣợc tạo bởi sự liên kết các đoạn cung (đƣờng) và các điểm nút.
+ Điểm nút: Dùng cho tất cả các đối tƣợng không gian đƣợc biểu diễn nhƣ một
cặp toạ độ (X,Y). Ngoài giá trị toạ độ (X,Y), điểm còn thể hiện kiểu điểm, màu, hình

dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm.
+ Cung: Dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến, đƣợc tạo nên từ hai
hoặc hơn hai cặp toạ độ (X,Y).
+ Vùng: Là một đối tƣợng hình học 2 chiều. Vùng có thể là một đa giác đơn giản
hay hợp của nhiều đa giác đơn giản. Mục tiêu của cấu trúc dữ liệu đa giác là biểu diễn
cho vùng. Do một vùng đƣợc cấu tạo từ các đa giác nên cấu trúc dữ liệu của đa giác
phải ghi lại đƣợc sự hiện diện của các thành phần này và các phần tử cấu tạo nên đa
giác.
Mô hình dữ liệu raster sử dụng một tập hợp các ô. Cấu trúc đơn giản nhất là
mảng gồm các ô của bản đồ. Mỗi ô trên bản đồ đƣợc biểu diễn bởi tổ hợp tọa độ
(hàng, cột), và một giá trị biểu diễn kiểu hoặc thuộc tính của ô đó trên các bản đồ.
Trong cấu trúc này mỗi ô tƣơng ứng là một điểm.
+ Khái niệm đƣờng là một dạng các ô liền nhau.
+ Miền là một nhóm các ô liền nhau.
Dạng dữ liệu này dễ lƣu trữ, thao tác và thể hiện, cấu trúc dữ liệu này cũng còn
có nghĩa là những khu vực có kích thƣớc nhỏ hơn một ô thì không thể hiện đƣợc. Dữ
liệu raster có dung lƣợng rất lớn nếu không có cách lƣu trữ thích hợp.
Thông thƣờng, các mô hình vector thƣờng đƣợc sử dụng để mô tả các đối tƣợng
rời rạc, trong khi các mô hình raster đƣợc dùng để biểu diễn các đối tƣợng biến thiên


15
liên tục. Cả hai mô hình dữ liệu này đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm cần đƣợc
xem xét trong quá trình thiết kế cơ sở dữ liệu hay thiết lập các mô hình xử lý GIS.
1.2.3. Mô hình dữ liệu thuộc tính
Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc
điểm và các hiện tƣợng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng
đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời
giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. Thông thƣờng hệ thống thông tin địa lý có 4
loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tƣợng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể
thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích
- Số liệu hiện tƣợng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động
thuộc vị trí xác định.
- Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phƣơng hƣớng định vị, …liên quan đến các
đối tƣợng địa lý.
- Quan hệ giữa các đối tƣợng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp
(sự liên kết, khoảng tƣơng thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tƣợng). Để mô tả
một cách đầy đủ các đối tƣợng địa lý, trong bản đồ số chỉ dùng thêm các loại đối
tƣợng khác: điểm điều khiển, toạ độ giới hạn và các thông tin mang tính chất mô tả
(annotation). Annotation: Các thông tin mô tả có các đặc điểm:
• Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ
• Có thể chạy dọc theo arc
• Có thể có các kích thƣớc, màu sắc, các kiểu chữ khác nhau
• Nhiều mức của thông tin mô tả có thể đƣợc tạo ra với ứng dụng khác
nhau.
• Có thể tạo thông tin cơ sở dữ liệu lƣu trữ thuộc tính
• Có thể tạo độc lập với các đối tƣợng địa lý ïcó trong bản đồ
• Không có liên kết với các đối tƣợng điểm, đƣờng, vùng và dữ liệu
thuộc tính của chúng
Bản chất một số thông tin dữ liệu thuộc tính nhƣ sau:
- Số liệu tham khảo địa lý: mô tả các sự kiện hoặc hiện tƣợng xảy ra tại một vị
trí xác định. Không giống các thông tin thuộc tính khác, chúng không mô tả về bản
thân các hình ảnh bản đồ. Thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động
nhƣ cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí
địa lý xác định. Các thông tin tham khảo địa lý đặc trƣng đƣợc lƣu trữ và quản lý trong
các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng với các hình ảnh bản
đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác
định vị trí của sự kiện hay hiện tƣợng.
- Chỉ số địa lý: đƣợc lƣu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra

cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã đƣợc mô tả bằng các chỉ số địa lý xác
định. Một chỉ số có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ


16
các cơ quan khác nhau nhƣ là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối
quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý. Ví dụ:
chỉ số địa lý về đƣờng phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó.
- Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng
cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý. Các mối quan hệ không gian có
thể là mối quan hệ đơn giản hay lôgic, ví dụ tiếp theo số nhà 101 phải là số nhà103 nếu
là số nhà bên lẻ hoặc nếu là bên chẵn thì cả hai đều phải là các số chẵn kề nhau.
Quan hệ Topology cũng là một quan hệ không gian. Các quan hệ không gian có
thể đƣợc mã hoá nhƣ các thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị toạ độ
của các thực thể.
- Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và phi không gian: thể hiện phƣơng pháp
chung để liên kết hai loại dữ liệu đó thông qua bộ xác định, lƣu trữ đồng thời trong các
thành phần không gian và phi không gian. Các bộ xác định có thể đơn giản là một số
duy nhất liên tục, ngẫu nhiên hoặc các chỉ báo địa lý hay số liệu xác định vị trí lƣu trữ
chung. Bộ xác định cho một thực thể có thể chứa toạ độ phân bố của nó, số hiệu mảnh
bản đồ, mô tả khu vực hoặc con trỏ đến vị trí lƣu trữ của số liệu liên quan. Bộ xác định
đƣợc lƣu trữ cùng với các bản ghi toạ độ hoặc mô tả số khác của các hình ảnh không
gian và cùng với các bản ghi số liệu thuộc tính liên quan.
1.3. Các phép tính phân tích không gian trong GIS
Một trong những chức năng nổi bật của GIS là phân tích không gian kết hợp
phân tích thuộc tính để trợ giúp cho quá trình ra quyết định. Phân tích dữ liệu để tìm ra
các giải pháp nhằm giải quyết theo yêu cầu các vấn đề của thế giới thực. Do tính chất
phức tạp của các vấn đề, các phép phân tích không gian có thể biến đổi từ các hoạt
động luận lý hoặc số học đơn giản đến các phân tích mô hình phức tạp. Khả năng phân
tích không gian đơn lẻ và phân tích không gian kết hợp xử lý thuộc tính của GIS là cơ

sở để phân biệt GIS với các hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu thông thƣờng khác. Phân
tích dữ liệu gồm 3 nhóm chức năng chính: Phân tích dữ liệu không gian; Phân tích dữ
liệu thuộc tính; Phân tích dữ liệu kết hợp không gian và thuộc tính.
Ƣu điểm nổi bật của GIS là phân tích kết hợp dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không
gian. Đây là cơ sở quan trọng để phân biệt GIS với các phần mềm vẽ bản đồ, phần
mềm vẽ kĩ thuật hoặc các hệ quản trị cơ sở dữ liệu thông thƣờng khác. Phân tích kết
hợp dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian có thể đƣợc xếp thành 4 chức năng chính
dƣới đây.
1.3.1. Truy vấn, phân loại, đo lƣờng
Truy vấn không gian và thuộc tính bao gồm tìm kiếm, chọn lọc, sắp xếp và hiển
thị dữ liệu đƣợc chọn nhƣng không cần thiết phải điều chỉnh vị trí của đối tƣợng hoặc
tạo mới đối tƣợng.
Phân loại và tổng quát hóa: Chức năng phân loại đƣợc cung cấp trong tất cả các
hệ GIS. Đối với lớp dữ liệu đơn, chức năng phân loại liên quan đến gán tên cho từng


17
polygon; Phân loại cũng đƣợc tiến hành trên nhiều lớp dữ liệu, thƣờng kết hợp với
chức năng chồng lớp.
1.3.2. Chồng lớp dữ liệu
Đây là thao tác không gian trong đó các lớp chuyên đề đƣợc chồng xếp lên nhau
để tạo ra một lớp chuyên đề mới chứa đựng những thông tin mới. Các thao tác số học
hoặc thao tác luận lý (logic) đƣợc vận dụng trên những lớp dữ liệu khác nhau đƣợc
nhập vào, để rút ra những thông tin này. Chồng ghép những lớp dữ liệu khác nhau là
một quá trình bậc thang. Hai lớp dữ liệu đầu vào đƣợc tổ hợp thành một lớp trung
gian; lớp trung gian lại đƣợc tổ hợp với một lớp thứ ba để tạo thành lớp trung gian
khác. Điều này đƣợc tiếp tục thực hiện khi tất cả các lớp đầu vào đƣợc chồng lên nhau.
Có 2 dạng là chồng xếp lớp thông tin raster và chồng xếp lớp thông tin vector.
Chồng xếp lớp thông tin raster: Mỗi lớp raster là một ma trận các pixel có kích
thƣớc nhƣ nhau tạo sự dễ dàng so sánh giữa chúng. Giá trị tại mỗi vị trí trên một ma

trận đƣợc tổ hợp với giá trị của vị trí tƣơng ứng trên ma trận khác để rút ra giá trị mới.
Các phép tính toán có thể là số học (cộng, trừ, nhân, chia,...) hoặc Boolean (And, Or,
Xor, Not), hoặc phép toán quan hệ (=, >, <, < >)
Chồng xếp lớp thông tin vector: Thao tác phân tích trên dữ liệu vector dựa trên
việc đánh giá mối quan hệ topology của các đối tƣợng. Ví dụ nhƣ Intersect (tìm kiếm
và tạo ra vùng giao nhau của 2 lớp đối tƣợng), Union (tìm kiếm và tạo ra vùng hợp của
2 lớp đối tƣợng),... về bản chất đó chính là các phép toán Boolean
Chồng lớp dữ liệu raster với nhiều hơn hai lớp dữ liệu đƣợc thực hiện khá dễ
dàng khi so sánh với chồng lớp dữ liệu vector bởi vì nó không đòi hỏi các hoạt động
topology mà chỉ tiến hành trên cơ sở pixel với pixel. Có hai phƣơng pháp chồng lớp
với dữ liệu raster thƣờng đƣợc áp dụng trong phân tích GIS:
+ Phương pháp trung bình trọng số: Khi chồng lớp 02 lớp dữ liệu với các giá trị
P1 và P2 cùng các trọng số tƣơng ứng là w1 và w2 thì kết quả xuất sẽ có giá trị tƣơng
ứng là: P = P1 w1 = P1 w2
Với w1 + w2 = 1
+ Phương pháp phân hạng: Dữ liệu thuộc tính của 2 lớp dữ liệu đƣợc phân
thành 5 hạng, ví dụ nhƣ hạng xuất xắc (5), tốt hơn (4), bằng nhau (3), kém (2), rất kém
(1). Hai lớp A và B có thể chồng lớp với nhau theo một trong ba nguyên tắc sau:
Hạng cực tiểu: hạng thấp hơn sẽ đƣợc chọn cho pixel xuất trong lớp kết quả.
Hạng chọn: chuyên gia quyết định hạng tổng hợp cho pixel xuất.
Chồng lớp dữ liệu vector tƣơng đối phức tạp vì phải tiến hành xây dựng topology
về mối quan hệ không gian giữa các đối tƣợng không gian trong lớp dữ liệu xuất.
1.3.3. Nội suy
Là quá trình tính toán dự báo các giá trị chƣa biết từ các giá trị đã biết ở lân cận.
Để nội suy có thể sử dụng nhiều thuật toán, mô hình toán học kết hợp với nhau.


18
Chất lƣợng của kết quả nội suy phụ thuộc vào độ chính xác, số lƣợng và phân bố
các điểm đã biết đƣợc dùng cho tính toán nội suy. Các phƣơng pháp nội suy bao gồm:

+ Nội suy giá trị gần nhất (thực hiện tham khảo của các giá trị của điểm dữ liệu
gần nhất)
+ Nội suy tuyến tính sử dụng đƣờng thẳng nối hai điểm
+ Nội suy Spline trên cơ sở ba hay nhiều điểm
+ Nội suy Stochastic trên cơ sở bộ phát số ngẫu nhiên và các tham số fractal với
một số điểm
+ Nội suy trên cơ sở mô hình
1.3.4. Phân tích lân cận
Phân tích lân cận đánh giá những đặc tính của vùng xung quanh một vị trí đƣợc
chọn nào đó. Vùng lân cận có thể ở dạng hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn hoặc ở
dạng bất kì. Ngoài ra còn một số phép phân tích khác nhƣ: Phân tích địa hình: Mô hình
số độ cao (DEM), độ dốc,...phân tích mạng, phân tích dòng, phân tích chiếu sáng.
1.4. Khả năng ứng dụng của GIS
Ngày nay, GIS đƣợc áp dụng trong hầu khắp các lĩnh vực khoa học và công
nghệ, phục vụ những nhu cầu rất cấp thiết của con ngƣời. GIS có khả năng sử dụng dữ
liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích
không gian để trả lời các câu hỏi của ngƣời sử dụng. Các câu hỏi mà GIS có khả năng
trả lời là: Có cái gì...? Ở đâu...? Cái gì đã thay đổi từ...? Cái gì xảy ra nếu ...?. Mặc dù
rất đa dạng và phong phú, các ứng dụng GIS có thể đƣợc phân thành ba nhóm, căn cứ
vào mức độ và phạm vi áp dụng chúng,bao gồm các ứng dụng loại kiểm kê, các ứng
dụng loại phân tích và các ứng dụng loại quản lý:
Các ứng dụng kiểm kê
Một dự án GIS thƣờng đƣợc bắt đầu bằng công tác kiểm kê các đối tƣợng nghiên
cứu tại khu vực đã lựa chọn, (chẳng hạn các loại rừng, khí hậu, sử dụng đất, v.v...).
Các đối tƣợng này đƣợc biểu diễn trong môi trƣờng GIS dƣới dạng các lớp thông tin
địa lý. Các ứng dụng trong giai đoạn này chủ yếu tập trung vào việc cập nhật và đơn
giản hoá các quy trình thu thập dữ liệu.
Các ứng dụng phân tích
Sau khi đã hoàn thành giai đoạn kiểm kê, các kỹ thuật phân tích không gian và
phân tích thống kê của công nghệ GIS sẽ cho phép thực hiện một loạt tra vấn phức tạp

đối với các lớp thông tin chứa dữ liệu chuyên đề.
Các ứng dụng quản lý
Các kỹ thuật phân tích không gian và xây dựng mô hình ở mức độ cao hơn sẽ hỗ
trợ cho các quyết định của các nhà quản lý, lãnh đạo các ban ngành và các cấp chính
quyền. Trong giai đoạn này của dự án GIS, trọng tâm của các ứng dụng đã chuyển từ


19
công tác thu thập dữ liệu sang các thao tác xử lý, phân tích và mô hình hoá để giải
quyết các vấn đề bức xúc của thế giới thực.
+ Quản lý và lập kế hoạch mạng lƣới đƣờng phố: Bao gồm các chức năng tìm
kiếm địa chỉ, tìm vị trí khi biết trƣớc địa chỉ đƣờng phố; điều khiển đƣờng đi, lập kế
hoạch lƣu thông xe cộ; phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng các công trình công
cộng; lập kế hoạch phát triển đƣờng giao thông;
+ Giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trƣờng: Bao gồm các chức năng quản lý
sông, ngoài các vùng lụt, vùng đất nông nghiệp, có mƣa, đất rừng, sống hoang dã;
phân tích tác động môi trƣờng; vị trí của các công trình công cộng...;
+ Quản lý đất đai: Bao gồm các chức năng tìm địa điểm cho các công trình
ngầm: ống dẫn, đƣờng điện; cân đối tải điện;
+ Quản lý và lập kế hoạch bảo dƣỡng các công trình công cộng...;
+ Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bƣu điện và nhiều
ứng dụng khác.


20

CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA
Trong công tác quản lý và quy hoạch đất đai các nhà quản lý luôn phải thực hiện
các phép so sánh, đánh giá nhiều tiêu chí, với nhiều đơn vị đo khác nhau cho một dự
án nào đó. Thông thƣờng phƣơng án này hơn phƣơng án kia ở một số tiêu chí này,

nhƣng lại kém ở một số tiêu chí khác.
Ví dụ: Có hai địa điểm A và B để xây dựng bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt. Vị trí
A gần đƣờng giao thông và các điểm thu gom rác thải hơn vị trí B vì vậy xét trên khía
cạnh kinh tế A đƣợc chọn vì giảm thiểu đƣợc chi phí vận chuyển. Nhƣng địa điểm A
lại gần nguồn nƣớc mặt hơn địa điểm B vì vậy khả năng gây ô nhiễm nguồn nƣớc lớn
hơn địa điểm B, trong trƣờng hợp này địa điểm B đƣợc chọn. Với một bài toán nhƣ
vậy ta cần phải đánh giá trên nhiều chỉ tiêu khác nhau, xem xét tác động tổng hợp của
các chỉ tiêu để từ đó đƣa ra quyết định cuối cùng.
Vì vậy việc lựa chọn phƣơng pháp phân tích đã chỉ tiêu vào đánh giá các tác
động của dự án đến môi trƣờng, kinh tế và xã hội là giải pháp hiệu quả cho các bài
toán quản lý đất đai ngày nay.
2.1. Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA)
Phƣơng pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA- Multi-Criteria Analysis) là một phép
phân tích tổ hợp các chỉ tiêu khác nhau để cho ra một kết quả cuối cùng. Phân tích đa
chỉ tiêu cung cấp cho ngƣời ra quyết định các mức độ quan trọng khác nhau, của các
tiêu chuẩn khác nhau hay là trọng số của các tiêu chuẩn liên quan. Để xác định trọng
số của các tiêu chuẩn, ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp tham khảo ý kiến chuyên
gia, kinh nghiệm của cá nhân. Trong đánh giá đất đai thƣờng sử dụng nhiều tiêu chuẩn
khác nhau để phân tích khả năng thích nghi, kỹ thuật tổ hợp các tiêu chuẩn khác nhau
để cho ra kết quả cuối cùng đƣợc sử dụng nhƣ là công cụ hỗ trợ ra quyết định. Trong
vấn đề ra quyết định đa tiêu chuẩn, bước một quan trọng nhất định chỉ tiêu là việc xác
định bài toán đặt ra có bao nhiêu chỉ tiêu cần đem ra để đánh giá. Bước hai, phân
khoảng các tiêu chuẩn là việc phân nhóm và xác định tầm quan trọng tƣơng đối của
những phƣơng án tƣơng ứng với mỗi tiêu chuẩn. Bước ba, tổng hợp dữ liệu đầu vào,
xác định trọng số, tích hợp các chỉ tiêu cho ra bản đồ phân phân vùng thích nghi [6],
[7], [9].
Các ứng dụng của MCA chủ yếu là đánh giá tác động của một quá trình đến môi
trƣờng, hỗ trợ bài toán quy hoạch để lựa chọn vị trí phù hợp nhất cho một mục đích
xác định,… Trong luận văn này sẽ trình bày việc ứng dụng MCA vào việc lựa chọn
bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt cho thành phố Nam Định. Các bƣớc cơ bản của ứng

dụng MCA đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.1 dƣới đây [7]:


21

Định chỉ tiêu

Phân khoảng các chỉ tiêu

Tổng hợp dữ liệu đầu vào theo tiêu chuẩn
( Đó là các ma trận trọng số đầu vào)

Xác định trọng số

Tích hợp các chỉ tiêu

Bản đồ phân vùng thích nghi

Hình 2.1. Sơ đồ các bƣớc MCA
2.1.1. Định chỉ tiêu
- Bƣớc đầu tiên trong phân tích đa chỉ tiêu là định ra các chỉ tiêu khác nhau đƣợc
tính đến. Là xác định bài toán có bao nhiêu chỉ tiêu, các chỉ tiêu này phải tham khảo ý
kiến của các chuyên gia. Đa số các trƣờng hợp một chỉ tiêu không phải là một biến
đơn giản mà là tổ hợp của các dữ liệu thuộc tính và hình học khác nhau.
Ví dụ: Địa điểm thích hợp cho việc xây dựng một chung cƣ cần có 3 chỉ tiêu sau:
chỉ tiêu về kinh tế (Nên xây dựng ở khu vực có kinh tế phát triển thuận lợi giao thông;
mua bán thuận tiện), chỉ tiêu về môi trƣờng (Không bị ô nhiễm nguồn nƣớc, đất và
không khí …), chỉ tiêu xã hội (gần các khu đông dân cƣ), địa hình…
- Các chỉ tiêu này phục vụ cho việc thu thập các dữ liệu đầu vào hay chính là các
bản đồ xuất phát đầu tiên. Qua các chức năng phân tích không gian của GIS, chúng ta

sẽ có các thông tin cần thiết hay là bản đồ chiết xuất.
- Việc xác định chỉ tiêu luôn phải đảm bảo các yếu tố sau:


22
+ Bộ tiêu chí hoàn chỉnh (không có chỉ tiêu quan trọng nào bị bỏ sót);
+ Không có tiêu chí dƣ thừa (có thể là tiêu chí không quan trọng hoặc tiêu
mà ở đó các phƣơng án thay thế đều bình đẳng);
+ Các tiêu chí phải độc lập với nhau (không lặp lại).
2.1.2. Phân khoảng các chỉ tiêu
Là việc phân ra làm các nhóm chỉ tiêu, các chỉ tiêu có tầm quan trọng khác nhau
đối với một mục đích nhất định và trong từng chỉ tiêu, mức độ thích hợp cũng khác
nhau. Vì vậy mà chúng phải đƣợc xếp theo thứ tự cho một mục đích riêng biệt. Có 2
cách tiếp cận để thực hiện sự phân hạng này là cách tiếp cận kiểu Boolean và cách tiếp
cận kiểu nhân tố phân loại hoặc liên tục.
Cách tiếp cận kiểu Boolean
Cách tiếp cận này dựa trên việc phân vùng ra thành 2 nhóm: vùng thích hợp (giá
trị 1) và vùng không thích hợp (giá trị 0). Ví dụ với chỉ tiêu là bãi chôn lấp rác thải
sinh hoạt phải nằm cách khu dân cƣ đô thị 3 km. Điều đó có nghĩa là những vùng nằm
ngoài khoảng cách 3 km từ ranh giới đô thị là thích hợp, các vùng khác không thích
hợp.
Trong cách tiếp cận này, các chỉ tiêu đều cần đƣợc chuyển sang kiểu giới hạn
Boolean. Cuối cùng chúng đƣợc giải mã thành những bản đồ và chồng ghép để cho ra
các vùng thoả mãn tất cả các giới hạn (các giới hạn còn đƣợc gọi là constraint criteria).
Cách tiếp cận này rất có ích khi chúng ta biết đƣợc mức độ thích hợp trong một vài
mục đích nhất định và thƣờng là đơn giản. Trong trƣờng hợp các chỉ tiêu phức tạp và
có mức độ quan trọng khác nhau thì phƣơng pháp Boolean không thích hợp vì nhƣợc
điểm của nó là xem xét các nhân tố với mức độ quan trọng nhƣ nhau.
Cách tiếp cận nhân tố phân loại hoặc liên tục
Khi các chỉ tiêu có mức độ ảnh hƣởng khác nhau về vấn đề nghiên cứu thì

phƣơng pháp nên sử dụng là theo cách tiếp cận nhân tố phân loại hoặc liên tục.
Nếu các giá trị của các chỉ tiêu thể hiện mức độ biến thiên liên tục và có sự tƣơng
quan rõ ràng với nhau thì một thang tỷ lệ liên tục đƣợc xác lập. Để tạo thang tỷ lệ này
thì dữ liệu giá trị cần đƣợc lập lại tỷ lệ. Phƣơng pháp đƣợc sử dụng là phép định lại tỷ
lệ kiểu tuyến tính:
xi = (xi – xmini)/(xmaxi - xmini )
(2.1)
xi
Định lại điểm số của nhân tố i;
Xi
Điểm gốc;
Xmmi:
Điểm nhỏ nhất;
Xmaxi : Điểm lớn nhất.
Khi điểm số có giá trị tỷ lệ nghịch với mức độ thích hợp tức là giá trị càng thấp
thì càng có điểm cao thì công thức sẽ đƣợc chuyển thành:
X
i = (xmaxi - xi) /( xmaxi - xmini)


23
Ví dụ nhƣ khoảng cách từ điểm chôn lấp rác thải đến đƣờng giao thông càng gần
thì điểm càng cao để thuận tiện cho quá trình vận chuyển rác thải tiết kiệm chi phí vận
chuyển rác.
Nếu các giá trị của các chỉ tiêu là giá trị số liên tục nhƣng không có tƣơng quan
rõ ràng với mức độ thích hợp hoặc khi các giá trị không đƣợc thể hiện dƣới dạng số thì
các giá trị đó có thể đƣợc xếp hạng theo thang tỷ lệ phân loại. Ví dụ nhƣ hiện trạng sử
dụng đất để phân loại: 3 điểm (đất chƣa sử dụng), 2 điểm (đất nông nghiệp hiệu quả
thấp), 1 điểm (đất nhà tạm), 0 điểm (đất sử dụng cho các mục đích khác – thích hợp).
Phân loại nhƣ vậy có thể thực hiện cho bất kỳ nhân tố nào để làm cho chúng có

thể so sánh đƣợc với nhau.
2.1.3. Tổng hợp các dữ liệu đầu vào
Sau khi phân khoảng các chỉ tiêu ta xác định đƣợc các ma trận trọng số đầu vào
bằng cách đánh giá theo các phân nhóm, cần tổng hợp các số liệu so sánh cặp để có số
liệu duy nhất về độ ƣu tiên. Khi số lƣợng các chỉ tiêu nhiều các nhóm chỉ tiêu đƣợc
sắp xếp nhƣ sau: