Nghiên cứu phương pháp tích hợp kỹ thuật phân tích không gian và phân tích thứ bậc mờ trong GIS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

VŨ TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
TÍCH HỢP KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN
VÀ PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ TRONG GIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2021


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

VŨ TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
TÍCH HỢP KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN
VÀ PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ TRONG GIS
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 8 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Đức

THÁI NGUYÊN - 2021

i

LỜI CAM ĐOAN
T i xin

m o n lu n v n l

nh n t i, kết quả
hiểu, nghi n

u

ng tr nh nghi n

lu n v n ho n to n l kết quả
ư i s

hư ng

n

u
t

ri ng

ản th n t i t m

gi o vi n hư ng

n PGS.TS

Đặng Văn Đức.
T i ho n to n hịu tr h nhiệm về tính ph p lý qu tr nh nghi n
kho họ

lu n v n n y.
Thái Nguyên, ngày ...... tháng ....năm 2021
HỌC VIÊN

Vũ Trung Kiên

u


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS .TS Đặng Văn Đức
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm
luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trường Đại học Công
nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Viện
Công nghệ thông tin đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt
quá trình học của mình.
ọc viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo, Ban giám hiệu trường
TH, THCS và THPT Lê Thánh Tông đã tạo điều kiện thuận l i cho học viên
tham gia khóa học và q trình hồn thành luận văn.
Và học viên cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đ ng nghiệp, gia đình và

bạn b những người đã ủng h , đ ng viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ đ học
viên có đư c kết quả như ngày hôm nay.


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Đặt vấn ề...................................................................................................... 1
2. Đối tượng v phạm vi nghi n

u................................................................. 2

2.1. Đối tư ng: ................................................................................................. 2
2.2. Phạm vi: .................................................................................................... 3
3. Hư ng nghi n

u

ề t i ........................................................................ 3

4. Những nội ung nghi n

u hính................................................................ 3

5. Phương ph p nghi n

u............................................................................... 4

6. Ý nghĩ kho họ

ề t i .......................................................................... 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỢ GIÚP QUYẾT
ĐỊNH TRÊN CƠ SỞ GIS VÀ LOGIC MỜ.......................................... 5
1.1. Kh i qu t về GIS ........................................................................................ 5
1.1.1. Định nghĩa GIS ....................................................................................... 5
1.1.2. Lịch sử phát tri n của GIS ...................................................................... 6
1.2. Kiến trú

GIS...................................................................................... 7

1.2.1. Phần cứng: .............................................................................................. 7
1.2.2. Phần mềm................................................................................................ 7
1.2.3. Cơ sở tri thức chuyên gia:....................................................................... 8
1.2.4. Cơ sở dữ liệu:.......................................................................................... 8
1.3. C

h

n ng

GIS .............................................................................. 9

1.3.1. Thu thập dữ liệu .................................................................................... 10

1.3.2. Xử lý dữ liệu thô .................................................................................... 11


4

1.3.3. Lưu trữ và truy vấn dữ liệu ................................................................... 11
1.3.4. Tìm kiếm và phân tích khơng gian ........................................................ 11
1.4. Các phép phân tích khơng gian trong GIS ............................................... 16
1.4.1. Ch ng lớp bản đ (Overlay)
...............................................................................16
1.4.2. Phân tích địa hình
..............................................................................................18
1.4.3. Truy vấn, phân loại, đo đạc
................................................................................18
1.4.4. Phân tích lân
cận.................................................................................................18
1.4.5. N i suy ................................................................................................................19

1.5. Kh i qu t về logi mờ .............................................................................. 19
1.5.1. Khái niệm về tập rõ và tập
mờ...........................................................................20
1.5.2. Hàm thu c ..........................................................................................................21

1.5.3. M t số đặc trưng của tập mờ ............................................................... 23
1.5.4. Các phép toán trên tập mờ.................................................................... 24
1.5.5. Biến ngôn ngữ (Liguistic Variable) ..................................................... 25
1.6. Ứng ụng logi mờ trong GIS ................................................................. 26
CHƯƠNG II: TÍCH HỢP FAHP VÀ PHÂN TÍCH KHƠNG GIAN...... 27
2.1. Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp (AHP) ....................................................... 27
2.1.1. Giới thiệu thuật tốn A P .................................................................... 27

2.1.2. Phân rã m t tình huống phi cấu trúc thành các phần nhỏ ................... 27
2.1.3. Xây dựng cây phân cấp A P ................................................................ 27
2.1.4. Xây dựng ma trận đánh giá so sánh các chỉ tiêu .................................. 29
2.1.5. Tính tốn trọng số ................................................................................. 30
2.1.6. Tỷ lệ nhất quán trong A P ................................................................... 32
2.1.7. Tổng h p kết quả................................................................................... 34
2.2. Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp mờ (FAHP) .............................................. 34
2.2.1. Số mờ tam giác và giá trị mờ của biến ngôn ngữ trong so sánh cặp .........
35
2.2.2. Tích h p A P và lý thuyết tập mờ ........................................................ 37
2.2.3. Kỹ thuật phân tích mờ khoảng r ng...................................................... 38


5

2.3. Tí h hợp FAHP v phép to n xếp hồng (m p overl y) ......................... 39


6

2.3.1. Khái quát về xếp ch ng bản đ
..........................................................................39
2.3.2. Các phương pháp trong xếp ch ng bản đ .......................................................41
2.4. M t số phép toán cơ bản trong Overlay................................................................43
2.4.1. Phép h p (Union)................................................................................................43
2.4.2. Phép giao (Intersect)...........................................................................................43
2.4.3. Phép đ ng nhất (Indentity)
.................................................................................44
2.5. M t số thuật toán cơ bản xếp ch ng bản đ ........................................................44

2.5.1. Thuật toán giao hai đoạn thẳng (Bentley – Ottmann) .......................... 44
2.5.2. Thuật toán giao của hai đa
giác.........................................................................48

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM ..................... 54
3.1. X

ịnh

i to n ..................................................................................... 54

3.2. Thu th p ữ liệu thuộ tính v

ữ liệu kh ng gi n vùng nghi n

u ...... 55

3.2.1. Vị trí địa lý: ........................................................................................... 55
3.2.2. Địa hình: ............................................................................................... 55
3.2.3. Các đơn vị hành chính: Gồm 6 phường v 15 xã. ................................ 56
3.2.4. Diện tích đất:......................................................................................... 56
3.2.5. Dân số: .................................................................................................. 58
3.2.6. Khí hậu:................................................................................................. 58
3.2.7. Thủy văn ................................................................................................ 59
3.2.8. Điều kiện địa chất cơng trình, địa chất thủy văn .................................. 60
3.2.9. Các ngu n tài nguyên............................................................................ 63
3.2.10. Tài nguyên du lịch và văn hóa ............................................................ 66
3.2.11. Cơ sở hạ tầng ...................................................................................... 68
3.2.11. Dữ liệu về yêu cầu kỹ thuật của cây cam............................................ 68
3.2.12.

iện trạng về tình hình quy hoạch đất tr ng cam hiện nay trên địa

bàn Đông Triều ....................................................................................... 70
3.3. Môi trường v

ng ụ sử ụng ể x y

ng hương trình .............. 71

3.3.1. Xác định các tiêu chí đ đánh giá vùng đất thích h p.......................... 71
3.3.2. Các cơng cụ sử dụng trong chương trình thực nghiệm ........................ 75


7

3.3.3. Xây dựng chương trình thực nghiệm .................................................... 75
3.3.4. Các chức năng chính của chương trình................................................ 75
3.3.5. Kết quả phân tích các chỉ tiêu............................................................... 76
3.4. X

ịnh

khu v

tiềm n ng ............................................................. 78

3.5. Đ nh gi kết quả thu ượ ....................................................................... 79
KẾT LUẬN .................................................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 81

vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
GIS (Geogr phi Inform tion System): Hệ thống th ng tin ị lý
MCA ( Multi – Criteria Analysis): Kỹ thu t ph n tí h

hỉ ti u

MCE ( Multi Criteri Ev lu tion): Kỹ thu t

hỉ ti u

nh gi

AHP ( Analytic Hierar hy Pro es): Thu t to n ph n tí h ph n ấp
FAHP (Fuzzy Analytic Hierarchy Proces): Qu tr nh ph n tí h ph n ấp mờ
CSDL: Cơ sở ữ liệu
DBMS: Hệ quản trị ơ sở ữ liệu


8

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. – So sánh mơ hình dữ liệu Vector và Raster................................................16
Bảng 1.2. - Các tính chất phép toán t p hợp.................................................................25
Bảng 1.3. - Các phép toán v i biến ngôn ngữ ..............................................................26
Bảng 2.1. - Th ng iểm so sánh các chỉ tiêu ................................................................29
Bảng 2.2. - Chỉ số ng u nhiên RI..................................................................................33

Hình 2.3. - Số mờ tam giác ..........................................................................................35
Bảng 2.3. - Biến ngôn ngữ và giá trị mờ c a biến ngôn ngữ trong so sánh
cặp..........36
Bảng 3.1. - Bảng tổng hợp sử dụng ất theo

gi i oạn..........................................58

Bảng 3.2. - Hiện trạng tiềm n ng kh i th

hồ ch

Bảng 3.3. - Bảng

nư c ..................................62

nh gi

hất lượng nguồn nư c ngầm..........................................62

Bảng 3.4. - Bảng thống k

ất lâm nghiệp thị xã Đ ng triều ...................................63

Bảng 3.6. - Các chỉ tiêu l a chọn ị

iểm thích hợp trồng cam Thị xã Đ ng Triều
72


9

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 - Lịch sử phát triển c a GIS. ........................................................................6
Hình 1.2 - Kiến trúc hệ thống th ng tin ịa lý.............................................................. 7
Hình 1.3 - Tầng bản ồ...................................................................................................9
Hình 1.4 - Mơ hình ch

n ng

a GIS.........................................................................9

Hình 1.5 - Cấu trúc dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính ..................................11
Hình 1. 6 - Mơ hình raster và vector.............................................................................12
Hình 1.7 - C

ối tượng iểm trong GIS ....................................................................13

Hình 1.8 - C

ối tượng dạng ường trong GIS......................................................14

Hình 1.9 - C

ối tượng dạng vùng trong GIS ........................................................14

Hình 1.10 - Cấu trúc dữ liệu vector ............................................................................15
Hình 1.11 - Cấu trúc dữ liệu raster ..............................................................................15
Hình 1.12 - Chồng xếp ại số hai l p dữ liệu raster.....................................................17
Hình 1.13 - Hàm thuộc tam giác...................................................................................22
Hình 1.14 - Hàm thuộc hình thang ...............................................................................22

Hình 1.15 - Hàm thuộc hình L .....................................................................................22
Hình 1.16 - Hàm thuộc hình Sin ...................................................................................23
Hình 1.17 - Đường biên c

gi ............................................................................27

Hình 2.1 - Mơ hình phân cấp th b c AHP ..................................................................28
Hình 2.2. - Ví dụ về mơ hình phân cấp th b c AHP .................................................28
Hình 2.3. - Số mờ tam giác ..........................................................................................35
Hình 2.4. - Số mờ tương ng c a các biến ngơn ngữ..................................................36
Hình 2.5. - Độ o khả n ng

.........................................................................39

Hình 2.6. - Nguyên lý khi xếp chồng các bản ồ .....................................................40
Hình 2.7. - Việc xếp chồng các bản ồ theo phương ph p ộng............................40
Hình 2.8. Ví dụ trong việc xếp chồng các bản ồ .....................................................40
Hình 2.9. Xếp chồng 2 l p bản ồ ..........................................................................41
Hình 2.10. Minh họa Raster Overlay ......................................................................41
Hình 2.11 - Xếp chồng iểm v

gi ..................................................................42


10

Hình 2.11- Xếp chồng oạn v
Hình 2.12- Xếp chồng

gi

gi
v

...................................................................42
gi

...............................................................43

Hình 2.13- Phép hợp trong giác...............................................................................43
Hình 2.14 - Phép giao trong Overlay ......................................................................44
Hình 2.15 - Phép ồng nhất trong Overlay.............................................................44
Hình 2.16 - Minh hoạ thu t tốn qt dịng............................................................45
Hình 2.17 - Cấu trúc cây nhị phân dịng .................................................................46
Hình 3.1 - Sơ ồ ph n vùng ịa hình thị xã Đ ng Triều..............................................56
Hình 3.2 - Sơ ồ mạng lư i sơng ngịi thị xã Đ ng Triều ...........................................60
Hình 3.3 - Sơ ồ phân bố

iểm i tí h tr n ịa bàn thị xã Đ ng Triều...............67

Hình 3.4 - Giao diện chính c

hương tr nh ...............................................................76

Hình 3.5: Giao diện ch
.....................76

n ng ph n tí h hỉ tiêu và chồng ph bản ồ

Hình 3.8 - Tính iểm cho chỉ ti u "Đường giao thơng chính", màu càng sáng (càng

gần ường gi o th ng iểm càng cao).......................................................77
Hình 3.9 - Tính iểm cho chỉ ti u "Đất trồng trọt", các khu v c thuộc quy hoạ h ất
trồng trọt (vùng m u x nh) iểm càng
cao.................................................78
Hình 3.10 - Tính iểm cho chỉ ti u "Độ dố ất", các khu v c thuộ vùng ất ó ộ
dốc vừa phải (vùng màu hồng) iểm càng cao...........................................78
Hình 3.11 - Các khu v c thích hợp..............................................................................79


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hệ thống th ng tin

ị

lý (Geographic Information System - gọi tắt

là GIS) ượ h nh th nh v o những n m 1960 v ph t triển mạnh mẽ tr n ơ
sở ph t triển

kho họ m y tính, ượ

ng nh kho họ

ng ụng rộng rãi trong nhiều

ó li n qu n ến xử lý ữ liệu kh ng gi n th ng qu

n ng thu th p, quản lý, truy vấn, ph n tí h v tí h hợp

th ng tin ượ gắn

v i một nền ản ồ số nhất qu n tr n ơ sở toạ ộ
vào. Thông tin địa lý
liệu

h

ữ liệu ản ồ ầu

o gồm ữ liệu về ề mặt Tr i ất v

iễn giải ữ

o gồm h i loại ữ liệu: kh ng gi n (spatial data) và phi không gian

(non-spatial data), h y "ở
GIS l hệ thống ph
ng kh

u?" v " i g ?".
tạp, nó

o gồm nhiều mo un phần mềm, phần

nh u, nhằm phụ việ thu th p xử lý ữ liệu thống k v

ữ liệu

kh ng gi n, ph n tí h ữ liệu kh ng gi n v tr nh iễn hiệu quả ữ liệu kh ng
gi n... Phép ph n tí h ữ liệu kh ng gi n trong GIS rất phong phú: từ t m
ường i tối ưu, t m kiếm vùng ệm ho ến

th o t

ph

tạp như xếp

hồng ản ồ…
Một trong những ng ụng qu n trọng m GIS m ng lại là giải quyết
toán l

họn ị

iểm tối ưu. Để th

người r quyết ịnh phải sử ụng
hợp v i một phương ph p
ị

iểm ư r

lĩnh v

l

iều n y th ng thường

ng ụ ph n tí h ữ liệu

GIS kết

nh gi hỗ trợ r quyết ịnh n o ó. Việ
họn tối ưu thường phải

v o

nh gi

huy n gi

li n qu n.

Đối v i GIS,
kh ng hắ

ểl

hiện ượ

i

ữ liệu thu th p thường kh ng ầy

hắn v m p mờ, iều ó

, kh ng rõ r ng,

n ến ữ liệu v th ng tin trong GIS

ữ liệu “không rõ ràng” h y ữ liệu “mờ”.
Kh i niệm “không rõ ràng - mờ” l một ặ trưng vốn ó

lý v

ó thể sinh r

o: Th ng tin tương ng v i húng kh ng ầy

hiện kh ng ổn ịnh khi thu th p, t p hợp

ữ liệu ị
; s xuất

ữ liệu thuộ tính và việ sử


ụng

iễn tả ịnh tính ối v i

giữ

húng. C

gi trị thuộ tính v

mối qu n hệ

hệ GIS thường kh ng sẵn s ng ho việ xử lý v i

mờ v thế ần phải ó s mở rộng ả về m h nh ữ liệu,

ữ liệu

phép to n v l p

lu n ể giải quyết v i ữ liệu mờ trong GIS l m ho hệ thống trở l n mềm
ẻo hơn trong việ giải

i to n kh ng gi n m

ữ liệu

húng l

ữ liệu ạng mờ.
Hiện n y, quy tr nh ph n tí h th
hỗ trợ r quyết ịnh
trong ó ó

ng ụ

hỉ ti u, ã ho thấy nhiều ng ụng trong th

tế,

vấn ề li n qu n ến ữ liệu kh ng gi n kết hợp v i GIS. Tuy

nhiên nếu hỉ ơn thuần sử ụng
(AHP) th

(AHP), v i v i trị l một

phương ph p ph n tí h

ó thể ho t kết quả kh ng hính x

iểm hung
ph n tí h th

vấn ề li n qu n ến

nh gi

ổ iển

khi m tính mờ l một ặ

i to n r quyết ịnh. Qu tr nh

mờ (FAHP) ã ượ ph t triển ể th y thế AHP giải quyết

vấn ề n y. Nó ho phép người r quyết ịnh iễn ạt tính xấp xỉ hoặ gần
úng

yếu tố ầu v o sử ụng

ư r xếp hạng

phương n.

Việ giải quyết

i to n l

một phương ph p ph n tí h
quyết

số mờ ể tính to n, tổng hợp trọng số ể
họn một ị

iểm tối ưu ần phải ư r

nh gi m i m khi kết hợp v i GIS ể giải

i to n sẽ ho t kết quả tin

y hơn. Đ y hính l lý o họ vi n họn

ề t i "Nghiên cứu phương pháp tích hợp kỹ thuật phân tích khơng gian
và phân tích thứ bậc mờ trong GIS".
Mụ ti u nghi n

u phương ph p tích hợp kỹ thuật phân tích khơng

gian và phân tích thứ bậc mờ trong GIS trong việ hỗ trợ x

vùng ất thí h hợp ể ph t triển một số loại

ịnh những

y trồng.

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Đối tượng:
Hệ thống th ng tin ị lý (GIS), logi mờ v

ng ụng logi mờ trong

GIS, tí h hợp ph n tí h ph n ấp mờ FAHP v phép to n xếp hồng (m p
overlay)


2.2. Phạm vi:
Đề t i ừng ở m
ph n tí h th

nghi n

u tí h hợp kỹ thu t ph n tí h kh ng gi n v

mờ trong hệ thống th ng tin ị lý ể

một vùng ất ho ph t triển một số loại

nh gi

ộ thí h hợp

y trồng

3. Hướng nghiên cứu của đề tài
- Nghi n

u hệ thống th ng tin ị lý, ng ụng hệ thống th ng tin ị

lý trong quản lý t i nguy n v m i trường.
- Nghi n

u quy tr nh ng ụng GIS v phương ph p ph n tí h

ti u sử ụng logi mờ ể x
- Kết hợp nghi n

ịnh vùng ất thí h hợp v i

y trồng.

u v i thử nghiệm giúp việ nghi n

hư ng, ó tính thuyết phụ

hỉ

u ượ

úng

o.

4. Những nội dung nghiên cứu chính
Lu n v n ượ tr nh

y hi tiết trong 3 hương, ó phần mở ầu, phần

kết lu n, phần mụ lụ , và t i liệu th m khảo. C
v n ượ tr nh

nội ung ơ ản

lu n

y theo ấu trú như s u:

Phần mở đầu: N u lý o họn ề t i v hư ng nghi n

u hính

Chương 1. Tổng qu n về hệ thống trợ giúp quyết ịnh tr n ơ sở GIS
v logi mờ
1. Kh i qu t về GIS
2. Các phép tốn phân tích khơng gian trong GIS
3. Kh i qu t về logi mờ
4. Ứng ụng logi mờ trong GIS
Chương 2. Tí h hợp FAHP v ph n tí h kh ng gi n
1. Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp (AHP)
2. Tiến tr nh ph n tí h ph n ấp mờ (FAHP)

3. Tí h hợp FAHP v phép to n xếp hồng (m p overl y)
Chương 3. X y
1. X

ịnh

ng ng ụng thử nghiệm
i to n

2. Thu th p ữ liệu thuộ tính v

ữ liệu kh ng gi n vùng nghi n

u


3. M i trường v

ng ụ sử ụng ể x y

ng hương tr nh

4. Ph t triển hương tr nh
5. Đ nh gi kết quả thu ượ
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa và tổng hợp: Kế thừ v tổng hợp

lý thuyết

về hệ thống trợ giúp quyết ịnh tr n ơ sở GIS v logi mờ, t m hiểu các tài

liệu về một số

i to n ng ụng tí h hợp FAHP v ph n tí h kh ng gi n. Từ

ó m h nh hó

ữ liệu, x y

ng hệ thống,

i ặt thử nghiệm v

nh gi

kết quả.
- Phương pháp chuyên gia: Th m khảo ý kiến huy n gi , gi o vi n
hư ng

n về

tiến ộ th

vấn ề nghi n

hiện v

u ể ós

úng mụ ti u nghi n

u

iều hỉnh kịp thời ảm ảo
lu n v n.

- Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu
- Phương pháp thực nghiệm, điều tra thực địa: Điều tr th
kiểm h ng kết quả nghi n

tế v

u.

6. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Đư r quy tr nh sử ụng hệ thống th ng tin ị lý GIS v phương ph p
tí h hợp kỹ thu t ph n tí h kh ng gi n v ph n tí h th

mờ v o việ

gi

họn

ộ thí h hợp ối v i

phù hợp v i từng mụ
- Ý nghĩ th
phương n l
tr n ị

họn

vùng ất kh

nh u từ ó l

nh

vùng ất

í h sử ụng.
tiễn

ềt il x

l p ơ sở kho họ v

vùng ất thí h hợp ể ph t triển một số loại

n Thị xã Đ ng Triều - tỉnh Quảng Ninh

ề xuất
y cam


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỢ GIÚP QUYẾT ĐỊNH
TRÊN CƠ SỞ GIS VÀ LOGIC MỜ
1.1. Khái quát về GIS
1.1.1. Định nghĩa GIS

Hiện ó nhiều ịnh nghĩ về GIS tùy thuộ v o
người ùng, ư i

yl

h tiếp

n v i GIS

ịnh nghĩ h y ượ sử ụng:

* Theo Hiệp hội quang trắc và viễn thám Mỹ
Hệ thống th ng tin ị lý (GIS) l một hệ thống th ng tin ó thể mã hó ,
lưu trữ, iến ổi, ph n tí h v hiển thị th ng tin ị lý.
* Theo NCGIA-Core Curriculum in Geographic Information Science
Hệ thống th ng tin ị lý (GIS) l một hệ thống ho ầu v o, lưu trữ,
th o t

v

ầu r

th ng tin ị lý.

* Theo Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI, Mỹ:
GIS l

ng ụ tr n ơ sở m y tính ể l p ản ồ v ph n tí h những

ng tồn tại v

th o t

i

s kiện xảy r tr n Tr i Đất. C ng nghệ GIS tí h hợp

CSDL như truy vấn v ph n tí h thống k v i lợi thế qu n s t v

ph n tí h thống k

ản ồ,

khả n ng n y ph n iệt giữ GIS v i

thống th ng tin kh , nó ó khả n ng th

hiện th o t

hệ

kh ng gi n.

Từ các định nghĩa trên có thể hiểu về GIS một cách khái quát như sau:
Hệ thống th ng tin ị lý (Geogr phi Inform tion Systems - GIS) là các
hệ thống

tr n m y tính ượ thiết kế ể hỗ trợ việ thu th p, quản lý, v n

ụng, ph n tí h, m h nh hó v hiển thị ữ liệu ó th m hiếu kh ng gi n tại
thời iểm kh

nh u.

Ứng dụng của GIS được chia thành ba lĩnh vực chính:
Các ứng dụng về kinh tế xã hội: quy hoạ h

thị v vùng,

ng ký ị

hính, khảo ổ họ , t i nguyên thiên nhiên.
Các ứng dụng môi trường: L m nghiệp, kiểm so t h y v

ị h ệnh.


Các ứng dụng trong quản lý: Tổ h

mạng ường ống v

kh như iện, iện thoại, ịnh hư ng thời gi n th

ị h vụ

ho tầu thuyền, m y

y, t

....
1.1.2. Lịch sử phát triển của GIS

GIS ượ h nh th nh từ những n m 70
nh nh ùng v i s ph t triển
nh th nh tr n

v ph t triển rất

ng nghệ th ng tin. Đầu ti n GIS hỉ h

n quy m nhỏ ó li n qu n ến ản ồ v

ầu h yếu sử ụng ể hiển thị ản ồ v
ng ụng kh

thể kỷ trư

nh u

ng nghệ

n

th ng tin li n qu n s u ó một số

GIS ượ kh i ph như ph n tí h hỏi

p tạo

ạng

ản ồ huy n ề...

Từ những hệ GIS ơn lẻ, GIS ph t triển l n ở ấp
việ theo nhóm, GIS l m việ trong
những ầu
ó hiệu quả

thế kỷ 21

o hơn như: GIS l m

xí nghiệp, GIS tr n mạng v

ng nghệ We GIS ph t triển m ng lại s

o kh ng hỉ ho

hết người sử ụng ần th m khảo

nh

huy n m n về ản ồ m

ến

ng ụng
ối v i hầu

th ng tin li n qu n t i lãnh thổ. Trong

tương l i kh ng x GIS ph t triển ể ó thể

i ặt v tải tr n

t y, thiết ị nhúng.

Hình 1.1 - Lịch sử phát tri n của GIS.

thiế ị ầm


1.2. Kiến trúc của GIS
Theo Viện nghi n u hệ thống m i trường Mỹ - ESRI th kiến trú
GIS ượ iểu iễn như Hình 1.2
Nhà tổ

Người sử dụng
Phần mềm

Nhà Quản

HỆ THỐNG

Dữ

liệu

khơng

Thơng tin thuộc
Phần cứng

Hình 1.2 - Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý

1.2.1. Phần cứng:
L tất ả những g m một hệ thống ó thể v n h nh ượ . Phần ng
oh m
m y tính (Server/workst tion), thiết ị lưu trữ, m y in, m y
quét, m y vẽ,
thiết ị truyền th ng...
1.2.2. Phần mềm
B o gồm h i loại (phần mềm hệ thống v phần mềm ng ụng). Hiện
n y tr n thị trường tồn tại nhiều hệ mềm kh nh u trong lĩnh v GIS như:
Ar Info, M pinfo, GeoMe i , GeoCon ept, C r Corp,... Mỗi phần mềm n y
ều ượ tr ng ị
ng ụ hữu hiệu ể th hiện
h n ng
GIS.
Mụ ti u hính
GIS l sử ụng
ng ụ phần mềm ể tạo r một
hệ thống ó tính tương t
o. Phần mềm ng ụ
GIS ần p ng ượ
y u ầu:
- Nhập và kiểm tra dữ liệu: o gồm tất ả
khí ạnh về iến ổi
ữ liệu ã ở ạng ản ồ trong lĩnh v qu n s t v o một ạng số tương thí h.
- Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu: ề p ến phương ph p kết nối
th ng tin vị trí v th ng tin thuộ tính
ối tượng ị lý.

- Xuất dữ liệu: ữ liệu ư r l
o o kết quả
qu trình phân
tí h t i người sử ụng ó thể l ản ồ, lưu ồ, iểu ồ ….
- Biến đổi dữ liệu: nhằm khắ phụ lỗi từ ữ liệu v
p nh t ữ liệu, ó
thể ượ th hiện tr n th ng tin ị lý v th ng tin thuộ tính một
ht h
iệt nhưng ũng thể tổng hợp ả hai.
- Tương tác với người dùng: gi o iện người ùng ượ thiết kế phụ
thuộ v o mụ í h sử ụng
từng ng ụng.
1.2.3. Cơ sở tri thức chuyên gia:
L t p hợp
tri th
lãnh ạo, nh quản lý,
kiến th
huy n
ng nh v kiến th

ng nghệ th ng tin. T p hợp

sẽ quyết ịnh m h nh ng ụng
trợ quyết ịnh
lại

GIS, x

hệ thống,

ư

GIS, x

tri th
ịnh ượ

ịnh ượ nội ung ấu trú
v phương th

ũng như m

huy n gi n y
h

n ng hỗ

hợp phần òn
ầu tư x y

ng

v v n h nh hệ thống.
1.2.4. Cơ sở dữ liệu:
L nơi tổ h

v lưu trữ ữ liệu ( ả ữ liệu kh ng gi n v

thuộ tính) nhằm ung ấp một

h hiệu quả

truy vấn từ phí người sử ụng. Việ tổ h
hỏi s thống nhất

huẩn trong việ tổ h

v x y

ng ơ sở ữ liệu òi

ng ụng th

tế v tu n th

ng ơ sở ữ liệu.

- Cơ sở dữ liệu khơng gian: M tả

tính hất ị lý (h nh ạng, vị trí…).

- Cơ sở dữ liệu thuộc tính: M tả
C

th ng tin từ nó ho

v x y

o từ kh u thiết kế ến

ữ liệu

thuộ tính

ối tượng ị lý.

ặ trưng ị lý ượ lưu trữ v o ơ sở ữ liệu, GIS sử ụng ơ sở ữ

liệu ị lý h

th ng tin kh ng gi n v

th ng tin thuộ tính ượ li n

kết hặt hẽ v i nh u.
GIS lưu trữ th ng tin thế gi i th

ằng

ồ l t p ữ liệu m tả ùng một tính hất

tầng (l yer) ản ồ, tầng ản
vị trí trong vùng ị lý. Chỉ

ó một loại th ng tin xuất hiện tại mỗi vị trí trong một tầng ản ồ v thế ó
o nhi u loại th ng tin sẽ ần ó ấy nhi u tầng ản ồ.
Giả sử t

ó vùng qu n s t thế gi i th

như Hình 1.3


Hình 1.3 - Tầng bản đ

Tùy thuộ theo y u ầu v mụ
ến những th ng tin kh

í h mà mỗi người sử ụng sẽ quan tâm

nh u. Việ t h ản ồ th nh từng tầng tuy ơn

giản nhưng lại mềm ẻo v hiệu quả, húng ho khả n ng giải quyết rất nhiều
vấn ề về thế gi i th
hoạ h

từ theo õi iều h nh gi o th ng ến khả n ng quy

thị h y ph n vùng kh h h ng…

1.3. Các chức năng của GIS

Mụ

í h hung

GIS th

hiện

- Thu th p ữ liệu

- Th o t

- Hỏi

- Hiển thị,

p, ph n tí h ữ liệu

Ta có thể hi nhóm h
h

nhiệm vụ s u:
ữ liệu
o

- Quản lý ữ liệu

o - C ng ố ữ liệu

n ng ho một hệ thống GIS bao gồm 5 nhóm

n ng ơ ản (Hình 1.4)

Hình 1.4 - Mơ hình chức năng của GIS


1.3.1. Thu thập dữ liệu

Trư khi ữ liệu ị lý ó thể ượ
ượ

ùng ho GIS, ữ liệu n y phải

huyển s ng ạng số thí h hợp. Qu tr nh huyển ữ liệu từ ản ồ giấy,
ảng thống k m tả,
phiếu iều tr ,
t i liệu về ảnh,.. s ng
file

ữ liệu ạng số ượ gọi l qu tr nh số ho .
C ng nghệ GIS hiện ại ó thể th
tr nh n y v i ng nghệ quét ảnh ho
hơn òi hỏi một số qu tr nh số ho th

hiện t

ộng hoặ

nt

ộng qu

ối tượng l n; những ối tượng nhỏ
ng ( ùng n số ho hoặ số hó

tr n nền ảnh).
1.3.1.1. Thu thập dữ liệu không gian
Dữ liệu kh ng gi n ó ượ từ nhiều nguồn kh

gian ó thể thu th p từ
ngo i th
tr n

ị , từ ảnh m y

nh u. Dữ liệu kh ng

ạng ản ồ giấy ã ượ sản xuất. Từ việ
y, ảnh vệ tinh, từ

o ạ

sản phẩm ượ sản xuất

trạm o vẽ ảnh số. Dữ liệu kh ng gi n ũng ó thể ượ kết xuất, kế

thừ từ

hệ thống phần mềm GIS kh , từ

khu n ạng ữ liệu kh .

1.3.1.2. Thu thập dữ liệu thu c tính:
Dữ liệu thuộ tính ượ thu th p từ rất nhiều nguồn ữ liệu. C
ữ liệu
iều tr ơ ản,
ảng iểu, số liệu thống k ,
sản phẩm ượ tính to n
xử lý từ hính ữ liệu kh ng gi n, sản phẩm giải o n từ ảnh vệ tinh, ảnh

h ng kh ng, iều tr ngo i th
ị v nhiều nguồn ữ liệu ượ kết xuất từ
hệ thống th ng tin kh .
Đ y l nhiệm vụ mất thời gi n v tốn kém kinh phí nhưng l

ng việ

qu n trọng nhất trong qu tr nh ph t triển hệ thống GIS.
1.3.1.3. Cách thu thập dữ liệu cho GIS
- Thu thập dữ liệu trực tiếp: Dữ liệu ượ thu th p tr
trường th ng qu

o ạ , khảo s t.

- Thu thập dữ liệu gián tiếp: Thu th p ữ liệu từ
nh u,

tiếp từ m i

nguồn ữ liệu ó thể l

nguồn ữ liệu kh

ản ồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh viễn th m... việ

thu th p th

hiện th ng qu tiến tr nh số hó

giấy hoặ

nguồn ữ liệu kh . Sau khi ữ liệu ã ượ số hó GIS sẽ tiến

h nh soạn thảo nhằm sử lỗi hoặ
thống ó thể nh n

nh.

ổ sung v

ối tượng ve tor từ ản ồ
ặt t n ho

ặ trưng ể hệ


1.3.2. Xử lý dữ liệu thô
Dữ liệu ã ượ thu th p l
liệu n y. Các thao t

ữ liệu th GIS sẽ th

hiện xử lý ho

xử lý ữ liệu th như tạo l p

ữ

ấu trú topo ho ữ

liệu, ph n l p ảnh, R ster hó hoặ Vetor hó nếu ần thiết, nội suy lư i tế
o, t m gi
th o t

hó , t i ph n l p v
xử lý ữ liệu th l kh

iến ổi hiếu ản ồ. M

ộ th

hiện

nh u tùy thuộ theo y u ầu v mụ

í h

ng ụng GIS.
1.3.3. Lưu trữ và truy vấn dữ liệu
Đối v i những
ạng

n GIS nhỏ, ó thể lưu trữ

file ơn giản. Tuy nhi n, khi kí h ỡ ữ liệu trở n n l n v số lượng

người ùng ũng nhiều l n, th

h tốt nhất l sử ụng hệ quản trị ơ sở ữ

liệu (DBMS) ể giúp ho việ lưu trữ, tổ h

v

th ng tin ị lý ư i

v quản lý th ng tin.

Có h i ạng ấu trú

ữ liệu ơ ản trong GIS. Đó l

ữ liệu kh ng gi n

ữ liệu thuộ tính. Đặ

iểm qu n trọng trong tổ h

ữ liệu

ữ liệu kh ng gi n ( ản ồ) v
ơ sở ữ liệu (CSDL) v

GIS l :

ữ liệu thuộ tính ượ lưu trữ trong ùng một

ó qu n hệ hặt hẽ v i nh u như Hình 1. 5

Hình 1.5 - Cấu trúc dữ liệu khơng gian và dữ liệu thu c tính

1.3.4. Tìm kiếm và phân tích khơng gian
Đ y l h n ng óng v i trị rất qu n trọng trong GIS. Nó tạo n n s
mạnh th s
GIS so v i
phương ph p kh . T m kiếm v ph n tí h ữ
liệu kh ng gi n giúp t m r những ối tượng ồ hoạ theo
iều kiện ặt r


h y hỗ trợ việ r quyết ịnh
người ùng GIS. Có rất nhiều
phương
ph p t m kiếm v ph n tí h ữ liệu kh ng gi n,
phương ph p kh nh u
thường tạo r
ng ụng GIS kh nh u.
1.3.3.1. Hi n thị đ họa và tương tác:
V i nhiều th o t tr n ữ liệu ị lý, kết quả uối ùng ượ hiển
thị tốt nhất ư i ạng ản ồ hoặ iểu ồ Bản ồ hiển thị ó thể ượ kết
hợp v i
ản o o, h nh ảnh
hiều, ảnh hụp v những ữ liệu
kh ( phương tiện).
GIS lưu giữ th ng tin về thế gi i th
ư i ạng t p hợp
l p
huy n ề ó thể li n kết v i nh u nhờ
ặ trưng ị lý. Điều n y ơn
giản nhưng v ùng qu n trọng v l một ng ụ
n ng ã ượ h ng

minh l rất ó gi trị trong việ giải quyết nhiều vấn ề th tế.
1.3.3.2. Mơ hình dữ liệu khơng gian
M h nh ữ liệu GIS l
quy tắ ượ sử ụng ể iến ổi
ặ
trưng ị lý
thế gi i th th nh
ối tượng rời rạ .
M h nh ữ liệu kh ng gi n ặ iệt qu n trọng v
h th
iểu iễn
th ng tin sẽ ảnh hưởng ến khả n ng th hiện ph n tí h ữ liệu v khả n ng
hiển thị ồ họ
hệ thống.
H i m h nh ữ liệu kh ng gi n ượ sử ụng phổ iến trong mọi hệ
thống th ng tin ị lý l m h nh ữ liệu r ster v m h nh ữ liệu vector. Cả
m h nh ve tor v r ster ều ượ ùng ể lưu ữ liệu ị lý v i những ưu
iểm, nhượ iểm ri ng. C hệ GIS hiện ại ó khả n ng quản lý ả h i m
hình này như H nh 1.6

Hình 1. 6 - Mơ hình raster và vector