TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖTRỢ QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖTRỢ QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Lê Thanh Bình

TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM HỖ TRỢ QUẢN LÝ VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Đặng Văn Đức

Thái Nguyên - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn “Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng” là công trình nghiên cứu của tôi dưới

sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đặng Văn Đức, tham khảo các nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Lê Thanh Bình

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU 7

1 Lý do chọn đề tài 7

2 Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài 7

3 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng 7

4 Ý nghĩa khoa học 7

5 Phương pháp nghiên cứu 7

TỔNG QUAN 8

NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM 10

1.1 Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS 10

1.1.1 Khái niệm Hệ thông tin địa lý 10

1.1.2 Các thành phần của Hệ thông tin địa lý 13

1.1.3 Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý 16

1.1.4 Hệ thông tin địa lý làm việc như thế nào 18

1.2 Khái quát về viễn thám 23

1.2.1 Định nghĩa 23

1.2.2 Phân loại viễn thám theo bước sóng 23

1.2.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám 24

1.2.4 Ứng dụng của viễn thám 26

1.2.5 Phân loại viễn thám 27

1.2.6 Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám 29

CHƯƠNG 2 TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 31

2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook 31

2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ 32

2.3 Nắn chỉnh dữ liệu bản đồ 39

2.4 Đơn giản hóa dữ liệu không gian 43

2.5 Chồng ghếp bản đồ 44

2.6 Một số thuật toán minh họa 49

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG 55

3.1 Giới thiệu bài toán 54

3.2 Giới thiệu về ArcGIS 54

3.2.1 Giới thiệu về phần mềm ArcGIS 54

3.2.2 Giới thiệu về ArcMap 55

3.3 Vị trí vùng nghiên cứu 57

3.4 Khái quát biến động địa hình vùng nghiên cứu 58

3.4.1 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh 58

3.4.2 Chồng ghép bản đồ 61

3.4.3 Tính diện tích biến động 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình một hệ thống thông tin địa lý 9

Hình 1.2 Các tầng trong GIS 9

Hình 1.3 Các thành phần của GIS 11

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính 12

Hình 1.5 Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện 13

Hình 1.6 Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý 15

Hình 1.7: Các layer 16

Hình 1.8 Dữ liệu biểu diễn dạng Vector 18

Hình 1.9 Dữ liệu biểu diễn dạng Raster 19

Hình 1.10 Biểu diễn dạng vector, raster 19

Hình 1.11 Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất 20

Hình 1.12 Phân loại viễn thám theo bước sóng 22

Hình 1.13 Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm 23

Hình 1.14 Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động 26

Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực 26

Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng 30

Hình 2.2 Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng 30

Hình 2.3 Phần mềm nhập bản đồ qua bàn số hóa 35

Hình 2.4 Số hóa bản đồ 36

Hình 2.5 Minh họa thuật toán Douglas-Peucker 36

Hình 2.6 Chồng ghép dữ liệu 42

Hình 2.7 Chồng ghép đa giác 44

Hình 2.8 Tiến trình phủ đa giác 45

Hình 2.9 Đường và đa giác lệch nhau 46

Hình 2.10 Giao của các đoạn thẳng 48

Hình 2.11 Điểm trong đa giác 49

Hình 2.12 Điểm trong đa giác 49

Hình 2.13 Diện tích đa giác 50

Hình 2.14 Giao 2 đa giác 51

Hình 2.15 Xác định cạnh trong đa giác 52

Hình 2.16 Tách các đa giác kết quả 52

Hình 3.1 Giới thiệu ArcGIS 54

Hình 3.2 Giới thiệu ArcMAP 56

Hình 3.3 Các điểm khống chế được lựa chọn 57

Hình 3.4 Lựa chọn điểm khống chế trên bản đồ vector 58

Hình 3.5 Lựa chọn điểm khống chế tương ứng trên ảnh VT năm 2000 58

Hình 3.6 Thao tác nắn chỉnh 59

Hình 3.7 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 2000 59

Hình 3.8 Nắn chỉnh bản đồ vector theo ảnh vệ tinh năm 1990 60

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ 17

Bảng 1.2 So sánh mô hình Raster và Vector 19

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Công nghệ GIS và viễn thám đã được các nước phát triển trên thế giới phát triển ứng dụng hiệu quả, tại Việt Nam hiện tại công nghệ này mới ở giai đoạn khởi đầu

- Hải Phòng là thành phố có dải bờ biển đẹp và tương đối dài Theo thời gian thì dải bờ biển này có sự biến động Lựa chọn đề tài này để nắm được và chỉ ra sự biến động đó

2 Mục tiêu nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài

Ứng dụng GIS và viễn thám trong việc xác định biến động dải bờ biển Hải Phòng theo thời gian

3 Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng

- Các tài liệu, thông tin có liên quan tới GIS

- Các tài liệu, thông tin liên quan tới xử lý ảnh viễn thám và dữ liệu bản đồ

4 Ý nghĩa khoa học

Thông qua việc sử dụng công nghệ GIS và ảnh viễn thám để hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên

5 Phương pháp nghiên cứu

- Khai thác thông tin từ nhiều nguồn, hệ thống hóa và lựa chọn các thông tin cần thiết

- Tìm hiểu, khảo sát thực tế hiện trạng công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên

- Sử dụng các công cụ thu thập và xử lý ảnh viễn thám, thu thập dữ liệu bản đồ

- Sử dụng phương pháp chuyên gia phân tích và thiết kế hệ thống, xây dựng kiến trúc tổng thể, xây dựng các chi tiết kỹ thuật, nghiên cứu xây dựng

mô hình

TỔNG QUAN

Việt Nam có đường bờ biển dài 3200 km, với khoảng 3000 đảo và khoảng

4000 xã ven biển Cũng giống như nhiều nước Đông Nam Á, phần lớn dân số, công nghiệp, dịch vụ, đầu tư, những thành phố lớn đều nằm ven biển Thành phố Hải Phòng có dải bờ biển dài trên 125 km, thấp và khá bằng phẳng, cấu tạo chủ yếu là cát bùn do 5 cửa sông chính đổ ra biển Có khoảng gần 40% dân số sống trên diện tích 780km2 thuộc các xã, quận, huyện sát biển Khu nội thành được đô thị hóa trên trăm năm nằm ngay cận cửa biển Nam Triệu

Vì vậy, Hải Phòng là địa phương chịu nhiều tác động môi trường do ảnh hưởng của nước biển dâng Xói sạt bờ biển là hiện tượng phổ biến ở ven biển Hải Phòng, kể cả ở bờ các đảo và nhiều đoạn nằm sâu phía trong

và nhiều đoạn bờ nằm sâu phía trong các cửa sông Xói lở các đoạn bờ đảo Cát Hải đã trở thành điển hình cả nước

Đời sống của một bộ phận không nhỏ của những ngư dân sống trong vùng ven biển vẫn còn gặp nhiều khó khăn, trình độ dân trí thấp, phương thức khai thác tài nguyên còn lạc hậu Đây là một nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm tài nguyên biển, và ảnh hưởng sâu sắc đến tình hình kinh tế, chính trị, môi trường sinh thái Đứng trước thực tế đó, việc tìm ra sự thay đổi địa hình dải bờ biển Hải Phòng và các nguyên nhân nhằm giúp các nhà hoạch định chính sách đưa

ra các biện pháp bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên biển là một việc làm hết sức quan trọng và cần thiết

Nghiên cứu về tài nguyên môi trường đã được thực hiện không chỉ dựa trên các phương tiện, công nghệ truyền thống mà đã bắt đầu thực hiện bằng các hệ thống quan sát từ xa đặt trên các vệ tinh nhân tạo hoặc các thiết bị bay

có người điều khiển Công nghệ vũ trụ với các hệ thống thu thập thông tin đa phổ, đa thời gian đã cho phép chúng ta thực hiện các công việc thu thập và tổng hợp dữ liệu một cách nhanh chóng hơn, hiệu quả hơn Việc ứng dụng các công nghệ vũ trụ đã và đang đem lại những hiệu quả to lớn trong việc gìn giữ

và phát triển bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên

Ngày nay, qua thực tế và các công trình nghiên cứu, con người cũng đã nhận thấy tính không ổn định của hệ thống Trái đất với các hiện tượng như lũ lụt, hạn hán, sạt nở đất, các báo động về nguồn nước ngầm,…, do đó, để có thể đưa ra những quyết định cũng như các kế hoạch đúng đắn trong việc sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên biển, thì ngoài các nghiên cứu chuyên đề khác, chúng ta phải đánh giá được thực trạng biến đổi dải bờ biển qua các thời kỳ Vùng biển thành phố Hải Phòng là nơi có sự thay đổi tương đối mạnh về địa chất, đặc biệt dải bờ biển trong những năm gần đây do sự tác động mạnh của thiên nhiên và con người đã có sụ biến động Hiện nay có nhiều phương pháp cũng như cách tiếp cận khác nhau để theo dõi, nghiên cứu sự thay đổi địa hình bờ biển Phương pháp ứng dụng viễn thám và GIS là một trong những phương pháp hiện đại, sử dụng công cụ mạnh có khả năng giúp giải quyết những vấn đề về không gian ở tầm vĩ mô trong một thời gian ngắn và trên một diện tích rộng Từ những quan điểm nêu trên thì việc nghiên cứu và phát triển rộng phương pháp sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám và các dữ liệu địa

lý để tìm hiểu sự thay đổi hiện trạng bờ biển và xem xét các sự thay đổi đó nhằm đưa ra những khuyến cáo phù hợp để tăng cường hơn nữa công tác quản lý dải bờ biển

Nghiên cứu, đánh giá sự thay đổi dải bờ biển qua các giai đoạn khác nhau

đã có nhiều tác giả đề cập trong nhiều các công trình và đề tài nghiên cứu Tuy nhiên việc áp dụng chúng vào những hoàn cảnh cụ thể cũng rất cần được nghiên cứu để tìm ra cách tiếp cận hợp lý cũng như đánh giá khả năng ứng dụng của chúng một cách đúng đắn Từ các lý do như đã nêu, được sự đồng ý của khoa Công nghệ thông tin tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Tích hợp GIS và ảnh viễn thám hỗ trợ quản lý vùng ven biển Hải Phòng”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM

1.1 Khái quát về Hệ thông tin địa lý GIS

1.1.1 Khái niệm Hệ thông tin địa lý

Có nhiều cách hiểu cũng như định nghĩa khác nhau về GIS, song đều có điểm giống nhau như: bao hàm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thông tin quản lý và GIS So với bản đồ thì GIS lưu trữ và biểu diễn dữ liệu hoàn toàn độc lập với nhau GIS cung cấp khả năng quan sát trên các góc độ khác nhau với cùng một tập dữ liệu

Theo cách định nghĩa của dự án The Geographer’s Craft khoa địa lý

trường đại học TEXAS : GIS là cơ sở dữ liệu (CSDL) số chuyên dụng trong

đó hệ trục toạ độ không gian là phương tiện tham chiếu chính GIS gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau :

- Nhập số liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu tổng hợp

từ các nguồn khác

- Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL

- Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hoá bao gồm các dữ liệu thống kê và

dữ liệu không gian

- Lập báo cáo gồm các bản đồ chuyên đề, bảng biểu, kế hoạch

Từ định nghĩa trên cho thấy 3 vấn đề cơ bản của GIS:

- Thứ nhất: GIS có quan hệ với ứng dụng CSDL, toàn bộ thông tin trong GIS đều liên kết với tham chiếu không gian, CSDL GIS sử dụng phép chiếu không gian như phương tiện chính để lưu trữ và xâm nhập thông tin

- Thứ hai: GIS là công nghệ tích hợp, một hệ thống GIS đầy đủ có khả năng phân tích bao gồm phân tích ảnh vệ tinh, ảnh máy bay… hay tạo mô hình thống kê, vẽ bản đồ

- Thứ ba: GIS không chỉ đơn thuần là hệ thống phần cứng, phần mềm rời rạc mà còn sử dụng vào hỗ trợ quyết định

Theo cách định nghĩa của David Cowen (Hoa kỳ): GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp

Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn Để lưu trữ, quản lý các

dữ liệu về thế giới thực cần có một CSDL lớn Khi lưu trữ dữ liệu này cần giảm số lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng các quá trình đơn giản hoá hay trừu tượng hoá Thực chất đó là quá trình tập trung chọn lọc những điểm cơ bản, đặc trưng nhất của đối tượng cần lưu trữ, loại bỏ các chi tiết thừa không cần thiết đồng thời hình tượng hoá đối tượng đó

Hình 1.1 Mô hình một hệ thống thông tin địa lý

Mục tiêu của GIS là: cung cấp cấu trúc một hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn,

mô phỏng… GIS lưu thông tin về thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên

đề (Layer) có khả năng liên kết địa lý với nhau từ các đối tượng có liên quan, khi thể hiện một bản đồ chuyên đề các layer tương ứng được gọi ra

Hình 1.2 Các tầng trong GIS

Ví dụ bản đồ một thành phố có thể được tách thành các layer để hiển thị và lưu trữ dữ liệu như hình trên

Layer địa hình Layer đường Layer nhà ở Layer CTCC

GIS +

trừu tượng hoá Phần mềm

Người sử dụng

Thế giới thực

Kết quả

Hệ thống thông tin địa lý mang lại hiệu quả to lớn trong công tác lập bản

đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

Hiện nay, những thách thức chính mà chúng ta phải đối mặt - bùng nổ dân

số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng Khi xác định một công việc kinh doanh mới (như tìm một khu đất tốt cho trồng chuối, hoặc tính toán lộ trình tối ưu cho một chuyến xe khẩn cấp), GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trước đây không thực hiện được GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề

Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để

sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định

Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS

Vậy có thể hiểu GIS là một tập hợp có tổ chức gồm: phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý, con người được thiết kế để nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, thao tác và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến các vị trí địa lý [1]

1.2 Các thành phần của Hệ thông tin địa lý

GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp Các hợp phần này phải được hợp nhất tốt để phục vụ cho việc sử dụng GIS hiệu quả sự phát triển và tương thích của các hợp phần là một quá trình lập đi, lập lại theo chiều hướng phát triển liên tục Việc trang bị phần cưng, phần mềm thường là những bước dễ dàng nhất và nhanh nhất trong quá trình phát triển một hệ thống GIS Việc thu thập và tổ chức dữ liệu, phát triển nhân sự và thiết lập quy định cho vấn đề sử dụng GIS thường khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn

Hình 1.3 Các thành phần của GIS

Phần cứng

Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng Các thiêt

bị cơ bản gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi như: bàn số hóa, máy quét, máy in và máy vẽ Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng do các hãng khác nhau sản xuất và được kết nối với nhau thành hệ thống phần cứng

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức hệ thống phần cứng máy tính

Phần mềm

Phần mềm GIS rất đa dạng và do nhiều hãng khác nhau sản xuất Hệ thống phần mềm phục vụ cho GIS bao gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ hoạ, các module chương trình cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý và phân tích không gian dễ dàng

và chính xác Dựa trên mục tiêu xây dựng của hệ thống GIS mà lựa chọn các giải pháp đồng bộ cho phần cứng và phần mềm

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý Các thành phần chính trong phần mềm GIS là:

- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)

- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý

- Giao diện đồ hoạ người - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng

Hình 1.5 Phần mềm GIS và các chức năng thực hiện

Dữ liệu

Dữ liệu GIS là phần quan trọng nhất trong một hệ thống GIS Đó là thông tin về các đối tượng của thế giới thực đựơc lưu trong máy tính sau khi được trừu tượng hoá, đơn giản hoá qua các thiết bị phần cứng, phần mềm Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian Dữ liệu không gian

là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nào

đó Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hay cả hai, tùy thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể Dữ liệu phi không gian là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý Trong đó, dữ liệu thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS Dữ liệu GIS quyết định khả năng hoạt động của một hệ thống GIS và được xây dựng tuỳ thuộc mục đích hoạt động của hệ thống Xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS là một đầu tư lớn về thời gian, công sức và tiền bạc do vậy, phần dữ liệu GIS phải được quản lý khai thác một cách an toàn, tiện lợi và hiệu quả

Con người

Con người tham gia vào việc thiết lập, khai thác và bảo trì hệ thống một cách gián tiếp hay trực tiếp Có hai nhóm người quan trọng trực tiếp quyết

Phần mềm thu thập dữ

Giao diện người dùng

Phân tích không gian

Hiển thị báo cáo

Chuyển đổi dữ liệu

Hệ Quản trị CSDL địa lý

định sự tồn tại và phát triển của GIS là người sử dụng và người quản lý sử dụng GIS

Đội ngũ những người sử dụng GIS bao gồm các thao tác viên, kỹ thuật viên hỗ trợ kỹ thuật và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau có sử dụng thông tin địa lý Người sử dụng trở thành một thành phần của GIS khi tiến hành những phép phân tích phức tạp, các thao tác phân tích không gian và mô hình hóa Công việc này yêu cầu các kỹ năng để chọn lựa và sử dụng các công cụ từ hộp công cụ của GIS và có kiến thức về các dữ liệu mang được sử dụng Hiện tại và trong những năm trước mắt, GIS vẫn sẽ phụ thuộc vào người sử dụng có nắm vững kiến thức về những gì họ đang làm chứ không đơn giản chỉ ấn một nút là đủ

Tóm lại, một dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và con người tại mỗi công đoạn phải có kỹ năng tốt

Phương pháp

Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được

mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức

1.3 Các chức năng của Hệ thống thông tin địa lý

Nhập dữ liệu

Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS

Quản lý dữ liệu

Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS Điều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý

dữ liệu, một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý

Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất

Phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian

Xuất dữ liệu

Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên nàm hình hay trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khả năng của các thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in và máy vẽ

Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau

Kỹ thuật xây dựng các chức năng cũng rất khác nhau Sơ đồ sau đây mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS

Hình 1.6 Chức năng của Hệ thống thông tin địa lý

Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực và từ các tài liệu, bản đồ giấy, đôi khi chúng có sẵn dưới dạng số Kết quả ta có tập dữ liệu thô, có nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống Chức năng

xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cấu trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian Kết quả tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc Hệ thống thông tin địa lý phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến dữ liệu diễn giải Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập; đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả các loại dữ liệu

1.4 Hệ thông tin địa lý làm việc như thế nào

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên

đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý Ðiều này đơn giản nhưng

vô cùng quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường phân phối của các chuyến xe, đến lập báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch, hay mô phỏng sự lưu thông khí quyển toàn cầu

Hình 1.7: Các layer

Tham khảo địa lý

Các thông tin địa lý hoặc chứa những tham khảo địa lý hiện (chẳng hạn như kinh độ, vĩ độ hoặc toạ độ lưới quốc gia), hoặc chứa những tham khảo địa

lý ẩn (như địa chỉ, mã bưu điện, tên vùng điều tra dân số, bộ định danh các khu vực rừng hoặc tên đường) Mã hoá địa lý là quá trình tự động thường được dùng để tạo ra các tham khảo địa lý hiện (vị trí bội) từ các tham khảo địa lý ẩn (là những mô tả, như địa chỉ) Các tham khảo địa lý cho phép định vị đối tượng (như khu vực rừng hay địa điểm thương mại) và sự kiện (như động đất) trên bề mặt quả đất phục vụ mục đích phân tích

Mô hình Vector và Raster

Dữ liệu không gian là những mô tả dạng số của hình ảnh bản đồ, gồm toạ

độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên

tờ bản đồ Hệ thống thông tin địa lý dùng dữ liệu không gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi

Bản đồ là bản vẽ thể hiện hình ảnh các đối tượng thực tế trên bề mặt quả đất qua quá trình trừu tượng hay đơn giản hoá đối tượng đó Khi thể hiện các đối tượng đó trên một vị trí không gian trong một hệ trục toạ độ thống nhất GIS sử dụng hai mô hình dữ liệu không gian là: mô hình dữ liệu dạng Vector

và mô hình dữ liệu dạng Raster

Mô hình dữ liệu Vector

Biểu diễn các đặc trưng địa lý bằng các phần tử đồ hoạ cơ bản (điểm, đường, đa giác, bề mặt ba chiều và khối trong 3D) dựa trên việc quan sát đối tượng của thế gới thực

Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ Biểu diễn dạng Vector

Điểm

+ x

(x,y) trong 2D (x, y, z) trong 3D

Đường

Danh sách toạ độ (toạ độ các điểm đầu, cuối và các điểm tại các vị trí cong) hoặc hàm toán học mô tả

Kiểu thành phần sơ cấp Biểu diễn dạng đồ hoạ Biểu diễn dạng Vector

Vùng

Đường có điểm đầu và cuối trùng nhau hoặc tập hợp các đường nếu có các vùng lồng nhau

Bề mặt

Ma trận tập hợp các điểm hoặc các hàm toán học mô

tả và các đường bình độ

Bảng 1.1 Mô hình dữ liệu Vectơ

Điểm là thành phần sơ cấp của dữ liệu GIS trong mô hình vector, các điểm được nối với nhau bởi các đường để tạo thành các thực thể khác Tuỳ theo tỷ

lệ quan sát mà các thực thể được biểu diễn bằng các điểm, đường hay vùng…Như vậy mô hình này sử dụng các điểm hay đoạn thẳng để nhận biết các vị trí của vật thể trong thế giới thực nên phép thao tác nhiều hơn trên các đối tượng so với mô hình Raster và việc tính toán các đặc điểm như diện tích, chu vi đặc biệt là tìm đường đi nhanh và hiệu quả hơn

Hình 1.8 Dữ liệu biểu diễn dạng Vector

Mô hình dữ liệu Raster

Số liệu được tạo thành từ ma trận các ô lưới với độ phân giải xác định Mỗi ô lưới nhận một gía trị xác định tương ứng với thông tin mà nó lưu trữ Nếu độ phân giải nhỏ sẽ làm giảm độ chính xác về thông tin của các đối tượng cần lưu trữ, nếu độ phân giải lớn thì cơ sở dữ liệu lưu trữ yêu cầu cần phải lớn

Hình 1.9 Dữ liệu biểu diễn dạng Raster

Biểu diễn dạng Vector, Raster

Hình 1.10 Biểu diễn dạng vector, raster

Dưới đây là hình vẽ mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất

Hình 1.11 Mô tả các dạng Raster, Vector và bề mặt trái đất

So sánh mô hình Raster và Vector

1.2 Khái quát về viễn thám

1.2.1 Định nghĩa

Viễn thám (Remote sensing) được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu [2]

Viễn thám có thể hiểu đơn giản là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh "viễn thám là khoa học thu nhận từ xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất"

Sóng điện từ hoặc được phản xạ hoặc được bức xạ từ vật thể thường là nguồn tài nguyên chủ yếu trong viễn thám Tuy nhiên những năng lượng như

từ trường, trọng trường cũng có thể được sử dụng

Thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay bức xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm

Phương tiện dùng để mang các bộ cảm được gọi là vật mang Vật mang gồm khí cầu máy bay, vệ tinh, tầu vũ trụ

1.2.2 Phân loại viễn thám theo bước sóng

Viễn thám có thể được phân thành 3 loại cơ bản theo bước sóng sử dụng:

- Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại: nguồn năng lượng chính sử dụng là bức xạ mặt trời Mặt trời cung cấp một bức xạ có bước sóng

ưu thế 500 mµ Tư liệu viễn thám thu được trong dải sóng nhìn thấy phụ thuộc chủ yếu vào sự phản xạ từ bề mặt vật thể và bề mặt trái đất Vì vậy các thông tin về vật thể có thể được xác định từ các phổ phản xạ Tuy nhiên, radar

sử dụng tia laze là trường hợp ngoại lệ không sử dụng năng lượng mặt trời

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng sử dụng trong hồng ngoại nhiệt là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Mỗi vật thể trong nhiệt độ bình thường đều tự phát ra một bức xạ có đỉnh tại bước sóng 10.000mµ

- Viễn thám siêu cao tần: trong viễn thám siêu cao tần người ta thường sử dụng hai loại kỹ thuật chủ động và bị động Trong viễn thám siêu cao tần bị động thì bức xạ siêu cao tần do chính vật thể phát ra được ghi lại, trong viễn thám siêu cao tần chủ động lại thu những bức xạ tán xạ hoặc phản xạ từ vật thể

Hình 1.12 Phân loại viễn thám theo bước sóng

1.2.3 Nguyên lý cơ bản của viễn thám

Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng giải đoán và tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh chụp hàng không, hoặc bằng việc giải đoán ảnh vệ tinh dạng số Các dữ liệu dưới dạng ảnh chụp và ảnh số được thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh

radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tượng một cách chính xác hơn

Hình 1.13 Nghiên cứu viễn thám theo đa quan niệm

Nếu biết trước phổ phát xạ, phản xạ (emited/reflected) chuẩn của vật thể trong phòng thí nghiệm, xác định bằng các máy đo phổ, ta có thể giải đoán vật thể bằng cách phân tích đường cong phổ thu được từ ảnh vệ tinh

Xử lý ảnh số là kỹ nghệ làm hiển thị rõ ảnh và tách lọc thông tin từ các dữ liệu ảnh số, dựa vào các thông tin chìa khóa về phổ bức xạ phát ra Các phần mềm xử lý ảnh số được phát triển, nhằm cho ra thông tin về phổ bức xạ của các vật thể hoặc các hiện tượng xảy ra trong giới hạn diện phủ của ảnh

Giải đoán, tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh viễn thám được thực hiện dựa trên các cách tiếp cận khác nhau, có thể kể đến là:

- Đa phổ: Sử dụng nghiên cứu vật từ nhiều kênh phổ trong dải phổ từ nhìn thấy đến sóng radar

- Đa nguồn dữ liệu: Dữ liệu ảnh thu nhận từ các nguồn khác nhau ở các độ cao khác nhau, như ảnh chụp trên mặt đất, chụp trên khinh khí cầu, chụp từ máy bay trực thăng và phản lực đến các ảnh vệ tinh có người điều khiển hoặc

tự động

- Đa thời gian: Dữ liệu ảnh thu nhận vào các thời gian khác nhau

- Đa độ phân giải: Dữ liệu ảnh có độ phân giải khác nhau về không gian, phổ và thời gian

- Nghiên cứu địa mạo: các dạng địa hình được thể hiện rất rõ trên ảnh viễn thám (địa hình kiến tạo, núi lửa, địa hình sông suối, địa hình tam giác châu, địa hình thành tạo do cát, thành tạo do băng) và được giải đoán một cách chính xác

- Cấu trúc địa chất: giải đoán các bề mặt và độ dốc của tầng trầm tích, các yếu tố uốn nếp, đứt gãy, linearment và chuyển động nâng hạ (dùng ảnh giao thoa radar), các rift núi lửa hiện đại, các cấu trúc vòng, tiêm nhập, bất chỉnh hợp địa tầng, các ứng dụng trong nghiên cứu địa động lực

- Nghiên cứu thạch học: định các đá trầm tích, macma, biến chất và thành tạo xen kẽ khác Nghiên cứu trật tự địa tầng và tương quan tuổi

- Khai khoáng và khai thác dầu

- Điều tra khảo sát nước ngầm, điều tra địa chất công trình

Nghiên cưú môi trường: Viễn thám là phương tiện hữu hiệu để nghiên cứu môi trường đất liền (xói mòn, ô nhiễm), môi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước biển, gió sóng), Nghiên cưú khí hậu và quyển khí (đặc điểm tầng ozon,

mây, mưa, nhiệt độ quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng

Nghiên cứu thực vật, rừng: Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu thực vật theo ngày, mùa vụ, năm, tháng và theo giai đoạn Thực vật là đối tượng đầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận được thông tin Trên ảnh viễn thám chúng ta có thể tính toán sinh khối, độ trưởng thành và sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật, có thể nghiên cứu cháy rừng qua các ảnh vệ tinh

Nghiên cứu thủy văn: Mặt nước và các hệ thống dòng chảy được hiển thị rất rõ trên ảnh vệ tinh và có thể khoanh vi được chúng Dữ liệu ảnh vệ tinh, được ghi nhận trong mùa lũ, là dữ liệu được sử dụng để tính toán diện tích thiên tai và cho khả năng dự báo lũ lụt

Nghiên cứu các hành tinh khác: Các dữ liệu viễn thám thu từ vệ tinh cho phép nghiên cứu các vì sao và mặt trăng Điều này khẳng định rằng viễn thám

là một công nghệ và có ứng dụng hết sức rộng lớn vượt ra khỏi tầm trái đất

1.2.5 Phân loại viễn thám

Sự phân biệt các loại viễn thám căn cứ vào các yếu tố sau:

- Hình dạng quỹ đạo của vệ tinh

- Độ cao bay của vệ tinh, thời gian còn lại của một quỹ đạo

- Dải phổ của các thiết bị thu

- Loại nguồn phát và tín hiệu thu nhận

Có hai phương thức phân loại viễn thám chính là:

• Phân loại theo nguồn tín hiệu:

Căn cứ vào nguồn của tia tới mà viễn thám được chia làm hai loại:

- Chủ động (active): nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay

- Thụ động (hay bị động - passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật chất tự nhiên

Hình 1.14 Hoạt động của hệ thống viễn thám chủ động và bị động

• Phân loại theo đặc điểm quỹ đạo: có hai nhóm chính là viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực)

Hình 1.15 Mô hình viễn thám vệ tinh địa tĩnh và viễn thám vệ tinh quỹ đạo cực

Căn cứ vào đặc điểm quỹ đạo vệ tinh, có thể chia ra hai nhóm vệ tinh là: + Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái đất, nghĩa là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

+ Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực) là vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất Tốc

độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (ví dụ LANDSAT

là 18 ngày, SPOT là 26 ngày )

Trên hai nhóm vệ tinh nói trên đều có thể áp dụng nhiều phương pháp thu nhận thông tin khác nhau tùy theo sự thiết kế của nơi chế tạo Có các nguyên tắc thu nhận hình ảnh như sau (chủ động, bị động, chụp khung, quét dọc, quét ngang, quét bên sườn, )

1.2.6 Vấn đề thu nhận và phân tích tư liệu viễn thám

Năng lượng điện từ của ánh sáng sau khi truyền qua các cửa sổ khí quyển tương tác với các đối tượng trên bề mặt Trái Đất và phản xạ lại để các thiết bị thu của viễn thám có thể ghi nhận các tín hiệu đó Trên cơ sở các tín hiệu đó

có thể tách chiết các thông tin về đối tượng Quá trình đó được thể hiện bằng các công đoạn chính: phát hiện (detect), ghi (record) và phân tích (interprete) các tín hiệu

- Phát hiện: việc phát hiện các thông tin là bước rất quan trọng Phát hiện

về dải sóng, về cường độ và tính chất khác của nguồn năng lượng điện từ

- Ghi tín hiệu: các tín hiệu phát hiện được có thể ghi dưới dạng hình ảnh hoặc các tín hiệu điện từ Khi xử lý các tín hiệu dạng hình ảnh, một số kiểu phim ảnh có phủ các lớp nhạy cảm ánh sáng để phát hiện sự khác nhau của nguồn năng lượng điện từ tạo nên hình ảnh (photograph) không gian, không đắt và cung cấp nhiều chi tiết trong không gian và có thể hiệu chỉnh hình học

dễ dàng Năng lượng điện từ có thể được ghi dưới dạng các tín hiệu, biểu đồ phổ hoặc dưới dạng hình ảnh số (image) giống như hình ảnh nền của màn hình của tivi, tài liệu số thường có giá đắt hơn tư liệu ảnh, song lại có nhiều

ưu điểm về độ phân giải phổ, khả năng hiệu chỉnh và khả năng truyền thông tin Các tín hiệu điện từ có thể ghi nhận ở dạng phim, băng từ hoặc đĩa từ và

thuộc rất nhiều vào khả năng của người phân tích Tất nhiên, hạn chế của giải đoán bằng mắt là không nhận biết được hết các đặc tính phổ của đối tượng, nguyên nhân là do khả năng phân biệt sự khác biệt về phổ của mắt người hạn chế (tối đa là 12 - 14 mức)

+ Xử lý số là phương pháp xử lý phân tích tư liệu phổ dưới dạng hình ảnh

số (image) chứ không phải dạng ảnh tương tự (analoge hay pictorial) Ưu thế của phương pháp xử lý số là có thể phân tích các tín hiệu phổ một cách rất chi tiết (256 mức hoặc hơn) Với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm chuyên dụng, có thể tách chiết rất nhiều thông tin phổ của đối tượng, từ đó có thể nhận biết các đối tượng một cách tự động Tất nhiên quá trình xử lý số cần

có sự kết hợp nhuần nhuyễn với kiến thức chuyên môn của người phân tích, hoặc người lập các chương trình tính toán

CHƯƠNG 2 TÍCH HỢP GIS VÀ ẢNH VIỄN THÁM TRONG QUẢN

LÝ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

2.1 Thu thập ảnh viễn thám bằng TerraLook

Terralook

Landsat và cảm biến vệ tinh khác thu thập được hình ảnh về Trái đất từ không gian trong hơn 35 năm Dữ liệu mà các vệ tinh cung cấp đã được sử

dụng trong quản lý đất đai cộng đồng và khoa học TerraLook được phát

triển để mở rộng số thành viên sử dụng hình ảnh vệ tinh bằng cách cung cấp

cả hai dạng dữ liệu ASTER và dữ liệu Landsat như mô phỏng tự nhiên, màu

sắc hình ảnh dưới dạng JPEG TerraLook nhằm mục đích phục vụ cộng đồng người dùng có nhu cầu về hình ảnh của Trái đất nhưng không có chuyên môn

kỹ thuật chuyên sâu về viễn thám hoặc không thể bỏ ra một số tiền lớn để sở hữu các bức ảnh vệ tinh và phần mềm xử lý hình ảnh chuyên ngành khoa học Bộ sưu tập TerraLook bao gồm điều khiển từ xa có thể sử dụng dễ dàng cảm nhận hình ảnh thiết kế cho các giải thích trực quan và được phân phối miễn phí cho người sử dụng Bộ sưu tập TerraLook sẽ có giá trị cho bất kỳ ai muốn nhìn thấy những thay đổi của bề mặt Trái đất từ năm 1972 Người dùng cần phải thực hiện phân tích kỹ thuật số để có được các nguồn dữ liệu Các TerraLook tham chiếu địa lý là sản phẩm tương thích với hầu hết các ứng dụng GIS và lập bản đồ web

Bộ ảnh thu được gồm ảnh Aster, Landsat 2000, Landsat 1990, Landsat

1975 với độ phân giải ảnh:

- ASTER: 15 met/1 pixel

Hình 2.1: Ảnh vệ tinh Landsat năm 2000 chụp dải bờ biển Hải Phòng

Hình 2.2 Ảnh vệ tinh Landsat năm 1990 chụp dải bờ biển Hải Phòng

2.2 Thu thập và tiền xử lý dữ liệu bản đồ véctơ

Dữ liệu GIS được thu thập, nhận diện và đo đạc vào cùng thời điểm, cùng

độ phân giải không gian, tuân thủ cùng một thủ tục nhận diện và nhập vào GIS theo cùng phương pháp là lý tưởng nhất Nếu như vậy các thao tác phân