Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nước ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh bắc ninh

[5] Việc xây dựng mạng lưới quan trắc tài nguyên nước về cả nước mặt và nước ngầm là hết sức cần thiết với Bắc Ninh bởi qua kiểm tra, 10/10 đơn vị được thanh tra đều có các hành vi chưa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: 1.TS TRƯƠNG HÀ HẢI

2.TS HOÀNG THANH VÂN

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Lê Thị Oanh

Sinh ngày: 18/02/1990

Học viên lớp cao học CK13B - Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông - Đại học Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Trường Đại học Y Dược Thái Nguyên

Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nước ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh Bắc Ninh” do

TS Trương Hà Hải và TS Hoàng Thanh Vân hướng dẫn là công trình nghiên

cứu của riêng tôi Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của cô giáo hướng dẫn Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Thị Oanh

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Cô giáo hướng dẫn TS Trương Hà Hải và cô giáo TS Hoàng Thanh Vân

đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Khoa Sau đại học Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn

Trường Đại học Y Dược Thái nguyên nơi tôi công tác đã tạo điều kiện tối đa cho tôi thực hiện khóa học này

Trung tâm Quan trắc tài nguyên và môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Ninh

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các anh chị đồng nghiệp đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện

và hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Thị Oanh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ ỨNG DỤNG 3

1.1 Lý thuyết cơ bản về hệ thống thông tin địa lý (GIS)[2][4] 3

1.1.1 Định nghĩa [2] 4

1.1.2 Chức năng của GIS 7

1.1.3 Mô hình dữ liệu không gian[2][3][4] 10

1.1.4 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian 12

1.1.5 Hiển thị bản đồ[4] 20

1.2 Khả năng ứng dụng của GIS[2][6] 25

1.3 Giới thiệu bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm 28

1.4 Khả năng quản lý nước ngầm bằng công nghệ GIS 29

1.5 Kết luận chương 1 30

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT ỨNG DỤNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC NGẦM 31

2.1 Các thuật toán nội suy đánh giá chất lượng nước[4][8][9][13] 31

2.1.1.Thuật toán nội suy Inverse Distance Weighting (IDW) 31

2.1.2 Thuật toán nội suy Spline 33

2.1.3 Thuật toán nội suy Kriging 34

2.1.4 Nhận xét chung về 3 thuật toán 37

2.2 Đánh giá độ chính xác của thuật toán nội suy[7] 37

2.3 Các phần mềm hỗ trợ phát triển hệ thống 38

2.3.1 Phần mềm ArcGIS[4] 38

2.3.2 Phần mềm Matlab R2015a 41

2.4 Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM BÀI TOÁN QUẢN LÝ NƯỚC NGẦM TẠI TỈNH BẮC NINH 42

3.1 Giới thiệu bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm tỉnh Bắc Ninh 42

3.2 Nhiệm vụ quản lý tài nguyên nước ngầm 43

3.3 Thu thập dữ liệu thử nghiệm 45

3.4 Xây dựng chương trình[10][11][12][13][14] 53

3.4.1 Xây dựng các mô hình bản đồ 53

3.4.2 Các chức năng chính của chương trình: 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các thành phần của GIS 6

Hình 1.2 Chức năng của GIS 7

Hình 1.3 Xử lý dữ liệu thô 8

Hình 1.4 Lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian 9

Hình 1.5 Định dạng dữ liệu Vector và Raster 12

Hình 1.6 Ví dụ về Buffer 13

Hình 1.7 Buffer bên trong một hình có bán kính xác định 14

Hình 1.8 Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ 16

Hình 1.9 Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông 17

Hình 1.10 Phép hợp 18

Hình 1.11 Phép giao 18

Hình 1.12 Phép đồng nhất 19

Hình 1.13 Hiển thị lớp dữ liệu với một ký hiệu 20

Hình 1.14 Hiển thị lớp dữ liệu giao thông theo loại đường 21

Hình 1.15 Hiển thị lớp dữ liệu phường xã theo tên phường 22

Hình 1.16 Hiển thị số lượng dân số theo giải màu 23

Hình 1.17 Hiển thị số lượng dân số theo kích thước ký hiệu 23

Hình 1.18 Hiển thị dân số theo mật độ 24

Hình 1.19 Hiển thị biểu đồ các độ tuổi dân số khác nhau theo biểu đồ hình tròn 24

Hình 1.20 Hiển thị dữ liệu dân số và phường xã 25

Hình 2.1 Phương thức nội suy theo IDW 32

Hình 2.2 Phương thức nội suy theo Spline 34

Hình 2.3 Phương thức nội suy theo Kriging 35

Hình 2.4 Mô tả các giá trị của Kriging 36

Hình 2.5 Phần mềm ArcGIS 39

Hình 3.1 Bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh 45

Hình 3.2 Bản đồ sông ngòi tỉnh Bắc Ninh 46

Hình 3.3 Lớp bản đồ hành chính tỉnh Bắc Ninh 53

Hình 3.4 Lớp bản đồ tên hành chính các huyện tỉnh Bắc Ninh 53

Hình 3.5 Table tọa độ vị trí của các điểm quan trắc 54

Hình 3.6 Bản đồ hiển thị các điểm quan trắc tỉnh bắc Ninh 54

Hình 3.7 Cập nhật bảng chỉ số đánh giá chất lượng nước 55

Hình 3.8 Bản đồ chuyên đề nội suy nồng độ Fe sử dụng thuật toán nội suy IDW, hiển thị kiểu phân lớp (Classify) 56

Hình 3.9 Bản đồ chuyên đề nội suy nồng độ Mn sử dụng thuật toán nội suy IDW, hiển thị kiểu phân lớp (Classify) 57

Hình 3.10 Hiển thị dữ liệu thuộc tính trạm G11 58

Hình 3.11 Hiển thị giá trị nội suy chất lượng Fe tại 1 điểm bất kỳ trong vùng 58

Hình 3.12 Truy vấn tìm ra trạm quan trắc có chỉ số Fe không đạt chuẩn 59

Hình 3.13 Bản đồ chồng phủ các lớp bản đồ raster về chất lượng nước 59

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Tọa độ các điểm quan trắc nước ngầm 46

Bảng 2: Dữ liệu quan trắc mực nước tại các điểm quan trắc năm 2014(G1-G10) 47

Bảng 3: Dữ liệu quan trắc mực nước tại các điểm quan trắc năm 2014(G11-G20) 48

Bảng 4: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 1-2014(G1-G5) 48

Bảng 5: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 1-2014(G6-G10) 49

Bảng 6: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 1-2014(G11-G15) 49

Bảng 7: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 1-2014(G16-G20) 50

Bảng 8: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G1-G5) 50

Bảng 9: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G6-G10) 51

Bảng 10: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G11-G15) 51 Bảng 11: Kết quả-hiện trạng phân tích chất lượng môi trường nước ngầm Đợt 2-2014(G15-G20) 52 Bảng 12: Giá trị giới hạn chất lượng nước theo QCVN 09:2008/BTNMT 52

CGIS Canadian Geographic

Information System Hệ thông thông tin địa lý Canada GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

PMIS Port Management Information

LIS Land Information System Hệ thống thông tin đất đai

ILWIS Intergreted Land and Water

Information System

Hệ thống thông tin đất đai và thủy văn tổng hợp

DBMS Database Management System Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

TIN Triangulated Irregular

MỞ ĐẦU

Đối với một tỉnh có mật độ dân số cao và nhiều khu công nghiệp như tỉnh Bắc Ninh thì việc quản lý tài nguyên, đặc biệt tài nguyên nước là rất quan trọng Nếu không có sự quản lý chặt chẽ thì chất lượng nước ngầm sẽ nhanh chóng bị suy giảm

và kéo theo đó là sự ô nhiễm của các môi trường khác như môi trường đất, hiện tượng sụt lún đất Trong những năm qua, việc quản lý tài nguyên nước nói chung và nước ngầm nói riêng đã được tiến hành từ rất sớm Công tác quản lý bao gồm quản

lý trữ lượng, chất lượng, dòng chảy ngầm, các hang chứa nước ngầm Với nhiều thông số quản lý như vậy nên hàng năm các cơ quan quản lý phải xử lý một số lượng lớn các hồ sơ và số liệu khác nhau cũng như gặp nhiều khó khăn trong việc thu thập, xử lý, lưu trữ và truy xuất thông tin đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý, điều hành

Bắc Ninh: Cần xây dựng dự án để thống kê toàn bộ công trình khai thác

sử dụng nước trên toàn tỉnh để điều tra, đánh giá nhằm nắm rõ được hiện trạng sử dụng các công trình khai thác thuận tiện cho việc quản lý nhà nước trong lĩnh vực tài nguyên nước [5]

Việc xây dựng mạng lưới quan trắc tài nguyên nước về cả nước mặt và nước ngầm là hết sức cần thiết với Bắc Ninh bởi qua kiểm tra, 10/10 đơn vị được thanh tra đều có các hành vi chưa tuân thủ theo các quy định của pháp luật về tài nguyên nước hiện hành, thể hiện chủ yếu ở các hành vi sau: Không thực hiện việc thông báo tới cơ quan cấp phép về việc chuyển đổi tên doanh nghiệp (chiếm 10%); Không

có giấy phép xả nước thải vào nguồn nước (chiếm 10%); Đặc biệt, báo cáo kết luận thanh tra cũng cho thấy, có tới 8/10 đơn vị (chiếm 80%) không thực hiện, thực hiện không đầy đủ việc quan trắc, giám sát mực nước, lưu lượng, chất lượng trong quá trình khai thác, sử dụng theo quy định của nội dung giấy phép và theo quy định tại Điều 16 của Quy định ban hành kèm theo Quyết định số 15/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 ; và chưa thực hiện việc báo cáo định kỳ tình hình khai thác, sử dụng nước dưới đất theo quy định là 6/10 đơn vị (chiếm 60%);…

Trong những năm gần đây, hệ thống thông tin địa lý GIS (viết tắt của Geographic Information System) ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau trong

công tác quản lý tài nguyên nói chung và tài nguyên nước nói riêng Với các ưu điểm của GIS như: Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp; lưu trữ dễ, lâu dài, sao chép nhanh; trích xuất, truy cập bản đồ dễ dàng;

dễ dàng cập nhật, chỉnh sửa thông tin, in ấn nhanh; tạo ra những giá trị mới (bản đồ chuyên đề); có thể tích hợp với viễn thám, cơ sở dữ liệu, công cụ mô hình

Với sự hợp tác của Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên và Trung tâm GIS.FCU của Trường Đại học Phùng Giáp - Đài Loan Được sự đồng ý của TS Trương Hà Hải và TS Hoàng Thanh Vân, em

chọn đề tài: “Nghiên cứu phát triển hệ thống quản lý tài nguyên nước ngầm bằng công nghệ GIS và ứng dụng tại tỉnh Bắc Ninh”

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ GIS trong bài toán xây dựng hệ thống quản lý, xử lý, lưu trữ kết xuất thông tin trên

mô hình dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính phục vụ công tác quản lý

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là GIS và ứng dụng GIS trong các bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn trong dữ liệu không gian là các các điểm quan trắc nước ngầm, cùng với các chỉ số quan trắc đánh giá chất lượng nước trong năm 2014 trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh Với chương trình thử nghiệm được cài đặt cho phép: Tổng hợp, xử lý, trình diễn, truy vấn dữ liệu; đánh giá về tài nguyên nước ngầm tỉnh Bắc Ninh

Mục tiêu của đề tài:

- Nghiên cứu về GIS

- Khả năng ứng dụng của GIS trong quản lý tài nguyên nước ngầm

- Ứng dụng GIS và phương pháp nội suy để biểu diễn mức độ ô nhiễm nước ngầm trong khu vực tỉnh Bắc Ninh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ ỨNG DỤNG

1.1 Lý thuyết cơ bản về hệ thống thông tin địa lý (GIS)[2]

Hệ thống thông tin địa lý còn gọi là GIS (viết tắt của Geographic Information Systems) ra đời trên cơ sở sự phát triển của khoa học máy tính (Computer Science) Ngày nay GIS được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, từ ngành khoa học tự nhiên đến những ngành khoa học xã hội Sự phát triển nhanh chóng và những ứng dụng mang tính đột phá trong nhiều lĩnh vực của GIS hiện là mối quan tâm của nhiều quốc gia, nhiều ngành và nhiều người trên toàn thế giới Việc áp dụng ngày càng phong phú đã tạo ra các tiền đề cơ bản và những điều kiện thuận lợi cho sự ra đời một ngành mới: Ngành khoa học thông tin địa lý (Geographic Information Science) Ở đây, GIS được xác lập như một ngành khoa học liên ngành được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Nguồn gốc của GIS là việc tạo các bản đồ chuyên đề, các nhà quy hoạch sử dụng phương pháp chồng xếp bản đồ (overlay), phương pháp này được mô tả một cách có hệ thống lần đầu tiên bởi ông Jacqueline Tyrwhitt trong quyển sổ tay quy hoạch vào năm 1950, kỹ thuật này còn được sử dụng trong việc tìm kiếm vị trí thích hợp cho các công trình được quy hoạch Việc sử dụng máy tính trong vẽ bản đồ cũng bắt đầu vào cuối thập niên 50, từ đây khái niệm về GIS ra đời nhưng chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phát huy hết khả năng của mình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên của thế giới được xây dựng vào đầu những năm 60 (1964) tại Canada với tên gọi là CGIS (Canadian Geographic Information System) Giai đoạn đầu những năm 60, các hệ GIS phục vụ chủ yếu cho công tác điều tra, quản lý tài nguyên thiên nhiên thì giữa những năm 60, các hệ GIS phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị Sự ra đời và phát triển các hệ GIS trong những năm 60 đã được quốc tế chấp nhận và đánh giá cao Vì vậy, năm 1968 Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu Địa lý (Commission on Geographical Data Sensing and Processing) nhằm mục đích phổ biến kiến thức về lĩnh vực này trong những năm tiếp theo Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính đã

làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiên cứu, thiết kế và thương mại hoá các phần mềm GIS Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại là các công ty: ESRI, Synercom, Intergraph, Calma, Computervision Cũng thời gian này đã xuất hiện một tình trạng mà R.F.Tomlinson (1991) gọi là loạn khuôn dạng (digital chaos), đòi hỏi trong những năm sau này phải nghiên cứu khả năng giao diện, trao đổi khuôn dạng thông qua một số khuôn dạng chuẩn và được chấp nhận rộng rãi nhất Những năm 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều tra, khai thác, quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trường v.v với các quy

mô lãnh thổ khác nhau Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số vấn đề còn tồn tại từ những năm trước đây, một hướng được phát triển tương đối mạnh, đó

là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một số lĩnh vực quan trọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trường: LIS (Land Information System), LRIS (Land Resource Information System), PMIS (Port Management Information System), ILWIS (Intergreted Land and Water Information System) Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS

Trong khung cảnh hiện tại, thế giới đã biết đến ít nhất vài trăm phần mềm GIS được thương mại hoá, giá giao động từ vài trăm đến vài trăm ngàn đô la Mỹ Với sự tích luỹ về dữ liệu thông qua các ứng dụng riêng lẻ trong từng chuyên ngành

đã vượt quá khả năng quản lý của các hệ GIS riêng lẻ

Một đặc điểm khác của sự phát triển ứng dụng trong giai đoạn hiện nay là sự gia tăng sử dụng thông tin viễn thám như một đầu vào thông tin quan trọng của các

hệ GIS Rất nhiều nỗ lực đã được giành cho nghiên cứu các phương pháp tích hợp thông tin ảnh viễn thám với các thông tin bản đồ trên GIS Các ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên tự nhiên trên thế giới rất đa đạng và phong phú

1.1.1 Định nghĩa [2]

Định nghĩa GIS:

GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở dữ liệu bao

gồm các quan sát trên đặc trưng phân tán không gian, các hoạt động hoặc sự kiện

mà có thể định rõ trong không gian như điểm, đường hoặc vùng Một hệ thống

thông tin địa lý vận dụng dữ liệu về các điểm, đường, vùng này để nhận dữ liệu bằng cách hỏi đáp và phân tích đặc biệt Có nhiều định nghĩa về GIS, tùy theo cách tiệm cận:

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin có khả năng mã hóa, lưu trữ, chuyển đổi, phân tích và hiển thị thông tin không gian địa lý

(http://www.asprs.org)

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống nhập liệu, lưu trữ, thao tác

và trích xuất thông tin địa lý (NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science)

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống phần mềm máy tính, phần cứng, dữ liệu, và nhân viên để giúp thao tác, phân tích và trình bày thông tin

cùng với không gian vị trí (http://www.gis.com)

Khái quát từ các định nghĩa GIS: GIS là hệ thống thông tin trên cơ sở máy tính với 04 khả năng chủ yếu như sau đây:

- Thu thập và tiền xử lý dữ liệu tham chiếu địa lý, bao gồm dữ liệu từ bản

đồ giấy, dữ liệu vệ tinh, điều tra hay từ các nguồn khác

- Quản lý dữ liệu, bao gồm lưu trữ và bảo trì trong CSDL

- Biến đổi, phân tích, mô hình hóa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính liên quan bằng các công cụ phần mềm

- Trình diễn dữ liệu dưới dạng báo cáo, bản đồ chuyên đề, biểu đồ …

Phần mềm bao gồm hai loại: phần mềm hệ thống và phần mềm ứng

dụng, hiện nay trên thị trường tồn tại nhiều hệ mềm khác nhau trong lĩnh vực GIS như: ArcInfo, Mapinfo, GeoMedia, GeoConcept, CardCorp, Mỗi phần mềm này đều được trang bị các công cụ hữu hiệu để thực hiện các chức năng của GIS

Cơ sở dữ liệu là nơi tổ chức và lưu trữ dữ liệu (cả dữ liệu không gian và

dữ liệu thuộc tính) nhằm cung cấp một cách hiệu quả các thông tin từ nó cho các truy vấn từ phía người sử dụng Việc tổ chức và xây dựng cơ sở dữ liệu đòi hỏi sự thống nhất cao từ khâu thiết kế đến các ứng dụng thực tế và tuân thủ các chuẩn trong việc tổ chức và xây dựng cơ sở dữ liệu

Hình 1.1 Các thành phần của GIS

Cơ sở tri thức chuyên gia là tập hợp các tri thức của lãnh đạo, nhà

quản lý, các kiến thức chuyên ngành và kiến thức công nghệ thông tin Tập hợp các tri thức chuyên gia này sẽ quyết định mô hình ứng dụng của GIS, xác định được các chức năng hỗ trợ quyết định của GIS, xác định được nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống, các bước và phương thức cũng như mức đầu tư xây dựng và vận hành hệ thống

1.1.2 Chức năng của GIS

GIS có 5 nhóm chức năng cơ bản sau đây:

- Thu thập dữ liệu

- Xử lý sơ bộ dữ liệu

- Lưu trữ và truy vấn dữ liệu

- Tìm kiếm và phân tích không gian

- Hiển thị đồ họa và tương tác

Hình 1.2 Chức năng của GIS

 Thu thập và nhập (capture/input) dữ liệu:

- Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, từ ảnh vệ tinh hay nhập trực tiếp các tọa

độ đối tượng

- Chuyển đổi khuôn mẫu từ nguồn dữ liệu khác

- Soạn thảo trong GIS nhằm sửa lỗi hay bổ sung đặc trưng

- Đặt tên cho các đặc trưng để hệ thống có thể nhận danh

 Xử lý dữ liệu thô

- Tạo lập cấu trúc topo cho dữ liệu

- Phân lớp ảnh viễn thám

- Raster hóa nếu cần

- Véctơ hóa nếu cần

- Nội suy lưới tế bào

- Tam giác hóa

- Tái phân lớp

- Biến đổi chiếu bản đồ

Hình 1.3: Xử lý dữ liệu thô

 Lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian:

- Liên kết dữ liệu thuộc tính với các đối tượng không gian

- Liên kết với CSDL ngoài

- Cập nhật các đặc trƣng trong CSDL

- Nhập và xuất dữ liệu với GIS hay DBMS khác

- Tổ hợp các tờ bản đồ để tạo lập CSDL lớn hơn, khớp các cạnh của các tờ bản

đồ láng giềng

Hình 1.4: Lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian

 Truy vấn và phân tích dữ liệu

 Truy vấn tổ hợp thuộc tính/địa lý: “Hãy tìm tất cả các xã trong vòng 10

km từ bệnh viện tỉnh mà có số trẻ con tử vong cao”

- Buffering: tìm mọi khu dân cư trong vòng 10 km từ bệnh viện

- Point-in-polygon: tìm ra các làng trong đó có thảm thực vật

- Polygon overlay: tổ hợp các bản ghi hành chính với dữ liệu y tế của huyện

 Geocoding/address matching: khớp danh sách địa chỉ với bản đồ đường phố

- Network : tìm con đường ngắn nhất từ làng tới bệnh viện

 Mô hình hóa: nhận biết hay dự đoán tiến trình được hình thành hay sẽ hình

thành mẫu (pattern)

- Diffusion: tình hình dịch tả đang lan truyền trong tỉnh như thế nào?

- Interaction: dân di cư đến đâu?

- What-if scenarios: nếu xây dựng đập nước ở đây thì có bao nhiêu dân phải di cư?

 Hiển thị và xuất dữ liệu:

- Thăm dò (Exploratory)

 hiển thị mẫu và và nhận biết các dị thường

 So sánh thông tin trong không gian bản đồ và không gian dữ liệu

- Xây dựng bản đồ (Cartography)

- Xuất dữ liệu bản đồ cho các hệ thống khác

1.1.3 Mô hình dữ liệu không gian[2][3][4]

ArcGIS lưu trữ và quản lý dữ liệu địa lý ở nhiều khuôn dạng Ba mô hình

dữ liệu cơ bản mà ArcGIS sử dụng là vector, raster, và TIN Ngoài ra, người dùng

có thể nhập dữ liệu bảng vào GIS

1.1.3.1 Mô hình Vector

Một cách để biểu diễn các hiện tượng địa lý là dùng points, lines, và

polygons Cách biểu diễn thế giới như thế này được gọi là mô hình dữ liệu vector

Mô hình vector được dùng chủ yếu để mô tả và lưu trữ những đối tượng rời rạc như nhà, đường ống dẫn, đường bao thửa

Points là cặp tọa độ x,y Lines là tập hợp của các tọa độ định nghĩa một hình dạng Polygons là tập hợp các tọa độ khai báo cho đường bao của một vùng Tọa độ thông thường là một cặp (x,y) hay bộ ba (x,y,z) với z và giá trị biểu diễn cho độ cao

ArcGIS lưu dữ liệu vector trong các lớp đối tượng (feature classes) và trong tập hợp của các lớp đối tượng quan hệ topo Các thuộc tính của đối tượng được lưu trong bảng ArcGIS sử dụng 3 mô hình vector để biểu diễn dữ liệu đặc trưng là: coverages, shapefiles, và geodatabases

1.1.3.2 Mô hình Raster

Trong raster model, thế giới được biểu diễn như một bề mặt được chia thành

những ô lưới bằng nhau Raster model được dùng để lưu trữ và phân tích dữ liệu liên tục trên một vùng nào đấy Mỗi ô ảnh chứa một giá trị có thể biểu diễn cho một giá trị đo được Dữ liệu raster gồm các loại ảnh (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, ảnh quét dùng để số hóa, làm nền) và grid (dùng để phân tích và lập mô hình)

Grid có thể được tạo từ dữ liệu vector Grids có thể chứa các dữ liệu liên tục, như một lớp bề mặt Chúng có thể lưu giữ các thông tin thuộc chủ đề và thuộc tính của chủ đề Ví dụ, ảnh grid về kiểu phân bố thực vật lưu giữ số hiệu mã hóa cho từng loại thực vật, tên loại thực vật Kích thước ô ảnh càng nhỏ, thì bản đồ có độ chính xác càng cao và càng chi tiết Tuy nhiên, sẽ làm tăng kích thước file ảnh

định các đối tựợng không có hình dạng kích thước cụ thể, hay có kích thước quá nhỏ so với tỷ lệ bản đồ Line để xác định các đối tượng có chiều dài xác định Polygon để xác định các vùng, miền trên mặt đất Trong định dạng này, thông tin được mô tả có tính chính xác cao đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ Thông tin lưu trong định dạng vector chủ yếu được ứng dụng trong bài toán về mạng,

hệ thống thông tin đất đai

Trong định dạng raster, các đối tượng bản đồ được biểu diễn trong một chuỗi các điểm ảnh trong một lưới hình chữ nhật Mỗi điểm ảnh được xác định thông qua chỉ số hàng và cột trong lưới Trong raster, point sẽ được biểu diễn bởi một điểm ảnh đơn, line được biểu diễn bởi một chuỗi các điểm ảnh liên tiếp nhau, và polygon xác định bởi một nhóm các điểm ảnh kề sát nhau Dữ liệu được lưu trong định dạng này rất đơn giản nhưng lại đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn Raster phù hợp với các dạng dữ liệu có đường biên không rõ ràng Raster được ứng dụng nhiều trong phân tích bề mặt liên tục

Hình 1.5: Định dạng dữ liệu Vector và Raster

1.1.4 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian

Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian Đây là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phươngpháp

khác Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS

Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một

số phương pháp được dùng phổ biến nhất:

1.1.4.1 Buffer (Tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian)

Buffer hay còn gọi là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với đối tượng kia Phương pháp buffer được chia làm nhiều loại (phép toán) khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:

- Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng gốc

- Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan

hệ đặc biệt với các đối tượng gốc

- Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tính

-

Hình 1.6: Ví dụ về Buffer

Một số phép toán buffer thông dụng

- Tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác Phép toán này xác định quan hệ “bao kín” giữa các đối tượng không gian Đường thẳng bao gồm nhiều điểm, một đa giác (polygon) có thể bao gồm nhiều đường thẳng hoặc gồm các đa giác con khác

- Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác Phép toán này xác định các đối tượng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tượng khác Hai đa giác giao nhau nếu chúng có một miền chung Hai đường thẳng cắt nhau nếu chúng có một điểm

chung Một đường thẳng giao với một đa giác khi nó nằm một phần hay toàn bộ trong đa giác

- Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác Đây là kiểu tìm kiếm trong

đó các đối tượng có chung đường bao (biên) Quan hệ này chỉ áp dụng cho đường thẳng hoặc đa giác

- Tìm các đối tượng nằm bên trong hoặc bên ngoài một khoảng cách xác định Kiểu tìm kiếm này được sử dụng trong việc xác định các đối tượng xung quanh một hay nhiều các điểm mốc Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tượng căn cứ vào vị trí của chúng so với vùng đệm tạo ra

Một bài toán rất điển hình cho phương pháp buffer này là bài toán về “Nhà máy hoá chất và các bệnh viện” Mục đích của bài toán là xác định các vị trí thuận tiện nhất trên bản đồ cho việc di dời các bệnh viện trong trường hợp nhà máy hoá chất gặp sự cố Các nhà máy hoá chất và bệnh viện được biểu diễn trên bản đồ bằng các đối tượng điểm (points) Mỗi nhà máy bao gồm các thông tin chi tiết về loại hoá chất sản xuất và mức độ phát tán chất độc ra môi trường trong các điều kiện thời tiết khác nhau Khi có sự cố, vùng nguy hiểm cần di dời sẽ được thể hiện trên bản đồ

Từ đó, chúng ta có thể biết được nên chuyển bệnh viện đến vùng nào là an toàn và thuận tiện nhất

Hình 1.7: Buffer bên trong một hình có bán kính xác định

1.1.4.2 Geocoding (Tìm kiếm theo địa chỉ)

Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu dữ liệu đồ hoạ Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận…

Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các đối tượng trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng, có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS

Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô tả thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin không gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Các gocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu

dữ liệu tham chiếu khác nhau

Sau khi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mô tả thuộc tính vào

mô tả không gian) Ta có thể nhập địa chỉ của đối tượng cần tìm Quy trình xử lý trải qua các bước sau:

- Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các thành phần địa chỉ nhỏ

- Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn dữ liệu tham chiếu để xác định các đối tượng có các thành phần địa chỉ tương ứng với dữ liệu nhập vào

Mỗi kiểu geocoding service sẽ quy định các định dạng của các thành phần địa chỉ này

- Tập kết quả trả về sẽ được gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả gần đúng nhất

- Geocoding service sẽ đánh dấu đối tượng vừa được tìm thấy trên bản đồ bằng một đối tượng đồ hoạ

Hình 1.8: Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ

1.1.4.3 Network (phân tích mạng)

Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng

Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các topology cho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu Quan hệ topology giữa các đối tượng gần giống quan hệ giữa các bảng (relationship)

Chúng ta có hai kiểu liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh Nút - cạnh là luật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng kiểu B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và một cạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút

Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình thành Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng để giải quyết các bài toán đặt ra

Hình 1.9: Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông

đồ để tạo ra bản đồ mới Overlay thực hiện điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp

Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:

- Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point

- Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line

- Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon

Một bài toán rất điển hình cho kỹ thuật này là bài toán về kiểm tra tình hình ngập lụt của các thửa đất trong một vùng có thiên tai Ở đây chúng ta thấy có hai lớp: một lớp cho biết tình trạng lũ lụt trong vùng, một lớp thuộc về đất đai Thông thường hai lớp này sẽ nằm trên hai bản đồ khác nhau vì mục đích sử dụng của chúng khác nhau Khi cần biết tình trạng ngập lụt của từng thửa đất, người ta tiến

hành chồng khít hai lớp bản đồ Lúc này thông tin về tình trạng của thửa đất sẽ được lấy từ lớp lũ lụt chứ không phải lấy từ lớp thửa đất vì lớp thửa đất không chứa các thông tin này Ví dụ này mô tả bài toán thuộc loại “polyon-in-polygon”

Qua bài toán chúng ta có thể thấy một điều rằng hai lớp mà ta đưa vào overlay phải có sự thống nhất với nhau Thống nhất về hệ quy chiếu, thống nhất về

tỷ lệ, có được điều kiện này ta mới tiến hành overlay được

Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước:

- Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng khít hai lớp bản đồ tại giao điểm này

- Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ

Các phép toán overlay bao gồm: Phép hợp (Union), phép giao (Intersect) và phép đồng nhất (Identity)

Phép hợp

Hoạt động như toán tử Or , Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon

Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu dầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon

Phép đồng nhất

Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào.Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít

Hình 1.12: Phép đồng nhất

1.1.4.5 Proximity (Tìm kiếm trong khoảng cận kề)

Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean Có 3 phương pháp phân tích proximity:

Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng, trong đó vùng tìm kiếm được xác định bởi xấp xỉ tới hiện tượng có sẵn, đó chính là phương pháp buffer Việc tìm kiếm này được thực hiện trong vùng tạo bởi mở rộng đối tượng cho trước theo một khoảng cách cho trước Trong GIS vùng này được gọi là vùng đệm, nó được xây dựng xung quanh đối tượng điểm, đối tượng đường hay đối tượng vùng Trong các hệ thống trên cơ sở raster thì việc tạo lập vùng đệm dược thực hiện nhờ chức năng spread

Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước, chẳng hạn như tìm các mảnh đất liền kề với mảnh đất sẽ xây dựng nhà máy

Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều Các mẫu thường là các điểm Tìm kiếm này thực hiện bằng cách tạo lập đa giác Thiessen, nó xác định các vùng xung quanh mỗi điểm mà gần điểm này hơn mọi điểm khác Sơ đồ đa giác Thiessen còn được gọi là sơ đồ Voronoi Chúng được sử dụng để lập ra bản đồ sử dụng từ các mẫu đất cách biệt

1.1.5 Hiển thị bản đồ[4]

Trong GIS, các đối tượng cơ sở dữ liệu không gian trong thế giới thực được

mô tả dưới dạng bản đồ Điểm mạnh của các hệ thống GIS là khả năng thể hiện nội dung địa lý các mối quan hệ về không gian giữa chúng Cách mà GIS hiển thị các đối tượng thực thể được quy ra làm 4 loại đối tượng số cơ bản:

- Đối tượng kiểu điểm (point)

- Đối tượng kiểu đường (line, polyline)

- Đối tượng kiểu vùng (area, polygon)

- Đối tượng kiểu mô tả (annotation, text, symbol)

Cách phản ánh các đối tượng trên bản đồ:

1.1.5.1 Hiển thị tất cả các đối tượng với một ký hiệu

Thông thường, các đối tượng trong bản đồ không chỉ cho chúng ta thấy vị trí không gian của nó Bản đồ tổng quát vị trí các đối tượng cho phép phát hiện ra những quy luật và phương hướng giúp ta đưa ra quyết định tốt hơn

Một cách dễ dàng để nhìn tổng quát các đối tượng là hiển thị chúng với một

ký hiệu khi tạo một lớp mới mặc định ArcMap sẽ hiển thị với một ký hiệu

Khi hiển thị một ký hiệu, điều này chỉ cho việc phân biệt vị trí đối tượng, cho chúng ta nhận biết các đối tượng này tập trung hay phân tán, hay nhìn toàn bộ bản

đồ cho thấy mô hình bố trí các địa vật

Ví dụ hiển thị lớp dữ liệu:

Hình 1.13: Hiển thị lớp dữ liệu với một ký hiệu

1.1.5.2.Hiển thị đối tượng theo loại

Loại là tập hợp các đối tượng có cùng một giá trị thuộc tính Ví dụ dựa vào

dữ liệu thửa đất với một giá trị cho phép mô tả loại đất sử dụng như là nhà ở, khu vực kinh doanh, khu vực công cộng có thể sử dụng những ký hiệu khác nhau để biểu tượng cho mỗi giá trị duy nhất đó Bằng cách này sẽ cho thấy vị trí của đối tượng và loại của chúng

Nhìn chung, để hiển thị bản đồ loại này cần có những loại thuộc tính sau:

 Thuộc tính mô tả tên, kiểu hay đặc chưng của đối tượng

 Thuộc tính chứa kích thước hoặc số lượng được phân nhóm

 Thuộc tính mang tính duy nhất định nghĩa đối tượng, ví dụ tên tỉnh, tên Quốc gia

Có thể để cho ArcMap chỉ định ký hiệu cho mỗi loại trên lược đồ màu sắc hoặc chỉ định một ký hiệu cho một trị thuộc tính

Để hiển thị đối tượng với những ký hiệu chỉ định, cần phải tạo mộ kiểu ký hiệu trước và chứa tên của những ký hiệu sau khi thuộc tính hiển thị Ví dụ, có một

dữ liệu phần loại đường chính và đường phụ ArcMap sẽ kết hợp chính xác các ký hiệu và thuộc tính để vẽ chúng Những đối tượng nào không có ký hiệu tương ứng sẽ không được vẽ hiển thị dữ liệu theo cách này sẽ vẽ cùng một ký hiệu trên những bản

đồ khác nhau

Ví dụ hiển thị lớp dữ liệu giao thông theo loại đường:

Hình 1.14: Hiển thị lớp dữ liệu giao thông theo loại đường

Hiển thị lớp dữ liệu phường xã theo tên phường:

Hình1.15: Hiển thị lớp dữ liệu phường xã theo tên phường 1.1.5.3.Hiển thị dữ liệu về số lượng

Dữ liệu định lượng là dữ liệu mô tả đối tượng tập hợp một số lượng các giá trị

đo lường không giống như dữ liệu phân loại, giá trị hiển thị là những giá trị duy nhất như là tên đối tượng, dữ liệu định lượng mô tả về những con số, số điểm, số lượng, tỷ lệ, dãy giá trị Ví dụ như mô tả dân số, lượng mưa, nhiệt đô

Khi hiển thị giá trị định lượng, có thể gán cho mỗi giá trị một ký hiệu hoặc một giá các giá trị trong các layer một ký hiệu khác nhau Nếu bản đồ chó có vài giá trị có thể gán cho mỗi giá trị một ký hiệu, trong trường hợp giá trị trong dữ liệu quá nhiều giá trị khác nhau phải nhóm chúng thành những lớp

Có thể định giới hạn của mỗi layer và điểm ngắt, giá trị lớn, giá trị nhỏ trong các layer sẽ quyết định được đối tượng nào thuộc về layer đó và cách mà bản đồ hiển thị Khi thay đổi các layer sẽ tạo ra hững kiểu nhìn khác nhau trên bản đồ Nói chung mục đích là làm sao các đối tượng có đặc tính tương tự nhau sẽ ở trong một layer

Hai nhân tố chính để phân loại đối tượng là biểu đồ phân loại sử dụng và số layer sẽ tạo Nếu biết rõ về dữ liệu của mình thì có thể tự phân loại các layer, nếu không thì để cho ArcMap phân loại

Ví dụ hiển thị số lượng dân số theo giải màu:

Hình1.16: Hiển thị số lượng dân số theo giải màu

Có các cách hiển thị về số lượng như sau:

 Hiển thị số lượng theo dải màu

 Hiển thị số lượng theo kích thước ký hiệu

 Hiển thị số lượng theo mật độ…

Ví dụ hiển thị số lượng dân số theo kích thước ký hiệu:

Hình 1.17: Hiển thị số lượng dân số theo kích thước ký hiệu

Ví dụ hiển thị dân số theo mật độ:

Hình 1.18: Hiển thị dân số theo mật độ 1.1.5.4.Hiển thị đối tượng theo biểu đồ

Hiển thị số lượng đối tượng theo biểu đồ trên bản đồ để thể hiện sự so sánh giữa các đối tượng này với đối tượng kia Những đối tượng lớn sẽ được hiển thị để phân biệt với các đối tượng có giá trị nhỏ

Cách hiển thị này có thể đưa ra các dự báo về đối tượng theo không gian và thời gian, dựa trên su hướng hiển thị của chúng trên bản đồ

Ví dụ hiển thị biểu đồ các độ tuổi dân số khác nhau theo biểu đồ hình tròn:

Hình 1.19: Hiển thị biểu đồ các độ tuổi dân số khác nhau theo biểu đồ hình tròn

1.1.5.5.Hiển thị đối tượng theo nhiều thuộc tính

ArcMap cho phép hiển thị ký hiệu bản đồ kết hợp với hai phương pháp phân loại và số lượng bằng phương pháp này giúp cho hiển thị được nhiều thông tin hơn trên bản đồ cùng một lúc Tuy nhiên trong nhiều trường hợp sẽ gây cho người đọc khó hiểu

Ví dụ hiển thị dữ liệu dân số và phường xã:

Hình 1.20: Hiển thị dữ liệu dân số và phường xã

1.2 Khả năng ứng dụng của GIS[2][6]

GIS có thể trả lời các câu hỏi:

- Location: What is at ?

Tìm ra cái gì tồn tại ở vị trí cụ thể Vị trí được thể hiện bằng tên, mã bưu điện hay tọa độ địa lý (kinh/vĩ độ)

- Condition: Where is it?

Tìm ra vị trí thỏa mãn một số điều kiện (vùng không có rừng diện tích 2000m2 và

xa đường quốc lộ 100m và loại đất phù hợp cho xây dựng)

- Trends: What has changed since ?

Tìm ra sự khác biệt (thay đổi) theo thời gian của một vùng nghiên cứu

- Patterns: What spatial patterns exist?

Tìm ra nơi nào phù hợp mẫu, ví dụ cancer là nguyên nhân chính của cái chết của người dân gần nhà máy nguyên tử?

- Modeling: What if ?

Câu hỏi này xác định cái gì xảy ra, ví dụ, nếu có đường mới mở hay nếu chất độc thải vào nguồn nước

Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian,

nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật Trong phần lớn các lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động

Môi trường

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS

để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng vùng và ứng dụng

sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

Khí tượng thuỷ văn

Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục

vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống kịp thời

vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế

Nông nghiệp

Những ứng dụng đặc trưng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo

về hàng hoá, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước

Dịch vụ tài chính

GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như là một ứng dụng đơn lẻ Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất Lĩnh vực này đòi hỏi những

dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết

và giá trị tài sản

Y tế

Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ như, nó chỉ ra được lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

Chính quyền địa phương

Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất Tất

cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS GIS có thể được

sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành Nhà cầm quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp

Bán lẻ và phân phối

Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể được tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những siêu thị

cạnh tranh GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn nhất

Giao thông

GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc lập kế hoạch

và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS

Các ngành điện, nước, gas, điện thoại

Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này Dữ liệu vecto thường được dùng trong các lĩnh vực này những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management (AM-FM) AM-FM được dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao

Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an toàn công cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường, thì công nghệ GIS luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục đích chương trình của tổ chức đó

1.3 Giới thiệu bài toán quản lý tài nguyên nước ngầm

Hiện nay, nước ta là một nước đang phát triển vì vậy ngoài việc đẩy mạnh phát triển kinh tế thì việc bảo vệ môi trường cũng đang là vấn đề mà nhà nước ta quan tâm Nguồn nước là nhân tố quan trọng trong môi trường, do vậy công tác bảo

vệ môi trường cần chú trọng tới bảo vệ nguồn nước Ô nhiễm nước hay nói khác là

sự biến đổi chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người,