Logic mờ ứng dụng trong hệ thông tin địa lý

- ĐOÀN KHÁNH HOÀNG LOGIC MỜ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Chuyên ngành : Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.
- Trần Đình Khang Hà Nội – Năm 2012 Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 1 Cao học 2009-2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU.
- 8 1.1 Hệ thống thông tin địa lý - GIS.
- 9 1.1.3 Cơ sở dữ liệu GIS.
- 10 1.1.4 Các chức năng của GIS.
- 13 1.1.5 Ứng dụng của GIS.
- 16 1.2.2 Các dạng hàm thành viên.
- 30 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIS.
- 30 2.1 Hệ hỗ trợ ra quyết định đa chỉ tiêu.
- 32 2.1.4 Ra quyết định.
- 33 Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 2 Cao học Quá trình phân tích phân cấp (Analytical HierarchyProcess - AHP.
- 38 2.3 Hệ hỗ trợ quyết định dựa trên dữ liệu không gian.
- 39 2.3.2 GIS và bài toán lựa chọn địa điểm (site selection.
- 41 2.4 Mô hình phân tích thứ bậc mờ.
- 41 2.4.1 Phương pháp phân tích mờ khoảng rộng (Fuzzy extent analysis.
- 46 2.5 Mô hình ứng dụng FAHP trong hệ thống thông tin địa lý.
- 51 3.3 Thu thập dữ liệu và thành lập các bản đồ chuyên đề.
- 53 3.3.1 Bản đồ khu vực khảo sát.
- 54 3.3.2 Thành lập các bản đồ chuyên đề.
- 62 3.5 So sánh với mô hình AHP.
- 68 Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 3 Cao học 2009-2011 DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1-1 Mô phỏng các thành phần cơ bản trong GIS.
- 11 Hình 1-3 Các lớp đối tượng.
- 12 Hình 1-4 Phân tích liền kề.
- 13 Hình 1-5 Phân tích chồng xếp.
- 46 Hình 3-1 Mô hình của hệ MCDM cho bài toán lựa chọn ví trí đặt máy ATM.
- 53 Hình 3-2 Bản đồ khu vực Cầu Giáy.
- 54 Hình 3-3(a) Bản đồ khoảng cách đến đường chính.
- 65 Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 4 Cao học 2009-2011 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Ma trận so sánh độ quan trọng của các chỉ tiêu.
- 45 Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 5 Cao học 2009-2011 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GIS Hệ thống thông tin địa lý AHP Quy trình phân tích thứ bậc FAHP Quy trình phân tích thứ bậc mờ MCDM Hệ hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chuẩn S- MCDM Hệ hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chuẩn không gian Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 6 Cao học 2009-2011 MỞ ĐẦU 1.
- Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai v.v.
- đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào.
- Một trong những ứng dụng GIS thường dùng là lựa chọn địa điểm tối ưu (site selection).
- Để thực hiện được điều này thông thường người ra quyết định phải sử dụng các công cụ phân tích dữ liệu của GIS kết hợp với một mô hình đánh giá hỗ trợ ra quyết định nào đó (ví dụ AHP).
- Tuy nhiên các đánh giá này cũng như các dữ liệu thu được của các địa điểm từ việc phân tích dữ liệu GIS và đem ra so sánh thường có yếu tố không chắc chắn, hay có tính mờ ở trong đó.
- Vì vậy nếu chỉ đơn thuần sử dụng các mô hình phân tích đánh giá cổ điển (ví dụ AHP) thì có thể cho ta kết quả không thật chính xác.
- Xuất phát từ hạn chế trên, cần phải đưa ra một phương pháp phân tích đánh giá mới mà khi kết hợp với GIS để giải quyết bài toán lựa chọn địa điểm tối ưu sẽ cho ta kết quá tin cậy hơn.
- Mục tiêu nghiên cứu Đưa ra mô hình ứng dụng hệ ra quyết định đa tiêu chuẩn dựa trên dữ liệu không gian trên cơ sở kết hợp giữa hệ thống thông tin địa lý (GIS) và lý thuyết về logic mờ mà cụ thể là lý thuyết về số mờ.
- Xây dựng một chương trình tự động hóa quá trình tính toán dựa trên mô hình fuzzy AHP.
- Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) và logic mờ Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 7 Cao học Nghiên cứu mô hình phân tích thứ bậc mờ (FAHP) và mô hình ứng dụng hệ ra quyết định đa tiêu chuẩn dựa trên dữ liệu không gian sử dụng FAHP.
- Ứng dụng các vấn đề lý thuyết trên vào bài toán lựa chọn địa điểm tối ưu để đặt ATM của một ngân hàng trên địa bàn một quận nội thành của thành phố Hà Nội.
- Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp từ tài liệu: các nguồn tài liệu thu thập được bao gồm sách, giáo trình, bài báo trong và ngoài nước sẽ được nghiên cứu, phân tích và tổng hợp để từ đó rút ra các vấn đề liên quan đến đề tài và đưa vào quyển luận văn.
- Phương pháp đánh giá định lượng để đưa ra các số liệu có tính khách quan cao phục vụ trợ giúp quyết định.
- Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu: để xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố và tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá.
- Phương pháp phân tích không gian bằng GIS: để đánh giá và cho điểm các yếu tố ảnh hưởng đến bài toán lựa chọn địa điểm tối ưu.
- Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học của đề tài là đưa ra được mô hình kết hợp FAHP và GIS cho hệ ra quyết định đa tiêu chuẩn dựa trên dữ liệu không gian (S-MCDM) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là xây dựng được chương trình hỗ trợ ra quyết định dựa trên mô hình AHP và FAHP và thực nghiệm cho bài toán lựa chọn địa điểm tối ưu để đặt ATM của ngân hàng Teccombank trên quận Cầu Giấy, TP Hà Nội.
- Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 8 Cao học 2009-2011 CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 1.1 Hệ thống thông tin địa lý - GIS 1.1.1 Khái niệm về GIS Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây.
- GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ.
- Có nhiều định nghĩa về GIS, nhưng đều thống nhất quan niệm chung: Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographical Information System), đó là một hệ thông tin có khả năng thu thập, cập nhật , phân tích và quản trị, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến vị trí địa lý trên bề mặt trái đất hoặc được định nghĩa như là một hệ thông tin với khả năng truy nhập, tìm kiếm, phân tích, xử lý và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ trợ cho công tác quản lý, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
- Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng.
- Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS.
- Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý.
- Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở tri thức chuyên gia.
- Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 9 Cao học Các thành phần cơ bản trong GIS Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các thành phần sau: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, con người và phương thức tổ chức.
- Phần cứng Phần cứng hệ thống thông tin địa lý có thể là một máy tính, hoặc một hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm Phần mềm hệ thông tin địa lý bao gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ hoạ…Thông thường dựa trên mục tiêu xây dựng cơ sở dữ liệu người ta lựa chọn các giải pháp cho phần cứng và phần mềm hệ thống thông tin địa lý.
- Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là các thông tin được lưu dưới dạng số theo một khuân dạng nào đó mà máy tính có thể hiểu và đọc được.
- Cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý bao gồm các dữ liệu không gian (đó là các dữ liệu điểm - Point, đường - Line, vùng -Polygon) và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu dạng chữ - số, dữ liệu multimedia…) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này.
- Con người Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 10 Cao học 2009-2011 Như ta đã biết, đối với một tổ chức không phải chỉ đơn giản mua một hệ thống phần cứng và một vài phần mềm nào đó là đủ, nó đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ kỹ thuật, đó là các chuyên viên tin học, các nhà lập trình và các chuyên gia về các lĩnh vực khác nhau, họ những người trực tiếp thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống thông tin địa lý.
- Phương thức tổ chức Trên cơ sở các định hướng, chủ trương ứng dụng của các nhà quản lý, các chuyên gia chuyên ngành sẽ quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức thực hiện như thế nào, hệ thống được xây dựng sẽ đảm đương được các chức năng trợ giúp quyết định gì, từ đó có những thiết kế về nội dung, cấu trúc các hợp phần của hệ thống cũng như đầu tư tài chính… 1.1.3 Cơ sở dữ liệu GIS a.
- Dữ liệu không gian: Bản đồ là bản vẽ trong đó thể hiện hình ảnh các đối tượng thực tế trên bề mặt quả đất thông qua các ký hiệu riêng rẽ, các đối tượng trên bản đồ được xác định về mặt vị trị không gian trong một hệ tọa độ thống nhất.
- Bản đồ số là dạng bản đồ được thành lập trong máy tính ở dạng số với các cấu trúc mà máy tình hiểu được.
- Có 6 loại thông tin trong bản đồ số dùng hiển thị hình ảnh bản đồ và ghi chú của chúng như sau.
- Điểm (Point): Các đối tượng có ý nghĩa là một chấm trên bản đồ, có toạ độ xác định trong một hệ toạ độ.
- Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 11 Cao học 2009-2011 Hệ thống thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn các đặc trưng không gian: Mô hình dữ liệu Raster và mô hình dữ liệu Vector.
- Hình 1-2 Minh họa Vector và Raster Mô hình dữ liệu quyết định cách thức mà dữ liệu cấu trúc, lưu trữ, xử lý và phân tích trong một hệ thống thông tin địa lý.
- Mô hình dữ liệu Raster sử dụng lưới để thể hiện đặc trưng không gian.
- Mô hình Vector sử dụng các điểm tọa độ của chúng để xây dựng các đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng.
- Các đặc trưng dựa trên mô hình dữ liệu Vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong không gian.
- Nhiều hệ thống thông tin địa lý sử dụng cả hai mô hình dữ liệu Vector và Raster.
- Lớp đối tượng (Layer) Thông thường thành phần số liệu đồ thị của GIS là cơ sở dữ liệu bản đồ được quản lý ở dạng các lớp đối tượng, mỗi lớp chứa các hình ảnh bản đồ liên quan đến một chức năng, ứng dụng cụ thể.
- Lớp đối tượng là một tập hợp các hình ảnh thuần nhất hay là một tập hợp các đối tượng dùng để phục vụ một ứng dụng cụ thể và xác định vị trí của nó với các lớp khác trong cơ sở dữ liệu thông qua một hệ toạ độ chung.
- Việc phân tách các lớp dựa trên cơ sở của mối quan hệ logic và mô tả đồ hoạ của tập hợp các hình ảnh bản đồ.
- Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 12 Cao học 2009-2011 Hình 1-3 Các lớp đối tượng b.
- Dữ liệu phi không gian: Số liệu thuộc tính phi không gian mô tả các thông tin về đặc tính của các hình ảnh bản đồ.
- Chúng được liên kết với các hình ảnh không gian thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã địa lý (GeoCode) được lưu trữ trong cả hai bản ghi không gian và phi không gian.
- Số liệu thuộc tính phi không gian bao gồm các định tính và số liệu hình ảnh, điểm, đường, vùng hoặc mạng lưới lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu.
- Hệ thống thông tin địa lý có thể xử lý các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ trên cơ sở các giá trị thuộc tính.
- Phần lớn các phần mềm thông tin địa lý cũng có thể hiển thị các thông tin thuộc tính như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc lựa chọn hiển thị các ký hiệu bản đồ.
- Mối quan hệ giữa dữ liệu phi không gian và không gian: Bản đồ không chỉ thể hiện các lớp các đối tượng hình học mà mỗi đối tượng này còn được gắn với một tập các thuộc tính dữ liệu thống kê khác.
- Mỗi đối tượng hình học có một mã nhận diện dùng để liên kết với một bản ghi trong cơ sở dữ liệu quan hệ.
- Các dữ liệu địa lý được tổ chức nhờ mô hình quan hệ địa lý và Topo.
- Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 13 Cao học 2009-2011 Lớp các vùng (layer), đường (line), điểm (point) liên kết với các thuộc tính tương ứng.
- Những mô hình liên kết đó thể hiện cách quản lý vị trí, quan hệ không gian của các đặc trưng điểm, đường và vùng.
- Dữ liệu bản đồ dựa theo các đối tượng (điểm, đường, đa giác.
- ứng với mỗi đối tượng tương ứng sẽ có số hiệu riêng để có thể quy chiếu các dữ liệu phi hình học bao gồm các dữ liệu thống kê lưu trữ trong các tệp khác nhau của cơ sở dữ liệu.
- 1.1.4 Các chức năng của GIS Các thành phần của GIS được nêu trong phần 1.1.2 có nhiệm vụ thực thi các chức năng chính của hệ thống là: thu thập dữ liệu, quản lý cơ sở dữ liệu, tìm kiếm và phân tích không gian, hiển thị đồ họa và tương tác.
- Một chức năng là một khâu trong cả một hệ thống xử lý GIS.
- Trong số các chức năng trên thì tìm kiếm và phân tích không gian được coi là một thế mạnh của GIS.
- Một số phép phân tích không gian thường dùng: Phân tích liền kề (buffering): Đây là nhóm thao tác không gian tạo vùng đệm nhằm khoanh các vùng cách đều một điểm, một con đường hay một vùng trên những khoảng cách đã được định trước.
- Hình 1-4 Phân tích liền kề Chức năng vùng đệm dùng với mục đích gì? Một vùng ô nhiểm cần vạch ra môt vùng cách ly, một hồ chức nước cần vạch ra một hành lang bảo vệ.
- .Nói Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 14 Cao học 2009-2011 chung phép phân tích vùng đệm thường xuyên được sử dụng cho bài toán lựa chọn địa điểm (site selection) Chồng xếp lớp thông tin (Overlay) Đây là thao tác không gian trong đó các lớp chuyên đề được chồng xếp lên nhau để tạo ra một lớp chuyên đề mới với các thông tin mới, phục vụ cho một mục đích cụ thể.
- Hình 1-5 Phân tích chồng xếp 1.1.5 Ứng dụng của GIS Ngày nay, GIS được áp dụng trong hầu khắp các lĩnh vực khoa học và công nghệ, phục vụ những nhu cầu rất cấp thiết của con người.
- Mặc dù rất đa dạng và phong phú, các ứng dụng GIS có thể được phân thành ba nhóm, căn cứ vào mức độ và phạm vi áp dụng chúng, bao gồm các ứng dụng loại kiểm kê, các ứng dụng loại phân tích và các ứng dụng loại quản lý.
- Các ứng dụng kiểm kê: Một dự án GIS thường được bắt đầu bằng công tác kiểm kê các đối tượng nghiên cứu tại khu vực đã lựa chọn, (chẳng hạn các loại Luận văn cao học chuyên ngành Công nghệ thông tin Đoàn Khánh Hoàng 15 Cao học 2009-2011 rừng, thuỷ văn, sử dụng đất, v.v.
- Các đối tượng này được biểu diễn trong môi trường GIS dưới dạng các lớp thông tin địa lý.
- Các ứng dụng trong giai đoạn này chủ yếu tập trung vào việc cập nhật và đơn giản hoá các quy trình thu thập dữ liệu.
- Các ứng dụng phân tích: Sau khi đã hoàn thành giai đoạn kiểm kê, các kỹ thuật phân tích không gian và phân tích thống kê của công nghệ GIS sẽ cho phép thực hiện một loạt truy vấn phức tạp đối với các lớp thông tin chứa dữ liệu chuyên đề.
- Các ứng dụng quản lý: Các kỹ thuật phân tích không gian và xây dựng mô hình ở mức độ cao hơn sẽ hỗ trợ cho các quyết định của các nhà quản lý, lãnh đạo các ban ngành và các cấp chính quyền.
- Trong giai đoạn này của dự án GIS, trọng tâm của các ứng dụng đã chuyển từ công tác thu thập dữ liệu sang các thao tác xử lý, phân tích và mô hình hoá để giải quyết các vấn đề bức xúc của thế giới thực.
- Tuy nhiên, một vấn đề đặt ra là làm thế nào để máy tính hiểu được các mệnh đề, chẳng hạn, “An là người cao”, câu này có nghĩa là An cao 1,65m hay 1,72m? Mặt khác, thông tin được sử dụng trong các hệ đến từ hai nguồn quan trọng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt