Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong bài toán phân tích lựa chọn đa mục tiêu - TS. Phạm Hùng

øng dông HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) trong bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu TS. Ph¹m Hïng Bé m«n Kinh tÕ Thuû lîi-Tr­êng §¹i häc Thuû Lîi Tãm t¾t Ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®Ó ra quyÕt ®Þnh lµ tËp hîp c¸c b­íc, tr×nh tù ®Ó ph©n tÝch tæng hîp c¸c vÊn ®Ò. ChiÕn l­îc c¬ b¶n cña ra bµi to¸n nµy lµ chia nhá vÊn ®Ò ra quyÕt ®Þnh thµnh c¸c phÇn nhá, dÔ hiÓu sau ®ã ph©n tÝch vµ tæng hîp c¸c phÇn ®ã l¹i sao cho cã logic ®Ó ®­a ra gi¶i ph¸p hîp lý. Tuy nhiªn víi kh¶ n¨ng cña m×nh qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh lµ bao gåm viÖc x¸c ®Þnh hoÆc lùa chän ph­¬ng ¸n, vµ cã tÇm quan träng ®èi víi nhiÒu c¸c lÜnh vùc tù nhiªn vµ x· héi, bao gåm c¶ hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. Th«ng th­êng, c¸c ph­¬ng ¸n ®­îc c¸c nhµ qu¶n lý, nhµ ra quyÕt ®Þnh, vµ d©n chóng ®¸nh gi¸ dùa trªn c¸c chØ tiªu quan träng t­¬ng øng. Trong khu«n khæ bµi n¸o nµy sÏ giíi thiÖu vÒ viÖc ph©n tÝch gi¶i bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu víi sù trî gióp cña HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) ®Æc biÖt trong kinh tÕ qu¶n lý khai th¸c tæng hîp vïng ven biÓn. Ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®Ó ra quyÕt ®Þnh lµ tËp hîp c¸c b­íc, tr×nh tù ®Ó ph©n tÝch tæng hîp c¸c vÊn ®Ò. ChiÕn l­îc c¬ b¶n cña bµi to¸n lµ chia nhá vÊn ®Ò ra quyÕt ®Þnh thµnh c¸c phÇn nhá, dÔ hiÓu sau ®ã ph©n tÝch vµ tæng hîp c¸c phÇn ®ã l¹i sao cho cã logic ®Ó ®­a ra gi¶i ph¸p hîp lý. PhÇn lín nghiªn cøu ®Òu cho r»ng ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®Ó ra quyÕt ®Þnh lµ mét lÜnh vùc cña khoa häc vÒ qu¶n lý, trong ®ã qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh lµ ch×a kho¸, chøc n¨ng quan träng ®èi víi qu¸ tr×nh ®Çu t­ vµ sö dông bÒn v÷ng c¸c nguån tµi nguyªn. Tuy nhiªn víi kh¶ n¨ng cña m×nh qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh lµ bao gåm viÖc x¸c ®Þnh hoÆc lùa chän ph­¬ng ¸n, vµ cã tÇm quan träng ®èi víi nhiÒu lÜnh vùc tù nhiªn vµ x· héi, bao gåm c¶ hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý. Nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n cña ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®­îc nhiÒu nhµ ®Þa lý, nhµ ho¹ch ®Þnh vµ nhµ ph©n tÝch vÒ kh«ng gian quan t©m, nã bao gåm tËp hîp nhiÒu ph­¬ng ¸n cã tÝnh kh¶ thi, trong ®ã chøa ®ùng nhiÒu m©u thuÉn, vµ nh÷ng tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ kh«ng chuÈn mùc. Th«ng th­êng, c¸c ph­¬ng ¸n ®­îc c¸c nhµ qu¶n lý, nhµ ra quyÕt ®Þnh, vµ d©n chóng ®¸nh gi¸ dùa trªn c¸c chØ tiªu quan träng t­¬ng øng. HiÖn nay víi sù tiªn bé cña khoa häc kü thuËt nªn ph­¬ng ¸n lùa chän mang tÝnh kh¶ thi vµ c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ ®­îc x©y dùng trªn c¬ së d÷ liÖu cã cÊu tróc ®­îc ph¸t triÓn trªn nÒn c¸c thuéc tÝnh cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS). Trong 1 khu«n khæ bµi n¸o nµy sÏ giíi thiÖu vÒ viÖc ph©n tÝch gi¶i bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu víi sù trî gióp cña HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) ®Æc biÖt trong kinh tÕ qu¶n lý khai th¸c tæng hîp vïng ven biÓn. 1. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) vµ c¸c chøc n¨ng. HÖ th«ng tin ®Þa lÝ lµ kü thuËt øng dông nh÷ng hÖ thèng vi tÝnh sè (Digital Computer Systems) ®Ó l­u tr÷, xö lý, qu¶n lý, hiÓn thÞ, m« h×nh ho¸ vµ ph©n tÝch nh÷ng sè liÖu th«ng tin cã liªn quan ®Õn tÝnh ®Þa lý cña mét khu vùc naß ®ã, nh÷ng d÷ liÖu nµy ®­îc m« t¶ víi c¸c thuéc tÝnh g¾n liÒn víi mét ®iÓm nhÊt ®Þnh. Hay nãi mét c¸ch kh¸c : HÖ th«ng tin ®Þa lÝ lµ mét hÖ thèng m¸y tÝnh vµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi, thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng vµo ( Input ) vµ ra (Output) vµ mét sè phÇn mÒm chuyªn dông cã kh¶ n¨ng cËp nhËt, l­u tr÷, xö lý c¸c th«ng tin kh«ng gian (th«ng tin ®Þa lý) vµ c¸c th«ng tin thuéc tÝnh. Nã ®ång thêi cã kh¶ n¨ng m« h×nh ho¸ nh»m gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n vµ m« pháng th«ng tin kh«ng gian theo mét ý ®å chuyªn ngµnh [6]. Ngoµi ra, hÖ thèng t­ liÖu ®­îc l­u tr÷ vµ xö lý, trong GIS bao gåm kh«ng nh÷ng c¸c th«ng tin vÒ m«i tr­êng tù nhiªn, mµ cßn liªn quan tíi c¶ tÝnh chÊt vÒ x· héi vµ kinh tÕ cña khu vùc. VÞ trÝ m« t¶ chøa ®ùng hÖ thèng th«ng tin nãi trªn sÏ ph¶i ®­îc x¸c ®Þnh trong GIS bëi mét hÖ thèng l­íi chiÕu ®Þa lý, bao gåm c¸c m· sè ®Þa lý : kinh ®é, vÜ ®é nh»m b¶o ®¶m kh¶ n¨ng truy xuÊt vµ xö lý sè liÖu chÝnh x¸c trªn mét vïng ®Þa lý cô thÓ, ë ph¹m trï hµnh chÝnh, ranh giíi vµ tªn gäi ®Þa ph­¬ng (nh­ huyÖn tØnh, thµnh phè, quèc gia...) còng ®­îc xö lý, l­u tr÷ vµ cËp nhËt ho¸, ®ång thêi víi c¸c ®Æc ®iÓm ®Þa lý, t¹o ®iÒu kiÖn vµ kh¶ n¨ng cho viÖc xö lý th«ng tin, ®¸p øng nhu cÇu ho¹ch ®Þnh s¸ch l­îc ph¸t triÓn nguån tµi nguyªn [6]. Kü thuËt GIS dùa vµo kh¶ n¨ng l­u tr÷, xö lý, ph©n tÝch vµ m« h×nh ho¸, cã c¸c chøc n¨ng sau [6]: - Chång xÕp vµ tæng hîp nhiÒu líp th«ng tin chuyªn ®Ò (Thematic Information Layers) trªn cïng mét khu vùc, kÓ c¶ nh÷ng th«ng tin thuéc lo¹i kh¸c nhau cã sè l­îng lín. - Cung cÊp nh÷ng th«ng tin míi nhê vµo nh÷ng m« h×nh to¸n häc, gi÷a hai hay nhiÒu líp th«ng tin chuyªn ®Ò trªn cïng mét vïng ®Þa lý. - Qu¶n lý nh÷ng cÊu tróc d÷ liÖu ®a d¹ng víi quy m« lín. - Cung cÊp c¸c thèng kª khu vùc dùa vµo c¸c sè liÖu l­u tr÷. - M« t¶ c¸c ®Æc ®iÓm ®a d¹ng cña c¶nh quan thuéc vïng ®Þa lý nhÊt ®Þnh, trong sè ®ã bao gåm nh÷ng ®Æc thï cã tÝnh t­¬ng hç chÆt chÏ lÉn nhau. - T¹o ®iÒu kiÖn dÔ dµng vµ nhanh chãng cËp nhËt sè liÖu, còng nh­ kÕt nèi ®­îc nhiÒu hÖ thèng c¬ së d÷ liÖu kh¸c. - Sö dông vµ xö lý mét sè l­îng lín th«ng tin thu thËp tõ t­ liÖu viÔn th¸m vµ tr×nh bµy chóng theo tiªu chuÈn b¶n ®å häc. 2 Nh­ vËy víi chøc n¨ng trªn, ®Æc biÖt lµ chøc n¨ng ph©n tÝch tæng hîp c¸c sè liÖu mang thuéc tÝnh kh«ng gian, GIS sÏ gióp t¹o vµ l­u tr÷ c¸c lo¹i c¬ së d÷ liÖu cho nhµ qu¶n lý, nhµ ho¹ch ®Þnh chÝnh s¸ch cho nhµ ra quyÕt ®Þnh. HiÖn nay ®· cã c¸c lo¹i phÇn mÒm GIS vÒ ph©n tÝch c¸c thuéc tÝnh d÷ liÖu kh«ng gian sau : B¶ng 1 : Mét sè hÖ thèng GIS phôc vô cho lÜnh vùc ph©n tÝch d÷ liÖu thuéc tÝnh kh«ng gian [3] TT C¸c phÇn mÒm 1 ARC/INFO GRID 2 IDRISI 3 SpaceStat 4 S+SpatialSta ts C¬ quan ph¸t triÓn vµ ®Þa chØ trang Web ViÖn nghiªn cøu vÒ hÖ thèng m«i tr­êng www.ersi.com ViÖn sau ®¹i häc vÒ ®Þa lý, Tr­êng §¹i häc Clark www.idrisi.clarku.edu Anselin (1995) www.rri.wvu.edu/ spacestat.htm PhÇn mÒm to¸n häc www.mathsoft.com D¹ng cña phÇn mÒm HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý d­íi d¹ng vector vµ d¹ng raster HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý d­íi d¹ng d¹ng raster HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý d­íi d¹ng vector PhÇn mÒm thèng kª, cã kh¶ n¨ng kÕt nèi víi GIS d¹ng vector Kh¶ n¨ng ph©n tÝch thèng kª lùa chän C¸c lo¹i thèng kª, t­¬ng quan, håi quy, t­¬ng quan tù ®éng, ph©n tÝch kh«ng gian, ph©n lo¹i biÕn ®æi cña hµm sè, ph©n tÝch vµ ngo¹i suy kh«ng gian C¸c lo¹i thèng kª, t­¬ng quan, t­¬ng quan tù ®éng ph©n tÝch kh«ng gian, ph©n lo¹i biÕn ®æi cña hµm sè, ph©n tÝch vµ ngo¹i suy kh«ng gian, ph©n tÝch chuçi thêi gian, ph©n tÝch th­íc ®o ®é chuÈn Ph©n tÝch kh¶o s¸t d÷ liÖu kh«ng gian, T­¬ng quan tù ®éng vÒ kh«ng gian, m« h×nh t­¬ng quan vÒ kh«ng gian, ph©n tÝch bÒ mÆt kh«ng gian, néi ngo¹i 3 suy bÒ mÆt kh«ng gian. 2. Bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu C¸c bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu bao gåm tËp hîp nhiÒu ph­¬ng ¸n ®­îc ®¸nh gi¸ dùa trªn c¬ së c¸c tiªu chÝ. Th«ng th­êng c¸c tiªu chÝ ®­îc xem nh­ mét kh¸i niÖm chung bao gåm c¸c kh¸i niÖm vÒ thuéc tÝnh vµ môc tiªu. Thµnh phÇn chñ yÕu cña bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu gåm : - Môc tiªu hoÆc tËp hîp c¸c môc tiªu mµ ng­êi ra quyÕt ®Þnh cÇn ®¹t ®­îc. - Ng­êi ra quyÕt ®Þnh hoÆc mét nhãm ng­êi tham gia vµo qu¸ tr×nh ra quyÕt ®Þnh xem xÐt møc ®é ­u tiªn trªn c¬ së cña c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸. - TËp hîp c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ (môc tiªu vµ hoÆc c¸c thuéc tÝnh) trªn c¬ së c¸c chØ tiªu nµy ng­êi ra quyÕt ®Þnh sÏ ®¸nh gi¸ c¸c ph­¬ng ¸n. - TËp hîp c¸c ph­¬ng ¸n. - TËp hîp c¸c biÕn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc. - TËp hîp c¸c chØ sè cña c¸c cÆp ph­¬ng ¸n vµ thuéc tÝnh. S¬ ®å d­íi d©y sÏ m« t¶ c¸c thµnh phÇn cña bµi to¸n ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu. Môc tiªu chÝnh Ra quyÕt ®Þnh 1 Ra quyÕt ®Þnh 2 Môc tiªu 1 Môc tiªu 2 Môc tiªu 3 Thuéc tÝnh 1 Ph­¬ng ChØ sè 11 ¸n 1 Ph­¬ng ChØ sè 21 ¸n 2 Ph­¬ng ChØ sè 31 ¸n 3 ... ... Ph­¬ng ChØ sè m1 ¸n m Møc ®é Tû träng 1 ­u tiªn Thuéc tÝnh 2 ChØ sè 12 ChØ sè 22 ChØ sè 32 ... ChØ sè m2 Tû träng 2 Thuéc tÝnh 3 ChØ sè 13 ChØ sè 23 ChØ sè 33 ... ChØ sè m3 Tû träng 3 Thuéc tÝnh 4 ChØ sè 14 ChØ sè 24 ChØ sè 34 ... ChØ sè m4 Tû träng 4 ... Thuéc tÝnh n ... ChØ sè 1n ... ChØ sè 2n ... ChØ sè 3n ... ... ... ChØ sè mn ... Tû träng n 4 S¬ ®å 1. S¬ ®å ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu [3] 3. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý, ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu vµ øng dông C¸c d÷ liÖu kh«ng gian hoÆc ®Þa lý ®­îc x¸c ®Þnh nh­ nguån d÷ liÖu th«, kh«ng ®­îc cÊu tróc chÆt chÏ, th«ng th­êng ®­îc g¸n víi mét vÞ trÝ cô thÓ. Do vËy c¸c c¬ së d÷ liÖu nµy nÕu kh«ng ®­îc cÊu tróc l¹i h×nh thµnh mét c¬ së d÷ liÖu th× kh«ng cã gi¸ trÞ nªn viÖc ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®Ó ra quyÕt ®Þnh dùa vµo c¸c d÷ liÖu nµy gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n. Víi chøc n¨ng ®­îc tr×nh bµy ë phÇn trªn hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) sÏ lµ c«ng cô m¹nh ®Ó hç trî cho c«ng viÖc nµy. HÖ thèng th«ng tin ®Þa lý cã kh¶ n¨ng tæ chøc l¹i sè liÖu d­íi c¸c d¹ng cÊu tróc vector hoÆc raster, qu¶n lý l­u tr÷, ph©n tÝch vµ ®­a ra hç trî quan träng trong c¸c vÊn ®Ò ra quyÕt ®Þnh. C¸c c¬ së d÷ liÖu ®­îc cÊu tróc d­íi c¸c d¹ng líp b¶n ®å. C¸c líp b¶n ®å nµy sÏ thÓ hiÖn vÒ c¸c môc tiªu, c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ hoÆc c¸c thuéc tÝnh, c¸c ph­¬ng ¸n lùa chän d­íi d¹ng b¶n ®å. Sau ®ã c¸c nhµ ra quyÕt ®Þnh, dùa trªn c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Ó ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu, lùa chän ph­¬ng ¸n vµ ra quyÕt ®Þnh theo s¬ ®å ph©n tÝch ë trªn. TiÕp theo giíi thiÖu mét øng dông vÒ viÖc g¾n liÒn GIS víi ph©n tÝch lùa chän ®a môc tiªu ®Ó ra quyÕt ®Þnh. Môc tiªu chÝnh lµ n©ng cao hiÖu qu¶ qu¶n lý khai th¸c vïng ven biÓn Hoµ Du©n vµ ThuËn An cña tØnh Thõa Thiªn HuÕ . ViÖc ra quyÕt ®Þnh víi sù trî gióp cña GIS ®èi víi vïng ven biÓn nµy ®­îc thÓ hiÖn ë s¬ ®å sau: N©ng cao hiÖu qu¶ qu¶n lý khai th¸c vïng ven biÎn Hoµ Du©n -ThuËn an Môc tiªu Môc tiªu 1 Lîi Ých gi¶m nhÑ c¸c thiÖt h¹i vÒ lò lôt, thiªn tai Môc tiªu 2 T¹o nhiÒu c¬ héi gi¶i trÝ du lÞch Môc tiªu 3 Lîi Ých c¶i thiÖn m«i tr­êng Thuéc tÝnh §Þa chÊt, thæ nh­ìng Th¶m phñ thùc vËt YÕu tè §Þa khÝ h×nh t­¬ng, thuû v¨n C«ng tr×nh b¶o vÖ vïng bê C¸c ho¹t ®éng ph¸t triÓn kinh tÕ x· héi C¸c líp b¶n ®å thuéc tÝnh 5 ... - tailieumienphi.vn