7. Phân tích không gian

Thực hành các công cụ phân tích không gian: merge, union, clip, intersect, symmetrical difference, reproject, buffer, count points in polygon

Các công cụ phân tích không gian: merge, clip, intersect, symmetrical difference, buffer … là những công cụ cốt lõi trong xử lý và phân tích dữ liệu địa lý vector. Những công cụ này có thể được ứng dụng trong những bài toán phân tích không gian rất phổ biến như: phân tích vùng bị ảnh hưởng (mưa lũ, ô nhiễm…), quy hoạch vùng đô thị, bảo tồn.

Dữ liệu thực hành

Download dữ liệu Dataset Part 7 ở đây
Dữ liệu bao gồm các lớp:

• Vietnam_Provinces_65_Features: tương tự lớp Vietnam_Provinces, phục vụ thực hành chức năng merge.
• vietnam_dams: Vị trí các đập thủy điện của Việt Nam trước 2016 (nguồn: OpenDevelopmentMekong)
• VN_urbanareas: phân bố không gian của các vùng đô thị toàn quốc
• protected_area: phân bố không gian của các khu bảo tồn toàn quốc
• Thai_Nguyen_Rivers: mạng lưới sông ở Thái Nguyên
• Ngoài ra cần lớp ranh giới cấp huyện của riêng tỉnh Thái Nguyên là ThaiNguyen_districts ở Homework số 3, Bài 6

Công cụ Merge selected features

• Mục đích: Gộp nhiều polygon (hoặc line) thành một feature duy nhất trong cùng một lớp. Ví dụ: Gộp các xã thành một huyện, gộp các thửa đất liền kề thành một khối duy nhất.
• Nhiệm vụ của phần này là sử dụng công cụ merge để gộp các đối tượng vùng lãnh thổ thuộc cùng 1 tỉnh thành một đối tượng. Dữ liệu thực hành là lớp Vietnam_Provinces_65_Features.
• Cách thực hiện:
  • Add lớp Vietnam_Provinces_65_Features vào QGIS. Hiển thị label cho các tỉnh để dễ quan sát. Mở bảng thuộc tính và kiểm tra những tỉnh nào xuất hiện 2 lần ở trường dữ liệu tên tỉnh (VARNAME_1). Nhiệm vụ phần này là gộp những đối tượng đó lại thành một.

    

  • Bật Toggle Editing cho lớp Vietnam_Provinces_65_Features
  • Chọn 2 đối tượng thuộc tỉnh Kiên Giang, bạn có thể chọn thủ công ở Map canvas hoặc chọn ở Bảng thuộc tính đều được.
  • Ấn nút Merge Selected Features trên thanh công cụ.

    

  • Thiết lập các lựa chọn cho thuộc tính của đối tượng mới sau khi gộp:
    • Đối tượng mới sẽ có thuộc tính của đối tượng mình chỉ định (Take attributes from selected feature)
    • Đối tượng mới sẽ có thuộc tính của đối tượng có diện tích lớn hơn
    • Bỏ qua các trường dữ liệu
    • Hoặc bỏ lớp đã lựa chọn

      

  • Ấn OK, kết quả là 2 đối tượng của tỉnh Kiên Giang đã gộp thành một đối tượng mới. Có thể kiểm tra số lượng đối tượng bằng Show Feature Count.

Công cụ Union (tổng hợp)

• Union là một công cụ phân tích không gian trong QGIS dùng để:
  • Tạo ra một lớp mới chứa tất cả các vùng hình học là tổ hợp không gian của hai lớp đầu vào.
  • Giữ lại toàn bộ thuộc tính của cả hai lớp ban đầu.

    

Nhiệm vụ của phần này là kết hợp ranh giới tỉnh Vĩnh Phúc từ Vietnam_Provinces và 2 huyện Pho Yen and Dai Tu từ lớp ThaiNguyen_districts thành một lớp mới.
Cách thực hiện:

• Làm trong màu nền và hiện label của lớp Vietnam_Provinces_65_Features.
• Chọn ranh giới Vĩnh Phúc, chọn tiếp 2 huyện Dai Tu và Pho Yen.

  

• Bật công cụ Union: có thể dùng 1 trong 2 cách sau:
  • Dùng Menu Bar: Vector > Geoprocessing Tools > Union
  • Dùng Processing Toolbox: Gõ chữ Union vào ô search ở Processing Toolbox panel bên phía tay phải.

• Thiết lập các tham số khi xử lý Union:
  • Input layer: Vietnam_Provinces
  • Overlay layer: ThaiNguyen_districts. Input layer và Overlay layer có thể đổi vị trí cho nhau.
  • Tick vào Selected Features only
  • Đặt tên lớp mới là study_region.shp

    

• Ấn OK.
• • Kết quả hình học như ảnh dưới, và bảng thuộc tính lớp kết quả là tổng hợp của tất cả các trường dữ liệu của Vietnam_Provinces và ThaiNguyen_districts

    

Công cụ Clip (cắt)

• Clip là một công cụ phân tích không gian dùng để cắt một lớp vector theo hình dạng của lớp khác, tương tự như cắt một tấm bản đồ theo khung. Nói đơn giản: Clip lấy phần giao nhau giữa lớp đầu vào và lớp “mặt nạ” (clip layer), giữ lại hình học và thuộc tính của lớp đầu vào.
• Bạn nên sử dụng Clip khi:
  • Muốn trích xuất dữ liệu không gian giới hạn trong một khu vực cụ thể (ví dụ: chỉ lấy sông ngòi nằm trong ranh giới tỉnh Hà Giang).
  • Cần chuẩn bị dữ liệu cho bản đồ hoặc phân tích khu vực cụ thể (ví dụ: lấy dữ liệu đất nông nghiệp trong phạm vi một huyện).
  • Loại bỏ phần dữ liệu nằm ngoài vùng quan tâm.

    

Nhiệm vụ của phần này là cắt lớp Vietnam_Provinces theo lớp study_region vừa tạo ở phần Union phía trên. Cách thực hiện:

• Bật công cụ clip, tương tự như cách bật công cụ Union.
• Thiết lập các tham số:

  

• Kết quả như ảnh dưới, bảng thuộc tính của kết quả là bảng thuộc tính của Input layer.

  

Công cụ Intersection (giao cắt)

Intersection là công cụ phân tích không gian dùng để xác định vùng chồng lấp không gian giữa hai lớp vector và tạo lớp mới chứa các vùng giao nhau, kèm theo thuộc tính từ cả hai lớp. Sử dụng Intersection khi:

• Muốn xác định vùng giao nhau giữa hai loại đối tượng không gian (ví dụ: vùng đất rừng nằm trong phạm vi xã A).
• Cần phân tích thuộc tính chồng lấp, như: “khu vực nào vừa là vùng lũ vừa nằm trong quy hoạch dân cư”.
• Phân tích mối quan hệ không gian phức tạp giữa hai lớp dữ liệu (phổ biến trong quản lý đất đai, quy hoạch, tài nguyên môi trường…).

Nhiệm vụ của phần này là tạo lớp giao cắt giữa lớp VN_urbanareas và lớp ThaiNguyen_districts.
Cách thực hiện:

• Add lớp VN_urbanareas và ThaiNguyen_districts, điều chỉnh màu nền sao cho dễ nhìn thấy ranh giới của cả 2 lớp.

  

• Bật công cụ Intersection
• Xác lập các tham số: input layer là VN_urbanareas, overlay layer là ThaiNguyen_districts

  

• Kết quả hình học như ảnh dưới, và bảng thuộc tính lớp kết quả là tổng hợp của tất cả các trường dữ liệu của VN_urbanareas và ThaiNguyen_districts

  

Công cụ Symmetrical Difference

Symmetrical Difference là công cụ phân tích không gian dùng để tạo ra một lớp mới chứa các phần KHÔNG GIAO NHAU giữa hai lớp vector. Cụ thể:

• Lấy phần không chồng lấp của lớp A và lớp B,
• Loại bỏ phần giao nhau của chúng.

Một ví dụ về sử dụng công cụ Symmetrical Difference: phân tích sự khác biệt vùng địa lý giữa hai tập dữ liệu (ví dụ: vùng rừng năm 2020 và 2023 để xác định thay đổi rừng không trùng lặp).

• Bật công cụ Symmetrical Difference
• Thiết lập các tham số:

  

• Hình ảnh kết quả trước và sau khi tiến hành Symmetrical Difference:

  

Các Công cụ chuyển đổi phép chiếu bản đồ (Reprojection)

• Trong phân tích không gian, đôi khi cần thiết phải chuyển đổi hệ quy chiếu tọa độ của lớp thông tin GIS để phù hợp với mục đích sử dụng. Ví dụ: Không thể dùng CRS WGS84 (EPSG:4326) để thực hiện đo lường hoặc tính khoảng cách. Trường hợp này cần chuyển sang hệ tọa độ VN-2000 (EPSG:3405).
• Lý thuyết về hệ quy chiếu tọa độ CRS và phép chiếu bản đồ đã trình bày ở Bài 2

‘On the fly’ Reprojection

• Chuyển đổi ‘On the fly’ (OTF) Reprojection được kích hoạt trong QGIS theo mặc định. Điều này có nghĩa là phần mềm sẽ tự động điều chỉnh tạm thời CRS của bất kỳ dữ liệu nào bạn thêm vào dự án của mình về một CRS thống nhất được thiết lập nhằm mục đích hiển thị sự chồng xếp các lớp thông tin một cách chính xác.

• Trong thực tế, khi xử lý dữ liệu GIS, dữ liệu thường đến từ nhiều nguồn, và do đó chúng có thể mang các CRS khác nhau. Vì vậy chức năng ‘On the fly’ Reprojection là cực kỳ quan trọng để tự động căn chỉnh tạm thời các CRS của các lớp thông tin vể cùng 1 CRS thống nhất. Và từ đó, các lớp thông tin có thể hiển thị sự chồng xếp với nhau một cách chính xác.

• Chúng ta có thể điều chỉnh các thiết lập mặc định của ‘On the fly’ Reprojection:

  • Settings > Options > CRS
  • Khi tạo mới một dự án thì có thể thiết lập CRS của dự án là:
    • CRS của lớp đầu tiên được thêm vào
    • CRS mặc định mà bạn thiết lập.
  • Chú ý: CRS của dự án được hiển thị ở góc phải bên dưới.

    

• Ví dụ cụ thể: ảnh dưới đây là trường hợp 2 lớp thông tin có hai CRS hoàn toàn khác nhau: Vietnam_Provinces_48N có CRS là EPSG:3405 và ne_land_50m (đường biên giới của lãnh thổ thế giới) có CRS là EPSG:4326. Hai lớp này vẫn có thể chồng xếp lên nhau ở Map Canvas được là nhờ chức năng OTF Reprojection, đã chuyển tạm thời CRS của 2 lớp về CRS mặc định của dự án là EPSG:4326.

Chuyển hệ tọa độ của lớp thông tin (Reproject layer)

• Đôi khi trong phân tích không gian đòi hỏi các lớp thông tin đầu vào phải có cùng CRS. Điều này đòi hỏi cần chuyển đổi hẳn CRS của lớp thông tin sang một CRS mới.
• Việc này được thực hiện qua công cụ Reproject layer: Vector > Data Management Tools > Reproject Layer, hoặc gọi Reproject Layer từ Processing Toolbox.
• Thực hiện việc chuyển đổi hệ tọa độ sang VN-2000 cho lớp vietnam_dams:
  • Input layer: chỉnh về lớp vietnam_dams
  • Target CRS: thiết lập CRS mục tiêu cần chuyển là EPSG:3405 - VN-2000/UTM zone 48N
  • Reprojected: Đặt tên lớp sau khi chuyển CRS là Vietnam_Dams_UTMZ48N và thư mục chứa.

Công cụ phân tích vùng đệm (Buffer)

• Buffer (vùng đệm) là công cụ tạo ra một vùng bao quanh đối tượng không gian (điểm, đường hoặc vùng), với khoảng cách xác định trước. Ví dụ: Tạo vùng 1 km xung quanh sông suối; Tạo vùng 500 m xung quanh đường giao thông; Tạo vùng bán kính 100 m quanh điểm trường học.
• Sử dụng Buffer khi muốn:
  • Phân tích vùng ảnh hưởng của một đối tượng địa lý.
  • Đánh giá mức độ tiếp cận đến dịch vụ (trường học, trạm y tế, giao thông…).
  • Phân vùng rủi ro, bảo vệ môi trường (vùng cách ly, vùng đệm rừng…).
  • Chuẩn bị phân tích chồng lấp với các lớp khác (ví dụ: đất nông nghiệp nằm trong vùng 1 km tính từ sông).

• Nhiệm vụ của phần này là thử tạo buffer 1 km cho mỗi vị trí đập thủy điện ở Việt Nam, sử dụng lớp Vietnam_Dams_UTMZ48N (chính là lớp vietnam_dams sau khi chuyển hệ tọa độ -> VN-2000).
• Cách thực hiện:
  • Bật công cụ buffer: từ Vector > Geoprocessing Tools > Buffer… hoặc từ Processing Toolbox
  • Thiết lập các tham số như hình dưới:

• Một số tham số không thường xuyên sử dụng như End cap style, Join Style, Miter limit tham khảo tại đây

• Thử chạy lại buffer một lần nữa với lựa chọn sử dụng Dissolve result:

  

  

Công cụ đếm điểm trong vùng (Count Points in Polygon)

• Công cụ đếm điểm trong vùng là một kỹ thuật trong phân tích không gian nhằm xác định số lượng điểm nằm trong từng polygon.

• Ví dụ trường hợp sử dụng phân tích Point in Polygon Analysis: Đếm số trạm y tế, trường học, cây ATM, trạm xăng, cửa hàng tiện ích (point) nằm trong mỗi xã (polygon) hoặc đơn vị hành chính khác

• Nhiệm vụ phần này là đếm số lượng đập thủy điện cho mỗi tỉnh.

• Cách thực hiện:

  • Bật Count Points in Polygon… bằng Vector > Analysis Tools > Count Points in Polygon… hoặc dùng Processing Toolbox
  • Thiết lập tham số:

    

• QGIS sẽ trả một lớp mới với một trường mới tạo là “NUMPOINTS”, trường này lưu số lượng đập thủy điện mỗi tỉnh.

• Hãy thể hiện bản đồ bằng phương pháp Graduated, dựa trên trường NUMPOINTS: Properties > Symbology > Graduated

  

Homework

Homework phần 1

1. Reproject lớp protected_area để sao cho lớp này có cùng CRS với lớp ThaiNguyen_districts
2. Ở lớp protected_area, lưu polygon có FID = 145 riêng ra một lớp mới với tên PZ145. Lưu riêng polygon huyện Dai Tu ở ThaiNguyen_districts ra một lớp mới, tên là DaiTu.
3. Dùng một kỹ thuật phân tích không gian để tìm vùng chung của 2 lớp PZ145 và DaiTu. Đây chính là diện tích khu bảo tồn của riêng huyện Dai Tu. Lưu lớp mới này dưới tên study_region_PZ
4. Tính diện tích lớp study_region_PZ theo km2, hiển thị label của giá trị diện tích theo km2. Sau đó trình bày bản đồ như hình dưới:

   

Homework phần 2

5. Lên website Open Development Vietnam tìm dữ liệu tên là “Reservoirs of the Greater Mekong Subregion; Thailand, Cambodia, Laos, Vietnam and Myanmar”.
6. Download dữ liệu tên là VN_Reservoirs, chuyển hệ tọa độ của lớp này về EPSG:3405.
7. Tạo buffer 25km quanh mỗi đối tượng Reservoirs, có sử dụng ‘Dissolve result’
8. Chọn những tỉnh mà chạm (touch) vào buffer của các hồ chứa. Chọn bằng Select by location, xem lại bài ở đây. Có điểm gì nổi bật ở những tỉnh này.

   

Homework phần 3

9. Mở các lớp Thai_Nguyen_Rivers và ThaiNguyen_districts
10. Tạo buffer 50m xung quanh sông suối và có dùng ‘Dissolve result’
11. Làm trong layer buffer, mở lớp ảnh vệ tinh Bing Aerial Imagery. Bạn có nhận định gì về buffer 50m của sông suối trong khía cạnh nguy cơ lũ lụt.