ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Đình Dũng ỨNG DỤNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ĐA CHỈ TIÊU PHỤC VỤ CHO VIỆC VẠCH TUYẾN MỞ ĐƯỜNG VÙNG VÀNH ĐAI BIÊN GIỚI VIỆT NAM – TRUNG QUỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Đình Dũng ỨNG DỤNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ĐA CHỈ TIÊU PHỤC VỤ CHO VIỆC VẠCH TUYẾN MỞ ĐƯỜNG VÙNG VÀNH ĐAI BIÊN GIỚI VIỆT NAM – TRUNG QUỐC Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC THẠCH Hà Nội – Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm riêng cá nhân Những điều trình bày toàn nội dung luận văn, cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2014 Người cam đoan Trần Đình Dũng LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu thực luận văn này, học viên nhận giúp đỡ nhiệt tình quan, tổ chức cá nhân Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới tất tập thể, cá nhân tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình thực nghiên cứu luận văn Trước hết xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên/ ĐHQGHN, Phòng Đào tạo, Khoa Địa lý thầy cô anh, chị môn Bản đồ viễn thám Hệ thông tin địa lý giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, xin trân trọng cảm ơn thầy giáo – PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch người thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn khoa học giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn Nhân dịp cho gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ nhiệt tình đóng góp nhiều ý kiến quý báu để hoàn thành luận văn Do thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn hẳn tránh khỏi sơ suất, thiếu sót, mong nhận đuợc đóng góp thầy cô giáo toàn thể bạn để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội ngày 24 tháng năm 2014 Học Viên Trần Đình Dũng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AHP Analytic Hierarchy Process Cơ sở liệu CSDL DEM Mô hình phân tích thứ bậc Digital Elevation Model Mô hình số độ cao Đường tuần tra biên giới ĐTTBG GIS, HTTĐL Geographic system information MCA Multi-Criteria Analysis Phân tích đa tiêu TIN Triangle Irregular Network Lưới tam giác không Hệ thông tin địa lý MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU CƠ SỞ TÀI LIỆU KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG - TỔNG QUÁT NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG TUẦN TRA BIÊN GIỚI 1.1 KHU VỰC BIÊN GIỚI VÀ VÀNH ĐAI BIÊN GIỚI 1.1.1 Khái niệm khu vực biên giới vành đai biên giới 1.1.2 Khái quát chung việc xây dựng ĐTTBG 1.1.3 Ý nghĩa phục vụ ĐTTBG 1.2 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG ĐƯỜNG TUẦN TRA BIÊN GIỚI 1.3 ĐẶC ĐIỂM VỀ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT TUYẾN 1.3.1.Đặc điểm tuyến 1.3.2 Các tiêu chuẩn mặt đường 1.3.3 Các yếu tố hình học tuyến 1.3.4 Các tiêu chí ban đầu cho việc mở tuyến 10 1.4 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI TỈNH HÀ GIANG 12 1.4.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 12 1.4.1.1 Vị trí địa lý 12 1.4.1.2 Đặc điểm địa hình 13 1.4.1.3 Đặc điểm địa chất 14 1.4.1.4 Khí hậu 15 1.4.2 Tài nguyên thiên nhiên 16 1.4.2.1 Tài nguyên đất 16 1.4.2.2 Tài nguyên rừng Hà Giang 17 1.4.2.3 Tài nguyên khoáng sản 17 1.4.2.4 Tài nguyên nước 17 1.4.3.Đặc điểm dân cư, kinh tế-xã hội 19 1.4.3.1 Dân cư, dân tộc nguồn lao động 19 1.4.3.2.Tiềm kinh tế 21 1.4.3.2.1 Những lĩnh vực kinh tế lợi 21 1.4.3.2.2 Tiềm du lịch 21 1.4.3.3 Cơ sở hạ tầng 22 1.4.3.4 Tai biến thiên nhiên 23 1.5 Tổng quan GIS 23 1.5.1 Các khái niệm GIS 24 1.5.2 Các hệ thống phụ GIS 27 1.5.3 Cấu trúc hệ thống GIS 27 1.5.4 Chức hệ thống GIS 29 1.5.5 Các chức phân tích không gian GIS 33 CHƯƠNG - PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG ( theo Quy trình khảo sát đường ô tô 22 TCN 263 -2000) 35 2.1.1 Vạch tuyến đồ 35 2.1.2 Phóng tuyến định đỉnh, đo đạc ngoài thực địa 36 2.2 PHƯƠNG PHÁP GIS ỨNG DỤNG TRONG VẠCH TUYẾN TUẦN TRA BIÊN GIỚI 37 CHƯƠNG - XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG TUẦN TRA BIÊN GIỚI TỈNH HÀ GIANG BẰNG MÔ HÌNH TUYẾN GIÁ THẤP 3.1 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH KHOẢNG CÁCH VÀ VẠCH TUYẾN CÓ GIÁ TRỊ THẤP 48 3.1.1 Mô hình xử lý (thiết lập Model builer ) 48 3.1.1.1 Quy trình - mô hình 48 3.1.1.2.Ý nghĩa mô hình 50 3.2 Các bước xử lý mô hình 51 3.2.1 Thiết lập sở liệu 51 3.2.2 Xác định gía trị cho lớp thông tin 56 3.2.3 Chạy thuật toán tìm tuyến giá trị thấp 69 3.2.4 Xác định tuyến với điểm đầu điểm cuối 69 3.2.5 Bản đồ kết 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết luận 72 Kiến nghị 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 ĐTTBG xuyên qua núi cao Hình 1.2 Hình ảnh ĐTTBG làm xong Hình1.3 Một số hình ảnh mở ĐTTBG Hình1.4 Một số khó khăn mở đường Hình 1.5 Một đoạn ĐTTBG mở khu vực tỉnh Sơn La 10 Hình 1.6 Vị trí khu vực nghiên cứu -Tỉnh Hà Giang 12 Hình 1.7 Hình ảnh biên giới khu vực tỉnh Hà Giang 13 Hình 1.8 Địa chất hà Giang phức tạp tạo nên địa hình đa dạng 14 Hình 1.9 Du lịch Hà Giang với nhiều cảnh quan đẹp, đặc thù 16 Hình 1.10 Đất đai Hà Giang vùng cao 16 Hình 1.11 Thủy văn hà Giang: sông Gâm 19 Hình 1.12 Hình ảnh đồng bào dân tộc Hà Giang 19 Hình 1.13 Du lịch Hà Giang với nhiều tiềm 22 Hình 1.14 Giao thông Hà Giang nhiều khó khăn 22 Hình 1.15 Sự tương quan GIS hệ thông tin khác 24 Hình 1.16 Mô hình tổ chức HTTĐL 27 Hình 1.17 Cấu trúc chức GIS 28 Hình 1.18 Thực thể không gian (a) lớp thông tin (b) 28 Hình 2.1 Vạch tuyến đồ dịa hình 1:50000 36 Hình 2.2 Hàm lan truyền Thí dụ cho thấy khoảng cách ngắn luôn khoảng cách chi phí nhỏ 38 Hình 2.3 Phân tích vùng nhìn thấy 39 Hinh 2.4 Mô hình tuyến thuận lợi 41 Hình 2.5 Nguyên tắc tính toán để xây dựng hướng dòng chảy tính toánvà so sánh độ cao pixel với pixel xung quanh 43 Hình 2.6 Sử dụng DEM để lọc xác định đồ dòng chảy 43 Hình 3.1 Sơ đồ khối trình xử lý 48 Hình 3.2 Mô hình xử lý thông tin Model builder ARCGIS 49 Hình 3.3 Các khối chức lớp thông tin mô hình 49 Hình 3.4 Bản đồ DEM xây dựng từ địa hình tỉnh Hà Giang 52 Hình 3.5 Bản đồ địa mạo 53 Hình 3.6 Bản đồ đứt gãy kiến tạo 54 Hình 3.7 Bản đồ trạng thái rừng 55 Hình 3.8 Xác định điểm cho lớp đánh giá 56 Hình 3.9 Bản đồ phân tầng độ cao 63 Hình 3.10 Bản đồ mật độ đứt gãy kiến tạo 64 Hình 3.11 Bản đồ mật độ sông suối 65 Hình 3.12 Bản đồ chia cắt sâu 66 Hình 3.13 Bản đồ mật độ khoảng cách tới đường giao thông 67 Hình 3.14 Bản đồ khoảng cách tới đường biên giới 68 Hình 3.15 Đặt điểm đầu tuyến 69 Hình 3.16 Đặt điểm cuối tuyến 69 Hình 3.17 Bản đồ bề mặt giá trị (COST_SURFACE) tính km từ đường biên giới 70 Hình 3.18 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra dọc biên giới tỉnh Hà Giang 71 Hình 3.19 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra biên giới ảnh vệ tinh 71 Hình 3.20 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra biên giới phóng to, DEM 72 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thiết lập thang điểm 52 Bảng 2.3 Điểm cho mức độ quan trọng 53 Bảng 3.1 Thống kê liệu sử dụng 51 Bảng 3.2 AHP trọng số cho lớp 56 10 9.Thung lũng, trũng núi kiến tạo-xâm thực với bề mặt dạng đồi dãy đồi, bề mặt cấu tạo tập hợp đá trước kainozoi với trình sườn thống trị: xâm thực-xói rửa Phân tầng độ cao Độ dốc Hướng dốc ID FROM TO Điểm 14 100 100 200 200 500 500 1000 1000 5491 ID FROM TO Điểm 5 15 15 25 25 35 35 88.6 ID FROM TO Hướng Điểm -1 Mặt 22.5 Bắc 22.5 67.5 Đông Bắc 67.5 112.5 Đông Đông 112.5 157.5 Nam 157.5 202.5 Nam 60 7 202.5 247.5 Tây Nam 247.5 292.5 Tây 292.5 337.5 Tây Bắc 10 337.5 365 Bắc Mật độ ID FROM TO Điểm đứt gẫy 0.00 0.20 0.20 0.50 0.50 0.80 0.80 1.20 1.20 1.76 ID FROM TO Điểm 0.15 0.15 0.3 0.3 0.5 0.5 1.5 1.5 3.25 Mật độ ID FROM TO Điểm chia cắt 20 20 50 50 100 100 1000 1000 3509 ID FROM TO Điểm 100 100 500 Mật độ sông suối (chia cắt ngang) sâu Khoảng cách tới đường 61 giao 500 2000 thông 2000 5000 5000 56979.13 ID FROM TO Điểm 500 500 1000 1000 2000 2000 5000 5000 82193.8 Tầm ID FROM TO Trọng số nhìn 100 100 500 500 1500 1500 2000 2000 3088 hữu 10 Khoảng cách tới đường biên giới 11 Thang điểm đánh giá theo thang cấp, mức độ ảnh hưởng tới việc xác định tuyến đường tăng từ đến Bản đồ giá trị lớp liệu 62 Hình 3.9 Bản đồ phân tầng độ cao Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 63 Hình 3.10 Bản đồ mật độ đứt gãy kiến tạo Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 64 Hình 3.11 Bản đồ mật độ sông suối Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 65 Hình 3.12 Bản đồ chia cắt sâu Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 66 Hình 3.13 Bản đồ mật độ khoảng cách tới đường giao thông Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 67 Hình 3.14 Bản đồ khoảng cách tới đường biên giới Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 3.2.3 Chạy thuật toán tìm tuyến giá trị thấp 68 Tích hợp thông tin đơn lẻ dựa phương pháp Weight overlay theo công thức Trong hệ số a,b,c,d,f,g,h,I,j,k xác định phương pháp AHP bảng 3.1 Sử dụng phương pháp phân tích AHP để đánh giá trọng số lớp liệu để xác định trọng số cho yếu tố ảnh hưởng đến xây dựng tuyến đường phương pháp mô hình phân tích thứ bậc (AHP) 3.2.4 Xác định tuyến với điểm đầu điểm cuối Hình 3.15 Đặt điểm đầu tuyến Hình 3.16 Đặt điểm cuối tuyến Kết cho tuyến đường có giá trị thấp xuất phát từ điểm để tới điểm khác 69 Chú Hình 3.17 Bản đồ bề mặt giá trị (COST_SURFACE) tính km từ đường biên giới Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 3.2.5 Bản đồ kết 70 Mặt cắt độ cao tuyến đường tuần Mặt cắt độ dốc tuyến đường tuần Hình 3.18 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra dọc biên giới tỉnh Hà Giang Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Hình 3.19 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra biên giới ảnh vệ tinh Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch 71 Hình 3.20 Bản đồ đề xuất tuyến đường tuần tra biên giới phóng to, DEM Người thành lập Trần Đình Dũng, Cán hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với 11 lớp thông tin đầu vào khai thác từ nhiều nguồn khác nhau, có nhiều lớp chiết suất từ mô hình xử lý không gian GIS, kết xử lý mô hình vạch tuyến tối ưu đầu huyện Mèo Vạc đến cuối huyện Xín Mần tỉnh Hà Giang Tuyến đường qua nhiều địa hình có độ dốc thấp so sánh với vùng bên cạnh điều kiện khác lớp phủ, sử dụng đất địa chất Tuyến đường đảm bảo tiêu chí ĐTTBG, cụ thể là: - Cách đường biên giới vòng km từ đường biên giới quốc gia trở vào trừ nơi bất khả kháng núi cao, đia hình dốc đứng… - Thuận tiện cho việc tuần tra, kiểm soát khu vực biên giới 72 - Thuận tiện cho việc mở đường nhánh từ đồn biên phòng đến đường tuần tra (nối thông đường biên phòng, thuận tiện cho việc chi viện lực lượng, tác chiến xảy ra), khu dân cư đường tuần tra - Mở tuyến đường đảm bảo tiết kiệm chi phí (giảm tối đa mức độ đào đắp….) - Hạn chế qua vùng sạt lở, đất yếu ảnh hưởng đến việc làm hỏng công trình - Dễ xây dựng đường nhánh nối với khu dân cư kết hợp việc tuần tra bảo vệ biên giới với phát triển kinh tế đồng bào dân tộc vùng biên Sử dụng Hàm lan truyền (Spread Functions) (Phân tích bề mặt Surface Analysis) mô hình “Tuyến gia thấp - Least cost path” để mở tuyến đường đảm bảo tiêu chí ĐTTBG Độ xác nghiên cứu phụ thuộc vào mức độ chi tiết liệu đầu vào qúa trình đánh gía định trọng số Khi triển khai thực tiễn, tham số kiểm chứng để điều chỉnh cho mức độ phù hợp cao Kiến nghị - Mô hình cần kiểm tra thực tiễn để mở rộng cho toàn tuyến tuần tra biên giới - Tính toán lại thang cho điểm khác nhau, lựa chọn thang cho điểm 25, 50 lớp liệu để tính toán đánh giá để lựa chọn thang điểm phù hợp cho mô hình - Sử dụng DEM độ phân giải cao hơn, liệu đầu vào có độ xác cao để mô hình đưa kết tốt - Tiếp tục tham khảo ý kiến chuyên gia để đưa trọng số tương quan giứa lớp liệu đảm bảo đánh giá đóng góp lớp liệu việc xây dựng mô hình vạch tuyến đường - Trong trình thực mô hình nghiên cứu đưa thêm lớp thông tin tham số giúp cho mô hình chi tiết đạt hiệu cao TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Đỗ Bá Chương, Thiết kế tuyến đường ô tô, NXB Giáo dục (1996) FIPI, 2010, Kiểm kê rừng toàn quốc (2010) Bộ TNMT, Atlast Quốc gia, 1: 1000.000 TCVN 4054 : 2005, Đường ô tô, Tiêu chuẩn thiết kế HighwaySpecifications for design, Xuất lần Nguyễn Ngọc Thạch, Địa thông tin, NXB đại học Quôc Gia Hà Nội (2011) Nguyễn Ngọc Thạch, Địa thông tin ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật (2012) Nghị định 34/2014/NĐ-CP PGS TS Phạm Huy Khang, Giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật cho ĐTTBG, Bộ môn Đường ô tô-sân bay, khoa công trình, trường Đại học giao thông vận tải Quy trình khảo sát đường ô tô - 22 TCN 263 - 2000 10 Trang web, www.hagiang.gov.vn 11 Trang web, www.chinhphu.vn 12 Trang web, http://duongtuantrabiengioi.vn 74 ... tài: Ứng dụng mô hình phân tích đa tiêu phục vụ cho việc vạch tuyến mở đường vùng vành đai biên giới Việt Nam - Trung Quốc nhằm xây dựng tuyến mở đường tự động hỗ trợ cho việc khảo sát, mở đường. .. HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Đình Dũng ỨNG DỤNG MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ĐA CHỈ TIÊU PHỤC VỤ CHO VIỆC VẠCH TUYẾN MỞ ĐƯỜNG VÙNG VÀNH ĐAI BIÊN GIỚI VIỆT NAM – TRUNG. .. KHU VỰC BIÊN GIỚI VÀ VÀNH ĐAI BIÊN GIỚI 1.1.1 Khái niệm khu vực biên giới vành đai biên giới Khu vực biên giới đất liền nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam (sau viết gọn khu vực biên giới đất