Trong bài Khám phá di sản thế giới trên BecaGIS OpenData, chúng ta đã được giới thiệu hiện trạng các di sản thế giới do UNESCO công nhận trên toàn thế giới cũng như 08 di sản thế giới của Việt Nam.
Bài viết này sẽ hướng dẫn các bạn cài đặt BecaGIS Plugin, download dữ liệu World Heritages trên BecaGIS OpenData và sử dụng các chức năng phân tích không gian của BecaGIS Plugin như Shortest/ Farthest pair of points, Largest Empty Circle, và Isolated Point để giải quyết các bài toán thực tế.
1. Cài đặt BecaGIS Plugin trong QGIS
Trong giao diện phần mềm QGIS, vào menu Plugins/ Manage and Install Plugins
Gõ từ khoá BecaGIS vào ô tìm kiếm và chọn Install. Sau khi cài đặt thành công, BecaGIS Tools sẽ hiển thị trong Processing Toolbox của QGIS.
 |
 |
2. Download lớp World Heritages trên BecaGIS OpenData
Truy cập World Heritages trên BecaGIS OpenData, hoặc có thể tìm kiếm trên trang chủ BecaGIS OpenData, Chọn Download –> Dataset
Chọn File Format là Shapefile (được khuyến khích lựa chọn để tăng tốc độ xử lý trong QGIS)
Mở lớp World Heritages trong QGIS:
3. Phân tích không gian với World Heritages
3.1 Voronoi Diagram
Bài toán liên quan đến World Heritages: Nếu bạn đang háo hức khám phá các di sản thế giới mà bạn chưa có cơ hội viếng thăm, chắc hẳn bạn sẽ có xu hướng chọn tham quan các di sản ở gần nhà bạn để tiết kiệm thời gian và chi phí cho lần khám phá đầu tiên. Vậy câu hỏi đặt ra là: di sản thế giới nào ở gần nhà bạn nhất? hay nói cách khác, một di sản thế giới bất kỳ có thể phục vụ nhu cầu tham quan trong một phạm vi địa lý nào, sao cho quãng đường di chuyển của du khách ở trong khu vực này đến di sản là gần nhất so với các di sản khác (còn gọi là Service Area).
Phân tích bài toán: Câu hỏi này liên quan đến bài toán Voronoi Diagram, hay còn gọi là đa giác Thiesen. Để tìm hiểu Voronoi Diagram, các bạn vui lòng tham khảo tại đây. Theo đó, Voronoi Diagram được định nghĩa như sau:
Cho P = {p1, p2, …, pn} là tập gồm n điểm trong mặt phẳng. Voronoi Diagram là một phân hoạch mặt phẳng thành n vùng, mỗi vùng V(pi) tương ứng chứa một điểm pi sao cho bất cứ điểm q nào nằm trong vùng V(pi) nếu và chỉ nếu dist(q, pi ) < dist(q, pj), với mọi j = 1.. n (dist: khoảng cách Euclide).
Voronoi là một cấu trúc có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hình học tính toán (computational geometry), phân tích mạng (network analysis), đồ hoạ máy tính (computer graphics), robotics,… và là cơ sở để giải quyết rất nhiều bài toán phân tích không gian trong GIS mà chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu trong bài này.
Giải bài toán: Trở lại bài toán trên, lớp điểm ở đây chính là các di sản thế giới, và Voronoi Diagram chính là vùng phục vụ (Service Area) ứng với mỗi di sản.
Để tạo Voronoi Diagram trong QGIS, truy cập Processing Toolbox, tìm kiếm từ khoá Voronoi để tạo Voronoi Polygons cho lớp điểm World Heritages:
Kết quả: Dựa vào Voronoi Diagram vừa tạo, nếu nhà các bạn ở khu vực từ Đà Lạt trở vào phía Nam Việt Nam, thì Angkor Wat của Cambodia mới chính là di sản gần nhất chứ không phải là Thánh địa Mỹ Sơn, và vùng phục vụ (Service Area) của Angkor Wat bao gồm khu vực phía Đông Nam Cambodia và cả phía Nam của Việt Nam.
3.2 Phân tích không gian dựa trên Voronoi Diagram
Closest and fartherst pair of Points
Bài toán liên quan đến World Heritages: Tìm 02 di sản thế giới gần nhất, gần nhì,…cho đến 02 di sản thế giới xa nhất.
Phân tích bài toán: Để giải bài toán này, giải pháp mà chúng ta có thể nghĩ ngay đến là cách tiếp cận “ngây thơ” (naive), hay chiến thuật “vét cạn” (burte force): lần lượt tính tất cả các khoảng cách của một điểm bất kỳ đến n-1 điểm còn lại, sau đó sắp xếp theo thứ tự tăng dần để tìm cập điểm gần nhất cho đến xa nhất. Trong QGIS, giải pháp này có thể thực hiện thông qua tính toán Distance Matrix.
Tuy nhiên, độ phức tạp tính toán của thuật toán này lên đến O(n2), tức là chỉ với 1157 điểm, thuật toán phải tính toán trên 1 triệu phép tính. Hãy thử tưởng tượng khi n tăng lên hàng triệu records thì khối lượng tính toán là rất khủng khiếp.
Thay vào đó, chúng ta có thể tạo Voronoi diagram với độ phức tạp tính toán chỉ là O(nlogn), sau đó chỉ cần thêm một số ít phép tính toán và so sánh thì sẽ cho kết quả tương tự (tham khảo thêm tại đây)
Giải bài toán: BecaGIS Plugin cung cấp cách giải quyết bài toán theo cách tiếp cận này: Tìm kiếm với từ khoá BecaGIS trong Processing Toolbox và chọn Closest and farthest pair of Points.
Kết quả: cặp di sản thế giới có khoảng cách gần nhất là 235.8m.
Largest Empty Circle
Bài toán liên quan đến World Heritages: Tìm vị trí mà tại đó cách xa các di sản nhất. Tuy bài toán này có vẻ khiên cưỡng so với ngữ cảnh di sản thế giới, tuy nhiên có thể áp dụng cho các bài toán khác như tìm vị trí đặt nhà máy xử lý rác thải trong thành phố sao cho cách xa các trường học nhất có thể.
Phân tích bài toán: Bài toán này cũng thuộc lớp bài toán ứng dụng Voronoi Diagram (tham khảo thêm tại đây).
Giải bài toán: BecaGIS Plugin cung cấp cách giải quyết bài toán theo cách tiếp cận ứng dụng Voronoi Diagram: Tìm kiếm với từ khoá BecaGIS trong Processing Toolbox và chọn Largest Empty Circle.
Kết quả: Vị trí xa nhất so với các di sản nằm ở địa điểm gần trung tâm Ấn Độ Dương, với khoảng cách hơn 3000 km so với di sản gần nhất.
Isolated point
Bài toán liên quan đến World Heritages: Tìm di sản cách xa nhất so với các di sản còn lại. Bài toán này có thể hữu dụng hơn trong trường hợp sau: giả sử cần mở thêm một cửa hàng mới thuộc một chuỗi cửa hàng đã có với điều kiện ưu tiên cho các khu vực mà khách hàng khó tiếp cận với các cửa hàng hiện hữu nhất (do khoảng cách xa), thì địa điểm đó chính là vị trí nằm trong phạm vi đường tròn có tâm là isolated point (cửa hàng hiện hữu biệt lập nhất so với các cửa hàng còn lại).
Phân tích bài toán: Bài toán này cũng thuộc lớp bài toán ứng dụng Voronoi Diagram (tham khảo thêm tại đây).
Giải bài toán: BecaGIS Plugin cung cấp cách giải quyết bài toán theo cách tiếp cận ứng dụng Voronoi Diagram: Tìm kiếm với từ khoá BecaGIS trong Processing Toolbox và chọn Isolation.
Kết quả: Di sản có vị trí biệt lập nhất chính là Natural System of Wrangel Island Reserve, có khoảng cách hơn 2000 km so với di sản gần nó nhất.
4. Thay lời kết
Bài viết đã hướng dẫn một số bài toán phân tích không gian (spatial analysis) hữu dụng đối với lớp dữ liệu dạng điểm dựa trên Voronoi Diagram, với dữ liệu minh hoạ là lớp điểm World Heritages trên BecaGIS OpenData, với sự hỗ trợ của phần mềm mã nguồn mở QGIS và các công cụ phân tích không gian của BecaGIS Plugin. Đây chỉ là những hướng dẫn mang tính gợi mở để có thể áp dụng trong các ứng dụng thực tế thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau như bài toán quy hoạch điểm xử lý rác thải, quy hoạch chuỗi cửa hàng với sự hỗ trợ của các bài toán phân tích không gian trong GIS. Hi vọng qua bài viết này, các bạn có thể tham khảo và nghiên cứu áp dụng trong các ứng dụng chuyên ngành cụ thể của mình.
>>> TÌM HIỂU THÊM: KHÁM PHÁ DI SẢN THẾ GIỚI TRÊN BECAGIS OPENDATA
