GT he thong thon tin dia ly in chuan tiết 4

PGS. TS. ĐÀM XUÂN VẬN (Chủ biên)
TS. NGUYỄN HUY TRUNG, ThS. NGƠ THỊ HỒNG GẤM

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG THƠNG TIN ĐỊA LÝ

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI

1


Biên mục trên xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam

Đàm Xn Vận
Giáo trình Hệ thống thơng tin địa lý / Đàm Xuân Vận (ch.b.), Nguyễn Huy
Trung, Ngô Thị Hồng Gấm. - H. : Bách khoa Hà Nội, 2022. - 184 tr. : hình vẽ, bảng ;
27 cm
1. Hệ thống thơng tin địa lý 2. Giáo trình
910.285 - dc23
BKM0183p-CIP

2


LỜI NĨI ĐẦU
Hệ thống thơng tin địa lý (GIS – viết tắt của cụm từ tiếng Anh Geographic
Information Systems) là một cơng cụ tập hợp những quy trình dựa trên máy tính để lập bản
đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa lý, phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên Trái Đất, dự
đoán tác động và hoạch định chiến lược, v.v.. Thuật ngữ này được biết đến từ những năm
60 của thế kỷ XX.

Hệ thống thông tin địa lý là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của
hàng trăm nghìn người trên tồn thế giới. Hệ thống thơng tin địa lý được dạy phổ biến
trong các trường phổ thông và đại học trên tồn thế giới.
Giáo trình Hệ thống thơng tin địa lý phục vụ cho học phần Hệ thống thông tin địa
lý, đây là môn học cơ sở ngành bắt buộc thuộc chương trình đào tạo hệ Đại học ngành Quản
lý đất đai. Giáo trình cũng là tài liệu phục vụ đào tạo các ngành: Bất động sản, Quản lý tài
nguyên và môi trường, Môi trường, Lâm nghiệp, Kinh tế nông nghiệp, Phát triển nông thôn
thuộc Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên. Giáo trình tham khảo đề cương và
tài liệu giảng dạy Hệ thống thông tin địa lý ở các trường đại học trong nước và trên thế giới,
kết hợp với nhu cầu thực tế đào tạo cán bộ kỹ thuật ngành Tài nguyên và môi trường, Nông
lâm nghiệp, Kinh tế và phát triển nông thôn của đất nước.
Giáo trình biên soạn với khối lượng giảng dạy 3 tín chỉ, bao gồm các chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý.
Chương 2: Cấu trúc dữ liệu GIS.
Chương 3: Thu thập dữ liệu và chất lượng dữ liệu GIS.
Chương 4: Quản lý, phân tích và kết xuất dữ liệu GIS.
Chương 5: Tích hợp cơng nghệ và ứng dụng của GIS.
Giáo trình này do tập thể tác giả Khoa Quản lý tài nguyên biên soạn, bao gồm:
– PGS. TS. Đàm Xuân Vận: Chủ biên và biên soạn chương 2, 4.
– TS. Nguyễn Huy Trung: Biên soạn chương 3, 5.
– ThS. Ngô Thị Hồng Gấm: Biên soạn chương 1.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo Trường Đại học
Nơng Lâm – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện để chúng tơi hồn thành giáo trình
này.
Tuy đã hết sức cố gắng nhưng vẫn khơng tránh khỏi sai sót, chúng tơi mong nhận
được sự góp ý của độc giả và các bạn đồng nghiệp.
Tập thể tác giả

3

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ..................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... 13
Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ............................... 15
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin địa lý ................................................. 15
1.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý ................................................ 15
1.1.2. Lịch sử phát triển của GIS ............................................................................. 16
1.1.3. Giới thiệu ứng dụng GIS trong một số ngành ................................................ 22
1.2. Định nghĩa GIS ....................................................................................................... 24
1.2.1. Các khái niệm chung về GIS.......................................................................... 24
1.2.2. Định nghĩa GIS .............................................................................................. 24
1.3. Các thành phần và chức năng của GIS ................................................................ 26
1.3.1. Các thành phần của GIS ................................................................................. 26
1.3.2. Chức năng của GIS ........................................................................................ 33
1.4. Yêu cầu với một hệ GIS ......................................................................................... 36
1.5. Mối liên hệ giữa GIS với các ngành khoa học khác ............................................ 36
Câu hỏi thảo luận chương 1 ......................................................................................... 38
Chương 2. CẤU TRÚC DỮ LIỆU GIS ........................................................................... 39
2.1. Các khái niệm cơ sở ............................................................................................... 39
2.1.1. Bản đồ ............................................................................................................ 39
2.1.2. Hệ tọa độ địa lý .............................................................................................. 39
2.1.3. Bề mặt Geoid và các dạng hình Ellipsoid ...................................................... 40
2.1.4. Phép chiếu bản đồ .......................................................................................... 42
2.2. Dữ liệu GIS ............................................................................................................. 50
2.3. Cấu trúc dữ liệu không gian .................................................................................. 51
2.3.1. Cấu trúc dữ liệu Vector .................................................................................. 52
2.3.2. Cấu trúc dữ liệu Raster ................................................................................... 59

4


2.3.3. So sánh cấu trúc dữ liệu Raster và Vector ..................................................... 62
2.3.4. Chuyển đổi dữ liệu Vector và Raster ............................................................. 63
2.3.5. Mơ hình số hóa độ cao ................................................................................... 64
2.4. Cấu trúc dữ liệu thuộc tính ................................................................................... 67
2.4.1. Dữ liệu thuộc tính........................................................................................... 67
2.4.2. Các mơ hình cơ sở dữ liệu thuộc tính............................................................. 68
Câu hỏi thảo luận chương 2 ......................................................................................... 75
Chương 3. THU THẬP DỮ LIỆU VÀ CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU GIS ...................... 76
3.1. Thu thập dữ liệu GIS ............................................................................................. 76
3.1.1. Dữ liệu thứ cấp ............................................................................................... 76
3.1.2. Dữ liệu sơ cấp................................................................................................. 83
3.2. Chất lượng của dữ liệu GIS ................................................................................... 93
3.2.1. Độ chính xác về không gian ........................................................................... 93
3.2.2. Sai số về vị trí ................................................................................................. 94
3.2.3. Sai số quan hệ tolology .................................................................................. 96
3.2.4. Độ chính xác về dữ liệu thuộc tính ................................................................ 99
3.2.5. Các yếu tố chất lượng khác ............................................................................ 99
3.2.6. Kiểm tra và sử dụng dữ liệu ......................................................................... 100
Câu hỏi thảo luận chương 3 ....................................................................................... 101
Chương 4. QUẢN LÝ, PHÂN TÍCH VÀ KẾT XUẤT DỮ LIỆU GIS ....................... 102
4.1. Quản lý dữ liệu ..................................................................................................... 102
4.1.1. Khái quát về quản lý dữ liệu ........................................................................ 102
4.1.2. Quản lý dữ liệu không gian .......................................................................... 104
4.1.3. Quản lý dữ liệu thuộc tính ............................................................................ 105
4.1.4. Quản lý cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase Management) ........................... 106
4.2. Phân tích dữ liệu ................................................................................................... 111
4.2.1. Khái quát chức năng phân tích dữ liệu trong GIS ........................................ 111

4.2.2. Các chức năng phân tích dữ liệu Vector ...................................................... 114
4.2.3. Các chức năng phân tích dữ liệu cơ bản với dữ liệu Raster ......................... 125
4.2.4. Nội suy không gian (Spatial Interpolation) .................................................. 131

5


4.2.5. Phân tích địa hình (Terrian Analysis) .......................................................... 133
4.2.6. Phân tích mạng (Network Analysis) ............................................................ 138
4.2.7. Quy trình phân tích địa lý ............................................................................ 140
4.3. Kết xuất dữ liệu .................................................................................................... 142
4.3.1. Giới thiệu chung về kết xuất dữ liệu ............................................................ 142
4.3.2. Hiển thị dữ liệu............................................................................................. 143
4.3.3. Xuất dữ liệu .................................................................................................. 144
Câu hỏi thảo luận chương 4 ....................................................................................... 145
Chương 5. TÍCH HỢP CƠNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG CỦA GIS ........................... 146
5.1. Tích hợp GIS và các cơng nghệ khác ................................................................. 146
5.1.1. Tích hợp GIS và GNSS ................................................................................ 146
5.1.2. Tích hợp GIS – Viễn thám ........................................................................... 149
5.1.3. WebGIS ........................................................................................................ 155
5.2. Một số ứng dụng của GIS .................................................................................... 162
5.2.1. Ứng dụng GIS trong quản lý tài nguyên ...................................................... 162
5.2.2. Ứng dụng GIS trong quản lý môi trường ..................................................... 170
5.2.3. Ứng dụng GIS và viễn thám trong nông nghiệp .......................................... 176
5.2.4. Ứng dụng GIS trong du lịch ......................................................................... 178
Câu hỏi thảo luận chương 5 ....................................................................................... 179
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 180

6

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ khái niệm về GIS ....................................................................................... 25
Hình 1.2. Các thành phần của GIS ...................................................................................... 26
Hình 1.3. Các thành phần phần cứng của GIS..................................................................... 27
Hình 1.4. Các chức năng của phần mềm trong GIS ............................................................ 27
Hình 1.5. Sơ đồ vai trị của con người trong GIS ................................................................ 32
Hình 1.6. Các nhóm chức năng trong GIS .......................................................................... 33
Hình 1.7. Nhập dữ liệu trong GIS ........................................................................................ 34
hình 1.8. Các thành phần cơ bản của một cơ sở dữ liệu địa lý ............................................ 34
Hình 1.9. Phân tích dữ liệu trong GIS ................................................................................. 35
Hình 2.1. Biểu thị của bề mặt trái đất lên mặt phẳng .......................................................... 39
Hình 2.2. Hệ thống các đường kinh tuyến, vĩ tuyến ............................................................ 40
Hình 2.3. Xác định tọa độ địa lý (kinh độ, vĩ độ) ................................................................ 40
Hình 2.4. Mối quan hệ giữa bề mặt trái đất, Geoid và Ellipsoid ......................................... 41
Hình 2.5. Các dạng hình Ellipsoid khác nhau ..................................................................... 42
Hình 2.6. Phép chiếu bản đồ ................................................................................................ 42
Hình 2.7. Các lưới chiếu hình trụ, nón và phương vị (Cylindrical, Conical, Arimuthal) ... 43
Hình 2.8. Phép chiếu hình trụ .............................................................................................. 44
Hình 2.9. Phép chiếu hình nón ............................................................................................ 45
Hình 2.10. Phép chiếu phương vị ........................................................................................ 46
Hình 2.11. Thay đổi về diện tích trên bản đồ thế giới ở các phép chiếu ............................. 47
Hình 2.12. Thay đổi chiều dài bờ biển Arctic của Nga ở các phép chiếu ........................... 47
Hình 2.13. Thay đổi hình dạng ở các phép chiếu ................................................................ 48
Hình 2.14. Lưới chiếu UTM ................................................................................................ 49
Hình 2.15. Chức năng biến đổi dữ liệu thành thơng tin ...................................................... 50
Hình 2.16. Mơ hình tổ chức dữ liệu trên GIS ...................................................................... 51
Hình 2.17. Các đối tượng trong cấu trúc dữ liệu Vector ..................................................... 52
Hình 2.18. Số liệu Vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point)........................................ 52
Hình 2.19. Số liệu Vector được biểu thị dưới dạng đường (Line) ...................................... 53

Hình 2.20. Số liệu Vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon) ................................... 53
7


Hình 2.21. Liên kết dữ liệu vector và thuộc tính ................................................................. 54
Hình 2.22. Mơ hình Spaghetti ............................................................................................. 54
Hình 2.23. Các điểm nút được bao quanh bởi một vòng các cung và đa giác .................... 55
Hình 2.24. Mối quan hệ Topology giữa các đối tượng ....................................................... 56
Hình 2.25. Ví dụ về Topology cung – nút ........................................................................... 57
Hình 2.26. Topology vùng – cung ....................................................................................... 57
Hình 2.27. Topology trái – phải .......................................................................................... 58
Hình 2.28. Cấu trúc dữ liệu Raster ...................................................................................... 59
Hình 2.29. Cấu trúc dữ liệu Interger Raster và bảng thuộc tính .......................................... 60
Hình 2.30. Các nguồn dữ liệu Raster .................................................................................. 61
Hình 2.31. Sự chuyển đổi dữ liệu giữa Raster và Vector .................................................... 63
Hình 2.32. Mơ hình số hóa độ cao ở dạng Raster (DEM) ................................................... 64
Hình 2.33. Mơ hình số hóa độ cao ở dạng Vector (TIN) .................................................... 65
Hình 2.34. Quá trình nội suy đường đồng mức ................................................................... 66
Hình 2.35. Mơ hình cơ sở dữ liệu phân cấp ........................................................................ 69
Hình 2.36. Mơ hình cơ sở dữ liệu mạng .............................................................................. 69
Hình 2.37. Mơ hình cơ sở dữ liệu quan hệ .......................................................................... 70
hình 2.38. Kết nối one-to-one .............................................................................................. 72
Hình 2.39. Kết nối many-to-one .......................................................................................... 73
Hình 2.40. Cơ sở dữ liệu SSURGO và quá trình kết nối dữ liệu ........................................ 74
Hình 3.1. Cần phát triển 12 công cụ chuyển đổi định dạng trực tiếp giữa 4 hệ thống GIS .... 82
Hình 3.2. Cần phát triển 8 công cụ chuyển đổi định dạng dữ liệu trung lập giữa 4 hệ thống
GIS ....................................................................................................................... 82
Hình 3.3. Tổng quan về nguyên lý hoạt động của viễn thám .............................................. 83
Hình 3.4. Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên trên bề mặt mặt đất........ 84
Hình 3.5. Xác định vị trí của một điểm (x, y, z) trên bề mặt trái đất sử dụng tín hiệu từ 4 vệ

tinh (xi, yi, zi là tạo độ tương đối của vệ tinh đến tâm trái đất; ri là khoảng cách từ
vệ tinh đến thiết bị định vị trên mặt đất).............................................................. 87
Hình 3.6. (A) Bàn số hóa và (b) con trỏ kèm theo Keypad ................................................. 90
Hình 3.7. Một số ví dụ về sai số vị trí trong số hóa bản đồ ................................................. 95
Hình 3.8. Lỗi Topology thường gặp với đối tượng vùng: (a) Vùng khơng khép kín,
(b) Vùng chồng lặp .............................................................................................. 96
Hình 3.9. Minh họa về lỗi đứt đoạn trong liên kết Topology đối tượng đường .................. 97

8


Hình 3.10. (a) Minh họa về sự khơng trùng khớp ranh giới giữa hai lớp đối tượng vùng,
một lớp đường đậm và một lớp đường mảnh; (b) Minh họa về lỗi Topology
(kết nối khơng chính xác) giữa các lớp đối tượng đường. ................................. 98
Hình 4.1. Quản lý các lớp dữ liệu chuyên đề trên GIS ...................................................... 104
Hình 4.2. Nội dung mẫu của cơ sở dữ liệu địa lý tệp ArcGIS ........................................... 107
Hình 4.3. Giá trị pixel của các loại ảnh Raster .................................................................. 109
Hình 4.4. Chế độ xem Windows Explorer so với chế độ xem ArcCatalog ....................... 110
Hình 4.5. Phân tích dữ liệu địa lý trong GIS ..................................................................... 111
Hình 4.6. Chuỗi các phép phân tích khơng gian liên tục trong GIS .................................. 112
Hình 4.7. Phép phân tích khơng gian................................................................................. 113
Hình 4.8. Kết quả phân loại theo diện tích đất .................................................................. 114
Hình 4.9. Phép truy vấn dựa trên nhiều điều kiện ............................................................. 115
Hình 4.10. Lựa chọn bằng các biểu thức đại số................................................................. 117
Hình 4.11. Vùng đệm được tạo ra từ đối tượng Vector ..................................................... 117
Hình 4.12. Các phương pháp tạo vùng đệm với dữ liệu Vector ........................................ 118
Hình 4.13. Chức năng đo đạc tính tốn các đối tượng ...................................................... 119
Hình 4.14. Q trình chồng ghép bản đồ Vector ............................................................... 120
Hình 4.15. Chức năng ghép các đối tượng liền kề có cùng thuộc tính (Dissolve) ............ 120
Hình 4.16. Chồng ghép điểm lên đa giác .......................................................................... 121

Hình 4.17. Chồng ghép đa giác ......................................................................................... 122
Hình 4.18. Các toán tử logic sử dụng trong chồng ghép bản đồ Vector ........................... 122
Hình 4.19. Một số ví dụ sử dụng toán tử logic trong chồng ghép bản đồ Vector ............. 123
Hình 4.20. Loại bỏ các mảnh vùng vụn trong quá trình chồng ghép Vector .................... 124
Hình 4.21. Chồng ghép 3 lớp bản đồ Vector cho kết quả thích hợp ................................. 124
Hình 4.22. Các phép tốn đại số bản đồ ............................................................................ 125
Hình 4.23. Chức năng phân loại dữ liệu (Local) ............................................................... 125
Hình 4.24. Phân tích lân cận (Focal) ................................................................................. 126
Hình 4.25. Phân tích vùng (Zonal) .................................................................................... 127
Hình 4.26. Phân tích tồn bộ (Global) ............................................................................... 127
Hình 4.27. Sự kết hợp các ơ trong chồng ghép Raster ...................................................... 128
Hình 4.28. Thao tác chồng ghép số học giữa hai lớp Raster ............................................. 129
Hình 4.29. Mơ hình phân tích thích hợp xây dựng bản đồ nguy cơ xói mịn đất .............. 129
Hình 4.30. Phân cấp xói mịn đất huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên ............................... 130

9


Hình 4.31. Lượng mưa trung bình hằng năm tại một số địa điểm khí tượng ở bang Texas,
Hoa Kỳ ............................................................................................................ 131
Hình 4.32. Bề mặt tạo ra từ các mẫu điểm rời rạc (nội suy Thiessen) .............................. 132
Hình 4.33. Nội suy IDW của lượng mưa trung bình hằng năm cho một số địa điểm
khí tượng ở bang Texas, Hoa Kỳ..................................................................... 133
Hình 4.34. Biểu đồ khối biểu thị sự biến động của độ cao địa hình.................................. 134
Hình 4.35. Thao tác cắt và lấp ........................................................................................... 135
Hình 4.36. Địa hình được thể hiện bằng đường đồng mức ............................................... 135
Hình 4.37. Bản đồ độ dốc (Slope) ..................................................................................... 136
Hình 4.38. Bản đồ hướng dốc (Aspect) ............................................................................. 136
Hình 4.39. Hình ảnh tơ bóng của địa hình mặt đất và độ sâu của sơng Sacramento......... 137
Hình 4.40. Mặt cắt ngang địa hình .................................................................................... 138

Hình 4.41. Cấu trúc mạng (Network) ................................................................................ 139
Hình 4.42. Hiển thị bảng bản đồ và bảng thuộc tính ......................................................... 143
Hình 4.43. Hiển thị bản đồ trong GIS ............................................................................... 144
Hình 5.1. Mơ hình tích hợp GIS-GNSS theo dữ liệu ........................................................ 147
Hình 5.2. Mơ hình tích hợp GIS-GNSS trên cùng vị trí (trên hiện trường) ...................... 148
Hình 5.3. Mơ hình tích hợp GIS-GNSS trên cùng một thiết bị ......................................... 149
Hình 5.4. Mơ hình tích hợp viễn thám và GIS .................................................................. 150
Hình 5.5. Vai trị của viễn thám trong xây dựng và cập nhật CSDL GIS ......................... 151
Hình 5.6. Quy trình phân loại ảnh viễn thám trong ArcGIS ............................................. 152
Hình 5.7. Vai trị của GIS và viễn thám trong việc hỗ trợ ra quyết định .......................... 153
Hình 5.8. Ví dụ về tích hợp viễn thám và GIS trong phân tích biến động sử dụng đất qua
các giai đoạn khác nhau tại xã Ngọc Phái, huyện Chợ đồn, tỉnh Bắc Kạn........ 154
Hình 5.9. Ví dụ về một hệ thống WebGIS ........................................................................ 156
Hình 5.10. Mơ phỏng cấu trúc của một hệ thống WebGIS ............................................... 157
Hình 5.11. Sơ đồ kiến trúc tải dữ liệu thơ ......................................................................... 159
Hình 5.12. Sơ đồ kiến trúc hiển thị bản đồ tĩnh ................................................................ 160
Hình 5.13. Sơ đồ kiến trúc duyệt bản đồ động .................................................................. 160
Hình 5.14. Sơ đồ kiến trúc hỏi đáp, phân tích GIS trên cơ sở Web .................................. 161
Hình 5.15. Phần mềm GIS hiểu mạng ............................................................................... 162
Hình 5.16. Cấu trúc và vị trí của CSDL đất đai trong GIS ............................................... 163
Hình 5.17. Ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL đất đai tại Thái Nguyên ...................... 164

10


Hình 5.18. Ứng dụng GIS trong thành lập đồ đơn vị đất đai và phân hạng đất nông nghiệp
tỉnh Hà Giang ................................................................................................... 165
Hình 5.19. Phương pháp đánh giá phân hạng thích nghi tích hợp GIS và AHP/ALES .... 166
Hình 5.20. Ứng dụng GIS trong thành lập bản đồ quy hoạch chung thành phố Thái Nguyên
đến năm 2035 ................................................................................................... 168

Hình 5.21. Hệ thống WebGIS theo dõi cháy rừng trực tuyến của Việt Nam .................... 169
Hình 5.22. Quy trình xây dựng bản đồ xác định chi trả dịch vụ môi trường rừng
theo hệ số K4 ................................................................................................... 170
Hình 5.23. Ứng dụng GIS xây dựng bản đồ phân vùng nhạy cảm môi trường huyện Ba Bể,
tỉnh Bắc Kạn .................................................................................................... 171
Hình 5.24. Bản đồ nguy cơ trượt lở khu vực hồ thủy điện Sơn La ................................... 173
Hình 5.25. Ứng dụng GIS thành lập bản đồ chất lượng mơi trường khơng khí pm2,5 (trái)
và CO (phải) tại Lào ........................................................................................ 174
Hình 5.26. Hệ thống WebGIS quản lý và cảnh báo ơ nhiễm khơng khí APOM ............... 175
Hình 5.27. Ứng dụng GIS và viễn thám theo dõi sự phân bố không gian của các hệ thống
canh tác lúa ở khu vực Đồng bằng Sơng Cửu Long ........................................ 176
Hình 5.28. Bản đồ tra cứu thông tin du lịch làng văn hóa Việt Nam ................................ 179

11


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Ví dụ các kiểu thuộc tính khác nhau trong GIS .................................................. 30
Bảng 2.1. So sánh cấu trúc dữ liệu dạng Vector và Raster ................................................. 62
Bảng 2.2. Các kiểu trường trong cơ sở dữ liệu.................................................................... 71
Bảng 3.1. Một số cổng thông tin địa lý phổ biến chia sẻ dữ liệu trên toàn cầu................... 78
Bảng 3.2. Các thành phần chính của tín hiệu vệ tinh GPS .................................................. 88
Bảng 5.1. Phân bổ công việc trên hệ thống server/client .................................................. 158

12


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AHP

Analytic Hierarchy Process (Phương pháp phân tích thứ bậc)

ALES

Automated Land Evaluation System (Hệ thống đánh giá đất đai tự
động)

APOM

Air Pollution Management (Quản lý ô nhiễm khơng khí)

ATM

Automated Teller Machine (Máy rút tiền tự động)

CAD

Computer Aid Design (Thiết kế trên máy tính)

CARIS

Computer Aided Resource Information System (Hệ thống thơng tin tài
ngun hỗ trợ bởi máy tính)

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DBMS

Database Management Systems (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu)

DEM

Digital Elevation Model (Mơ hình số độ cao)

DLG

Digital Line Graph (Biểu đồ số dạng đường)

DRG

Digital Raster Graphics (Đồ họa số dạng Raster)

DXF

Data Exchange Format (Định dạng dữ liệu trao đổi)

ERDAS

Earth Resource Data Analysis System (Hệ thống phân tích dữ liệu tài
nguyên trái đất)

ESRI

Environmental Systems Research Institute (Viện Nghiên cứu Hệ
thống môi trường)

FAO

Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông lương Thế giới)

FID

Feature Identifier (Mã định danh đối tượng)

FTP

File Transfer Protocol (Giao thức truyền tải tập tin)

GEE

Google Earth Engine (Nền tảng trực tuyến địa tin học của Google
Earth)

GEOSS

Global Earth Observation System of Systems (Hệ thống của các hệ
thống quan sát toàn cầu)

GLONASS

Global Navigation Satellite System (Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu)

GNSS

Global Navigation Natellite System (Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu)

GPS

Global Positioning Systems (Hệ thống định vị toàn cầu)

GIS

Geographical Information Systems (Hệ thống thông tin địa lý)

HPGL

Hewlett-Packard Graphics Language (Ngôn ngữ đồ họa HewlettPackard)
13


14

HTML

HyperText Markup Language (Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản)

HTTP

HyperText Transfer Protocol (Giao thức truyền tải siêu văn bản)

ICEM

International Centre for Environmental Management (Trung tâm Quốc
tế về Quản lý Môi trường)

IoT

Internet of Things (Internet vạn vật)

ISO

International Organization of Standards (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa
Quốc tế)

LiDAR

Lidar – Light Detection and Ranging (Phương pháp viễn thám sử
dụng ánh sáng ở dạng tia laser)

MCA

Multi-Criteria Assessment (Đánh giá đa tiêu chí)

MLM

Maximum Limitation Method (Phương pháp giới hạn tối đa)

NAD 27

North American Datum of 1927 (Mốc đo lường Bắc Mỹ 1927)

NASA

National Aeronautics and Space Administration (Cơ quan Hàng không
và Vũ trụ Hoa Kỳ)

NetCDF

Network Common Data Form (Định dạng mạng dữ liệu chung)

OGC

Open Geospatial Consortium (Tổ chức Không gian Địa lý)

OSM

OpenStreetMap (Bản đồ đường sá mở)

PC

Personal Computer (Máy tính cá nhân)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

RDBMS

Relation Database Management System (Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
quan hệ)

SOA

Service Oriented Architecture (Kiến trúc hướng dịch vụ)

SSURGO

Soil Survey Geographic database (Cơ sở dữ liệu địa lý về điều tra đất)

TIGER

Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing (Hệ
thống tham khảo và mã hóa địa lý được tích hợp theo chủ đề)

TIN

Triangulated Irregular Network (Mạng lưới tam giác không đều)

UAV

Unmanned Aerial Vehicle (Máy bay không người lái)

USGS

United States Geological Survey (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ)

UTM

Universal Transverse Mercator (Phép chiếu hình trụ ngang)

WGS84

World Geodetic System 1984 (Hệ thống trắc địa thế giới 1984)

XML

Extensible Markup Language (Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng)

Chương 1

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một nhánh của cơng nghệ thơng tin, hình thành từ
những năm 60 của thế kỷ XX. Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với
sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên tồn thế giới. GIS được dạy phổ biến trong các
trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới. Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều
nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc.
GIS được coi là sự liên kết của một số kỹ thuật cho phép nhà địa lý tổ chức dữ liệu
và áp dụng những phương pháp hỗ trợ phân tích địa lý truyền thống như phân tích chồng
ghép bản đồ và mơ hình hóa trên máy tính. GIS có thể thực hiện các cơng việc như: vẽ bản
đồ, xây dựng mơ hình, hỏi đáp và phân tích một lượng lớn dữ liệu. Tất cả đều được lưu giữ
trong một cơ sở dữ liệu. Sự phát triển của GIS dựa trên nền tảng của nhiều ngành khoa học
khác nhau như: địa lý, bản đồ học, đo vẽ ảnh, viễn thám, khảo sát, trắc địa, xây dựng cơng
trình, thống kê, khoa học máy tính, dân tộc học và nhiều nhánh khoa học khác của khoa
học trái đất và khoa học tự nhiên. GIS có thể được xem xét như một cơ sở dữ liệu số, trong
đó dữ liệu thơng tin được liên kết trong một tọa độ không gian. GIS cho phép:
– Nhập dữ liệu (các bản đồ, ảnh hàng không, vệ tinh và các nguồn khác);
– Lưu trữ dữ liệu, truy nhập và hỏi đáp;
– Chuyển đổi dữ liệu, phân tích và mơ hình hóa;
– Báo cáo dữ liệu (các bản đồ, báo cáo và sơ đồ).
Đối tượng chính của các ứng dụng GIS là sự chồng ghép của những lớp thông tin
khác nhau thông qua việc sử dụng nhiều nguồn dữ liệu đa dạng được xây dựng trên một
bản đồ cơ sở địa hình. Điều quan trọng là tất cả các lớp thông tin phải được đăng ký với
cùng một hệ quy chiếu không gian phổ dụng. Với chức năng đo đạc và tổ hợp những thành
phần khác nhau, GIS cho ta nhìn thấy và quản lý tất cả những gì đang diễn ra trên bề mặt
trái đất.

GIS cho phép tìm kiếm những loại hình khơng gian, xử lý và cho những mối quan hệ
giữa những lớp chuyên đề khác nhau. Một bản đồ có thể là lớp chồng xếp của nhiều bản đồ
chuyên đề cùng được đăng ký vào một hệ tọa độ chung. GIS cũng cho phép tách biệt một
hay nhiều lớp từ các lớp thông tin nguồn. Thơng tin của những lớp cụ thể có thể được tập

15


hợp và chuyển sang lớp mới để tiếp tục phân tích về sau. Đây là q trình thực hiện các
phép tính đại số trên bản đồ.
Cùng với khoa học bản đồ, kỹ thuật GIS đã tăng cường hiệu quả và sức mạnh phân
tích của việc thành lập bản đồ truyền thống. Một hệ GIS có thể được sử dụng để sản xuất
những hình ảnh khơng phải chỉ là những bản đồ mà còn là những bản vẽ kỹ thuật và sản
phẩm minh họa khác. Những hình ảnh này cho phép các nhà quan sát cảm nhận các đối
tượng của họ theo cách mà chưa bao giờ nhìn thấy trong các tài liệu trước đây. Những hình
ảnh này rất có ích trong việc dẫn dắt tới các khái niệm kỹ thuật của GIS dành cho những
người không chuyên nghiên cứu khoa học.
1.1.2. Lịch sử phát triển của GIS
1.1.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của GIS trên thế giới

Kỷ nguyên thơng tin có thể xem như được bắt đầu với sự sử dụng của thẻ đục lỗ để
lập trình văn hóa dệt tại Pháp cuối những năm 1800.
Cuộc tổng điều tra dân số Mỹ năm 1890 đã sử dụng công nghệ thẻ đục lỗ và máy đọc
thẻ cơ học để thống kê kết quả điều tra.
Từ xa xưa, con người đã biết cách biểu diễn các thông tin địa lý bằng cách thu nhỏ
các sự vật theo một kích thước nhất định sau đó vẽ lên mặt phẳng. Năm 1936, tại hội nghị
của Hiệp hội Các nhà địa lý Mỹ đã nêu ra sự cần thiết phải phát triển các tiếp cận về lượng
trong giải quyết các vấn đề dựa trên bản đồ.
Để đánh dấu các đặc tính của sự vật, người ta dùng các loại ký hiệu khác nhau như
độ cao được biểu diễn bằng những đường bình độ, một số đối tượng được biểu thị bởi các

loại màu sắc tương ứng hoặc bằng chú thích cùng các số hiệu đi kèm. Sự biểu thị kết quả
thể hiện các ý tưởng đó được gọi là bản đồ. Dần dần, bản đồ chiếm một vị trí quan trọng
khơng thể thiếu được trong đời sống của con người và có thể nói: Bản đồ là một cơng cụ
thơng tin quen thuộc đối với lồi người. Trong q trình phát triển kinh tế kỹ thuật, bản đồ
luôn được cải tiến sao cho ngày càng đầy đủ thơng tin hơn, ngày càng chính xác hơn. Khi
khối lượng thông tin quá lớn trên một đơn vị diện tích bản đồ thì người ta tiến đến lập bản
đồ chuyên đề. Ở bản đồ chuyên đề chỉ biểu diễn những thông tin theo một chuyên đề sử
dụng. Trên một đơn vị diện tích địa lý sẽ có nhiều loại bản đồ chuyên đề: bản đồ địa hình,
bản đồ hành chính, bản đồ địa chất, bản đồ du lịch, bản đồ giao thông vận tải, v.v..
* Trước năm 1960: Khoảng tối của GIS
Trong những năm 1950, do máy tính chưa phát triển nên việc tạo ra bản đồ rất đơn
giản. Họ có thể xây dựng bản đồ định tuyến xe, các bản đồ quy hoạch mới và các điểm vị
trí quan tâm, vẽ trên giấy. Với các bài tốn phân tích khơng gian, một lựa chọn là lập bản
đồ lưới. Bản đồ lưới được sử dụng là các lớp trong suốt được chiếu trên bảng ánh sáng để
xác định khu vực chồng lên nhau. Nhưng điều này đi kèm với thách thức: khu vực tính
tốn kề nhau là không thể, dữ liệu là thô và thường không chính xác, việc đo khoảng cách

16


phức tạp. Đây chính là động lực để chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số (bản đồ trên
máy tính).
* Giai đoạn 1960 – 1975: Ý tưởng tiên phong trong GIS
Trong những năm 1960, Roger Tomlinson khởi xướng, lên kế hoạch và chỉ đạo trực
tiếp việc phát triển của hệ thống địa lý Canada (CGIS). Đây là một thời điểm quan trọng
trong lịch sử của GIS và nhiều người coi CGIS là gốc của hệ thống thông tin địa lý. Bởi vì
chỉ CGIS tiếp cận theo lớp để xử lý bản đồ. Hệ thống CGIS được sử dụng để lưu trữ, phân
tích và thao tác trên dữ liệu được thu thập cho Canada land Inventory (sử dụng các đặc tính
của đất, hệ thống thốt nước và khí hậu để xác định khả năng trồng các loại cây trồng và
các vùng trồng rừng). Họ nhanh chóng nhận ra rằng dữ liệu chính xác và phù hợp nhất là

rất quan trọng để quy hoạch đất đai và ra quyết định. Trong những năm sau, CGIS đã được
chỉnh sửa và cải tiến để theo kịp với công nghệ.
Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây
dựng hệ thống thông tin địa lý. Trong các hệ thống thông tin địa lý được tạo ra cũng có rất
nhiều hệ khơng tồn tại được lâu vì nó được thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao. Lúc
đó, người ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong q trình xử
lý các số liệu đồ họa truyền thống. Họ tập trung giải quyết vấn đề đưa bản đồ, hình dạng,
hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phương pháp số để xử lý các dữ liệu này. Tuy kỹ thuật
số hóa đã được sử dụng từ năm 1950 nhưng điểm mới của giai đoạn này chính là các bản
đồ được số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên
thiên nhiên của một khu vực. Từ đó, máy tính được sử dụng và phân tích các đặc trưng của
các nguồn tài ngun đó, cung cấp các thơng tin bổ ích, kịp thời cho việc quy hoạch. Việc
hồn thiện một hệ thống thơng tin địa lý cịn phụ thuộc vào cơng nghệ phần cứng mà ở thời
kỳ này, các máy tính IBM 1401 cịn chưa đủ mạnh. Giai đoạn đầu những năm 60 của thế
kỷ XX đánh dấu sự ra đời của hệ thống thông tin địa lý được phục vụ chủ yếu cho công tác
điều tra quản lý tài nguyên.
Trong năm 1964, Howard T. Fisher lập Phịng thí nghiệm Đồ họa máy tính và Phân
tích khơng gian ở Harvard Graduate School of Design, nơi mà một số những khái niệm
trong kiểm soát dữ liệu không gian được phát triển và trong những năm 1970 đã phân phối
mã nguồn và hệ thống phần mềm như SYMAP, GRID và ODYSSEY (được xem là nguồn
của sự phát triển các phần mềm thương mại ngày nay).
Năm 1968, Hội Địa lý học Quốc tế đã quyết định thành lập Ủy ban Thu thập và Xử
lý Dữ liệu Địa lý.
Trong những năm 1970, ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi
trường và phát triển hệ thống thông tin địa lý. Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu tố
đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý, đặc biệt là sự
giảm giá thành cùng với sự tăng kích thước bộ nhớ, tăng tốc độ tính tốn của máy tính.
Chính nhờ những thuận lợi này mà hệ thống thông tin địa lý dần dần được thương mại hóa.
Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại phải kể đến các cơ quan, công ty ESRI, GIMNS,

17


Intergraph, v.v.. Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” và vấn đề phải
nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng.
Năm 1977 đã có 54 hệ thống thơng tin địa lý khác nhau trên thế giới. Bên cạnh hệ
thống thông tin địa lý, thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn
thám. Một hướng nghiên cứu kết hợp hệ thống thông tin địa lý và viễn thám được đặt ra và
cũng bắt đầu thực hiện.
* Giai đoạn 1975 – 1990: Phần mềm GIS thương mại
Khi Chính phủ nhận ra những ưu điểm của bản đồ số, điều này ảnh hưởng tích cực
đến cơng việc tại Phịng thí nghiệm Đồ họa máy tính tại Harvard. Vào những năm 1970,
Phịng thí nghiệm Đồ họa máy tính Harvard đã phát triển GIS vector đầu tiên, được gọi là
ODYSSEY GIS. ARC/INFO của ESRI đã sử dụng framwork của ODYSSEY GIS và việc
này dẫn đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong GIS – thương mại hóa phần mềm GIS.
Đầu những năm 1980, M&S Computer (mà sau này trở thành Intergraph) cùng với
Bentley Systems Incorporated xây dựng nền tảng CAD (Computer Aid Design), ESRI
(Environmental Systems Research Institute), CARIS (Computer Aided Resource
Information System), ERDAS (Earth Resource Data Analysis System) nổi lên như những
phần mềm thương mại GIS, đã thành công trong việc kết hợp phương pháp thời kỳ đầu là
tách thông tin không gian và thuộc tính với phương pháp thời kỳ thứ hai là sắp xếp thuộc
tính vào trong những cấu trúc CSDL. Song song đó, sự phát triển của hai hệ thống công
cộng (MOSS và GRASS GIS) bắt đầu từ những năm 1970 đến đầu những năm 1980. Một
trong những nhà cung cấp phần mềm GIS là ESRI – hiện là công ty phần mềm GIS lớn
nhất trên thế giới. Năm 1982, ARC/INFO chạy trên máy tính mini được phát hành và vào
năm 1986, PC ARC/INFO đã được giới thiệu trên các máy tính chạy bộ vi xử lý của Intel.
ESRI hiện tại là chuyên gia hàng đầu thế giới trong việc phát triển phần mềm GIS và đã
đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử của GIS. Ở thời điểm này, có hội nghị đầu tiên
và các xuất bản về GIS. Hội nghị đầu tiên của GIS diễn ra ở Anh năm 1975, với sự tham
gia của các nhóm nghiên cứu nhỏ. Hội thảo ESRI tổ chức đầu tiên vào năm 1981 thu hút

sự tham gia của 18 thành viên. Các nhà tư vấn về GIS đã bắt đầu xuất hiện. Thuật ngữ
“Geographic Information System” được Roger Tomlinson đưa ra đầu tiên trong bài báo
của ông năm 1968 “A Geographic Information System for Regional Planning”.
Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng hệ thống thông tin địa lý ngày
càng tăng với các quy mô khác nhau. Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những
năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khn dạng, v.v.. Thời kỳ
này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự mềm dẻo trong việc xử lý dữ liệu không gian.
Thập kỷ này được đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong việc ứng dụng hệ thống
thông tin địa lý như: khảo sát thị trường, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, sử
dụng tối ưu các nguồn tài ngun, các bài tốn giao thơng, cấp thốt nước, v.v.. Có thể nói
đây là thời kỳ bùng nổ hệ thống thông tin địa lý.

18


Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hòa nhập
giữa viễn thám và hệ thống thông tin địa lý. Các nước Bắc Mỹ và châu Âu gặt hái được
nhiều thành công trong lĩnh vực này. Khu vực châu Á – Thái Bình Dương cũng đã thành
lập được nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và hệ thống thông tin địa lý. Rất nhiều hội
thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý được tổ chức nhằm trao
đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triển các ứng dụng của công nghệ hệ thống
thông tin địa lý.
* Giai đoạn 1990 – 2010: Tăng trưởng nhanh người sử dụng
Tất cả các điều kiện đã sẵn sàng cho sự xâm nhập của GIS tới người sử dụng như:
máy tính rẻ hơn, nhanh hơn và mạnh mẽ hơn, nhiều lựa chọn phần mềm và dữ liệu sẵn có,
việc phóng vệ tinh mới và tích hợp cơng nghệ viễn thám. Nững năm 1990 – 2010 là thời
kỳ quan trọng đánh dấu sự cất cánh thực sự của GIS. Những tiến bộ trong công nghệ đã
vượt qua khả năng người dùng thông thường. Người sử dụng GIS đã không biết cách làm
thế nào để tận dụng đầy đủ các ưu điểm công nghệ GIS. Các công ty đều e ngại áp dụng
phần mềm GIS. Các quốc gia khơng có quyền truy cập vào dữ liệu địa hình. GIS đã được

giới thiệu đến các lớp học và các công ty. Phần mềm đã có thể xử lý cả dữ liệu vector và
Raster. Có nhiều vệ tinh được phóng lên quỹ đạo, dữ liệu được thu thập từ khơng gian có
thể được sử dụng trong GIS. Cùng với sự kết hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đem
lại cho người sử dụng nhiều công cụ hơn nhiều so với trước đây. GPS đã dẫn đường cho
các sản phẩm sáng tạo vĩ đại như hệ thống định vị xe hơi và máy bay không người lái.
Cánh cửa cho GIS và GPS phát triển đã bắt đầu mở. Điều này đưa chúng ta đến giai đoạn
phát triển tiếp theo trong lịch sử GIS: sự bùng nổ phần mềm nguồn mở.
* Giai đoạn 2010 – nay: Sự bùng nổ phần mềm nguồn mở
Bộ vi xử lý hiện nay có tốc độ hàng gigahertz. Card đồ họa mạnh hơn rất nhiều so
với trước đây. Bây giờ chúng ta nghĩ về GIS lưu trữ dữ liệu trong terabytes khơng cịn
megabytes.
Dữ liệu GIS đã trở nên phổ biến hơn. Dữ liệu TIGER, hình ảnh vệ tinh Landsat và
thậm chí cả dữ liệu LIDAR có thể tải miễn phí. Kho trực tuyến như ArcGIS Online với
khối lượng rất lớn các dữ liệu không gian. Các chức năng, các yêu cầu mới dường như là
vô tận và vượt xa ngoài khả năng của các sản phẩm phần mềm GIS thương mại. Nhưng nổi
lên là sự thay đổi lớn của người sử dụng trong việc xây dựng phần mềm GIS của riêng họ
theo dạng cộng tác hay còn gọi là phần mềm nguồn mở. Ưu điểm lớn nhất là người sử
dụng được dùng miễn phí. Nguồn mở đang trở thành xu hướng chủ đạo ngày nay. Chúng ta
đang dần bước vào một kỷ nguyên của phần mềm GIS nguồn mở, ví dụ như phần mềm
QGIS. Mặc dù vậy vẫn ln có một chỗ cho các phần mềm GIS thương mại. Các công ty
phần mềm giống như ESRI cung cấp các giải pháp đến thực tế bất kỳ các bài toán về
không gian tồn tại ngày nay.
GIS kế thừa mọi thành tựu trong ngành bản đồ cả về ý tưởng lẫn thành tựu của kỹ
thuật bản đồ. GIS bắt đầu hoạt động bằng việc thu thập dữ liệu theo định hướng tùy thuộc
vào mục tiêu đặt ra. Dù là hệ thống thông tin địa lý hay hệ thống thông tin bản đồ, đều có

19


nhiệm vụ phục vụ những yêu cầu chung nhất của các ngành như: địa chính, nơng nghiệp,

lâm nghiệp, ngư nghiệp, giao thông, xây dựng, thủy lợi, v.v.. Nhưng mỗi ngành lại có
những u cầu khác nhau về các thơng tin đó. Cho nên một hệ thống thơng tin xây dựng
cho nhiều ngành thì khơng thể thỏa mãn u cầu riêng của một ngành. Vì vậy lại xuất hiện
hệ thống thơng tin chuyên ngành như hệ thống thông tin địa lý nông nghiệp, hệ thống
thông tin địa lý lâm nghiệp, hệ thống thông tin địa lý giao thông, v.v..
Hệ thống thông tin đia lý có thể hiểu một cách đơn giản là tập hợp các thơng tin có
liên quan đến các yếu tố địa lý một cách đồng bộ và logic. Như vậy, về ý tưởng nó được
xuất hiện rất sớm cùng với sự phát minh ra bản đồ. Nhưng sự hình thành rõ nét của hệ
thống thơng tin địa lý một cách hồn chỉnh, được đưa vào ứng dụng có hiệu quả thì cũng
chỉ mới được nghiên cứu, phát triển trong một số năm gần đây.
Việc sử dụng GIS đã trở nên phổ biến và lan rộng trong vòng 2 thập kỷ qua. GIS
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ khảo cổ học cho đến sinh vật học và
nhiều ứng dụng mới của GIS tiếp tục xuất hiện. GIS là những công cụ cần thiết trong kinh
doanh, hoạt động của Chính phủ, giáo dục và các tổ chức phi lợi nhuận. Việc sử dụng GIS
đang trở nên có tính bắt buộc trong nhiều trường hợp. GIS được sử dụng chống lại tội ác,
bảo vệ các loài bị nguy hiểm, giảm thiểu sự ơ nhiễm, đối phó với các tai biến thiên nhiên,
phân tích sự lan truyền bệnh dịch AIDS và để cải thiện sức khỏe cộng đồng; tóm lại, GIS
là phương tiện để giải quyết một số vấn đề xã hội cấp bách của chúng ta. Trong thực tế, các
công cụ GIS giúp tiết kiệm được hàng tỷ đôla hằng năm trong việc phân phát các dịch vụ
và hàng hóa thương mại của Chính phủ. Hiện nay, GIS giúp cho công tác quản lý hằng
ngày các nguồn tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo, bao gồm cả hệ thống cống rãnh, nước,
năng lượng và mạng lưới giao thông. GIS đang ở vị trung tâm của một trong số các quy
trình quan trọng nhất của nền dân chủ Mỹ, đó là quy trình xem xét lại định hướng phát
triển được ủy nhiệm theo quy định của Hiến pháp của Quốc hội Mỹ và từ đó liên quan đến
việc phân phối những đồng đôla tiền thuế và các nguồn lực khác của Chính phủ.
Cơng nghệ GIS đã có một sự phát triển nhảy vọt, trở thành một công cụ hữu hiệu
trong quản lý và trợ giúp việc ra quyết định. GIS không chỉ dừng lại ở mức công nghệ mà
nó đã tiến lên nhiều nấc đến khoa học (Geographic Information Science – GIS) và dịch vụ
(Geographic Information Services).
Ngày nay, công nghệ GIS được phát triển theo hướng tổ hợp và liên kết mạng,

hàng trăm website đăng tải dữ liệu GIS trực tuyến trên mạng toàn cầu Internet. Bất kỳ ai
có thể sử dụng các trình duyệt web đều có thể truy cập và xem các dữ liệu GIS. Với ứng
dụng rất hiệu quả của GIS mang lại thì GIS ngày càng được phát triển rộng trên quy mơ
tồn thế giới.
1.1.2.2. Lịch sử hình thành và phát triển của GIS tại Việt Nam

Hệ thống thông tin địa lý được du nhập vào Việt Nam trong những năm của thập
niên 80 thông qua các dự án trong khuôn khổ hợp tác quốc tế. Tuy nhiên, giới khoa học
cũng như những người áp dụng GIS tại Việt Nam chỉ đến các năm cuối của thập niên 90.

20


Mặc dù được biết đến từ khá sớm, nhưng mãi đến sau năm 2000, tức sau khi có những kết
quả đầu tiên về việc tổng kết chương trình GIS quốc gia tại Việt Nam, GIS mới thực sự
được chú ý đến và bước đầu phát triển. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống
thông tin địa lý cũng mới chỉ bắt đầu và chỉ được triển khai ở những cơ quan lớn như Tổng
cục Địa chính, Trường Đại học mỏ Địa chất, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Địa chất,
v.v.. Đồng thời, mức độ ứng dụng cịn hạn chế và mới chỉ có ý nghĩa nghiên cứu hoặc ứng
dụng để giải quyết một số các nhiệm vụ trước mắt.
GIS ngày càng được áp dụng trong các lĩnh vực: quản lý tài nguyên rừng; tài nguyên
đất; tài nguyên nước; quản lý và giám sát môi trường; quy hoạch thiết kế cảnh quan đô thị,
v.v.. Hàng loạt chương trình GIS với sự tham gia của nhiều trường đại học, các viện
nghiên cứu, các chuyên gia trong và ngoài nước được triển khai. Trong đó tiêu biểu phải kể
đến dự án quản lý nuớc sạch ở Hà Nam, dự án quản lý nước ở Hịa Bình, dự án thử nghiệm
trong quản lý khách du lịch ở động Phong Nha, v.v..
Một số dự án ứng dụng GIS đã thành công như Ủy ban nhân dân quận Gò Vấp, Sở
Khoa học Công nghệ Đồng Nai, Ủy ban nhân dân thành phố Đà Lạt, Sở Y tế Quảng Trị,
v.v.. Các ứng dụng GIS được triển khai ở tất cả các lĩnh vực giám sát tài ngun thiên
nhiên và mơi trường (ví dụ: giám sát sự biến động đa dạng sinh học bằng kết hợp các dữ

liệu viễn thám và quan sát của cộng đồng trong dự án Hành lang xanh, Thừa Thiên Huế),
phịng tránh và giảm nhẹ thiên tai, phát triển nơng nghiệp và nơng thơn (trồng trọt và
phịng trừ dịch bệnh), phát triển du lịch, quản lý đơ thị (ví dụ điển hình là quận Gị Vấp
“quản lý từng căn nhà, từng hộ gia đình” trong quận), quản lý quy hoạch và đầu tư
(Nguyễn Bình – Việt Kiều Canada – chuyên gia tư vấn GIS cho thành phố Hồ Chí Minh
“GIS là công cụ cho phép lựa chọn phương án đầu tư”), quy hoạch nuôi trồng thủy sản
(dự án IMOLA, Thừa Thiên Huế).
Ngày 15/9/2000, Ủy ban nhân dân thành phố đã ra Chỉ thị 56/TB-UB-CCHC giao
nhiệm vụ cho Sở Khoa học và Cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh triển khai dự án
SAIGONGIS với mục tiêu thống nhất các hệ thống thông tin GIS khác nhau, đồng thời Chỉ
thị cũng nêu rõ việc xây dựng Trung tâm Tích hợp Hệ thống thông tin địa lý GIS như một
tổ chức đầu mối để vận hành các hoạt động của hệ thống.
Ngày 14/5/2004, Ủy ban nhân dân thành Phố Hồ Chí Minh ra Quyết định số
134/2004/QĐ-UB chính thức thành lập Trung tâm Ứng dụng Hệ Thống thơng tin địa lý
thành phố Hồ Chí Minh, trực thuộc Sở Khoa học và Công nghệ thành phố. Với chức năng
và nhiệm vụ được giao, Trung tâm Ứng dụng HCM-GIS là đầu mối quản lý và triển khai
các dự án GIS của thành phố Hồ Chí Minh, đồng thời là đầu mối tích hợp, phân phối thơng
tin địa lý.
Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý của tỉnh Bến Tre – BETEGIS; Quảng Nam
– QANAGIS; Phục vụ quản lý nông nghiệp của thành phố Đà Nẵng – DANAGIS; Hệ
thống thông tin địa lý phục vụ phát triển kinh tế tỉnh Bình Dương – BIDOGIS, v.v..

21


Tỉnh Thanh Hóa nhiệm kỳ 2021 – 2026 vừa thơng qua tờ trình của UBND tỉnh về
việc đề nghị quyết định chủ trương đầu tư Dự án ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ
sở hạ tầng bưu chính viễn thông và truyền thanh cơ sở trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.
Lê Văn Trung, Viện phó Viện Địa Tin Học, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí
Minh đề xuất giải pháp ứng dụng cơng nghệ tích hợp hệ thống định vị tồn cầu (GPS) và

hệ thống thơng tin địa lý (GIS) để quản lý xe buýt năm 2016, đã giảm thiểu được tai nạn
giao thông, phát hiện người vi phạm giao thơng phóng nhanh, lấn tuyến, bỏ trạm, bỏ khách
qua hệ thống GIS – GPS.
IS ngày càng được đưa vào phát triển kinh tế – xã hội, một dự án trong tương lai mà
nếu thực hiện sẽ sử dụng cơng nghệ GIS đó là ứng dụng trong thiết kế bản đồ ngơn ngữ và
văn hóa các dân tộc Việt Nam.
Một thực tế mà ai cũng phải thừa nhận đó là GIS mặc dù có mặt ở Việt Nam khá sớm
nhưng hầu hết các dự án còn quá sơ khai, ở những bước thử nghiệm đầu tiên hoặc quy mơ
cịn q nhỏ hẹp hoặc chỉ là hình thức tương tự GIS.
Nói chung, trong thời đại khoa học kỹ thuật và cơng nghệ phát triển với tốc độ chóng
mặt như hiện nay thì sự phát triển của cơng nghệ GIS cũng khơng nằm ngồi trào lưu đó,
có hướng tiến tới mang tính phổ cập đại chúng cho các cơng tác quản lý và khai thác thông
tin bản đồ cho nhiều mục đích khác nhau. Vì vậy, phần cứng của GIS phát triển mạnh theo
giải pháp máy tính để bàn và ngày càng gọn nhẹ, nhất là những năm gần đây ra đời các bộ
vi xử lý cực mạnh, thiết bị lưu trữ dữ liệu, hiển thị và in ấn tiên tiến đã làm cho công nghệ
GIS thay đổi về chất. Có thể nói trong suốt q trình hình thành và phát triển của mình,
cơng nghệ GIS đã ln tự hồn thiện từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp để phù hợp
với các tiến bộ mới nhất của khoa học kỹ thuật.
Như vậy, hầu hết các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đều quan tâm nghiên
cứu hệ thống thông tin địa lý và ứng dụng nó vào nhiều ngành. Phần mềm GIS đang hướng
tới đưa công nghệ GIS trở thành hệ tự động thành lập bản đồ và xử lý dữ liệu ngày càng
đạt hiệu quả cao về tốc độ và độ chính xác.
1.1.3. Giới thiệu ứng dụng GIS trong một số ngành
Quản lý chính quyền địa phương: Chính quyền địa phương là một tổ chức sử dụng
dữ liệu không gian nhiều nhất, do vậy là một lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của GIS, tất
cả các cơ quan của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS.
Chính quyền địa phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và
đường giao thơng. GIS có thể được sử dụng trong việc tìm kiếm và quản lý thửa đất, thay
thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành. GIS còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển
và quản lý các tình huống khẩn cấp.

Quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường: Ở mức độ đơn giản, người dùng sử
dụng GIS để đánh giá mơi trường, ví dụ như vị trí và thuộc tính của cây rừng. Ứng dụng
GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mơ hình hóa các tiến

22


trình xói mịn đất, sự lan truyền ơ nhiễm trong mơi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng
của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng của một trận mưa lớn. Mơ hình dữ liệu dạng ảnh
(Raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tượng
vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp.
Nơng nghiệp: Những ứng dụng GIS đặc trưng như: giám sát thu hoạch, hệ thống
quản lý đất đai, dự báo về hàng hóa, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra
nguồn nước.
Khí tượng thủy văn: Trong lĩnh vực này, GIS được dùng như là một hệ thống đáp
ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm bão, dự đoán
các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp phịng chống kịp
thời, v.v.. Vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mơ hình dữ liệu không
gian dạng ảnh (Raster) chiếm ưu thế.
Quản lý giao thơng vận tải: Việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng giao thông
rõ ràng là một ứng dụng thiết thực, nhưng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là
ứng dụng định vị trong vận tải hàng hải và hải đồ điện tử. Loại hình đặc trưng này địi hỏi
sự hỗ trợ đáng kể của GIS.
Dịch vụ tài chính: Hiện nay, việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó
là một cơng cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn
những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ
sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản.
GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự như là một ứng dụng đơn lẻ.
Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của ngân hàng, nhà
thuốc, cửa hàng tiện lợi.

Quản lý thị trường bán lẻ: GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế – xã hội
của khách hàng trong một vùng nào đó. Phần lớn siêu thị vùng ngoại ơ được xác định vị trí
với sự trợ giúp của GIS. Một vùng thích hợp cho việc xây dựng một siêu thị có thể được
tính tốn bởi thời gian đi đến siêu thị và mơ hình hóa ảnh hưởng của những siêu thị cạnh
tranh. GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường phân phối hàng ngắn
nhất.
Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại, v.v.: Những công ty trong lĩnh vực này là
những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng cơ sở dữ liệu của các
công ty này. Dữ liệu Vector thường được dùng trong các lĩnh vực này. Những ứng dụng
lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management (AM-FM).
AM-FM được dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, v.v.. Những ứng dụng
này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao.
Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận chuyển hay
là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an tồn cơng cộng và hỗ
trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ mơi trường, thì cơng nghệ GIS ln đóng

23


vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử dụng thông tin địa lý một cách hiệu
quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và mục đích chương trình của tổ chức đó.
Y tế: Ngồi những ứng dụng đánh giá, quản lý, GIS còn chỉ ra được lộ trình nhanh
nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu
giao thơng. GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu dịch bệnh để
phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng.
1.2. ĐỊNH NGHĨA GIS
1.2.1. Các khái niệm chung về GIS
Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm: Hệ thống;
Thông tin; Địa lý và được viết tắt là GIS (Geographyic Infomation Systems).
Khái niệm hệ thống (System): là một tập hợp có tổ chức gồm nhiều phần tử có mối

quan hệ ràng buộc lẫn nhau và cùng hoạt động hướng tới mục tiêu chung. Hệ thống đề cập
đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Môi trường hệ thống GIS được chia nhỏ thành các
modul để dễ hiểu, dễ quản lý nhưng chúng được tích hợp thành hệ thống thống nhất, tồn
vẹn. Cơng nghệ thơng tin trở thành quan trọng và hầu hết các hệ thống đều được tiến hành
trên cơ sở máy tính.
Ví dụ hệ thống được sử dụng trong cuộc sống hằng ngày: hệ thống giao thông, hệ
thống truyền thông, hệ thống các trường đại học, v.v..
Phần tử có thể là vật chất hoặc phi vật chất: con người, vật chất, máy móc, thơng tin,
dữ liệu, phương pháp xử lý, quy tắc, quy trình xử lý.
Khái niệm thông tin (Information) đề cập đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý.
Các đối tượng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ số hay dữ liệu thuộc tính và
các thơng tin vị trí cần cho lưu trữ, quản lý các đặc trưng không gian.
Khái niệm địa lý (Geographic) được sử dụng ở đây vì GIS trước hết liên quan đến
các đặc trưng địa lý hay không gian. Các đặc trưng này thể hiện trên đối tượng khơng gian.
Chúng có thể là đối tượng vật lý, văn hóa hay kinh tế trong tự nhiên. Các đặc trưng trên
bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối tượng không gian trong thế giới thực thông qua hệ
thống biểu tượng, ký hiệu, màu, kiểu đường, v.v..
Bản đồ: Theo Hiệp hội Bản đồ Quốc tế (ICS) thì bản đồ là biểu diễn bằng đồ họa tập
hợp các đặc trưng trừu tượng và các quan hệ không gian trên bề mặt trái đất. Bản đồ cũng
là một hệ thông tin. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu, các thông tin suy diễn được sử dụng vào
việc lập quyết định. Để hiệu quả, việc biểu diễn thông tin bản đồ phải rõ ràng, dễ sử dụng.
1.2.2. Định nghĩa GIS
Có rất nhiều định nghĩa về “Hệ thống thông tin địa lý”:
– Theo Calkins và Tomlinson (1977): “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống
thông tin bao gồm một số hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành
những thơng tin có ích”.
24


– Theo Ducker (1979) định nghĩa: “GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống

thơng tin, ở đó cơ sở dữ liệu bao gồm sự quan sát các đặc trưng phân bố khơng gian, các
hoạt động sự kiện có thể được xác định trong khoảng không như đường, điểm, vùng”.
– Pavlidis, 1982: “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống có chức năng xử lý các
thơng tin địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực
chuyên môn nhất định”.
– Theo Goodchild (1985): “GIS là một hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu để trả lời các
câu hỏi về bản chất địa lý của các thực thể địa lý”.
– Theo Burrough (1986) định nghĩa: “GIS là một công cụ mạnh dùng để lưu trữ và
truy vấn, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu khác
nhau”.
– Theo Trung tâm Thông tin và Phân tích Địa lý Quốc gia, 1988: “Hệ thống thơng tin
địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích
và hiển thị dữ liệu khơng gian”.
– Theo Aronoff (1989) định nghĩa: “GIS là một hệ thống gồm các chức năng: nhập
dữ liệu, quản lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu”.
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.
Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước: GIS có thể được hiểu như là một
cơng nghệ xử lý các dữ liệu có tọa 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.
Xét theo chức năng: GIS là một hệ thống bao gồm ba hệ con: dữ liệu vào, quản trị
dữ liệu (quản lý và phân tích dữ liệu) và dữ liệu ra.
GIS
Phần mềm
cơng cụ

Trừu tượng hay
đơn giản hóa

CSDL

Thế giới thực

Người sử dụng
Kết quả
Hình 1.1. Sơ đồ khái niệm về GIS.

25