Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc theo dõi biến động, chỉnh lý thông tin và xây dựng cơ sở dữ liệu đất Lâm nghiệp

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đất đai là là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá đối với mỗi
quốc gia, là điều kiện tồn tại và phát triển của con người cùng các sinh vật
khác trên trái đất.
Hiện tại và trong tương lai công nghệ thông tin phát triển mạnh, nó
cho phép ta sử dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp của kinh tế - xã hội và
đây cũng là yêu cầu tất yếu đặt ra. Để đáp ứng và khai thác tốt phương pháp
tiên tiến này trong ngành Quản lý đất đai thì yêu cầu cốt lõi đặt ra là phải có
sự đổi mới mạnh mẽ trong tổ chức cũng như chất lượng thông tin.
Thông tin đất giữ vai trò quan trọng trong công tác quản lý đất đai nó là cơ
sở cho việc đề xuất các chính sách phù hợp và lập ra các kế hoạch hợp lý
nhất cho các nhà quản lý phân bổ sử dụng đất cũng như trong việc ra các
quyết định liên quan đến đầu tư và phát triển nhằm khai thác hợp lý nhất đối
với tài nguyên đất đai.Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên đất trên cơ sở cập
nhật và đồng bộ hoá các thông tin về hệ quy chiếu, hệ toạ độ, độ cao, các
thông tin về hệ thống bản đồ, thông tin về ranh giới, địa giới hành chính,
thông tin về mô hình độ cao, địa hình, thông tin về các loại đất theo hiện
trạng sử dụng, thông tin về quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, thông tin về
chủ sử dụng và các thông tin về những cơ sở dữ liệu liên quan đến tài
nguyên đất. Từ đó cho thông tin đầu ra phục vụ yêu cầu quản lý của chính
quyền trung ương, địa phương, của Ngành, và các ngành khác đồng thời
phục vụ thông tin đất đai cho nhu cầu sinh hoạt của người dân. Điều này nó
có ý nghĩa rất lớn khi mà hiện nay công tác quản lý về đất đai đang là vấn đề
thời sự thu hút sự quan tâm của các ngành, các cấp và mọi người, tất cả đều
cần tới thông tin đất đầy đủ và chính xác.
1
Trong quỹ đất của nước ta đất lâm nghiệp có vai trò đặc biệt quan
trọng về kinh tế, xã hội và môi trường. Hiện nay tại trung tâm nghiên cứu
lâm nghiệp miền núi phía Bắc chưa có được cơ sở dữ liệu đất hoàn chỉnh
phục vụ cho việc quản lý, quy hoạch sử dụng có hiệu quả nguồn lực đất đai

tại đây. Việc xây dựng được nguồn cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh sẽ tạo ra nhiều
thuận lợi trong quản lý, sản xuất và nghiên cứu khoa học. Đặc biệt là việc
ứng dụng công nghệ GIS và GPS vào lĩnh vực quản lý đất đai nói chung và
quản lý tài nguyên rừng nói riêng.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự nhất trí của nhà trường, ban chủ
nhiệm khoa, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Trương Thành Nam,
chúng em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng hệ thống định vị toàn
cầu (GPS), hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc theo dõi biến động,
chỉnh lý thông tin và xây dựng cơ sở dữ liệu đất Lâm nghiệp khu vực
nghiên cứu thực nghiệm thuộc Trung tâm nghiên cứu Lâm nghiệp vùng
núi phía Bắc tại huyện Sơn Dương – tỉnh Tuyên Quang.”
1.2. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục đích
- Tìm hiểu hiện trạng tài nguyên đất lâm nghiệp tại khu vực nghiên
cứu thuộc trung tâm.
- Tìm hiểu về hiện trang nguồn cơ sở dữ liệu tại khu vực nghiên cứu
thuộc trung tâm.
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng hệ thồng thông tin địa lí (GIS) và hệ
thống định vị toàn cầu (GPS) vào trong công tác xây dựng và chỉnh lí dữ liệu
đất lâm nghiệp.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên đất lâm nghiệp phục vụ cho công
tác quản lí đất đai tại khu vực trung tâm.
2
1.2.2. Yêu cầu
- Các thông tin xây dựng đảm bảo đầy đủ và chính xác, nắm chắc và thể
hiện rõ được cách thức ứng dụng hệ thống thông tin địa lý trong xây dựng cơ sở
dữ liệu.
- Cấu trúc cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin phải thống nhất, có tổ
chức và thích hợp với yêu cầu quản lý nhà nước về đất đai.
- Cơ sở dữ liệu đáp ứng nhu cầu phân tích, xử lý, lưu trữ số liệu, cung

cấp thông tin và có thể trao đổi dữ liệu với các hệ thống thông tin khác.
- Xây dựng và cung cấp được nguồn thông tin biến động đất đai từ dữ
liệu đầu vào, đầu ra trên địa bàn trung tâm.
3
II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐẤT ĐAI
Hệ thống cơ sở dữ liệu quốc gia là một trong các thành phần nền tảng
của kết cấu hạ tầng về thông tin nó bao gồm các cơ sở dữ liệu (CSDL) chuyên
ngành để tạo thành một hệ thống cơ sở thống nhất bao gồm các thành phần:
cơ sở dữ liệu về chính trị (chính sách, pháp luật, tổ chức cán bộ); cơ sở dữ liệu
về kinh tế (nguồn lực - tài nguyên thiên nhiên, đất đai, lao động, vốn, quy
hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế, kết quả hoạt động của các ngành kinh tế -
nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ); cơ sở dữ liệu xã hội (dân số, lao động
văn hoá, giáo dục, y tế, thể thao); cơ sở dữ liệu về tài nguyên đất (CSDLTNĐ)
là một thành phần không thể thiếu được của cơ sở dữ liệu quốc gia.
Cơ sở dữ liệu tài nguyên đất bao gồm toàn bộ thông tin về tài nguyên
đất đai và địa lý ; nội dung thông tin được phân loại theo đối tượng địa lý
như thuỷ văn, giao thông, dân cư, địa giới, hiện trạng sử dụng đất, các công
trình cơ sở hạ tầng …. Xét về các yếu tố cấu thành, chúng có thể chia ra
thành hai phần cơ bản là cơ sở dữ liệu bản đồ địa lý và cơ sở dữ liệu đất đai.
Thông tin về tài nguyên đất đai đuợc thể hiện bằng dữ liệu bản đồ và dữ liệu
thuộc tính có cấu trúc.
Với cách nhìn bản đồ như một hệ cơ sở dữ liệu, ta thấy rằng bản đồ là
tập hợp các dữ liệu địa lý, các dữ liệu này mô tả các đối tượng trong thế giới
thực bằng vị trí toạ độ duới một hệ toạ độ xác định, ngoài ra dữ liệu địa lý
còn chứa đựng các thông tin về thuộc tính của đối tượng. Việc xác định và
ước đoán tài nguyên tự nhiên, môi trường và đất đai sẽ cung cấp nhiều đối
tượng phản ánh mới cho bản đồ.
Cấu trúc CSDLTNĐ: Về nguyên tắc một hệ thống thông tin của ngành
hợp lý nhất là có tổ chức dựa trên cơ cấu tổ chức của ngành chủ quản, cơ cấu

4
tổ chức được phân thành các cấp trung ương và địa phương. Thông thường
các địa phương đóng vai trò là nơi thu thập, cập nhật các thông tin chi tiết,
cung cấp thông tin đầu vào cho toàn bộ hệ thống và cũng sẽ là nơi quản lý và
sử dụng chủ yếu các thông tin cshi tiết, còn cấp trung ương nhu cầu chủ yếu
lại là các thông tin tổng hợp từ các thông tin chi tiết. Có 4 phương án lưu trữ
và quản lý dữ liệu bao gồm: Quản lý tập trung; Phân tán bản sao; Phân tán
dữ liệu; Phân tán dữ liệu chi tiết; Tập trung số liệu tổng hợp. Căn cứ vào
trình độ quản lý, mức độ ổn định của quy trình quản lý, phân bố tần xuất sử
dụng thông tin giữa các đơn vị để xác định phương án thích hợp.
Chuẩn hoá CSDLTNĐ: cơ sở dữ liệu tài nguyên đất khi đưa vào sử
dụng phải được chuẩn hoá dữ liệu, đảm bảo tính thống nhất của cơ sở dữ
liệu khi chia sẻ cho nhiều đối tượng sử dụng hoặc hiệu chỉnh từ nhiều nguồn
khác nhau. Việc chuẩn hoá cơ sở dữ liệu phải đáp ứng được các nhu cầu:
Xác định thống nhất cho từng thể dữ liệu, xác định quy trình thống nhất để
chuyển các dữ liệu cũ về dạng chuẩn. Nội dung chuẩn hoá bao gồm: chuẩn
hoá thiết bị tin học (hệ điều hành, mạng, thiết bị phần cứng, chuẩn phần
mềm ứng dụng, bảng mã ký tự và tổ chức dữ liệu), chuẩn hoá hệ quy chiếu,
toạ độ, địa giới, địa danh); chuẩn hóa hệ thống bản đồ, …
2.2. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÍ (GIS)
Ở bất kỳ một ngành khoa học kỹ thuật hay kinh tế chúng ta đều có thể
bắt gặp các Hệ thống thông tin và các phương pháp xử lý thông tin khác
nhau tuỳ theo từng lĩnh vực (hệ thống thông tin ngân hàng, hệ thống thông
tin nhân sự…) cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, các thông tin
hiện nay đã đáp ứng và giải quyết được những bài toán rất lớn mà thực tế đặt
ra.
Trong lĩnh vực hoạt động của xã hội, thông tin là mạch máu chính của
các công cụ quản lý: Quản lý xã hội nói chung và quản lý đất đai nói riêng,
5
dù sử dụng công cụ nào thô sơ hay hiện đại đều là thu thập và xử lý thông

tin. Thông tin đất là tất cả các thông tin liên quan đến đất đai, thông tin đất
đai thường được thể hiện bằng Hệ thống thông tin Địa lý, Hệ thống thông tin
đất. Hai vấn đề này là cơ sở chính của hệ thống thông tin định hướng theo
từng ô thửa và các hoạt động của nó.
2.2.1. Khái niên hệ thống thông tin địa lí
Có nhiều cách định nghĩa về Hệ thống thông tin địa lý:
Định nghĩa theo chức năng: GIS là một hệ thống bao gồm 4 hệ con: Dữ
liệu vào, quản trị dữ liệu, phân tích dữ liệu và dữ liệu ra.
Định nghĩa theo khối công cụ: GIS là tập hợp phức tạp của các thuật toán.
Định nghĩa theo mô hình dữ liệu: GIS gồm các cấu trúc dữ liệu được sử
dụng trong các hệ thống khác nhau (cấu trúc dạng Raster và Vecter).
Định nghĩa về mặt công nghệ: GIS là công nghệ thông tin để lưu trữ,
phân tích và trình bày các thông tin không gian và thông tin phi không gian,
công nghệ GIS có thể nói là tập hợp hoàn chỉnh các phương pháp và các
phương tiện nhằm sử dụng và lưu trữ các đối tượng.
Định nghĩa theo sự trợ giúp và ra quyết định: GIS có thể coi là một hệ
thống trợ giúp việc ra quyết định, tích hợp các số liệu không gian trong một
cơ chế thống nhất.
Nói tóm lại theo BURROUGHT : “GIS như là một tập hợp các công cụ
cho việc thu nhập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất
không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các
mục đích cụ thể”.
Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý được thể hiện như sau:
6
Người sử dụng
GIS
Phần mềm + cơ sở dữ liệu
Thế giới thực
T
2.2.2. Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin địa lí

Một Hệ thống thông tin địa lý bao gồm những thành phần cơ bản sau:
- Phần cứng: bao gồm máy tính điều khiển mọi hoạt động của hệ
thống và các thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm: cung cấp công cụ và thực hiện các chức năng:
+ Thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ các nguồn thông
tin khác nhau
+ Lưu trữ, cập nhật, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nói trên
+ Phân tích biến đổi, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nhằm giải
quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian và thời gian
+ Đưa ra các thông tin theo yêu cầu dưới dạng khác nhau.
Ngoài ra phần mềm cần phải có khả năng phát triển và nâng cấp theo
các yêu cầu đặt ra của hệ thống.
- Dữ liệu: đây là thành phần quan trọng nhất của GIS. Các dữ liệu
không gian (Spatial data) và các dữ liệu thuộc tính (No spatial data) được tổ
chức theo một mục tiêu xác định bởi một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase
Management System).
- Con người: yếu tố con người có ảnh hưởng rất lớn đối với các hệ
GIS, đặc biệt trong việc điều khiển hệ thống và phát triển các ứng dụng.
- Phương pháp: phương pháp phụ thuộc vào ý tưởng của các xây dựng
hệ thống, sự thành công của một hệ GIS phụ thuộc vào phương pháp được
sử dụng để thiết kế hệ thống.
2.2.3. Các phần mềm phổ biến của GIS
7
2.2.3.1. Phần mềm Microstation Geographics
Microstation GeoGraphic là một phần mềm hệ thống thông tin địa
lý, với đầy đủ tính năng thu nhận dữ liệu, quản lý, phân tích, tìm kiếm và hiển thị, …
các dữ liệu không gian và các dữ liệu thuộc tính có liên quan trong một dự án GIS. Hơn
nữa Microstation GeoGraphics còn cung cấp bộ công cụ quản lý các thông tin địa lý ở
những dạng dữ liệu khác nhau như Raster, Vector, hay dạng bảng. MicroStation
Geographics bao gồm các chức năng chính sau đây:

- Thiết kế các đối tượng cơ sở (Feature-base Design)
- Xây dựng các đối tượng hình học (Construction of geometric objects)
- Tạo lập Topology và phân tích dữ liệu không gian (Topology and
Spatial Analysis)
- Cung cấp công cụ quản lý cơ sở dữ liệu (Database Tools)
- Thành lập bản đồ chuyên đề và các chú giải (Thematic Mapping and
Annotation)
- Quản lý bản đồ (Map Management)
- Tương thích với hệ Module GIS Environment (MGE compatibility)
Với ngôn ngữ phát triển MDL (MicroStation Development Language),
Microstation Geographics còn cung cấp cho những nhà phát triển phần
mềm và người sử dụng các công cụ mềm dẻo trong việc mở rộng các chức
năng của GIS.
MicroStation Geographics Projects
MicroStation Geographics tổ chức cơ sở dữ liệu bản đồ trong các dự án
(Projects). Dự án là sự lựa chọn các đối tượng đặc trưng (Features), nhóm
loại đối tượng (Categories), các loại bản đồ (Maps) và các thuộc tính khác
được định nghĩa trong khi tổ chức các thông tin địa lý. Các thành phần
chính trong một dự án của MicroStation Geographics bao gồm:
- Phân nhóm đối tượng (Category)
8
- Phân lớp đối tượng (Feature)
- Các lệnh thao tác xử lý (Command)
- Các loại bản đồ (Maps)
- Các bảng hệ thống (Systems Tables)
- Thuộc tính dùng cho chuyên đề (User Attribute Tables)
- Liên kết các chỉ số bản đồ (Join CatalogMap index shapes).
Trong MicroStation Geographics, mô hình dữ liệu là một tập hợp dữ
liệu có tổ chức và cấu trúc chặt chẽ. Các thành phần cơ bản bao gồm các file
bản đồ và các bảng cơ sở dữ liệu.

Bản đồ trong MicroStation Geographics là các file đồ hoạ, chứa các
đối tượng bản đồ được số hoá cùng các tham số đồ hoạ định nghĩa theo đối
tượng. Các file đồ hoạ DGN được lưu trữ với phần mở rộng là .dgn mô tả vị
trí không gian của các đối tượng.
Mỗi đối tượng địa lý là một phần tử của file DGN có ít nhất một thuộc
tính liên kết với bảng dữ liệu thuộc tính được người sử dụng định nghĩa cho
đối tượng. File DGN lưu trữ dữ liệu theo cấu trúc không gian xác định. Khi
lưu trữ đối tượng, ngoài các thông tin chung như chỉ số lớp, kiểu đối tượng,
… mỗi kiểu đối tượng còn có cấu trúc mô tả riêng.
Các loại đối tượng đồ hoạ trong file DGN được sử dụng để mô tả các
đối tượng bản đồ bao gồm: Đường thẳng (Line); Đường gấp khúc (Line,
Line String); Đường cong (Curve); Các điểm ký hiệu (Cell); Chữ mô tả
(Text, Text Node); Vùng (Shape, Complex Shape); Thuộc tính phi không
gian (Attribute).
2.2.3.2. Phần mềm Arcinfor/ mapinfor
ArcInfor được sử dụng rộng rãi trong các ngành khoa học trái đất
cũng như trong các ngành khác để xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu bản đồ,
thành lập loại bản đồ chuyên đề, quy hoạch tối ưu các bài toán phục vụ
9
nhiều mục đích khác nhau. ArcInfor là phần mềm GIS đầu tiên được hãng
RSRI xây dựng trên hệ điều hành UNIX cho các máy lớn (Workstation), khả
năng xử lý đồ hoạ của ArcInfor mang tính chất tự động rất cao cùng với tốc
độ và tốc độ chính xác cho thành lập bản đồ số trên máy tính. Với chức năng
phân tích dữ liệu như: Overlay, Network, … tạo lên sức mạnh trong khai
thác dữ liệu địa lý trên cơ sở các phép toán không gian cũng như khả năng
mô hình hoá các đối tượng địa lý. Theo quan điểm của GIS thì ArcInfor có
ba chức năng: xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý, phân tích và trình bày dữ liệu địa
lý. Ở Nước ta, ArcInfor không chỉ ứng dụng để xây dựng bản đồ mà được ưa
chuộng áp dụng trong các ngành như: Địa chất, Địa chính, Nông nghiệp, Quy
hoạch đô thị, …

MapInfo là một công cụ rất quan trọng trong việc xây dựng, quản lý,
cập nhật, xử lý, phân tích và mô hình hoá các đối tượng địa lý, MapInfo tổ
chức, quản lý cơ sở dữ liệu theo các lớp đối tượng địa lý trên máy tính bởi
các File dữ liệu với các phần mở rộng như sau:
[*.Tab]: Chứa các thông tin mô tả cấu trúc dữ liệu
[*.Dat]: Chứa các thông tin nguyên thuỷ
[*.Map]: Chứa các thông tin mô tả đối tượng không gian
[*.ID]: Chứa các thông tin về chỉ số liên kết không gian và thuộc tính
[*.Ind]: Chứa các thông tin về chỉ số đối tượng.
2.3. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
10
2.3.1. Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Hệ thống Định vị Toàn cầu (Tiếng Anh: Global Positioning System -
GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do
Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong
cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách
đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.
Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho
phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí,
bất kể quốc tịch nào.
Một đặc điểm nổi bật của hệ định vị toàn cầu GPS đó là việc tất cả
mọi người đều được quyền khai thác miễn phí tín hiệu GPS mà không cần
khai báo hoặc đăng ký quyền sử dụng với nhà sản xuất. Với tất cả các đặc
điểm trên, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy tại sao công nghệ GPS lại phát
triển mạnh và nhanh chóng trở thành một chuẩn toàn cầu trong định vị và
dẫn đường, GPS thực sự là một hệ thống với đầy đủ các tính năng mạnh mẽ,
phục vụ cho tất cả mọi người sử dụng tại bất kỳ nơi nào trên thế giới.
So với các phương tiện đo đạc truyền thống như máy kinh vĩ, máy toàn
đạc...thì công nghệ GPS mang lại rất nhiều thuận lợi mà phương tiện đo đạc
truyền thống không thể có được:

- GPS không đòi hỏi phải thông hướng ngắm giữa các điểm đo.
- Độ chính xác của phép đo GPS ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố thời
tiết.
- Phép đo sử dụng công nghệ GPS đòi hỏi ít thời gian hơn so với các
phương pháp đo đạc truyền thống.
- Các kết quả của phép đo sử dụng công nghệ GPS đều nằm trong một
hệ toạ độ thống nhất trên toàn thế giới.
11
- Số liệu đo đạc thu được bằng công nghệ GPS đều ở dạng số vì vậy rất
dễ dàng chuyển đổi sang cho các hệ bản đồ tự động hoặc hệ thống thông tin
địa lý (GIS).
Một điểm khác biệt chính khi so sánh giữa các phương pháp đo đạc
truyền thống và đo đạc sử dụng công nghệ GPS đó là việc tính toán khoảng
cách giữa 2 điểm trong đo GPS được thực hiện trên mặt Elipsoid toán học
(WGS - 84) chứ không phải trên một bề mặt khu vực. Sau khi thực hiện
phép đo taị các điểm đo khác nhau có thể xác định được mối liên hệ giữa các
điểm này, ta có thể tính chuyển toạ độ các điểm này từ Elipsoid WGS - 84
sang các Elipsoid và lưới chiếu khác.
2.3.2. Các thành phần cơ bản của một hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Phần không gian
Gồm 24 quả vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm
trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 12 nghìn dặm.
Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần
24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các
vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể
nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các
nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có
ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay
đúng quỹ đạo đã định.

Phần kiểm soát
Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ
đạo và thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái
12
đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát
là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các
thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm,
nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông
tin cho các vệ tinh.
Phần sử dụng
Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng
thiết bị này.
Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi
là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):
• Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.
• Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
• Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
• Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5
m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).
• Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.
2.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY
DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÀI NGUYÊN ĐẤT
2.4.1. Tình hình ứng dụng trên thế giới
Năm 1964 Canada đã xây dựng Hệ thống thông tin địa lý đầu tiên trên
thế giới có tên gọi là Canadian Geographical Information System. Song song
với Canada, tại Mỹ hàng loạt các trường đại học cũng tiến hành nghiên cứu
và xây dựng các Hệ thống thông tin địa lý. Tuy nhiên rất nhiều hệ thống
trong số đó đã không tồn tại được bao lâu do khâu thiết kế cồng kềnh và giá
13
thành quá cao. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở giai đoạn này đã đưa ra

những lý luận nhận định quan trọng về vai trò, chức năng của Hệ thống
thông tin địa lý: Hàng loạt loại bản đồ có thể được số hoá và liên kết với
nhau tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của một khu
vực, một quốc gia hay một châu lục. Sau đó máy tính được xử dụng để phân
tích các đặc trưng của nguồn tài nguyên đó và cung cấp các thông tin bổ ích,
kịp thời cho việc quy hoạch.
Trong những năm 70 – 80, đứng trước sự gia tăng nhu cầu quản lý
nguồn tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường, nhiều quốc gia và các tổ
chức quốc tế đã quan tâm nhiều hơn đến sự nghiên cứu và phát triển của hệ
thống thông tin địa lý. Cũng trong khung cảnh đó, có hàng loạt các yếu tố đã
thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thống thông tin địa lý.
Các hệ ứng dụng GIS trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi
trường phát triển mạnh trong thời gian này, điển hình như các hệ LIS (Land
Information System), LRIS (Land Resource Information System), ILWIS
(Integrated Land and Water Information System), … và hàng loạt các sản
phẩm thương mại của các hãng, các tổ chức nghiên cứu phát triển ứng dụng
GIS như ESRI, Computerversion, Intergraph, …
Trên thế giới cũng như trong khu vực hiện nay, đã xuất hiện nhiều nhu
cầu tổ chức các cơ sở dữ liệu toàn cầu hoặc khu vực để giải quyết các vấn đề
chung như: môi trường, lương thực, tài nguyên thiên nhiên, dân số, … Định
hướng xây dựng các cơ sở dư liệu toàn cầu về địa lý, tài nguyên và môi
trường đang được các nhà quản lý quan tâm. Việc xây dựng dữ liệu địa lý và
đất đai toàn cầu được xác định trong chương trình Bản đồ Thế giới (Global
Mapping) được bắt đầu từ năm 1996 với nội dung là thành lập hệ thống bản
đồ nền theo tiêu chuẩn thống nhất ở tỷ lệ 1/1.000.000 bao gồm các lớp thông
tin liên quan đến tài nguyên đất. Các nhà khoa học trên thế giới đã dự định
14
tới việc xây dựng một cơ sở dữ liệu không gian thống nhất mang tên GSDI
(Spatial Data Infrastructure), những nghiên cứu khả thi về hệ thống CSDL
này đã được tiến hành từ năm 1996.

Ở các nước trong khu vực Đông Nam Á, Liên Hợp Quốc chủ trì
chương trình Cơ sở hạ tầng về Thông tin Địa lý Châu Á – Thái bình dương
(GIS Infastructure for Asia and the Pacific) bắt đầu từ năm 1995 tại
Malaysia. Với sự hình thành các nhóm nghiên cứu về: hệ quy chiếu và địa
giới hành chính, hệ thống pháp lý, bản đồ nền, chuẩn hoá thông tin, kể từ
năm 1997 chương trình này tập trung nghiên cứu xây dựng hệ quy chiếu - hệ
toạ độ khu vực và cơ sở dữ liệu không gian và khu vực. Nói tóm lại vấn đề
xây dựng các CSDL địa lý toàn cầu và khu vực đang là một nhu cầu lớn
đựơc nhiều nước quan tâm nhằm giải quyết các vấn đề mang tính chiến lược
phát triển đối với mỗi quốc gia cũng như trên toàn cầu.
2.4.2. Tình hình ứng dụng ở Việt Nam
Ở nước ta, công nghệ GIS mới chỉ được chú ý trong vòng 10 năm trở
lại đây, tusy nhiên phần lớn mới chỉ dừng lại ở mức xây dựng cơ sở dữ liệu
cho các dự án nghiên cứu. Một số phần mềm lớn của GIS như ARCINFO,
MAPINFO, MAPPING OFFICE, …đã được sử dụng ở nhiều nơi để xây
dựng lại bản đồ địa hình, địa chính, hiện trạng trên phạm vi toàn quốc. Sự
kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS đã bắt đầu được ứng dụng trong
một số nghiên cứu về nông lâm nghiệp như trong công tác điều tra quy
hoạch rừng (Viện điều tra quy hoạch rừng), công tác điều tra đánh giá và
quy hoạch đất nông nghiệp của viện quy hoạch, thiết kế nông nghiệp, …
Năm 1998 Tổng cục địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) đã
xây dựng dự án khả thi xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về tài nguyên đất (bao
gồm cơ sở dữ liệu địa lý và cơ sở dữ liệu đất đai), mục tiêu của dự án: Nghiên
cứu phân tích thiết kế tổng thể hệ thống cơ sở dữ liệu quốc gia về tài nguyên
15
đất và kế hoạch triển khai dài hạn. Theo dự án, trong giai đoạn 2000 – 2010 sẽ
tập trung xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin cho cơ sở dữ liệu tài nguyên đất ở
trung ương và các tỉnh bao gồm: Đầu tư từng bước phần cứng phần mềm,
đường truyền cho cơ sở dữ liệu thành phần; đào tạo cán bộ tin học; xây dựng
chuẩn thông tin thống nhất; xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin bao gồm hệ quy

chiếu, hệ toạ độ - độ cao nhà nước, hệ thống địa danh, địa giới hành chính, xây
dựng thông tin bản đồ nền địa hình các tỷ lệ 1/50.000, 1/100.000 phủ trùm cả
nước và tỷ lệ 1/25.000, 1/10.000 các vùng kinh tế trọng điểm; Xây dựng thông
tin bản đồ nền địa hình đáy biển các tỷ lệ từ 1/10.000 đến 1/1000.000; bản đồ
nền địa lý các tỷ lệ nhỏ hơn 1/1000.000 cả nước; xây dựng thông tin không
gian có liên quan khác như bản đồ ảnh hàng không, vũ trụ, các loại bản đồ địa
lý khác; xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin đất đai đến từng thửa đất ở cấp tỉnh,
xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin hiện trạng sử dụng đất, chất lượng đất, giá đất,
quy hoạch sử dụng đất; xây dựng các phần mềm ứng dụng để khai thác thông
tin.
Theo đề án trên, được sự thoả thuận chấp nhận của Bộ Kế hoạch và
đầu tư, tại quyết định 448/QĐ – TCĐC ngày 14/10 năm 2002 Tổng cục
trưởng cục Địa chính phê duyệt quyết định đầu tư đề án tổng thể đầu tư thiết
bị, công nghệ phục vụ hiện đại hoá hệ thống thông tin – lưu trữ ngành địa
chính.
Đầu những năm 90 trở lại đây do sự bùng nổ của Công nghệ thông tin,
ngành địa chính nước ta bắt đầu ứng dụng các phần mềm khác nhau trong
lĩnh vực đăng ký đất đai, lập hồ sơ địa chính. Một số trương trình ứng dụng
được triển khai điển hình là:
+ Sử dụng hệ thống phần mềm MicroStation, Famis – Caddb và công
nghệ GPS thành lập bản đồ địa chính bằng ảnh chụp từ máy bay ở tỉnh Sơn
La và Lai Châu.
16
+ Ứng dụng máy toàn đạc điện tử và sổ đo điện tử vào lĩnh vực đo vẽ
bản đồ địa chính tỷ lệ lớn ở khu vực đô thị Hà Nội.
+ Ứng dụng ảnh viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu
biến động sử dụng đất xã Tông Cọ – Thuận Châu – Sơn La.
+ Ứng dụng Cilis trong công tác quản lý đất đai ở các tỉnh: Thái
Nguyên, Hà Nam, Vĩnh Phúc, Sóc Trăng, Đồng Nai, Trà Vinh,...
Sau khi Bộ Tài nguyên và Môi trương được thành lập, đề án trên được

điều chỉnh bổ sung theo hướng mở rộng cơ sở dữ liệu tài nguyên, môi
trường theo các lĩnh vực thuộc Bộ quản lý để đáp ứng yêu cầu quản lý nhà
nước về Tài nguyên và Môi trường.
Đến ngày 31/12/2004 đã có 6 dự án đã hoàn thành và đưa vào sử dụng,
năm 2005 có 7 dự án chuyển tiếp và 10 dự án mở mới đã triển khai theo quyết
định đầu tư của Bộ Tài nguyên và Môi trường; các dự án hoàn thành đã phát
huy tác dụng trong việc đáp ứng yêu cầu công tác quản lý và sử dụng đất đai
theo luật đất đai 2003; góp phần tăng cường hiệu lực quản lý và hiệu quả sử
dụng đất đai, đảm bảo quyền lợi hợp pháp cùa người sử dụng đất, đáp ứng yêu
cầu phát triển lành mạnh, thông thoáng thị trường bất động sản thông qua việc
hỗ trợ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, thu hút đầu tư, lập quy hoạch, kế
hoạch sử dụng đất; đăng ký đất/bất động, định giá đất/bất động sản. Sau khi
hoàn thành xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về tài nguyên đất, hệ thống thông
tin đất đai không chỉ đáp ứng yêu cầu quản lý đất đai/thị trường bất động sản
mà còn đáp ứng yêu cầu quản lý nhà nước về Tài nguyên và Môi trường góp
phần thực hiện thành công sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước.
2.5. MỘT VÀI NÉT VỀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ
TOÀN CẤU GPS
Hệ định vị toàn cầu (GPS) được Bộ quốc phòng Hoa Kỳ (US of
Defense) triển khai và đưa vào hoạt động từ những năm 1960 nhằm cung
17
cấp nguồn thông tin phục vụ mục tiêu định vị và dẫn đường cho cả quân sự
và dân sự, tín hiệu định vị và dẫn đường này được phát liên tục 24 giời một
ngày, trong mọi điều kiện thời tiết, phủ trùm trên toàn trái đất.
GPS được xây dựng dựa trên cơ sở một trùm bao gồm 24 vệ tin
NAVSTAR có độ cao bay 20.200 km. Các vệ tinh này được xem là các điểm
tham chiếu trong không gian để từ đó các máy thu tín hiệu vệ tinh GPS đặt
dưới bề mặt trái đất xác định được vị trí hiện thời của chúng.
Sở dĩ có thể xem các vệ tinh như các điểm tham chiếu bởi vì quỹ đạo
bay của chúng đã được xác định và giám sát liên tục một cách rất chính xác

thông qua các điểm điều khiển mặt đất. Bằng cách đo khoảng thời gian di
chuyển của các tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh, máy thu tín hiệu định
vị vệ tinh GPS đặt trên bề mặt trái đất có thể xác định được khoảng cách từ
chúng tới mỗi vệ tinh. Với khoảng cách đo được từ 4 vệ tinh khác nhau kết
hợp với một vài thuật toán cao cấp khác, máy thu tín hiệu định vị vệ tinh
GPS có thể tính được vĩ độ, kinh độ, độ cao, hướng và tốc độ di chuyển.
Trong thực tế, các loại máy này có cấu hình tốt có thể xác định được vị trí
của chúng tại bất kỳ nơi nào trên trái đất với độ chính xác nhỏ hơn 100m,
khoảng thời gian để thực hiện việc xác định vị trí này chỉ là một vài giây.
Thêm vào đó là khả năng xử lý tín hiệu tiên tiến nên chỉ cần các ăngten rất
nhỏ đã có thể thu được các tín hiệu phát đi từ vệ tinh kể cả các tín hiệu rất
yếu. Chính vì vậy mà các máy thu tín hiệu GPS ngày càng có kích thước nhỏ
gọn nhưng các tính năng hoạt động lại cao cấp hơn.
Một đặc điểm nổi bật của hệ định vị toàn cầu GPS đó là việc tất cả
mọi người đều được quyền khai thác miễn phí tín hiệu GPS mà không cần
khai báo hoặc đăng ký quyền sử dụng với nhà sản xuất. Với tất cả các đặc
điểm trên, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy tại sao công nghệ GPS lại phát
triển mạnh và nhanh chóng trở thành một chuẩn toàn cầu trong định vị và
18
dẫn đường, GPS thực sự là một hệ thống với đầy đủ các tính năng mạnh mẽ,
phục vụ cho tất cả mọi người sử dụng tại bất kỳ nơi nào trên thế giới.
So với các phương tiện đo đạc truyền thống như máy kinh vĩ, máy
toàn đạc...thì công nghệ GPS mang lại rất nhiều thuận lợi mà phương tiện đo
đạc truyền thống không thể có được:
- GPS không đòi hỏi phải thông hướng ngắm giữa các điểm đo.
- Độ chính xác của phép đo GPS ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố thời
tiết.
- Phép đo sử dụng công nghệ GPS đòi hỏi ít thời gian hơn so với các
phương pháp đo đạc truyền thống.
- Các kết quả của phép đo sử dụng công nghệ GPS đều nằm trong một

hệ toạ độ thống nhất trên toàn thế giới.
- Số liệu đo đạc thu được bằng công nghệ GPS đều ở dạng số vì vậy
rất dễ dàng chuyển đổi sang cho các hệ bản đồ tự động hoặc hệ thống thông
tin địa lý (GIS).
Một điểm khác biệt chính khi so sánh giữa các phương pháp đo đạc
truyền thống và đo đạc sử dụng công nghệ GPS đó là việc tính toán khoảng
cách giữa 2 điểm trong đo GPS được thực hiện trên mặt Elipsoid toán học
(WGS - 84) chứ không phải trên một bề mặt khu vực. Sau khi thực hiện
phép đo taị các điểm đo khác nhau có thể xác định được mối liên hệ giữa các
điểm này, ta có thể tính chuyển toạ độ các điểm này từ Elipsoid WGS - 84
sang các Elipsoid và lưới chiếu khác.
19