Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu, quy hoạch phân loại hệ sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn thành phố hà nội

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và không sao chép từ bất
kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu
đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Hà Nội, Ngày 03 tháng 03 năm 2014.
HỌC VIÊN


Võ Ngọc Quang
LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập và làm luận văn, được sự nhiệt tình giúp đỡ của các thầy
giáo, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, bằng sự nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu và
tìm tòi, tích lũy kinh nghiệm thực tế của bản thân đến nay đề tài “Ứng dụng công
nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu, quy hoạch phân loại hệ sinh thái và đa
dạng sinh học cây trồng trên địa bàn thành phố Hà Nội” đã được tác giả hoàn
thành đúng thời hạn quy định.
Trong khuôn khổ của luận văn, với kết quả còn rất khiêm tốn trong việc
nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ cho việc lựa chọn giải pháp hợp lý phù hợp cho
quản lý cơ sở dữ liệu, quy hoạch phân loại hệ sinh thái và đa dạng cây trồng, tác giả
hy vọng đóng góp một phần nhỏ phục vụ cho nghiên cứu các vấn đề có liên quan.
Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS.
Nguyễn Thế Hoà đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa
học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các
thầy giáo, cô giáo Khoa Kinh tế và quản lý - Trường Đại học Thủy Lợi, đã giảng
dạy tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Phòng Đào tạo Đại học
và sau đại học - Trường Đại học Thuỷ lợi nơi tác giả đã từng công tác; gia đình, bạn
bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng
thời hạn.

Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản
thân tác giả nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong
nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài
của luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 03 tháng 03 năm 2014.
HỌC VIÊN


Võ Ngọc Quang
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1
1.1 Khái niệm về GIS và ứng dụng công nghệ thông tin trên GIS 1
1.1.1 Khái niệm GIS 1
1.1.2 Nguồn gốc và sự phát triển của GIS 1
1.1.3 Các đặc điểm điển hình của hệ thống GIS 2
1.1.4 Sự cần thiết của GIS 3
1.1.5 Thành phần của GIS 4
1.1.6 Một số ứng dụng của GIS 9
1.1.7 Chi phí cho GIS 11
1.2 Khái niệm về cơ sở dữ liệu và bản đồ 12
1.2.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu 12
1.2.2 Sự cần thiết của các hệ cơ sở dữ liệu 12
1.2.3 Mô hình kiến trúc tổng quát cơ sở dữ liệu 13
1.2.4 Mục tiêu của các hệ cơ sở dữ liệu 14
1.2.5 Khái niệm bản đồ 15
1.2.6 Phân loại bản đồ 15
1.2.7 Các hệ quy chiếu và hệ tọa độ sử dụng ở Việt Nam 16
1.2.8 Cấu trúc cơ sở dữ liệu bản đồ 17

1.3 Vai trò, vị trí của công tác quy hoạch và phân loại hệ sinh thái và đa dạng sinh
học 17
1.3.1 Hệ sinh thái 17
1.3.2 Đặc điểm, chức năng của hệ sinh thái 17
1.3.3 Các trạng thái của hệ sinh thái 18
1.3.4 Phân loại hệ sinh thái 18
1.3.5 Đa dạng sinh học 19
1.3.6 Giá trị của đa dạng sinh học 19
2

1.3.7 Vai trò, vị trí của công tác quy hoạch và phân loại hệ sinh thái và đa dạng
sinh học 20
1.4 Phương pháp, nội dung ứng dụng GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu để quy
hoạch, phân loại hệ sinh thái và đa dạng sinh học 22
1.4.1 Nội dung ứng dụng GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu để quy hoạch, phân
loại hệ sinh thái và đa dạng sinh học 22
1.4.1.1 Về lớp bản đồ chuyên ngành nông nghiệp 22
1.4.1.2 Xây dựng phần mềm tra cứu thông tin trên bản đồ số cho các nhóm
cây trồng. 22
1.4.1.3 Thành phần công việc 22
1.4.2 Phương pháp ứng dụng GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu để quy hoạch,
phân loại hệ sinh thái và đa dạng sinh học 23
1.5 Hiệu quả kinh tế của việc áp dụng các giải pháp tiến bộ khoa học công nghệ
23
1.6 Thực trạng cơ sở dữ liệu và công tác quản lý cơ sở dữ liệu trong ngành Nông
nghiệp và phát triển nông thôn nước ta hiện nay 26
Kết luận chương 1. 28
CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VỀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU,
QUY HOẠCH PHÂN LOẠI HỆ SINH THÁI VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC TRÊN

ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 29
2.1 Giới thiệu khái quát về Thành phố Hà Nội 29
2.1.1 Vị trí địa lý 29

2.1.2 Địa hình 30
2.1.3 Khí hậu 31
2.1.4 Thực vật và động vật 31
2.1.5 Dân cư 32
2.1.6 Các đơn vị hành chính Hà Nội 32
2.1.7 Kinh tế 32
3

2.2 Thực trạng công tác quản lý cơ sở dữ liệu quy hoạch phân loại hệ thống sinh
thái học và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn Thành phố 34
2.2.1 Kết quả kiểm kê và xây dựng cơ sở dữ liệu về đa dạng cây trồng nông
nghiệp Hà Nội 35
2.2.2 Đề xuất danh mục một số nguồn gen cây đặc sản của Hà Nội 37
2.2.3 Kết quả phân tích di truyền 38
2.3 Những đánh giá chung 47
2.3.1 Những kết quả đạt được trong công tác 47
2.3.2 Những mặt còn tồn tại. 49
Kết luận chương 2. 51
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ
LIỆU, QUY HOẠCH PHÂN LOẠI HỆ THỐNG SINH THÁI VÀ ĐA DẠNG
SINH HỌC CÂY TRỒNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 52
3.1 Sự cần thiết của việc ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu quy
hoạch hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn thành phố Hà
Nội 52
3.2 Trình tự các bước ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu 52
3.2.1 Quy trình Thu thập và xây dựng CSDL 52

3.2.2 Quy trình cập nhật dữ liệu 53
3.2.3 Lựa chọn giải pháp công nghệ và công cụ phát triển 53
3.3 Nghiên cứu ứng dụng để quản lý cơ sở dữ liệu và xây dựng kịch bản quy
hoạch phân bổ cơ cấu cây trồng tại Huyện Đông Anh, Hà Nội 56
3.3.1 Sơ đồ thiết kế hệ thống. 56
3.3.2 Kế hoạch triển khai hệ thống 58
3.3.3 Các giải pháp khai thác thông tin 60
3.3.4 Mô hình xây dựng phần mềm 62
3.3.5 Thiết kế cơ sở dữ liệu 65
3.3.6 Xây dựng kịch bản và đánh giá hiệu quả kinh tế quy hoạch phân bố cây
trồng Huyện Đông Anh, Hà Nội theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội. 68
4

3.3.6.1 Giới thiệu khái quát về Huyện Đông Anh 68
3.3.6.2 Phân bố cây trồng hiện tại năm 2012 huyện Đông Anh 74
3.3.6.3 Thay đổi cơ cấu cây trồng theo quy hoạch phát triển kinh tế của Đông
Anh. 78
Kết luận chương 3. 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
Kết luận 81
Kiến nghị 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
PHỤ LỤC 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Thành phần của GIS 5
Hình 1.2: Sơ đồ sử dụng các thiết bị trong GIS 6
Hình 1.3: Quản trị cơ sở dữ liệu hệ thống GIS 7
Hình 1.4: Sơ đồ quản trị hệ thống GIS 8

Hình 1.5: Ứng dụng GIS để giám sát sự thay đổi của các ruộng lúa theo giai đoạn
phát triển ở Nhật Bản 10
Hình 1.6: Bản đồ phân loại ruộng lúa tại Nhật bản 11
Hình 1.7: Bản đồ phân loại ruộng lúa tại Thái Lan 11
Hình 1.8: Chi phí cho GIS 12
Hình 1.9: Sơ đồ mô hình vật lý tương tác cơ sở dữ liệu 14
Hình 2.1: Bản đồ hành chính Thành phố Hà Nội năm 2013 29
Hình 3.1: Sơ đồ chức năng tổng quan cho hệ thống quản lý CSDL quy hoạch phân
bổ cơ cấu cây trồng 56
Hình 3.2: Thuộc tính mô tả bản đồ 57
Hình 3.3: Sơ đồ quy trình truyền, nhận cơ sở dữ liệu về sinh thái học cây trồng 58
Hình 3.4: Mô hình Ba mức Người sử dụng 62
Hình 3.5: Mô hình trao đổi xây dựng phần mềm 63

Hình 3.6: Sơ đồ khối phân tích thiết kế 64
phần mềm quản lý CSDL 64
Hình 3.7: Các phương pháp thu thập bản đồ 65
Hình 3.8: Các lớp dự liệu bản đồ 66
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thống kê nhóm cây trồng nông nghiệp trên địa bàn Hà Nội năm 2012 39
Bảng 2.2: Đa dạng loài cây trồng nông nghiệp trên địa bàn Hà Nội năm 2012 40
Bảng 2.3: Danh mục một số nguồn gen cây trồng đặc sản Hà Nội cần bảo tồn và
phát triển 45
Bảng 3.1: Phân bố sử dụng đất trong toàn huyện Đông Anh 71
Bảng 3.2: Bảng tính lợi ích mang lại từ nhóm cây lương thực của sản xuất nông
nghiệp tại năm 2012 74
Bảng 3.3: Tính lợi ích mang lại từ nhóm cây ăn quả của sản xuất nông nghiệp tại
năm 2012 75
Bảng 3.4: Tính lợi ích mang lại từ nhóm cây công nghiệp của sản xuất nông nghiệp

tại năm 2012 76
Bảng 3.5: Tính lợi ích mang lại từ nhóm cây rau và gia vị của sản xuất nông nghiệp
tại năm 2012 76
Bảng 3.6: Tính lợi ích mang lại từ nhóm cây Cây thuốc - Cây Hoa cảnh của sản
xuất nông nghiệp tại năm 2012 77
Bảng 3.7: Bảng tính tổng thu nhập thuần túy hiện tại năm 2012 78
Bảng 3.8: Bảng tính tổng thu nhập thuần túy sau khi thay đổi cơ cấu cây trồng theo
kịch bản phát triển kinh tế xã hội huyện phê duyệt năm 2013-2020 và tầm nhìn đến
2025 79


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

GIS
Geographic Information System
CSDL
Cơ sở dữ liệu
UTM
Universal Transverse Meleator
NN&PTNT
Nông nghiệp và phát triển nông thôn
GDP
Gross Domestic Product
TTLT
Thông tư liên tịch
BTC
Bộ Tài chính
BKHCN
Bộ Khoa học công nghệ
SNN

Sở Nông nghiệp
TT
Thông tư
UBND
Uỷ ban nhân dân
TNTV
Thí nghiệm thực vật
HTX
Hợp tác xã
BTNMT
Bộ tài nguyên môi trường
1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ thông tin là tập hợp các phương pháp khoa học, công nghệ và
công cụ kỹ thuật hiện đại để sản xuất, truyền đưa, thu thập, xử lý, lưu trữ và trao đổi
thông tin số. Công nghệ thông tin đã và đang được ứng dụng rộng rãi, hiệu quả
trong mọi lĩnh vực trong cuộc sống, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất, kinh doanh và
quản lý của cơ quan nhà nước. Vì vậy công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ
thông tin phù hợp từng lĩnh vực chuyên môn, nghiệp vụ và quản lý là hết sức cần
thiết.
Ngày nay công nghệ GIS đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và
có nhiều ưu điểm so với phương pháp truyền thống, đặc biệt là trong lĩnh vực quản
lý tài nguyên, môi trường và biến đổi khí hậu… Ứng dụng GIS để xây dựng cơ sở
dữ liệu quản lý, quy hoạch phân loại hệ sinh thái và đang dạng sinh học cây trồng
trên địa bàn thành phố Hà Nội nhằm mục đích xây dựng cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh
phục vụ tốt hơn cho việc quản lý, tra cứu, cập nhật thông tin tại vùng nghiên cứu.
Hiện nay ở nước ta đất nông nghiệp thường xuyên có sự biến động rất lớn,

do đó việc cập nhật, chỉnh lý những thông tin biến động về đất nông nghiệp một
cách kịp thời, chính xác là rất cần thiết. Tuy nhiên, thực tế cho thấy công tác quản
lý thông tin, tư liệu về đất nông nghiệp bằng phương pháp truyền thống dựa trên hồ
sơ, sổ sách và bản đồ giấy mà các tại xã, phường đang thực hiện khó đáp ứng được
nhu cầu cập nhật, tra cứu, khai thác các thông tin.
Cục Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão đã chỉ đạo xây dựng chương
trình quản lý dữ liệu cơ bản hệ thống đê điều trên máy tính với công nghệ GIS.
Trong đó, số liệu nền là các lớp bản đồ cơ bản được số hoá. Các số liệu quản lý bao
gồm: (1) Các công trình đê điều hiện có như đê, kè, cống, kho vật tư phòng chống
lụt bão, trụ sở đội quản lý đê, trạm thuỷ văn. Các công trình này được số hoá trực
tiếp bằng các phần mềm chuyên dụng. (2) Các số liệu mặt cắt địa hình, địa chất
(mặt cắt dọc và mặt cắt ngang) được nhập vào chương trình và chương trình sẽ tự
2

động vẽ các mặt cắt. (3) Các dữ liệu sự cố, diễn biến lòng sông, đoạn đê đã được
trồng tre chống sóng, đoạn đê đã được khoan phụt vữa, đoạn đê két hợp giao thông
được nhập theo dạng bảng dữ liệu và chương trình tự động tìm đến vị trí xác định
trên bản đồ.
Trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn việc ứng dụng công
nghệ thông tin cũng đã được Chính Phủ, các Bộ và các tỉnh rất quan tâm. Tuy nhiên
do số lượng cây trồng lớn, việc lưu trữ, cập nhập, bổ sung tài liệu cây trồng chủ yếu
bằng thủ công nên gặp nhiều khó khăn.
Để khắc phục những hạn chế nêu trên, phát huy trang thiết bị công nghệ
thông tin hiện có thì cần có công cụ hỗ trợ để quản lý cơ sở dữ liệu và phục vụ công
tác quy hoạch cơ cấu cây trồng là rất cần thiết. Vì vậy tác giả xin đề xuất đề tài :
“Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu, quy hoạch phân loại hệ
sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn thành phố Hà Nội”.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Hỗ trợ việc lưu trữ cơ sở dữ liệu và tra cứu đa dạng sinh học của hệ sinh thái
cây trồng nông nghiệp của Hà Nội, thực hiện theo từng taxon và các đặc điểm cơ

bản và tình trạng sử dụng của từng loài trên địa danh từng xã, từng Huyện của
Thành phố Hà Nội trên bản đồ số hóa. Áp dụng cho các đơn vị tư vấn quy hoạch
nông nghiệp, các đơn vị quản lý nhà nước về nông nghiệp trong công tác cơ cấu lại
cây trồng để đạt hiệu quả kinh tế cao.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu bản
đồ phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng nói chung, bản đồ
phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn thành phố
Hà Nội.
b. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là hệ thống sinh thái, cây trồng trên địa bàn
thành phố Hà Nội.
3

4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Để thực hiện nội dung, nhiệm vụ của đề tài, tác giả luận văn đã sử dụng các
phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: Phương pháp điều tra cơ bản; phương pháp
thử nghiệm; phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh; phương pháp tổng hợp chi
phí, thu nhập, phương pháp số hoá bản đồ và một số phương pháp kết hợp khác.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài đã hệ thống hoá những vấn đề lý luận có cơ sở khoa học về công tác
quản lý cơ sở dữ liệu. Phân tích một cách hệ thống và toàn diện thực trạng quản lý
và phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng, từ đó đó tìm ra một
số giải pháp khả thi nhằm tăng cường công tác quản lý, khai thác tốt năng suất cây
trồng.
Những kết quả nghiên cứu của đề tài là nội dung tham khảo hữu ích cho
những nghiên cứu, học tập và giảng dạy về xây dựng bản đồ số trong ngành Nông
nghiệp và phát triển nông thôn.

b. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài tạo điều kiện cho các cơ quan, đơn vị ứng
dụng công nghệ thông tin bằng công cụ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu và sử
dụng cây trồng có hiệu quả, đồng thời làm cơ sở cho phân tích đánh giá lập quy
hoạch, kế hoạch phân bố nuôi trồng các thời kỳ mùa vụ tại nhiều địa phương.
6. Kết quả dự kiến đạt được
Đề tài nghiên cứu dự kiến đạt được những kết quả như sau:
Nghiên cứu xây dựng quy trình và phương pháp lập một số chức năng trong
bản đồ phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng.
Áp dụng kết quả nghiên cứu xây dựng quy trình và phương pháp lập một số
chức năng trong bản đồ phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây
trồng để xây dựng bản đồ phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây
trồng trên địa bàn Thành phố Hà Nội.
7. Nội dung của luận văn
4

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm có 3 chương như
sau:
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu
Chương 2: Thực trạng về công tác quản lý cơ sở dự liệu, quy hoạch phân loại hệ
sinh thái và đa dạng sinh học trên địa bàn Thành phố Hà Nội.
Chương 3: Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý cơ sở dữ liệu, quy hoạch
phân loại hệ thống sinh thái và đa dạng sinh học cây trồng trên địa bàn Thành
phố Hà Nội.
1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1 Khái niệm về GIS và ứng dụng công nghệ thông tin trên GIS
1.1.1 Khái niệm GIS
GIS (Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý):Một hệ

thống dựa vào máy tính để trợ giúp cho công tác thu thập, bảo vệ. lưu trữ, phân tích,
xuất, phân phối dữ liệu và thông tin không gian.
1.1.2 Nguồn gốc và sự phát triển của GIS
GIS được khai phá vào những năm 1960 từ một sáng kiến về bản đồ hoá
công tác quản lý rừng của người dân Canada. GIS được phát triển thông qua việc
tìm kiếm của các nhà nghiên cứu ở các trường Đại học và Chính phủ Canada, Mỹ
và các quốc gia khác nhằm mục đích giới thiệu các yếu tố địa lý của Trái đất bằng
cách sử dụng một hệ cơ sở dữ liệu máy tính, hiển thị nó trên thiết bị đầu cuối của
máy tính và vẽ bản đồ ra giấy. Họ đã phát triển các chương trình máy tính để tìm
kiếm và phân tích dữ liệu này một cách nhanh chóng. Đến những năm 1970, một số
hợp tác được thiết lập để phát triển và bán các hệ thống máy tính sử dụng cho việc
vẽ bản đồ và phân tích. Ngày nay, hai hãng phát triển phần mềm GIS hàng đầu đã
tìm thấy nguồn gốc của họ trong những ngày đầu tiên mới phát triển, tuy nhiên vào
thời kỳ đó họ chú trọng đi sâu vào hai hường công nghệ khác biệt nhau;
Tập đoàn Intergraph của Huntsville, Alabama đã tập trung vào dữ liệu đầu
vào và khả năng lưu trữ có hiệu quả của dữ liệu GIS cũng như sự chuẩn bị các bản
đồ được xuất ra từ máy tính để cạnh tranh với các bản đồ truyền thống về chất
lượng vẽ bản đồ. Viện nghiên cứu hệ thống môi trường ESRI (the Environmental
Systems Research Institute) của Redlands, California tập trung vào việc cung cấp bộ
công cụ máy tính để phân tích các dữ liệu GIS. Qua nhiều năm, cả hai công ty trên
đã không ngừng phát triển khả năng trên về các hệ thống của họ.
Ban đầu, các cơ quan chính phủ, các ngành phục vụ cộng đồng và các tập
đoàn lớn mới có thể có khả năng sử dụng GIS bởi vì chi phí cao. Trên nền tảng các
máy chủ và các máy tính con, một trạm nghiên cứu GIS điển hình đòi hỏi một chi
phí hơn 100.000 đô la bao gồm tất cả các phần cứng, phần mềm và công tác đào tạo.
2

Tuy nhiên, thị trường GIS được mở rộng một cách mạnh mẽ vào đầu những năm
1980 nhờ vào các tạp chí thương mại, các hội nghị và các sự hợp tác chuyên nghiệp
truyền bá cho toàn thế giới về lợi ích của GIS. GIS phát triển nhanh như nấm cùng

với sự xuất hiện của máy tính cá nhân và các phần mềm GIS đã nhanh chóng thích
nghi với bước ngoạt mới và ít đắt đỏ hơn. Và chi phí của các phần mềm đã giảm
trong khi số lượng người sử dụng ngày càng gia tăng;
Mặc dù vậy, thời gian đầu GIS được ít người sử dụng bởi nó đòi hỏi phải có
phần mềm được cài đặt trong máy tính và đào tạo để sử dụng nó. Tuy nhiên, hàng
chục triệu đô la đã được đầu tư vào xây dựng cơ sở dữ liệu GIS từ các bản đồ giấy,
ảnh không gian và ảnh vệ tinh. Các dữ liệu này vẫn chưa đạt được trên quy mô rộng
lớn cho đến khi các chuyên gia GIS quyết định vẽ chúng trên giấy để tiến hành phân
loại chúng. Đến những năm 1990, Internet mở cánh cửa cho việc đưa dữ liệu GIS có
giá tri này đến với người sử dụng trên toàn thế giới;
Ngày nay, có hàng trăm website đăng tải dữ liệu GIS trực tuyến trên mạng
toàn cầu Internet. Bất kỳ một ai có thể sử dụng các trình duyệt web đều có thể truy
cập và xem dữ liệu GIS. Và như là một kết quả, thị trường các sản phẩm và dịch vụ
GIS với lợi nhuận 7 tỷ đô la vào năm 1999 đang ngày càng gia tăng tốc độ gần 13%
mỗi năm;
1.1.3 Các đặc điểm điển hình của hệ thống GIS
Các đặc điểm của thế giới trên bề mặt Trái đất được mô tả lại trên một hệ
quy chiếu bản đồi và được lưu lại trong máy tính. Đồng thời, máy tính cũng lưu lại
lưới chiếu và các thuộc tính của đặc điểm bản đồ đó để có thể trả lời các câu hỏi
như “Chúng ở đâu?” và “Chúng là cái gì?”;
Các đặc điểm bản đồ có thể được hiển thị hoặc vẽ ra khi kết hợp bất kỳ hai
hay nhiều đối tượng và hầu như trên bất kỳ một tỷ lệ bản đồ. Tin học hoá các dữ
liệu bản đồ phải được sử dụng một cách linh hoạt hơn với các bản đồ giấy truyền
thống;
GIS có khả năng phân tích mối quan hệ trong không gian giữa các đặc điểm
bản đồ
3

1.1.4 Sự cần thiết của GIS
GIS là cần thiết phần nào đó bởi vì dân số trên thế giới đang tăng nhanh và

công nghệ đang ở trình độ cao trong khi công tác tài nguyên, đặc biệt là không khí
và đất đang ở trong tình trạng giới hạn do hoạt động của con người. Dân số thế giới
đã tăng gấp đôi trong 50 năm qua và đạt mức 6 tỷ người và dường như chúng ta sữ
có thêm 5 tỷ người nữa trong vòng 50 năm tới. 100 nghìn năm đầu tiên của sự tồn
tại của con người đã gây ra rất ít các tác động lên các tài nguyên của Thế giới trong
khi chỉ 300 năm vừa qua, con người đã làm biến đổi thường xuyên đa phần bề mặt
của Trái đất. Khí quyển ở các đại dương đã cho thấy sự suy giảm khả năng hấp thụ
tốt các khí CO
2
và khí Nitơ, hai sản phẩm xả thải chính của con người. Bùn đã “bóp
nghẹt” nhiều con sông và có vô số các ví dụ khoanh vùng nơi mà ô zôn hay các chất
thải độc hại khác làm tổn thương sức khoẻ cộng đồng. Đến cuối thế kỷ 20, đa số các
vùng đất thích hợp đều có người ở và chỉ một vài phần trăm nhỏ diện tích đất bề
mặt chưa bị trồng, cắt xén, chăn thả, xây dựng lên trên, hút nước, ngập lụt hay bị
biến đổi theo cách khác bởi con người;
GIS giúp chúng ta xác định được các vấn đề môi trường bằng cách cung cấp
các thông tin chủ yếu về nơi mà các vấn đề đó xảy ra và ai bị tác động bởi chúng.
GIS giúp ta xác định nguồn, vị trí và quy mô của các tác động môi trường có hại và
có thể giúp ta đưa ra kế hoạch hành động để quan trắc, quản lý và giảm thiểu các
thiệt hại môi trường;
Nhiều doanh nghiệp cần GIS vì họ cố gắng gia tăng hiệu quả trong việc phân
phối sản phẩm và dịch vụ của mình. Các doanh nghiệp bán lẻ tiến hành đặt các cửa
hàng của mình dựa vào một số yếu tố không gian có liên quan như: các khách hàng
tiềm năng phân bố ở đâu? Khu vực phân phối các doanh nghiệp đối thủ ở đâu? Đâu
là vị trí tiềm năng cho một cửa tiệm mới? Luồng giao thông nào gần với các cửa
tiệm hiện nay và việc đỗ xe và mua sắm ở các cửa hàng đó có dễ dàng hay không?
Việc phân tích không gian được sử dụng hàng ngày để trả lời cho các câu hỏi đó.
GIS cũng được sử dụng trong hàng trăm ứng dụng khác nhau trong kinh doanh như
4

để vạch các tuyến đi của phương tiện phân phối sản phẩm, hướng dẫn cho việc
quảng cáo, thiết lập các toà nhà, lập kế hoạch xây dựng hay mua bán đất;
Các tổ chức cộng đồng cũng được sự hỗ trợ của GIS bởi lẽ GIS hỗ trợ các
chức năng của chính phủ. Sự phát triển đô thị gây ra sự thay đổi về cảnh quan và
GIS là một công cụ quan trọng cho việc quy hoạch hợp lý. Các phương tiện của
dịch vụ khẩn cấp được thường xuyên điều động và việc vạch tuyến đường đi có sự
trợ giúp của GIS. GIS dùng cho việc đáp lại các tình huống khẩn cấp nước phát
triển và cài đặt rộng rãi để phản ứng nhanh các yêu cầu khẩn. Người gọi điện đến số
máy khẩn cấp được xác nhận tự động thông qua số điện thoại gọi đến. Và số điện
thoại giúp cho việc xác nhận địa chỉ của tòa nhà đang có sự cố cũng như xác định
các trạm cứu hỏa, cảnh sát hay cấp cứu gần nhất. Một bản đồ đường đi ngay lập tức
được thiết lập để cung cấp đường đi tối ưu đến nơi cần sự hỗ trợ và được gởi về các
trạm ứng cứu phù hợp cùng với hệ thống báo động tự động.
Trên đây là một số trường hợp mà sự hỗ trợ của GIS là rất cần thiết đối với
xã hội loài người hiện nay. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ lại tạo nên động
lực thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của GIS. Việc phân tích không gian trở nên
có ích hơn nhiều với máy tính tốc độ cao hơn và ổ đĩa cứng lưu trữ lớn hơn. đồng
thời việc giá cả thiết bị ngày càng giảm do cạnh tranh đã giúp cho GIS ngày càng
phổ biến và phát huy tốt hơn sức mạnh của nó.
1.1.5 Thành phần của GIS
Một hệ thống thông tin địa lý bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con
người và bộ quy định ở cấp độ tổ chức. Các hợp phần này phải được hợp nhất tốt
để phục vụ cho việc sử dụng GIS hiệu quả; và sự phát triển và tương thích của các
hợp phần là một quá trình lặp đi lặp lại theo chiều hướng phát triển liên tục. Việc
lựa chọn và trang bị phần cứng và phần mềm thường là những bước dễ dàng nhất
và nhanh nhất trong quá trình phát triển một hệ GIS. Việc thu thập và tổ chức dữ
liệu, phát triển
nhân sự và thiết lập các quy định cho vấn đề sử dụng GIS thường
khó khăn hơn và tốn nhiều thời gian hơn.
5

Hình 1.1: Thành phần của GIS
a) Phần cứng:
Phần cứng của GIS được xem là phần cố định mà bằng mắt thường ta có thể
dễ dàng thấy được. Nó bao gồm máy tính và thiết bị ngoại vi.
Máy tính có thể là máy có bất kỳ kích thước nào và có thể do nhiều hãng sản
xuất với cấu hình khác nhau. Tuy nhiên, máy tính có cấu hình mạnh là điều mong
muốn để sử dụng trong GIS. Các thiết bị ngoại vi bao gồm bản đồ số hoá, máy quét,
máy in và máy vẽ. Các thiết bị này đều hết sức đa dạng về kích cỡ, kiểu dáng, tốc
độ xử lý và độ phân giải do các hãng khác nhau sản xuất. Chúng được kết nối với
máy tính để thực hiện việc nhập và xuất dữ liệu.
6


Hình 1.2. Sơ đồ sử dụng các thiết bị trong GIS
b) Phần mềm
Phần mềm GIS rất đa dạng do nhiều hãng khác nhau sản xuất. Các phần
mềm GIS có thể giống nhau ở chức năng, song khác nhau về tên gọi, hệ điều hành
hay môi trường hoạt động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị
cơ sở dữ liệu. Theo thời gian, phần mềm GIS phát triển ngày càng thân thiện với
người dùng, toàn diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, sự gia tăng mạnh mẽ về số lượng người bán phần mềm cũng như năng
lực quản lý của GIS đã khiến cho sự lựa chọn phần mềm trở thành một quyết định
không đơn giản. Sự lựa chọn đó cần phải căn cứ vào mục đích sử dụng, năng lực tài
chính và trình độ cán bộ. Về quy mô hay mục đích sử dụng, GIS được dùng ở cấp
địa phương, cấp quốc gia, khu vực hay toàn cầu, cho giáo dục, nghiên cứu khoa học,
quy hoạch và quản lý. Do vậy, có thể chọn phần mềm tổng quát hay chuyên dụng;
7

Để tạo thuận lợi cho việc kết nối, chia sẻ dữ liệu, nên chọn dùng các hệ đã
được tin dùng ở nhiều nơi, các hệ mở dễ thích ứng với những thay đổi và dễ xuất
nhập, trao đổi dữ liệu với các hệ khác.

Hình 1.3. Quản trị cơ sở dữ liệu hệ thống GIS
c) Phần dữ liệu
Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian. Dữ liệu
không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu
nào đó. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hay cả hai,
tùy thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể. Dữ liệu phi không gian là dữ
liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý. Dữ liệu thuộc tính thường
được trình bày dưới dạng bảng. Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và phi không
gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện
phân tích tổng hợp GIS. Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS là một đầu tư lớn về
thời gian, công sức và tiền bạc do vậy, phần dữ liệu GIS phải được quản lý khai
thác một cách an toàn, tiện lợi và hiệu quả.


QUẢN TRỊ
CSDL GIS

Giao diện
Người dùng
Phân tích
Không gian
Hiển thị làm
Báo cáo
Chuyển đổi
Dữ liệu
Thu thập

Dữ liệu
8

Với bất kỳ một hệ thông tin nào cũng phải hiểu rõ các loại dữ liệu khác nhau
lưu trữ trong chúng. Dữ liệu thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với mức độ
chính xác khác nhau. Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên, số thứ tự,
khoảng và tỷ lệ.
d) Phương pháp
Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ
liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc. Số chi phí
bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và
phần mềm GIS. Điều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu, một
chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý. Chức năng này bao
gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất.
e) Con người
Con người trong hệ thống bao gồm: Người sử dụng hệ thống; Thao tác viên
hệ thống; Nhà cung cấp GIS; Nhà cung cấp dữ liệu; Nhà phát triển ứng dụng;
Chuyên gia phân tích hệ thống GIS hoạt động theo sơ đồ quản lý dự án GIS như sau:

Hình 1.4. Sơ đồ quản trị hệ thống GIS
9

1.1.6 Một số ứng dụng của GIS
Kể từ khi ra đời cho đến nay, GIS đã được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới,
trong nhiều lĩnh vực và ở các quy mô khác nhau. Các ứng dụng đầu tiên của GIS ở
các nước trên thế giới không giống nhau;
Ở Châu Âu, xu hướng chủ yếu là ứng dụng GIS vào việc xây dựng các hệ
thống quản lý đất đai và cơ sở dữ liệu cho môi trường;
Ở Canada, nơi chứng kiến sự ra đời của GIS cấp quốc gia đầu tiên trên thế
giới, một ứng dụng trong lâm nghiệp quan trọng của GIS là xây dựng kế hoạch khai

thác gỗ, xác định các con đường để đi khai thác gỗ và báo cáo kết quả cho chính
phủ địa phương;
Ở Mỹ, GIS được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Một dự án đang được đề
cập đến về việc sử dụng công nghệ GIS là TIGER (Topographically Integrated
Geographical Referencing) do cơ quan điều tra dân số và sở địa chất Mỹ triển khai.
Dự án này được thiết kế để tạo thuận lợi cho cuộc điều tra dân số năm 1990 và đã
được phát triển để xây dựng được mô hình máy tính hóa cho mạng lưới giao thông
Mỹ với trị giá khoảng 170 triệu đôla;
Ở Trung Quốc và Nhật Bản, GIS được ứng dụng chủ yếu vào việc xây dựng
mô hình và quản lý các thay đổi của môi trường do mức độ nghiêm trọng của thiên
tai;
Ở các nước đó, các lĩnh vực ứng dụng của GIS hết sức đa dạng và ngày càng
gia tăng cùng với sự phát triển của công nghệ và sự xuất hiện các vấn đề mới ở các
quy mô khác nhau. GIS đã được áp dụng vào lập bản đồ các vùng sinh thái nông
nghiệp, lập bản đồ thích hợp đất đai, dự báo sản lượng, quy hoạch và quản lý sử
dụng đất;
Trong lâm nghiệp, GIS đã được sử dụng để nhập, lưu trữ, quản lý và phân
tích các bản đồ rừng để phục vụ việc khai thác, bảo vệ và phát triển rừng;
Trong lĩnh vực khảo cổ học, các kỹ thuật GIS được sử dụng để phân tích các
địa điểm đã biết và dự báo vị trí các điểm khảo cổ chưa được phát hiện;
10

Với khả năng liên kết các lớp dữ liệu khác nhau, GIS được sử dụng có hiệu
quả trong việc tìm kiếm khoáng sản trên cơ sở tổng hợp các dữ liệu viễn thám, địa
vật lý, địa hóa và địa chất;
Ở các đô thị, GIS đã nước sử dụng để trợ giúp các quyết định pháp lý, hành
chính, kinh tế cũng như các hoạt động quy hoạch khác;
Ứng dụng cho Nông Nghiệp ở Nhật Bản để xác định các ruộng lúa: Đo độ
Bức xạ vi sóng tăng lên theo mùa và giai đoạn phát triển của lúa. Các loại ruộng có
thể phân loại bằng cách so sánh các dữ liệu data về mùa vụ và giai đoạn phát triển

Hình 1.5: Ứng dụng GIS để giám sát sự thay đổi của các ruộng lúa theo giai đoạn
phát triển ở Nhật Bản
Ứng dụng cho Nông Nghiệp ở Nhật Bản để phân loại giữa ruộng lúa và các
ruộng nông nghiệp khác:
11

Hình 1.6: Bản đồ phân loại ruộng lúa tại Nhật bản
Ứng dụng cho Nông Nghiệp ở Thái Lan để khảo sát các vùng ruộng lúa và
dự báo thời vụ thu hoạch, sử dụng các dữ liệu vệ tinh sẽ rất hiệu quả

Hình 1.7: Bản đồ phân loại ruộng lúa tại Thái Lan
1.1.7 Chi phí cho GIS
GIS cần phần cứng, phần mềm, dữ liệu và quản trị để dẫn đến thành công
của mọi ứng dụng. Tuy nhiên, mỗi loại đều đòi hỏi nguồn kinh phí nhất định. Hiên
12

nay, rất nhiều phần mềm GIS được thương mại hóa cho nên giá thành của chúng hạ
nhanh chóng nhưng chức năng của chúng lại ngày càng được tăng cường. Chỉ có
chi phí cho dữ liệu không gian hầu như vẫn giữ nguyên ở mức cao. Thông thường,
khoảng 70% tổng chi phí của dự án GIS là dành cho việc thu thập dữ liệu.

Hình 1.8: Chi phí cho GIS
1.2 Khái niệm về cơ sở dữ liệu và bản đồ
1.2.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu là một bộ sưu tập rất lớn về các loại dữ liệu tác nghiệp, bao
gồm các loại dữ liệu âm thanh, tiếng nói, chữ viết, văn bản, đồ hoạ, hình ảnh tĩnh
hay hình ảnh động được mã hoá dưới dạng các chuỗi bit và được lưu trữ dưới
dạng File dữ liệu trong các bộ nhớ của máy tính. Cấu trúc lưu trữ dữ liệu tuân theo
các quy tắc dựa trên lý thuyết toán học. Cơ sở dữ liệu phản ảnh trung thực thế giới

dữ liệu hiện thực khách quan. Cơ sở dữ liệu (CSDL) là tài nguyên thông tin chung
cho nhiều người cùng sử dụng. Bất kỳ người sử dụng nào trên mạng máy tính, tại
các thiết bị đầu cuối, về nguyên tắc có quyền truy nhập khai thác toàn bộ hay một
phần dữ liệu theo chế độ trực tuyến hay tương tác mà không phụ thuộc vào vị trí
địa lý của người sử dụng với các tài nguyên đó.
1.2.2 Sự cần thiết của các hệ cơ sở dữ liệu