hệ thống thông tin đị lý Gis

MÔN HỌC: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS
Câu hỏi:
Tìm hiểu và tóm tắt công nghệ GIS hiện nay?
(phạm vi là cơ quan, địa phương, vùng lãnh thổ, quốc gia hoặc thế giới).

BÀI LÀM
I.

Mở đầu:
Từ xa xưa, thông tin địa lý đã là nhu cầu cần thiết của mọi người trong mọi

hoạt động sinh hoạt hàng ngày tại các vị trí khác nhau. Con người muốn dduocj
hiểu biết về các thực thể, các sự kiện, các hiện tượng như thế nào, xảy ra ở đâu,
xảy ra khi nào và tại sao lại như vậy. Ở quy mô rộng lớn hơn, những nhà lãnh
đạo một địa phương, một khu vực, một quốc gia luôn cần có thông tin địa lý
một cách đầy đủ, chính xác, kịp thời để đưa ra quyết sách một cách đúng đắn,
phù hợp lòng dân, làm cho địa phương, quốc gia ngày càng phát triển. Những
nhà quân sự cần có thông tin địa lý để có phương án chiến lược, chiến thuật bảo
vệ lãnh thổ. Những nhà đầu tư, kinh doanh cần thông tin địa lý để tính toán
những khả năng và hiệu quả đầu tư...
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin và trước xu thế toàn cầu
công nghệ GIS cung cấp kịp thời những thông tin cần thiết theo từng khu vực
địa lý để mỗi quốc gia xây dựng những chiến lược phát triển bền vững và có
những quyết sách độc lập trong xu thế chung của thế giới.


II.

GIS là gì?
1. Khái niệm:
GIS là hệ thống thông tin địa lý (viết tắt của cụm từ tiếng Anh Geographic

Information Systems) là một công 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.Thuật ngữ này được biết đến từ những năm 60 của
thế kỉ 20 và Giáo sư Roger Tomlinson được cả thế giới công nhận là cha đẻ của GIS.
G, I, và S
• G: geographic - thuộc địa lý:
- Dữ liệu không gian
- Các thành phần liên quan đến địa lý.
• I: information - thông tin:
- Cơ sở dữ liệu
- Hiển thị thông tin
• S: systems - Các hệ thống
- Người sử dụng
- Phần cứng
- Phần mềm
2. Các thành phần cấu thành của GIS:
- Phần cứng – Hardware: Là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt

động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng,
từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
- Phần mềm – Software: Cung cấp chức năng và các công cụ cần thiết để lưu
trữ, phân tích và thể hiện thông tin địa lý. Gồm các thành phần:


+ Công cụ nhập và thao tác trên thông tin địa lý.
+ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS).
+ Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý.
+ Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
- Dữ liệu – Data: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ

GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được
người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương
mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm
chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
- Con người – People: Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người

tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người
sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ
thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
- Các phương thức – Methods: Một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động
liên tục và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng.


GIS sẽ làm thay đổi đáng kể tốc độ mà thông tin địa lý được sản xuất, cập
nhật và phân phối. GIS cũng làm thay đổi phương pháp phân tích dữ liệu địa lý, hai
ưu điểm quan trọng của GIS so với bản đồ giấy là:
- Dễ dàng cập nhật thông tin không gian.
- Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp.

3. Dữ liệu địa lý trong GIS và chức năng của GIS:
Có hai thành phần quan trọng của dữ liệu địa lý: dữ liệu không gian (nó ở
đâu?) và dữ liệu thuộc tính (nó là gì?).
- Dữ liệu không gian xác định vị trí của một đối tượng theo một hệ tọa độ.
- Dữ liệu thuộc tính thể hiện một hay nhiều thuộc tính của thực thể không
gian, bao gồm dữ liệu định tính và định lượng. Dữ liệu định tính xác định loại đối
tượng (ví dụ, nhà cửa, rừng núi, sông ngòi); trong khi dữ liệu định lượng chia
thành dữ liệu tỉ lệ (dữ liệu được đo lường từ điểm gốc là 0), dữ liệu khoảng (dữ
liệu được chia thành các lớp), dữ liệu dạng chữ (dữ liệu được thể hiện dưới dạng
chữ) (Shahab Fazal, 2008).

Dữ liệu thuộc tính còn gọi là dữ liệu phi không gian vì bản thân chúng không thể
hiện thông tin không gian (Basanta Shrestha et al., 2001).
Chức năng:
Phân tích dữ liệu: GIS với những khả năng của máy vi tính và toán học đã
cung cấp nhiều phương tiện để thực hiện những bài toán phân tích theo không gian
và thời gian. Những thuật toán phân tích trên một lớp dữ liệu, chồng xếp nhiều lớp
dữ liệu, phân tích mạng, phân tích theo mặt không gian, thời gian là những thuật
toán hỗ trợ tích cực trong các bài toán quản lý, quy hoạch, kế hoạch của nhiều lãnh
vực như tài nguyên, đất đai, cơ sở hạ tầng, thương mại dịch vụ,…
+ Phân tích mạng: (Network Analysis) ứng dụng trong các đối tượng dạng
đường, những đối tượng này được tổ chức trong mạng liên kết.

+ Phân tích mẫu điểm (Point Pattern Analysis) phân tích sự phân bố tương
quan giữa các điểm mẫu, nội suy giá trị thích hợp,…


Hiển thị dữ liệu địa lý: Dữ liệu GIS được hiển thị trên màn hình máy tính
hay trên giấy in để cung cấp thông tin cho người dùng. Trong GIS người ta sử
dụng hình ảnh, hình vẽ, biểu đồ, bản đồ, mô hình 3D, hiển thị động,…gây trực
quan cao, hấp dẫn người dùng.


4. Mô hình dữ liệu raster và vector:
Đối tượng không gian trong cơ sở dữ liệu GIS được lưu trữ dưới dạng vector
hoặc raster (Basanta Shrestha et al., 2001).
- Cấu trúc dữ liệu vector lưu trữ vị trí của đối tượng bản đồ bằng cặp tọa độ
x, y (và đôi khi có z). Một điểm được mô tả bằng một cặp tọa độ x-y và tên của nó.
Một đường thẳng được mô tả bởi một tập hợp nhiều cặp tọa độ và tên của nó. Về lý

thuyết, một đường thẳng được mô tả bởi vô số điểm, nhưng trên thực tế, điều này
là không thể. Do đó, một đường thẳng được xây dựng bởi nhiều đoạn thẳng. Một
diện tích hay một vùng được mô tả bởi một tập hợp nhiều cặp tọa độ và tên của nó,
nhưng có điều khác là cặp tọa độ bắt đầu và kết thúc phải trùng nhau (Hình 3.6).
Định dạng vector thể hiện vị trí và hình dạng của đối tượng và đường bao chính
xác. Chỉ có độ chính xác, tỉ lệ của bản đồ trong quá trình biên tập, độ phân giải của
thiết bị đầu vào và kĩ năng nhập dữ liệu mới làm giảm độ chính xác.

- Ngược lại, định dạng raster hay lưới ô vuông thể hiện đối tượng bản đồ là
các ô vuông trong một ma trận lưới (Hình 3.6). Không gian này được định nghĩa
bởi một ma trận điểm được tổ chức thành hàng và cột. Nếu hàng và cột được đánh
số, vị trí của mỗi thành phần sẽ được xác định bởi số hàng và số cột, thông qua đó


có thể liên kết với một hệ tọa độ. Mỗi ô vuông có một giá trị thuộc tính (dạng số)
thể hiện đối tượng địa lý hoặc dữ liệu định danh như loại hình sử dụng đất, lượng
mưa, độ cao. Kích thước của ô vuông trong ma trận lưới sẽ xác định mức độ chi
tiết mà đối tượng bản đồ có thể được hiển thị.
4. Nội dung cơ sở dữ liệu nền GIS:
4.1.Cơ sở dữ liệu nền GIS:
Cơ sở dữ liệu nền GIS là cơ sở dữ liệu mà những lĩnh vực trong công tác
quản lý tài nguyên môi trường cần đến nó và sử dụng chúng. Cơ sở dữ liệu nền
GIS là phần giao của từng cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý tài nguyên môi
trường. Cơ sở dữ liệu nền GIS bao gồm 2 phần:
- Cơ sở dữ liệu không gian (bản đồ nền).
- Cơ sở dữ liệu thuộc tính chung.


4.2. Bản đồ nền:
Bản đồ nền là bản đồ chỉ bao gồm yếu tố nền cơ sở địa lý. Nó là cơ sở để xác

định vị trí địa lý của các đối tượng trong dữ liệu chuyên nghành. Nền cơ sở địa lý của
bản đồ là tập hợp những yếu tố thuỷ văn, giao thông, dân cư, biên giới quốc gia, địa
giới hành chính, địa danh và địa hình để làm cơ sở thể hiện cách nội dung khác trên bản
đồ. Bản đồ nền được phân thành 2 nhóm: bản đồ địa lý chung và địa lý chuyên đề.

Bản đồ địa lý chung là bản đồ thể hiện mọi đối tượng, hiện tượng địa lý của bề
mặt trái đất, bao gồm đầy đủ các đối tượng và hiện tượng kinh tế, văn hóa, xã hội như
thủy văn, địa hình, thực vật, đất đai, dân cư, giao thông, công nghiệp, nông nghiệp, lâm
nghiệp văn hóa, hành chính-chính trị. Tùy thuộc tỷ lệ bản đồ mà mức độ nội dung bản
đồ địa lý chung có thể chi tiết hoặc ít chi tiết hơn, nhưng về nguyên tắc thì bản đồ địa lý


chung đều thể hiện mọi đối tượng, hiện tượng với cùng mức độ chi tiết, nghĩa là không
chú trọng yếu tố này hay xem nhẹ yếu tố kia khi xét bản đồ ở một tỉ lệ nhất định.
Trên bản đồ địa lý chuyên đề có sự phân chia nội dung chính và nội dung phụ. Nội
dung chính là nội dung bản đồ chuyên đề, còn nội dung phụ là cơ sở các yếu tố địa lý hay
còn gọi là bản đồ nền. Nếu chỉ có nội dung chuyên đề không thì không thể tạo thành bản đồ
chuyên đề, vì bản đồ chuyên đề thể hiện nội dung chọn lọc trong mối quan hệ tương hỗ với
các yếu tố khác của cảnh quan môi trường địa lý. Cho nên bản đồ chuyên đề được xây dựng
dựa trên nội dung chuyên đề thể hiện trên bản đồ nền. Như vậy việc xây dựng cơ sở dữ liệu
bản đồ nền là một trong những giai đoạn quan trọng trong việc thành lập bản đồ chuyên đề.
5. Ứng dụng của GIS trong các ngành:
Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó
có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy
hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân
khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật. Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS
đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động.


5.1. Môi trường:

Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã
phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường. Với mức đơn giản nhất
thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi 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 mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm trong môi
trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự ảnh hưởng
của một trận mưa lớn. Quản lý môi trường quan trắc và dự đoán bão, thuỷ văn,
lan toả của chất độc trong nước, đất... Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối
tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ
liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế.
Ví dụ:
Lũ quét Yên Bái:

5.2.Khí tượng thuỷ 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 phòng chống kịp


thời... vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu
không gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế.

5.3.Nông nghiệp
Những ứng dụng đặc trưng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo
về hàng hoá, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước.
5.4.Dịch vụ tài chính
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. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này,
nó là một công 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.
5.5.Y tế
Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS
còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ như, nó 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 thông. 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.
5.6.Chính quyền địa phương
Chính quyền địa phương là một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng lớn nhất của
GIS, bởi vì đây là một tổ chức sử dụng dữ liệu không gian nhiều nhất. Tất cả các cơ quan
của chính quyền địa phương có thể có lợi từ GIS. 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. Nhà cầm quyền địa
phương cũng có thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thông. GIS
còn được sử dụng trong các trung tâm điều khiển và quản lý các tình huống khẩn cấp.
5.7.Bán lẻ
Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ giúp của GIS. GIS
thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng trong một vùng nào đó.
Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể được tính toán bởi thời gian
đi đến siêu thị, và mô hình hoá 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.
5.8.Giao thông
GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải. Việc lập kế hoạch
và duy trì cở 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 đòi hỏi sự hỗ trợ của GIS.
5.9.Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại...
Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất,
GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến
lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này. Dữ liệu vecto 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, valve... 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
chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an
toàn công cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường,
thì công nghệ GIS luôn đóng 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.
6. Các phần mềm phổ biến của GIS:
- Phần mềm Microstation Geographics :
- Phần mềm ArcGIS : là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải
pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin
trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL
của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công
nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả
năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như:
desktop (ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web


(ArcIMS, ArcGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)... và có khả
năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau.
- Phần mềm MapInfo : là một giải pháp phần mềm GIS thân thiện với người
sử dụng. Ngay từ đầu, hãng đã chủ trương xây dựng các phần mềm GIS có hiệu

quả, với các chức năng phân tích không gian hữu ích cho các hoạt động kinh
doanh, quản lý nhưng không cồng kềnh và không phức tạp hóa bởi những chức
năng không cần thiết, giao diện đơn giản và dễ hiểu, đồng thời giá cả phải phù hợp
với đại đa số người sử dụng. Phiên bản gần đây là MapInfo Professional 11 cũng
vẫn duy trì truyền thống này - có thể chạy trên các hệ điều hành thông thường như
Windows XP, Windows 2000, Windows NT+SP6, Windows 98 SE, Windows
2003 Server với Terminal Services và Citrix.