NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN TỈNH HÒA BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Hoàng Thị Kim Quý

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG
TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN
BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ
VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, Năm 2017

TỈNH HÒA
TÀI NGUYÊN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Hoàng Thị Kim Quý

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG
TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN

TỈNH HÒA

BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ

TÀI

NGUYÊN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS Trần Văn Thụy

TS. Phạm Thị Thu Hà

Hà Nội, Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ của
bộ môn sinh thái Môi trường nói riêng và Khoa Môi trường nói chung đã tạo
điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS Trần Văn Thụy và TS
Phạm Thị Thu Hà, thầy và cô là người đã đưa ra định hướng và tận tình
hướng dẫn về mặt khoa học cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trung tâm viễn thám Quốc gia
cùng các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi trong suốt quá
trình hoàn thiện khóa luận.
Xin chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Sở Tài nguyên Môi trường
tỉnh Hòa Bình đã giúp tôi về tài liệu, phục vụ quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã thường

xuyên động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, tháng 12 năm 2017
Học viên cao học

Hoàng Thị Kim Quý


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.........................3
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS..........................................3
1.1.1. Khái niệm về GIS................................................................................3
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lí...............4
1.1.3. Các thành phần của Hệ thống thông tin địa lý (GIS).............................6
1.1.4. Cơ sở dữ liệu GIS................................................................................7
1.1.5. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong khoa học và thực tiễn..............14
1.2. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng CSDL GIS
phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học
trên nền địa lý tỷ lệ 1/25.000......................................................16
1.2.1. Các giải pháp công nghệ GIS.............................................................16
1.2.2. Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.............19
1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích
dữ liệu........................................................................................................19
1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu......................................................................20
1.3.1. Đặc điểm tự nhiên...........................................................................20
1.3.2. Các đặc điểm kinh tế xã hội............................................................24
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........27
2.1. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................27
2.2. Phạm vi nghiên cứu................................................................................27

2.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................27
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu............................................................27
2.3.2. Phương pháp điều tra thực địa...........................................................27
2.3.3. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS..........................................28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....................32
3.1. Xây dựng CSDL GIS huyện Lương Sơn tỷ lệ 1/25.000.......................32
3.1.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ 1/25.000. . .33
3.1.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ sinh thái tỷ lệ 1/25.000.............................41
3.2. Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các HST...61
3.2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ GIS………………………..…...………62
3.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ
1/25.000………………………………………………………………….. 64
3.2.3. Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các
HST huyện Lương sơn, tỉnh Hòa Bình tỷ lệ 1/25.000…………………..66
KẾT LUẬN…………………………………………………………………75
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………76


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Phương pháp thể hiện dữ liệu địa lý theo truyền thống (bản đồ giấy)
và GIS……………………………………………………………….………16
Bảng 2. Một số chức năng thường dùng trong GIS………………….……..17
Bảng 3. Hiện trạng dân số, lao động huyện Lương Sơn năm 2016…….……25
Bảng 4: Bảng qui định số hóa lớp thủy văn………………………………...35
Bảng 5: Bảng qui định thành lập lớp địa hình……………………………...36
Bảng 6: Bảng qui định số hóa lớp giao thông………………………………37
Bảng 7: Bảng qui định số hóa lớp dân cư…………………………………..38
Bảng 8: Bảng qui định số hóa lớp ranh giới………………………………..39
Bảng 9: Các bảng qui định của các nhóm lớp thuộc tính…………………..40

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Các hợp phần của GIS……………………………………….…….7
Hình 2: Cấu trúc dữ liệu GIS………………………………………….……9
Hình 3: Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector………………………………....9
Hình 4: Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector……...10
Hình 5: Cấu trúc dữ liệu Raster…………………………………………….10
Hình 6: Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase……………………………..12
Hình 7: Minh họa cấu trúc dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính………20
Hình 8: Mẫu giải đoán sông, suối và ao hồ………………………………...30
Hình 9: Mẫu giải đoán các đường giao thông………………………………30
Hình 10: Mẫu giải đoán các vùng dân cư…………………………………..31
Hình 11: Mẫu giải đoán các vùng hiện trạng hệ sinh thái………………….31
Hình 12: Mô hình tổ chức dữ liệu trong CSDL GIS………..……………...32
Hình 13: Dữ liệu ảnh vệ tinh trên MicroStation SE…………..……………34
Hình 14: Kết quả xây dựng nhóm lớp thủy văn trên MicroStation SE…….35
Hình 15: Kết quả xây dựng nhóm lớp địa hình trên MicroStation SE……..36
Hình 16: Kết quả xây dựng nhóm lớp giao thông trên MicroStation SE…..37
Hình 17: Kết quả xây dựng nhóm lớp dân cư trên MicroStation SE………38
Hình 18: Kết quả xây dựng nhóm lớp ranh giới trên MicroStation SE….…39
Hình 19: Kết quả xây dựng nhóm lớp hiện trạng HST trên Mapinfo………42
Hình 20: Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ chuyên đề…….……43
Hình 21: Bản đồ hiện trạng HST huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình………43
Hình 22: Mô hình tổ chức dữ liệu trong cơ sở dữ liệu GIS…………….…..64
Hình 23: Bản đồ định hướng sử dụng hợp lý HST huyện Lương Sơn, tỉnh
Hòa Bình…………………………………………………………………….69


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CSDL:

Cơ sở dữ liệu

DC:

Dân cư

HTTĐL:

Hệ thông tin địa lý

DBMS (Database Management System): Hệ thống quản trị dữ liệu ESRI
(Enviromental System Reseach Institute): Viện Nghiên cứu hệ thống Môi
trường
GIS (Geographic Information System): Hệ thống thông tin địa lý
GPS (Global positioning system): Hệ thống định vị toàn cầu


MỞ ĐẦU
Huyện Lương Sơn là cửa ngõ của tỉnh miền núi Hoà Bình và miền Τây
Bắc Việt Nam, cách thủ đô Hà Nội khoảng 40 km, nằm ở phần phía nam của
dãy núi Ba Vì. Lương Sơn có địa hình phổ biến là núi thấp và đồng bằng, độ
cao trung bình của toàn huyện so với mực nước biển là 251m. Nền nhiệt trung
bình cả năm 22,9o-23,3oC, lượng mưa trung bình từ 1520,7-2255,6mm/năm,
nhưng phân bố không đều trong năm. Các điều kiện tự nhiên ở trên rất thuận
lợi cho các hệ sinh thái với giá trị đa dạng sinh học phong phú phát triển [34].
Lương Sơn được xem là một trong những vùng có diện tích các thảm
thực vật tự nhiên còn sót lại có giá trị đa dạng sinh học phong phú với 13 hệ
sinh thái đặc trưng cơ bản trong đó có 07 hệ sinh thái tự nhiên và 06 hệ sinh

thái nhân tạo [5]. Với địa hình là những dãy núi đá vôi Lương Sơn mang
trong mình những hệ sinh thái đại diện điển hình mang tính toàn cầu về hệ
sinh thái rừng trên núi đá vôi được các nhà khoa học trong nước và quốc tế
xác định là khu vực cần ưu tiên cho việc bảo tồn đa dạng sinh học trên núi đá
vôi. Nơi đây đã được các cấp chính quyền của tỉnh Hòa Bình, các tổ chức, cá
nhân quan tâm thực hiện nhiều nghiên cứu về đa dạng sinh học, quản lý tài
nguyên thiên nhiên và phát triển sinh kế cho cộng động xung quanh.
Trong cuộc sống tất bật hiện nay, mọi việc đều được đơn giản và tối
ưu hóa thời gian thông qua việc ứng dụng công nghệ thông tin vào xử lý các
công việc hàng ngày. Ứng dụng tin học trong quản lý tài nguyên thiên nhiên
nói chung, trong việc bảo vệ và sử dụng hợp lý các hệ sinh thái và đa dạng
sinh học nói riêng là một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng của
công nghệ thông tin - đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia
trên thế giới, ở cả những nước phát triển và đang phát triển, nhằm tăng
cường tính hiệu quả trong các hoạt động quản lý.

1


Hệ thống thông tin địa lý là kết quả tích hợp, phát triển công nghệ bản
đồ và công nghệ máy tính. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu
thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích
địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ
các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin
khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) [1].
Xuất phát từ thực tiễn và sự phát triển của công nghệ thông tin, đề tài
luận văn “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý (GIS)
huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và
đa dạng sinh học” nhằm nghiên cứu đánh giá thực trạng từ đó có những biện

pháp sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học bằng phương pháp xây
dựng cơ sở dữ liệu GIS.
Như vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là sử dụng phương pháp xây
dựng cơ sở dữ liệu GIS để xây dựng bản đồ chuyên đề nhằm phục vụ sử
dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học huyện Lương Sơn.
Để đáp ứng những mục tiêu của đề tài, luận văn thực hiện các nội
dung chính sau:
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ
liệu nền địa lý cơ bản huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình;
- Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về tài nguyên và đa dạng
HST huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình;
- Đánh giá khái quát hiện trạng đa dạng sinh học huyện Lương Sơn
+ Hiện trạng đa dạng các kiểu hệ sinh thái
+ Hiện trạng đa dạng thành phần loài sinh vật
- Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề định hướng sử dụng hợp lý tài
nguyên và đa dạng sinh học huyện Lương Sơn.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS
1.1.1. Khái niệm về GIS
Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là
một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế
kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Từ năm 1980 đến
nay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên không có định
nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên
khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực [8].
Từ các tiếp cận khác nhau, nhiều nhà khoa học đã cho những định

nghĩa khác nhau về GIS:
- Những nhà khoa học trong các lĩnh vực địa chất, môi trường, tài
nguyên, ... sử dụng GIS như là những công cụ phục vụ cho những công trình
nghiên cứu của mình đã định nghĩa GIS: “GIS là một hộp công cụ mạnh được
dùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thế
giới thực cho những mục tiêu đặc biệt” [20]. “Hệ thống thông tin địa lý là một
hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch,
trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn nhất định” [21].
- Từ những chức năng cần có của một hệ thống thông tin địa lý, một số
nhà khoa học đã định nghĩa: “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa
hàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử
xử lý thông tin không gian” [22]. “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống
tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian”
[23]. “Hệ thống thông 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 không gian” [24].
“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ

3


liệu địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truy
xuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu” [25].
- Theo quan điểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học đã định
nghĩa: “GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu có
tham chiếu tọa độ địa lý. Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệu
với những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán để
làm việc trên dữ liệu đó” [26]. “GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ
sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố
trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ
thống máy tính. Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm,

đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt” [27].
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lí
Hệ thống địa lí được sử dụng sớm nhất vào năm 1854 bởi một người Anh
tên là John Snow. Ông đã mô tả sự lây lan của bệnh dịch tả ở Luân Đôn bằng
cách đánh dấu các điểm dịch lên bản đồ, và cách làm của ông đã mang lại hiệu
quả trong việc xác định hướng lây lan của dịch bệnh và kịp thời ngăn chặn [35].
Năm 1962, hệ thống thông tin địa lí đầu tiên hoạt động thực sự trên thế
giới được ra đời tại Canada, được phát triển bởi cục phát triển nông lâm
nghiệp Canada. Đó là công trình nghiên cứu của tiến sĩ Roger Tomlinson có
tên là Canada Geographic Information System (CGIS). Hệ thống này được sử
dụng để lưu trữ, phân tích và quản lý các dữ liệu được thu thập cho Canada
Land Inventory (CLI), một tổ chức xác định tiềm năng đất đai cho nền nông
nghiệp Canada bằng cách ánh xạ các thông tin về đất, rừng, các loại động vật,
sông suối, đất nông nghiệp… vào bản đồ với tỉ lệ 1:50.000.
Năm 1964, Howard T Fisher thành lập phòng thí nghiệm đồ họa máy
tính và phân tích không gian tại trường Harvard Graduate School of Design,
nơi mà một số khái niệm lý thuyết quan trọng về vận dụng dữ liệu không gian

4


được phát triển. Vào năm 1970, họ đã đưa ra code của hệ thống còn sơ khai
và các hệ thống như 'SYMAP', 'GRID', 'ODYSSEY' như là một sự phát triển
thương mại đến các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu và các tổ chức
trên thế giới. Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban
thu thập và xử lý dữ liệu địa lý.
Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính
đã làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiên
cứu, thiết kế và thương mại hoá các phần mềm GIS. Đứng đầu trong lĩnh vực
thương mại là các công ty: ESRI, GIMMS, Synercom, Intergraph, Calma,

Computervision.
Những năm 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều tra,
khai thác, quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trường v.v... với các quy
mô lãnh thổ khác nhau. Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một số
vấn đề còn tồn tại từ những năm trước đây, một hướng được phát triển tương
đối mạnh, đó là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một số lĩnh vực quan
trọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trường: LIS (Land Information
System), LRIS (Land Resource Information System), PMIS (Port Management
Information System), ILWIS (Intergreted Land and Water Information System).
Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS.
Sang đến những năm 90, con người đã đạt được những thành tựu to lớn
trong kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống định vị toàn cầu GPS
(Global Positioning System). Xu hướng tích hợp RS và GIS, tích hợp RS, GIS
và GPS đã xuất hiện. Việc tích hợp ba công nghệ này đã hỗ trợ cho các nhà
khoa học và các nhà quản lý trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau (quân sự, kinh
tế, chính trị, văn hóa, khoa học tự nhiên, khoa học vũ trụ, quản lý tài nguyên
thiên nhiên và môi trường, dự báo các tai biến…).

5


Vào cuối thế kỷ 20, sự phát triển nhanh chóng trên các hệ thống khác
nhau đã hợp nhất và chuẩn hóa trên một vài platforms và người sử dụng bắt
đầu có khái niệm về sử dụng GIS trên Internet. Thời kỳ này đánh dấu sự phát
triển thật sự của GIS.
Những năm đầu của thập kỷ 90, các phần mềm GIS của nước ngoài
phát triển trên máy PC có tính thương mại cao đã dần dần được đưa vào Việt
Nam, tiêu biểu là các phần mềm MAPINFO, ILIWS, SPAN, PAMAP, PC
ARC/INFO, INTERRAPH, GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổ
chức phát triển) …. Những năm 1993 – 1996 là thời kỳ phát triển nhanh các

ứng dụng của GIS thông qua các dự án quốc tế tại Việt Nam.
GIS được dạy 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 của họ và GIS.
1.1.3. Các thành phần của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Hệ thông tin địa lý bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau:
* Phần cứng máy tính: Bao gồm các thành phần vật lý của máy tính và
các thiết bị ngoại vi khác (máy in, máy scanner, máy vẽ, …)
* Phần mềm GIS: Gồm các chương trình máy tính thực hiện các công
việc chuyên môn của GIS, thực hiện các chức năng thu nhận và lưu trữ các
dữ liệu không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình
số độ cao, …
* Dữ liệu GIS: Bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ…) và dữ
liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất, các quá trình, hiện tượng…) của các
đối tượng được nghiên cứu.
* Người sử dụng: Đây là yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết
kế và thực hiện các thao tác kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khác
nhau.

6


W o r k s ta tio n
Hình 1: Các hợp phần của GIS [36]
Các hợp phần trên nằm trong mối quan hệ tương tác chặt chẽ với nhau tạo
thành GIS. Nếu thiếu một trong các hợp phần trên thì GIS sẽ ngừng hoạt động
hoặc chỉ là một hệ thống chết. Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật, bốn
hợp phần trên cũng được phát triển mạnh mẽ, tạo nên một GIS ngày càng phát
triển hơn, thực hiện được các chức năng ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn,
tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng.

1.1.4. Cơ sở dữ liệu GIS
Theo cách tiếp cận truyền thống, hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một
công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên
trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như
cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó
phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ.
Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến
cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích
các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược).

7


- Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri
thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:
- Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình
bày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực
- Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng Cơ sở dữ
liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính.
- Các mô hình xử lý: Tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động.
- Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một Cơ sở
dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông
tin khác. Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò quan
trọng.
- Metadata: Tài liệu mô tả dữ liệu. Cho phép người sử dụng tổ chức,
tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý.
1.1.4.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS
Cơ sở dữ liệu là tập hợp các thông tin được thu thập theo mục đích sử
dụng nào đó, được lưu trữ trong máy tính theo những quy tắc nhất định. Đó là
tập hợp dữ liệu mà ta có thể điều khiển, lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu và

dữ liệu có thể chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau. Cơ sở dữ liệu viết tắt
CSDL, tiếng Anh là Database [7].
1.1.4.2. Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS
Cấu trúc dữ liệu GIS gồm 2 phần cơ bản là dữ liệu không gian (dữ liệu
bản đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian). Mỗi một loại dữ liệu
có đặc trưng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ, xử lý và hiển thị
[4].

8


Hình 2: Cấu trúc dữ liệu GIS [36]
* Dữ liệu không gian
Cơ sở dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của các
đối tượng, cho biết vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đối
tượng. Các đối tượng không gian được định dạng về 3 loại: đối tượng dạng
điểm, dạng đường và dạng vùng. Dữ liệu không gian có hai mô hình lưu
trữ: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector.

Hình 3: Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector [36]

9


- Mô hình dữ liệu Vector: thông tin về điểm, đường, vùng được mã hóa và lưu
dưới dạng tập hợp các tọa độ x, y. Đối tượng dạng điểm lưu dưới dạng tọa độ
(x, y). Đối tượng dạng đường như đường giao thông, sông suối… được lưu
dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm x1y1, x2y2, …, xnyn hoặc là một hàm
toán học, tính được chiều dài. Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn bán,
nhà cửa, thủy hệ… được lưu như một vòng khép kín của các điểm tọa độ, tính

được chu vi và diện tích vùng.
Yn, Xn

X
Polygo
n

Yi, Xi

M

Line

Y1, X1
Y2, X2

Point
0

Y

Hình 4: Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector [36]

10


- Mô hình dữ liệu Raster: Trong cấu trúc dữ liệu Raster, đối tượng được
biểu diễn thông qua các ô (cell) hay ô ảnh (pixel) của một lưới các ô.

Hình 5: Cấu trúc dữ liệu Raster [36]

Để tiện phân tích và tổng hợp, dữ liệu không gian thường được tổ chức
thành các lớp (layer/theme); cũng thường được gọi là các lớp dữ liệu chuyên đề
(thematic layer). Mỗi lớp dữ liệu thường biểu diễn một tính chất liên quan đến vị
trí trên mặt đất.
Mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng trong cấu trúc dữ liệu
được gọi là TOLOGY.
Cấu trúc dữ liệu thuộc topology có lợi vì chúng cung cấp một cách tự
động hóa để xử lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu cho
các vùng vì các ranh giới giữa những vùng nằm kề nhau được lưu trữ chỉ một
lần; và cho phép chúng ta cấu trúc dữ liệu dựa trên các nguyên lý về tính kề
cận (adjacency) và kết nối (connectivity) để xác định các quan hệ không gian.
Phần lớn cấu trúc dữ liệu mang tính topology là mô hình dữ liệu vectơ kiểu
cung/nút (arc/node).
Cung: là 1 chuỗi các đoạn thẳng nối giữa các nút, có nút đầu và nút cuối.
Nút: là nơi hai cung gặp nhau.

11


Điểm: là các nút độc lập.
Vùng: là chuỗi khép kín các cung.
Quan hệ không gian của các đối tượng trong các phần mềm GIS được xây
dựng theo khuôn dạng thích hợp. Thường được lập thành 3 bảng (table) có
quan hệ, tương ứng với 3 kiểu đối tượng: điểm, đường và vùng do phần mềm
tạo ra sau khi kiểm tra lỗi số hóa (ví dụ: ArcInfo, AutoCAD Maps 3D, …).
* Dữ liệu thuộc tính
Cơ sở dữ liệu thuộc tính lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tính
chất, … của đối tượng nghiên cứu. Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổ
chức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột dữ liệu (trường dữ liệu): mỗi cột
diễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng; và các hàng tương ứng với

một bản ghi: gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý.
* Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS
Cơ sở dữ liệu là một gói dữ liệu được tổ chức dưới dạng các Layer.
Các Layer có thể được tạo ra từ nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau như:
Shape files, personal geodatabase, ArcInfo cover datasets, CAD drawings,
SDE databases, photo, image. Hiện nay, theo các chuẩn dữ liệu ISO-TC
211 và chuẩn dữ liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường, dữ liệu được tổ
chức theo khuôn dạng chuẩn là GeoDatabase.
GeoDatabase: là một cơ sở dữ liệu được chứa trong một file có đuôi
là *.mdb. Khác với shape file, GeoDatabase cho phép lưu giữ topology của
các đối tượng. Cấu trúc của GeoDatabase như sau:

12


Hình 6: Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase [36]
Feature dataset là tập dữ liệu đối tượng nằm ở bên trong của geodatabase
cá nhân và chứa các feature class có cùng phần mở rộng và cùng hệ tọa độ.
Feature class (nhóm đối tượng) là một trong các dữ liệu thường hay sử
dụng nhất. Mỗi feature class bao gồm tập hợp nhiều đối tượng địa lý
(geographic feature) có cùng kiểu hình học (point, line, polygon) và có cùng
thuộc tính. Các feature class chứa đặc trưng topology được xếp trong các
feature dataset nhằm đảm bảo duy trì hệ tọa độ chung cho dữ liệu bên trong.
Dưới feature class sẽ là các feature data.
Feature (đối tượng địa lý) là các spatial object (đối tượng không gian), có
vị trí địa lý (tọa độ xác định) và có quan hệ không gian.
Attribute Table là thuộc tính của từng lớp đối tượng, được lưu giữ dưới
dạng các bảng. Trong đó, các thuộc tính được thể hiện trong từng cột, mỗi đối
tượng địa lý ở trong mỗi hàng.
* Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS

ISO (International Standard Organization): Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế
đã đưa ra tiêu chuẩn ISO/TC211, bao gồm 32 tiêu chuẩn trong đó có các tiêu
chuẩn về hệ thông tin địa lý, một số chuẩn thường dùng như sau:
- Chuẩn định dạng dữ liệu (data format);

13


- Chuẩn lưới chiếu (projection);
- Chuẩn topology;
- Chuẩn phân loại dữ liệu (data classification standards);
- Chuẩn nội dung dữ liệu (data content standards);
- Chuẩn ký hiệu (data symbology standards): chuẩn ký hiệu hoặc hiển thị
dữ liệu chuẩn hóa ngôn ngữ mô tả ký hiệu;
- Chuẩn trao đổi dữ liệu (data transfer standards): làm dễ dàng chuyển đổi
dữ liệu giữa các hệ thống. Có thể được hiểu là chuẩn khuôn dạng dữ liệu;
- Chuẩn khả dụng dữ liệu (data useability standards): bao gồm chất lượng
dữ liệu, đánh giá, độ chính xác, v.v…
Theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi
trường về việc ban hành áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia [2],
trong đó có đưa ra các qui định cụ thể về các chuẩn thông tin địa lý sau:
- Quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý;
- Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian;
- Quy chuẩn mô hình khái niệm thời gian;
- Quy chuẩn phân loại đối tượng địa lý;
- Quy chuẩn hệ quy chiếu tọa độ;
- Quy chuẩn siêu dữ liệu địa lý;
- Quy chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý;
- Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý;
- Quy chuẩn mã hóa trong trao đổi dữ liệu địa lý.

1.1.5. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong khoa học và thực tiễn
Khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng
dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là "công cụ hỗ trợ quyết định”
(decision - making support tool). Một số lĩnh vực được ứng dụng chủ yếu ở
nhiều nơi trên thế giới là:

14


- Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường:
+ Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại...).
+ Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã.
+ Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông.
+ Bảo tồn tài nguyên đất, nghiên cứu các vấn đề về đất, xây dựng bản đồ
và thống kê chất lượng thổ nhưỡng.
+ Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn và các tác động môi trường.
+ Quản trị sở hữu ruộng đất, quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai.
+ Quản lý chất lượng nước
+ Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh.
- Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội:
+ Quản lý dân số.
+ Quản trị mạng lưới giao thông (thuỷ - bộ).
+ Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục, quản lý đô thị và các công trình công cộng.
+ Điều tra, quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng và có hiệu quả cao trong lĩnh
vực địa chính.
- Nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển:
+ Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã.
+ Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp.
+ Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên.
+ Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, công

nghiệp lớn.
- Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnh
vực ứng dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi. Do vậy, GIS trở thành công cụ
đắc dụng cho việc quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trên
các vùng lãnh thổ. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp
và phát triển nông thôn:

15


+ Thổ nhưỡng: Xây dựng các bản đồ đất, bản đồ nông hóa thổ nhưỡng,
bản đồ đất thích hợp…, đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhưỡng.
+ Trồng trọt: Xác định khả năng thích nghi của các loại cây trồng, sự thay
đổi của việc sử dụng đất, xây dựng các đề xuất về sử dụng đất, khả năng bền
vững của sản xuất nông nghiệp cũng như Nông - Lâm kết hợp, theo dõi mạng
lưới khuyến nông, khảo sát nghiên cứu dịch - bệnh cây trồng (côn trùng và cỏ
dại), suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật.
+ Quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu: Xác định hệ thống tưới tiêu, lập thời
biểu tưới nước, tính toán sự xói mòn/bồi lắng trong hồ chứa nước, nghiên cứu
đánh giá ngập lũ.
+ Kinh tế nông nghiệp: Điều tra dân số/nông hộ, thống kê, khảo sát kỹ
thuật canh tác, xu thế thị trường của cây trồng, nguồn nông sản hàng hoá.
+ Phân tích khí hậu: Hạn hán, lũ lụt và các yếu tố thời tiết, thống kê.
+ Mô hình hoá nông nghiệp: Ước lượng, tiên đoán năng suất cây trồng,
chăn nuôi gia súc, gia cầm, thống kê, xác định vùng phân bố, khảo sát và theo
dõi diễn biến, dự báo dịch bệnh.
1.2. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ
liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng
sinh học trên nền địa lý tỷ lệ 1/25.000
1.2.1. Các giải pháp công nghệ GIS

GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian
(bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và
quản lý các hoạt động theo lãnh thổ.
Bảng 1. Phương pháp thể hiện dữ liệu địa lý theo truyền thống
(bản đồ giấy) và GIS
Bản đồ giấy

GIS

16


Có hai chức năng lưu trữ và hiển thị
dữ liệu;

Lưu trữ và hiển thị thông tin hoàn
toàn tách biệt;

Tỉ lệ và mức độ chi tiết hiển thị trên
bản đồ;

Thông tin có thể được hiển thị ở các
tỉ lệ khác nhau;

Thỏa hiệp giữa yêu cầu thông tin và
giới hạn vật lý của bản đồ giấy;

Một loại thông tin có thể được hiển
thị dưới nhiều loại bản đồ khác
nhau.

Bản chất động của thông tin và giới
hạn của bản đồ giấy.

Hai cải tiến quan trọng nhất của GIS
là dữ liệu luôn mang tính hiện hành
và khả năng tích hợp các nguồn dữ
liệu một cách hiệu quả.

Việc bảo vệ tài nguyên môi trường phục vụ cho sự phát triển bền vững
đòi hỏi tổng hợp, phân tích một lượng thông tin lớn, đa dạng và toàn diện.
Nếu không khai thác, phát triển và sử dụng công nghệ mới, thì tổng hợp và
phân tích số liệu gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí có những bài toán thực tế
không thể giải được bằng phương pháp truyền thống. Một nhiệm vụ thực tế
hết sức có ý nghĩa là tiến hành chồng xếp và phân tích bản đồ kết hợp, đối
sánh các tờ bản đồ khác nhau với các chuyên đề, tỷ lệ và thời gian khác nhau.
GIS tiến hành những nhiệm vụ cụ thể sau:
- Truy nhập và lưu trữ thông tin từ nhiều nguồn, nhiều dạng, nhiều kích
cỡ, tỷ lệ, thời gian khác nhau vào một cơ sở toán học.
- Thực hiện sắp xếp lại hàng loạt thông tin trong một cơ sở toán học
thống nhất nhằm phục vụ cho công tác tìm kiếm, phân tích.
- Phân tích đánh giá tổng hợp thông tin theo các mô hình cụ thể, các bài
toán địa lí được đặt ra cho mục đích quy hoạch.
- Tổng hợp toàn bộ các dữ liệu dẫn xuất, các thử nghiệm thống kê để
đưa ra kết quả bài toán.
- Trình bày kết quả dưới dạng dễ dàng tiếp cận và sử dụng.
Bảng 2. Một số chức năng thường dùng trong GIS

17

Chức năng
1. Số hoá bản đồ các loại

2. Liên kết với cơ sở dữ liệu
3. Thay đổi tỷ lệ, hệ qui chiếu
4. Thêm bớt dữ liệu
5. Biểu diễn và hiển thị lại số liệu,
rà xét và hỏi đáp
6. Biến dạng hoặc chuyển đổi
7. Gây hoạt tính cho các đơn vị
bản đồ
8. Phân loại, ghép nối bản đồ

Ý nghĩa
Bản đồ được biểu diễn dưới dạng tập hợp
của các đường, điểm, diện và các kí hiệu
khác nhau
Biểu thị các tính năng chuyên đề của bản đồ
Cho phép nhập vào máy mọi loại bản đồ
Làm mới cơ sở dữ liệu
Bản đồ được biểu diễn cùng các tính năng
chuyên đề
Thay đổi tỷ lệ từng phần hoặc toàn phần
Các đường, điểm và diện có thể hoạt động
thể hiện trạng thái động của đối tượng
Mô hình hoá cơ sở dữ liệu theo yêu cầu,
mục đích nghiên cứu
Xác định mối liên quan giữa các bản đồ
với nhau bằng cách sử dụng các hàm toán

học hoặc hàm logic

9. Chồng xếp bản đồ theo các
nguyên tắc: - Logic hoá
- Ma trận
- Chỉ số hóa
- Mô hình không gian
10. Khả năng tiệm cận tới các
Phân vị bản đồ theo các phần tử nhỏ nhất
đường, điểm, hoặc vùng ranh giới
trên bản đồ
11. Phân tích về vùng được nghiên Thể hiện các dạng bản đồ dẫn xuất từ quá
cứu
trình phân tích
* Các ưu điểm của Hệ thống quản trị dữ liệu (DBMS):
- Cập nhập và thống nhất các dữ liệu rời rạc trong một mô hình chung,
giảm dần và loại trừ tính chất tản mạn của thông tin.
- Thường xuyên làm mới dữ liệu một cách thuận tiện, dễ dàng tổng hợp
và tăng cường chất lượng của chúng.
- Dễ dàng lập trình để điều khiển và trình bày dữ liệu một cách tự động.
- Khắc phục được tình trạng lộn xộn thiếu nhất quán trong các tệp dữ
liệu do mọi dữ liệu phải đưa về một mô hình, nguyên tắc và một chuẩn chung.
- Giảm giá thành phát triển phần mềm và hướng dẫn, đào tạo sử dụng.

18