Ứng dụng công nghệ gis phục vụ công tác quản lý đất đai khu vực thành phố hồ chính minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ THU HẰNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS PHỤC VỤ
CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI KHU VỰC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ THU HẰNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS PHỤC VỤ
CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI KHU VỰC
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PSG.TS Nguyễn Trƣờng Xuân

HÀ NỘI - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 06 tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn

Trần Thị Thu Hằng


MỤC LỤC

Trang
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
Danh mục ký hiệu, viết tắt
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

4

1.1. Khái niệm về hệ thông tin địa lý

4

1.2. Các thành phần của hệ thông tin địa lý

5

1.2.1. Hệ thống các thiết bị phần cứng

6

1.2.2. Phần mềm

6

1.2.3. Dữ liệu địa lý

7

1.2.4. Con người

8

1.2.5. Chính sách và quản lý

9

1.3. Chức năng của GIS

9

1.3.1. Thu thập dữ liệu

10

1.3.2. Lưu trữ và truy cập dữ liệu

12

1.3.3. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu khơng gian

14


CHƢƠNG 2
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN

20

LÝ ĐẤT ĐAI
2.1. Thực trạng công tác quản lý đất đai trên toàn quốc

20

2.1.1. Tổ chức bộ máy nhà nước về đất đai

20

2.1.2. Nội dung quản lý nhà nước về đất đai

21

2.1.3. Nhận xét chung về công tác quản lý đất đai

30

2.2. Ứng dụng công nghệ GIS phục vụ công tác quản lý đất đai

32

2.2.1. Mơ hình hệ thống thơng tin đất đai

32

2.2.2. Một số ứng dụng của GIS trong công tác quản lý đất đai

32

CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS PHỤC VỤ
CÔNG TÁC CẤP GIẤY CHỨNG NHẬN QUYỀN SỬ DỤNG
ĐẤT, QUYỀN SỞ HỮU NHÀ Ở VÀ TÀI SẢN KHÁC GẮN

42

LIỀN VỚI ĐẤT KHU VỰC QUẬN 6, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực quận 6, thành phố

Hồ Chí Minh

42

3.1.1. Điều kiện tự nhiên

42

3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội

44

3.2. Ứng dụng công nghệ GIS phục vụ công tác cấp giấy chứng
nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản khác gắn
liền với đất khu vực quận 6, thành phố Hồ Chí Minh

47


3.2.1. Thu thập dữ liệu

47

3.2.2. Giải pháp ứng dụng công nghệ GIS phục vụ công tác cấp
giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản

48

khác gắn liền với đất tại quận 6
3.2.3. Lựa chọn phần mềm quản lý LIS phục vụ công tác quản lý

đất đai, cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất
3.2.4. Ứng dụng GIS quản lý thông tin đất đai bằng phần mềm
VILIS 2.0

58

59

3.3. Kết quả nghiên cứu đề tài

73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

79


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1

Cấu trúc của GIS

5

Hình 1.2

Các thiết bị phần cứng của GIS

6

Hình 1.3

Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS

10

Hình 1.4

Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ

16

Hình 2.1

Mơ hình hệ thống thơng tin đất đai

32

Hình 2.2

Các lớp dữ liệu nền và chuyên ngành

38

Hình 2.3

Sơ đồ tính thuế đất ở đơ thị

40

Hình 2.4

Bản đồ đơn giá thửa đất

41

Hình 3.1

Sơ đồ vị trí địa lý quận 6

42

Hình 3.2

Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu LIS

49

Hình 3.3

Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu khơng gian

50

Hình 3.4

Quy trình chuyển đổi dữ liệu vào phần mềm VILIS 2.0

51

Hình 3.5

Kiểm tra dữ liệu trƣớc khi chuyển

52

Hình 3.6

Kết nối tới cơ sở dữ liệu SDE

53

Hình 3.7

Khởi tạo cơ sở dữ liệu bản đồ

53

Hình 3.8

Cấu trúc dữ liệu sau khi khởi tạo

54

Hình 3.9

Chuyển đổi dữ liệu vào CSDL

54

Hình 3.10

Thiết lập cấu trúc file chuyển đổi dữ liệu

55

Hình 3.11

Chuyển bản đồ hiện trạng sử dụng đất vào CSDL

56

Hình 3.12

Dữ liệu khơng gian sau khi đƣợc chuyển đổi vào phần

59


mềm VILIS 2.0
Hình 3.13

Giao diện trích lục hồ sơ kỹ thuật thửa đất

60

Hình 3.14

Lấy hồ sơ kỹ thuật từ khn dạng CAD

61

Hình 3.15

Lấy hồ sơ kỹ thuật từ khn dạng DGN

62

Hình 3.16

Thực hiện tách thửa bằng phần mềm VILIS 2.0

63

Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19

Hình 3.20

Thực hiện tách thửa bằng phần mềm MICROSTATION
SE, FAMIS 2010
Thực hiện gộp thửa bằng phần mềm VILIS 2.0
Thực hiện gộp thửa bằng phần mềm MICROSTATION
SE, FAMIS 2010

Thực hiện chỉnh lý ranh thửa bằng phần mềm
MICROSTATION SE, FAMIS 2010

64
65
66

67

Hình 3.21

Chỉnh sửa thơng tin thuộc tính của thửa đất

68

Hình 3.22

Kiểm tra thông tin cấp giấy chứng nhận của thửa đất

69

Hình 3.23

Chồng xếp quy hoạch xây dựng

70

Hình 3.24

Bài tốn truy vấn trong cơ sở dữ liệu

71

Hình 3.25

Đồng bộ thơng tin giữa hồ sơ và bản đồ

72


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1

Đặc tính đồ họa và cấu trúc CSDL

DANH MỤC KÝ KIỆU, VIẾT TẮT

CSDL
GCNQSDĐ

Cơ sở dữ liệu
Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất

GIS

Hệ thông tin địa lý

LIS

Hệ thống thơng tin đất đai

TP. Hồ Chí Minh

thành phố Hồ Chí Minh

39


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá mà thiên nhiên đã ban tặng cho
con ngƣời. Việc quản lý và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên này sẽ đem
lại nhiều giá trị kinh tế cho đất nƣớc. Trong sự phát triển nhanh của nền kinh
tế cũng nhƣ sự phát triển mạnh mẽ của q trình đơ thị hóa thì đất đai ngày
càng giá trị và quản lý đất đai lại càng trở nên quan trọng.
Hiện nay ở nƣớc ta, đất đai thƣờng xuyên có sự biến động lớn, do đó
việc cập nhật, chỉnh lý những thông tin biến động về đất đai một cách kịp
thời, chính xác là rất cần thiết. Tuy nhiên thực tế cho thấy công tác quản lý
thông tin, tƣ liệu về đất đai bằng phƣơng pháp truyền thống dựa trên hồ sơ,
sổ sách và bản đồ giấy mà tại các xã, phƣờng đang thực hiện khó đáp ứng
đƣợc nhu cầu cập nhật, tra cứu, khai thác các thông tin về đất đai.
Ứng dụng hệ thông tin địa lý (GIS) là một trong những công cụ đƣợc
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trên thế giới. Quản lý tài nguyên thiên
nhiên là một lĩnh vực có nhiều ứng dụng từ GIS, đặc biệt là hỗ trợ quy hoạch,
chồng ghép bản đồ, quản lý thông tin tài nguyên… Việc thành lập cơ sở dữ
liệu dựa trên công nghệ GIS có ƣu điểm là chức năng quản lý thơng tin
khơng gian và thuộc tính gắn liền với nhau. Bên cạnh đó thơng tin đƣợc

chuẩn hóa, các cơng cụ tìm kiếm, phân tích thơng tin phục vụ rất hữu ích
trong công tác quản lý đất đai mà thực hiện theo phƣơng pháp truyền thống
khó có thể thực hiện đƣợc.
Thành phố Hồ Chí Minh là đơ thị lớn ở nƣớc ta, công tác quản lý đất
đai của thành phố vô cùng phức tạp và khó khăn nếu chúng ta khơng ứng
dụng cơng nghệ hệ thơng tin địa lý. Vì vậy đề tài luận văn “Ứng dụng công


2

nghệ GIS phục vụ công tác quản lý đất đai khu vực thành phố Hồ Chí
Minh” là cần thiết và đi đúng hƣớng phát triển của khoa học công nghệ.
2. Mục tiêu của đề tài
Xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu (CSDL) phục vụ một số nội dung quản lý
nhà nƣớc về đất đai tại khu vực quận 6, thành phố Hồ Chí Minh nhằm phục
vụ cơng tác cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và
tài sản khác gắn liền với đất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí, đề tài chỉ giới hạn tập trung
nghiên cứu về ứng dụng công nghệ GIS phục vụ công tác cấp giấy chứng
nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản khác gắn liền với đất
khu vực quận 6, thành phố Hồ Chí Minh.
Tác giả sử dụng phần mềm MICROSTAION SE, FAMIS 2010, bộ
công cụ phần mềm VILIS 2.0 và một số phần mềm khác phục vụ công tác
nghiên cứu đề tài.
4. Nội dung nghiên cứu
Để giải quyết mục tiêu đặt ra của đề tài, một số nội dung sau cần đƣợc
nghiên cứu:
- Hiện trạng công tác quản lý nhà nƣớc về đất đai.
- Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý đất đai.

- Tiến hành thực nghiệm ứng dụng công nghệ GIS phục công tác cấp
giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản khác gắn
liền với đất khu vực quận 6, thành phố Hồ Chí Minh.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để giải quyết vấn đề nêu trên, đề tài sử dụng các phƣơng pháp nghiên
cứu sau:
- Phương pháp thống kê: Thống kê các tài liệu đã thu thập đƣợc trong
quá trình nghiên cứu.


3

- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu sẵn có tại vùng
nghiên cứu bao gồm các loại bản đồ và tài liệu về đất đai, tiến hành điều tra
khảo sát để cập nhật, chỉnh lý những biến động liên quan đến thửa đất.
- Phương pháp xử lý số liệu: Dữ liệu về đất đai đƣợc nhập, bổ sung,
chỉnh lý, chuẩn hóa bằng các phần mềm FAMIS 2010, Microstation SE. Sau
khi nhập dữ liệu, thực hiện quản lý thông tin về thửa đất và chủ sử dụng trên
phần mềm VILIS 2.0.
- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến góp ý của giáo viên hƣớng dẫn,
các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần xây dựng
cơ sở khoa học ứng dụng hệ thông tin địa lý phục vụ công tác quản lý đất đai
nói chung, cơng tác cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất và sở hữu tài sản
gắn liền với đất nói riêng.
- Ý nghĩa thực tiễn: Đề xuất phƣơng pháp quản lý đất đai áp dụng công
nghệ hệ thông tin địa lý.
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm: Phần mở đầu, 3 chƣơng, phần kết luận và kiến nghị, tài

liệu tham khảo đƣợc trình bày trong 79 trang với 36 hình và 01 bảng biểu.
Trong q trình thực hiện đề tài, tơi xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn
nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Xn, ngƣời hƣớng dẫn
trực tiếp để tơi hồn thành luận văn này, cùng tồn thể các thầy cơ và các bạn
đồng nghiệp đã giúp tơi hồn thành luận văn.


4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1. Khái niệm về hệ thông tin địa lý
Theo xu thế phát triển của khoa học và công nghệ hiện nay, khái niệm
về hệ thơng tin địa lý cũng đƣợc nhìn nhận ngày càng hiện đại, do đó vai trị
của nó ngày càng rộng hơn. Thông tin địa lý là mô tả mơi trƣờng địa lý về vị
trí, kích thƣớc, thuộc tính, quan hệ khơng gian, thời gian… của đối tƣợng,
hiện tƣợng và sự kiện nghiên cứu trong một hệ quy chuẩn nào đó.
GIS viết tắt của cụm từ Geographic Information Systems. Có nhiều
định nghĩa về GIS:
GIS là cơng cụ trên cơ sở máy tính để lập bản đồ và phân tích những
hiện tƣợng đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất. (Environmental
System Research Institute ESRI - Mỹ)
GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục đƣợc thiết kế
nhằm thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mơ hình hóa và hiển thị các dữ liệu
quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch.
(National Center for Geography Information and Analysis NCGIA - Mỹ).
GIS là một tập hợp các nguyên lý, phƣơng pháp, dụng cụ và dữ liệu
quy chiếu không gian đƣợc sử dụng để nhập, lƣu trữ, chuyển đổi, phân tích,
lập mơ hình, mơ phỏng và lập bản đồ các hiện tƣợng, sự kiện trên trái đất,
nhằm sản sinh các thông tin thiết thực hổ trợ cho việc ra quyết định.
(Thériault - Canada) …

Một cách tổng quát, GIS thực hiện việc thu thập, quản lý, thao tác và
phân tích dữ liệu địa lý cùng với việc trình bày kết quả dƣới hình thức bản đồ
và báo cáo.


5

Trong nghĩa hẹp, GIS là một tập công cụ phần cứng phần mềm đƣợc sử
dụng để quản lý và thao tác dữ liệu khơng gian và các thuộc tính liên quan
tƣơng ứng.
GIS đã có từ lâu, nhƣng mới phát triển nhanh (tốc độ xử lý) và mạnh
(các phân tích phức tạp) theo sự phát triển của ngành công nghệ thông tin.
GIS đang đƣợc giảng dạy tại các cấp học trên thế giới, đƣợc ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực.
1.2. Các thành phần của hệ thơng tin địa lý

Hình 1.1. Cấu trúc của GIS
Thông thƣờng GIS bao gồm 5 thành phần cơ bản sau:
- Hệ thống các thiết bị phần cứng (Hardware);
- Phần mềm (Solfware);
- Dữ liệu địa lý (Geographic data);
- Chuyên viên (Expertise);
- Chính sách và hình thức quản lý (Policy and Management).


6

1.2.1. Hệ thống các thiết bị phần cứng
Phần cứng của GIS bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ (plotter),
máy in (printer), bàn số hóa (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các

phƣơng tiện lƣu trữ số liệu (floppy diskettes, sptical cartridges, CDROM…)

Hình 1.2. Các thiết bị phần cứng của GIS
Đơn vị xử lý trung tâm đƣợc kết nối với đơn vị lƣu trữ gồm ổ đĩa CD,
DVD để lƣu trữ dữ liệu và chƣơng trình. Bàn số hóa với các thiết bị tƣơng tự
khác đƣợc sử dụng cho chuyển đổi dữ liệu sang dạng số và gửi vào máy tính.
Các thiết bị khác dùng để hiển thị các kết quả phân tích dữ liệu. Việc kết nối
truyền thơng các máy tính đƣợc thực hiện thơng qua hệ thống mạng với các
đƣờng dữ liệu đặc biệt. Thiết bị hình là thiết bị giao tiếp hiển thị nhƣ màn
hình, thơng qua đó ngƣời sử dụng điều khiển máy tính.
1.2.2. Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý trong GIS yêu cầu phải có hai (02) chức
năng cơ bản: tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Ngoài ra, các hệ
phần mềm GIS nói chung cịn có khả năng khác nhƣ kết xuất, trao đổi và hiển
thị thông tin. Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện đại thƣờng tìm cách rút ngắn


7

khoảng cách giữa các hệ phần mềm nhằm đạt đến khả năng dùng chung
nguồn cơ sở dữ liệu.
- Tự động hóa bản đồ: Bản đồ học là mơn khoa học hàm chứa tính mỹ
thuật, trình độ khoa học cơng nghệ và khả năng ứng dụng. Do đó, các phần
mềm bản đồ số biểu diễn các mối quan hệ không gian từ thế giới thực theo
một quy luật toán học xác định với những ký hiệu đƣợc quy ƣớc thông qua kỹ
thuật số (mã hóa). Từ đó, GIS cho phép tự động giải các bài toán trên bản đồ,
nối mạng tra cứu, biên tập, phân tích và mơ phỏng hiển thị.
- Quản lý cơ sở dữ liệu: GIS phải có khả năng điều khiển, xử lý các
dạng khác nhau của dữ liệu địa lý, đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối
lƣợng lớn dữ liệu một cách trật tự, rõ ràng. Một yếu tố rất quan trọng của

phần mềm GIS là có khả năng liên kết hệ thống giữa tự động hóa bản đồ với
quản lý hệ cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mô tả của một đối tƣợng bất kỳ, liên hệ
một cách hệ thống với vị trí địa lý của chúng. Sự liên kết đó là một ƣu thế nổi
bật của các phần mềm GIS.
1.2.3. Dữ liệu địa lý
Là thành phần quan trọng nhất trong GIS. Dữ liệu đƣợc sử dụng trong
GIS đƣợc thiết kế theo những nguyên tắc và cấu trúc đã đƣợc xác định từ
trƣớc gọi là CSDL (database). Dữ liệu địa lý bao gồm dữ liệu không gian để
mô tả đặc trƣng không gian và dữ liệu thuộc tính phản ánh bản chất của đối
tƣợng địa lý. Dữ liệu không gian đƣợc thể hiện bằng các cơng cụ đồ họa của
máy tính, dữ liệu thuộc tính đƣợc thể hiện bằng các chữ, số … Những thơng
tin địa lý đó phải bao gồm các dữ liệu về vị trí địa lý, hình dạng, kích thƣớc,
thuộc tính, mối liên hệ khơng gian và thời gian của các thơng tin.
Dữ liệu cũng có thể phân loại theo tính chất của các lớp đối tƣợng địa
lý: các dữ liệu dùng làm cơ sở để thể hiện các dữ liệu chuyên đề riêng đƣợc


8

gọi là các lớp dữ liệu nền cơ sở địa lý, các lớp chuyên đề riêng (giáo dục, y tế,
sử dụng đất…). Đối với từng mục đích khác nhau của GIS, có thể có sự phân
chia khác nhau giữa hai (02) nhóm dữ liệu này:
Các dữ liệu đƣợc thu thập từ các nguồn khác nhau:
- Các tài liệu, số liệu đƣợc thu thập ngoài thực địa.
- Các tài liệu, số liệu đƣợc thu thập từ phƣơng pháp thống kê.
- Các tài liệu, số liệu đƣợc thu thập từ phƣơng pháp viễn thám.
- Các tài liệu, số liệu đƣợc thu thập từ các hệ thông tin địa lý khác.
1.2.4. Con người
Con ngƣời là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các thao
tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS.

Ngƣời dùng GIS là những ngƣời sử dụng các phần mềm GIS để giải
quyết các bài tốn khơng gian theo mục đích của họ. Họ thƣờng là những
ngƣời đƣợc đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
Ngƣời xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ đƣợc lấy từ nhiều nguồn
khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu.
Ngƣời xuất bản: sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dƣới
nhiều định dạng xuất khác nhau.
Ngƣời phân tích: giải quyết các vấn đề nhƣ tìm kiếm, xác định vị trí…
Ngƣời xây dựng dữ liệu: là những ngƣời chuyên nhập dữ liệu bản đồ
bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập
CSDL…
Ngƣời quản trị CSDL: quản lý cơ sở dữ liệu GIS và đảm bảo hệ thống
vận hành tốt.
Ngƣời thiết kế CSDL: xây dựng các mơ hình dữ liệu lơgic và vật lý.


9

Ngƣời phát triển: xây dựng hoặc cải tiến các phần mềm GIS để đáp ứng
các nhu cầu cụ thể.
1.2.5. Chính sách và quản lý
Đây là một phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ
thống, là yếu tố quyết định sự thành công của công nghệ GIS. Hệ thống GIS
cần đƣợc điều hành bởi một bộ phận quản lý để tổ chức hoạt động hệ thống
GIS một cách có hiệu quả để phục vụ ngƣời sử dụng thông tin. Để hoạt động
thành công, hệ thống GIS phải nằm trong một khung tổ chức thích hợp. GIS
đƣợc vận hành bởi các nhân viên báo cáo với quản lý. Ban quản lý đó đƣợc
trao sứ mệnh khai thác cơ sở dữ liệu GIS theo cách thức phục vụ cộng đồng
ngƣời dùng nào đó trong phạm vi một ngành nghề, doanh nghiệp hay một cơ
quan chính phủ. Cuối cùng mục đích của GIS là giúp ngƣời dùng thực hiện

các mục tiêu của cơ quan họ.
Qua quá trình ứng dụng và phát triển nhanh chóng, đến nay phần lớn
các nhà chuyên môn đã đi đến thống nhất khái niệm về GIS nhƣ là một hệ
thống kết hợp giữa con ngƣời và hệ thống máy tính, các thiết bị ngoại vi để
thu thập, lƣu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thơng tin địa lý nhằm đạt đƣợc
một mục đích nghiên cứu nhất định.
1.3. Chức năng của hệ thông tin địa lý
Một hệ GIS phải đảm bảo đƣợc 6 chức năng cơ bản sau:
- Thu thập dữ liệu (Capture): Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có
thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…
- Lƣu trữ (Store): Dữ liệu có thể đƣợc lƣu dƣới dạng vector hay raster.
- Truy vấn (Query): Ngƣời dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa hiển
thị trên bản đồ.


10

- Phân tích (Analyze): Đây là chức năng hỗ trợ việc ra quyết định của
ngƣời dùng. Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay
đổi.
- Hiển thị(Display): Hiển thị bản đồ.
- Xuất dữ liệu (Output): Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dƣới nhiều
định dạng: giấy in, Web, ảnh, file…

Hình 1.3. Quan hệ giữa các nhóm chức năng của GIS
1.3.1 Thu thập dữ liệu
Thu thập dữ liệu là quá trình thu nhận dữ liệu theo khuôn mẫu đƣợc áp
dụng cho GIS. Mức độ đơn giản nhất của thu thập dữ liệu là chuyển đổi
khn dạng mẫu có sẵn từ bên ngồi. Trong trƣờng hợp này, GIS phải có các
tiện ích để hiểu đƣợc các khuôn dạng mẫu dữ liệu chuẩn khác nhau để trao

đổi. GIS cịn phải có khả năng nhập các ảnh bản đồ. Trong thực tế, nhiều kỹ


11

thuật trắc địa đƣợc áp dụng để thu thập dữ liệu thô, bao gồm thu thập dữ liệu
về bề mặt trái đất nhƣ địa hình, địa chất học và thảm thực vật nhờ trắc địa đo
đạc hay ảnh chụp từ vệ tinh, máy bay. Các dữ liệu nhƣ kinh tế - xã hội thu
thập từ điều tra phỏng vấn hay chuyển đổi từ các bài tƣ liệu viết. Bản đồ vẽ
bằng tay trên giấy phải đƣợc số hoá sang dạng raster. Việc sử dụng ảnh vệ
tinh hay ảnh chụp từ máy bay đƣợc xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi
nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình.
Đa số nguồn gốc thơng tin khơng gian là các bản đồ in hay bản đồ dƣới
khuôn mẫu tƣơng tự. Để các dữ liệu này đƣợc sử dụng trong GIS thì chúng
cần đƣợc số hố. Ở mức thủ cơng thì chỉ có thể số hố các đặc trƣng bản đồ
và nhập thuộc tính mơ tả các đặc trƣng đó. Cịn ở mức tự động hố cao hơn là
số hoá bản đồ bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ. Đầu ra
của máy quét là ma trận của các giá trị điểm ảnh 2D, có thể đƣợc sử dụng cho
cơng việc vector hố để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi
để có đƣợc dữ liệu phù hợp.
Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là
nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS.
Quá trình thu thập dữ liệu ln gắn liền với q trình xử lý dữ liệu. Chúng ta
có ba mơ hình quan niệm của thơng tin khơng gian là: mơ hình hƣớng đối
tƣợng, mạng và bề mặt. Q trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác
nhau địi hỏi dữ liệu phải đƣợc biểu diễn và tổ chức cho phù hợp. Vì vậy cần
cung cấp phƣơng tiện cho ngƣời sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để
thích nghi với các yêu cầu khác nhau. Điều này đòi hỏi cần phải có các chức
năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng
quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục toạ độ khác nhau và biến đổi các

phép chiếu bản đồ. Các thao tác này đƣợc xem là tiền phân tích khơng gian.


12

Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng
GIS.
Một số cơng cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mơ hình
dữ liệu raster, do đó nó địi hỏi q trình biến đổi mơ hình dữ liệu vector sang
dữ liệu raster, q trình này đƣợc gọi là raster hố. Một số cơng cụ phân tích
khác lại làm việc chủ yếu với mơ hình vector, nên địi hỏi q trình biến đổi
ngƣợc từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hố. Raster hố là q trình
phân tích đƣờng (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel). Ngƣợc
lại, vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đƣờng hay
miền. Dữ liệu ban đầu của ta thông thƣờng là dƣới dạng raster nên nếu dữ liệu
khơng có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức tạp.
Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thƣờng nảy sinh là
sử dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tƣợng. Để nhận ra
các khía cạnh khác nhau của hiện tƣợng với mức độ chi tiết khác nhau, cần
phải có tiến trình xấp xỉ hố để biến đổi về cùng một phân lớp.
Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống toạ độ
của chúng đƣợc đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau. Các dữ
liệu này khơng thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biến đổi chúng về
cùng một hệ trục toạ độ.
1.3.2. Lưu trữ và truy cập dữ liệu
Lƣu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập CSDL không gian (đồ họa, bản
đồ). Nội dung của CSDL này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc/và dữ
liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tƣợng tham chiếu khơng gian.
Thơng thƣờng dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tƣợng đƣợc lƣu trong
bảng, chúng chứa khố chính là một chỉ danh duy nhất tƣơng ứng với đối

tƣợng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác. Chỉ danh đối


13

tƣợng không gian duy nhất đƣợc dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và
dữ liệu khơng gian tƣơng ứng. Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả
giá trị khơng gian nhƣ độ dài đƣờng, diện tích vùng mà chúng đã đƣợc dẫn
xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học.
Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thơng thƣờng chứa dữ liệu liên
quan đến lớp hiện tƣợng tự nhiên thay cho các đối tƣợng rời rạc. Việc lựa
chọn mơ hình raster hay mơ hình vector để tổ chức dữ liệu không gian đƣợc
thực hiện khi thu thập dữ liệu vì mỗi mơ hình tƣơng ứng với các tiếp cận khác
nhau. Thông thƣờng cơ sở dữ liệu GIS cho khả năng quản trị cả hai mơ hình
khơng gian nói trên, khi xây dựng CSDL khơng gian thì nhất thiết phải liên
kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tƣợng tƣơng ứng.
Theo thuật ngữ của hệ quản trị CSDL thì các mơ hình vector và raster
đƣợc xem nhƣ những thí dụ của mơ hình quan niệm. Chúng mơ tả các quan
niệm liên quan đến ứng dụng thế giới thực đƣợc biểu diễn trong CSDL. Các
mơ hình quan niệm đƣợc mô tả theo nhiều cấp bậc trừu tƣợng, trong đó các
mơ hình vector và raster là ở mức trừu tƣợng thấp nhất. Chúng gần với biểu
diễn dữ liệu máy tính hơn các mơ hình trên cơ sở dữ liệu đối tƣợng, mạng và
bề mặt. Ngày nay, công nghệ CSDL truyền thống khơng cịn thích hợp với
việc quản lý dữ liệu địa lý. Một số hệ GIS đƣợc sử dụng rộng rãi đã xây dựng
CSDL trên cơ sở tổ hợp mơ hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học và
lựợc đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lƣu trữ, xử lý dữ liệu không gian. Một
vài GIS khác đã lợi dụng các phƣơng tiện của lƣợc đồ lƣu trữ CSDL quan hệ
để quản lý cả hai loại dữ liệu hình học và phi hình học.
Phƣơng tiện truy nhập trong cơ sở dữ liệu GIS bao gồm cả phƣơng tiện
có sẵn của CSDL quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để

tìm thơng tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc
tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ tọa độ nào đó và theo các quan hệ khơng


14

gian. Do nhu cầu khai thác thông tin trên CSDL không gian thƣờng bao gồm
phƣơng pháp chỉ số không gian đặc biệt. Câu hỏi khơng gian thƣờng là tìm ra
đối tƣợng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ
liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ khơng gian đƣợc xem nhƣ là nền tảng của
thâm nhập cơ sở dữ liệu GIS.
1.3.3 Tìm kiếm và phân tích dữ liệu khơng gian
Có rất nhiều các phƣơng pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không
gian, các phƣơng pháp khác nhau thƣờng tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau.
Sau đây là một số phƣơng pháp đƣợc dùng phổ biến nhất:
1. Tìm kiếm dữ liệu trong vùng khơng gian (Buffer)
Buffer hay cịn gọi là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không
gian giữa các đối tƣợng. Các quan hệ này thông thƣờng nói lên vị trí tƣơng
đối của đối tƣợng này với đối tƣợng kia. Phƣơng pháp buffer đƣợc chia làm
nhiều loại (phép tốn) khác nhau, nhƣng cách thức xử lý thì luôn tuân theo
các bƣớc cơ bản sau đây:
- Chọn ra một hay nhiều đối tƣợng trên bản đồ, gọi là các đối tƣợng
gốc.
- Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tƣợng khác mà có
quan hệ đặc biệt với các đối tƣợng gốc.
- Hiển thị tập đối tƣợng tìm thấy cả trên dữ liệu khơng gian và thuộc
tính.
Một số phép tốn buffer thơng dụng:
Tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác. Phép toán này
xác định quan hệ “bao kín” giữa các đối tƣợng không gian. Đƣờng thẳng bao

gồm nhiều điểm, một đa giác (polygon) có thể bao gồm nhiều đƣờng thẳng
hoặc gồm các đa giác con khác.


15

Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác. Phép tốn này xác định các
đối tƣợng có giao điểm hay nằm chồng lên các đối tƣợng khác. Hai đa giác
giao nhau nếu chúng có một miền chung. Hai đƣờng thẳng cắt nhau nếu
chúng có một điểm chung. Một đƣờng thẳng giao với một đa giác khi nó nằm
một phần hay tồn bộ trong đa giác.
Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác. Đây là kiểu tìm kiếm
trong đó các đối tƣợng có chung đƣờng bao (biên). Quan hệ này chỉ áp dụng
cho đƣờng thẳng hoặc đa giác.
Tìm các đối tƣợng nằm bên trong hoặc bên ngoài một khoảng cách xác
định. Kiểu tìm kiếm này đƣợc sử dụng trong việc xác định các đối tƣợng xung
quanh một hay nhiều các điểm mốc. Quá trình thực hiện bao gồm việc tạo ra
một vùng đệm quanh các điểm mốc này và sau đó xác định các đối tƣợng căn
cứ vào vị trí của chúng so với vùng đệm tạo ra.
2. Tìm kiếm theo địa chỉ (Geocoding)
Một đối tƣợng trên bản đồ bao giờ cũng đƣợc biểu diễn bằng một kiểu
dữ liệu đồ họa. Phần đồ họa này có thể thu đƣợc bằng cách số hoá hay quét
ảnh bản đồ. Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể
xác định đƣợc phần đồ họa biểu diễn đối tƣợng hay là vị trí, hình dạng của đối
tƣợng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đƣờng, tên
quận…
Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các
đối tƣợng trên cơ sở mơ tả vị trí của chúng. Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng,
có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS.
Ngƣời ta gọi một geocoding service là q trình chuyển đổi tồn bộ mơ

tả thuộc tính về vị trí sang mơ tả khơng gian.


16

Để tìm đƣợc vị trí thơng qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu
đến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thơng tin về địa chỉ (thuộc tính) và
thơng tin khơng gian (vị trí, hình dạng). Dữ liệu này đƣợc gọi là dữ liệu tham
chiếu. Các geocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham
chiếu khác nhau.
Sau khi đã geocoding dữ liệu tham chiếu (tức là ánh xạ mơ tả thuộc
tính vào mơ tả khơng gian). Ta có thể nhập địa chỉ của đối tƣợng cần tìm. Quy
trình xử lý trải qua các bƣớc sau:
- Chuẩn hoá giá trị địa chỉ vừa nhập vào bằng cách tách nó thành các
thành phần địa chỉ nhỏ.
- Geocoding service sau đó sẽ tìm trong nguồn dữ liệu tham chiếu để
xác định các đối tƣợng có các thành phần địa chỉ tƣơng ứng với dữ liệu nhập
vào. Mỗi kiểu geocoding service sẽ quy định các định dạng của các thành
phần địa chỉ này.
- Tập kết quả trả về sẽ đƣợc gán các trọng số (điểm) để tìm ra kết quả
gần đúng nhất.
- Geocoding service sẽ đánh dấu đối tƣợng vừa đƣợc tìm thấy trên bản
đồ bằng một đối tƣợng đồ họa.

Hình 1.4. Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ