Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS Trong xã hội thông tin, thông tin địa lý giữ một vai trò rất quan trọng. Khi cung cấp bất kỳ thông tin gì hoặc sự kiện gì, nhà cung cấp thông tin cần phải cho biết vật ấy, sự kiện ấy xảy ra ở đâu, khi nào. Đú chớnh là thông tin địa lý (geographic information).
Từ khi ra đời, với tư cách là một công nghệ, GIS (Geographic Information System) đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. GIS đã phát triển từ những ứng dụng trờn cỏc đối tượng liên quan đến đất đai và biến đổi chậm như tài nguyên, môi trường đến các ứng dụng trong các lĩnh vực liên quan đến con người hoặc những đối tượng có tần số biến đổi nhanh như cơ sở kỹ thuật hạ tầng, kinh tế, xã hội. Với những ứng dụng ngày càng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội, từ năm 1992, các nhà khoa học Mỹ đó xỏc lập một nghành khoa học mới, khoa học thông tin địa lý – GIS (Geographic Information Science). GIS đã từng bước hoàn thiện các mô hình biểu diễn các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện và các quan hệ của chúng trong thế giới thực, đồng thời nghiên cứu phát triển các thuật toán lưu trữ, xử lý dữ liệu theo không gian và thời gian.
GIS ra đời từ đầu thập niên 60 ở Canada, và suốt thời gian của hai thập niên 60 và 70, GIS cũng chỉ được một vài cơ quan chính quyền ở khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu. Mãi đến đầu thập niên 80, khi công nghệ sản xuất phần cứng máy tính phát triển mạnh với tính năng cao, giá thành hạ, đồng thời với sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu Sv: Nguyễn Văn Huynh 3 Lớp: Trắc Địa B – K 50 ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS (CSDL) cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin địa lý làm cho công nghệ GIS ngày càng được quan tâm hơn. Sự phát triển của công nghệ máy tính đồng thời với những kết quả của các thuật toán nhận dạng xử lý ảnh, và cơ sở dữ liệu đã tạo điều kiện cho công nghệ thông tin địa lý ngày càng phát triển. Có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của GIS trong việc quản lý, xử lý các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường.
Vì vậy, các phần mềm GIS được phổ biến rất nhanh mặc dù người sử dụng vẫn còn gặp phải một số vấn đề về việc không tương thích với nhau vì chưa có một tiêu chuẩn thống nhất. Và đặc biệt các chương trình giảng dạy cũng càng được phổ biến và chuẩn hoá. Cho đến nay, trên thế giới đã hình thành nhiều cơ quan nghiên cứu GIS với quy mô, hướng tiếp cận và mục tiêu khác nhau: - RRL (Regional Research Laboratory) được thành lập vào tháng 2/1978 ở Anh với bốn trung tâm, được tài trợ của ESRC (Advisory Board for Research Council) và một số trường đại học, tổ chức thương mại. Từ đó, RRL phát triển thành trung tâm nghiên cứu chuyên biệt hướng vào các nội dung quản lý CSDL, phát triển phần mềm và phân tích không gian.
- NCGIA (National Central for Geographic Information and Analysis) thành lập năm 1988 được Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ (US NSF) cấp kinh phí. NCGIA triển khai theo năm hướng nghiên cứu: Phân tích và thống kê không gian; quan hệ giữa không gian và cấu trúc dữ liệu; trí tuệ nhân tạo và các hệ chuyên gia; hiển thị hình ảnh; những đề tài kinh tế, xã hội, văn hoá. Những đề tài của NCGIA mang nặng tính chất hàn lâm, đi sâu vào bản chất kỹ thuật và phương pháp luận. Sv: Nguyễn Văn Huynh 4 Lớp: Trắc Địa B – K 50 ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS - NEXPRI (Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis) được thành lập vào tháng 1 năm 1989 do Ủy ban khoa học quốc gia Hà Lan cấp kinh phí.
NEXPRI có hai trung tâm với bốn hướng nghiên cứu chính là: lý thuyết về phân tích không gian, đánh giá định lượng về đất, sự di chuyển của vật chất và ô nhiễm, phát triển các phương pháp và kỹ thuật GIS. CƠ SỞ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS 1. Định nghĩa GIS GIS đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển hơn một thập niên qua, đây là một dạng ứng dụng công nghệ tin học (Information Technology) nhằm mô tả thế giới thực (Real world) mà loài người đang sống, tìm hiểu, khai thác. Với những tính năng ưu việt, GIS ngày nay đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và quản lý, đặc biệt trong quản lý và quy hoạch sử dụng - khai thác các nguồn tài nguyên một cách bền vững và hợp lý.
Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin đã đưa tin học thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quá trình phát triển khoa học. GIS là một trong những ứng dụng rất có giá trị của công nghệ tin học trong ngành địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đô thị và cảnh báo môi trường. Vậy GIS là gì? Khái niệm GIS được hình thành từ ba khái niệm: • Hệ thống – Công nghệ máy tính và các hạ tầng hỗ trợ khác (System) • Thông tin – Dữ liệu và Thông tin (Information) • Địa lý – Thế giới thực, các thực thể không gian (Geographic ) Sv: Nguyễn Văn Huynh 5 Lớp: Trắc Địa B – K 50 ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS GIS là một kỹ thuật ứng dụng hệ thống vi tính số hoá, xuất hiện trong những năm 1960 cho đến nay công nghệ này được biết đến như là một kỹ thuật toàn cầu. Đã có nhiều định nghĩa về GIS ra đời, dưới đõy là một số định nghĩa của một số tác giả: - GIS là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian (Clarke 1995).
- GIS là một trường hợp đặc biệt của một hệ thống thông tin với CSDL 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 địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp đặc biệt (Dueker 1979). - Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ liệu địa lý là: (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 (Stan Aronoff 1993). - Công nghệ dựa trên máy tính và phương pháp để thu thập, quản lý, phân tích, mô hình và mô tả dữ liệu địa lý cho các ứng dụng khác nhau.
- Một hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu cho mục đích thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian cho mục đích hỗ trợ ra quyết định và nghiên cứu. Những định nghĩa trên cho thấy rằng GIS có những khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc xuất dữ liệu. Trong đó CSDL của hệ thống chứa những dữ liệu của các đối tượng, các hoạt động kinh tế, xã hội, nhân văn, phân bố theo không gian và những sự kiện xảy ra theo tiến trình lịch sử. Sv: Nguyễn Văn Huynh 6 Lớp: Trắc Địa B – K 50 ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS Có thể nói cách khác rằng, GIS là một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm) và các thiết bị ngoại vi có khả năng trả lời các câu hỏi cơ bản Ai? Cái gì? Ở đâu? Khi nào? Như thế nào? Tại sao? khi được xác định trước một hoặc một vài nội dung trong các câu hỏi đó.
Trong đó các câu trả lời Ai? Cái gì? Xác định các đối tượng, các hoạt động, các sự kiện cần khảo sát; Câu trả lời Ở đâu? xác định vị trí của đối tượng, hoạt động hoặc sự kiện; câu trả lời Như thế nào? hoặc Tại sao? Là kết quả phân tích của hệ thông tin địa lý. Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình sau: Phân Quản Xử tích Số lý Số lý mô liệu số liệu SL hình vào liệu ra hóa Hình 1.1: Mô hình công nghệ GIS. - Số liệu vào: được nhập từ các nguồn khác nhau, như chuyển đổi giữa các cách biểu diễn dữ liệu, máy quét, hình ảnh từ vệ tinh, ảnh chụp… - Quản lý số liệu: sau khi số liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì số liệu nhằm đảm bảo: bảo mật số liệu, tích hợp số liệu, lọc và đánh giá số liệu, khả năng duy trì. GIS lưu thông tin thế giới thực thành các tầng số liệu riêng biệt, các tầng này đặt trong cùng một hệ trục toạ độ và chúng có khả năng liên kết với nhau.
- Xử lý số liệu: với các chức năng thao tác trên số liệu được bằng các phần mềm chuyên dụng, GIS tạo ra các sản phẩm là các loại thông tin mà người sử dụng yêu cầu. Đồng thời trợ giúp cho người sử dụng lựa chọn các Sv: Nguyễn Văn Huynh 7 Lớp: Trắc Địa B – K 50 ĐATN: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình tỷ lệ 1:10000 tỉnh Hà Giang bằng phần mềm ArcGIS loại sản phẩm tốt nhất, các quyết định tối ưu. Kết quả của xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ. - Phân tích và mô hình hóa: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một ứng dụng của GIS.
Những yêu cầu tiếp theo là khả năng giải mã và phân tích về mặt định tính và định lượng thông tin đã thu thập. Riêng với khả năng phân tích không gian, GIS còn có khả năng mô hình hóa cỏc dữ liệu địa lý với tập hợp các điều kiện. - Dữ liệu ra: rất đa dạng, có thể là mô hình, mô hình không gian, bản đồ số, các loại bỏo cỏo… Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh 3 chiều.
