Chương 1: Tổng quan về hệ thông tin địa lý Chương 2: Phát triển phần mềm theo hướng đối tượng Chương 3: Phát triển ứng dụng GIS hỗ trợ quản lý tài nguyên rừng Trong quá trình thực hiện, tuy đã rất cố gắng nhưng với khả năng kinh nghiệm còn hạn chế, bản luận văn tốt nghiệp này chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.
Định nghĩa Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System) được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ những năm cuối của thập niên 70 tại Canada với tên gọi CGIS (Canadian Geographical Information System). Đến nay, nhờ những thành tựu khoa học ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng thông tin trong nhiều lĩnh vực quản lý nên GIS cũng được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trong các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và quản lý các hoạt động kinh tế xã hội. Ở nước ta, trong những năm gần đây, nhiều ngành, nhiều địa phương đã bắt đầu ứng dụng các phần mềm GIS như MapInfo, ArcInfo, Liwis, Wingis… trong các lĩnh vực quản lý Nhà nước, quản lý tài nguyên, môi trường, qui hoạch đất đai, đô thị, qui hoạch phát triển kinh tế xã hội. Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về GIS.
Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trường ESRI của Mỹ định nghĩa “GIS là công cụ dựa trên máy tính để lập bản đồ và phân tích những cái đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên Trái đất”. Định nghĩa của David Cowen, NCGIA, Mỹ: “GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp”. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng… Công nghệ GIS tích hợp các thao tác cơ sở dữ liệu như truy vấn và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh chỉ được cung cấp duy nhất dựa trên các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 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).
Hệ thông tin địa lý được xem là một dạng đặc biệt của hệ thông tin, bao hàm khái niệm dữ liệu không gian và việc liên kết giữa dữ liệu không gian với bản đồ. Dữ liệu không gian có thể là các hình ảnh vệ tinh, hay thậm chí là việc giao dịch trong siêu thị nếu giao dịch có sử dụng mã vùng (zip). Về khía cạnh bản đồ học thì GIS là kết hợp của máy tính trợ giúp việc lập bản đồ và công nghệ cơ sở dữ liệu. GIS có lợi thế hơn so với bản đồ là thực hiện tách biệt hai công việc lưu trữ dữ liệu và biểu diễn dữ liệu.
Do đó, GIS có khả năng quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng một tập dữ liệu. Hệ thông tin địa lý là công cụ tích hợp dữ liệu không gian theo tỷ lệ, thời gian và các khuôn mẫu khác nhau. Người sử dụng thông tin địa lý như các nhà khoa học, giám sát tài nguyên môi trường… đều làm việc theo vùng hay lãnh thổ. Họ quan sát, đo đạc các tham số môi trường, xây dựng các bản đồ biểu diễn một vài đặc tính Trái đất, giám sát sự thay đổi xung quanh theo thời gian và không gian, mô hình hoá các tác động, tiến trình trong môi trường.
Hiệu quả cơ bản của các hoạt động này sẽ được nâng cao nhờ sử dụng hệ thông tin địa lý, một hình thức của hệ thống thông tin.[1] GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau như ngành địa lý, bản đồ, công nghệ viễn thám, ảnh máy bay, bản đồ địa hình, đo đạc, thống kê, khoa học tính toán, toán học… Công nghệ GIS ngày càng được sử dụng rộng rãi. GIS được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: Tìm đường đi, lập kế hoạch lưu thông xe cộ, phát triển giao thông… Giám sát tài nguyên, thiên nhiên, môi trường: Quản lý đất rừng, sông ngòi, dự báo cháy rừng, lũ lụt… TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 Mô hình hoá các hệ sinh thái Phân tích thị trường Điều tra dân số, các dịch vụ công cộng và nhiều ứng dụng khác. Trong các công việc cần quản lý và phân tích dữ liệu không gian: Người thường xuyên phải đi lại: Trạm xăng gần nhất ở đâu? Có cửa hàng ăn uống nào gần khu vực đang làm việc của họ không? Bộ giao thông vận tải: Mạng lưới đường phố có thể mở rộng để giảm thiểu tắc nghẽn giao thông như thế nào? Nông dân: Lập kế hoạch cho việc sử dụng thuốc trừ sâu trong trang trại như thế nào? Các dịch vụ khẩn cấp: Người gọi cần giúp đỡ ở vùng nào? Đường đi tốt nhất đến chỗ đó là gì?.[10] Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Do đó, để lưu trữ được dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm lượng dữ liệu đến mức có thể quản lý được bằng tiến trình trừu tượng hoá hay đơn giản hoá (hình 1.
GIS Trừu tượng hay Phần mềm đơn giản hoá CSDL công cụ Người sử dụng Thế giới thực Kết quả Hình 1. Hệ thông tin địa lý 1. Các thành phần chính của hệ thống GIS Hệ thống GIS bao gồm năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Phần cứng Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. GIS đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hoá, máy vẽ, máy quét ảnh, máy in để vào/ra dữ liệu. Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua thiết bị truyền tin hay mạng cục bộ. Phần mềm Một hệ thống GIS bao gồm nhiều modul phần mềm.
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, xử lý, quản lý, phân tích, tính toán, làm báo cáo và hiển thị thông tin địa lý bằng hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý theo yêu cầu người sử dụng. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System - DBMS) Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý Giao diện đồ hoạ người máy (Graphic User Interfaces - GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng 1. Dữ liệu Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu đồ hoạ và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 16 hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại.
Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu đồ hoạ với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu. Các dữ liệu thu thập để sử dụng trong hệ thông tin địa lý thường là: Dưới dạng số như bản đồ số hoá, CSDL, bảng tính, ảnh vệ tinh,… Các ấn phẩm phi số hoá như bản đồ giấy, ảnh chụp, các bản vẽ khác trên giấy,… Tổng hợp từ các báo cáo khoa học Dữ liệu trắc địa 1. Con ngƣời 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, các chuyên gia về GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS, các nhà lãnh đạo sử dụng hệ thống làm công cụ trợ giúp để hoạch định các chủ trương, kế hoạch trong quản lý và phát triển hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
Phƣơng pháp Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. Các chức năng của hệ thống GIS GIS bao gồm năm loại chức năng: Thu thập dữ liệu, Xử lý sơ bộ dữ liệu, Lưu trữ và truy nhập dữ liệu, Tìm kiếm và phân tích không gian, Hiển thị đồ hoạ và tương tác. Thu thập dữ liệu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 17 Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực (Trắc địa mặt đất, định vị bằng vệ tinh, chụp ảnh bằng máy bay hay vệ tinh) và từ các tài liệu, bản đồ giấy, hoặc có sẵn dưới dạng số. Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp.
Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá. Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá). Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS.
Kết quả ta có tập “dữ liệu thô”, nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống. Tuy nhiên, có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định. Ví dụ, các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ thống đường phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng).