Chương 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý Theo David Cowen (1988) thì Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System - GIS) là một hệ thống thông tin gắn kết với địa lý và bao gồm các công cụ phần cứng và phần mềm với chức năng thu thập, lưu trữ, chỉnh sửa, truy cập, phân tích và mô hình hóa phục vụ phân tích các đôi tượng trên bê mặt Trái đât. GIS đưa ra các cài tiên nhăm nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý cũng như ra quyết định. Theo Chang (2019) thì đây cũng là định nghĩa được nhiều người sử dụng.
Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý là sự liên kết giữa các khái niệm về “hệ thống”, “thông tin” và “địa lý”. Khái niệm “hệ thống” đề cập đến cách tiếp cận một cách hệ thống của GIS. Các phần mềm GIS có nhiều module để thực hiện các nội dung như soạn thảo, lưu trữ, chỉnh lý và phân tích dữ liệu. Các module này có sự liên kết chặt chẽ với nhau để giải quyết nhiều công đoạn và được tích hợp thành một hệ thống.
Giao thông Các lớp dữ liệu Ja Nhà ờ ■. Mô phỏng thế giới thực ưong GIS Khái niệm “thông tin” đề cập đến lượng thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu của GIS cũng như các thông tin mà nó tạo ra từ kết quả phân tích dữ liệu. Dữ liệu trong GIS ngoài việc mô tả vị trí địa lý nó còn chứa các thông tin về thuộc tính của các đối tượng, giúp GIS có thể thực hiện các phân tích 11 không gian, phân tích thống kê và phân tích mạng lưới. Các thông tin trong GIS còn đến từ các sản phẩm được tạo ra trong quá trình phân tích mà nó có ích cho công tác quản lý hoặc ra quyết định.
Khái niệm “địa lý” thể hiện các đối tượng trên bề mặt Trái đất mà hệ thống này hướng tới. Xa hơn so với khái niệm địa lý thông thường là mô tả các đôi tượng vê mặt không gian, GIS còn mô tả các đôi tượng cả vê mặt thuộc tính. Lịch sử phát triển của GIS Theo ESRI, kỹ thuật số được áp dụng vào bản đồ có từ giữa những năm 1960, khi Roger Tomlinson lần đầu tiên đặt ra cụm từ "Hệ thống thông tin địa lý" nhiều khái niệm và phương pháp địa lý đã được xây dựng mới. Năm 1960, Hệ thống thông tin địa lý thực sự đầu tiên trên thế giới được phát triển tại Ottawa, Ontario, Canada, bởi Cục Lâm nghiệp và Phát triển Nông thôn liên bang.
Được phát triển bời Tiến sĩ Roger Tomlinson, nó được gọi là Hệ thống thông tin địa lý Canada (CGIS) và được sử dụng để lưu trữ, phân tích và thao tác dữ liệu được thu thập cho Canada Land Inventory. Đây là một nỗ lực trong quản lý đất đai cho vùng nông thôn Canada. Một số kỹ thuật đã được đưa vào phần mềm này như số hóa, quét, đo lường không gian và chồng lớp bản đồ. Với các kỹ thuật này Tomlinson được biết đến như là cha đẻ của GIS.
Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Hoa Kỳ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng Hệ thống thông tin địa lý. Fisher thành lập Phòng thí nghiệm Đồ họa Máy tính và Phân tích Không gian tại đại học Harvard, nơi phát triển một sổ khái niệm lý thuyết quan trọng về xừ lý dữ liệu không gian. Đến những năm 1970, mã nguồn của các phần mềm xử lý không gian đã được phổ biến và được biết đến như SYMAP, GRID và ODYSSEY và được sử dụng ở nhiều trường đại học, trung tâm nghiên cứu và tập đoàn trên toàn thế giới. Các chương trình này góp phần vào phát triển các phần mềm thương mại như Esri ARC/INFO được phát hành vào năm 1983.
Thập niên 80, với nhiều công cụ phân tích không gian được phát triển trong các phần GIS đã cho thấy khả năng ứng dụng cùa GIS trong nhiêu lĩnh vực. Nhu cầu sừ dụng GIS có sự gia tăng rõ rệt trong thập niên này, mà nhất là trong quy hoạch và quàn lý tài nguyên. Đây cũng là thập niên mà các vấn đề về số hóa và định dạng dữ liệu cho GIS được đặc biệt quan tâm. Thập niên 90, với sự phát triển của vệ tinh đã thúc đẩy GIS phát triển mạnh mẽ.
Viễn thám cung cấp cơ sở dữ liệu cho GIS một cách thường xuyên, 12 giúp dữ liệu luôn được cập nhật và giúp nó có thề thực hiện các phép phân tích theo cả không gian lẫn thời gian. Sự kết hợp giữa GIS và viễn thám được thê hiện qua nhiêu trung tâm nghiên cứu vê GIS và viễn thám được thành lập và có nhiều thành tựu khoa học trong lĩnh vực này.1 là liệt kê các sự kiện lịch sử quan trọng trong quá trình phát triển của GIS từ những năm 1960 bao gồm phòng thí nghiệm, phần mềm, mạng, viễn thám, hệ thống định vị và các hoạt động khoa học. Các sự kiện lịch sử quan trọng trong quá trình phát triển của GIS* Năm__________________________Sự kiện______________________ 1960 Không quân Hoa Kỳ phóng thành công vệ tinh CORONA. 1963 Roger Tomlinson bắt đầu phát triển hệ thống thông tin địa lý ở Canada.
1963 Tiến sĩ Edgar Horwood thành lập Liên đoàn Hệ thống Thông tin Khu vực và Đô thị. 1964 Howard Fisher thành lập Phòng thí nghiệm đồ họa máy tính và phân tích không gian Harvard. 1966 Hệ thống s YMAP được phát triển tại Viện Công nghệ Tầy Bắc và hoàn thiện tại Phòng thí nghiêm Harvard. 1967 Mã bản đồ độc lập kép (Dual Independent Cartographic Code, DIME) được phát triển bời Cục điều tra dân số Hoa Kỳ.
1969 Jack và Laura Dangermond thành lập Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trường (ESRI). 1969 Jim Meadlock thành lập Integraph. 1969 Máy quét laze ra đời ở Anh. 1969 Cuốn sách có ảnh hưởng cùa Ian McHarg “Design With Nature” được xuất bản.
1971 Thành lập Hệ thống Thông tin Địa lý Canada (CGIS). 1972 Án phẩm GFIS của IBM. 1972 Phát triển Hệ thống thông tin chung cho quy hoạch. 1972 Vệ tinh Landsat lần đầu tiên được phóng thành công.
1973 Cơ quan Khào sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) phát triển một hệ thông khai thác và phân tích thông tin địa lý 1973 Phát triển Thông tin Địa lý Tự động Maryland (MAGI) 13 1974 Thành lập Đơn vị bản đồ thử nghiệm (ECU) tại Đại học Nghệ thuật Hoàng gia ở London 1974 Hội nghị lập bản đồ tự động đầu tiên được tổ chức tại Reston, Virginia 1976 Minnesota phát triển Hệ thống thông tin quản lý đất đai Minnesota 1977 USGS đã phát triển mô hình dữ liệu không gian biểu đồ đường kỹ thuật so (DLG) 1978 Thành lập ERDAS 1978 Phát triển hệ thống thống kê và chồng ghép bản đồ 1979 Phòng thí nghiệm đồ họa Harvard đã phát triển ODYSSEY GIS 1981 Phát hành ESRI ARC/INFO GIS 1982 Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) phóng vệ tinh Landsat TM4 1983 Thành lập Công ty Bản đồ số ETAK 1984 Marble, Calkins & Peuquet xuất bản Bài đọc cơ bản trong Hệ thống thông tin địa lý. 1984 Hội nghị quốc tế đầu tiên về xử lý dữ liệu không gian 1984 Thương mại hóa Landsat 1984 NASA phóng vệ tinh Landsat TM5 1985 Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Xây dựng Quân đội Hoa Kỳ bắt đầu phát triên GRASS (Hệ thống Hỗ trợ Phân tích Tài nguyên Địa lý) 1986 Thành lập Mapinfo 1986 Peter Burrough xuất bản “Các nguyên tắc của hệ thống thông tin địa lý trong đánh giá tài nguyên đất” 1986 Lần phóng vệ tinh SPOT đầu tiên 1987 Xuất bản Tạp chí Quốc tế về Hệ thống Thông tin Địa lý 1987 Ấn phẩm Tydac SPANS GIS 1987 Dự án Idrisi bắt đầu tại Đại học Corakot 1988 Cục điều tra dân số Hoa Kỳ lần đầu tiên phát hành TIGER 1988 Đại học Bang New York bát đầụ phát triển máy chủ Internet GIS-L 1988 Phiên bản đầu tiên của GIS World 14 1988 Hội nghị GIS/LIS đầu tiên được tổ chức 1988 Thành lập Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Khu vực tại Vương quốc Anh 1988 Thế giới nhỏ được thành lập 1989 Hiệp hội Hệ thống Thông tin Địa lý (AGI) được thành lập tại Vương quốc Anh. 1989 Stan Amoff xuất bản Hệ thống thông tin địa lý: Quan điểm quàn lý- 1989 Intergraph phát hành MGE. 1991 Maguire, Goodchild và Rhind xuất bàn “Hệ thống thông tin địa lý: Nguyên tắc và ứng dụng” 1992 Bàn phát hành MAPS ALIVE.
1993 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) với 24 vệ tinh đầu tiên đã đi vào hoạt động và hỗ trợ cho sự phát triển của GIS 1993 Digital Matrix Systems phát hành phiên bản đầu tiên của InFoCAD cho Windows NT, phần mem GIS dựa ưên Win NT đầu tiên. 1994 David Schell và cộng sự thành lập hiệp hội GIS mờ (OpenGIS Consortium, OGC). 1995 Phiên bàn Mapinfo Professional được phát hành 1999 NASA phóng vệ tinh Landsat TM7 Ngày nay, với sự phát triển nhanh cùa ngành viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu và thông tin đã thúc đẩy GIS phát triển nhanh và mạnh, nhất là trong việc xây dựng, cập nhật, chia sẻ dữ liệu và mở ra các hướng ứng dụng mới. Đối với nước ta, từ những năm 80 của thế kỳ XX, GIS mới bắt đẩu được sử dụng thông qua các dự án hợp tác Quốc tế, cho đến những năm 90 GIS đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của viễn thám, sử dụng GIS trong quản lý tài nguyên và môi trường ngày càng được sử dụng một cách phổ biến. Các thành phần của GIS Năm thành phần chính cấu thành GIS là phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Tronệ các thành phần này thì con người giữ chức năng chủ đạo, từ việc đặt vân đê đên việc phát triên phương pháp, xây dựng cơ sờ dữ liệu và tạo lập phần mềm cho phân tích và quàn lý dữ 15 liệu (Hình 1. Phần cứng, phần mềm và các chức năng của một hệ thống thông tin địa lý được giới thiệu chi tiết dưới đây.
Các thành phần chính của hệ thống thông tin địa lý 1. Phần cứng Phần cứng của Hệ thống thông tin địa lý thông thường bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi như hệ thống lưu trữ dữ liệu, máy quét, thiết bị số hóa. Những thiết bị này được thể hiện theo sơ đồ ở Hình 1. Trong các thiết bị này, bàn số hóa được sử dụng cho việc chuyển đổi dữ liệu từ bàn đồ giấy thành dạng số và được lưu trong máy tính.
Ngày nay, các thiết bị số hóa ít được sử dụng do nó được tích hợp trong phần mềm. Thiết bị lưu trữ Hình 1. Phần cứng của hệ thống thông tin địa lý 16 Máy tính là nơi phần mềm GIS hoạt động và là thiết bị quan ưọng nhất.
