CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1. Giới thiệu Chương này giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin (GIS), các khái niệm cơ bản, các chức năng của GIS, các hệ thống GIS hiện có trên thị trường và ứng dụng của GIS. Chương này cũng đề cập đến Web GIS, một xu thế đã và đang được hình thành mạnh mẽ. Hệ thống thông tin địa lý phân tán là sự mở rộng của hệ thống thông tin địa lý thông thường.
Do đó, trước khi đề cập đến hệ thống thông tin địa lý phân tán, hãy cùng xem xét những khái niệm cơ bản, các chức năng và ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý thông thường. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1. Định nghĩa Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới.
GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân. đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào [9]. 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. Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhất: Định nghĩa thứ nhất: GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trong một hệ toạ độ quy chiếu.
GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó. Định nghĩa thứ hai: GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất. Định nghĩa thứ ba: GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.Mô hình công nghệ Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ GIS như là một quá trình gồm các công đoạn nối tiếp nhau như sau: Hình 1.1: Mô hình công nghệ hệ thống GIS Dữ liệu vào: dữ liệu 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 dữ liệu: sau khi dữ liệu được thu thập và tổng hợp, GIS cần cung cấp các thiết bị có thể lưu và bảo trì dữ 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 dữ 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 dữ liệu: các thao tác xử lý dữ liệu được thực hiện để tạo ra thông tin. Nó giúp cho người sử dụng quyết định cần làm tiếp công việc gì. Kết quả của xử lý dữ liệu là tạo ra các ảnh, báo cáo và bản đồ.
Phân tích và mô hình: số liệu tổng hợp và chuyển đổi chỉ là một phần 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. Dữ liệu ra: một trong các phương diện công nghệ GIS là sự thay đổi của các phương pháp khác nhau trong đó thông tin có thể hiển thị khi nó được xử lý bằng GIS. Các phương pháp truyền thống là bảng và đồ thị có thể cung cấp bằng các bản đồ và ảnh ba chiều.
Các lĩnh vực khoa học liên quan đến GIS GIS là sự hội tụ các lĩnh vực công nghệ và các ngành truyền thống, nó hợp nhất các số liệu mang tính liên ngành bằng tổng hợp, mô hình hoá và phân tích. Vì vậy có thể nói, GIS được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra các hệ thống phục vụ mục đích cụ thể. Các ngành này bao gồm: Ngành địa lý: là ngành liên quan mật thiết đến việc biểu diễn thế giới và vị trí của đối tượng trong thế giới. Nó có truyền thống lâu đời về phân tích TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -5- không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu.
Ngành bản đồ: nguồn dữ liệu đầu vào chính của GIS là các bản đồ. Ngành bản đồ có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó cũng là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS. Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu ở mọi vị trí trên quả địa cầu.
Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS. Ảnh máy bay: khi ta xây dựng bản đồ có tỷ lệ cao thì ảnh chụp từ máy bay là nguồn dữ liệu chính về bền mặt trái đất được sử dụng làm đầu vào. Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa… Ngành thống kê: các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS. Nó là đặc biệt quan trọng trong việc xác định sự phát sinh các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong số liệu của GIS.
Khoa học tính toán: tự động thiết kế máy tính cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị biểu diễn dữ liệu. Đồ hoạ máy tính cung cấp công cụ để thể hiện, quản lý các đối tượng đồ hoạ. Quản trị cơ sở dữ liệu cho phép biểu diễn dữ liệu dưới dạng số, các thủ tục để thiết kế hệ thống, lưu trữ, xâm nhập, cập nhật. Toán học: các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian.
Các thành phần của GIS Hình 1.2: Các thành phần của hệ thống GIS [9] TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -6- GIS bao gồm 5 thành phần như hình 1.2 trên đây: Thành phần thứ nhất là con người. Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS. Người tham gia vào GIS có những loại sau: Thứ nhất là người dùng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
Kế đến là người xây dựng bản đồ: sử dụng các lớp bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu. Nhà xuất bản thì là nhân tố sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng xuất khác nhau. Nhà phân tích thì giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí… Người xây dựng dữ liệu là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các cách khác nhau: vẽ, chuyển đổi từ định dạng khác, truy nhập CSDL… Người quản trị CSDL thì quản lý CSDL GIS và đảm bảo hệ thống vận hành tốt. Trong khi đó người thiết kế CSDL lại xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý.
Cuôi cùng là nhà phát triển, họ xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể. Thành phần thứ hai là dữ liệu. Một cách tổng quát, người ta chia dữ liệu trong GIS thành 2 loại: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu không gian (spatial) cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất.
Trong khi đó, dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết thêm thông tin thuộc tính của đối tượng. Tiếp đến là phần cứng. Đó là các máy tính điện tử: PC, mini Computer, MainFrame … là các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai GIS trên môi trường mạng. GIS cũng đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như: máy số hoá (digitizer), máy vẽ (plotter), máy quét (scanner)… Thành phần không thế thiếu được là phần mềm.
Hệ thống phần mềm GIS rất đa dạng. Mỗi đơn vị xây dựng GIS đều có hệ phần mềm riêng của mình. Tuy nhiên, có một dạng phần mềm mà các đơn vị phải xây dựng là hệ quản trị CSDL địa lý. Dạng phần mềm này nhằm mục đích nâng cao khả năng cho các phần mềm CSDL thương mại trong việc: sao lưu dữ liệu, định nghĩa bảng, quản lý các giao dịch do đó ta có thể lưu các dữ liệu đồ địa lý dưới dạng các đối tượng hình học trực tiếp trong các cột của bảng quan hệ và nhiều công việc khác.
Cuối cùng là phương pháp phân tích. Các phương pháp phân tích cấu trúc và nội dung dữ liệu. Các chức năng GIS Bất kỳ một hệ thống GIS nào đều cần cung cấp thông tin về các hiện tượng không gian địa lý. Nói cách khác, nhiệm vụ và chức năng của một hệ thống GIS bao TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -7- gồm: Thu thập dữ liệu (capture), xây dựng cấu trúc (structuring), thao tác dữ liệu (manipulation), phân tích (analysis), và hiển thị (presentation).
Việc thu thập dữ liệu là đưa dữ liệu không gian vào hệ thống. Hiện có nhiều kỹ thuật và thiết bị khác nhau phục vụ cho việc thu thập cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Các thiết bị thường được sử dụng để thu thập dữ liệu không gian có thể được phân loại thủ công, bán tự động hoặc tự động, và đầu ra của các thiết bị đó hoặc là dữ liệu véc tơ hoặc là dữ liệu raster. Trong khi đó quá trình xây dựng cấu trúc là một giai đoạn quyết định trong việc tạo ra CSDL không gian được sử dụng trong các hệ thống GIS.
Điều này là bởi nó quyết định loại các chức năng có thể được sử dụng để thao tác và phân tích.