CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHÂN TÁN 1. Các vấn đề cơ bản về hệ thống thông tin địa lý 1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý (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 trở lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội, quốc phòng, an ninh 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 tọa độ của các dữ liệu đầu vào [20]. Từ những năm 1980 đến nay, đã có rất nhiều cách 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. Khi xây dựng một hệ thống GIS, chúng ta cần đưa ra quyết định xem hệ thống GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng cụ thể nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện ra sao, … Đây là cơ sở dữ liệu làm căn cứu để đưa ra quyết định về hệ thống GIS dự kiến xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì, nội dung, cấu trúc các thành phần còn lại của hệ thống cũng như dự toán nguồn tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS. Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và có vai trò không thể thiếu, do vậy khi đưa ra các quyết định liên quan tới việc xây dụng một hệ thống GIS, chúng ta cần trả lời câu hỏi quan trọng hàng đầu đó là hệ thống xây dựng cho đối tượng người sử dụng nào, và các yêu cầu nào của người sử dụng cần có trong hệ thống.
Mô hình công nghệ của hệ thống thông tin địa lý Một cách khái quát, có thể hiểu một hệ thống GIS như một quá trình sau: Hình 1.1: Mô hình công nghệ hệ thống thông tin địa lý Luận văn Thạc sĩ năm 2011 Ngô Văn Thứ - ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -4- - 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 các yêu cầu về 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.
Một số lĩnh vực khoa học liên quan tới hệ thống thông tin địa lý Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường như cấu trúc hỏi đáp với các phép phân tích thống kê, phân tích không gian. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược, … Việc áp dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực dữ liệu không gian đã tiến những bước dài, từ việc hỗ trợ lập bản đồ đến hệ thống thông tin địa lý. Cho đến nay, cùng với việc tích hợp các khái niệm của công nghệ thông tin như hướng đối tượng, Web 2.0, … GIS đang có bước chuyển từ cách tiếp cận hướng cơ sở dữ liệu sang cách tiếp cận hướng tri thức.
Các hệ thống GIS thường được xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau để tạo ra các ứng dụng phục vụ mục đích cụ thể, các ngành kho học liên quan 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. Đây là ngành có truyền thống lâu đời về phân tích không gian và cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian khi nghiên cứu. Luận văn Thạc sĩ năm 2011 Ngô Văn Thứ - ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com -5- - 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 trong việc tạo dư liệu đầu ra cho 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 trái đất, 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 chúng 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 hệ thống dữ liệu đầu vào. - Bản đồ địa hình: Cung cấp dữ liệu có chất lượng cao về vị trí, danh giới đất đai, trường học, nhà cửa, … - Ngành thống kê: Các kỹ thuật thống kê được sử dụng để phân tích dữ liệu GIS. Dữ liệu thống kê 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, truy cập, cập nhật, … - Toán học: Các ngành hình học, lý thuyết đồ thị được sử dụng trong thiết kế hệ thống GIS và phân tích dữ liệu không gian. Các thành phần của một hệ thống thông tin địa lý Xét dưới góc độ hệ thống, một hệ thống GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần: Con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, phương pháp phân tích [3].2: Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý Luận văn Thạc sĩ năm 2011 Ngô Văn Thứ - ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. 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, con người thực hiện nhiều vai trò khác nhau và tham gia vào nhiều khâu trong quá trình hình thành, vận hành hệ thống GIS, cụ thể: - Người dùng GIS: Là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích cụ thể, họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay là các chuyên gia.
Bên cạnh đó, đối với các hệ thống GIS phục vụ cộng đồng, điểm hình là các ứng dụng WebGIS, người sử dụng hệ thống ngoài các chuyên gia về GIS còn có những người dùng thông thường thực hiện mục đích truy cập thông tin, sử dụng dịch vụ do hệ thống GIS cung cấp nhằm đáp ứng yêu cầu công việc cụ thể nào đó của họ. - Người xây dựng bản đồ: Sử dụng các tầng bản đồ được lấy từ nhiều nguồn khác nhau, chỉnh sửa dữ liệu để tạo ra các bản đồ theo yêu cầu. - Người xuất bản: Sử dụng phần mềm GIS để kết xuất ra bản đồ dưới nhiều định dạng đầu ra khác nhau như dạng bản in trên giấy, dạng ảnh lưu trữ trên máy tính, định dạng để sử dụng cho các phần mềm chuyên ngành khác, … - Người phân tích: Giải quyết các vấn đề như tìm kiếm, xác định vị trí, danh giới, tập hợp thông tin theo nhóm vấn đề, … - Người xây dựng dữ liệu: Là những người chuyên nhập dữ liệu bản đồ bằng các phương thức khác nhau như vẽ, chuyển đổi hoặc nhập từ định dạng khác, truy cập cơ sở dữ liệu từ hệ thống lưu trữ khác, … - Người quản trị cơ sở dữ liệu: Quản lý cơ sở dữ liệu của hệ thống GIS và đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, đáp ứng được các yêu cầu của người dùng. - Người thiết kế cơ sở dữ liệu: Xây dựng các mô hình dữ liệu lôgic và vật lý đáp ứng các yêu cầu dữ liệu sử dụng trong hệ thống.
- Người phát triển hệ thống: Xây dựng hoặc cải tạo các phần mềm GIS để đáp ứng các nhu cầu cụ thể hoặc sử dụng các phần mềm GIS để xây dựng các ứng dụng, phần mềm trung gian thực hiện các nhiệm vụ liên quan tới công nghệ GIS, đáp ứng yêu cầu ban đầu đã đặt ra. Phần cứng Bao gồm hệ thống máy tính như PC, Mini Computer, MainFrame, … Các thiết bị di động như điện thoại thông minh, thiết bị định vị toàn cầu; Các thiết bị mạng cần thiết khi triển khai hệ thống GIS trên môi trường mạng.