CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về GIS và các phần mềm thành lập bản đồ biến động đất đai 1.1 Khái quát chung về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.1 Định nghĩa về GIS Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập các công cụ để thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục đích cụ thể. Đó là hệ thống thể hiện các đối tượng từ thế giới thực thông qua: • Vị trí địa lý của đối tượng thông qua một hệ toạ độ. • Các thuộc tính của chúng mà không phụ thuộc vào vị trí.
• Các quan hệ không gian giữa các đối tượng (quan hệ topo). Có nhiều định nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin địa lý. Căn cứ vào nguồn gốc, đối tượng, mục tiêu, thành phần hệ thống hay các phân tích khác nhau…mà có những quan điểm khác nhau để định nghĩa về GIS. Một số định nghĩa về GIS: - Hệ thống thông tin Địa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu đủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất.
- Hệ thống thông tin địa lý là một tập hợp những nguyên lý, phương pháp, công cụ và dữ liệu không gian được sử dụng để quản lý, duy trì, chuyển đổi, phân tích, mô hình hoá, mô phỏng, làm bản đồ những hiện tượng và quá trình phân bố trong không gian địa lý. 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 (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược). n 4 GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau Tuỳ theo các chức năng, nhiệm vụ của mỗi hệ thống thông tin địa lý mà có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS như: định nghĩa theo chức năng, định nghĩa GIS là tập hợp của các thuật toán, định nghĩa theo mô hình cấu trúc dữ liệu… Tuy nhiên các khái niệm về GIS đều dựa trên 3 yếu tố quan trọng là: dữ liệu đầu vào, hệ thống vi tính số kỹ thuật cao và khả năng phân tích số liệu không gian.
Định nghĩa tổng quát theo BURROUGHT thì: “GIS như là một tập hợp các công cụ cho việc thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các mục đích cụ thể” [9].2 Các thành phần chính của GIS Một hệ thống thông tin địa lý được kết hợp bới 5 thành phần chính là: - Phần cứng; - Phần mềm; - Dữ liệu; - Người sử dụng; - Phương pháp. Thành phần chính của một hệ GIS - Phần cứng: Phần cứng của một hệ GIS gồm máy vi tính, cấu hình và mạng công việc của máy tính, các thiết bị ngoại vi nhập xuất dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng. - Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ phân tích và hiển thị thông tin địa lý.
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 (DBMS); Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý; Giao diện đồ hoạ người - máy để truy cập các công cụ dễ dàng. - Dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập n 6 hợp hoặc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu.
- Người sử dụng: Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng của GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc. - Phương pháp: Mỗi dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và người sử dụng hệ thống phải có kỹ năng tốt, nghĩa là phải có sự phối hợp tốt giữa công tác quản lý và công nghệ GIS.3 Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Ngày nay, GIS là một công cụ trợ giúp quyết định sự thành công trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) có khả năng đánh giá hiện trạng của quá trình, các thực thể của tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào.
Do đó, việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý là rất cần thiết, phù hợp với xu thế tin học hóa xã hội và yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tất cả các quốc gia. Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là “công cụ hỗ trợ quyết định” (decision - making support tool) đặc biệt là trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. GIS được ứng dụng để quản lý các tài nguyên như: n 7 - Tài nguyên đất; - Tài nguyên nước; - Tài nguyên rừng; - Tài nguyên sinh vật; - Tài nguyên khoáng sản… ??. Giới thiệu một số phần mềm phục vụ cho công tác xây dựng biên tập bản đồ, chồng ghép bản đồ đánh giá biến động động sử dụng đất 1.
Hệ thống phần mềm thành lập bản đồ số Mapping - Office - Microstation Microstation là phần mềm trợ giúp thiết kế (CAD) và là môi trường đồ hoạ rất mạnh cho phép xây dựng, quản lý các đối tượng đồ họa thể hiện các yếu tố bản đồ, Microstation còn là môi trường để chạy các phần mềm khác như: IrasB, IrasC, Geovec, Famis, Vilis. Microstation còn cung cấp các công cụ xuất, nhập dữ liệu đồ hoạ từ các phần mềm khác qua các file (định dạng *.igs…) - IrasB IrasB là phần mềm hiển thị và biên tập dữ liệu Raster dưới dạng các ảnh đen trắng và chạy trên nền của Microstation. Mặc dù dữ liệu của IrasB và Microstation được thể hiện trên cùng một mặt hình nhưng nó hoàn toàn độc lập với nhau nghĩa là việc thay đổi dữ liệu phần này không ảnh hưởng tới dữ liệu phần kia. Ngoài việc sử dụng IrasB để thể hiện các file ảnh bản đồ phục vụ cho quá trình số hoá trên ảnh, công cụ Warp của IrasB được sử dụng để chuyển đổi các file ảnh Raster (ảnh quét bản đồ) từ toạ độ hàng cột của các pixel về toạ độ thực của bản đồ - hệ toạ độ địa lý hoặc hệ toạ độ phẳng.
Geovec là một phần mềm chạy trên nền Microtation và IrasB, nó cung cấp các cộng cụ vector hóa bán tự động đối tượng trên nền ảnh bản đồ dạng nhị phân (binary) với khuôn dạng của Intergraph. Mỗi đối tượng vector bằng n 8 công cụ Geovec phải định nghĩa trước các thông số đồ hoạ về màu sắc, lớp thông tin, khi đó đối tượng này được gọi là Feature. Mỗi Feature có một tên gọi và mã riêng biệt. Trong quá trình vector hóa các đối tượng bản đồ, Geovec được dùng nhiều trong vector hoá các đối tượng dạng đường.
- MRFCLean MRFCLean được viết bằng công cụ MDL (Microtation Development Lengauge) và chạy trên nền của Microtation. MRFCLean dùng để: - Kiểm tra lỗi tự động, nhận diện và đánh dấu vị trí các điểm cuối tự do bằng một ký hiệu (chữ D, hoặc x, hoặc S). - Xoá những đường những điểm trùng nhau. - Cắt đường, cắt 1đường thành 2 đường thành 2 điểm giao với 1 đường khác.
- Tự động loại các đường thừa có độ dài nhỏ hơn Dangle_factor nhân vối Tolerance. - MRFFLag MRFFlag được kết hợp với MRFCLean, dùng để tự động hiển thị nền màn hình lần lượt các vị trí cớ lỗi mà MCLean đã đánh dấu trước đó mà người dùng sẽ dùng công cụ của Microtation để sửa. Phần mềm ArcGIS ArcGIS là phần mềm chuyên dụng được phát triển bởi ESRI – Viện nghiên cứu hệ thống môi trường Mỹ, sử dụng để thực hiện công việc quản lý dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và giải các bài toán phân tích không gian. ArcGIS bao gồm nhiều công cụ với nhiệm vụ và chức năng khác nhau, đem lại tiện lợi cho người sử dụng.
Trong đề tài, phần mềm của ArcGIS được sử dụng là: n 9 - ArcCatalog: là công cụ quản lý dữ liệu chính, các bước tạo hay xóa một cơ sở dữ liệu (database) đều phải thông qua ArcCatalog, có ba chế độ hiển thị dữ liệu là Content, Preview và Metadata view. - ArcMap: là môi trường làm việc chính của ArcGIS tại đây ta có thể hiển thị dữ liệu dưới dạng các layer, gọi ra các công cụ trợ giúp hiển thị, phân tích, chồng xếp các dữ liệu không gian và biên tập bản đồ. ArcGIS hỗ trợ nhiều phần mở rộng gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợ một số chức năng chuyên biệt như: phân tích không gian (spatial analyst), phân tích 3D (3D analyst), phân tích mạng (Network analyst), xử lý dữ liệu, thống kê không gian. Dòng phần mềm ArcGIS du nhập vào Việt Nam từ những năm 90, sau các phần mềm GIS khác như MapInfo hay Geomedia.
Tuy nhiên, do tính năng mạnh mẽ và nhiều công cụ hỗ trợ nên ArcGIS được bắt đầu sử dụng nhiều ở Việt Nam, đặc biệt với các hệ thống GIS lớn. Nội dung đánh giá biến động sử dụng đất Trong quá trình sử dụng đất, thường nẩy sinh nhu cầu sử dụng đất vào các mục đích khác nhau của con người. Do đó, luôn có sự biến động đất đai về sử dụng đất.