Luận văn thạc sĩ về ứng dụng công nghệ GIS và web trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi

Khám phá luận văn thạc sĩ về công nghệ GIS và web trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi, ứng dụng và lợi ích trong quản lý tài nguyên nước.

• Tác giả: Trần Hữu Bắc
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Điển
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Bảo đảm toán học cho máy tính và hệ thống tính toán
• Đề tài: Công Nghệ GIS Và Web Trong Xây Dựng Hệ Thống Thông Tin Thủy Lợi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
• 1.1. Tổng quan về hệ thông tin địa lý
• 1.2. Khái niệm về cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý
• 1.3. Một số ứng dụng của hệ thông tin địa lý
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI
• 2.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi
• 2.2. Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi
• 2.3. Tổng quan về ArcGIS
• 2.4. Giải pháp công nghệ
• 3. CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu
• 3.2. Khái quát về hệ thống Thủy lợi khu vực thi công
• 3.3. Tiến hành thực nghiệm hệ thống cho huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc
• 3.4. Thực nghiệm hệ thống
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cơ sở hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (công nghệ GIS) là một công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý và phân tích dữ liệu không gian. Nó bao gồm các thành phần như phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và đội ngũ chuyên gia. Định nghĩa của Calkin và Tomlinson (1977) cho rằng hệ thống này có khả năng biến đổi dữ liệu địa lý thành thông tin hữu ích. Hệ thống này không chỉ giúp lưu trữ và quản lý dữ liệu mà còn hỗ trợ trong việc phân tích và hiển thị thông tin. Các chức năng cơ bản của hệ thống thông tin bao gồm nhập dữ liệu, lưu trữ, xử lý và xuất dữ liệu. Việc tổ chức và quản lý dữ liệu là rất quan trọng, vì dữ liệu chính là 'linh hồn' của hệ thống. Đặc biệt, trong lĩnh vực thủy lợi, việc ứng dụng công nghệ thông tin giúp nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý

Hệ thống thông tin địa lý (HTTĐL) là một hệ thống phức tạp, bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Theo định nghĩa của ESRI, HTTĐL là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người. Các thành phần này tương tác với nhau để thu thập, lưu trữ, cập nhật và phân tích dữ liệu. Hệ thống này có khả năng xử lý thông tin không gian và thuộc tính, giúp người dùng dễ dàng truy cập và sử dụng thông tin. Việc tổ chức dữ liệu trong HTTĐL cần đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao, nhằm phục vụ cho các mục đích nghiên cứu và quản lý hiệu quả.

1.2. Các thành phần trong hệ thống thông tin địa lý

Một hệ thống GIS bao gồm năm thành phần chính: hệ thống thiết bị phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, đội ngũ chuyên gia và quy trình. Hệ thống phần cứng bao gồm các thiết bị như máy tính, máy quét và máy in. Phần mềm được chia thành nhiều lớp, từ hệ điều hành đến các chương trình ứng dụng. Cơ sở dữ liệu là nơi lưu trữ thông tin cần thiết cho việc phân tích và quản lý. Đội ngũ chuyên gia là những người thiết kế và vận hành hệ thống, đảm bảo rằng mọi thông tin được xử lý một cách chính xác và hiệu quả. Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của thông tin.

II. Xây dựng hệ thống thông tin phục vụ cho thủy lợi

Việc xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi là một ứng dụng quan trọng của công nghệ GIS. Hệ thống này không chỉ giúp quản lý tài nguyên nước mà còn hỗ trợ trong việc phát triển bền vững nông nghiệp. Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi bao gồm việc xác định các lớp thông tin địa lý nền và các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của thông tin. Hệ thống thông tin thủy lợi cũng cần có các đặc tả rõ ràng để quản lý lịch vận hành và lịch sử duy tu, sửa chữa công trình. Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong thủy lợi giúp nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng tài nguyên nước.

2.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi

Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi là bước đầu tiên trong việc xây dựng hệ thống thông tin. Nội dung cơ sở dữ liệu bao gồm các lớp thông tin địa lý nền và các lớp thông tin chuyên đề về thủy lợi. Các lớp thông tin này cần được tổ chức một cách hợp lý để dễ dàng truy cập và sử dụng. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu cần đảm bảo rằng mọi thông tin được cập nhật thường xuyên và chính xác. Việc tích hợp các thông tin này vào một hệ thống GIS thống nhất sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và sử dụng tài nguyên nước.

2.2. Giải pháp công nghệ

Giải pháp công nghệ cho hệ thống thông tin thủy lợi bao gồm việc lựa chọn hệ điều hành, công nghệ cơ sở dữ liệu và môi trường phát triển ứng dụng. Việc lựa chọn mô hình ứng dụng cũng rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động hiệu quả. Công nghệ web GIS đang trở thành xu hướng mới trong việc phát triển hệ thống thông tin thủy lợi. Nó cho phép người dùng truy cập thông tin từ xa và dễ dàng chia sẻ dữ liệu. Việc áp dụng công nghệ web trong quản lý thủy lợi sẽ giúp nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong công tác quản lý tài nguyên nước.

III. Tiến hành thực nghiệm hệ thống và kết quả

Thực nghiệm hệ thống thông tin thủy lợi tại huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc đã cho thấy những kết quả khả quan. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý và cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi đã giúp nâng cao hiệu quả quản lý. Sơ đồ phân cấp chức năng của hệ thống web GIS đã được thiết kế để đảm bảo rằng mọi thông tin đều được tổ chức một cách hợp lý. Nguyên lý hoạt động của WebGIS cho phép người dùng dễ dàng truy cập và sử dụng thông tin. Giao diện trang web được thiết kế thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tương tác với hệ thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc ứng dụng công nghệ GIS trong thủy lợi không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà còn hỗ trợ trong việc phát triển bền vững nông nghiệp.

3.1. Đặc điểm khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu có vị trí địa lý thuận lợi với đặc điểm tự nhiên và khí tượng thủy văn đa dạng. Mạng lưới sông suối phong phú tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển hệ thống thủy lợi. Việc nắm bắt các đặc điểm này là rất quan trọng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu và thiết kế hệ thống thông tin. Các thông tin về địa hình, khí hậu và thủy văn sẽ được tích hợp vào hệ thống GIS để phục vụ cho công tác quản lý tài nguyên nước.

3.2. Tiến hành thực nghiệm hệ thống

Thực nghiệm hệ thống thông tin thủy lợi đã được tiến hành với sự tham gia của đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý và cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi đã được thực hiện một cách cẩn thận. Sơ đồ phân cấp chức năng của hệ thống web GIS đã được thiết kế để đảm bảo rằng mọi thông tin đều được tổ chức một cách hợp lý. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc ứng dụng công nghệ GIS trong thủy lợi không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà còn hỗ trợ trong việc phát triển bền vững nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý tài nguyên và thủy lợi trở nên cấp thiết. Theo ước tính, việc xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi hiện đại giúp tiết kiệm thời gian và chi phí quản lý, đồng thời nâng cao hiệu quả khai thác nguồn nước phục vụ đa mục tiêu. Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ Hệ thông tin địa lý (GIS) và công nghệ Web trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi tại huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc, với mục tiêu thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu thủy lợi bao gồm thủy văn và chuyên đề, đồng thời xây dựng mô hình vận hành hệ thống quản lý thông tin thủy lợi.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào huyện Vĩnh Tường, một khu vực có đặc điểm địa hình đa dạng gồm núi, đồi trung du và đồng bằng, với hệ thống thủy lợi phức tạp. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý, giám sát khai thác và duy tu các công trình thủy lợi, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững, đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường nước. Hệ thống được kỳ vọng nâng cao khả năng cập nhật, phân tích và trình bày thông tin thủy lợi một cách nhanh chóng và chính xác, phục vụ công tác ra quyết định của các cơ quan quản lý.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên nền tảng lý thuyết của Hệ thông tin địa lý (GIS), được định nghĩa là hệ thống kết hợp phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người nhằm thu thập, lưu trữ, phân tích và trình bày thông tin không gian. Hai thành phần dữ liệu chính trong GIS là cơ sở dữ liệu không gian (bao gồm các đối tượng điểm, đường, vùng) và cơ sở dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian mô tả đặc tính các đối tượng). Mối liên kết giữa dữ liệu không gian và thuộc tính được thiết kế chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong truy xuất thông tin.

Ngoài ra, luận văn áp dụng mô hình quản lý dữ liệu đa người dùng với kiến trúc Client/Server và Web, sử dụng công nghệ ArcGIS của ESRI, bao gồm các thành phần ArcGIS Engine, ArcSDE và ArcGIS Server để xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi. Các khái niệm chính bao gồm: mô hình dữ liệu vector và raster, metadata trong GIS, quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ, và mô hình ứng dụng lai (Desktop - Client/Server - Web).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp và kế thừa các kết quả nghiên cứu ứng dụng từ các đề tài, dự án liên quan, kết hợp với thực nghiệm xây dựng hệ thống tại huyện Vĩnh Tường. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ dữ liệu thủy lợi và địa lý nền của huyện, với các lớp thông tin địa lý nền và chuyên đề thủy lợi được thu thập, chuẩn hóa và nhập liệu.

Phương pháp chọn mẫu là thu thập toàn bộ dữ liệu có sẵn từ các nguồn bản đồ tỷ lệ 1:2000 và 1:5000, số liệu thống kê, khảo sát thực địa và các tài liệu kỹ thuật liên quan. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm ArcGIS Desktop và các công cụ hỗ trợ, kết hợp với phát triển ứng dụng WebGIS để thực hiện các chức năng quản lý, cập nhật và truy vấn dữ liệu.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2012, bao gồm các giai đoạn: thu thập và chuẩn hóa dữ liệu, thiết kế cơ sở dữ liệu, xây dựng hệ thống phần mềm, thực nghiệm và đánh giá hệ thống tại huyện Vĩnh Tường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi hoàn chỉnh: Hệ thống cơ sở dữ liệu bao gồm 46 lớp thông tin địa lý nền và nhiều lớp bản đồ chuyên đề thủy lợi như hệ thống cống tưới, trạm bơm, kênh tưới tiêu, đê điều, kè đập, thửa ruộng. Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề cũng được xây dựng chi tiết, bao gồm danh mục hạn hán, ngập úng, lịch gieo trồng và lịch sử duy tu công trình. Việc chuẩn hóa dữ liệu theo hệ tọa độ VN-2000 đảm bảo tính đồng nhất và chính xác.

2. Mô hình vận hành hệ thống đa người dùng hiệu quả: Hệ thống GIS thủy lợi được xây dựng theo mô hình ứng dụng lai, kết hợp Desktop, Client/Server và Web, cho phép nhiều tác nhân tham gia quản lý và cập nhật dữ liệu đồng thời. Cán bộ nhập liệu có thể cập nhật dữ liệu trên phạm vi quản lý của mình, trong khi cán bộ quản lý có thể truy vấn và lập báo cáo nhanh chóng. Mô hình này đáp ứng yêu cầu xử lý đa chức năng và chia sẻ thông tin linh hoạt.

3. Ứng dụng công nghệ ArcGIS và WebGIS: Việc sử dụng ArcGIS Engine kết hợp với ArcSDE và Oracle Database giúp quản lý dữ liệu không gian tập trung, hỗ trợ đa người dùng với hiệu suất cao. Giao diện WebGIS thân thiện, cho phép thao tác bản đồ như phóng to, thu nhỏ, thay đổi màu sắc, và cập nhật thông tin kỹ thuật công trình thủy lợi. Hệ thống hỗ trợ lập bản đồ phân bố cây trồng, lịch gieo trồng, lịch tưới tiêu, hạn hán và ngập úng.

4. Hiệu quả thực nghiệm tại huyện Vĩnh Tường: Hệ thống đã được triển khai và thử nghiệm thành công, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về quản lý, giám sát khai thác và duy tu công trình thủy lợi. Việc cập nhật và truy xuất dữ liệu nhanh chóng giúp nâng cao hiệu quả công tác quản lý thủy lợi tại địa phương.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của hệ thống là do sự kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ GIS hiện đại và mô hình quản lý dữ liệu đa người dùng phù hợp với đặc thù thủy lợi. So với các nghiên cứu trước đây, hệ thống này có sự tích hợp sâu hơn giữa dữ liệu không gian và thuộc tính, đồng thời ứng dụng công nghệ WebGIS giúp mở rộng khả năng truy cập và cập nhật dữ liệu từ xa.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ tương tác và bảng thống kê chi tiết, giúp người quản lý dễ dàng theo dõi tình hình vận hành và bảo trì công trình. Việc sử dụng Oracle Database đảm bảo tính ổn định và bảo mật cao, phù hợp với yêu cầu quản lý dữ liệu lớn và đa người dùng.

Hệ thống góp phần nâng cao hiệu quả quản lý thủy lợi, giảm thiểu rủi ro thiên tai như hạn hán và ngập úng, đồng thời hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững tại tỉnh Vĩnh Phúc. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển ứng dụng GIS trong các lĩnh vực quản lý tài nguyên nước và môi trường khác.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mở rộng hệ thống GIS thủy lợi trên toàn tỉnh: Đề xuất các cơ quan quản lý thủy lợi tỉnh Vĩnh Phúc mở rộng áp dụng hệ thống GIS đã xây dựng tại huyện Vĩnh Tường sang các huyện khác trong tỉnh, nhằm đồng bộ dữ liệu và nâng cao hiệu quả quản lý. Thời gian thực hiện dự kiến trong 2 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

2. Đào tạo nâng cao năng lực cán bộ quản lý và kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về GIS và WebGIS cho cán bộ quản lý, nhập liệu và kỹ thuật viên nhằm đảm bảo vận hành hệ thống hiệu quả, cập nhật dữ liệu chính xác và kịp thời. Thời gian đào tạo liên tục hàng năm, do các trung tâm đào tạo công nghệ thông tin phối hợp thực hiện.

3. Phát triển các ứng dụng phân tích nâng cao: Nghiên cứu và tích hợp các mô-đun phân tích không gian nâng cao như dự báo hạn hán, ngập úng, mô phỏng vận hành công trình thủy lợi để hỗ trợ ra quyết định chiến lược. Thời gian phát triển trong 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và đơn vị phát triển phần mềm GIS đảm nhiệm.

4. Tăng cường đầu tư hạ tầng công nghệ thông tin: Cải thiện hạ tầng mạng, máy chủ và thiết bị đầu cuối để đảm bảo hệ thống GIS hoạt động ổn định, đáp ứng nhu cầu truy cập đa điểm và xử lý dữ liệu lớn. Chủ thể thực hiện là các sở, ban ngành liên quan phối hợp với nhà cung cấp công nghệ, thời gian thực hiện trong 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý thủy lợi và tài nguyên nước: Luận văn cung cấp giải pháp công nghệ và mô hình quản lý dữ liệu giúp nâng cao hiệu quả công tác giám sát, duy tu và vận hành hệ thống thủy lợi, hỗ trợ ra quyết định chính xác.

2. Nhà nghiên cứu và chuyên gia GIS: Tài liệu chi tiết về thiết kế cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính, ứng dụng ArcGIS và WebGIS trong lĩnh vực thủy lợi, phù hợp cho nghiên cứu phát triển công nghệ GIS ứng dụng.

3. Đơn vị phát triển phần mềm và công nghệ thông tin: Cung cấp mô hình ứng dụng lai và giải pháp kỹ thuật nền tảng, giúp phát triển các hệ thống GIS đa người dùng, tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính hiệu quả.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành công nghệ thông tin, địa lý và thủy lợi: Tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng GIS trong quản lý thủy lợi, giúp hiểu rõ các khái niệm, phương pháp và công nghệ hiện đại trong lĩnh vực này.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống GIS thủy lợi được xây dựng dựa trên công nghệ nào?
   Hệ thống sử dụng công nghệ ArcGIS của ESRI, bao gồm ArcGIS Engine, ArcSDE và Oracle Database, kết hợp với ứng dụng WebGIS để quản lý và phân tích dữ liệu không gian và thuộc tính thủy lợi.

2. Phạm vi nghiên cứu của luận văn là ở đâu?
   Nghiên cứu tập trung xây dựng và thực nghiệm hệ thống thông tin thủy lợi tại huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc, một khu vực có địa hình đa dạng và hệ thống thủy lợi phức tạp.

3. Hệ thống có hỗ trợ đa người dùng không?
   Có, hệ thống được thiết kế theo mô hình ứng dụng lai, cho phép nhiều tác nhân cùng truy cập, cập nhật và quản lý dữ liệu đồng thời trên môi trường Desktop, Client/Server và Web.

4. Lợi ích chính của việc ứng dụng GIS trong quản lý thủy lợi là gì?
   GIS giúp tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính, hỗ trợ phân tích, giám sát và ra quyết định nhanh chóng, chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí quản lý thủy lợi.

5. Có thể mở rộng hệ thống này cho các khu vực khác không?
   Có, mô hình và công nghệ được thiết kế linh hoạt, có thể áp dụng mở rộng cho các huyện, tỉnh khác nhằm đồng bộ dữ liệu và nâng cao hiệu quả quản lý thủy lợi trên phạm vi rộng hơn.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình cơ sở dữ liệu thủy lợi tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính với 46 lớp thông tin địa lý nền và nhiều lớp chuyên đề thủy lợi.
• Hệ thống GIS thủy lợi được thiết kế theo mô hình ứng dụng lai, hỗ trợ đa người dùng, đáp ứng hiệu quả nhu cầu quản lý và cập nhật dữ liệu tại huyện Vĩnh Tường.
• Ứng dụng công nghệ ArcGIS và WebGIS giúp nâng cao khả năng phân tích, trình bày và chia sẻ thông tin thủy lợi một cách trực quan và nhanh chóng.
• Thực nghiệm tại huyện Vĩnh Tường cho thấy hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu quản lý, giám sát và duy tu công trình thủy lợi, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững.
• Đề xuất mở rộng triển khai, đào tạo cán bộ, phát triển ứng dụng phân tích nâng cao và đầu tư hạ tầng công nghệ để nâng cao hiệu quả quản lý thủy lợi trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng hệ thống trên diện rộng và phát triển các mô-đun phân tích chuyên sâu nhằm hỗ trợ quản lý thủy lợi hiệu quả hơn. Các cơ quan quản lý và nhà nghiên cứu được khuyến khích tham khảo và ứng dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao năng lực quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Tổng quan về hệ thông tin địa lý 1.1 Khái niệm chung về HTTĐL Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa hệ thống thông tin địa lý: "Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích" – theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson, 1977. "Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian" (theo định nghĩa của National Center for Geographic Information and Analysis, 1988). Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute) thì “Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”. Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định.2 Các thành phần trong hệ thông tin địa lý Một hệ thống GIS gồm có 5 thành phần cơ bản sau: 1.

Hệ thống thiết bị phần cứng. Hệ thống phần mềm. Hệ thống cơ sở dữ liệu. Đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật 5.

Các quy trình.1 Các thành phần cơ bản của GIS [2] a. Hệ thống thiết bị phần cứng Về cơ bản hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử… và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ… Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU) được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấp không gian để lưu trữ số liệu và các chương trình. Máy số hóa (Digitizer) hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hóa các số liệu từ bản đồ và các tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính. Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểu hiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật liệu in.

Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một hệ thống mạng với các đường dẫn tư liệu đặc biệt. Người sử dụng máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hóa và các thiết bị khác nối với máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (Video Display Unit - VDU) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng. Hệ thống phần mềm Đi kèm với hệ thống thiết bị Trong HTTĐL ở trên là một hệ phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây: - Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau. - Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính.

z 5 - Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình phỏng không gian – thời gian. - Hiển thị và trình bày thông tin dưới dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau. Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích đặc biệt là các chương trình ứng dụng. Hệ thống cơ sở dữ liệu Gồm các loại dữ liệu cần thiết phục vụ cho mục đích sử dụng.

Tuy nhiên chúng ta cần phải thấy rằng một hệ thống phần cứng và phần mềm của hệ thống thông tin địa lý chỉ chiếm khoảng 15% giá thành toàn hệ thống, bảo dưỡng hoạt động cho hệ thống chiếm 5% giá trị, đào tạo cán bộ khoảng 10%, còn lại 70% là giá trị của dữ liệu. Vì vậy, có thể nói cơ sở dữ liệu là “linh hồn” của hệ thống thông tin địa lý. Cơ sở dữ liệu là bộ các thông tin được lưu dưới dạng số theo một khuôn dạng nào đó mà máy tính có thể hiểu được và đọc được. Tuy nhiên, các dữ liệu này phải có đủ độ tin cậy và phải luôn được cập nhật.

Như vậy, dữ liệu trong hệ thống sẽ là dữ liệu đa thời gian. Đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật Như chúng ta đã biết, đối với một tổ chức không chỉ đơn giản mua hệ thống phần cứng và một phần phần mềm nào đó là đủ, nó đòi hỏi phải có đội ngũ các chuyên gia và cán bộ kỹ thuật là những người trực tiếp thiết kế, xây dựng và và vận hành hệ thống thông tin địa lý. Sự khác nhau giữa hệ thống thông tin địa lý với các hệ thống thông tin địa lý khác ở hai điểm sau: - Cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu chữ – số, dữ liệu multimedial…) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này. - Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi phải có những đặc thù riêng về độ chính xác.

Các quy trình Gồm các bước thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, đưa ra kết quả.3 Chức năng cơ bản của GIS Bất kỳ một hệ thống thông tin địa lý nào cũng phải có các chức năng cơ bản để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong thế giới thực. Các chức năng đó là: a. Nhập dữ liệu Bao gồm mọi khía cạnh của việc biến đổi các số liệu thu nhập được dưới dạng các bản đồ, số liệu đo đạc ngoại nghiệp, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các thiết bị ghi thành một hình thức số tương thích. Một tập hợp lớn các công cụ máy tính cho mục đích này bao gồm đầu tương tác hoặc thiết bị hiện hình khả biến, máy số hóa, các danh mục, số liệu trong các tệp văn bản, các loại máy quét (có thể được đặt trên vệ tinh hoặc máy bay) để ghi trực tiếp hoặc để chuyển đổi các bản đồ và các hình ảnh chụp sang dạng khác mà máy tính có thể đọc được cùng với các thiết bị cần thiết cho việc ghi các số liệu đã viết trên phương tiện từ như băng từ hay đĩa từ.

Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu cần thiết cho xây dựng một cơ sở dữ liệu địa lý. Việc kiểm tra thông tin dữ liệu đầu vào có yêu cầu sau: + Tất cả các thông tin đầu vào phải đảm bảo tính chính xác duy nhất và không có lỗi khi mô tả thuộc tính. + Kiểm tra các lỗi sai lệch vị trí, tỷ lệ, độ méo hình và tính không đầy đủ của các thông tin dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và so sánh với các thông tin gốc. + Kiểm tra các thông tin sai sót đối với các thông tin không gian bằng cách in ra và kiểm tra so với thông tin đã có.

Lưu trữ và quản lý dữ liệu Các chương trình phần mềm được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ tổ chức cơ sở dữ liệu và có thể xem đây là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu. Các chương trình này sẽ lưu trữ và quản lý dữ liệu theo cách thức chuẩn mẫu riêng hợp lý để đáp ứng mọi nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất. Xử lý dữ liệu đơn giản Bao gồm hai hoạt động là: + Những biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các dữ liệu) hoặc đưa chúng vào số liệu mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác. z 7 + Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống.

Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các dữ liệu hoặc dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp. Việc sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng trong điều kiện thuận lợi và đúng đắn thì đều theo cách biến đổi đơn giản có thể được phối hợp để thực hiện một thể loại nào đó của mô hình hóa địa lý mô hình không gian. Việc kết nối dữ liệu cũng có thể coi như quá trình biến đổi dữ liệu. Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn đề nào đó trong hệ thống thì cần thiết phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trường hợp nhất để từ đó có được cách nhìn riêng biệt hay tổng thể người thiết kế hệ thống làm việc với hệ thống thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ phép biến đổi dữ liệu thông qua việc sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả.

Quá trình này dẫn đến việc người sử dụng sẽ muốn đặt một lượng hầu như không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần phải được trả lời bằng cách sử dụng các mô hình tổ hợp tìm kiếm dữ liệu và cách lựa chọn phép biến đổi. Các câu hỏi phân tích mà một hệ thống thông tin địa lý có thể trả lời về thông thường được miêu tả theo hai cách: theo định nghĩa thông thường và qua các khả năng thực hiện của các bài toán tử không gian và sự liên kết dữ liệu. Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thống thông tin địa lý thông dụng có thể trả lời được là: + Có cái gì tại vị trí này? + Mối quan hệ giữa các đối tượng như thế nào? + Ở đâu thỏa mãn những điều kiện này? + Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác? + Những mẫu không gian nào tồn tại? + Nó sẽ như thế nào nếu quá trình diễn ra? d. Xuất dữ liệu và trình bày Sau các quá trinh xử lý số liệu, kết quả thu được sẽ thể hiện theo nhiều phương thức khác nhau và các kết quả phân tích sẽ được báo cáo cho người sử dụng theo nhiều dạng.

z 8 Các số liệu có thể được biểu thị dưới dạng bản đồ, các bảng biểu hay hình vẽ (đồ thị hoặc sơ đồ khối) theo nhiều phương thức.