Chương 1 TONG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Hệ thống thông tin địa lý GIS 1. Định nghĩa Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System là một công cụ tập hợp những quy trình dựa trên máy tinh dé lập ban đồ, lưu trữ và thao tác dir liệu địa lý, phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. Thuật ngữ này được biết đến từ những năm 60 của thế kỷ 20 và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây.
Dưới đây là một số định nghĩa về khái niệm GIS tiêu biểu: Theo Ducker (1979), định nghĩa: “GIS là một trường hợp đặc biệt của hệ thống thông tin ở đó cơ sở đữ liệu bao gồm sự quan sát các đặc trưng phân bố không gian, các hoạt động sự kiện có thể được xác định trong khoảng không như đường, điểm, vùng”. Theo Burrough (1986), định nghĩa: “GIS là một công cụ mạnh dùng dé lưu trữ và truy vấn, biến đổi và hiển thi dit liệu không gian từ thế giới thực cho những mục tiêu khác nhau”. Theo Aronoff (1993), định nghĩa: “GIS là một hệ thống gồm các chức năng: Nhập dữ liệu, quản lý và lưu trữ dữ liệu, phân tích dữ liệu, xuất dữ liệu”. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin sử dung dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở đữ liệu đầu ra liên quan đến mặt địa lý không gian, nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vẫn đề tổng hợp từ thông tin cho các mục đích con người đặt ra, chang hạn như: hỗ trợ việc ra quyết định cho quy hoạch và quản lý sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, dễ dàng trong việc quy hoạch phát triển đô thị và những việc lưu trữ dir liệu hành chính (Nguyễn Kim Lợi và ctv, 2009).
Theo Esri (2023) - Nhà cung cấp quốc tế về phần mềm hệ thống thông tin địa lý, định nghĩa GIS là một công cụ dựa trên máy tính dé lap ban đồ và phân tích các sự vật tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất. Công nghệ GIS tích hợp các hoạt động cơ sở dữ liệu phổ biến như truy van và phân tích thống kê với các lợi ích trực quan hóa và phân tích địa lý độc đáo do bản đồ cung cấp. Từ những định nghĩa trên, ta có thể hiểu về khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS là nó sử dụng dữ liệu đầu vào, các thao tác phân tích, cơ sở dữ liệu đầu ra liên quan về mặt địa lý không nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hién thị các thông tin không gian từ thé giới thực dé giải quyết các van đề tổng hợp thông tin cho các mục dich của con người đặt ra, chang hạn như: đề hỗ trợ việc ra quyết định cho việc quy hoạch và quản sử dụng đất, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông, dễ dàng cho việc quy hoạch phát triển đô thị và những việc lưu trữ dữ liệu hành chính. Ngoài ra, GIS cho phép người dùng theo dõi hình ảnh trực quan bằng các bản đồ và hình ảnh cảnh 3D.
Các thành phần của GIS Nói một cách tổng quát, hệ thống GIS bao gồm 5 thành phan cơ bản là: hệ thống phan cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu (dữ liệu địa lý), con người và quy trình làm việc. Trong các thành phần đó, thì thành phần con người là yếu tố quyết định đến chất lượng của một hệ thống GIS. Mặt khác, nếu thiếu một trong các thành phần trên thì không thể hình thành một hệ thống GIS, có chăng đó chỉ là một hình thức biến thể không hoàn chỉnh. Hệ thống phần cứng Hệ thống phần cứng thông thường được phân chia thành 2 thành phần cơ bản như sau: Hệ thống Server (hệ thống máy chủ): đây là trung tâm lưu trữ và xử lý số liệu của toàn bộ hệ thống.
Các máy tính cá nhân PC (Personal Computer): đây là bộ phận chịu trách nhiệm thao tác va xử lý cơ sở dữ liệu. Ngoài ra, còn có các thiết bị ngoại vi khác, như: máy scan, máy in, máy xác định toa độ GPS,. Tuy thuộc vào quy mô, phạm vi ứng dung của hệ thống GIS, cũng như mức độ đầu tư cho hệ thống, các máy tính được sử dụng có thé là các máy riêng lẻ hay bao gồm nhiều máy tính được nối với hệ thông server thông qua hệ thống mạng. Phần mềm Đối với hệ thống phần mềm phục vụ hệ thống GIS tối thiểu cần phải có các loại phần mềm như sau: Hệ điều hành cho server: Windows Server, Linux, được cài đặt trên hệ thống máy chủ (server).
Phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu: chúng được sử dụng dé quan lý cơ sở dữ liệu của toàn bộ hệ thống. Hiện nay, trên thị trường có các loại phần mềm quản trị cơ sở dir liệu phô biến, như: SQL Server, Oracle, PostgreSQL, SQLite. Đối với phần mềm quản tri cơ sở dữ liệu được cài đặt trên hệ thống máy chủ (server). Phần mềm hệ điều hành máy tính cá nhân (máy con): Windows, được cài đặt trên các máy tính cá nhân.
Phần mềm chuyên ngành GIS: hiện nay, trên thị trường có nhiều bộ phần mềm phục vụ hệ thống GIS theo nhiều công nghệ khác nhau. Tuy khác nhau về công nghệ, nhưng cơ bản chúng phải bao gồm 2 phần chính là: GIS Server và GIS Desktop. GIS Server, được cài đặt trên hệ thống máy chủ; còn GIS Desktop được cài đặt trên các máy tính cá nhân. Các bộ phần mềm GIS phổ biến hiện nay, như: ArcGIS của ESRI, MapInfo của Pitney Bowes, QGIS.
Các phan mềm được sử dung tương thích trong hệ thống GIS tuỳ vào mức độ của hệ thống. Cơ sở dữ liệu (dữ liệu địa lý) Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý là bao gồm toàn bộ các dữ liệu không gian (bản đồ không gian) và dữ liệu thuộc tính được số hoá thành các định dạng đối tượng cơ bản là: điểm (point), đường (line) và vùng (polygon). Các đối tượng này được gan với một hệ toa độ nhất định cùng với các thông tin thuộc tính của chúng, tất cả các dữ liệu đó được lưu trữ, quản lý theo một cơ chế liên kết thống nhất với nhau trên toàn bộ hệ thống. Cơ sở dit liệu địa lý, sau khi được xây dựng cho phép người dùng có thé cập nhật thay đổi theo không gian thực.
Ngoài ra, người dùng có thể truy van, phân tích nó dya vào các phần mềm chuyên ngành (GIS). Kết quả được hiển thị (xuất ra) theo nhiều định dang khác nhau, tuỳ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng thông tin. Các dữ liệu địa lý trong hệ thống GIS mô tả các đối tượng theo 3 đặc trưng cơ bản sau: - VỊ trí địa lý của chúng thông qua một hệ toạ độ đã được lựa chọn khi số hoá đữ liệu. - Các thuộc tính liên quan đến đối tượng đó.
- Mối quan hệ không gian của các đối tượng đó so với các đối tượng khác trong hệ thống. Nhờ sự liên kết giữa vị trí không gian với đữ liệu thuộc tính của từng đối tượng, kết quả sẽ cho ta một cơ sở dữ liệu với các hình ảnh thực sinh động, có đầy đủ các thông tin liên quan một cách tổng thể toàn bộ hiện trạng các nguồn tài nguyên thông tin quản lý, từ đó mà xác định phương thức sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên thông tin đó. Con người Con người dé cập đến là những tập thé, cá nhân trực tiếp thiết kế, xây dựng và vận hành hệ GIS. Trong đó bao gồm: - Các kỹ thuật viên: là những người am hiểu về máy tính và các phần mềm GIS, có nhiệm vụ sử dụng thiết bị, nhập và xử lý đữ liệu.
- Các nhà phân tích và điều hành hệ thống: sử dụng đữ liệu GIS để phân tích số liệu, báo cáo, thong ké,. - Các nhà lãnh đạo: sử dung hệ thống làm công cụ trợ giúp dé hoạch định các chủ trương, kế hoạch trong quản lý và phát triển. Rõ ràng, một hệ GIS hiệu quả hay không phụ thuộc rất lớn vào yếu tố con nBƯỜI. Quy trình làm việc Quy trình làm việc ở đây được hiểu là quy cách làm việc của hệ thống, bao gồm các quy định về số hóa dữ liệu, cập nhật dữ liệu và mô hình hoạt động của cả hệ thống.
Chức năng, nhiệm vụ của GIS Đối với hệ thống GIS, thường có các chức năng sau: 1. Thu thập, nhập dir liệu Đây là việc thu nhận dữ liệu thực từ bên ngoài có sẵn từ nhiều nguồn và nhiều định dạng khác nhau vào hệ thống GIS. Có rất nhiều định dạng đữ liệu khác nhau có thể nhập vào hệ thống GIS. Vi dụ định dạng: DXF, SHP, DBF, Geodatabase, TAB,.
GIS có thể nhận các dữ liệu dang ảnh, dạng TIFF hay GIF. Ngày nay có rất nhiều cách để thu thập và nhập dữ liệu không gian vào hệ thống GIS như: dữ liệu khảo sát thực tế ngoài thực địa, sau đó số hóa vào hệ thống GIS, từ ảnh viễn thám, từ bản đồ giấy, từ bản đồ số như AutoCAD,. Đối với dữ liệu thuộc tính cũng có thê được nhập trực tiếp từ các tài liệu có liên quan như: tài liệu thống kê, các bản đồ và các số liệu điều tra thu thập. Xử lý dữ liệu Tạo cấu trúc Topology: Cấu trúc đữ liệu Topology dùng trong thông tin địa lý là một phần không thê thiếu được của GIS, nó giúp cho việc phân tích dữ liệu sau này.
Về mặt tổng quan, mối quan hệ Topology đại diện cho các đối tượng không gian (điểm, đường vùng) và mối quan hệ của các đối tượng không gian đó với những đối tượng liền kề. Mỗi đối tượng không gian sẽ có mối quan hệ với các đối tượng gốc. Phân loại đối tượng cho các ảnh viễn thám: Phân loại là việc sử dụng các thuật toán thích hợp dé xép loại các pixel của ảnh theo các lớp phủ mặt đất khác nhau, việc phân lớp dựa trên thông tin đã biệt về một sô các mẫu. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster: Việc lựa chọn cấu trúc dữ liệu dưới dang vector hay raster tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng.
Đối với hệ thống vector thì dữ liệu được lưu trữ sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster. Một số công cụ phân tích GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đôi mô hình dữ liệu vector sang raster hoặc ngược lại.