Chương 1 TONG QUAN VE VAN DE NGHIEN CUU 1. Những vấn đề chung về GIS 1. Các khái niệm Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ngày nay đã trở thành một trong những ứng dụng quan trọng, cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, các thiết bị phần cứng, phần mềm đã đưa GIS thành một công cụ mạnh trong nghiên cứu môi trường, lập dự án và trợ giúp ra quyết din Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS,- Geographic Information System) xuất hiện từ những năm 1960 và cho dén nay GIS da va dang duoc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Theðÿđịnh nghĩa, GIS (Geographic Information System) hay hé théng địa lý được hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống.
+ Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trưng về không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hóa, kinh tệ) ttrong. + Khái niệm “thông tiñ đè cập đến dữ liệu được quản lý bởi GIS. Đó là các dữ liệu về thuộc tính và Không gian của đối tượng.
+ Khái niệm “hệ thống” là hệ thống GIS được xây dựng từ các môđun. Việc tạo các môđun giúp thuận lợi trong việc quản lý và hợp nhất. GIS dem lại sựthuận tiện nhờ sự phát triển nhanh của các kỹ thuật và ứng dụng tin học, sức chứa đữ liệu cũng như khả năng phân tích dữ liệu. Dữ liệu ở đây là dữ liệu không gian liên quan đến thế giới thực.Trong đó thế giới thực bao gồm nhiều yếu tố địa lý được thể hiện như những lớp dữ liệu quan hệ.
Nguyên lý và chức năng cơ bản của GIS: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi dé lưu trữ; xử lý, phân tích; hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu và quản lý nhất định. * + seme eeee twee eee eee eee HỆ thong tin dia hy dita ra quyét đmnh s*GIS có 5 chức năng chit yếu: ~ — Thu thập dữ liệu: là công, việc Khó khăn và nặng nề nhất trong quá trình xây dựng một ứng dụng“GIS. Các Hữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như đữ liệu đo Rhy thực địa, dữ liệu từ các loại bản đồ, dữ liệu thống kê. h ` — Thao tác dữ liệu: vì cáẽ dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn có định dạng khác nhau và/€óznhững trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được {27 5 chuyén dang va thaoxt eo một số cách đề tương thích với hệ thống.
Ví dụ: các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (lớp dân cư trên bản đồ địa chính được thê hiện chỉ tiết hơn trong bản đồ địa hình). Trước khi các thông tin này được tích hợp với nhau thì chúng phải được chuyên về cùng một tỷ lệ (cùng mức độ chi tiết hoặc mức độ chính xác). Đây có thể chỉ là sự chuyên dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. — Quản lý dữ liệu: là một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thông tin địa lý.
Hệ thống thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu đồng thời quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng. Một yếu tố quan trọng của GIS là khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu (sự liên kết giữa dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng). Các dữ liệu thông tin mô tả cho một đối tượng bất kỳ có thể liên hệ một cách;hệ thống với vị trí không gian của chúng. Sự liên kết đó là một ưu thế nỗi bậẾ của việc vận hành GIS.
— Hỏi đáp và phân tích dữ liệu: Khi đã,xây dựng được một hệ thống cơ sở dữ liệu GIS thì người dùng có thể hỏi các câu Nổi đơn giản như: + Thông tin về thửa đất: Ai là chủ sở hữii của mảnh đất?, Thửa đất rộng bao nhiêu m”? + Tìm đường đi ngắn nhất giữa hai vị trí A va B? + Thống kê số lượng cây trồng trên thyến phó? + Hay xác định được mật độ:diện.tích trồng cây xanh trong khu vực đô thi?. GIS cung cap khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy vấn đơn giản “chỉ nhắn và nhấn” và các công cứ phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ để cung cấp thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ ra quyết định cho những nhà quản lý vàsqữy:hoạch. — Hiền thị dữ hệ: GIS cho phép hiền thị dữ liệu tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Ngoài ra còn có thể xuất dữ liệu thuộc tính ra các bảng excel, tạo các bản báo cáo thống kê, hay tạo mô hình 3D, và nhiều dữ liệu khác.
Thanh phan co ban cia GIS Phuong phap & quy trinh Hệ thống máy tính bao gồm cd4é"@4U phan nhu: phan cimg, phan mềm và các chuỗi phác họa để hỗ trợ cho việc nhập các cơ sỡ dữ liệu, tiễn trính, phân tích, mô hình hóa và phô diễn Số liệu không gian. - Phần cứng: là phần trông thấy được của hệ thống, đó có thể là hệ thống dựa trên máy vi tính độc lập hay trạm làm việc được kết nối. Phần cứng bao gồm máy tính và các thiết bị ngoai vi. - Phần mềm: là bộ nãõ củä hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thé chia làm 3 nhóm.
Hiện nay, có nhiều phần mém GIS phô biến và mỗi phần mềm có thể mạnh riêng như: ArcInfo, MapInfo, ArcView, ArcGis, ENVI. - Dữ liệu: bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đỏ) va dit liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian). Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa lý của đối tượng trên bề mặt Trái đất. Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối tượng, các thông tin này có thể được định lượng hay định tính.
— Phương pháp và quy trình: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng. — Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan trọng nhất bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu. Có 2 nhóm người quan trọng là người sử dụng và người quản lý GIS. Dữ liệu và những kỹ thuật phân tích không gian chính trong GIS Dit liéu cho GIS - Bản đồ nền: bao gồm các bản đồ đường 'Bhó, đường quốc lộ; đường ranh giới hành chính, ranh giới vùng dân cư; §õng;-hồ; mốc biên giới; tên địa danh và bản đồ raster.
- Bản đồ và dữ liệu thương mại: Bao gồm dữ liệu liên quan đến dân số/nhân khẩu, người tiêu thụ, dịch vụ thương mại, bảo hiểm sức khoẻ, bất động sản, truyền thông, quảng €áo;;cơ sở kinh doanh, vận tải, tình trạng tội phạm. - Bản đồ và dữ liệu môï trường: Bao gồm các dữ liệu liên quan đến môi trường, thời tiết, sự cố đôi trường, ảnh vệ tinh, dia hình và các nguồn tài nguyên thiên nhiên. - Bản đồ tham khảo chung: Bản đồ thế giới và quốc gia; các dữ liệu làm nền cho các cơ sở dữliệUriêng. Những kỹ thuật phân tích không gian chính -Phép đo đạc: Cho phép tính toán diện tích, chiều dài; thống kê diện tích tự động theo các loại biểu thiết kế.
-Phép phân tích chồng xếp: Chồng xếp bản đồ theo các tiêu chuân hoặc mô hình tính toán để tạo ra các bản đồ chuyên đề mới. Đưa ra các mô hình dữ liệu và thực hiện các bài toán ra quyết định, các bài toán quy hoạch , phân vùng, dự báo khuynh hướng phát triển -Phép nội suy: Phân tích bề mặt từ đường đẳng trị, phân tích địa hình (độ đốc, hướng dốc, phân tích thuỷ hệ), mô phỏng không gian, mô tả theo hướng nhìn. Mô hình dữ liệu của GIS a. Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt Trái Đất.
Hệ thống GIS sử dụng hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau - mô hình vector và mô hình raster. s* M6 hinh dit liéu Raster M6 hinh dif liéu Raster khéng gian dugc chialthanh’cac 6 lưới đều, thường được gọi là các điểm ảnh (pixel). Mỗi ô gom mot*gia tri don va vi tri cla nd. Độ phân giải của raster phụ thuộc vào kích.
thước điểm ảnh của nó. Dữ liệu raster là một ma trận của những ô.vuông, dùng để thể hiện chủ dé, phổ ánh sáng hoặc dữ liệu hình ảnh. Dữ liệu raster có thể dùng để Biểu diễn mọi thứ từ độ cao của mặt đất, loại cây cỏ cho tới ảnh vệ tính, ảnh quét bản đồ. Kích thước của pixel càng hỏ-độ phân giải càng cao và hình ảnh nó thể hiện càng chỉ tiết và sắc,fết nhưng dữ liệu lưu trữ rất lớn.
s* Mô hình đữ liệu vectg Mô hình dữ liệu #eefor hình thành trên cơ sở các vector với thành phần cơ bản là điểm. Các đối tượng khác được tạo ra bằng cách nối các điểm bởi các đường thắng hoặc các cung. Vùng bao gồm một tập các đường thắng. Thuật ngữ đa giác đồng nghĩa với vùng trong cơ sở dữ liệu vector vì đa giác tạo bởi các đường thăng nối với các điểm.
Như vậy, mô hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thang hay điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực. Trong kiểu vector, thông tin là các điểm (point), đường (line), và vùng (polygon) được mã hoá và lưu theo toạ độ x, y. Mức độ chính xác được giới hạn bởi số, chữ số dùng đề thể hiện một giá trị trong máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster. Một đối tượng dạng điểm (pointfeature) được xác định bởi cặp tọa độ x,y Một đối tượng dạng đường (linefeature) được xác định bởi một chuỗi cặp tọa độ x,y Một đối tượng dạng vùng (polygonfeature) được xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ x,y trong đó cặp đầu tọa độ trùng với cặp tọa độ cuối.
Trong mô hình vector, dữ liệu không gian được thể hiện trên bản đồ dưới dạng điểm, đường hoặc vùng. Trong mô hình rasfer, dữ liệu không gian được thể hiện dưới dạng mạng lưới các pixcel.Ề Dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính) Dữ liệu thuộc tính mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một tron#-các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng liên kếtwà:xử.lý đồng thời giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.