Ứng Dụng Hệ Thống Thông Tin Địa Lý (GIS) Trong Quản Lý Dữ Liệu Địa Lý

Có nhiều cách hiểu và định nghĩa khác nhau về GIS, nhưng đều có điểm chung là bao hàm dữ liệu không gian, phân biệt giữa hệ thống thông tin quản lý và GIS. So với bản đồ, GIS lưu trữ và biểu diễn dữ liệu hoàn toàn độc lập với nhau. GIS cung cấp khả năng quan sát trên các góc độ khác nhau với cùng một tập dữ liệu. Theo định nghĩa của dự án “The Geographer’s Craft” của khoa địa lý trường đại học TEXAS, GIS là cơ sở dữ liệu số chuyên dụng, trong đó hệ trục tọa độ không gian là phương tiện tham chiếu chính. GIS gồm các công cụ để thực hiện các công việc như nhập số liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu tổng hợp từ các nguồn khác; lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL; biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hóa bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian; lập báo cáo gồm các bản đồ chuyên đề, bảng biểu, kế hoạch.

Một hệ thống GIS bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu địa lý và con người. Phần cứng gồm hệ thống máy tính, các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hóa, máy vẽ, máy quét ảnh vào ra và thậm chí là các thiết bị công nghệ cao phục vụ việc thu thập số liệu bản đồ như vệ tinh, máy bay viễn thám. Các thiết bị này có thể được nối với nhau thông qua các thiết bị truyền tin hoặc trực tiếp với mạng cục bộ. Phần mềm gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ họa, các khối chương trình cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý và phân tích không gian dễ dàng và chính xác. Dựa trên mục tiêu xây dựng của hệ thống GIS mà lựa chọn các giải pháp đồng bộ cho phần cứng và phần mềm.

Việc quản lý dữ liệu địa lý bằng phương pháp thủ công, sử dụng bản đồ giấy và hồ sơ lưu trữ, gặp nhiều hạn chế. Thứ nhất, việc tìm kiếm thông tin trở nên khó khăn và tốn thời gian. Thứ hai, việc cập nhật thông tin không được thực hiện thường xuyên, dẫn đến dữ liệu bị lạc hậu. Thứ ba, việc phân tích và khai thác dữ liệu để đưa ra các quyết định quản lý trở nên phức tạp và kém hiệu quả. Cuối cùng, việc chia sẻ thông tin giữa các bộ phận và cơ quan chức năng gặp nhiều khó khăn.

Ứng dụng GIS mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp quản lý thủ công. GIS cho phép số hóa và lưu trữ dữ liệu địa lý một cách có hệ thống, giúp việc tìm kiếm và truy xuất thông tin trở nên nhanh chóng và dễ dàng. GIS cung cấp các công cụ phân tích không gian mạnh mẽ, giúp người dùng khai thác dữ liệu để đưa ra các quyết định quản lý chính xác và hiệu quả. GIS cho phép chia sẻ thông tin một cách dễ dàng giữa các bộ phận và cơ quan chức năng, tăng cường tính phối hợp và đồng bộ trong công tác quản lý.

Quy trình số hóa bản đồ biển bao gồm các bước sau: chuẩn bị bản đồ gốc, quét bản đồ, hiệu chỉnh hình học, vector hóa, gán thuộc tính và kiểm tra chất lượng. Việc hiệu chỉnh hình học đảm bảo bản đồ số có độ chính xác cao về vị trí. Vector hóa là quá trình chuyển đổi các đối tượng địa lý trên bản đồ thành các đối tượng vector (điểm, đường, vùng). Gán thuộc tính là việc liên kết các thông tin mô tả với các đối tượng địa lý.

Có hai phương pháp tổ chức dữ liệu không gian chính trong GIS: mô hình vector và mô hình raster. Mô hình vector biểu diễn các đối tượng địa lý bằng các điểm, đường và vùng. Mô hình raster biểu diễn các đối tượng địa lý bằng các ô lưới (pixel). Việc lựa chọn mô hình nào phụ thuộc vào loại dữ liệu và mục đích sử dụng. Ví dụ, mô hình vector phù hợp với việc biểu diễn các đối tượng có ranh giới rõ ràng như đường giao thông, ranh giới hành chính. Mô hình raster phù hợp với việc biểu diễn các dữ liệu liên tục như độ cao địa hình, mật độ dân số.

MapInfo Professional là một phần mềm GIS phổ biến, cung cấp các công cụ mạnh mẽ để số hóa, quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý. MapInfo sử dụng định dạng file .TAB để lưu trữ dữ liệu vector. Mỗi file .TAB chứa thông tin về hình học, thuộc tính và kiểu hiển thị của các đối tượng địa lý. MapInfo cho phép tổ chức dữ liệu bản đồ thành các lớp (layer), giúp người dùng dễ dàng quản lý và phân tích dữ liệu.

Việc xác định yêu cầu chức năng của hệ thống GIS cần dựa trên nhu cầu thực tế của người dùng và mục tiêu quản lý. Các chức năng cơ bản của hệ thống GIS bao gồm: nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu, hiển thị dữ liệu và báo cáo. Các chức năng nâng cao có thể bao gồm: phân tích không gian nâng cao, mô phỏng, dự báo và tích hợp với các hệ thống khác.

Thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý cần đảm bảo tính nhất quán, chính xác và khả năng mở rộng của dữ liệu. Cơ sở dữ liệu địa lý bao gồm các bảng chứa thông tin về hình học, thuộc tính và mối quan hệ giữa các đối tượng địa lý. Việc lựa chọn hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) phù hợp cũng rất quan trọng. Các DBMS phổ biến được sử dụng trong GIS bao gồm: PostgreSQL/PostGIS, Oracle Spatial và Microsoft SQL Server.

Giao diện người dùng cần được thiết kế một cách trực quan, dễ sử dụng và phù hợp với trình độ của người dùng. Giao diện cần cung cấp các công cụ để người dùng dễ dàng thực hiện các thao tác như: tìm kiếm, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu. Giao diện cũng cần hỗ trợ đa ngôn ngữ và tùy biến theo nhu cầu của người dùng.

GIS có thể được sử dụng để lập quy hoạch sử dụng đất ven biển một cách khoa học và hợp lý, đảm bảo sự cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. GIS cho phép phân tích các yếu tố như: địa hình, địa chất, thủy văn, hệ sinh thái và các hoạt động kinh tế - xã hội để xác định các khu vực phù hợp cho từng mục đích sử dụng.

GIS có thể được sử dụng để theo dõi và quản lý hoạt động khai thác thủy sản, đảm bảo khai thác bền vững và bảo vệ nguồn lợi thủy sản. GIS cho phép xác định các khu vực khai thác, theo dõi sản lượng khai thác, quản lý tàu thuyền và kiểm soát các hoạt động khai thác trái phép.

GIS có thể được sử dụng để đánh giá và quản lý rủi ro thiên tai ven biển, như bão, lũ lụt, xói lở bờ biển và nước biển dâng. GIS cho phép xây dựng các bản đồ rủi ro, mô phỏng các kịch bản thiên tai và lập kế hoạch ứng phó khẩn cấp.

Tích hợp AI vào GIS cho phép tự động hóa các quy trình phân tích dữ liệu, nhận dạng đối tượng và dự báo. AI có thể được sử dụng để phân tích ảnh vệ tinh, nhận dạng các đối tượng trên bản đồ và dự báo các xu hướng phát triển.

Machine Learning có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình dự báo, phân loại và phân cụm dữ liệu địa lý. Ví dụ, Machine Learning có thể được sử dụng để dự báo nguy cơ xói lở bờ biển, phân loại các loại đất và phân cụm các khu vực dân cư.

Kết hợp GIS với IoT cho phép thu thập dữ liệu địa lý một cách liên tục và tự động từ các cảm biến và thiết bị thông minh. Dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi các hiện tượng tự nhiên, quản lý tài sản và cung cấp thông tin cho người dùng.