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

• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hệ thống thông tin địa lý
• Đề tài: Ứng Dụng Hệ Thống Thông Tin Địa Lý (GIS) Trong Quản Lý Dữ Liệu Địa Lý
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ DỮ LIỆU BẢN ĐỒ SỐ
• 1.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý
• 1.2. Giới thiệu phép chiếu không gian của GIS
• 1.3. Phần mềm GIS và các phương pháp thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP SỐ HÓA SỐ BẢN ĐỒ BIỂN HẢI PHÒNG VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU BẢN ĐỒ
• 2.1. Giải pháp số hóa và tổ chức bản đồ số biển Hải Phòng
• 2.2. Hiệu chỉnh bản đồ số dựa trên bản số hóa
• 2.3. Tìm kiếm và hiệu chỉnh lỗi
• 2.4. Tổ chức dữ liệu bản đồ số
• 2.5. Giới thiệu MAPINFO, MAPX và tổ chức dữ liệu bản đồ
• 2.5.1. Giới thiệu về MAPINFO
• 2.5.2. Giới thiệu về MAPX
• 2.5.3. Cấu trúc tổ chức dữ liệu bản đồ của MAPINFO
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM
• 3.1. Tín hiệu GPS - Đấu truy xuất tín hiệu GPS
• 3.2. Biểu đồ luồng dữ liệu
• 3.3. Biểu đồ mức dưới đỉnh
• 3.4. Khối tìm kiếm và hiển thị
• 3.5. Cơ sở dữ liệu thuộc tính
• 3.6. Thiết kế khối của chương trình
• 3.6.1. Giao diện hình của chương trình
• 3.6.2. Giao diện lựa chọn hiển thị
• 3.6.3. Giao diện cập nhật thông tin đối tượng
• 3.6.4. Giao diện cập nhật loại đối tượng
• 3.6.5. Giao diện tìm kiếm đối tượng
• 3.6.6. Giao diện kết nối hệ thống với GPS
• 3.6.7. Giao diện thay đổi cấu hình thiết bị truyền GPS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng GIS Trong Quản Lý Địa Lý

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ngày càng trở nên quen thuộc trong lĩnh vực công nghệ thông tin, nhờ vào những lợi ích thực tế và tiềm năng phát triển trong tương lai. Công nghệ GIS có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quân sự, quản lý đô thị, quản lý hệ thống viễn thông, thủy lợi. Một hệ thống GIS hoàn chỉnh kết hợp với kỹ thuật truyền thông và điện tử, giúp các công ty vận tải biển biết vị trí tàu với độ chính xác cao và cập nhật liên tục hành trình. GIS có thể đưa ra dự đoán về ảnh hưởng của một dự án đến môi trường trong tương lai, từ đó đưa ra quyết định có nên tiến hành dự án đó hay không. Giao diện bản đồ thân thiện giúp người dùng có cái nhìn trực quan nhất khi thao tác.

1.1. Định Nghĩa Hệ Thống Thông Tin Địa Lý GIS Chi Tiết

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.

1.2. Các Thành Phần Cơ Bản Của Một Hệ Thống GIS

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.

II. Thách Thức Quản Lý Dữ Liệu Địa Lý Truyền Thống Giải Pháp GIS

Quản lý thông tin biển là một vấn đề phức tạp, đặc biệt ở các thành phố biển như Hải Phòng với bờ biển dài trên 125 km. Khối lượng thông tin biển cần quản lý rất lớn, bao gồm thông tin địa lý tự nhiên và hệ thống an toàn hàng hải. Tuy nhiên, việc quản lý các thông tin này vẫn được tiến hành thủ công thông qua bản đồ giấy và giấy tờ lưu trữ. Ứng dụng tin học vào quản lý cũng chỉ số hóa được một phần các thông tin đó. Việc tìm kiếm cũng như xử lý số liệu vẫn chưa đồng bộ. Do đó, việc xây dựng một hệ thống quản lý đồng bộ các thông tin địa lý và thuộc tính có tính thực tiễn cao là vô cùng cần thiết.

2.1. Hạn Chế Của Phương Pháp Quản Lý Thủ Công

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.

2.2. Ưu Điểm Của Ứng Dụng GIS Trong Quản Lý Dữ Liệu Địa Lý

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.

III. Phương Pháp Số Hóa Bản Đồ Biển Tổ Chức Dữ Liệu GIS

Để xây dựng một hệ thống GIS hiệu quả, việc số hóa bản đồ biển và tổ chức dữ liệu một cách khoa học là vô cùng quan trọng. Quá trình số hóa bản đồ biển bao gồm việc chuyển đổi các thông tin địa lý từ bản đồ giấy sang định dạng số, sử dụng các phần mềm chuyên dụng như MapInfo. Việc tổ chức dữ liệu GIS cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy tắc nhất định, đảm bảo tính nhất quán, chính xác và khả năng tương tác giữa các lớp dữ liệu.

3.1. Quy Trình Số Hóa Bản Đồ Biển Chi Tiết

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.

3.2. Các Phương Pháp Tổ Chức Dữ Liệu Không Gian Trong GIS

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.

3.3. Giới Thiệu Về MapInfo Và Cách Tổ Chức Dữ Liệu Bản Đồ

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.

IV. Phân Tích Thiết Kế Cài Đặt Thử Nghiệm Hệ Thống GIS

Việc phân tích, thiết kế và cài đặt thử nghiệm hệ thống GIS là bước quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Quá trình này bao gồm việc xác định các chức năng của hệ thống, thiết kế cơ sở dữ liệu, xây dựng giao diện người dùng và kiểm tra, đánh giá hiệu năng của hệ thống.

4.1. Xác Định Yêu Cầu Chức Năng Của Hệ Thống GIS

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.

4.2. Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Địa Lý Cho Hệ Thống GIS

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.

4.3. Thiết Kế Giao Diện Người Dùng Thân Thiện Dễ Sử Dụng

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.

V. Ứng Dụng Thực Tế GIS Trong Quản Lý Tài Nguyên Biển

Hệ thống GIS có thể được ứng dụng rộng rãi trong quản lý tài nguyên biển, bao gồm: quản lý quy hoạch sử dụng đất ven biển, quản lý khai thác thủy sản, quản lý ô nhiễm môi trường biển, quản lý rủi ro thiên tai và quản lý an ninh hàng hải. Ứng dụng GIS giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình tài nguyên biển, từ đó đưa ra các quyết định quản lý hiệu quả và bền vững.

5.1. GIS Trong Quản Lý Quy Hoạch Sử Dụng Đất Ven Biển

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.

5.2. GIS Trong Quản Lý Khai Thác Thủy Sản Bền Vững

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.

5.3. GIS Trong Quản Lý Rủi Ro Thiên Tai Ven Biển

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.

VI. Xu Hướng Phát Triển Tương Lai Của GIS Trong Quản Lý Địa Lý

Công nghệ GIS đang phát triển mạnh mẽ với nhiều xu hướng mới, như tích hợp với trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (Machine Learning), Internet of Things (IoT) và mô hình hóa 3D. Các xu hướng này mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng mới cho GIS trong quản lý địa lý, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định thông minh và hiệu quả hơn.

6.1. Tích Hợp Trí Tuệ Nhân Tạo AI Vào Hệ Thống GIS

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.

6.2. Ứng Dụng Học Máy Machine Learning Trong GIS

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.

6.3. Kết Hợp GIS Với Internet Of Things IoT Để Thu Thập Dữ Liệu

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.