CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về Hệ thống thông tin địa lý Trong những năm trở lại đây, Hệ thống thông tin Địa lý (GIS - Geographycal Information System), đã trở thành một ngành khoa học rất được nhiều người quan tâm trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng trên toàn thế giới. GIS đã trở thành một yếu tố quan trọng không thể thiếu trong quá trình hỗ trợ việc ra những quyết định nhằm đạt tới việc tối ưu hóa lợi ích của con người.
Chúng ta đã biết, thông tin luôn là nền tảng của các quyết định hiệu quả. Hiểu theo cách đơn giản nhất, GIS nổi bật ở việc xử lý các dữ liệu không gian. Dữ liệu không gian là dữ liệu đặc biệt phức tạp vì nó đòi hỏi phải mô tả đối tượng trên hai khía cạnh - ở đâu? Và để làm gì? Gần đây, phân tích dữ liệu bản đồ đã trở thành một phần quan trọng để nắm bắt và quản lý không gian địa lý. Đây là một quan điểm mới, đánh dấu một bước ngoặt trong việc sử dụng các mô tả vật lý của không gian địa lý trong bản đồ.
Các diễn giải dữ liệu bản đồ, kết hợp các lớp thông tin khác của bản đồ để cuối cùng đưa ra một không gian đặc trưng mới với các mối quan hệ phức tạp khác. Quá trình này xuất phát từ việc mô tả “ làm gì ở đâu “ để đưa ra những quy tắc “làm cái gì và tại sao?” đã tạo ra một giai đoạn xây dựng những khái niệm và công cụ về không gian địa lý mới. Hiểu theo một cách khác, GIS là sự ứng dụng liên ngành giữa công nghệ thông tin, lý thuyết địa lý và các ngành nghiệp vụ liên quan khác. Một trong những thế mạnh của công nghệ địa tin học này là khả năng bản đồ hóa các thông tin và các kiểu cơ sở dữ liệu khác nhau xảy ra theo địa bàn để đưa ra một bộ cơ sở dữ liệu cho phép người sử dụng có thể lưu trữ, xử lý, phân tích, lựa chọn, loại trừ thông tin vv… 1.
Khái niệm Hệ thống thông tin Địa lý GIS là viết tắt của cụm từ Geographic Information Systems (Hệ thống thông tin địa lý). Trong khoảng từ 20 đến 30 năm vừa qua, nhiều tác giả định nghĩa về GIS, một số định nghĩa được đặc biệt quan tâm: − GIS là công cụ trên máy tính để lập bản đồ và phân tích những hiện tượng đang tồn tại và các sự kiện xảy ra trên trái đất (Environmental System Research Institute: ESRI – Mỹ). − GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế nhằm thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu quy chiếu không gian để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch. − GIS là một tập hợp các nguyên lý, phương pháp, công cụ và dữ liệu quy chiếu không gian được sử dụng để cập nhật, lưu trữ, chuyển đổi, phân tích, lập mô hình, mô Nguyễn Thị Yến – K17HTTTB 4 Khóa luận tốt nghiệp Ứng dụng GIS xây dựng HTTT tư vấn điểm đặt máy ATM ngân hàng BIDV phỏng và lập bản đồ các hiện tượng, sự kiện trên trái đất, nhằm sản sinh các thông tin thiết thực hỗ trợ cho việc ra quyết định (Thériault – Canada).
− GIS là hệ thống trợ giúp ra quyết định: GIS có thể coi là một hệ thống trợ giúp việc ra quyết định, có thể tích hợp các số liệu không gian trong một cơ chế thống nhất. GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hóa và quan trắc.1: Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý [9] Và để hiểu rõ hơn các tác giả Duane F. Marble và Donna J.
Peuquet đã cụ thể chia nhỏ GIS thành 4 phần[8]: Dữ liệu đầu vào: dữ liệu đầu vào là kết quả của hoạt động thu thập và nắm bắt dữ liệu không gian và thuộc tính vào trong GIS. Ở đây, thu thập và tiền xử lý dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau. Xử lý thông tin: xử lý thông tin là các hoạt động chuyển đổi hoặc biến đổi dữ liệu thành các thông tin đầu ra hữu ích. Xử lý thông tin có thể là việc tính toán, so sánh dữ liệu và thay thế, lưu trữ dữ liệu để sử dụng trong tương lai.
Phân tích thông tin: thực hiện thao tác đối với dữ liệu. Với hệ thống con này, tiến hành phân tích không gian để tạo nên thông tin. Thông tin đầu ra: thông tin đầu ra liên quan đến việc tạo ra các thông tin hữu ích, trong Hệ thống thông tin Địa lý, thông tin đầu ra tạo nên những bản đồ chuyên đề, những mô hình và số liệu thống kê. Mặc dù có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS, nhưng chúng đều có những điểm chung cơ bản: nhấn mạnh GIS là một HTTT và có thêm đặc điểm xử lý dữ liệu không gian.
GIS có khả năng xử lý bộ số liệu địa lý lớn, đa dạng, và giúp cho việc phân tích, ra quyết định ngày càng chính xác hơn đối với những sự kiện, sự vật trong không gian. Các khái niệm liên quan 1. Địa vật (features) Địa vật là đối tượng hoặc sự kiện riêng lẻ có vị trí (hoặc xảy ra) trong không gian ở những thời điểm khác nhau. Trong GIS, các địa vật có thể là: đối tượng, sự kiện, hoạt Nguyễn Thị Yến – K17HTTTB 5 Khóa luận tốt nghiệp Ứng dụng GIS xây dựng HTTT tư vấn điểm đặt máy ATM ngân hàng BIDV động, thực thể, v.
Khi kết hợp các địa vật cùng loại trong tệp (file) dữ liệu được gọi là lớp, hay chuyên đề. Hai khái niệm lớp và chuyên đề sẽ được sử dụng trong luận văn. Các địa vật được biểu diễn dưới dạng không gian trên bản đồ và có các thuộc tính mô tả được lưu trong tệp dữ liệu. Hai phần này được kết nối với nhau, mỗi địa vật trên bản đồ được nối đến một bản ghi trong tệp dữ liệu miêu tả địa vật đó.
Nếu xóa các thuộc tính của địa vật khỏi tệp dữ liệu thì hình ảnh địa vật cũng sẽ biến mất trên bản đồ. Ngược lại, nếu bạn xóa hình địa vật khỏi bản đồ thì thuộc tính của nó cũng biến mất.2) dưới đây hiển thị ba địa vật (lô đất, khối nhà, đường giao thông) của một khu phố. Mỗi địa vật có một vị trí không gian và một tập hợp các thuộc tính. Vị trí không gian của nó không chỉ gồm tọa độ không gian mà còn có kích thước.
Ngoài vị trí ra, mỗi địa vật còn thường có một tập hợp các thuộc tính mô tả, để đặc trưng cho địa vật đơn lẻ. Mỗi đặc tính có dạng con số hoặc chữ (kí tự), và những giá trị này có thể định tính (chẳng hạn như: thấp, trung bình, hoặc cao) hay định lượng (con số đo đạc cụ thể). Đôi khi, địa vật còn có chiều thời gian; một khoảng thời gian trong đó dữ liệu không gian hoặc thuộc tính của địa vật có thể thay đổi.2: Mô phỏng địa vật (đường phố, lô đất, tòa nhà) trong không gian và dữ liệu thuộc tính[8] 1. Dạng điểm, dạng đường và dạng vùng Có ba dạng điển hình của địa vật trên bản đồ là: điểm, đoạn thẳng và vùng Hình 1.3: Hình dạng địa vật trong không gian[8] Nguyễn Thị Yến – K17HTTTB 6 Khóa luận tốt nghiệp Ứng dụng GIS xây dựng HTTT tư vấn điểm đặt máy ATM ngân hàng BIDV Mỗi một trạm ATM (dạng điểm) có một cặp tọa độ x-y được đặt trên các tuyến đường giao thông (dạng đường) hoặc một khu trung tâm thương mại (dạng vùng), chúng là địa vật.
• Dạng điểm Địa vật được biểu diễn ở dạng điểm là các địa vật chỉ có 1 cặp tọa độ x, y và có vị trí biểu thị bởi một kí hiệu. Những địa vật biểu diễn ở dạng điểm phụ thuộc vào các đề tài cụ thể. • Dạng đường Địa vật biểu diễn ở dạng đường là những địa vật cần mô tả từ một loạt (ít nhất là hai) cặp tọa độ. Cặp đầu tiên là điểm bắt đầu và cặp cuối cùng kết thúc.
Hai cặp tọa độ hình thành một đoạn thẳng. Các cặp tọa độ phụ thêm sẽ hình thành những điểm giữa hai điểm đầu cuối này, cho phép đường có những đoạn ngoặt. Dạng đường thuộc loại địa vật 1 chiều vì có chiều dài đo được nhưng không có bề rộng. Thông thường các tuyến đường, kênh dẫn, đường sắt, sông ngòi,…đều được biểu diễn dạng đường.
• Dạng vùng Địa vật có đường biên, diện tích được biểu diễn ở dạng vùng. Dạng vùng được hình thành bởi một dãy các cặp điểm tọa độ, đa giác khác với đường ở chỗ là điểm đầu cũng chính là điểm cuối. Điều này khiến cho dữ liệu dạng vùng có cả chiều dài lẫn chiều rộng, như vậy địa vật 2 chiều này có diện tích bao bọc. Mô hình dữ liệu GIS có hai mô hình dữ liệu cơ bản là: Raster và Vector.
Mỗi mô hình có ưu, nhược điểm riêng. Một mô hình này có thể phù hợp với những kiểu dữ liệu và ứng dụng nhất định so với mô hình kia. • Mô hình dữ liệu Raster Mô hình dữ liệu dạng Raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixcel). Mô hình raster có các đặc điểm: Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.
Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị. Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer). Trong cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp. • Mô hình dữ liệu Vector Mô hình dữ liệu Vector dùng các điểm và đường rời rạc để nhận diện các vị trí địa vật trên mặt đất.
Các đối tượng Vector thường không che phủ bề mặt như các lớp Raster, chúng chỉ phác họa các địa vật tồn tại ở chỗ nào và phần không gian chung quanh những địa vật đó được bỏ trống. Nguyễn Thị Yến – K17HTTTB 7 Khóa luận tốt nghiệp Ứng dụng GIS xây dựng HTTT tư vấn điểm đặt máy ATM ngân hàng BIDV Trái với hệ thống Raster, ở đó mỗi lớp chỉ có một thuộc tính, mô hình dữ liệu Vector có thể có nhiều thuộc tính cho mỗi loại địa vật. Các chương trình phần mềm khác nhau có nhiều cách tổ chức tệp dữ liệu Vector, nhưng thường có ít nhất là 2 tệp: một để chứa dữ liệu không gian và tệp kia để chứa thuộc tính.