Bài giảng GIS

Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Chương I
Giới thiệu
Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Các vấn đề chính sẽ trình bày

GIS là gì?
Sơ lược lịch sử của GIS
GIS, Bản đồ and Bản đồ số
Các bộ phận cấu thành của GIS
Các ứng dụng của GIS
Các ví dụ về chức năng phân tích không gian của GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Thông tin trong các hệ thống thông tin địa lý rất đa dạng và phong phú, chúng được thu thập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, các thông tin này cần được quản lý một cách khoa học, thuận tiện cho việc khai thác sử dụng. Vì vậy, công việc thiết kế cơ sở dữ liệu (CSDL) trong hệ thống thông tin địa lý đóng vai trò rất quan trọng; nó không những giúp cho những người sử dụng đỡ lãng phí về thời gian và tiền của mà còn đạt được hiệu quả cao, trong khi khai thác sử dụng các thông tin của hệ thống.
Sự ra đời của hệ thống thông tin địa lý Geographical Information System (GIS) là một bước tiến hết sức to lớn trên con đường đưa các ý tưởng và kết quả nghiên cứu địa lý, cách tiếp cận hệ thống theo quan điểm của địa lý học hiện đại vào cuộc sống. Ngày nay,GIS đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, đã làm cho các hệ thống GIS tăng cường khả năng tập hợp các nguồn thông tin để xử lý, lưu trữ và cung cấp các thông tin chuyên ngành khác nhau đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Chính nhờ sự tổ chức sắp xếp và quản lý các dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý một cách khoa học, chặt chẽ nên có thể sử dụng chúng một cách hiệu quả cho nhiều mục đích khác nhau.
Giới thiệu về GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GIS là gì?
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập hợp các công cụ cho việc thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ cho các mục đích cụ thể.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GIS là gì?
Là phương pháp để hình dung, mô phỏng, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian.
Dữ liệu GIS có sự liên kết chặt chẽ giữa dữ liệu thuộc tính và bản đồ.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GIS là gì?
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Những gì không phảI là giS?
GPS: Hệ thống định vị toàn cầu
Bản đồ tĩnh: Bản đồ giấy hoặc bản đồ số
Các phần mềm
CAD (Computer-Aided Design)
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lịch sử của GIS
GIS TIMELINE - www.casa.ucl.ac.uk/timeline/

Xuất phát từ bản đồ giấy
Thế kỷ 18, ngành bản đồ học phát triển
Những năm 60` việc thành lập bản đồ có sự trợ giúp của máy tính.
Sự phát triển kéo theo của một loạt các ngành như địa chất, ruộng đất, môi trường, giao thông..
Với nhu cầu phân tích không gian của các ngành trên GIS ra đời. GIS được dùng cho một số các ứng dụng đơn giản ở Mỹ và Canada
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lịch sử của GIS
1977 – GIS ph¸t triÓn

1980’s – Th­¬ng m¹i ho¸ GIS
.PhÇn cøng ®­îc ph¸t triÓn m¹nh 1980’s
.NÒn c«ng nghiÖp phÇn mÒm t¨ng nhanh
ArcInfo – 1981; MapInfo – 1986

2000 – Sù bïng næ GIS
.C«ng nghiÖp phÇn mÒm ®¹t 7 tû USD
.T¨ng 10% mçi n¨m
.h¬n 1 triÖu ng­êi sö dông cè ®Þnh
.kho¶ng 5 triÖu ng­êi sö dông kh«ng cè ®Þnh
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GIS, Bản đồ và bản đồ số
B¶n ®å vµ b¶n ®å sè kh«ng ph¶i GlS

Chóng ®Òu lµ ph­¬ng ph¸p cho viÖc thÓ hiÖn c¸c th«ng tin kh«ng gian.

GIS cho phÐp thu thËp, t×m kiÕm, l­u tr÷, ph©n tÝch, qu¶n lý vµ cho s¶n phÈm ®èi víi d÷ liÖu

Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Bản đồ - Là một môn khoa học và nghệ thuật
Đầu 1960`s: Các nhà bản đồ băn khoăn liệu máy tính có đáp ứng được các yêu cầu hay không
.Máy tính làm giảm giá thành và thời gian
.Thay thế việc làm bản đồ thủ công và có độ chính xác cao.

Cuối 1870`s: Máy tính hoá việc làm bản đồ

Ngày nay: Internet Mapping (www.mapquest.com)
GIS, Bản đồ và bản đồ số
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường

Sự bùng nổ của bản đồ GIS

Sự khác nhau giữa bản đồ GIS và bản đồ giấy (bản đồ tĩnh) hay bản đồ điện tử là gì? Sự khác nhau lớn nhất giữa chúng là bản đồ GIS là một bản đồ động. Trong khi bạn có thể xem bản đồ tĩnh và biết được các đối tượng ở đâu và thậm chí đo được khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu, nhưng bạn không thể biết được gì nhiều hơn thế. Với bản đồ GIS, bạn sẽ làm chủ nó.

Bạn có thể phóng to thu nhỏ để nhìn các khu vực khác nhau một cách tổng quát hoặc chi tiết hơn, bạn có thể quyết định đối tượng nào bạn muốn quan tâm hơn hoặc xem nó được biểu tượng hóa như thế nào và điều quan trọng nhất là bạn có thể tiếp cận với cơ sở dữ liệu về các đối tượng thể hiện trên bản đồ.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Nhiều lớp dữ liệu được thể hiện cùng lúc
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Phóng to một vùng bản đồ mà bạn cần quan tâm hơn.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Tên của các đối tượng trên bản đồ sẽ đượ thể hiện nếu bạn chỉ chuột vào đó
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Bản đồ GIS được tổ chức như thế nào?
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Trong GIS, các đối tượng địalý được thể hiện ở 3 dạng
- Điểm
- Đường
- Vùng
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Sự liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Các bộ phận cấu thành của GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Phần cứng - các thiết bị mà người sử dụng có thể thao tác với các chức năng của GIS (Máy tính, các thiết bị ngoại vi, PDA`s, mobile phones, etc.)
Các bộ phận cấu thành GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Phần mềm - Các chương trình mà chạy trên máy của người sử dụng; được thiết kế cho việc điều khiển và phân tích các dữ liệu không gian;
ArcView, ArcGIS (ESRI), MapInfo Professional (MAPINO), ERDAS Imagine,...)
Cơ sở dữ liệu - Vị trí địa lý, thuộc tính của đối tượng, mối quan hệ không gian của các thông tin, và thời gian.
Các bộ phận cấu thành GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Cơ sở dữ liệu
Trong ví dụ này, các đường phố được thể hiện trong cơ sở dữ liệu GIS.

Dạng hình học của chúng là các đường.

Mỗi đường có thể được mô tả bởi tên , hoặc mã,.. gọi là các tbuộc tính của đối tượng.

Quan hệ không gian (topology) giữa hai đường có thể là cắt nhau hoặc song song.
Hình học
Thuộc tính
Topology
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Phương pháp -Kỹ thuật và các thao tác được sử dụng để nhập, quản lý, phân tích và thể hiện các dữ liệu không gian và bảo đảm chất lương của nó (số hoá,xây dựng CSDL, phân tích không gian, xây dựng bản đồ, metadata)

Con người - Những người sử dụng, thiết kế, xây dựng, duy trì và bảo dưỡng chương trình của GIS, cung cấp dữ liệu, giải thích và báo cáo kết quả.
Các bộ phận cấu thành GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Một số ứng dụng của GIS
Dịch vụ khẩn cấp: Cứu hoả và cảnh sát
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường: Giám sát và mô hình hoá
Thương mại: Tìm vị trí, hệ thống phân phối
Công nghiệp: Giao thông, liên lạc, mỏ, đường ống và chăm sóc sức khoẻ.
Giáo dục: Nghiên cứu, Công cụ dạy học, quản lý.
Bất cứ nơi nào cần đến sự phân tích không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Câu hỏi:
Tuyến đường nào nhanh nhất từ bệnh viện đến một vị trí nào đó?
Giải quyết mạng lưới
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Một số ứng dụng của GIS
Dịch vụ khẩn cấp: Cứu hoả và cảnh sát
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường: Giám sát và mô hình hoá
Thương mại: Tìm vị trí, hệ thống phân phối
Công nghiệp: Giao thông, liên lạc, mỏ, đường ống và chăm sóc sức khoẻ.
Giáo dục: Nghiên cứu, Công cụ dạy học, quản lý.
Bất cứ nơi nào cần đến sự phân tích không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Câu hỏi:
- Có bao nhiêu ha rừng bị mất trong các vụ cháy rừng vừa qua?
- Các vụ cháy rừng đó xảy ra ở đâu?
Quản lý hệ sinh thái
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Câu hỏi:
Vùng nào sẽ bị nguy hiểm bởi chất độc và cần phải sơ tán?
Giám sát môi trường bị nhiễm
khí độc
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Sử dụng GIS:

Quy hoạch đô thị
Xây dựng bản đồ địa chính
ấn định mức thuế
Điều tra dân số
Xây dựng bản đồ quốc phòng
Tìm cách giảm nhẹ các thảm hoạ
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Một số ứng dụng của GIS
Dịch vụ khẩn cấp: Cứu hoả và cảnh sát
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường: Giám sát và mô hình hoá
Thương mại: Tìm vị trí, hệ thống phân phối
Công nghiệp: Giao thông, liên lạc, mỏ, đường ống và chăm sóc sức khoẻ.
Giáo dục: Nghiên cứu, Công cụ dạy học, quản lý.
Bất cứ nơi nào cần đến sự phân tích không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Câu hỏi:
Có thể tìm thấy một thị trường mới ở đâu để phù hợp với điều kiện của một khu vực?

Có bao nhiêu làng trong vòng 3km của một vị trí cho trước?
Xác định vị trí và khoảng cách
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Một số ứng dụng của GIS
Dịch vụ khẩn cấp: Cứu hoả và cảnh sát
Quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường: Giám sát và mô hình hoá
Thương mại: Tìm vị trí, hệ thống phân phối
Công nghiệp: Giao thông, liên lạc, mỏ, đường ống và chăm sóc sức khoẻ.
Giáo dục: Nghiên cứu, Công cụ dạy học, quản lý.
Bờt cứ nơi nào cần đến sự phân tích không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Câu hỏi:
ở đâu có sự tập trung nhiều nhất của những người cao tuổi dự vào tuổi và dân số hiện tại?
ở đâu có sự tập trung nhiều nhất của người trẻ tuổi?
ở đâu có ngườiàu nhất và người nghèo nhất sống?
Mô hình hoá cho xu thế trong tương lai
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Một số ứng dụng của GIS
Dịch vụ khẩn cấp: Cứu hoả và cảnh sát
Môi trường: Giám sát và mô hình hoá
Thương mại: Tìm vị trí, hệ thống phân phối
Công nghiệp: Giao thông, liên lạc, mỏ, đường ống và chăm sóc sức khoẻ.
Chính phủ: Quân đội, địa phương
Giáo dục: Nghiên cứu, Công cụ dạy học, quản lý.
Bất cứ nơi nào cần đến sự phân tích không gian
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GIS trong đào tạo:

Nghiên cứu - đề xuất và nghiên cứu sử dụng dữ liệu không gian và kỹ thuật phân tích không gian.

Internet GIS được sử dụng cho việc tìm kiếm dữ liệu phục vụ nghiên cứu.
Đào tạo
.GIS software training - http://campus.esri.com
.GIS Certification Programs
www.worldcampus.psu.edu (Penn State University)
www.unigis.org (International Postgraduate Courses)
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Sử dụng GIS để giải quyết vấn đề
Giải quyết vấn đề dựa vào những quyết định sáng suốt. Những quyết định sáng suốt nhờ vào những nguồn thông tin chính xác. Trong thế giới thực conngười tạo ra những quyết định chứ không phải là máy tính. Máy tính chỉ giúp con người bằng cách cung cấp những thông tin hữu ích và chính xác.

Hệ thống thông tin địa lý là một công cụ máy tính cơ bản giúp chúng ta thể hiện các thông tin và có thể biết được mối quan hệ của chúng. Khả năng hỏi đáp những câu hỏi phức tạp về dữ liệu và phânt ích nhiều đối tượng cùng một lúc và cho ra kết quả ngay trên một bản đồ làm cho GIS có một thế mạnh trong việc tạo lập thông tin.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường


Thu thập dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu

Tìm kiếm dữ liệu

Phân tích dữ liệu

Thể hiện dữ liệu

Sản phẩm dữ liệu

GIS có thể làm được gì?
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Thu thập dữ liệu
Dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau
Tọa độ
Bản đồ giấy
Dữ liệu số
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lưu trữ dữ liệu
Dữ liệu được lưu trữ ở nhiều dạng khác nhau
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Tìm kiếm dữ liệu
Những quốc gia có dân số lớn hơn 20 triệu dân sẽ được tìm kiếm và thể hiện lên màn hình bằng các khoanh màu hồng trên hình dưới đây.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Phân tích dữ liệu
Tạo vùng đệm
Có bao nhiêu ha đất trong vùng đệm 1500m từ đường.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Chồng xếp bản đồ
Phân tích dữ liệu
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Sử dụng GIS có thể thể hiện dữ liệu ở nhiều cách khác nhau để phù hợp với mục đích của bạn.
Thể hiện dữ liệu
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Sử dụng GIS có thể đưa sản phẩm ra ở nhiều dạng khác nhau
Sản phẩmdữ liệu
Bản đồ giấy
ảnh
Văn bản
Internet
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Viễn thám (RS), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và GIS
- Tư liệu viễn thám bao gồm ảnh hàng không (ảnh chụp từ máy bay) và ảnh vệ tinh (ảnh chụp từ vệ tinh)
- Đặc điểm của những tấm ảnh viễn thám là luôn phản ánh trung thực bề mặt trái đất tại thời điểm chụp ảnh, vì vậy tư liệu ảnh viễn thám được sử dụng để thành lập các loại bản đồ, thăm dò nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
- Công nghệ viễn thám đặc biệt hiệu quả đối với những đối tượng mà khả năng tiếp cận nghiên cứu trực tiếp ngoài thực địa khó khăn như khu vực núi cao trùng điệp.
- Đặc điểm quan trọng của các tấm ảnh vệ tinh là có chu kỳ lặp lại nhanh chóng. (Landsat có chu kỳ chụp lặp lại là 18 ngày). Đặc điểm này cho phép theo dõi quá trình diễn biến tự nhiên phân tích nhanh chóng trạng thái cây trồng nông nghiệp, thay đổi sử dụng đất, các quá trình phát triển của sự xói mòn đất....
Viễn thám (RS), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
- Hiện nay, ở nước ta tư liệu viễn thám được sử dụng nhiều trong hầu hết các lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên.
- GPS là hệ thống bao gồm 24 vệ tinh bay xung quanh trái đất, bay trong 6 quỹ đạo tròn ở độ cao 20200 km.
- Tại bất kỳ một vị trí nào trong không gian, cũng có thể nhìn thấy ít nhất 4 vệ tinh, nhờ đó có thể xác định chính xác tọa độ đối tượng thông qua máy thu GPS.
Viễn thám (RS), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
- GPS được sử dụng nhiều trong lĩnh vực trắc địa, lập bản đồ, điều tra nguồn tài nguyên thiên nhiên.
- Tư liệu viễn thám, hệ thống định vị toàn cầu và GIS tạo thành một công nghệ 3S, luôn kết hợp cùng nhau để giải quyết các bàI toán về quản lý nguồn tàI nguyên thiên nhiên và môI trường.
Viễn thám (RS), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và GIS
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
ảnh aster khu vực hà nội độ phân giải 15m

Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
SPOT5 2.5m Natural Color of Capital Hanoi, Vietnam
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GPS 12 XL, 12 độ chính xác 15 m
GPS V, độ chính xác 10-15 m
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
GPS ProMark X, độ chính xác 3-5m
GPS Garmin 17 N, độ chính xác 2-3m
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Lợi ích của việc sử dụng GIS
Toàn cầu hóa dữ liệu
Lê Thị Giang Khoa Tài nguyên và Môi trường
Hạn chế của việc sử dụng GIS
Dữ liệu: Đòi hỏi kỹ thuật cao khi chuyển từ phương pháp truyền thống để đáp ứng độ chính xác cho dữ liệu GIS.
Kiến thức về kỹ thuật máy tính cơ bản
Chi phí tài chính ban đầu lớn
Các thiết bị và phần mềm GIS đắt tiền