Bài Giảng GIS

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
viễn thám & GIS
Dpt. Land Infomation and Envirenmental Monitering – Email: [email protected]
Biên soạn: Th.S. Ngô Thị Hồng Gấm
Khoa: Tài Nguyên & Môi trường
Trường: Đại học Nông Lâm
PHẦN II: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG (22 TIẾT)
CHƯƠNG IV TỔNG QUAN VỀ GIS (8 tiết)
1. Tóm tắt quá trình phát triển của kỷ nguyên thông tin & Hệ Thông tin Địa lý – GIS?

2. Các khái niệm cơ sở?
3. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý?
4. Các chức năng của GIS?
6. Mối liên hệ của GIS với các ngành khoa học khác?
5. Yêu cầu đối với một hệ GIS?
7. Ứng dụng của GIS?
4/25
1. Tóm tắt quá trình phát triển của kỷ nguyên
thông tin & Hệ Thông tin Địa lý – GIS

􀂆 Kỷ nguyên thông tin có thể xem như được bắt đầu với sự sử dụng của thẻ đục lỗ để lập trình văn hóa dệt tại Pháp cuối những năm 1800.
􀂆 Cuộc tổng điều tra dân số Mỹ năm 1890 đã sử dụng công nghệ thẻ đục lỗ và máy đọc thẻ cơ học để thống kê kết quả điều tra.
􀂆 Năm 1936 tại hội nghị của hiệp hội các nhà địa lý Mỹ đã nêu ra sự cần thiết phải phát triển các tiếp cận về lượng trong giải quyết các vần đề dựa trên bản đồ
5/25
1. Tóm tắt quá trình phát triển của kỷ nguyên
thông tin & Hệ Thông tin Địa lý – GIS

􀂆 Ba yếu tố quan trọng dẫn tới sự hình thành công nghệ bản đồ kỹ thuật số và bản đồ học vi tính trong những năm 1960 là:
1. Sự hoàn thiện các kỹ thuật ngành bản đồ
2. Sự phát triển nhanh chóng trong công nghệ vi tính kỹ thuật số
3. Sự phát triển nhanh kỹ thuật xử lý không gian
􀂄 Vào những năm 1960, Bộ Y tế và Bộ Lâm nghiệp Hoa Kỳ đã phát triển các kỹ thuật máy tính để nghiên cứu chất lượng nước và các vấn đề thuỷ văn.
􀂄 Cục Thống kê Mỹ cũng đã đi tiên phong trong lĩnh vực sử dụng máy tính trong phân tích số liệu. Năm 1969, Ian McHarg đã viết cuốn Thiết kế với Tự nhiên (Design with Nature) nêu ra phương pháp chập các lớp bản đồ khi giải quyết bài toán lựa chọn địa điểm (site selection) và phân tích phù hợp (suitability analysis). Nhiều phần mềm máy tính ứng dụng trong quy hoạch đô thị đã ra đời trên khắp thế giới vào cuối những năm 1960
6/25
1. Tóm tắt quá trình phát triển của kỷ nguyên
thông tin & Hệ Thông tin Địa lý – GIS

􀂆 GIS đầu tiên được coi là GIS Canada (Canada Geographical Information System – CGIS) hình thành vào năm 1960 trong các chương trình phục hồi đất nông nghiệp. Hệ thống này phân tích dữ liệu đất đai Canada để xác định khu vực đất thứ yếu gây ra các vấn đề môi trường. CGIS này dẫn đến sự phát triển máy scanner điện tử đầu tiên trên thế giới dùng để chuyển đổi bản đồ giấy thành dạng dữ liệu số. Vì vậy, GIS đầu tiên trên thế giới được gắn liền với các nghiên cứu về môi trường.
􀂆 Các hệ thống GIS đầu tiên khác là Hệ thống thông tin tài nguyên và sử dụng đất New York, hệ thống thông tin quản lý đất đai Minnesota.
􀂆 Đến cuối những năm 1970 Viện nghiên cứu các hệ thống môi trường (ESRI) ra đời ở Canifornia và đã phát hành sản phẩm Arc/Info – đây có thể coi là sản phẩm thương mại trọn gói của GIS đầu tiên trên thế giới
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ
Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam
Ở Việt Nam việc ứng dụng GIS vào quản lý tài nguyên, trong đó tập trung vào
một số dự án trọng điểm của quốc gia và dự án phi chính phủ. Cho đến nay việc
đánh giá hiệu quả của công tác này chưa có số liệu điều tra nào, mặc dù vậy các
phần mềm ứng dụng và đối tượng sử dụng và triển khai ứng dụng được thể hiện:
- Các cơ quan ứng dụng HTTĐL ở Việt nam
+ Phần lớn các cơ quan quản lý nhà nước chiếm 54 %
+ Các trường đại học , viện nghiên cứu chiếm 42 %
+ Các cơ quan kinh doanh và t­ư nhân 4 %
- Các phần mềm HTTĐL được sử dụng ở Việt Nam
Có rất nhiều phần mềm HTTĐL hiện được sử dụng ở Việt Nam. Được sử dụng
nhiều nhất là MapInfo với 53% số cơ quan dùng. Sau đó phải kể đến là
ARC/INFO (chủ yếu là PC ARC/INFO), ILWIS, INTERGRAPH.
- Phân loại các cơ quan sử dụng phần mềm HTTTĐL:
Các tỉnh tham gia dự án HTTTĐL của Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường
chủ yếu sử dụng phần mềm MapInfo.
Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam

- Các cơ quan trong Tổng cục Địa chính và các sở Địa chính sử dụng công
nghệ INTERGRAPH.
Các cơ quan nghiên cứu dùng các phần mềm HTTTĐL chuyên nghiệp,
mua thông qua các dự án. Đó là các phần mềm: ARC/INFO, SPANS,
Đa số các cơ quan sử dụng các phần mềm HTTĐL giá rẻ:
PC ARC/INFO, ILWIS,...
- Một số tỉnh và cơ quan phía Nam sử dụng WINGIS
Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam
12/25
2. Nhược điểm liên quan đến sử dụng bản đồ
giấy truyền thống

􀂆 Việc sử dụng bản đồ giấy thông thường có một loạt các nhược điểm cho người sử dụng trong việc thể hiện, thao tác, xử lý các dữ liệu thông tin, cụ thể như:
1. Không có khả năng thay đổi tỷ lệ bản đồ (vì tỷ lệ này là cố định khi bản đồ được in ra),
2. Không có khả năng hiển thị lớp thông tin chuyên đề (layer) riêng mà người sử dụng quan tâm,
3. Khó khăn trong việc chuyển đổi từ hệ toạ độ này sang hệ toạ độ khác,
4. Việc cập nhật thông tin vào trong bản đồ rất khó khăn và mất nhiều thời gian,
5. Khó khăn trong việc thực hiện các phân tích về số, về lượng,
6. Khu vực quan tâm luôn luôn nằm tại vị trí giao nhau của 4 tấm bản đồ (vấn đề này được biết đến như là ‘luật Murphy’),
7. Không có khả năng thay đổi cách hiển thị các đối tượng, các đặc điểm đã được vẽ,
8. Sản xuất bản đồ theo nhu cầu riêng vô cùng tốn kém.
􀂆 Các nhà nghiên cứu và quản lý tài nguyên dần dần đã nhận ra rằng cần thiết phải cải thiện phương pháp xử lý các thông tin địa lý, điều này đã dẫn tới sự ra đời của GIS.
13/25
ĐỊNH NGHĨA VỀ GIS
- Định nghĩa của David Cowen-NCGIA - Mỹ, GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý và xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian để giải quyết các vấn quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
Hình 4.1: Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý
15/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
HTTĐL bao gồm các hợp phần cơ bản như sau: tài liệu không gian, người điều hành, phần cứng, phần mềm
16/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu không gian và dữ lieu thuộc tính.
- D÷ liÖu kh«ng gian cã thÓ ®Õn tõ nhiÒu nguån, cã c¸c nguån t­ liÖu sau: sè liÖu tÝnh to¸n thèng kª, b¸o c¸o, c¸c quan tr¾c thùc ®Þa, ¶nh vÖ tinh, ¶nh m¸y bay, b¶n ®å giÊy (d¹ng analog). Kü thuËt hiÖn ®¹i vÒ viÔn th¸m vµ HTT§L cã kh¶ n¨ng cung cÊp th«ng tin kh«ng gian bao gåm c¸c thuéc tÝnh ®Þa lý, khu«n d¹ng d÷ liÖu, tû lÖ b¶n ®å vµ c¸c sè liÖu ®o ®¹c. ViÖc tÝch hîp c¸c t­ liÖu ®Þa lý tõ nhiÒu nguån kh¸c nhau lµ ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña mét phÇn mÒm HTT§L.
- Th«ng th­êng, t­ liÖu kh«ng gian ®­îc tr×nh bµy d­íi d¹ng c¸c b¶n ®å giÊy víi c¸c th«ng tin chi tiÕt ®­îc tæ chøc ë mét file riªng. C¸c t­ liÖu ®ã kh«ng ®¸p øng ®­îc c¸c nhu cÇu hiÖn nay vÒ t­ liÖu kh«ng gian lµ v× nh÷ng lý do sau:
+ §ßi hái kh«ng gian l­u tr÷ rÊt lín, tra cøu khã kh¨n
+ C¸c khu«n d¹ng l­u tr÷ truyÒn thèng th­êng kh«ng t­¬ng thÝch víi c¸c tiªu chuÈn d÷ liÖu hiÖn nay
* Nh­ vËy, HTT§L lµ sù ph¸t triÓn ®Æc biÖt ®Ó sö dông c«ng nghÖ vµ nghÖ thuËt m¸y tÝnh trong viÖc xö lý t­ liÖu kh«ng gian d¹ng sè
Hình 4.2: Nguồn dữ liệu đầu vào của GIS
18/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
Ng­êi ®iÒu hµnh
V× HTT§L lµ mét hÖ thèng tæng hîp cña nhiÒu c«ng viÖc kü thuËt, do ®ã ®ßi hái ng­êi ®iÒu hµnh ph¶i ®­îc ®µo t¹o vµ cã kinh nghiÖm trong nhiÒu lÜnh vùc. Ng­êi ®iÒu hµnh lµ mét phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®­îc cña HTT§L
Nh÷ng yªu cÇu c¬ b¶n vÒ ng­êi ®iÒu hµnh bao gåm c¸c vÊn ®Ò sau:
- B¶n ®å häc cung cÊp c¸c hiÓu biÕt vÒ thiÕt kÕ b¶n ®å, lËp b¶n ®å (vÝ dô: L­íi chiÕu b¶n ®å, hÖ thèng täa ®é, c¸c mÉu ký tù trªn b¶n ®å vµ c¸c kü thuËt in Ên).
- Khoa häc vÒ m¸y tÝnh vµ th«ng tin cung cÊp c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ phÇn cøng m¸y tÝnh vµ vËn hµnh th«ng th¹o c¸c ch­¬ng tr×nh liªn kÕt phÇn cøng.
- Cã kinh nghiÖm trong viÖc sö dông c¸c phÇn mÒm HTT§L:
- Cã hiÓu biÕt nhuÇn nhuyÔn vÒ d÷ liÖu: hiÓu vÒ nguån d÷ liÖu, néi dung vµ ®é chÝnh x¸c cña d÷ liÖu,
- Cã kh¶ n¨ng ph©n tÝch kh«ng gian. Yªu cÇu ®­îc ®µo t¹o vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p xö lý thèng kª vµ xö lý ®Þnh tÝnh trong ®Þa lý, viÖc ®µo t¹o cho ng­êi xö lý cã thÓ lùa chän ph­¬ng ph¸p tèt nhÊt ®Ó ph©n tÝch vµ ¸p dông nh»m ®­a ra kÕt qu¶ tèt nhÊt.
- Người sử dụng hệ thống: là những người sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực GIS hay GIS chuyên dụng. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo,phân tích dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý.
- Thao tác viên hệ thống: có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắt nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao. Đôi khi họ còn có trách nhiệm huấn luyện người dùng, họ cũng là người có kinh nghiệm như người sử dụng hệ thống. Họ hiểu biết về cấu hình phần mềm và phần cứng để có thể yêu cầu nâng cấp. Họ còn làm việc như người quản trị hệ thống, quản
trị cơ sở dữ liệu, an toàn, toàn vẹn cơ sở dữ liệu để tránh hư hỏng, mất mát dữ liệu.
-Nhà cung cấp GIS: có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống. Đôi khi tham gia huấn luyện người dùng GISthông qua các hợp đồng với quản trị hệ thống.


- Nhà cung cấp dữ liệu: có thể là tổ chức Nhà nước hay tư nhân. Thông thường, các công ty tư nhân cung cấp dữ liệu sửa đổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà nước để cho phù hợp với ứng dụng cụ thể. Thường thì các cơ quan Nhà nước cung cấp dữ liệu được xây dựng cho chính nhu cầu của họ, nhưng dữ liệu này có thể đượcsử dụng trong các tổ chức, cơ quan khác.
- Người phát triển ứng dụng: là những người lập trình viên được đào tạo. Họ xây dựng các giao diện người dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên các hệ thống GIS chuyên nghiệp. Phần lớn, lập trình GIS bằng ngôn ngữ Macro do nhà cung cấp GIS xây dựng để người phát triển ứng dụng có khả năng ghép nối với các ngôn ngữ máy tính truyền thống.
- Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống. Phần lớn họ là đội ngũ chuyên nghiệp, có trách nhiệm xác định mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật, phân tích đúng đắn,đảm bảo tích hợp tốt hệ thống trong cơ quan. Thông thường, chuyên gia phân tích hệ thống là nhân viên của các hãng lớn chuyên về cài đặt GIS.
21/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
PhÇn cøng (m¸y tÝnh vµ thiÕt bÞ ngo¹i vi)
PhÇn cøng cña mét HTT§L bao gåm c¸c hîp phÇn sau: Bé xö lý trung t©m (CPU), thiÕt bÞ nhËp d÷ liÖu, l­u d÷ liÖu vµ thiÕt bÞ xuÊt d÷ liÖu.
Bé xö lý trung t©m (central processing unit - CPU): hÖ thèng ®iÒu khiÓn, bé nhí, tèc ®é xö lý lµ nh÷ng yÕu tè quan träng nhÊt cña CPU.
NhËp, l­u d÷ vµ xuÊt d÷ liÖu: c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi phôc vô cho viÖc nhËp d÷ liÖu lµ: Bµn sè ho¸, m¸y quÐt ®Ó chuyÓn ®æi d÷ liÖu analoge thµnh d¹ng sè. HoÆc ®äc b¨ng vµ ®Üa CD - ROM cã nhiÖm vô lÊy th«ng tin hiÖn cã trong b¨ng vµ ®Üa. ThiÕt bÞ xuÊt d÷ liÖu bao gåm m¸y in ®en tr¾ng vµ mµu, b¸o c¸o, kÕt qu¶ ph©n tÝch, m¸y in kim (plotter).
phần cứng
Máy quét bản đồ
(EPSON 1640XL)
TÝnh n¨ng, kü thuËt:
- Khæ quÐt: A3
- QuÐt ®en tr¾ng hoÆc mµu
- §é ph©n gi¶i: 100 - 3200 dpi
C«ng dông:
- QuÐt b¶n ®å, ¶nh, v¨n b¶n ... vµo m¸y tÝnh (kÕt hîp víi phÇn mÒm chuyªn dông) ®Ó chuyÓn ho¸ thµnh d÷ liÖu sè.
- T¹o nÒn b¶n ®å ®Ó thµnh lËp HÖ thèng Th«ng tin ®Êt. . .
phần cứng
Cấu hình phần cứng: 2CPU Petium III 933 Mhz; 512 Mb RAM; HDD: 36,4 Gb; Video card: Intense Wildcad 3D 4105 16Mb WRAM; Màn hình 21 inch.
T¸c dông:LËp m¸y chñ ®Ó xö lý, ®iÒu hµnh m¹ng m¸y tÝnh.
- Thµnh lËp m« pháng, khai th¸c, ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng ®Þa h×nh, th«ng tin ®Þa lý trong kh«ng gian 3 chiÒu d­íi d¹ng chuyÓn ®éng.
- L­u tr÷, kÕt nèi vµ xö lý c¬ së d÷ liÖu.
Trạm mô phỏng
phần cứng
Cấu hình:
- Tốc độ xử lý 700 Mhz.
- ổ cứng: 10,2 Gb; 128 Mb RAM.
- Card màn hình: 8 Mb.
- Màn hình 14 inch.
Công dụng:
- Sử dụng máy tính khi đi công tác.
- Rất tiện lợi khi báo cáo trong không gian giới hạn.
Máy tính xách tay
phần cứng
TÝnh n¨ng kü thuËt:
- KÝch th­íc: 1370 x 675 x 1200 mm (Dµi x réng x cao)
- Träng l­îng: 60 kg
§é ph©n gi¶i in:
+ In §en tr¾ng: 600 - 1200 DPI;
+ In Mµu: tõ 300 - 600 DPI
- Khæ giÊy tõ A4 ®Õn A0 (giÊy cuén hoÆc giÊy rêi).
C«ng dông: In
- ¶nh, b¶n ®å, s¬ ®å.
- B¶n thiÕt kÕ,
- C¸c b¶ng biÓu kh¸c .



Máy In khổ A0
26/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
PhÇn cøng (m¸y tÝnh vµ thiÕt bÞ ngo¹i vi)
27/25
4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý
PhÇn mÒm
Mét hÖ thèng phÇn mÒm xö lý HTT§L yªu cÇu ph¶i cã hai chøc n¨ng sau: tù ®éng ho¸ b¶n ®å vµ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu. Sù ph¸t triÓn kü thuËt HTT§L hiÖn ®¹i liªn quan ®Õn sù ph¸t triÓn cña hai hîp phÇn nµy.
- Tù ®éng ho¸ b¶n ®å: b¶n ®å häc lµ m«n khoa häc, nghÖ thuËt vµ kü thuËt thµnh lËp b¶n ®å. Do ®ã, tù ®éng ho¸ b¶n ®å lµ thµnh lËp b¶n ®å víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh. Mét b¶n ®å lµ sù thÓ hiÖn b»ng ®å häa cña mèi quan hÖ kh«ng gian vµ c¸c h×nh d¹ng (Pobinson vµ NNK, 1984) vµ mçi mét b¶n ®å lµ sù m« h×nh ho¸ thùc tÕ theo nh÷ng tû lÖ nhÊt ®Þnh.
- Qu¶n lý d÷ liÖu: chøc n¨ng thø hai cña phÇn mÒm HTT§L lµ hÖ thèng qu¶n lý d÷ liÖu (data base management system DBMS). HÖ thèng TT§L ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn c¸c d¹ng kh¸c nhau cña d÷ liÖu ®Þa lý ®ång thêi cã thÓ qu¶n lý hiÖu qu¶ mét khèi l­îng lín d÷ liÖu víi mét trËt tù râ rµng. Mét yÕu tè rÊt quan träng cña phÇn mÒm HTT§L lµ cho kh¶ n¨ng liªn kÕt hÖ thèng gi÷a viÖc tù ®éng hãa b¶n ®å vµ qu¶n lý c¬ së d÷ liÖu.
Hệ điều hành: WINDOWS NT.
WINDOWS 9X.
Phần mềm đồ họa: MicroStation, IrasC, IrasB, Geovec, MGE Nucleur, MGE Projection Manager, MGE Base Image, MGE Grid Generation, MGE Terrain Analyst.
Hệ phần mềm GIS: Geoconcept, GeoMedia, MicroGeographic AcrInfo, MapInfo . . .
Các phần mềm trợ giúp khác: Photoshop, CorelDraw...
Tiêu chí chọn phần mềm:
+ Khả năng kết nối dữ liệu.
+ Chuẩn hoá dữ liệu.
+ Hiện thị thông tin.
+ Ph©n tÝch, xö lý d÷ liÖu.
+ Ph¹m vi øng dông.
+ Thêi gian huÊn luyÖn, ®µo t¹o.
+ Giá thành ban đầu và nâng cấp.
phần mềm
phần mềm
phần mềm
phần mềm
phần mềm
Phần mềm ArcGIS: Cho phộp t?o, phõn tớch, v? b?n d?, qu?n lý, chia s? v� cụng b? thụng tin
34/25
Mở rộng

35/25
Nhận biết GIS như thế nào?
Cần phân biệt 2 ý nghĩa của câu hỏi “đó có phải là GIS?”
GIS là ứng dụng, bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp và con người để giải quyết vấn đề  Ứng dụng GIS
GIS là loại phần mềm do các nhà tin học phát triển, tương tự Word, Excel.
GIS là ứng dụng
Phần cứng GIS tương tự bất kỳ máy tính nào và bổ sung một các thiết bị khác như máy in, máy vẽ khổ rộng, thiết bị nhập liệu như bàn số hóa, máy quét...
Loại thông tin nào là quan trọng sẽ được GIS lưu trữ
thông tin về what is where: nội dung bản đồ và ảnh chụp
dữ liệu được GIS lưu trữ trong máy tính bao gồm cả bản đồ và ảnh.
GIS bao gồm các công cụ thao tác trên dữ liệu địa lý
Các chức năng hiển thị, sửa đổi, đo khoảng cách, diện tích...
Các chức năng phức tạp hơn: thống kê không gian, quản lý các công trình công cộng, hỗ trợ lập quyết định, lập kế hoạch, dự báo tương lai.
GIS là phần mềm
Thực hiện các chức năng trên bằng thành phần của phần mềm máy tính -> GIS là phần mềm máy tính
Chúng được các hãng phần mềm cung cấp với giá từ 50 – 50000 USD.
Các hãng chuyên về GIS, các hãng phần mềm khác có cung cấp phần mềm GIS
36/25
Sử dụng GIS để làm gì?
Các công ty công trình công cộng
các công ty điện thoại, điện lực, nước, truyền hình cáp...
mỗi công ty có hàng trăm ngàn khách hàng: mỗi khách hàng nối vào mạng, có hàng trăm km đường dây dẫn hay đường ống dưới mặt đất
mỗi công ty nhận hàng trăm cuộc gọi bảo trì mỗi ngày, do vậy họ cần
theo dõi mọi hoạt động, quản lý các thông tin về what is where, cập nhật dữ liệu, giao nhiệm vụ cho nhân viên, cung cấp thông tin cho các công ty khác.
Giao thông vận tải
các cơ quan quản lý giao thông vận tại cần:
quản lý hệ thống tín hiệu giao thông; trạng thái mặt đường cao tốc; phân tích dữ liệu về các tai nạn đường bộ, đường sắt
lái xe của trường học cần kế hoạch đưa đón học sinh
người bán hàng cần hệ thống tìm đường, định vị trong xe ôtô
hãng chuyển phát nhanh (FedEx) cần theo dõi hành trình hàng hóa
các nghiên cứu tập trung vào: quản lý đường đi và lập lịch bằng GIS
37/25
Sử dụng GIS để làm gì?
Nông nghiệp
sử dụng bản đồ chi tiết và ảnh vệ tinh để lập kế hoạch mùa màng
lập kế hoạch sử dụng hiệu quả thuốc trừ sâu, phân bón...
phân tích sản lượng thu hoạch.
các kỹ thuật này được gọi là “nông nghiệp chính xác”
Lâm nghiệp
theo dõi sự phát triển các loài cây rừng ở đâu
lập kế hoạch khai thác rừng
khai thác loại gỗ mong muốn nhưng vẫn phải giữ được tài nguyên rừng cho tương lai
lập kế hoạch vị trí đường đi, phương pháp khai thác và vận chuyển gỗ để tuân thủ các qui định về môi trường
quản lý các khía cạnh khác: trồng rừng...
38/25
Các câu hỏi mà GIS có thể trả lời
GIS đầy đủ có thể trả lời 5 câu hỏi sau cho các ứng dụng khác nhau.
location
What is at...? Tìm ra cái gì tồn tại ở vị trí cụ thể. Vị trí được thể hiện bằng tên, mã bưu điện hay tọa độ địa lý (kinh/vĩ độ)
condition
Where is it? Tìm ra vị trí thỏa mãn một số điều kiện (vùng không có rừng diện tích 2000m2 và xa đường quốc lộ 100m và loại đất phù hợp cho xây dựng nhà)
trends
What has changed since...? Tìm ra sự khác biệt theo thời gian trong vùng
patterns
What spatial patterns exist? Tìm ra nơi nào không phù hợp mẫu (cancer là nguyên nhân chính của cái chết của người dân gần nhà máy nguyên tử?)
modeling
What if...? Câu hỏi này xác định cái gì xảy ra nếu có đường mới mở hay nếu chất độc thải vào nguồn nước... Để trả lời câu hỏi này đòi hỏi các thông tin địa lý và các thông tin khác.
39/25
GI-System, -Science, -Study
Hành động “doing GIS” là gì?
là sử dụng các công cụ của hệ thông tin địa lý để giải quyết những vấn đề đã nói trên đây.
Dự án GIS có các giai đoạn:  xác định vấn đề;  tìm kiếm dữ liệu;  xây dựng CSDL;  thực hiện phân tích;  diễn giải và biểu diễn kết quả.
Từ khía cạnh này: GIS= Geographic Information System
hay có nghĩa là phát triển công cụ
bổ sung vào công nghệ thông tin địa lý đang có hay xây dựng công cụ mới.
hay là nghiên cứu về lý thuyết và quan niệm của công nghệ thông tin địa lý
do vậy, GIS = Geographic Information Science
hay là nghiên cứu về khía cạnh xã hội của thông tin địa lý
do vậy, GIS = Geographic Information Study
kinh tế của thông tin địa lý
ngữ cảnh hợp qui luật
các nhiệm vụ riêng, bảo đảm
40/25
Khoa học thông tin địa lý
Là khoa học hỗ trợ cho công nghệ
xem xét các câu hỏi cơ bản do sử dụng hệ thống và công nghệ đưa ra
Là đa lĩnh vực
nhiều lĩnh vực đóng góp vào các nhiệm vụ này
Công nghệ thông tin địa lý truyền thống: bản đồ học (cartography), viễn thám (remote sensing), đo đạc (geodesy), quan trắc (photogrammetry)
Công nghệ thông tin số truyền thống: khoa học máy tính (CSDL, xử lý ảnh, nhận dạng mẫu, đồ họa máy tính...)
địa tin học: ‘geomatics’ (Canada, châu Âu) và ‘geoinfomatics’ (Mỹ) có cùng ý nghĩa
khái niệm ‘spatial’ hay ‘geographic’
‘geographic’ liên quan đến Trái đất: bề mặt hai chiều; khí quyển, đại dương, lớp dưới bề mặt 3D
‘spatial’ đề cập đến bất kỳ cấu trúc đa chiều nào: ảnh y tế về cơ thể người; bản vẽ thiết kế cơ khí; vẽ kiến trúc ngôi nhà...
‘geographic’ là tập con của ‘spatial’: thường được sử dụng thay cho nhau khi nghiên cứu về GIS
41/25
GIS và các hệ thông tin khác
42/25
Các vấn đề của GIScience
Vấn đề trình diễn
độ phức tạp của bề mặt Trái đất là vô hạn, do vậy phải quyết định về
thu thập và trình diễn nó trong hệ thống số như thế nào?
lấy mẫu ở đâu và như thế nào?
khuôn mẫu dữ liệu nào được sử dụng?
tiêu chí nào được sử dụng để chọn lựa biểu diễn?
độ chính xác của trình diễn; giảm thiểu khối lượng dữ liệu; cực đại hóa tốc độ tính toán; tương thích với các dự án, phần mềm và người sử dụng khác; tương thích với cách suy nghĩ của con người về thế giới.
Vấn đề đánh giá trình diễn như thế nào
bằng cách nào để đo độ chính xác, thiếu hụt của trình diễn
biểu diễn theo quan điểm của người sử dụng như thế nào
mô tả trong tài liệu, hiển thị trên màn hình, mô phỏng tác động của chúng như thế nào?
43/25
Các vấn đề của GIScience
Vấn đề quan hệ giữa trình diễn và người sử dụng:
người sử dụng nghĩ về Trái đất như thế nào? làm thế nào để trình diễn của máy tính giống như suy nghĩ của con người?
user suy luận, hiểu biết và giao tiếp với thế giới địa lý như thế nào?
làm như thế nào để đầu ra của GIS dễ hiểu cho nhiều loại user và nhiều điều kiện ràng buộc khác nhau.
Vấn đề mô hình và cấu trúc dữ liệu
lưu trữ trình diễn như thế nào để hiệu quả
khai thác nhanh thông tin thông qua chỉ số hóa thích hợp
khả năng giao tiếp được giữa các hệ thống khác nhau.
Vấn đề hiển thị dữ liệu địa lý
phương pháp hiển thị tác động diễn giải dữ liệu địa lý như thế nào?
bản đồ học được mở rộng như thế nào để tận dụng lợi thế của môi trường số
các đặc tính cơ bản nào của hiện thị sẽ đem đến thắng lợi.
44/25
Các vấn đề của GIScience
Vấn đề công cụ phân tích
Bản chất trực giác không gian của con người là gì? Làm thế nào để tăng cường khả năng của chúng bằng công cụ GIS?
Các phương pháp phân tích nào cần hỗ trợ lập quyết định bằng GIS
Trình diễn các phương pháp phân tích như thế nào để user dễ lựa chọn.
Còn nhiều vấn đề khác liên quan
Đóng góp cho lĩnh vực GIScience
nhóm hơn 30 trường đại học của Mỹ (University Consortium for Geographic Information Science), http://www.ucgis.org
Các tổ chức khác...
45/25
GIS: tập các phân hệ có liên quan
Phân hệ thu thập và nhập (capture/input) dữ liệu:
Nhập dữ liệu từ bán số hóa, máy quét hay nhập trực tiếp các tọa độ
Soạn thảo (edit) trong GIS nhằm sửa lỗi hay bổ sung đặc trưng
Đặt tên cho các đặc trưng để hệ thống có thể nhận danh (tên hay mã)
Phân hệ quản trị dữ liệu:
Liên kết dữ liệu thuộc tính với các đối tượng không gian
Liên kết với CSDL ngoài
Cập nhật các đặc trưng trong CSDL
Nhập và xuất dữ liệu với GIS hay DBMS khác
Tổ hợp các tờ bản đồ để tạo lập CSDL lớn hơn, khớp các cạnh của các tờ bản đồ láng giềng
46/25
Các phân hệ của GIS
Phân hệ chế tác dữ liệu:
Đồng nhất các bản đồ từ các nguồn khác nhau sao cho chúng có thể chồng lên nhau khi hiển thị
Biến đổi (transformation) các tọa độ
Thay đổi phép chiếu bản đồ
Phân hệ phân tích dữ liệu:
Query
Chọn các đặc trưng theo các thuộc tinh: “hãy tìm các huyện với tỷ lệ biết chữ < 60%”
Chọn các đặc trưng theo quan hệ địa lý: “hãy tìm mọi trạm trung tâm kế hoạch hóa gia đình trong huyện này”
Truy vấn tổ hợp thuộc tính/địa lý: “hãy tìm tất cả các làng trong vòng 10 km từ bệnh viện tỉnh mà có số trẻ con tử vong cao”.
47/25
Các phân hệ của GIS
Phân hệ phân tích dữ liệu (tt):
Buffer: tìm mọi khu dân cư trong vòng 10 km từ bệnh viện
Point-in-polygon operations: tìm ra các làng trong đó có thảm thực vật
Polygon overlay: tổ hợp các bản ghi hành chính với dữ liệu y tế của các huyện
Geocoding/address matching: khớp danh sách địa chỉ với bản đồ đường phố
Network operations: tìm con đường ngắn nhất từ làng tới bệnh viện
Phân hệ mô hình hóa: nhận biết hay dự đoán tiến trình được hình thành hay sẽ hình thành mẫu (pattern) không gian
Diffusion: tình hình dịch tả đang lan truyền trong tỉnh như thế nào?
Interaction: dân di cư đến đâu?
What-if scenarios: nếu đập nước được xây dựng ở đây thì có bao nhiêu dân phải di cư?
CHỨC NĂNG CỦA GIS?
- Nhập dữ liệu: Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS. Việc
nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phímvà các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS.
- Quản lý dữ liệu: Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc.
Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS. Điều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu,
một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý. Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất.
- Phân tích dữ liệu: Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS. GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và
phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian.
- Xu?t d? li?u: Ch?c nang xu?t d? li?u hay cũn g?i l� ch?c nang bỏo cỏo c?a GIS cho phộp hi?n th?, trỡnh b�y cỏc k?t qu? phõn tớch v� mụ hỡnh húa khụng gian b?ng GIS du?i d?ng b?n d?, b?ng thu?c tớnh hay van b?n trờn m�n hỡnh hay trờn cỏc v?t li?u truy?n th?ng khỏc ? cỏc t? l? v� ch?t lu?ng khỏc nhau tựy thu?c v�o yờu c?u c?a ngu?i dựng v� kh? nang c?a cỏc thi?t b? xu?t d? li?u nhu m�n hỡnh, mỏy in v� mỏy v?.
PH�N T�CH CHI PH�/L?I NHU?N TRONG GIS
· Cái gì sẽ là lợi nhuận của GIS?
· Theo cách đó sự sử dụng GIS sẽ giúp đỡ để nâng cao hiệu quả của tổ chức không?
· Chi phí của GIS là bao nhiêu?
· Nguồn lợi của GIS có trội hơn chi phí của nó không?
Đào tạo
Thuê mớn
Đi lại và hội họp
Phơng pháp để lựa chọn hệ thống
Dự án thử nghiệm
Mục tiêu lâu dài
Phân tích chi phí-nguồn lợi
Yêu cầu đối với một hệ GIS?
Một hệ GIS hoạt động có hiệu quả phải thực hiện được các yêu cầu sau:
- Xử lí dễ dàng nhanh chóng với số lượng dữ liệu địa lí lớn;
- Có khả năng tách chọn chi tiết dữ liệu theo miền, vùng hoặc theo chuyên đề;
- Có khả năng tìm kiếm theo các tính chất đặc trưng đặc biệt của một hay nhiều
đối tượng địa lý;
- Có khả năng liên kết hoặc hoà nhập các dữ liệu không gian với nhau;
Có khả năng phân tích các dữ liệu không gian, liên kết các dũ liệu không gian
và thuộc tính;
- Có khả năng cập nhật dữ liệu nhanh chóng với chi phí thấp;
- Có khả năng mô hình hoá dữ liệu và đề ra các phương án chọn lựa;
- Có khả năng trao đổi dữ liệu với các hệ thống thông tin khác, có khả năng để
phát triển tiếp với các chức năng tiện ích khác;
- Có khả năng kết xuất dữ liệu ra với các hình thức khác nhau.
Mối liên hệ của GIS với các ngành khoa học khác?
Ngành địa lý: được liên hệ với sự nhận thức thế giới, về vị trí con người
trong thế giới. GIS cung cấp kỹ thuật để tạo ra sự phân tích và
nghiên cứu địa lý.
Ngành bản đồ học: bản đồ là thành phần thể hiện các đối tượng địa lý trên bề
mặt trái đất của chúng ta trong hệ GIS. Dữ liệu bản đồ là thành phần chính trong
cơ sở dữ liệu của GIS. Sự phát triển của ngành bản đồ sẽ giúp cho GIS hoàn
thiện các chức năng xử lý dữ liệu không gian, phong cách thể hiện các dữ liệu
bản đồ trong hệ thống và các sản phẩm đầu ra.
Công nghệ viễn thám: các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn dữ liệu
địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thuật thu thập và xử lý dữ liệu mọi vị trí trên quả địa cầu với giá rẻ. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể được trộn với các lớp dữ liệu của GIS.
Khoa học đo đạc: nguồn cung cấp các vị trí cần quản lý có độ chính xác cao cho GIS.
- Ngành toán học: các chức năng xử lý của GIS luôn gắn liền với các thuật
toán cụ thể trong tính toán. Sự hoàn thiện trong giải quyết các thuật toán ứng
dụng đã giúp cho các nhà lập trình có thêm khả năng mở rộng và hoàn thiện các
chức năng GIS, nhất là chức năng xử lý địa lý. Toán học học là một trong những
nền tảng để phát triển và hoàn thiện chức năng bên trong của các phần mềm GIS.
- Ngành thống kê: nhiều mô hình được xây dựng trên cơ sở về mặt bản
chất mang tính thống kê. Ngoài ra, nhiều kỹ thuật thống kê được sử dụng
để phân tích. Thống kê đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự
phát sinh của các lỗi và tính không xác định của một số liệu khác.
- Ng�nh truy?n thụng thụng tin: cỏc thụng tin trong cỏc h? GIS ch? cú th?
trao d?i v?i nhau thụng qua cỏc phuong ti?n truy?n thụng. S? phỏt tri?n
c?a ng�nh n�y s? cung c?p cho GIS nang l?c liờn k?t m?ng trong mỏy tớnh,
t?o ra cỏc h? GIS da ng�nh, n?u tru?c dõy ph?n l?n GIS du?c s? d?ng d?c
l?p v?i nhau thỡ ng�y nay h?u h?t du?c k?t n?i th�nh m?ng mỏy tớnh s?
d?ng chung cho cỏc co quan khỏc nhau, dó l�m cho cỏc nh� qu?n lý th?y
rừ thờm hiờ? qu? d?u tu v� ớch l?i c?a cụng ngh? GIS.
Ngành khoa học quản trị dữ liệu: các nguồn dữ liệu trong GIS được
tổ chức và quản lý dựa trên nền tảng nguyên tắc của các phần mềm quản
trị dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cũng là một thành phần cơ bản của GIS. Sự
phát triển và hoàn thiện của các hệ thống quản trị dữ liệu sẽ giúp cho
GIS hoàn thiện các chức năng quản lý cơ sở dữ liệu của mình tối ưu hơn.
* Trước năm 2000, theo quy định của Tổng Cục Địa chính, bản đồ Việt Nam sử
dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ Hà Nội-72 với lưới chiếu Gauss là một lưới chiếu hình trụ ngang giữ góc. Từ năm 2000 nước ta dùng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia mới thống nhât trên toàn quốc thay thế hệ tọa độ HN-72 trước đây:
+ Tên hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia mới là VN-2000.
+ Lựa chọn hệ quy chiếu quốc tế WGS-84 toàn cầu làm ellipsoid quy chiếu
quốc gia.
+ Lựa chọn điểm gốc tọa độ quốc gia là điểm N00 đặt tại khuôn viên Viện
nghiên cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội.
+ Lựa chọn lưới chiếu tọa độ phẳng UTM (Universal Transverse Meleator)
quốc tế là lưới chiếu tọa độ phẳng quốc gia. UTM cũng là lưới chiếu hình trụ ngang giữ góc với các múi 6 độ như lưới chiếu Gauss. Tuy nhiên, điểm khác nhau giữa hai lưới chiếu này là trong phép chiếu hình của Gauss, mặt trụ tiếp xúc với bề mặt của ellipsoid theo đường kinh tuyến giữa của mỗi múi, còn ở lưới chiếu UTM, mặt trụ cắtbề mặt của ellipsoid theo hai vòng đứng cách kinh tuyến giữa 2 độ.
+ Việc chia múi và phân mảnh hệ thống bản đồ cơ bản được thực hiện theo hệ
thống lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế.
Các hệ quy chiếu tọa độ sử dụng ở Việt Nam