Mục tiêu Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về hệ thống thông tin địa lý GIS, những khái niệm cơ bản về GIS, các thành phần của GIS, cơ sở dữ liệu, đặc điểm của GIS, những ph
Khái niệm HTTTĐL và các yêu cầu đối với một HTTTĐL
Hệ thống là tập hợp các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ, trong đó mỗi phần tử đều có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với các phần tử khác Không có tập hợp con nào trong hệ thống tồn tại mà lại thiếu liên kết với các tập con còn lại, giúp đảm bảo tính toàn vẹn và đồng bộ của hệ thống Hiểu rõ cấu trúc của hệ thống giúp tối ưu hóa quản lý và nâng cao hiệu quả vận hành.
Các đối tượng thuộc cùng một hệ thống có mối quan hệ chặt chẽ, chia sẻ các đường ranh giới, cấu trúc và chức năng riêng biệt Sự liên kết này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và duy trì sự ổn định Hiểu rõ các đối tượng trong hệ thống là chìa khóa để đảm bảo hoạt động đồng bộ và tối ưu hóa hiệu suất tổng thể.
Hiện nay, các quốc gia có trình độ phát triển cao đã tích lũy một khối lượng lớn thông tin để đáp ứng nhu cầu sử dụng và khai thác dữ liệu của xã hội Điều này giúp nâng cao hiệu quả trong các lĩnh vực kinh tế, giáo dục và quản lý nhà nước, đồng thời thúc đẩy sự phát triển bền vững của cộng đồng.
Hệ thống thông tin là tập hợp các dữ liệu được khảo sát, thu thập, lưu trữ và xử lý nhằm hỗ trợ quá trình ra quyết định hiệu quả Nhờ vào hệ thống này, con người có thể đưa ra các quyết định chính xác và lợi ích tối đa Việc sử dụng dữ liệu một cách có tổ chức giúp nâng cao hiệu quả trong các hoạt động quản lý, điều hành và phát triển Tổng thể, hệ thống thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin kịp thời và chính xác để phục vụ các mục đích khác nhau của con người.
Các hệ thống thông tin phục vụ mục tiêu cụ thể yêu cầu nội dung và hình thức phù hợp, ví dụ như hệ thống thông tin đất đai, khí hậu, thảm thực vật, địa chất, quy hoạch và quản lý đô thị Trong các nước phát triển, người ta thường xây dựng hệ thống thông tin tổng hợp, đa chức năng để đáp ứng hầu hết các yêu cầu của các cơ quan, mặc dù khối lượng dữ liệu rất lớn và việc liên kết nội bộ gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, bất kỳ hệ thống thông tin nào cũng đều có bốn chức năng chính nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả và phù hợp với mục tiêu sử dụng.
- Chức năng nhận dữ liệu từ các nguồn dữ liệu.
- Chức năng xử lý số liệu.
- Chức năng trình bày dữ liệu.
- Chức năng suy giải và phân tích thông tin để ra quyết định
1.1.3 Hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý được gọi tắt là GIS (Geographical Information System)
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) được hiểu theo nhiều cách khác nhau tùy vào quan điểm và lĩnh vực nghiên cứu Một định nghĩa phổ biến mô tả GIS là một hệ thống thông tin gồm nhiều hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi dữ liệu địa lý thành các thông tin hữu ích, hỗ trợ phân tích và ra quyết định chính xác hơn trong các hoạt động liên quan đến không gian và vị trí.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) được định nghĩa là một hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa lý để hỗ trợ quy hoạch và ra quyết định trong lĩnh vực chuyên môn (Calkins & Tomlinson, 1977; Pavlidis, 1982) Ngoài ra, GIS còn là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính, giúp thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian một cách hiệu quả (National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) Những định nghĩa này khẳng định vai trò quan trọng của GIS trong quản lý dữ liệu địa lý và hỗ trợ quá trình ra quyết định chính xác và nhanh chóng.
5 Định nghĩa tổng quát của Ủy ban tọa độ Quốc gia liên ngành về bản đồ số của Mỹ, 1988:
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ toàn diện kết hợp phần cứng, phần mềm và các thủ tục để lưu trữ, quản lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị dữ liệu địa lý GIS giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến quản lý và quy hoạch phức tạp một cách hiệu quả.
1.1.4 Các yêu cầu đối với một HTTTĐL
Một HTTTĐL cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Khả năng quản lý được lượng lớn thông tin không gian
- Khả năng truy cập các thông tin có liên quan đến sự tồn tại, vị trí cũng như tính chất của một đối tượng không gian.
- Tính thích ứng với các đòi hỏi khác nhau của các đối tượng khác nhau.
Vai trò của HTTTĐL
Trong vài thập kỷ gần đây, địa lý học đã có nhiều đột phá trong vận dụng các kỹ thuật thông tin mới, đặc biệt là các phương pháp mô hình toán học và thống kê tiên tiến, giúp nâng cao khả năng phân tích và dự đoán Đồng thời, lĩnh vực này cũng mở rộng nguồn dữ liệu nhờ sự phát triển của dữ liệu viễn thám, cung cấp thông tin chính xác và toàn diện hơn cho các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
Trong bối cảnh các phát kiến công nghệ, GIS đóng vai trò quan trọng như một kỹ thuật tích hợp, liên kết nhiều phương pháp khác nhau thành một hệ thống thống nhất GIS là công cụ mạnh mẽ cho phép nhà địa lý lưu trữ, tổ hợp dữ liệu và thực hiện phân tích địa lý truyền thống như chồng lớp bản đồ và mô hình hóa trên máy tính Với GIS, người dùng có thể vẽ bản đồ, xây dựng mô hình, hỏi đáp dữ liệu và phân tích khối lượng lớn thông tin trong cơ sở dữ liệu trung tâm Được phát triển từ các ngành khoa học như địa lý, bản đồ học, viễn thám, khảo sát, trắc địa, xây dựng, thống kê, khoa học máy tính và dân tộc học, GIS còn được xem như một cơ sở dữ liệu số liên kết dữ liệu trong hệ tọa độ không gian, hỗ trợ thực hiện các chức năng phân tích, mô hình hóa và ra quyết định chính xác.
2 Lưu trữ dữ liệu, truy nhập và hỏi đáp
3 Chuyển đổi dữ liệu, phân tích và mô hình hóa
Báo cáo dữ liệu (xuất dữ liệu) trong ứng dụng GIS tập trung vào việc chồng ghép các lớp thông tin đa dạng dựa trên bản đồ cơ sở địa hình Việc đăng ký tất cả các lớp dữ liệu với cùng hệ quy chiếu không gian chuẩn là yếu tố thiết yếu để đảm bảo tính chính xác và đồng bộ của các phân tích không gian Các chức năng đo đạc và tổ hợp dữ liệu giúp phân tích, xử lý dữ liệu địa lý một cách hiệu quả, hỗ trợ ra quyết định dựa trên thông tin chính xác và đáng tin cậy.
6 thành phần khác nhau, GIS cho ta nhìn thấy và quản lý tất cả những gì đang diễn ra trên bề mặt Trái đất.
Hệ thống GIS cho phép tìm kiếm các loại hình không gian và xử lý mối quan hệ giữa các lớp chuyên đề khác nhau Một bản đồ GIS có thể là sự chồng lớp của nhiều bản đồ chuyên đề cùng đăng ký vào một hệ tọa độ chung để dễ dàng phân tích GIS còn cho phép tách biệt một hoặc nhiều lớp từ nguồn thông tin ban đầu, giúp tập hợp dữ liệu của các lớp cụ thể vào lớp mới để phục vụ các phân tích sau này Quá trình này bao gồm thực hiện các phép tính đại số trên bản đồ nhằm khai thác thông tin hiệu quả hơn.
Hệ thống GIS đã nâng cao hiệu quả và khả năng phân tích của bản đồ truyền thống nhờ ứng dụng công nghệ hiện đại Các hệ GIS không chỉ tạo ra bản đồ mà còn sản xuất các hình ảnh kỹ thuật và sản phẩm đồ họa đa dạng, giúp người xem cảm nhận rõ hơn về các đối tượng nghiên cứu Những hình ảnh này hỗ trợ việc truyền đạt các khái niệm kỹ thuật của GIS một cách dễ hiểu cho người không chuyên Áp dụng GIS giúp cải thiện quá trình dẫn dắt và truyền đạt thông tin khoa học một cách trực quan và sinh động hơn.
1.3 Lƣợc sử ra đời và phát triển của hệ thống thông tin địa lý
Bản đồ là công cụ thông tin quen thuộc với con người từ lâu trong quá trình phát triển kinh tế kỹ thuật, luôn được cải tiến để trở nên đầy đủ và chính xác hơn Khi lượng thông tin trên một diện tích bản đồ quá lớn, người ta lập ra các bản đồ chuyên đề để biểu diễn các thông tin theo một chủ đề cụ thể, như bản đồ địa hình, hành chính, địa chất, du lịch hoặc giao thông vận tải.
Trong những năm đầu của thập kỷ 1960 (1963-1964), các nhà khoa học Canada đã phát triển hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System - GIS), mở ra bước ngoặt quan trọng trong việc quản lý và phân tích dữ liệu bản đồ Hệ thống này giúp lưu trữ, xử lý và truy xuất dữ liệu không gian một cách hiệu quả, góp phần nâng cao khả năng nghiên cứu và ra quyết định trong các lĩnh vực địa lý, quản lý đất đai và phát triển đô thị Phát triển của GIS đã khẳng định vai trò của công nghệ trong hệ thống thông tin địa phương, tạo tiền đề cho các ứng dụng hiện đại ngày nay.
Hệ thống GIS kế thừa tất cả các thành tựu trong ngành bản đồ về ý tưởng và kỹ thuật bản đồ, bắt đầu bằng việc thu thập dữ liệu phù hợp với mục tiêu đề ra Bất kể là hệ thống thông tin địa lý hay hệ thống thông tin bản đồ, đều nhằm phục vụ các yêu cầu chung của nhiều ngành như địa chính, nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp, giao thông, xây dựng và thủy lợi Tuy nhiên, mỗi ngành có những yêu cầu riêng về thông tin, khiến cho hệ thống thông tin xây dựng chung không thể đáp ứng đầy đủ các đặc thù của từng lĩnh vực Do đó, các hệ thống thông tin chuyên ngành như hệ thống thông tin địa lý nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông đã ra đời để phục vụ tốt hơn các nhu cầu riêng của từng ngành.
Trong những năm 1970 tại Bắc Mỹ, việc bảo vệ môi trường ngày càng nhận được sự quan tâm, đi cùng với sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý (GIS) Thời kỳ này chứng kiến nhiều bước tiến nhờ vào sự gia tăng ứng dụng máy tính với bộ nhớ và tốc độ xử lý nhanh hơn, thúc đẩy quá trình thương mại hóa GIS Đến năm 1977, đã có nhiều hệ thống thông tin địa lý trên thế giới, đồng thời, kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám cũng phát triển mạnh mẽ trong giai đoạn này Nghiên cứu kết hợp giữa GIS và viễn thám bắt đầu hình thành, mở ra những hướng đi mới cho phát triển công nghệ không gian địa lý.
Trong thập kỷ 80, nhu cầu sử dụng hệ thống GIS ngày càng tăng với nhiều quy mô khác nhau, thúc đẩy việc giải quyết các tồn tại của những năm trước như vấn đề số hoá dữ liệu Đây là giai đoạn chứng kiến sự ra đời của các ứng dụng mới của GIS, bao gồm theo dõi tối ưu hóa sử dụng nguồn tài nguyên, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch và giải quyết các bài toán giao thông GIS đã trở thành công cụ hữu hiệu trong quản lý và hỗ trợ quá trình ra quyết định chính xác, hiệu quả hơn.
Những năm đầu của thập kỷ 90 đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của nghiên cứu hòa nhập giữa viễn thám và GIS, với các thành công nổi bật tại Bắc Mỹ và châu Âu Khu vực châu Á - Thái Bình Dương cũng đã thành lập nhiều trung tâm nghiên cứu về viễn thám và GIS để thúc đẩy ứng dụng công nghệ này Các quốc gia như Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan đặc biệt chú trọng nghiên cứu GIS trong lĩnh vực quản lý và đánh giá tài nguyên thiên nhiên, cũng như bảo vệ môi trường.
Ngày nay, GIS đã trở thành một ngành công nghiệp trị giá hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người toàn cầu GIS được giảng dạy rộng rãi trong các trường phổ thông và đại học khắp thế giới, góp phần nâng cao nhận thức về lợi ích của công nghệ này Các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực khác nhau ngày càng nhận thức rõ về ưu điểm của việc kết hợp công việc của họ với GIS, mở ra nhiều cơ hội phát triển và đổi mới sáng tạo.
Tại Việt Nam, công nghệ GIS được tiếp nhận và nghiên cứu từ khá sớm với nhiều quy mô và mục đích khác nhau Mặc dù đã biết đến từ lâu, nhưng đến sau năm 20XX, ứng dụng công nghệ GIS mới phát triển mạnh mẽ hơn, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững đất nước.
Năm 2000 đánh dấu sự bắt đầu của sự chú ý và phát triển của GIS tại Việt Nam sau khi có những kết quả tổng kết đầu tiên về chương trình GIS quốc gia Những thành tựu ban đầu này đã thúc đẩy nền công nghệ GIS trong nước tiến bộ rõ rệt, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Từ đây, GIS chính thức trở thành một phần quan trọng trong việc thúc đẩy phát triển bền vững và quản lý hiệu quả tài nguyên của đất nước.
Trong lĩnh vực nghiên cứu lập quy hoạch, GIS đã được áp dụng trực tiếp vào các dự án điển hình do Bộ Xây dựng chủ trì như bản đồ quy hoạch các đô thị Việt Nam từ 1996 đến 2020, Atlas quy hoạch các khu công nghiệp (1997 – 1999), quy hoạch xây dựng Vùng thủ đô (2005 – 2008) và chiến lược phát triển đô thị (2006 – 2008) Nhiều địa phương như Đồng Nai, Hà Nội, Khánh Hòa, Vũng Tàu, Vĩnh Phúc và Quảng Nam đã xây dựng các dự án GIS tổng thể nhằm định hướng các ứng dụng GIS trong phát triển kinh tế – xã hội Một số đô thị đã và đang phát triển hệ thống GIS tích hợp nhằm phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị hiệu quả hơn.