Giáo trình Viễn thám và GIS - Chương 5: Hệ thống tin địa lý-GIS - Hoàng Thanh Tùng

Nội dung text: Giáo trình Viễn thám và GIS - Chương 5: Hệ thống tin địa lý-GIS - Hoàng Thanh Tùng

1. Giới thiệu Hệ Thông tin Địa lý - GIS Hoàng Thanh Tùng Bộ môn Tính toán Thủy văn 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 hoa 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 1
2. 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 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 1964 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 2
3. 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. 3. Khái niệm Hệ Thông tin Địa lý † Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographical Information Systems) là “một hệ thống các phần cứng, phần mềm, các quá trình để lưu trữ, quản lý, thao tác, phân tích, mô hình hoá, thể hiện và hiển thị các dữ liệu địa lý nhằm mục đích giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến quy hoạch và quản lý tài nguyên“ † Một đặc điểm quan trọng nhất của GIS là dữ liệu không gian (spatial data) được lưu giữ dưới dạng một cấu trúc nhất định được gọi là cơ sở dữ liệu không gian. Cấu trúc dữ liệu sẽ quyết định cách thức lưu trữ, truy cập và thao tác xử lý thông tin. 3
4. 3. Khái niệm Hệ Thông tin Địa lý † một hệ thống GIS sử dụng hiệu quả các dữ liệu không gian bao gồm các quy trình sau đây: † Thu thập, quy nạp và hiệu chỉnh các dữ liệu không gian đầu vào, † Lưu trữ và truy xuất dữ liệu, † Thao tác và phân tích dữ liệu, † Đưa ra kết quả và xây dựng báo cáo. 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý † Một hệ thống thông tin địa lý gồm sáu thành phần cơ bản là: 1. Phần cứng 2. Các modul phần mềm, 3. Cơ sở dữ liệu, 4. Con người, 5. Hệ thống mạng kết nối 6. Thủ tục quản lý. † Tất cả các thành phần này cần được kết hợp một cách cân đối để hệ thống có thể hoạt động có hiệu quả 4
5. 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý 1. Phần cứng Mạng Bàn số hoá Ổ CD-ROM Máy tính Máy in khổ lớn Máy in 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý 2. phần mềm Nhóm nhập dữ liệu Giao diện với người sử dụng Cơ sở DLĐL Hiển thị và ra báo cáo Chuyển đổi dữ liệu 5
6. 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý 3. Cơ sở dữ liệu Tra cứu Thu nạp dữ liệu CƠ SỞ DỮ LIỆU Thao tác, biến đổi dữ liệu Hiển thị kết quả, báo cáo 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý 4. Con người Ban quản lý -Các nhà tài trợ -Đại diện người sử dụng -Người quản lý GIS Nhóm GIS Nhóm sử dụng GIS Các nhà tư vấn -Người quản lý GIS -Người SD bên ngoài -Người quản lý dự án chuyên nghiệp -Tư vấn chiến -Quản lý hệ thống -Nhân viên văn phòng lược -Phát triển ứng dụng -Kỹ thuật viên -Quản lý dự án -Tư vấn kỹ thuật Các nhân viên khác -Quản lý hệ thống -Đào tạo viên -Quản lý hành chính 6
7. 4. Cấu trúc một hệ thống thông tin địa lý 5. Hệ thống mạng kết nối „ Nếu không có hệ thống mạng, sẽ không có sự kết nối nhanh chóng hay chia sẻ thông tin dạng số, ngoại trừ giữa một nhóm người tập trung xung quanh màn hình của một máy tính 6. Thủ tục quản lý „ Ngoài tất cả các thành phần nêu trên, một hệ thống GIS còn đòi hỏi có một sự quản lý thích hợp và hiệu quả. Tổ chức, cơ quan làm việc trong lĩnh vực GIS cần phải thiết lập một quy trình thủ tục quản lý điều hành, cơ chế báo cáo công việc, các đầu mối quản lý và các cơ chế khác để đảm bảo rằng các hoạt động của một dự án GIS là nằm trong dự toán, duy trì được chất lượng cao của công việc và nhìn chung là đáp ứng được những yêu cầu dự án GIS nói riêng và hoạt động của cơ quan, tổ chức đó nói chung 5. Các sản phẩm GIS thương mại „ Các sản phẩm trong lĩnh vực này có thể được chia thành 5 nhóm: 1. Nhóm các sản phẩm phần mềm GIS dành cho các máy tính lớn mainfraim, workstation, mini 2. Nhóm các sản phẩm phần mềm GIS dành cho các máy tính PC 3. Nhóm các sản phẩm phần mềm GIS dành cho các bản đồ chuyên đề, bản đồ thống kê 4. Nhóm các sản phẩm phần mềm GIS dành cho các ứng dụng địa hình 5. Nhóm các sản phẩm phần mềm GIS khác nhau dành cho số hoá bản đồ, xử lý ảnh viễn thám hoặc các sản phẩm CAD/CAM. 7
8. 6. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS 1. Lĩnh vực quy hoạch đô thị: Nhà quy hoạch đô thị quan tâm đến sự phát triển mở rộng đô thị ra các vùng ngoại ô, và xem xét đến việc phát triển dân số cơ học tại các vùng đó cũng như lý do tại sao đô thị cần phát triển ở vùng này chứ không phải ở vùng khác 2. Lĩnh vực sinh học: Nhà sinh vật học nghiên cứu tác động của tập quán đốt rừng làm nương đến khả năng sinh tồn lâu dài của những loài động vật lưỡng cư tại các vùng rừng núi 3. Lĩnh vực phòng chống thiên tai: Nhà phân tích thiên tai xác định những vùng có nguy cơ ngập lụt cao gắn liền với hiện tượng gió mùa hàng năm qua việc xem xét các tính chất mưa và địa hình của khu vực 6. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS 4. Lĩnh vực địa chất: Nhà địa chất xác định những khu vực tối ưu cho việc xây dựng công trình tại vùng đất có chấn động thường xuyên bằng cách phân tích các tính chất kiến tạo đá 5. Lĩnh vực bưu chính viễn thông: Các công ty viễn thông muốn xác định vị trí tối ưu để xây dựng trạm rơle có tính đến các yếu tố chi phí như giá đất, mức độ bằng phẳng của địa hình,v.v 6. Lĩnh vực lâm nghiệp: Nhà lâm nghiệp muốn tối ưu hoá việc sản xuất lâm sản bằng cách sử dụng số liệu về đất, sự phân bố loài cây hiện tại kết hợp với các yêu cầu quản lý như yêu cầu về bảo tồn đa dạng sinh học, v.v 8