- Phân loại có kiểm định:
b. Xu hướng phát triển GIS
3.2. Các thành phần cơ bản của GIS
Theo nghĩa rộng, GIS bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp, con người. Theo nghĩa hẹp, GIS được định nghĩa như một hệ phần mềm thực hiện chức năng nhập dữ liệu, xây dựng cơ sở dữ liệu, phân tích dữ liệu và trình bày dữ liệu qua các thiết bị đầu ra. Trong tài liệu này, GIS được hiểu theo nghĩa rộng và bao gồm các thành phần như hình dưới đây.
Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
3.2.1. Phần cứng
Phần cứng của hệ thống GIS là hệ thống máy tính và các thiết bị ngoại vi cho cài đặt và vận hành phần mềm GIS. Phần cứng bao gồm máy vi tính (computer), máy in
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Phần cứng Máy tính Máy in Bàn số hóa Đĩa CD và ổ USB Phần mền ArcGIS Idrisi Mapinfo MicroStation Dữ liệu Bản đồ Bảng thuộc tính Phương pháp Phân lớp Chồng xếp Phân tích lân cận Phân tích mạng
(printer), bàn số hoá (digitizer), thiết bị quét (scanner), các phương tiện lưu trữ số liệu (như CD, DVD, ổ di động USB). Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Máy tính sử dụng cho các hệ thống GIS nên cân nhắc một số tiêu chí về tốc độ xử lý, khả năng lưu trữ dữ liệu và chất lượng vì hệ thống GIS có đặc trưng khác biệt so với các hệ thống thông tin khác, hệ thống này yêu cầu tích hợp cả dữ liệu đồ họa và phi đồ họa. Một số yêu cầu của máy tính cho cài đặt hệ thống GIS nên cân nhắc:
- Máy tính trang bị cho cài đặt hệ thống GIS cần phải tương thích với phần mềm đã lựa chọn. Ví dụ, phần mềm ArcGIS 10 yêu cầu cấu hình máy tính khác so với cấu hình sử dụng cho cài đặt phần mềm ArcView.
- Tốc độ xử lý dữ liệu nhanh phục vụ truy vấn và phân tích trên cơ sở dữ liệu địa lý có kích thước lớn. Các máy tính cài đặt các phần mềm GIS đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh nhằm phục vụ công tác truy vấn cơ sở dữ liệu không gian có kích thước rất lớn. Ví dụ, cơ sở dữ liệu bản đồ giải thửa trong phạm vi một tỉnh hay toàn quốc rất lớn nên cần phải chọn máy tính có khả năng lưu trữ và xử lý nhanh để phục vụ tra cứu các thông tin liên quan đến thửa đất trong phạm vi toàn tỉnh hay toàn quốc.
- Khả năng lưu trữ dữ liệu có kích thước lớn hơn máy tính sử dụng cho văn phòng. Các máy tính văn phòng thông thường lưu trữ thông tin dưới dạng các bảng thống kê và văn bản là chính nên máy tính yêu cầu tốc độ xử lứ dữ liệu vừa phải. Cơ sở dữ liệu không gian yêu cầu dung lượng lưu trữ lớn. Đặc biệt, các ứng dụng có liên quan đến lưu trữ và xử lý dữ liệu dạng cấu trúc Raster yêu cầu bộ nhớ có tốc độ xử lý và lưu trữ lớn hơn.
- Các máy tính được yêu cầu có chất lượng tốt nhằm tránh gây mất mát dữ liệu và ảnh hưởng đến hoạt động của toàn hệ thống.
Các loại máy tính sử dụng cho cài đặt hệ thống GIS:
- Máy chủ (Server): Mục đích chính của máy chủ là lưu và quản lý cơ sở dữ liệu gốc. Máy chủ cũng cho phép sử dụng chung tài nguyên như máy in chung, các loại phần mềm.
- Máy trạm: Sử dụng để xử lý và hiển thị dữ liệu dạng đồ họa (bản đồ) với chất lượng cao. Máy trạm thường nối với máy tính cỡ lớn hay máy chủ.
- Máy tính cá nhân: Máy tính để bàn hay máy tính xách tay.
Bàn số hóa (Digitizer): Bàn số hoá bản đồ bao gồm một bảng hoặc bàn viết mà bản đồ được trải rộng ra và chuột số hóa.
Máy quét bản đồ (Scanner): Máy quét chuyển các thông tin trên bản đồ giấy bằng
cách tự động dưới dạng cấu trúc Raster. Máy quét sử dụng thiết bị CCD (charge coupled devices) để đọc giá trị phản xạ từ bề mặt bản đồ quét. Máy quét quang học hoạt động theo cơ chế chia bản đồ giấy thành các ô (pixel) dữ liệu. Giá trị phản xạ của mỗi ô được ghi lại và chuyển sang dạng số (Digital number - DN). Mỗi DN đặc trưng cho giá trị của 1 ô (pixel) của ảnh quét. Sản phẩm cuối là ma trận số hay ảnh số hiển thị trong máy tính.
Thiết bị đầu ra bao gồm:
- Máy in - Máy vẽ
Các thiết bị lưu dữ liệu: Hiện nay các thiết bị lưu dữ liệu rất đa dạng. Đĩa CD và
DVD là loại ít thông dụng trong lưu trữ dữ liệu dạng bản đồ vì khả năng lưu trữ dữ liệu kích thước nhỏ. Khả năng lưu dữ liệu của CD là khoảng 0.7 GB, và DVD khoảng 4,5 GB. Các loại ổ cứng di động nên được sử dụng vì thiết bị này có dung lượng lưu trữ dữ liệu kích thước rất lớn. Ví dụ, ổ cứng di động có kích thước lưu trữ từ 500 GB đến 1000 GB là rất tốt cho lưu trữ cơ sở dữ liệu địa lý.
3.2.2. Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Thành phần phần mềm GIS bao gồm hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng. Hệ thống phần mềm thuộc nhóm hệ điều hành như Microsoft Windows, Linux, Mac OS X. Các phần mềm ứng dụng là các phần mềm GIS và các phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Các phần mềm GIS đã và đang được phát triển rất đa dạng và phong phú. Xu hướng chung hiện nay là các phần mềm GIS cho phép tích hợp dữ liệu không gian với dữ liệu thuộc tính trong cùng hệ thống. Một số hệ thống GIS đang được sử dụng phổ biến trên thế giới:
- Phần mềm ArcGIS - Phần mềm IDRISI - Phần mềm Mapinfo
- Các phần mềm GIS miễn phí: ILWIS, Quantum GIS, GRASS.
Hiện nay, phần mềm ArcGIS, IDRISI, Mapinfo đang chiếm ưu thế trên thị trường phần mềm GIS toàn cầu. Đặc biệt, phần mềm ArcGIS là phần mềm đang được sử dụng rộng rãi nhất tại các cơ sở giáo dục đại học, các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp trên phạm vi toàn cầu bởi vì hệ phần mềm này hầu như có đầy đủ tất cả các tính năng của các hệ thống GIS.
Hệ thống phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) có thể sử dụng kết hợp với các phần mềm GIS để xây dựng dữ liệu thuộc tính. Một số các phần mềm quản trị có thể sử dụng như Oracle, Microsoft Access, My SQL. Tuy nhiên, hiện nay các hệ quản trị dữ liệu đều được tích hợp vào trong hệ thống GIS. Oracle là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu mềm dẻo, nó bao gồm cơ sở dữ liệu Oracle, môi trường cho việc thiết kế các cơ sở dữ liệu và các công cụ phát triển. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu có tính an toàn, bảo mật cao, tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu, cho phép các đối tượng sử dụng truy nhập tới cơ sở dữ liệu phân tán như một khối thống nhất. Vì vậy, nó được đánh giá là ưu việt nhất hiện nay. Phần mềm Microsoft SQL Server là một nền tảng dữ liệu toàn diện, cho phép truy cập và gia công dữ liệu từ các thiết bị khác nhau. Phần mềm này cho phép lưu trữ dữ liệu hợp nhất thông qua SQL Server hỗ trợ cho dữ liệu quan hệ và dựa trên vị trí địa lý. MySQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở phổ biến nhất thế giới và được các nhà phát triển rất ưa chuộng trong quá trình phát triển ứng dụng. MySQL miễn phí hoàn toàn cho nên có thể tải về MySQL từ trang chủ. Nó có nhiều phiên bản cho các hệ điều hành khác nhau như phiên bản Win32 cho các hệ điều hành dòng Windows, Linux, Mac OS X. MySQL là một trong những ví dụ rất cơ bản về hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ sử dụng ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL). MySQL được sử dụng cho việc bổ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Phần mềm Microsoft Access là một phần trong phần mềm thương phẩm của Microssoft Office. Trên cơ sở cấu trúc dữ liệu quan hệ, Microsoft Access cung cấp cho
người dùng giao diện thân thiện cũng như các thao tác đơn giản, trực quan nhất trong việc xây dựng và quản trị cơ sở dữ liệu cũng như xây dựng các ứng dụng cơ sở dữ liệu.
Điều đáng chú ý là Việt Nam đã và đang xây dựng triển khai một số phần mềm GIS cho quản lý đất đai như VILIS và ELIS. VILIS (Vietnam Land Informationm System) là phần mềm nằm trong đề án “Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu đất đai cấp tỉnh”. Đây là một đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước do các cán bộ, chuyên gia của Trung tâm cơ sở dữ liệu-hệ thống thông tin và Trung tâm viễn thám quốc gia xây dựng. Đây là tổ chức sự nghiệp trực thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường có chức năng giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường bằng công nghệ viễn thám và công nghệ địa tin học phục vụ công tác quản lý nhà nước của Bộ, phục vụ các ngành kinh tế quốc dân. Đầu năm 2007, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quyết định số 221/QĐ-BTNMT về việc sử dụng thống nhất phần mềm VILIS và giao cho Trung tâm Viễn thám quốc gia chịu trách nhiệm hoàn thiện phần mềm này. Phần mềm hệ thống thông tin đất và môi trường (ELIS) là một trong những sản phẩm của chương trình SEMLA do Chính phủ Thụy Điển tài trợ cho Bộ Tài nguyên và Môi trường. Phần mềm ELIS gồm nhiều thành phần. Mỗi thành phần đảm nhiệm một chức năng.
3.2.3. Dữ liệu
Dữ liệu có thể coi là thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Dữ liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý riêng lẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu.
Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về vị trí địa lý, thuộc tính của đối tượng địa lý và mối quan hệ không gian của các đối tượng địa lý. Dữ liệu GIS có thể ở dạng dữ liệu Vector, Raster và bảng thuộc tính. Dữ liệu Vector được trình bày dưới dạng điểm, đường và vùng. Dữ liệu Raster được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh vệ tinh, bản đồ quét là các loại cấu trúc dữ liệu Raster. Dữ liệu thuộc tính được trình bày dưới dạng các ký tự, số, hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc tính về các đối tượng địa lý. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.