Thành phần quan trọng trong hệ cơ sở dữ liệu GIS là bản đồ. Thông tin địa lý được mô tả khái quát trong các loại bản đồ địa lý:
Bản đồ nền
- Bao gồm các bản đồ đường phố, đường quốc lộ, ranh giới hành chính, dân cư,
sông hồ, mốc biên giới, tên địa danh và bản đồ raster.
Bản đồ và dữ liệu thương mại
- bao gồm dữ liệu liên quan đến dân số, nhân khẩu, người tiêu thụ, dịch vụ thương
mại, bảo hiểm sức khỏe …
Bản đồ và dữ liệu môi trường
- bao gồm dữ liệu liên quan đến môi trường, thời tiết , sự cố môi trường, ảnh vệ
tinh….
Bản đồ và dữ liệu tham khảo chung
- bản đồ thế giới và các quốc gia, dữ liệu làm nền cho các dữ liệu riêng.
Mỗi loại bản đổ phục vụ cho một lĩnh vực hoặc nhiều lĩnh vực nghiên cứu
trong hệ thống GIS, chúng đều diễn tả chi tiết hệ thống thông tin địa lý không gian
Chương 6: CÁC CÔNG NGHỆ LIÊN QUAN
6.1.Thành lập bản đồ: 6.1.1 Desktop mapping:
Là desktop mapping system sử dụng bản đồ để tổ chức dữ liệu và tương tác người dùng. Trọng tâm của hệ thống này là thành lập bản đồ: bản đồ là cơ sở dữ
liệu. Phần lớn các hệ thống Desktop Mapping đều hạn chế hơn so với GIS về khả năng quản lý dữ liệu, phân tích không gian và khả năng tuỳ biến. Các hệ thống
Desktop mapping hoạt động trên các máy tính để bàn như PC, Macintosh, và các
máy trạm UNIX nhỏ.
6.1.2 Mapinfo:
MapInfo là phần mềm bản đồ đang được sử dụng rất rộng rãi trên thị trường
Việt Nam. Một điểm mạnh của MapInfo là khả năng hiển thị, giàn trang in rất tiện
lợi và đây là một trong những ưu thế của MapInfo so với các phần mềm GIS khác.
Giải pháp desktop của MapInfo tương đối nhỏ gọn nên MapInfo đang được chiếm ưu thế lớn ở Việt Nam, nhất là đối với những nơi tiếp cận GIS sớm, quy mô nhỏ.
Ngoài các giải pháp desktop, MapInfo còn có các giải pháp mạng, Web. Tuy nhiên cũng như các giải pháp mạng và Web của các hãng khác hiện đang ít được sử dụng
trên thị trường Việt Nam, vì trên thực tế thị trường này cũng mới làm quen với
chúng.
Những đặc điểm chính của MapInfo gồm:
- Chạy trên các hệ điều hành: UNIX, Windows.
- Hỗ trợ các thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, các máy vẽ.
- Các chức năng chính: Tạo vùng đệm, phân tích bản đồ, phân tích mạng.
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: dBase, cơ sở dữ liệu bên trong.
- Đơn giản, dễ sử dụng
- Phù hợp với mô hình quy mô nhỏ
- Khả năng tạo lập bản đồ chuyên đề mạnh và phong phú (hơn hẳn các phần mềm
GIS khác)
- Khả năng giàn trang in ,,, và in rất thuận lợi
- Khả năng giao tiếp với các phần mềm GIS khác tốt
- Cấu trúc format file mở hỗ trợ cho việc phát triển các ứng dụng chuyên sâu. - Khả năng xây dựng dữ liệu bản đồ số (khía cạnh số hóa bản đồ) yếu.
Hiện nay có 1 số phiên bản mapinfo được sử dụng khá nhiều đã được phát triển khá ổn định như phiên bản mapinfo 9.5
6.1.3 ArcGIS desktop:
ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý GIS của
ESRI. Các phiên bản ban đầu là ArcInfo, được cài đặt dưới dạng DOS, ngày nay các sản phẩm này được phát triển lên nhiều phiên bản cao cấp hợp dùng chạy trên nhiều hệ điều hành khách nhau như: Windows, Unix...
ArcGIS có nhiều dòng họ khác nhau như:
ArcGIS gồm ArcInfo, ArcEdito, ArcCatalog
ArcIMS dùng để đưa dữ liệu GIS lên Web
ArcPad dùng cho các thiết bị Mobile
ArcSDE dùng làm cầu nối truy xuất vào các hệ quản trị cơ sở dữ liệu
ArcExplore dùng truy cập nguồn dữ liệu trên Web
ArcGIS server hỗ trợ các chức năng bên phía server cũng như triển khai các ứng dụng qua mạng.
ArcGIS hỗ trợ nhiều phần mở rộng gọi là các Extension, mỗi Extension hỗ trợ
3D (3D analyst), phân tích mạng (Network analyst), xử lý dữ liệu, thống kê không gian...
ArcGIS hỗ trợ đọc được nhiều định dạng dữ liệu khác nhau (khoảng 300 định
dạng) như shapefile, geodatabase, AutoCad, Raster, Coverage,...
Ngày nay ArcGIS được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trong Hệ thống thông tin địa lý như quản lý Môi trường, Đất đai, Xã hội, Kinh tế...
Dòng phần mềm ArcGIS du nhập vào Việt Nam từ những năm 90, sau các
phần mềm GIS khác như MapInfo hay Geomedia. Tuy nhiên, do tính năng mạnh
mẽ và nhiều công cụ hỗ trợ nên ArcGIS được bắt đầu sử dụng nhiều ở Việt Nam, đặc biệt với các hệ thống GIS lớn.
6.2.CAD ( trợ giúp thiết kế nhờ máy tính )
Hệ thống CAD trợ giúp cho việc tạo ra các bản thiết kế xây dựng nhà và cơ
sở hạ tầng. Tính năng này đòi hỏi các thành phần của những đặc trưng cố định được
tập hợp để tạo nên toàn bộ cấu trúc. CAD yêu cầu một số quy tắc về việc tập hợp
các thành phần và các khả năng phân tích rất giới hạn. Hệ thống CAD có thể được
mở rộng để hỗ trợ bản đồ nhưng thông thường bị giới hạn trong quản lý và phân
tích các cơ sở dữ liệu địa lý lớn.
6.3.Viễn thám và GPS ( hệ thống định vị toàn cầu)
Viễn thám là ngành khoa học nghiên cứu bề mặt trái đất sử dụng kỹ thuật
cảm biến như quay camera từ máy bay, các trạm thu GPS hoặc các thiết bị khác.
Các thiết bị cảm biến này thu thập dữ liệu dạng ảnh và cung cấp các khả năng thao
tác, phân tích và mô phỏng những ảnh này. Do thiếu các tính năng phân tích và quản lý dữ liệu địa lý, nên không thể gọi là GIS thực sự.
Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời
điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối
thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.
GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ
Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch
nào.
6.4. DBMS ( hệ quản trị cơ sở dữ liệu):
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu chuyên về lưu trữ và quản lý tất cả các dạng dữ liệu
bao gồm cả dữ liệu địa lý. Nhiều hệ GIS đã sử dụng DBMS với mục đích lưu trữ dữ
liệu. DBMS không có các công cụ phân tích và mô phỏng như GIS.
6.5. Internet và network computer ( mạng máy tính và truyền thông).
Trong thời buổi hiện đại hóa, công nghệ máy tính và truyền thông trở nên cực kỳ giúp ích cho các dự án, các ngành , việc đưa GIS vào công nghệ máy tính và truyền thông là một bước tiến mới. Dựa vào internet, GIS được phát triển mạnh mẽ
và lan rộng khắp. Trong việc tiếp cận hướng đối tượng, GIS đang có bước tiến từ
cách tiếp cận cơ sở dữ liệu sang hướng tri thức nhờ internet.
Có thể nói trong GIS – Hệ cơ sở dữ liệu địa lý là cái hồn, còn hệ thống thông
tin và mạng máy tính truyền thông là thể xác. Internet giúp GIS cao hơn, xa hơn, sâu hơn trong các lĩnh vực đời sống và công nghệ ….
Chương7: CÁC BÀI TOÁN ỨNG DỤNG GIS
7.1.Các lĩnh vực dùng chung, chia sẽ kỹ thuật và cung cấp dữ liệu cho GIS. 7.1.1 Trắc địa:
Trắc địa là khoa học về đo đạc và xác định vị trí của các đối tượng trên mặt trái đất. Trong thiết kế đường, mô hình DEM được sử dụng rất nhiều: tính khối lượng, hiển thị 3 chiều. Các phát triển mới trong công nghệ:
* Thiết bị đo đạc máy đo điện tử “total station “
* Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System)
* Liên kết trực tiếp giữa thiết bị trắc địa và cơ sở dữ liệu không gian.
* Đặc điểm trong lĩnh vực này:
* Tỷ lệ lớn, đo đạc với sự chính xác đến mm độ phân giải trong mô hình DEM cao
* Mô hình dữ liệu dùng loại vector.
7.1.2 Bản đồ:
Một hệ thống GIS liên quan trực tiếp đến bản đồ địa lý, hơn thế bản đồ là yếu tố quan trọng nhất trong hệ cơ sở dữ liệu trong GIS.
7.1.3 Viễn Thám:
Đây là lĩnh vực cung cấp dữ liệu cho GIS. Viễn thám cho phép thu thập
thông tin về trái đất từ vệ tinh hay máy bay.
Hai nguyên tắc chính của viễn thám dùng với GIS:
* Chất lượng và giá trị dữ liệu được cải thiện qua độ chính xác của phép phân loại.
* Để có đầy đủ thông tin cho tạo quyết định, cần kết hợp với các lớp thông tin khác
+) Đặc điểm ứng dụng trong lĩnh vực này:
- Tỷ lệ bao trùm nhiều tỷ lệ phụ thuộc vào độ cao bay chụp và khả năng thiết
bị
- Mô hình dữ liệu thu thập chủ yếu ở dạng raster
- Ảnh sau khi phân loại có thể chuyển sang dạng vector hoặc input vào GIS
Viễn thám giao tiếp với GIS như là một hướng đang được phát triển hiện nay. Cả
hai lĩnh vực đều đang được phát triển.
Trong viễn thám, các hệ thống bao gồm các chức năng xử lý ảnh.Giao tiếp là
không khó khăn về mặt kỹ thuật, tuy nhiên vẫn còn có sự không tương thích về mô
hình dữ liệu, format chuẩn và độ phân giải không gian.
Nhiều phần mềm GIS có chức năng chuyển đổi dữ liệu từ các hệ thống viễn
thám và hiển thị dữ liệu vector trên nền ảnh viễn thám
Bản đồ ảnh: ảnh đã được nắn chỉnh, đưa các yếu tố toán học về bản đồ lên: phép chiếu, toạ độ, điểm khống chế, khung, lưới..v..v..
7.2.Các ứng dụng áp dụng công nghệ GIS như là một công cụ để quản lý , phân tích dữ liệu và trợ giúp tạo quyết định.
7.2.1 Quản lý và điều tra tài nguyên: 7.2.1.1 Quản lý tài nguyên thiên nhiên 7.2.1.1 Quản lý tài nguyên thiên nhiên
TÀI NGUYÊN NƯỚC
GIS có thể hỗ trợ đánh giá mức nước ngầm, mô phỏng hệ thống sông hồ và nhiều ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước khác. Những ví dụ dưới đây
Kiểm soát mức nước ngầm
Hình 7.1: bản đồ kiểm soát mực nước ngầm.
Duy trì mực nước ngầm thích hợp trong các vùng khai khoáng là một vấn đề
lớn. Trường Ðại học Kỹ thuật Aachen, Ðức đã sử dụng GIS để kiểm soát mực nước
ngầm cho các vùng khai thác than, tạo các bản đồ mực nước ngầm, kết hợp với các
dữ liệu khác như thổ nhưỡng, địa hình, quy mô khai thác mỏ, công nghệ kỹ thuật được sử dụng, cung cấp công cụ đắc lực cho các nhà phân tích.
Kiểm soát sự phục hồi mực nước ngầm
Hình 7.2: Kiểm soát và phục hồi mực nước ngầm.
Ðánh giá sự phục hồi mực nước ngầm là rất khó khăn, nhưng với công nghệ
GIS công việc này trở nên dễ dàng hơn. Umlandverband Frankfurt, Ðức, đã dùng
Những lớp này sau đó được kết hợp lại để tạo nên một bản đồ cuối cùng biểu diễn
sự phục hồi của mỗi vùng.
GIS giúp cho các nhà nghiên cứu dễ dàng tính toán và mô phỏng đồng thời
tốc độ phục hồi mực nước ngầm của các vùng khác nhau. Phân tích hệ thống sông ngòi
Hình 7.3: Phân tích hệ thống song ngòi.
Viện Ðịa chất ở Zagreb, Croatia, đã sử dụng GIS để phân tích hệ thống sông
cũng như toàn bộ vùng lưu vực sông Drava. Với công nghệ GIS có thể xây dựng
mô phỏng mạng lưới sông ngòi của khu vực cùng các thông số đặc trưng cho mỗi
dòng chảy và phân tích những ảnh hưởng mà chúng có thể chịu tác động.
Quản lý các lưu vực sông
Lưu vực sông là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp. Quản lý lưu vực sông đòi hỏi lưu lượng nước đầy đủ, duy trì sự ổn định của các hệ sinh thái, kiểm soát lũ.
Công ty Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển và Nespak, Pakistan phối hợp sử dụng GIS hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent ở Pakistan. GIS
được sử dụng để mô hình hoá sự cân bằng nước, quá trình xói mòn, và kiểm soát lũ
cho khu vực.
Hammon, Jensen, Wallen & Associates dùng GIS để kiểm soát vùng lưu vực
sông Santa Lucia Preserve. Mô hình không gian ba chiều được xây dựng nhờ công
nghệ GIS, đã giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận chính xác về địa hình và thổ nhưỡng
của khu vực, từ đó xây dựng những quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ vùng
lưu vực sông.
Kiểm soát các nguồn nước
Hình 7.5: Kiểm soát các nguồn nước.
Tại Mỹ, GIS được dùng để quản lý sự phân bố của các nguồn nước, nhờ đó
các nhà khoa học có thể dễ d xác định vị trí các nguồn nước này trong toàn bộ hệ
thống.
Qui hoạch sử dụng tài nguyên đất
Công nghệ GIS hỗ trợ rất nhiều trong công việc quy hoạch sử dụng đất.
Những dữ liệu về hiện trạng sử dụng đất được thu thập từ những quan trắc không gian được xử lý trong hệ GIS, lập bản đồ hiện trạng, kèm đó là những số liệu phân
tích. Dựa vào đó các nhà qui hoạch có thể dễ dàng quản lý và phát triển các kế
hoạch sử dụng đất hợp lý.
Thành phố Brno, Cộng hoà Czech, đã dùng công nghệ GIS để phát triển qui
hoạch tổng thể của thành phố và hiển thị thông tin theo cơ sở dữ liệu GIS địa chính
của thành phố.
Hình 7.6: TP Brno.
Mlada, Cộng hoà Czech cũng sử dụng GIS để hỗ trợ kế hoạch quy hoạch lại
một khu sân bãi quân sự, đánh giá và mô phỏng các loại tài nguyên đất: đất nông
nghiệp, đất nông nghiệp, đất tự nhiên.
Hình 7.7: Mô phỏng tài nguyên đất.
Viện Ðịa lý "Agustin Codazzi" (IGAC) của Colombia đã dùng công nghệ GIS để hiển thị và kiểm soát hiện trạng sử dụng đất hiện nay và trong tương lai của
thành phố Ibague.
Phân tích xu hướng xây dựng
Sở Phát triển Nhà và Ðô thị Adelaide, Australia sử dụng GIS để phân tích xu hướng xây dựng của thành phố, từ đó chỉ ra sự mở rộng của thành phố và ảnh hưởng của nó đối với cơ sở hạ tầng.
Hình 7.8: Phân tích xu hướng xây dựng.
Kiểm soát tài nguyên đất
7.9: Tài nguyên đất.
Các dự án phát triển được đề xuất dọc theo biên giới Mexico và Mỹ được hỗ
trợ bởi các thông tin của GIS, chẳng hạn để kiểm kê, lập bản đồ các nguồn tài nguyên, chế độ thuỷ văn, tác động của con người, cơ sở hạ tầng dọc theo biên giới….
7.2.2 GIS với môi trường:
Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada
trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện để quản lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn.
Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép
của GIS. Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn,
mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi
các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuỳ biến.
Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp,
nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trường. Các mô hình phức tạp
cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS.