Hệ thống thông tin địa lý GIS là một ngành khoa học được xây dựng và phát triển trên nền tảng của khoa học máy tính, khoa học bản đồ, khoa học địa lý nhằm nghiên cứu xây dựng mô hình, cấu trúc dữ liệu và cơ sở dữ liệu không gian của các đối tượng không gian đảm bảo cập nhật, lưu trữ, truy xuất, hiển thị, phân tích và xử lý dữ liệu không gian trên máy tính số.
Hệ thống thông tin địa lý có thể được tổ chức theo các mô hình: Mô hình 3 thành phần: phần cứng, phần mềm, con người.
Mô hình 4 thành phần: thiết bị kỹ thuật ( phần cứng, phần mềm), thông tin, tổ chức, con người.
Mô hình 5 thành phần: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, quy trình, con người. Mô hình 6 thành phần: phần cứng, phần mềm, quy trình, tổ chức, con người. Hệ thống thông tin địa lý GIS ra đời vào đầu thập kỷ 70 của thế kỷ trước và ngày càng phát triển trên nền tảng của tiến bộ công nghệ máy tính, đồ hoạ máy tính, phân tích dữ liệu không gian và quản lý dữ liệu. Hệ GIS đầu tiên được ứng dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada với tên gọi là “Canadian Geographic Information System” bao gồm các thông tin về nông nghiệp, lâm nghiệp, sử dụng đất và động vật hoang dã. Từ những năm 80 trở lại đây, công nghệ GIS đã có sự nhảy vọt về chất, trở thành một công cụ hữu hiệu trong công tác quản lý và trợ giúp quyết định. Các phần mềm GIS đang hướng tới đưa công nghệ GIS thành hệ tự động thành lập bản đồ và xử lý dữ liệu, hệ chuyên gia, hệ trí tuệ nhân tạo.
Vào thế kỷ 20, khi mà việc nghiên cứu địa lý phát triển mạnh theo xu hướng định lượng, đã nảy sinh những vấn đề về dữ liệu không gian. Nghiên cứu chuyên đề đòi hỏi quá trình điều tra, khảo sát, đo đạc thực địa ở những mức độ khác nhau, nhưng nói chung thường rất tỉ mỉ, để xác định các đặc điểm định tính và định lượng của các
ứng nổi các nhu cầu về địa lý. Ngày nay, các phương pháp và công nghệ tiên tiến trong thu thập và xử lý thông tin không gian như: công nghệ định vị toàn cầu, trắc địa ảnh, viễn thám,… đã cho phép trong một thời gian ngắn thu thập về một khối lượng thông tin rất lớn.Máy tính điện tử là tiền đề để phát triển công nghệ tự động hoá thành lập bản đồ. Sự tham gia của máy tính đã cho ra đời những mô hình bản đồ mới có nhiều ưu việt hơn: bản đồ số, cơ sở dữ liệu bản đồ, hệ thống thông tin địa lý.
Nói tới hệ thống thông tin địa lý GIS là người ta liên tưởng ngay tới bản đồ, tới các toạ độ cùng các công cụ vẽ và chỉnh hình.Thực ra thông tin về toạ độ chỉ là một phần của thông tin địa lý. Bản đồ là tập hợp các dữ liệu địa lý. Các dữ liệu này mô tả các đối tượng trong thế giới thực bằng ba đặc trưng cơ bản: vị trí toạ độ của chúng trong một hệ toạ độ đã biết nào đó, các thuộc tính không liên hệ tới vị trí đối tượng như màu sắc, diện tích… và mối quan hệ về mặt không gian lẫn nhau của các đối tượng đó.
Ngày nay, nhu cầu về bản đồ đo đạc, bản đồ chuyên đề về bề mặt trái đất như tài nguyên thiên nhiên ngày càng tăng nhanh. Ảnh viễn thám đã tạo ra những bản đồ có diện tích rất lớn và có độ chính xác cao. Sự cần thiết của dữ liệu cũng như sự phân tích về mặt không gian chỉ giới hạn cho những nhà khoa học về trái đất. Các nhà quy hoạch, nhà môi trường rất cần biết thông tin chi tiết về sự phân bố đất đai, tài nguyên trong khu vực mình quan tâm.
Hình 2-2 Sơ đồ khái quát một hệ GIS:
Vai trò của GIS được thể hiện như sau:
Công nghệ GIS dùng để phân tích địa lý như kính hiển vi, kính tiềm vọng và máy tính điện tử đối với các môn khoa học khác.
tính chất vật lý và có tính chất địa lý với các lĩnh vực khác sử dụng thông tin bản đồ.
GIS liên kết thông tin địa lý và các loại thông tin khác trong phạm vi một hệ độc lập. Nó tạo ra một cái nền nhất quán để phân tích dữ liệu bản đồ.
Bằng cách tạo ra bản đồ và các dạng khác của các thông tin về dạng số, GIS cho phép chúng ta tạo ra và hiển thị kiến thức về mặt địa lý theo những phương pháp đã có và những phương pháp mới.
GIS tạo ra những liên hệ giữa các hoạt động dựa trên các vùng địa lý. Quan sát số liệu có gắn với vị trí địa lý có thể thường nảy sinh ra những ý tưởng, những giải thích mới.
Những sự liên hệ trên thường không nhận thấy khi không có GIS. Nhưng chờ có GIS, chúng ta có thể nhìn thấy để nhận thức và quản lý hoạt động và nguồn tài nguyên.
GIS cho phép khả năng ghi chép về mặt hành chính- sở hữu tài sản, các file thuế, các công trình công cộng và đường ống cùng với vị trí địa lý của chúng.
2.3. Phần mềm Mobile
Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đã sử dụng rất nhiều loại mô hình khác nhau để kiểm soát ô nhiễm không khí như các phần mềm mô hình máy tính: AIRVIRO, LEAP, MOBILE... dùng để tính tải lượng phát thải ô nhiễm từ nguồn di động; các phần mềm mô hình máy tính: EPA-Highway, CALINE, Street Canyon, OSPM, AirQUIS, ROADAIR… dùng để tính toán sự lan truyền khuếch tán các chất ô nhiễm không khí.
Mobile là một mô hình bằng chương trình máy tính dùng để ước tính hệ số phát thải ô nhiễm trên đường của các phương tiện giao thông cơ giới. Mô hình này do Cục Bảo Vệ Môi Trường Hoa Kỳ (EPA) nghiên cứu và phát triển từ năm 1978. Phiên bản mở rộng hiện nay là Mobile 6.2 và cũng chính là phiên bản được luận văn này nghiên cứu tìm hiểu. Các phiên bản Mobile đầu tiên cũng như Mobile6.2 được viết bằng ngôn ngữ lập trình máy tính Fortran và được biên dịch cho loại máy tính để bàn. EPA đã công bố mã nguồn của Mobile 6.2 trên internet.
EPA đánh giá chiến lược kiểm soát nguồn ô nhiễm di động; các cơ quan quy hoạch của liên bang, của địa phương, của vùng có thể phát triển chiến lược đánh giá và kiểm soát phát thải ô nhiễm trong các dự án khả thi thuộc chương trình “hành động làm sạch không khí (CAA)” ; các cơ quan qui hoạch đô thị, các cơ quan quản lý giao thông có thể qui hoạch hệ thống giao thông và đánh giá tính hợp lý của nó; dùng trong các nghiên cứu cho giáo dục cũng như các nghiên cứu trong công nghiệp (lĩnh vực chế tạo sản xuất ô tô, nhiên liệu ...); sử dụng trong các báo cáo về hiện trạng môi trường.
Mobile đã sử dụng các số liệu mới nhất về các loại xe cộ, động cơ, nhiên liệu, hệ thống kiểm soát phát thải, tiêu chuẩn phát thải, qui trình thử nghiệm, mức phát thải thực tế trong sử dụng, ... .Mobile cũng kể đến các hướng phát triển trong tiến bộ về khoa học kỹ thuật, tốc độ phát triển kinh tế xã hội, xu thế giảm thiểu ô nhiễm, cũng như các tiêu chuẩn luật lệ sắp ban hành tại Mỹ.
Mobile cho phép chi tiết hoá các thông số đầu vào, kết quả tính toán, dạng xuất kết quả.