Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (geo - referenced data) riêng rẽ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những thông tin địa lý có nghĩa sẽ bao gồm các dữ kiện về (1) vị trí địa lý, (2) thuộc tính (attributes) của thông tin, (3) mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin, và (4) thời gian. Có 2 dạng số liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian.
2.5.1.2. Quản lý dữ liệu không gian
Cơ sở dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của các đối tượng, cho biết vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đối tượng. Các đối tượng không gian được định dạng về 3 loại: đối tượng dạng điểm, dạng đường và dạng vùng. Dữ liệu không gian có hai mô hình lưu trữ: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector.
2.4.2.2. Quản lý dữ liệu phi không gian
Cơ sở dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính) lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tính chất,… của đối tượng nghiên cứu. Các thông tin này có thể là định tính hay định lượng, được lưu trữ trong máy tính như là tập hợp các con số hay ký tự; ở dạng văn bản và bảng biểu. Thông thường, dữ liệu thuộc tính là các thông tin chi tiết cho đối tượng hoặc các số liệu thống kê cho đối tượng. Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổ chức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột dữ liệu (trường dữ liệu): mỗi cột diễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng; và các hàng tương ứng với một bản ghi: gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý.
2.4.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng khác nhau của thông tin địa lý - đó là vector và raster.
Hình 2.3. Biểu diễn bản đồ dạng Vector
Mô hình dữ liệu vector hình thành trên cơ sở các vector với thành phần cơ bản là điểm. Các đối tượng khác được tạo ra bằng cách nối các điểm bởi các đường thẳng hoặc các cung. Vùng bao gồm một tập các đường thẳng. Thuật ngữ
đa giác đồng nghĩa với vùng trong cơ sở dữ liệu vector vì đa giác tạo bởi các đường thẳng nối với các điểm. Như vậy, mô hình dữ liệu vector sử dụng các đoạn thẳng hay điểm rời rạc để nhận biết các vị trí của thế giới thực.
Mô hình dữ liệu Raster không gian được chia thành các ô lưới đều, thường được gọi là các điểm ảnh (pixel). Mỗi ô gồm một giá trị đơn và vị trí của nó. Độ phân giải của raster phụ thuộc vào kích thước điểm ảnh của nó. Kích thước điểm ảnh càng nhỏ, độ phân giải càng cao.
Hình 2.4. Mô hình dữ liệu Raster 2.4.3. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, giữa các ngành xâm nhập vào nhau, đan xen, hỗ trợ và thúc đẩy lẫn nhau phát triển ngày càng nhanh hơn. Nhất là khoa học công nghệ tin học phát triển nhanh và thâm nhập sâu vào các lĩnh vực khoa học khác.
Công nghệ số nói chung trong đó bao gồm hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ hữu ích trong việc tích hợp hệ thống cơ sở dữ liệu gắn kết với bản đồ, tiến bộ này đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều nước phát triển. Việc áp dụng hệ thống GIS vào lĩnh vực quản lý đất đai sẽ giúp đổi mới, nâng cao hiệu quả công tác xây dựng cơ sở dữ liệu đất đai, là công cụ đắc lực cho các ban, ngành, địa phương trong việc quản lý nhà nước về đất đai.
2.4.3.1. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã bắt đầu xuất hiện vào cuối năm 1960 và đến nay đã phát triển hoàn chỉnh với khả năng thu nhận, lưu trữ, truy cập, xử lý, phân tích và cung cấp thông tin cần thiết để hỗ trợ quá trình ra quyết định trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong lĩnh vực đánh giá đất đai phục vụ cho phát triển sản xuất nông lâm nghiệp.
Trên quy mô toàn thế giới, FAO (1983) đã ứng dụng GIS trong mô hình phân vùng sinh thái nông nghiệp (Agro - Ecological Zone - AEZ) để đánh giá đất đai thế giới tỷ lệ 1/5.000.000.
Tại Bắc Mỹ (Hoa Kỳ & Canada), Mỹ là một trong những nước đi đầu về công nghệ GIS, hệ thống dữ liệu quốc gia được xây dựng rất hoàn chỉnh dựa trên hệ thống tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. GIS đã được phát triển ở khắp các lĩnh vực liên quan đến không gian lãnh thổ như: môi trường (lâm nghiệp, hải dương học, địa chất học, khí tượng thuỷ văn…); hành chính - xã hội (nhân khẩu học, quản lý rủi ro, an ninh…); kinh tế (nông nghiệp, khoáng sản, dầu mỏ, kinh doanh thương mại, bất động sản, giao thông vận tải, bưu điện…); đa ngành liên ngành (trắc địa, quản lý đất đai, quy hoạch và quản lý phát triển đô thị, thuế bất động sản…). Đã có nhiều phần mềm GIS của Mỹ được lập và sử dụng tại nhiều nước trên Thế giới như: ESRI, Integraph, MapInfo, Autodesk; phần mềm GIS của Mỹ chiếm thị phần lớn nhất trên thế giới.
Tại Pháp, các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GIS như: Dịch vụ công (quy hoạch lãnh thổ quốc gia, địa chính, lãnh thổ địa phương, dân số học, hạ tầng xã hội, giáo dục, quốc phòng,…), tiếp vận (hàng không, tối ưu hóa hành trình tuyến đường…); môi trường/tài nguyên (nông nghiệp, địa chất, quản lý đất,…); bất động sản (kiến trúc, xây dựng, quản lý di sản…); hạ tầng kỹ thuật (cấp thoát nước, cấp điện, quản lý mạng lưới, gas, thông tin lien lạc…); thị trường (bảo hiểm, ngân hàng, thương mại…); xã hội, tiêu dùng (xuất bản, y tế, du lịch).
Trong quy hoạch sử dụng đất, GIS được áp dụng thành công trong quy hoạch lãnh thổ quốc gia, quy hoạch vùng và quy hoạch đô thị do có nền tảng dữ liệu Quốc gia phong phú, nền chuẩn Quốc gia - địa hình, địa chính, bản đồ không ảnh, số liệu thống kê và nhiều chuyên ngành khác.
Tại Nhật Bản, ứng dụng GIS đã được áp dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực. Những năm 70, các nghiên cứu tập trung vào xây dựng hệ thống thông tin
khu vực, thông tin đô thị, hệ thống thông tin về sử dụng đất, mạng lưới hạ tầng kỹ thuật đô thị. Những năm 80, triển khai ứng dụng vào công tác quản lý tại địa phương (quy hoạch, sử dụng đất, hạ tầng kỹ thuật đô thị…), nghiên cứu nâng cao và chuyên sâu vào hệ thống thông tin đô thị. Những năm 90, áp dụng vào đa ngành, liên ngành (nông nghiệp, khảo cổ, khoa học trái đất, giao thông, quy hoạch xây dựng, quản lý đất đai, giáo dục). Nhật Bản đã ứng dụng GIS trong công tác quản lý và quy hoạch xây dựng từ cấp Chính phủ đến các bộ ngành liên quan và công tác đào tạo quy hoạch trong các trường đại học.
Tại Hàn Quốc, GIS đã được áp dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực trên cả nước. Hàn Quốc đã triển khai xây dựng hệ thống GIS quốc gia chia thành 03 giai đoạn: 1995 - 2000, 2001 - 2005 và 2006 - 2010 với tổng mức đầu khoảng 2 tỷ USD nhằm tập trung vào các mục tiêu: xây dựng nền tàng cơ sở (bản đồ địa hình toàn quốc, địa chính, dữ liệu phi không gian…); xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian (khung dữ liệu quốc gia, ngân hàng dữ liệu, phát triển công nghệ GIS, xây dựng tiêu chuẩn quốc gia, đào tạo chuyển giao công nghệ…); xây dựng hệ thống ứng dụng đa ngành (hệ thống quản lý thông tin đất đai, hệ thống quản lý thông tin quy hoạch, hệ thống quản lý thông tin kiến trúc…); đang phát triển hệ thống nâng cao (thành phố thông minh - U - city, tối ưu hóa ứng dụng nâng cao, hệ thống hỗ trợ quyết sách quy hoạch…).
Trong đánh giá đất đai, nhiều nguồn thông tin có thể được khai thác sử dụng, bao gồm ảnh vệ tinh, bản đồ sử dụng đất, thông tin địa giới hành chính, phân bố thực vật và thông tin thống kê kinh tế, xã hội, môi trường. Chính vì vậy, với ứng dụng GIS có thể dễ dàng phân tích, tổng hợp được khối lượng thông tin lớn cho độ chính xác cao và xử lý nhanh.
Hiện nay, hầu hết các nước trên thế giới đã ứng dụng GIS trong nghiên cứu đất đai. Ứng dụng GIS trong lĩnh vực này đã đem lại kết quả vô cùng to lớn, nó cung cấp thông tin kịp thời, đầy đủ và chính xác cho các nhà quản lý ra quyết định hợp lý phục vụ chiến lược phát triển kinh tế xã hội bền vững.
2.4.3.2. Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam
Với tầm quan trọng của GIS, ở Việt Nam các cơ quan Nhà nước đã quan tâm đầu tư xây dựng các ứng dụng GIS phục vụ cho công tác quản lý, khai thác và sử dụng các lợi ích do công nghệ này mang lại.
thâm nhập vào Việt Nam qua các dự án hợp tác Quốc tế. Tuy nhiên, cho đến những năm cuối thế kỷ XX, GIS mới có cơ hội phát triển tại Việt Nam. GIS ngày càng được nhiều người biết đến như một công cụ hỗ trợ quản lý trong các lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý đất đai, xây dựng bản đồ...
Công nghệ GIS được thí điểm khá sớm và được sử dụng phổ biến để quản lý nhiều lĩnh vực. Từ năm 1995, Bộ Khoa học và Công nghệ đã thành lập dự án Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường, tạo điều kiện cho nhiều cơ quan trong cả nước tiếp cận với công nghệ thông tin địa lý (GIS). Hàng năm công nghệ GIS đều được Bộ Khoa học và Công nghệ xác định là một trong những nội dung nghiên cứu ứng dụng phục vụ nghiên cứu chuyên ngành và hiện đại hóa quản lý nhà nước.
Thực tế cho thấy trình độ ứng dụng GIS tại Việt Nam nói chung chưa đạt mức phát triển cao trên thế giới, hiện chỉ đạt trung bình. Cơ sở dữ liệu còn chưa đồng bộ và thiếu tính liên kết. Các cơ quan tự tạo lập dữ liệu qua quá trình nghiên cứu triển khai cụ thể nên hệ thống dữ liệu cũng đã tản mát, khó tập trung. Số liệu của ngành thống kê rất cần thiết để sử dụng chung cho các ngành nhưng không đủ chi tiết.
Điểm mạnh của GIS so với các công nghệ khác là khả năng gắn kết các thông tin kể cả yếu tố không gian phục vụ phân tích và truy cập theo yêu cầu. GIS là một công nghệ kết hợp nhiều loại hình công nghệ (đồ họa trên máy tính, bản đồ trợ giúp bằng máy tính, viễn thám…), đặc biệt với khả năng phân tích, GIS được coi như là một công cụ trợ giúp đắc lực hiện nay, hệ thống GIS đã và đang được ứng dụng trong nhiều bộ ngành ở các lĩnh vực: quy hoạch xây dựng, sử dụng đất, tài nguyên môi trường, giao thông vận tải, các cơ quan đo đạc bản đồ… và đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số trường đại học.
Trong lĩnh vực Tài nguyên & môi trường, hệ thống GIS chủ yếu vẫn hoạt động độc lập riêng biệt, chưa có sự liên kết khớp nối liên ngành. Bộ Tài nguyên và môi trường đã ban hành một số văn bản quy định liên quan đến hệ thống ký hiệu và quy chuẩn trong việc thể hiện bản đồ; tuy nhiên đây mới chỉ là quy chuẩn ngành.
Trong ngành giao thông vận tải, hệ thống GIS đã được áp dụng thực tế vào một số yêu cầu cụ thể về quản lý cơ sở hạ tầng giao thông cũng như quản lý phương tiện giao thông theo thời gian thực. Phần mềm GIS được sử dụng phổ
biến là Mapinfo và Arcgis.
Trong lĩnh vực đo đạc bản đồ: đã ứng dụng hệ thống GIS trong việc thành lập bản đồ ảnh số, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính bằng công nghệ số, đo đạc và thành lập các lưới tọa độ, độ cao, xây dựng các cơ sở dữ liệu nền GIS cho các thành phố. Phần mềm GIS được sử dụng: Intergraph, Mapinfo, Arcgis…
Trong công tác quy hoạch xây dựng, công nghệ GIS thời gian gần đây đã được áp dụng tại một số đơn vị trong ngành quy hoạch xây dựng và cơ quan quản lý địa phương như: Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn Quốc Gia, Viện Quy hoạch xây dựng Hà Nội, UBND thành phố Hà Nội, Sở Quy hoạch kiến trúc Hà Nội, tại Đà Lạt, Nam Định… và nhiều cơ quan khác. Tuy nhiên, trong thực tế công tác lập quy hoạch xây dựng hiện nay vẫn chủ yếu thực hiện theo công nghệ truyền thống với phần mềm hỗ trợ thiết kế AutoCad và các phần mềm diễn họa.
Công nghệ GIS đã có sự phát triển vượt bậc trong các ứng dụng ở Việt Nam. Các cơ quan Trung ương như Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Y tế, Bộ Giao thông... đã có những dữ liệu và ứng dụng GIS phục vụ công tác quản lý Nhà nước. Ở các địa phương, đã có nhiều dự án triển khai ứng dụng GIS trong phạm vi tỉnh.
Hiện nay, nhiều cơ quan nhà nước và doanh nghiệp đang tiếp cận sử dụng công nghệ thông tin địa lý (công nghệ GIS) để giải quyết những bài toán thiết kế quy hoạch sử dụng đất, quản lý và thiết kế các công trình cơ sở hạ tầng kỹ thuật, xây dựng chiến lược về thị trường... Một số cơ quan ứng dụng công nghệ GIS ở Việt Nam:
+ Viện Điều tra Quy hoạch rừng - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; + Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn;
+ Trung tâm Điều tra, Đánh giá tài nguyên đất - Tổng cục Quản lý đất đai; + Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn biển thuộc Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn và BĐKH;
+ Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường;
+ Trung tâm Khảo sát, Nghiên cứu và Tư vấn môi trường biển thuộc Viện Cơ học;
+ Trung tâm bảo vệ môi trường thuộc Viện Kỹ thuật Nhiệt đới;
+ Trung tâm Công nghệ Thông tin Ðịa lý thuộc trường Ðại học Mỏ - Ðịa chất; + Phân viện Quy hoạch Thuỷ lợi Nam Bộ - Bộ NN&PTNT;
+ Ngoài ra, còn có một số trung tâm, viện nghiên cứu, các trường đại học, các sở, ban ngành, các địa phương và một số tổ chức doanh nghiệp (VidaGIS, GeoViet, DitaGis, Trung tâm GIS và Ứng dụng mới…) ứng dụng công nghệ GIS.
Từ những nghiên cứu về đánh giá phân hạng thích hợp đất đai, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã xây dựng được quy trình chung để thành lập bản đồ chất lượng đất theo các bước như sau:
+ Thu thập thông tin, tài liệu, số liệu, bản đồ.
+ Đánh giá lựa chọn các thông tin, tài liệu, số liệu, bản đồ đã thu thập. + Điều tra thực địa và chuyển kết quả lên bản đồ.
+ Tổng hợp xử lý thông tin tài liệu nội, ngoại nghiệp. Xây dựng được các lớp thông tin chuyên đề về đất, khí hậu, địa hình, nước, độ phì nhiêu của đất.
+ Chồng xếp các lớp thông tin và biên tập xây dựng bản đồ chất lượng đất. + Tiêu chí đánh giá chất lượng đất các loại hình sử dụng đất gồm: các yếu tố trong các bản đồ đơn tính và tập hợp của các “thách thức phải đối mặt”. (Bộ Tài nguyên và Môi trường).
Ngoài ra, có một số đề tài nghiên cứu có liên quan đến đánh giá đất như: - Điều tra, đánh giá thoái hóa đất vùng Đồng bằng sông Hồng và vùng Đông Nam Bộ phục vụ quản lý sử dụng đất bền vững do Tổng cục quản lý đất đai - Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện năm 2013.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu để phục vụ công tác đánh giá đất và quy hoạch sử dụng đất tại xã Phú Sơn, huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế của Huỳnh Văn Chương và Ngô Thế Lân (2010).
- Ứng dụng GIS trong đánh giá đất đai phục vụ quy hoạch phát triển cây cao