2.4.1. Những vấn đề cơ bản về GIS
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được biết đến từ những năm 60 của thế kỉ 20 và Giáo sư Roger Tomlinson được cả thế giới công nhận là cha đẻ của GIS.
Hệ thống tin địa lý (GIS) là một tập hợp có tổ chức, có phần cứng, có phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển và phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý.
Hệ thống thông tin địa lý làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau về cơ bản – mô hình vector và mô hình raster. Trong mô hình vector, thông tin về điểm, đường và vùng được mã hoá và lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ x,y. Vị trí của đối tượng điểm, như lỗ khoan, có thể được biểu diễn bởi một toạ độ đơn x,y. Đối tượng dạng đường, như đường giao thông, sông suối, có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ độ điểm. Đối tượng dạng vùng, như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông, được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ. 2.4.2. Các bộ phận cấu thành GIS. Thành phần chính của GIS gồm 5 thành phần: - Con người; - Dữ liệu; - Phần cứng; - Phần mềm; - Phương pháp. 2.4.2.1. Con người
Con người là thành phần quan trọng nhất, là nhân tố thực hiện các thao tác điều hành sự hoạt động của hệ thống GIS. Có hai nhóm người quan trọng trong GIS đó là người sử dụng và người quản lý.
Người sử dụng GIS là những người sử dụng các phần mềm GIS để giải quyết các bài toán không gian theo mục đích của họ. Họ thường được đào tạo tốt và chuyên sâu về GIS.
Người quản lý GIS là phần rất quan trọng để đảm bảo khă năng hoạt độngcủa hệ thống là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin.
2.4.2.2. Dữ Liệu
Bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.
-Dữ liệu không gian là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hóa theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. Hệ thống thông tin địa lý dùng cơ sở dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc ra các thiết bị ngoại vi khác nhau như máy in, máy vẽ.
Số liệu Vecter: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích, mỗi dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dư liệu
Số liệu Raster: được trình bày dưới dạng 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 và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster.
- Dữ liệu thuộc tính được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc địa lý.
2.4.2.3. Phần cứng
Là các máy tính điện tử PC, mini computer … và các thiết bị ngoại vi đặc biệt cho việc nhập và xuất dữ liệu như máy số hóa (digitizer), máy quét (scanner), máy in (printer)…
2.4.2.4. Phần mềm
Các phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á là ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, SPANS, IDRISIW,…Hiện nay có rất nhiều phần mềm máy tính chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS-Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS.
- Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER – MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,…
2.4.2.5. Phương pháp phân tích.
Đây là công cụ rất quan trọng trong GIS tạo lên đặc trưng của GIS về việc giải quyết các bài toán phân tích đa không gian.
2.4.3. Chức năng của GIS
GIS gồm 4 chức năng chính: Nhập dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu, và hiển thị dữ liệu.
- Nhập dữ liệu: Nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể đọc và lưu trữ trên máy tính (tạo cơ sở dữ liệu GIS). Nhập dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra cơ sở dữ liệu đầy đủ và chính xác. Nhập dữ liệu có thể từ nhiều nguồn khác nhau như ảnh vệ tinh, ảnh chụp máy bay, chuyển đổi dữ liệu,…
- Quản lý dữ liệu: Dữ liệu thuộc tính thường được quản lý dưới dạng mô hình quan hệ, trong khi dữ liệu không gian được quản lý dưới dạng mô hình dữ liệu vector và raster. Có thể chuyển đổi qua lại giữa hai mô hình: Vector sang Raster (Raster hóa. hoặc raster sang vector (vector hóa.. Quản lý dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc truy cập nhanh cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính, góp phần phân tích dữ liệu hiệu quả cho các bài toán ứng dụng thực tế. Quản lý dữ liệu phụ thuộc vào thiết bị lưu trữ dữ liệu (máy tính. rất nhiều, đặc biệt là bộ nhớ thiết bị.
- Phân tích dữ liệu: GIS có thể phân biệt với các hệ thống thông tin khác bởi khả năng phân tích kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính cùng lúc. Đây được xem như thế mạnh mà các công cụ GIS mang lại cho người dùng, với nhu cầu phân tích, giải quyết các bài toán dựa trên dữ liệu không gian địa lý.
- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép lưu trữ và hiển thị thông tin hoàn toàn tách biệt, có thể hiển thị được thông tin ở các tỉ lệ khác nhau, mức độ chi tiết của thông tin được lưu trữ chỉ bị giới hạn bởi khả năng lưu trữ phần cứng và phương pháp mà phần mêm dùng để hiển thị dữ liệu. Với sự phát triển của công nghệ, GIS cũng đã cho phép hiển thị dữ liệu không gian địa lý ở nhiều định dạng khác nhau, kể cả mô hình 3D mô phỏng gần giống thế giới thực.
2.4.4. Các ứng dụng của GIS trên thế giới và Việt Nam
2.4.4.1. Các ứng dụng của GIS trên thế giới
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thương mại, công nghiệp, giáo dục… Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường, GIS được sử dụng vào công tác điều tra, khai thác, quản lý nguồn tài nguyên, dự báo thiên tai… trên nhiều quốc gia.
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 Bắc Mỹ (Hoa Kỳ và 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 liên lạc…); thị trường (bảo hiểm, ngân hàng, thương mại…); xã hội, tiêu dùng (xuất bản, y tế, du lịch).
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 thỗng hỗ trợ quyết sách quy hoạch…).
2.4.4.2. Các ứng dụng của GIS ở Việt Nam
Tại Việt Nam, GIS đang được ứng dụng, nghiên cứu rộng rãi tại các địa phương, các trường đại học và áp dụng hiệu quả các nghiên cứu trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.
Các địa phương đã ứng dụng công nghệ GIS trong việc quản lý tài nguyên, môi trường như:
Tỉnh Thừa Thiên - Huế xây dựng cơ sở dữ liệu trong giám sát, xói lở ở bờ biển Hải Dương (huyện Hương Trà) và bờ biển Hòa Duân (huyện Phú Vang).
Tỉnh Bình Định ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý tài nguyên môi trường.
Thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng công nghệ GIS xây dựng bản đồ ngập úng khi có triều cường.
Ngoài ra, có một số công trình khoa học ứng dụng công nghệ GIS như: Bước đầu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý để xây dựng bản đồ ô nhiễm Cadimi và Chì trong đất nông nghiệp (Hồ Thị Lam Trà và Phạm Văn Vân, 2003); Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý để mô tả mức độ ô nhiễm Cadimi và Chì trong đất nông nghiệp tại các huyện ngoại thành thành phố Hà Nội (Phạm Văn Vân, 2003); Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý đất đai tại xã Đại Đồng huyện Văn Lâm tỉnh Hưng Yên (Hồ Thị Lam Trà và Phạm Văn Vân, 2005); Hệ thống thông tin địa lý (GIS) liên kết với hệ thống hỗ trợ quyết định DSSAT hỗ trợ đánh giá quy hoạch sử dụng đất (Võ Quang Minh và Ngô Ngọc Hưng, 2004); Hệ thống thông tin quản lý tài nguyên môi trường tỉnh Quảng Trị (Trần Văn Ý vcs., 2005); Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác thu tiền sử dụng đất tại một số phường, xã của thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh (Hồ Thị Lam Trà và Phạm Văn Vân, 2008).
Tuy nhiên ở nước ta việc ứng dụng GIS cũng mới chỉ được bước đầu thử nghiệm ở một số vùng.
2.5. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ARCGIS DESKTOP XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIÁ ĐẤT SỞ DỮ LIỆU GIÁ ĐẤT
ArcGIS là một bộ phần mềm thương mại phục vụ cho công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên, xã hội kết hợp sự phát triển của công nghệ với nền tảng là công nghệ máy tính, đồ họa, phân tích và quản lý dữ liệu không gian. Để xây dựng hệ thống thông tin địa lí hoàn chỉnh ArcGIS tích hợp nhiều phần mềm: ArcGIS Desktop, Server GIS, ESRI Data, Mobile GIS, Hosted GIS. Phần mềm ArcGIS Desktop được sử dụng khá phổ biến cho các ứng dụng trên máy tính cá nhân, sản phẩm ArcGIS thương mại bao gồm 3 mức độ license khác nhau: ArcView, ArcEditor, ArcInfo. Trong đó mức ArcInfo là mức có chi phí bản quyền cao nhất và là mức có đầy đủ các chức năng phân tích không gian mạnh mẽ, thể hiện đầy đủ sức mạnh của ArcGIS. Dù ở mức độ license nào thì bộ ArcGIS Desktop cũng gồm 3 thành phần chính: ArcCatalog, ArcMap và ArcToolbox.
ArcCatalog cho phép người sử dụng dễ dàng truy cập và quản lý những dữ liệu địa lí được lưu trữ trong thư mục và đĩa cứng hoặc trong những vùng có thể liên kết dữ liệu hệ thống. Dữ liệu có thể copy, di chuyển, xóa, quan sát sơ bộ trước khi thêm vào bản đồ. Cùng với nó, metada có thể được đọc hoặc tạo nên sử dụng trong
Ứng dụng của ArcGIS. ArcCatalog cung cấp các phương tiện để xem, quản lý các dữ liệu địa lí và các bảng dữ liệu thuộc tính. Có 3 chế độ để xem dữ liệu trong ArcCatalog: Contents, Preview và Metadata view. Trong chế độ contents view tất cả các dữ liệu mà ArcGIS có thể nhận dạng được sẽ được hiển thị dưới dạng cây thư mục (catalogue tree) hay các biểu tượng (icons) giống như chương trình Windows Explorer. - Có thể xem sơ bộ (preview) các dữ liệu địa lí dưới dạng bản đồ (geographic view) hay dưới dạng bảng (table view). Lưu ý rằng một CSDL địa lí bao gồm các đối tượng được xác định bởi vị trí địa lí và thông tin thuộc tính trong bảng attribute table. - Trong chế độ Metadata View có thể xem các dữ liệu dạng metadata, tức là các thông tin mô tả khác nhau về dữ liệu như hệ quy chiếu, thời gian và phương pháp thu thập.
ArcToolbox cung cấp một môi trường cho xử lý thông tin địa lí ( xử lý đó bao gồm thay đổi hoặc trích dẫn thông tin). Chức năng công cụ sử dụng trong suốt quá trình phân tích. ArcToolbox được gắn vào trong ArcCatalog và ArcMap.. ArcToolbox có các tính năng thông dụng: - Chuyển đổi định dạng dữ liệu không gian (Conversion Tools) - Phân tích dữ liệu không gian (Analysis Tools) - Quản lý
dữ liệu (Data Management Tools). ArcMap cho phép người sử dụng trình bày và truy vấn bản đồ, tạo nên bản sao đầy đủ của bản đồ và thực hiện các chức năng phân tích bản đồ. ArcMap cung cấp một cách đơn giản việc chuyển từ quan sát đến sửa chữa đặc trưng không gian của bản đồ. Dữ liệu ở bên trong ArcMap có thể xem dưới 2 chế độ: Data View và Layout View. Các ứng dụng chính của ArcMap là hiển thị trực quan cơ sở dữ liệu không gian, tạo lập bản đồ, trình bày sản phẩm. Các mô hình dữ liệu địa lí ArcGIS hỗ trợ hai mô hình đối tượng file-based và mô hình đối tượng DBMS( DataBase Management System). Hai mô hình file-based là coverages và shapefiles. Coverages và shapefiles là mô hình dữ liệu quan hệ địa lí (georelational data model). Những mô hình này lưu dữ liệu vector cho các đối tượng trong các tập tin nhị phân và sử dụng số định danh duy nhất để liên kết đối tượng với thuộc tính nằm trong bảng thuộc tính. Mô hình đối tượng DBMS được ArcGIS hỗ trợ là mô hình dữ liệu geodatabases (geodatabase data model). Trong mô hình này, các đối tượng được lưu thành các hàng của bảng CSDL quan hệ. Các hàng trong bảng chứa cả thông tin tọa độ và thông tin thuộc tính cho đối tượng.
Tóm tắt tổng quan: Trước tình hình phát triển kinh tế xã hội bên cạnh
nguồn tài nguyên đất đai có hạn, đòi hỏi phải xây dựng hệ thống CSDL đất đai đa mục tiêu.
Hiện nay dù có nhiều phần mềm phát triển trong việc quản lý đất đai, cũng như công trình nghiên cứu về phát triển hệ thống thông tin đất đai, nhưng nhìn chung quá trình đồng bộ giữa cơ sở dữ liệu thuộc tính và cơ sở dữ liệu không gian vẫn chưa được tối ưu hóa. Với sự phát triển vượt bậc của GIS hiện nay, tiêu