2.4.1. GIS là gì?
Hệ thống máy tính ngay từ ban đầu đã nhanh chóng được sử dụng hữu hiệu vào các công việc liên quan tới địa lý và phân tích địa lý. Cùng với sự ứng dụng máy tính ngày càng tăng, khái niệm mới GIS phát triển từ những năm 1960.
Nhiều định nghĩa GIS đã ra đời, có thể dẫn ra đây một số định nghĩa:
- Burrough, 1986: GIS là những công cụ mạnh để tập hợp, lưu trữ, truy cập, khôi phục, biểu diễn dữ liệu không gian từ thế giới thực, đáp ứng những yêu cầu đặc biệt.
- Lord Chorley, 1987: GIS là hệ thống thu nạp, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, vận dụng, phân tích và biểu diễn dữ liệu tham chiếu tới mặt đất. Những dữ liệu này thông thường là cơ sở dữ liệu tham chiếu không gian dựa trên những phần mềm ứng dụng.
- Michael Zeiler: Hệ thông tin địa lý GIS là sự kết hợp giữa con người thành thạo công việc, dữ liệu mô tả không gian, phương pháp phân tích, phần mềm và phần cứng máy tính - tất cả được tổ chức quản lý và cung cấp thông tin thông qua sự trình diễn địa lý.
- Francois Charbonneau, Ph. D: GIS là một tổng thể hài hoà của một công cụ phần cứng và ngôn ngữ sử dụng để điều khiển và quản lý từ dữ liệu cho đến phép chiếu không gian và của các dữ liệu mô tả có liên quan.
- David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian, để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp.
Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nhưng nhìn các định nghĩa về GIS đều có các đặc điểm giống nhau như sau: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian (spatial data), phân biệt giữa hệ thông tin quản lý (Management Information System - MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu. So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau, vì vậy, có nhiều cách quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu (Trần Thị Băng Tâm, 2006).
2.4.2. Các bộ phận cấu thành GIS
Hệ thông tin địa lý GIS bao gồm 5 thành phần :
- Những con người được đào tạo (People). - Phần cứng máy tính (Hardware)
- Phần mềm tin học (Software) - Cơ sở dữ liệu (Data),
- Nguồn nhân lực (People).
- Phương pháp phân tích (analysis),
Tất cả được kết hợp, tổ chức, tự động hoá, điều hành, cung cấp thông tin thông qua sự diễn tả địa lý
Phần cứng của hệ GIS bao gồm các thiết bị mà người sử dụng có thể thao tác với các chức năng của GIS như: máy tính, các thiết bị ngoại vi ( máy tính, bàn số hóa, máy vẽ, máy in….), PDA’s, mobile phones,…
Phần mềm là các chương trình mà chạy trên máy của người sử dụng được thiết kế cho việc điều khiển và phân tích các dữ liệu không gian như ArcView, ArcGIS, Mapinfo,…
Dữ liệu không gian như: dữ liệu địa lý (hệ quy chiếu, hệ tọa độ), bản đồ giấy, số liệu đo đạc truyền thống, ảnh chụp từ máy bay, dữ liệu GPS, RS, tệp dữ liệu số từ phần mềm khác…..
Dữ liệu thuộc tính như các dữ liệu điều tra, phỏng vấn, số liệu thống kê, văn bản..
Nguồn nhân lực là những người sử dụng, thiết kế, xây dựng, duy trì và bảo dưỡng chương trình của GIS, cung cấp dữ liệu, giải thích và báo cáo kết quả….
Phương pháp( hay nguồn kỹ thuật) là kỹ thuật và các thao tác được sử dụng để nhập, quản lý, phân tích và thể hiện các dữ liệu không gian và bảo đảm chất lượng của nó như số hóa, xây dựng cơ sở dữ liệu, phân tích không gian, xây dựng bản đồ……) (Trần Thị Băng Tâm, 2006).
2.4.3. Ứng dụng của công nghệ GIS trên thế giới và Việt Nam
2.4.3.1. Trên thế giới
Hệ thông tin địa lý GIS đang được ứng dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả rõ rệt vào nhiều lĩnh vực. Để hiểu rõ hơn về GIS, sẽ có ích khi xem xét một số ứng dụng của GIS.
Nông nghiệp: Với hình ảnh thu được từ vệ tinh, việc sử dụng đất kết hợp
với hình ảnh mô tả El Nino đã đem lại hiệu quả trong nông nghiệp của Brazil.
Địa lý thương mại: Một công ty đã dùng GIS để đánh giá thời gian đi lại
của nhân viên tới nơi làm việc để xác định vị trí cơ quan mới thuận tiện cho công việc.
Quân sự tình báo: Lực lượng không quan Hoa Kỳ đã sử dụng GIS để quản
lý, cập nhật và xem xét hang triệu bảng ghi thời tiết, khí hậu.
Sinh thái và bảo tồn: Colombia xây dựng cơ sở dữ liệu, để ưu tiên dành cho vườn Quốc gia.
Cấp điện và khí đốt: Beirut phân tích dòng năng lượng để giảm bớt tổn thất và tăng mức điện áp. GIS mô hình hoá các phương thức cấp điện khác nhau tìm ra phương án tối ưu.
Cứu hộ và an toàn công cộng: Năm 1997, phi thuyền Cassini được phóng
lên thăm dò Sao Thổ, GIS được sử dụng để đánh giá các nguy cơ tai nạn có thể xảy ra trên tàu do polutolium gây ra.
Quản lý môi trường: Hàn Quốc, phân vùng các vườn quốc gia khi phân tích vị trí xây dựng các vườn quốc gia đã sử dụng đặc tính tiêu chuẩn về cao độ, độ dốc, điều kiện trạng thái tự nhiên của các vùng, đã phát hiện ra rằng một số công viên đã được đặt ở nơi không thích hợp.
Hệ thống Chính quyền Liên bang: Chính quyền Thung lũng Tennessee đã
xây dựng hệ thông tin đất đai để hỗ trợ quản lý đất đai, tự nhiên, tài nguyên trồng trọt, quy hoạch sử dụng đất và kết hợp với luật và chính sách.
Nghề rừng: Việc xây dựng và sử dụng những con đường ở thung lũng trong
rừng có thể làm tăng thêm đáng kể những chất lắng đọng. Một công ty khai thác rừng đã xây dựng đường kiểu trầm tích để thiết lập kế hoạch duy tu.
Chăm sóc y tế: Chính quyền Canifornia biên tập địa chỉ người điều trị ngoại trú ở nông thôn và dân tộc ít người để chăm sóc sức khoẻ. GIS được sử dụng để biểu thị những yếu tố địa lý, kinh tế, xã hội, nhân khẩu và sử dụng những dữ liệu đó để chăm sóc y tế.
Giáo dục: Một tổ chức giáo dục đã sử dụng GIS để trợ giúp sinh viên phát
hiện những vấn đề thuộc về địa lý, nuôi dưỡng ước muốn nghiên cứu, phân tích và thẩm định những nghiên cứu của mình.
Địa chất và khai thác mỏ: Công ty Dịch vụ mỏ đã sử dụng GIS để tạo cơ
+sở dữ liệu phục vụ tìm địa điểm chôn lấp chất thải phóng xạ, chương trình thăm dò mỏ, quản lý sử dụng nước ngầm.
Hải dương, bờ biển, tài nguyên biển: Cơ quan Hải dương Hoa Kỳ đã sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám nhiệt độ biển để nghiên cứu mặt biển và xoáy đại dương.
Bất động sản: Một công ty kinh doanh bất động sản sử dụng GIS để lựa chọn khu đất xây dựng đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử dụng. Các yếu tố được cân nhắc là sự tiếp cận, điểm nhìn, vùng cư trú và quá trình được cấp phép.
Viễn thám và không ảnh: Công ty không ảnh kỹ thuật số đã sử dụng không
ảnh tham chiếu địa hình, tạo ra dữ liệu không gian thời gian thực. Những hình ảnh này được gửi về trạm mặt đất hợp nhất, tái định dạng và triết xuất tự động ra các đối tượng địa lý.
Viễn thông: Colombia mạng lưới cáp quang được chụp và biểu diễn từng bộ
thống radio và điện thoại, bằng phương pháp nghiên cứu vị trí trạm, nhân khẩu trong vùng, phạm vi cư trú của người sử dụng và sự bảo dưỡng thiết bị.
Giao thông vận tải: Hàn quốc, GIS được dùng để điều khiển giao thông nhằm làm giảm bớt lưu lượng ở nút cổ chai các đường cao tốc
Cung cấp nước và bảo vệ nguồn nước: Dân số tăng và sự mở rộng sản xuất
nông nghiệp ở Ai cập đặt ra một yêu cầu quản lý nguồn nước. Chính phủ đã xây dựng một hệ thống nhằm quản lý sông Nil, các sông ngòi, kênh mương, đường ống, trạm bơm (Trần Thị Băng Tâm, 2006).
2.4.3.2. Ở Việt Nam
Từ năm 1993 kỹ thuật GIS đã được viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp (Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn) đưa vào ứng dụng trong công tác quy hoạch sử dụng đất và định hướng phát triển nông nghiệp ở các vùng và địa phương trong cả nước.
GIS cũng đã được đưa vào nghiên cứu và được giảng dạy ở một số trường Đại học như: ĐH Nông nghiệp Hà Nội, ĐH Tổng hợp, ĐH Mỏ - Địa chất.
Với các tính năng của GIS và vận dụng qui trình ứng dụng nói trên, một số dự án quy hoạch sử dụng đất và định hướng phát triển sản xuất nông nghiệp đã được thực hiện:
- Định hướng sử dụng đất vùng đồng bằng sông Cửu Long, Tây Nguyên và vùng duyên hải Nam Trung Bộ.
- Định hướng phát triển sản xuất nông nghiệp vùng Đồng Tháp Mười. - Quy hoạch sử dụng đất lâm nghiệp ở các tỉnh Kiên Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng, Vĩnh Long, Trà Vinh.
- Đánh giá và bố trí sử dụng đất hợp lý của hai tỉnh Đắc Lắc, Đồng Nai, bố trí hợp lý cơ cấu sử dụng đất huyện Ô Môn (Cần Thơ).
- Bố trí chuyển đổi vùng lúa và nuôi tôm ở huyện Đầm Dơi (Minh Hải hướng phát triển nông nghiệp có thể đã đạt được những kết quả mang tính sát thực cao. Song bên cạnh đó việc ứng dụng GIS và trong công tác quản lý đất đai mấy năm gần đây đã được quan tâm phát triển mạnh như trong thành lập bản đồ, lưu trữ và quản lý hồ sơ địa chính... Tuy nhiên ở nước ta việc ứng dụng GIS vào trong lĩnh vực đất đai còn là một vấn đề mới đang được quan tâm và thử nghiệm một số vùng.
- Mục đích của công việc xử lý số liệu và chuyển số liệu thành các thông tin bổ ích để thỏa mãn các yêu cầu hoặc mục đích của các nhà quản lý ở tất cả các mức độ chi tiết. Trong xử lý số liệu GIS, các số liệu không gian và số liệu thuộc tính và chúng tích hợp với nhau tùy vào từng phương pháp khác nhau để tạo ra các kết quả đáp ứng với từng mục đích khác nhau. Quá trình xử lý số liệu trong GIS gồm các bước chính sau đây:
+ Xây dựng các bản đồ tư liệu. + Xây dựng các bản đồ đơn tính.
+ Xây dựng bản đồ đánh giá trên cơ sở của nhiều yếu tố.
Một số công trình nghiên cứu khoa học tiêu biểu về ứng dụng công nghệ GIS như:
- Ứng dụng công nghệ GIS trong đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến canh tác lúa của đồng bằng sông Cửu Long (Nguyễn Thị Hà Mi và cs., 2015).
- Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám nghiên cứu sự thay đổi thảm thực vật rừng giai đoạn 1990-2010 ở lưu vực sông Ngàn Sâu, tỉnh Hà Tĩnh (Vũ Văn Lương và cs., 2015).
- Ứng dụng công nghệ WebGIS trong quản lý cơ sở dữ liệu du lịch năm 2011 của tác giả Đoàn Thị Xuân Hương - Trường Đại học Mỏ-Địa chất. Nội dung chính của bài báo là nghiên cứu về WebGIS, khả năng xây dựng ứng dụng WebGIS, trên cơ sở ứng dụng xây dựng WebGIS của công nghệ ArcGIS Server phục vụ du lịch thành phố Hà Nội (Đoàn Thị Xuân Hương, 2011).
- Ứng dụng công nghệ WebGIS quản lý dữ liệu thủy lợi tại thành phố Cần Thơ năm 2014 của nhóm tác giả Lê Văn Thạnh, Trương Chí Quang, Võ Quang Minh (Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ) và Trần Lê (Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Thành phố Cần Thơ). (Lê Văn Thanh và cs., 2014).
- Ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu, đánh giá rừng phục vụ giảm phát thải do mất rừng và suy thoái rừng (REDD+) (Trần Duy Mạnh và cs., 2015).
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong xác định biến động và dự báo thay đổi lớp phủ bằng chuỗi MARKOV CHAIN tại huyện Ý Yên – tỉnh Nam Định Nguyễn Đức Thuận, Lê Thị Giang, 2015).
-Ứng dụng WebGIS trong khai thác bản đồ địa chính tại tỉnh Bình Định (Vũ Hoàng Thương, 2013).
-Ứng dụng ArcGIS Online - Story Map phục vụ quảng bá và phát triển du lịch tỉnh Phú Yên (Nguyễn Hữu Xuân và Ngô Anh Tú, 2014).
-Xây dựng công cụ quản lý cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường Đầm Cầu Hai Tỉnh Thừa Thiên Huế bằng công nghệ WebGIS (Nguyễn Quang Tuấn và cs., 2014).
2.4.4. Tổng quan về WebGIS
WebGIS là xu hướng mới nhằm phổ biến thông tin của hệ GIS trên nền Web, hướng đến việc phát huy ưu thế của điện toán đám mây. Những thông tin được trao đổi không chỉ dưới góc độ thông tin, dữ liệu thuộc tính thuần túy mà nó kết hợp được với thông tin không gian hữu ích cho người sử dụng. Việc trao đổi dữ liệu GIS trong mạng nội bộ - LAN, Internet là xu hướng tất yếu trong giai đoạn phát triển hiện nay.
2.4.4.1. Giới thiệu về công nghệ WebGIS
WebGIS ra đời chậm hơn GIS vì nó phụ thuộc vào lịch sử phát triền Internet. Khái niệm WebGIS phụ thuộc vào khái niệm của GIS, các định nghĩa về WebGIS đều dựa trên định nghĩa của GIS và có thêm thành phần của Web.
WebGIS là hệ thống thông tin địa lý (GIS) phân tán trên một mạng các máy tính để phục vụ cho việc tích hợp, trao đổi các thông tin địa lý trên World Wilde Web.
WebGIS là hệ thống phức tạp cung cấp truy vẫn trên mạng với những chức năng như: bắt giữ hình ảnh, lưu trữ, hợp nhất dữ liệu, điều khiển, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian.
Hiện tại, có hai hướng triển khai việc xây dựng, thiết kế WebGIS thường được sử dụng trên thế giới: có tình phí (ArcGIS Server, MapInfo) và không tính phí ứng dụng công nghệ nguồn mở như MapServer, GeoServer, MapWindow… Đề tai được xây dựng trên nền công nghệ có phí của ESRI (ArcGIS Server).
Theo đó, công nghệ ArcGIS Server được áp dụng hầu hết trong các lĩnh vực như bản đồ, thiết bị định vị… là nền tàng để xây dựng hệ thống thông tin địa lý GIS có quy mô lớn, trong đó các ứng dựng GIS được quản lý tập trung, hỗ trợ người dùng tích hợp nhiều chức năng GIS mạnh và được xây dựng dựa trên các
tiêu chuẩn công nghiệp. ArcGIS Server quản lý các nguồn dữ liệu địa lý như bản đồ, số liệu không gian ……(Phan Quốc Yên, 2015).
Trên thế giới có nhiều công nghệ về WebGIS như: GeoServer, MapServer, ESRI,… WebGIS được ứng dụng ngày càng nhiều ở các nước phát triển như: Hoa Kỳ, Nhật Bản,… các ứng dụng WebGIS đưa vào thực tế mang lại nhiều hiệu quả về kinh tế - xã hội – môi trường cho nhiều cường quốc, trong đó có hệ thống WebGIS hỗ trợ phát triển cộng đồng tại tỉnh Shimane - Nhật Bản, được phát triển bởi Trung tâm nghiên cứu vùng núi.
- Tại Italy năm 2002, M. A. Brovelli và D. Magni đã nghiên cứu xây dựng WebGIS trên nền MapServer và PostGIS cung cấp các chức năng tương tác, truy vấn thông tin bản đồ phục vụ cho ngành khảo cổ (Maria and Magni, 2002).
- Vào năm 2007, O. Fajuyigbe, V.F. Balogun và O.M. Obembe đã xây dựng website trên nền WebGIS hỗ trợ cho du lịch ở Oyo State, Nigeria. Trang Web cung cấp các thông tin về các địa điểm du lịch, khách sạn và các dịch vụ du lịch khác (Olabisi et al., 2007).
- Năm 2011, Òscar Vidal Calbet đã thực hiện một dự án về WebGIS phục vụ cho du lịch tại Azores (Bồ Đào Nha), xây dựng được các công cụ phóng to, thu nhỏ, hiển thị bản đồ, đo khoảng cách trên bản đồ,... Hỗ trợ tốt cho công tác quản lý của các nhà quản lý du lịch và việc tìm kiếm thông tin, lựa chọn địa điểm du lịch của du khách (Calbet, 2011). Trong cùng năm 2011, tại Ấn Độ, Sreejit S.