9.1. Giới thiệu
Kỹ thuật "Thụng tin Địa lý" (Geograpgic Information System) đó bắt đầu
được sử dụng rộng rói ở cỏc nước phỏt triển hơn một thập niờn qua, đõy là một dạng ứng dụng cụng nghệ tin học (Information Technology) nhằm mụ tả thế giới thực (Real world) mà loài người đang sống-tỡm hiểu-khai thỏc. Với những tớnh năng ưu việt, kỹ thuật GIS ngày nay đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiờn cứu và quản lý như trong lĩnh vực khớ tượng thuỷ văn, quản lý và quy hoạch sử dụng-khai thỏc cỏc nguồn tài nguyờn một cỏch bền vững và hợp lý.
Sự phỏt triển khụng ngừng của cụng nghệ thụng tin đó đưa tin học thõm nhập sõu vào nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống, mở ra một giai đoạn mới trong quỏ trỡnh phỏt triển khoa học. Hệ thống thụng tin địa lý là một trong những ứng dụng rất cú giỏ trị của cụng nghệ tin học trong ngành khớ tượng thuỷ văn, địa lý, điều tra cơ bản, quy hoạch đụ thị và cảnh bỏo mụi trường.
Kỹ thuật GIS đó được bắt đầu sử dụng rộng rói ở cỏc nước phỏt triển hơn một thập niờn qua, với những tớnh năng ưu việt, kỹ thuật GIS ngày nay đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiờn cứu và quản lý.
9.2. Lợi ớch và những hạn chế của việc sử dụng kỹ thuật GIS
Kỹ thuật GIS là một cụng nghệ ứng dụng cỏc tiến bộ của khoa học mỏy tớnh,
(computer based technology) do đú việc sử dụng GIS trong cỏc mục tiờu nghiờn
cứu so với cỏc phương tiện cổđiển cú thể mang lại những hiệu quả cao do:
Là cỏch tiết kiệm chi phớ và thời gian nhất trong việc lưu trữ số liệu,
Cú thể thu thập số liệu với số lượng lớn
Số liệu lưu trữ cú thểđược cập nhật hoỏ một cỏch dễ dàng
Chất lượng số liệu được quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt
Dễ dàng truy cập, phõn tớch số liệu từ nhiều nguổn và nhiều loại khỏc nhau
Tổng hợp một lần được nhiều loại số liệu khỏc nhau để phõn tớch và tạo ra nhanh chúng một lớp số liệu tổng hợp mới.
Tuy nhiờn, cú những trở ngại xuất hiện trong quỏ trỡnh sử dụng kỹ thuật GIS, những trở ngại này đặc biệt quan trọng là cần được cõn nhắc thận trọng trong quỏ trỡnh phỏt triển GIS tại cỏc nước kộm và đang phỏt triển như Việt Nam, đú là:
Chi phớ và những vấn đề kỹ thuật.
Đũi hỏi nhiều kiến thức của cỏc kỹ thuật cơ bản về mỏy tớnh, và yờu cầu lớn về
nguồn tài chớnh ban đầu.
Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chớnh thu lại thấp.
9.3. Cỏc thành phần của hệ thống thụng tin địa lý GIS
Hỡnh 25 - Cỏc hợp phần thiết yếu cho cụng nghệ GIS
Cụng nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là: Thiết bị (hardware)
Phần mềm (software) Số liệu (Geographic data) Chuyờn viờn (Expertise)
Chớnh sỏch và cỏch thức quản lý (Policy and management)
9.4. Ứng dụng của GIS trong cỏc nghành
Vỡ GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu khụng gian, nú cú rất nhiều ứng dụng trong việc phỏt triển đụ thị và mụi trường tự nhiờn như là: khớ tượng thuỷ văn, quy hoạch đụ thị, quản lý nhõn lực, nụng nghiệp, điều hành hệ thống cụng ớch, lộ trỡnh, nhõn khẩu, bản đồ, giỏm sỏt vựng biển, cứu hoả
và bệnh tật. Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS đúng vai trũ như là một cụng cụ hỗ
trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động.
Nếu lướt qua cỏc trang web của Mỹ núi về cơn bóo Katrina, bạn sẽ thấy một cụng
nghệ được ứng dụng trong suốt hành trỡnh của cơn bóo. Đú là GIS (GIS -
Geography Information System). Cụng nghệ này đó mụ tả bản chất, dự bỏo đường
đi, phạm vi ảnh hưởng và giỳp khỏ nhiều trong việc giải quyết hậu quả sau cơn bóo.
Tuy nhiờn, chỳng tụi muốn đề cập trước hết đến ứng dụng của GIS trong việc
phũng chống thiờn tai và cỏc thảm hoạ thiờn nhiờn núi chung - đõy là một ứng
dụng của GIS trong ngành khớ tượng thuỷ văn. Trờn Internet cú nhiều nghiờn cứu vềứng dụng GIS trong việc xõy dựng bản đồ ngập lụt hay dự bỏo ngập lụt.
Tại sao Việt Nam là một nước luụn bị thiờn tai đe doạ, ngập lụt hàng năm, thiệt hại nhiều về người và của mà chưa thấy cú ứng dụng một cỏch cụ thể hay phổ biến
cụng nghệ này như trờn Thế giới? Thực tế cụng nghệ GIS cú quỏ cao siờu? Quỏ
phức tạp? Hay chỉ là một cụng nghệ phổ thụng và đa năng cú thểứng dụng trong nhiều lĩnh vực, mỗi người dõn đều cú thể tiếp cận, sử dụng dễ dàng?
Từ lõu, cỏc hội thảo về GIS tại Việt Nam đó chỉ ra rằng việc ứng dụng rộng rói GIS
ở nước ta sẽ cú lợi ớch vụ cựng to lớn và mang tớnh cấp thiết. Một trong những minh chứng rừ ràng nhất là những hậu quả của bóo số 7 và lũ quột tại Văn Chấn (Yờn Bỏi).
Chẳng hạn, một bản đồ GIS được lập tại vựng nỳi Yờn Bỏi sẽ xỏc định được cỏc yếu tố như mức độ rừng bị phỏ, độ dốc, diện tớch của cỏc sườn nỳi... Từ cỏc thụng tin này, mỏy tớnh cú thể tớnh toỏn, dựđoỏn ra những khu vực cú nguy cơ sạt lởđất, bị lũ quột cao, ước tớnh được với lưu lượng mưa bao nhiờu, thời gian bao lõu thỡ cú nguy cơ xảy ra lũ quột. Từ cỏc dựđoỏn đú, địa phương sẽ cú thể di dời cỏc khu dõn cư ra khỏi vựng nguy hiểm, hoặc dự bỏo sớm về cỏc khả năng thiờn tai xảy ra. Khụng chỉ trong phũng trỏnh thiờn tai, GIS cũn là một cụng nghệ số đa năng với
những ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực và hoạt động đời sống.
Hệ thống GIS thành phố Hà Nội và cỏc thành phố lớn khụng bao lõu nữa sẽ trở
thành quen thuộc với mỗi người dõn Việt Nam?
Bạn đó bao giờ tưởng tượng nếu bạn sắp đến thăm Hà Nội nhưng bạn chưa biết phải đến những nơi nào, bằng phương tiện gỡ? Khi đú bạn chỉ cần nhấn chuột, mỏy tớnh sẽ cho bạn một bản đồ trực tuyến Hà Nội, bạn cú thể tỡm thấy và biết đầy đủ
thụng tin những điểm bạn cần đến và mỏy tớnh cũng sẽ lựa chọn cho bạn nờn đi phương tiện nào và lịch trỡnh tuyến đường v.v... Điều đú vốn đó quỏ quen thuộc ở
cỏc thành phố chõu Âu và khụng bao lõu nữa sẽ trở thành quen thuộc tại Việt Nam. GIS cú mặt ở hầu hết cỏc lĩnh vực khoa học cụng nghệ và đời sống xó hội từ những thập kỷ 70 của thế kỷ trước. Cụng nghệ này khụng mới trờn thế giới cũng như ở
Việt nam, nhưng việc biết đến và ứng dụng nú một cỏch phổ thụng thỡ cũn nhiều hạn chế.
Trong lĩnh vực mụi trường GIS dựng để phõn tớch, mụ hỡnh húa cỏc tiến trỡnh xúi
mũn đất, sư lan truyền ụ nhiễm trong mụi trường khớ hoặc nước.
Trong Nụng nghiệp GIS là cụng cụ đắc lực trong giỏm sỏt thu hoạch, quản lý sử
dụng đất, dự bỏo về hàng hoỏ, nghiờn cứu vềđất trồng, kế hoạch tưới tiờu, kiểm tra nguồn nước.
Trong lĩnh vực tài chớnh, GIS đó từng được ỏp dụng cho việc xỏc định vị trớ những chi nhỏnh mới của Ngõn hàng. Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lờn trong lĩnh vực này, nú là một cụng cụđỏnh giỏ rủi ro và mục đớch bảo hiểm, xỏc định với độ
chớnh xỏc cao hơn những khu vực cú độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất.
Ngoại trừ những ứng dụng trong lĩnh vực đỏnh giỏ, quản lý mà GIS hay được dựng, nú cũn cú thể ỏp dụng trong lĩnh vực y tế. Vớ dụ: chỉ ra được lộ trỡnh nhanh nhất giữa vị trớ hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhõn cần cấp cứu, dựa trờn cơ sở dữ
liệu giao thụng. GIS cũng cú thểđược sử dụng như là một cụng cụ nghiờn cứu dịch bệnh để phõn tớch nguyờn nhõn bộc phỏt và lõy lan bệnh tật trong cộng đồng.
Đối với cỏc nhà quản lý địa phương việc ứng dụng GIS rất hiệu quả, bởi vỡ sử dụng dữ liệu khụng gian nhiều nhất. Tất cả cỏc cơ quan của chớnh quyền địa phương cú thể cú lợi từ GIS, nú cú thể được sử dụng trong việc tỡm kiếm và quản lý thửa đất, thay thế cho việc hồ sơ giấy tờ hiện hành. Cỏn bộ địa phương cũng cú thể sử dụng GIS trong việc bảo dưỡng nhà cửa và đường giao thụng. GIS cũn được sử dụng trong cỏc trung tõm điều khiển và quản lý cỏc tỡnh huống khẩn cấp.
Trong lĩnh vực vận tải, điện, gas, điện thoại.. ứng dụng GIS linh hoạt nhất, GIS
được dựng để xõy dựng những cơ sở dữ liệu, là nhõn tố của chiến lược cụng nghệ
thụng tin của cỏc cụng ty trong lĩnh vự này.
Một vớ dụ cụ thể nhất là trong trận bóo Katrina vừa qua tại Mỹ, cụng nghệ GIS đó
được sử dụng trong nghiờn cứu về bóo, mụ hỡnh hoỏ, dự bỏo và đặc biệt trong việc giải quyết hậu quả sau cơn bóo. Bạn cú thể biết chi tiết hơn về tớnh đa năng của
cụng nghệ này tại một số trang Web: http://www.Esri.com hoặc
http://www.gis.com.
Tại Việt nam, GIS cũng đó được ỏp dụng từ lõu và trong nhiều lĩnh vực. Trước đõy GIS hầu như chỉ được ứng dụng tại cỏc Viện, Trung tõm nghiờn cứu hoặc trường
Đại học. Nhưng hiện nay GIS đó bắt đầu được phổ biến trong nhiều lĩnh vực đời sống vỡ việc học và sử dụng cụng nghệ này đơn giản như bất kỳ một chương trỡnh phần mềm phổ thụng nào mà chỳng ta đang sử dụng. Nhiều cơ quan ban ngành, địa
phương cú nghiờn cứu và ứng dụng GIS như Trường ĐHKHTN TPHCM, Bộ Cụng
Thương, Bộ tài nguyờn mụi trường... Chắc chắn khụng lõu nữa, GIS sẽ trở thành một phần khụng thể thiếu cho nhu cầu sử dụng của mỗi người dõn.
9.5. Cấu trỳc cơ sở dữ liệu trong GIS
Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thụng tin địa lý cú thể chia ra làm 2 loại số
liệu cơ bản: số liệu khụng gian và phi khụng gian. Mỗi loại cú những đặc điểm riờng và chỳng khỏc nhau về yờu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị.
Số liệu khụng gian là những mụ tả số của hỡnh ảnh bản đồ, chỳng bao gồm toạ độ, quy luật và cỏc ký hiệu dựng để xỏc định một hỡnh ảnh bản đồ cụ thể trờn từng bản đồ. Hệ thống thụng tin địa lý dựng cỏc số liệu khụng gian để tạo ra một bản đồ
hay hỡnh ảnh bản đồ trờn màn hỡnh hoặc trờn giấy thụng qua thiết bị ngoại vi, …Đặc trưng thụng tin khụng gian là cú khả năng mụ tả “vật thể ởđõu” nhờ vị trớ
tham chiếu, đơn vị đo và quan hệ khụng gian. Chỳng cũn khả năng mụ tả “hỡnh
dạng hiện tượng” thụng qua mụ tả chất lượng, số lượng của hỡnh dạng và cấu trỳc. Cuối cựng, đặc trưng thụng tin khụng gian mụ tả “quan hệ và tương tỏc” giữa cỏc hiện tượng tự nhiờn. Mụ hỡnh khụng gian đặc biệt quan trọng vỡ cỏch thức thụng tin sẽảnh hưởng đến khả năng thực hiện phõn tớch dữ liệu và khả năng hiển thịđồ hoạ
của hệ thống
Số liệu phi khụng gian là những diễn tả đặc tớnh, số lượng, mối quan hệ của cỏc hỡnh ảnh bản đồ với vị trớ địa lý của chỳng. Cỏc số liệu phi khụng gian
được gọi là dữ liệu thuộc tớnh, chỳng liờn quan đến vị trớ địa lý hoặc cỏc
đối tượng khụng gian và liờn kết chặt chẽ với chỳng trong hệ thống thụng tin địa lý thụng qua một cơ chế thống nhất chung. Một trong cỏc chức năng đặc biệt của cụng nghệ GIS là khả năng của nú trong việc liờn kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tớnh. Thụng thường hệ thống thụng tin địa lý cú 4 loại số liệu thuộc tớnh:
- Đặc tớnh của đối tượng: liờn kết chặt chẽ với cỏc thụng tin khụng gian cú thể thực
hiện SQL (Structure Query Language) và phõn tớch
- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miờu tả những thụng tin, cỏc hoạt động thuộc vị trớ xỏc định
- Chỉ số địa lý: tờn, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, …liờn quan đến cỏc đối tượng địa lý.
- Quan hệ giữa cỏc đối tượng trong khụng gian, cú thể đơn giản hoặc phức tạp (sự
liờn kết, khoảng tương thớch, mối quan hệđồ hỡnh giữa cỏc đối tượng).
9.6. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu của GIS
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống quản lý, lưu trữ, bảo trỡ toàn bộ cơ sở dữ
liệu. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp cỏc cụng cụ cho phộp người dựng hỏi
đỏp, tra cứu và tỏc động vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cho một hệ thống GIS bao gồm 2 cơ sở dữ liệu thành phần chớnh là :
Cơ sở dữ liệu địa lý (khụng gian)
Cơ sở dữ liệu thuộc tớnh (phi khụng gian)
Trong hệ thống GIS, hệ quản trị cơ sở dữ liệu GIS được xõy dựng bao gồm 2 hệ
quản trị cơ sở dữ liệu riờng cho từng phần hoặc xõy dựng một hệ quản trị cơ sở dữ
liệu chung cho cả hai cơ sở dữ liệu con kể trờn. Thụng thường hệ quản trị cơ sở dữ
liệu GIS được xõy dựng bao gồm 3 hệ quản trị cơ sở dữ liệu con:
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho cơ sở dữ liệu địa lý.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đỏp. Hệ này được tớch hợp cựng với hệ quản trị cơ sở dữ liệu địa lý cho phộp người ta dựng truy
nhập dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tớnh đồng thời. Tuy nhiờn, hệ quản trị cơ
sở dữ liệu này cho thao tỏc trờn cơ sở dữ liệu thuộc tớnh bị hạn chế.
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tớnh. Thụng thường cỏc hệ thống GIS đều lấy một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ hiện cú để quản trị và thực hiện cỏc bài toỏn trờn dữ liệu thuộc tớnh mà khụng liờn quan đến dữ liệu khụng
gian. Vớ dụ: FOX, MS SQL, ORACLE.