Phần mềm
Một hệ thống phần mềm xử lý GIS yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự động hoá bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Sự phát triển kỹ thuật GIS hiện đại liên quan đến sự phát triển của hai hợp phần này.
Tự động hoá bản đồ: bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật thành lập bản đồ. Do đó, tự động hố bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính. Một bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ khơng gian và các hình dạng (Pobinson và NNK, 1984) và mỗi một bản đồ là sự mơ hình hố thực tế theo những tỷ lệ nhất định. Mơ hình đó u cầu biến đổi các số liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: Lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự (Den - 1990).
Máy tính trợ giúp cho bản đồ học ở nhiều phương diện như sau:
Trước hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa và việc chỉnh lý đó tốn ít cơng sức hơn so với việc khơng có sự trợ giúp của máy tính. Mặc dù việc số hóa có thể dẫn đến nhiều lỗi và làm giảm độ chính xác, song các lỗi đó có thể sửa dễ dàng nếu phát hiện được. Khi đó, bản đồ sẽ được hồn thiện và lượng thơng tin sẽ được nâng lên. Đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản đồ cũng dễ dàng thực hiện được.
Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ được thao tác với tốc độ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn giản hóa các đặc điểm bản đồ cũng được thực hiện một cách khoa học. Quá trình thiết kế và khái qt hóa bản đồ cũng được lập trình và tạo nên các chức năng cụ thể của phần mềm. Kết quả như mong muốn có thể đạt được bởi nhiều cán bộ bản đồ hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều thời gian khác nhau.
Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể được hồn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗi. Kích thước, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ có thể dễ dàng được thay đổi và đưa về vị trí chính xác như mong muốn.
Quản lý dữ liệu: chức năng thứ hai của phần mềm GIS là hệ thống quản lý dữ liệu (data base management system DBMS). Hệ thống TTĐL phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng. Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm GIS là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mơ tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí khơng gian của chúng. Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS:
Thứ nhất: các tài liệu liệu thuộc tính nhất thiết phải được thể hiện trên những chi tiết của bản đồ. Ví dụ số liệu về dân số của một thành phố cũng được gọi ra một cách tự động mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác. Đối với bản đồ học thì cơng việc tra cứu thường phải làm độc lập, khơng thực hiện tự động được. Ngồi ra việc bổ sung số liệu cũng đòi hỏi phải được cập nhật thường xuyên nên chỉ GIS mới có thể đáp ứng được đầy đủ.
Thứ hai: sự thay đổi về những chi tiết bản đồ nhất thiết phải phù hợp với sự thay đổi về tự nhiên thuộc tính. Ví dụ, sự thay đổi về diện tích đơ thị về số liệu phải tương xứng với sự thay đổi về đường ranh giới thành phố. Khi thay đổi ranh giới thì số liệu tính tốn về diện tích cũng tự động được thay đổi.
2.1.3. Chức năng
GIS có các chức năng cơ bản như sau: nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý và đưa ra những quyết định (decision making) (Calkins và Tomlinson 1997). Có thể khái quát về các chức năng đó như sau:
Nhập và bổ sung dữ liệu (entry and updating): Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập và bổ sung dữ liệu mà cơng việc đó khơng tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu khơng có chức năng đó thì khơng được xem là một GIS vì chức năng đó là một u cầu bắt buộc phải có.
Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dưới dạng số hoặc dạng analog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giây hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng. Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đưa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khn dạng khác nhau. Vì vậy, đối với tư liệu quốc gia, không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lưu giữ ở nhiều khn dạng có tích chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khác nhau. Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau.
Lưu giữ tư liệu: Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và khơng mất thơng tin, thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực
song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo... thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả.
Điều khiển dữ liệu (data manipulation): Do nhiều GIS hoạt động địi hỏi tư liệu khơng gian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó GIS phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính tốn và được can thiệp, biến đổi.
Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một GIS. Khơng gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính tốn chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết của một GIS.
Phân tích khơng gian: Trước đây, chỉ có 5 chức năng mơ tả ở trên là được tập trung, phát triển bởi những người xây dựng GIS. Chức năng thứ sáu là phân tích khơng gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của cơng nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về GIS trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích khơng gian.
Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống được gọi là GIS. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống song đối với một một hệ thống TTĐL sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng đó là băt buộc.
Với một hệ thống như vậy thì các mơ tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mơ hình giải thích, dự báo đều có thẻ thực hiện trong chức năng xử lý không gian.
2.1.4. Các phương pháp thu thập dữ liệu cho GIS
Có nhiều phương pháp thu thập dữ liệu cho GIS, có thể liệt kê một số phương pháp như sau
- Đo đạc thực địa: Việc đo đạc thực địa nhằm thu thập dữ liệu không gian thành lập bản đồ và là dữ liệu đầu vào cho GIS phục vụ phân tích khơng gian.
- Sử dụng GPS (Global Positioning System- Hệ thống định vị toàn cầu) vừa thu thập dữ liệu không gian vừa thu thập dữ liệu thuộc tính cho GIS. Cơng nghệ GPS ngày càng hiện đại ngoài việc thu thập dữ liệu khơng gian và thuộc tính cịn cho phép chụp ảnh, quay video các đối tượng mặt đất,...
- Phương pháp điều tra thực địa: Thu thập số liệu thuộc tính cho các đối tượng mặt đất phục vụ thống kê, phân tích đánh giá.
- Phương pháp viễn thám là một trong những phương pháp quan trọng để thu thập dữ liệu cho GIS. Từ tư liệu viễn thám người dùng có thể chiết xuất thơng tin nhập vào GIS phân tích đánh giá và đưa ra các loại bản đồ chuyên đề.
Đề tài sử dụng ảnh vệ tinh GeoEye là nguồn tư liệu viễn thám cho giải đoán, xây dựng cơ sở dữ liệu gis3D