1.5.1. Tóm tắt quá trình phát triển của kỷ nguyên thông tin và GIS Kỷ nguyên thông tin có thể xem như được bắt đầu với sự sử dụng của thẻ đục lỗ để lập trình văn hóa dệt tại Pháp cuối những năm 1800. Cuộc tổng điều tra dân số Mỹ năm 1890 đã sử dụng công nghệ thẻ đục lỗ và máy đọc thẻ cơ học để thống kê kết quả điều tra. Năm 1936, tại hội nghị của hiệp hội các nhà địa lý Mỹ đã nêu ra sự cần thiết phải phát triển các tiếp cận về lượng trong giải quyết các vấn đề dựa trên bản đồ (Hunter, 2001).
Ba yếu tố quan trọng dẫn tới sự hình thành công nghệ bản đồ kỹ thuật số và bản đồ học vi tính trong những năm 1960 là:
- Sự hoàn thiện các kỹ thuật ngành bản đồ;
- Sự phát triển nhanh chóng trong công nghệ vi tính kỹ thuật số;
- Sự phát triển nhanh kỹ thuật xử lý không gian.
Vào những năm 1960, Bộ Y tế và Bộ Lâm nghiệp Hoa Kỳ đã phát triển các kỹ thuật máy tính để nghiên cứu chất lượng nước và các vấn đề thuỷ văn.
Cục Thống kê Mỹ cũng đã tiên phong trong lĩnh vực sử dụng máy tính trong phân tích số liệu. Năm 1969, Ian McHarg đã viết cuốn Thiết kế phù hợp với Tự nhiên (Design with Nature) nêu ra phương pháp chập các lớp bản đồ khi giải quyết bài toán lựa chọn địa điểm (site selection) và phân tích phù hợp (suitability analysis). Nhiều phần mềm máy tính ứng dụng trong quy hoạch đô thị đã được ra đời trên khắp thế giới vào cuối những năm 1960 (Hunter, 2001).
Những ví dụ trên đây chưa phải là GIS thực sự. Ứng dụng GIS đầu tiên được coi là GIS Canada (Canada Geographical Information System – CGIS) hình thành vào năm 1964 trong các chương trình phục hồi đất nông nghiệp.
Hệ thống này phân tích dữ liệu đất đai Canada để xác định khu vực đất thứ yếu gây ra các vấn đề môi trường. CGIS này cũng dẫn đến sự phát triển máy scanner điện tử đầu tiên trên thế giới dùng để chuyển đổi bản đồ giấy thành dạng dữ liệu số. Vì vậy, có thể nói GIS đầu tiên trên thế giới được gắn liền với các nghiên cứu về môi trường.
Các hệ thống GIS đầu tiên khác là Hệ thống thông tin tài nguyên và sử dụng đất New York, hệ thống thông tin quản lý đất đai Minnesota. Đến cuối những năm 1970, Viện nghiên cứu các hệ thống môi trường (ESRI) ra đời ở California và đã phát hành sản phẩm Arc/Info – đây có thể coi là sản phẩm thương mại trọn gói GIS đầu tiên trên thế giới (Hunter, 2001). [4]
Luận văn nghiên cứu, sử dụng công nghệ GIS để xây dựng bản đồ phân vùng lũ quét cho tỉnh Thái Nguyên.
1.5.2. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS
Hệ thống thông tin địa lý GIS có thể được định nghĩa như là “một hệ thống các phần cứng, phần mềm, các quá trình để lưu trữ, quản lý, thao tác, phân tích, mô hình hoá, thể hiện và hiển thị các dữ liệu địa lý nhằm mục đích giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến quy hoạch và quản lý tài nguyên” (Longley et.al, 2001).
Với GIS, các yếu tố của Trái đất không chỉ được thể hiện dưới dạng hình ảnh như bản đồ giấy thông thường, mà khi được đưa vào máy tính, thông tin này có thể được thể hiện một cách sống động và linh hoạt hơn nhiều. Các thông tin không gian (spatial information) có thể được thể hiện như bản đồ giấy với các miêu tả sông ngòi, đường giao thông, thảm thực vật, các đường ranh giới,… với đầy đủ chú dẫn, tiêu đề, ngoài ra cũng có thể được diễn đạt bằng tập hợp các bảng thống kê, đồ thị, biểu đồ.
Một đặc điểm quan trọng nhất của GIS là các dữ liệu không gian (spatial data) được lưu giữ dưới dạng một cấu trúc nhất định được gọi là cơ sở dữ liệu không gian. Cấu trúc dữ liệu sẽ quyết định cách thức lưu trữ, truy cập và thao tác xử lý thông tin.
Như vậy, một hệ thống GIS sử dụng hiệu quả các dữ liệu không gian và bao gồm các quy trình sau đây:
- Thu thập, quy nạp và hiệu chỉnh các dữ liệu không gian đầu vào;
- Lưu trữ và truy xuất dữ liệu;
- Thao tác và phân tích dữ liệu;
- Đưa ra kết quả và xây dựng báo cáo. [4]
1.5.3. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS
Trong xã hội hiện đại, GIS được coi như là công cụ quý giá trong quá trình quản lý, hoạch định và ra quyết định. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ liên quan như trắc địa, bản đồ, công nghệ định vị từ vệ tinh, công nghệ viễn thám,... công nghệ GIS đã tạo ra một
sự phát triển bùng nổ các ứng dụng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, quản lý vùng lãnh thổ đa ngành. Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, công nghệ GIS được coi là công cụ trợ giúp cho việc ra quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng của các quốc gia trên thế giới. GIS giúp cho các cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp, các tổ chức, cá nhân,… đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế, quốc phòng qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin gắn với một nền hình học nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào.
Các lĩnh vực ứng dụng GIS rất đa dạng, sau đây là một số trường hợp minh họa GIS được sử dụng như một công cụ hữu hiệu:
- Nhà quy hoạch đô thị quan tâm đến sự phát triển mở rộng đô thị ra các vùng ngoại ô và xem xét đến việc phát triển dân số cơ học tại các vùng đó cũng như lý do tại sao đô thị cần phát triển ở vùng này chứ không phải ở vùng khác;
- Nhà sinh vật học nghiên cứu tác động của tập quán đốt rừng làm nương đến khả năng sinh tồn lâu dài của những loài động vật lưỡng cư tại các vùng rừng núi;
- Nhà phân tích thiên tai xác định những vùng có nguy cơ ngập lụt cao gắn liền với hiện tượng gió mùa hàng năm qua việc xem xét các tính chất mưa và địa hình của khu vực;
- Nhà địa chất xác định những khu vực tối ưu cho việc xây dựng công trình tại vùng đất có chấn động thường xuyên bằng cách phân tích các tính chất kiến tạo đá;
- Nhà kỹ sư địa chất quan tâm đến khả năng khai thác mỏ quặng trong tương lai có tính toán đến các yếu tố như mức độ dàn trải, độ sâu và chất lượng vỉa, v.v…
- Công ty viễn thông muốn xác định vị trí tối ưu để xây dựng trạm thu phát có tính đến các yếu tố chi phí như giá đất, mức độ bằng phẳng của địa hình, v.v…
- Nhà lâm nghiệp muốn tối ưu hoá việc sản xuất lâm sản bằng cách sử dụng số liệu về đất, sự phân bố loài cây hiện tại kết hợp với các yêu cầu quản lý như yêu cầu về bảo tồn đa dạng sinh học, v.v…
Tóm lại, các lĩnh vực ứng dụng chính của GIS có thể tóm tắt bao gồm (Hunter, 2001):
- Quy hoạch đô thị và lãnh thổ;
- Quản lý đất đai;
- Giao thông;
- Quản lý hệ thống kết cấu hạ tầng kỹ thuật (cung cấp nước, thoát nước, cung cấp điện, bưu chính,…);
- Kinh doanh (ngân hàng, bảo hiểm, phân phối bán lẻ, marketing);
- Giáo dục;
- Đối phó với các tình huống khẩn cấp;
- Khai thác mỏ;
- Y tế;
- Nông, lâm nghiệp;
- Đỏnh giỏ và theo dừi mụi trường. [4]