2.2.1.1 Vài nột về GIS a. định nghĩa về GIS
Hệ thống thụng tin ủịa lý (GIS) là một tập cỏc cụng cụ ủể thu thập, lưu trữ, tỡm kiếm, biến ủổi và hiển thị cỏc dữ liệu khụng gian từ thế giới thực nhằm
phục vụ thực hiện mục ủớch cụ thể. đú là hệ thống thể hiện cỏc ủối tượng từ thế giới thực thụng qua:
Ớ Vị trớ ủịa lý của ủối tượng thụng qua một hệ toạ ủộ.
Ớ Cỏc thuộc tớnh của chỳng mà khụng phụ thuộc vào vị trớ.
Ớ Cỏc quan hệ khụng gian giữa cỏc ủối tượng (quan hệ topo).
Cú nhiều ủịnh nghĩa khỏc nhau về hệ thống thụng tin ủịa lý. Căn cứ vào nguồn gốc, ủối tượng, mục tiờu, thành phần hệ thống hay cỏc phõn tớch khỏc nhauẦmà cú những quan ủiểm khỏc nhau ủể ủịnh nghĩa về GIS.
Một số ủịnh nghĩa về GIS:
- Hệ thống thụng tin địa lý là một hệ thống bao gồm cỏc phần mềm, phần cứng mỏy tớnh và một cơ sở dữ liệu ủủ lớn, cú cỏc chức năng thu thập, cập nhật, quản trị và phõn tớch, biểu diễn dữ liệu ủịa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn cỏc
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 20
bài toỏn ứng dụng cú liờn quan tới vị trớ ủịa lý trờn bề mặt trỏi ủất.
- Hệ thống thụng tin ủịa lý là một tập hợp những nguyờn lý, phương
phỏp, cụng cụ và dữ liệu khụng gian ủược sử dụng ủể quản lý, duy trỡ, chuyển
ủổi, phõn tớch, mụ hỡnh hoỏ, mụ phỏng, làm bản ủồ những hiện tượng và quỏ
trỡnh phõn bố trong khụng gian ủịa lý...
Những khả năng này phõn biệt GIS với cỏc hệ thống thụng tin khỏc và khiến cho GIS cú phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khỏc nhau
(phõn tớch cỏc sự kiện, dự ủoỏn tỏc ủộng và hoạch ủịnh chiến lược).
GIS lưu giữ thụng tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp cỏc lớp chuyờn ủề cú thể liờn kết với nhau nhờ cỏc ủặc ủiểm ủịa lý.
Hỡnh 2.11. Một bản ủồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thụng tin khỏc nhau
Tuỳ theo cỏc chức năng, nhiệm vụ của mỗi hệ thống thụng tin ủịa lý mà cú nhiều ủịnh nghĩa khỏc nhau về GIS như: ủịnh nghĩa theo chức năng, ủịnh nghĩa GIS là tập hợp của cỏc thuật toỏn, ủịnh nghĩa theo mụ hỡnh cấu trỳc dữ liệuẦ Tuy nhiờn cỏc khỏi niệm về GIS ủều dựa trờn 3 yếu tố quan trọng là:
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 21
dữ liệu ủầu vào, hệ thống vi tớnh số kỹ thuật cao và khả năng phõn tớch số liệu khụng gian.
định nghĩa tổng quỏt theo BURROUGHT thỡ: ỘGIS như là một tập hợp
cỏc cụng cụ cho việc thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển ủổi cỏc dữ liệu
mang tớnh chất khụng gian từ thế giới thực ủể giải quyết cỏc bài toỏn ứng
dụng phục vụ cỏc mục ủớch cụ thểỢ [9]. b. Cỏc thành phần chớnh của GIS
Một hệ thống thụng tin ủịa lý ủược kết hợp bới 5 thành phần chớnh là: - Phần cứng; - Phần mềm; - Dữ liệu; - Người sử dụng; - Phương phỏp. Hỡnh 2.12. Thành phần chớnh của một hệ GIS - Phần cứng:
Phần cứng của một hệ GIS gồm mỏy vi tớnh, cấu hỡnh và mạng cụng việc của mỏy tớnh, cỏc thiết bị ngoại vi nhập xuất dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. Ngày nay, phần mềm GIS cú khả năng chạy trờn rất nhiều dạng phần cứng, từ mỏy chủ trung tõm ủến cỏc mỏy trạm hoạt ủộng ủộc lập hoặc liờn kết mạng.
- Phần mềm:
Phần mềm GIS cung cấp cỏc chức năng và cỏc cụng cụ cần thiết ủể lưu giữ phõn tớch và hiển thị thụng tin ủịa lý. Cỏc thành phần chớnh trong phần mềm GIS là: Cụng cụ nhập và thao tỏc trờn cỏc thụng tin ủịa lý; Hệ quản trị
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 22
cơ sở dữ liệu (DBMS); Cụng cụ hỗ trợ hỏi ủỏp, phõn tớch và hiển thị ủịa lý; Giao diện ủồ hoạ người - mỏy ủể truy cập cỏc cụng cụ dễ dàng.
- Dữ liệu:
Cú thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Cỏc dữ liệu ủịa lý và dữ liệu thuộc tớnh liờn quan cú thể ủược người sử dụng tự tập hợp hoặc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu khụng gian với cỏc nguồn dữ liệu khỏc, thậm chớ cú thể sử dụng DBMS ủể tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu.
- Người sử dụng:
Cụng nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu khụng cú con người tham gia quản lý hệ thống và phỏt triển những ứng dụng của GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS cú thể là những chuyờn gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trỡ hệ thống hoặc những người dựng GIS ủể giải quyết cỏc vấn ủề trong cụng việc.
- Phương phỏp:
Mỗi dự ỏn GIS chỉ thành cụng khi nú ủược quản lý tốt và người sử
dụng hệ thống phải cú kỹ năng tốt, nghĩa là phải cú sự phối hợp tốt giữa cụng tỏc quản lý và cụng nghệ GIS.
c. Ứng dụng của hệ thống thụng tin ủịa lý trong quản lý tài nguyờn thiờn
nhiờn và mụi trường
Ngày nay, GIS là một cụng cụ trợ giỳp quyết ủịnh sự thành cụng trong nhiều hoạt ủộng kinh tế - xó hội, quốc phũng của nhiều quốc gia trờn thế giới. Hệ thống thụng tin ủịa lý (GIS) cú khả năng ủỏnh giỏ hiện trạng của quỏ trỡnh, cỏc thực thể của tự nhiờn, kinh tế - xó hội thụng qua chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phõn tớch và tớch hợp cỏc thụng tin ủược gắn với nền hỡnh học (bản ủồ) nhất quỏn trờn cơ sở tọa ủộ của cỏc dữ liệu ủầu vào. Do ủú, việc ứng dụng hệ thống thụng tin ủịa lý là rất cần thiết, phự hợp với xu thế tin học húa xó hội và yờu cầu phỏt triển kinh tế - xó hội của tất cả cỏc quốc gia.
Nhờ những khả năng phõn tớch và xử lý ủa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 23
quyết ủịnhỢ (decision - making support tool) ủặc biệt là trong quản lý tài
nguyờn thiờn nhiờn và mụi trường. GIS ủược ứng dụng ủể quản lý cỏc tài
nguyờn như:
- Tài nguyờn ủất; - Tài nguyờn nước; - Tài nguyờn rừng; - Tài nguyờn sinh vật; - Tài nguyờn khỏng sảnẦ
2.2.1.2 Vài nột về GPS
Hệ thống ủịnh vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) bao gồm 24 vệ tinh quay quanh trỏi ủất trờn sỏu nhúm quỹ ủạo khỏc nhau, cứ 4 vệ tinh trong một nhúm quỹ ủạo. Thụng thường cỏc vệ tinh này quay quanh quỹ ủạo trỏi ủất một vũng hết 24 giờ và ở trờn ủộ cao so với bề mặt trỏi ủất là
20.200Km. Với cỏch bố trớ này, trong suốt 24 giờ tại bất kỳ một ủiểm nào trờn trỏi ủất cũng sẽ quan sỏt ủược ớt nhất 4 vệ tinh. Những vệ tinh này giống như cỏc chũm sao nhõn tạo, giỳp cho ủịnh vị và dẫn ủường. Cỏc vệ tinh truyền tớn hiệu radio, mó hoỏ thời gian ủược ghi nhận bởi trạm thu mặt ủất [11].
Hỡnh 2.13. Hệ thống ủịnh vị toàn cầu (GPS)
Cấu trỳc của hệ thống ủịnh vị toàn cầu bao gồm: ủoạn khụng gian, ủoạn
ủiều khiển và ủoạn sử dụng:
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 24
trờn 6 mặt phẳng quỹ ủạo ở ủộ cao 20.200Km. Mặt phẳng quỹ ủạo nghiờng
với mặt phẳng xớch ủạo một gúc 550 và chuyển ủộng với chu kỳ 718 phỳt. Với sự phõn bố như vậy thỡ tại bất kỳ thời ủiểm nào cũng cú thể quan sỏt ớt nhất 4 vệ tinh.
- đoạn ủiều khiển (Control Segment): Bao gồm 5 trạm theo dừi ủược
phõn bố bao quanh Trỏi ủất trong ủú cú một trạm theo dừi và một trạm ủiều
khiển trung tõm ủặt tại căn cứ khụng quõn của Mỹ ở Colorado, 4 trạm theo
dừi khỏc ủặt tại Hawai (Thỏi Bỡnh Dương), ủảo Ascension (đại Tõy Dương), Diego Garcia (Ấn độ Dương), Kwajalein (Tõy Thỏi Bỡnh Dương). Cỏc trạm theo dừi cú nhiệm vụ theo dừi tất cả cỏc vệ tinh cú thể quan sỏt ủược, số liệu quan sỏt ủược truyền về trạm ủiều khiển trung tõm. Tại ủõy số liệu ủược xử
lý, tớnh toỏn sau ủú gửi lại cỏc vệ tinh và từ vệ tinh truyền ủến mỏy thu của
người sử dụng.
- đoạn sử dụng (User Segment): Bao gồm cỏc mỏy thu GPS và cỏc mỏy thu tớn hiệu vệ tinh ủể phục vụ cỏc mục ủớch khỏc nhau của con người như ủạo hàng, dẫn ủường trờn biển, phục vụ cụng tỏc ủo ủạc bản ủồẦ
Dữ liệu ủầu vào ủược lưu trữ trong hệ GPS là cỏc thụng tin về hệ tọa ủộ của cỏc ủiểm khảo sỏt hoặc nú ủược gắn với mỏy tớnh và chuyển dữ liệu mà nú thu nhận vào mỏy tớnh thụng qua một phần mềm chuyờn dụng. Khi GPS gắn trờn cỏc thiết bị chuyển ủộng như xe cộ và mỏy bay, nú sẽ ghi tọa ủộ của cỏc
ủường ủi qua và chuyển vào mỏy tớnh. Dữ liệu GPS cú thể là cỏc dữ liệu sau:
- Tọa ủộ cỏc ủiểm khảo sỏt;
- đo cỏc ủối tượng ủịa hỡnh (vị trớ và ủộ cao) mà bằng phương phỏp
thụng thường khụng thể ủo ủược;
- đo tọa ủộ ủường bộ mà thiết bị ủang ủược di chuyển trờn ủú; - Cập nhập dữ liệu về hành trỡnh trờn ủường ủi cỏc tuyến hàng hải; - Dẫn ủường cho cỏc phương tiện giao thụng trờn bộ;
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học nụng nghiệpẦẦẦẦẦ 25
Hệ thống ủịnh vị tồn cầu GPS do qũn ủội Mỹ thiết kế ban ủầu với
mục ủớch quõn sự nhưng ngày nay ủó ủược ứng dụng rộng rói trong cỏc hoạt
ủộng kinh tế - xó hội và trắc ủịa, bản ủồ. Nhờ cú GPS mà ủo ủạc cú thể ủạt ủộ
chớnh xỏc từ 10m - 15m (nếu ủo bằng GPS cầm tay), 1dm - 10dm (với ủo
GPS phõn sai), vài cm nếu ủo GPS ủộng thời gian thực (GPS RTK).
Ở Việt Nam cỏc ứng dụng của cụng nghệ GPS trong trắc ủịa mới chỉ
bắt ủầu từ những năm 1990, bao gồm:
- Xõy dựng và hoàn thiện lưới thiờn văn trắc ủịa quốc gia.
- Xõy dựng lưới trắc ủịa biển liờn kết ủất liền với cỏc hải ủảo gúp phần xõy dựng cơ sở dữ liệu hỡnh thành hệ quy chiếu VN2000.
- đo ủạc một số mạng lưới nghiờn cứu ủịa ủộng trờn khu vực ủứt góy
sụng Hồng, điện Biờn - Lai Chõu.
- đo ủạc nghiờn cứu chuyển dịch vỏ Trỏi ủất vựng đụng Nam Á.
Hệ thống ủịnh vị toàn cầu GPS mới ra ủời nhưng ủó thể hiện ủược tớnh
ưu việt và thực sự trở thành cụng cụ hỗ trợ ủắc lực trong cỏc lĩnh vực nghiờn
cứu. Ngày nay, cỏc thiết bị thu tớn hiệu GPS ngày càng hoàn thiện và phỏt triển; cụng nghệ xử lý tớn hiệu GPS ủó hiện ủại hơn, nõng cao ủộ chớnh xỏc
nhờ ủú GPS ủược mở rộng phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và trờn
nhiều quốc gia khỏc nhau.