2.2.1 Định nghĩa về hệ thống thụng tin ủịa lý
Hệ thống thụng tin ủịa lý (GIS) là một tập 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:
- Vị trớ ủịa lý của ủối tượng thụng qua một hệ toạ ủộ. - Cỏc thuộc tớnh của chỳng mà khụng phụ thuộc vào vị trớ. - Cỏc quan hệ khụng gian giữa cỏc ủối tượng (quan hệ topo). 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 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 [6].
Hỡnh 2.6 Một bản ủồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thụng tin khỏc nhau
2.2.2 Cỏc thành phần chớnh của hệ thống thụng tin ủịa lý
Một hệ thống thụng tin ủịa lý ủược kết hợp bới 5 thành phần chớnh là:
Hỡnh 2.7 Cỏc thành phần chớnh của GIS
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 liệụ 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 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 liệụ 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 mạị Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu khụng gian với cỏc nguồn dữ liệu khỏc, thậm chớ cú thể sử dụng Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) ủể tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệụ
- Con người:
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 [6].
2.2.3 Ứng dụng của GIS 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 giớị Hệ thống thụng tin ủịa lý 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 vàọ 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 giạ
Nhờ những khả năng phõn tớch và xử lý ủa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay ủược ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, ủược xem là cụng cụ hỗ trợ quyết ủịnh 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 sản…[6].
2.3 TÍCH HỢP TƯ LIỆU VIỄN THÁM VÀ GIS 2.3.1 Khỏi niệm 2.3.1 Khỏi niệm
Tớch hợp tiếng Anh là integration cú nghĩa là hợp thành một thể thống nhất, bổ sung thành một thể thống nhất, hợp nhất. Như vậy, tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS là việc hợp nhất cỏc ưu ủiểm của hai loại tư liệu viễn thỏm và GIS thành một thể thống nhất, ủồng thời tỡm cỏch hạn chế cỏc yếu ủiểm của hai loại tư liệu núi trờn.
2.3.2 Tại sao phải tớch hợp
Người ta phải tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS vỡ những lý do sau: - Viễn thỏm là một trong những cụng nghệ thu thập dữ liệu quan trọng và hiệu quả nhất cho việc cập nhật và xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS.
- Nguồn cung cấp thụng tin ủịa lý là số liệu trắc ủịa-bản ủồ, ảnh hàng khụng, ảnh viễn thỏm, số liệu ủiều tra, thống kờ hữu hiệu cho việc thu thập dữ liệu ủể cập nhật cho GIS, nhưng những dữ liệu sẵn cú ủược lưu trữ trong GIS cũng là nguồn thụng tin bổ trợ rất tốt cho việc phõn loại và xử lý ảnh viễn thỏm. Giải phỏp xử lý tớch hợp viễn thỏm và GIS là phối hợp ưu thế của hai cụng nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phõn tớch và xử lý dữ liệu ủịa lý ủể nõng cao năng suất trong việc xõy dựng và cập nhật dữ liệu khụng gian (xem hỡnh 2.8). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 2.8 Vai trũ của viễn thỏm trong việc xõy dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu GIS
- Tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS nhằm tạo ra cụng nghệ cung cấp dữ liệu ủịa lý cần thiết cho GIS, nhằm ủỏp ứng nhu cầu ủa dạng trong cụng tỏc quản lý tài nguyờn thiờn nhiờn và giỏm sỏt mụi trường…
- Cụng nghệ viễn thỏm là một trong những cụng nghệ thu thập dữ liệu khụng gian quan trọng và hiệu quả nhất. Sự tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS dựa trờn tư liệu raster rất khả thi vỡ cấu trỳc dữ liệu giống nhau, hơn nữa cú sự tương ủồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thỏm và GIS, cả hai kỹ thuật này ủều xử lý dữ liệu khụng gian và cú thể thành lập bản ủồ số, ủặc biệt là cú cựng một số thuật toỏn xử lý dữ liệu khụng gian số. Khi ảnh vệ tinh ủó ủược xử lý và cung cấp dưới dạng tương thớch với GIS, những chức năng phõn tớch của GIS cú thể ỏp dụng hiệu quả ủối với tư liệu viễn thỏm. Do ủú, cụng nghệ tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS khụng chỉ sử dụng ảnh viễn thỏm phối hợp với dữ liệu vector của GIS (ranh giới, tọa ủộ, ủộ cao…), phối hợp cỏc chức năng sẵn cú của hai cụng nghệ mà cũn cú thể khai thỏc tối ủa dữ liệu thuộc tớnh nhằm ủạt hiệu quả cao nhất trong việc cung cấp thụng tin ủỏp ứng nhanh cỏc nhu cầu trong quy hoạch, theo dừi
Ảnh hàng khụng Ảnh số Bản ủồ giấy Dữ liệu thực ủịa Mụ hỡnh số ủộ cao Đo ủạc vị trớ ủiểm Mụ hỡnh toỏn học GIS Địa lý - kinh tế - xó hội Viễn thỏm/ khụng ảnh
biến ủộng sử dụng ủất và thành lập bản ủồ chuyờn ủề…
Ảnh số vệ tinh sau khi ủược giải ủoỏn hoặc phõn tớch, xử lý ủể tạo ra dữ liệu cú tỷ lệ thớch hợp theo yờu cầu ứng dụng, hoặc ủược sử dụng ủể xõy dựng mụ hỡnh số ủộ cao (DEM), hay thành lập bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất, bản ủồ hiện trạng lớp phủ thực vật,… sẽ là nguồn cung cấp thụng tin quan trọng cho GIS. + Với khả năng cung cấp ảnh số ủộ phõn giải cao và chu kỳ lặp ngắn (cập nhật thụng tin trong vài ngày), tư liệu viễn thỏm ủó gúp phần nõng cao hiệu quả ứng dụng GIS trong quản lý, quy hoạch và phỏt triển ủụ thị (xem hỡnh 2.9). Ngoài ra, tư liệu viễn thỏm ủa thời gian là cụng cụ hữu hiệu cho phộp chồng lớp bản ủồ và phõn tớch biến ủộng ủỏp ứng cỏc yờu cầu của người sử dụng.
Hỡnh 2.9 Độ chớnh xỏc của ảnh vệ tinh và yờu cầu cập nhật dữ liệu
+ Việc sử dụng cụng nghệ tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS cho phộp cập nhật, xõy dựng dữ liệu và phõn tớch biến ủộng hiệu quả và ủúng vai trũ khỏ quan trọng cho việc hỗ trợ ra quyết ủịnh nhanh, trờn phạm vi rộng với giỏ thành rẻ (xem hỡnh 2.10).
Với chức năng tớch hợp, GIS thực hiện việc chồng xếp những lớp thụng tin khỏc nhau thụng qua việc sử dụng nguồn dữ liệu ủa dạng ủược xõy dựng trờn một hệ quy chiếu thống nhất. Độ chớnh xỏc khụng gian (m) 0.5 Đ ịa h ỡn h 1 3 5 C ụ n g t rỡ n h D ịc h vụ cụ n g cộ n g Q u ản l ý lõ m n g h iệ p, n ụ n g n g h iệ p
Địa hỡnh Quy hoạch sử dụng ủất
Ảnh IKONOS SPOT LANDSAT AVHRR Thời gian cập
nhật (năm)
Hỡnh 2.10 Vai trũ của GIS và viễn thỏm trong việc hỗ trợ ra quyết ủịnh
Cụng nghệ viễn thỏm cho phộp thành lập bản ủồ tự ủộng trờn một phạm vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệụ Cỏc thụng tin chuyờn ủề tạo ra ở dạng số từ cụng nghệ viễn thỏm dễ dàng ủược tổ chức thành cỏc lớp thụng tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý, phõn tớch và hiển thị trong mụi trường GIS. Ngược lại, nguồn dữ liệu sẵn cú trong GIS luụn ủược cập nhật ủể ủảm bảo tớnh hiện thời nhằm phản ỏnh chớnh xỏc thế giới thực sẽ là nguồn thụng tin bổ trợ rất tốt cho việc nắn chỉnh hỡnh học, tạo dữ liệu mẫu, phõn loại và ủỏnh giỏ chất lượng sau khi xử lý ảnh trong GIS như ủiểm khống chế mặt ủất rất cần thiết cho nắn chỉnh hỡnh học, lớp vựng về ranh giới hành chớnh, loại hỡnh sử dụng ủất quan trọng cho cụng tỏc giải ủoỏn ảnh.
Cụng nghệ tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS sẽ cập nhật hay xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS trờn diện rộng và tiết kiệm nhiều cụng sức và thời gian thực hiện. - Mặc dự, tư liệu viễn thỏm cú trữ lượng thụng tin khỏ lớn (ủộ phõn giải khụng gian, ủộ phõn giải thời gian và ủộ phõn giải phổ lớn) song khi giải ủoỏn chỳng, ủụi khi ta gặp phải trường hợp khú giải ủoỏn hoặc khụng giải ủoỏn ủược. Những trường hợp như vậy, nếu cú tư liệu GIS hỗ trợ thỡ việc giải ủoỏn chỳng sẽ dễ dàng và chớnh xỏc hơn rất nhiềụVớ dụ, khi giải ủoỏn vựng trồng ngụ và vựng trồng mớa: cả hai loại cõy trồng này ủều cú ủiều kiện sinh trưởng, chiều cao cõy, khả năng phản xạ phổ,... gần như nhau nờn rất khú phõn biệt, thế nhưng nếu biết ủược phong tục, tập quỏn canh tỏc của cư dõn vựng ủú thỡ
Thống kờ Hoạt ủộng của con người Thụng bỏo cho cụng chỳng
Cơ sở dữ liệu
Tỏc ủộng của con người; Đụ thị hoỏ, cụng nghiệp hoỏ; Phỏt triển xõy dựng.
Chớnh sỏch ủịnh hướng; Dõn số, giỏo dục và y tế, văn hoỏ - xó hội; Kinh tế, cụng nghệ,…
Quyết ủịnh thực thi; Lập kế hoạch, chớnh sỏch; Biện phỏp quản lý.
Chuyển ủổi mụi trường;
Biến ủộng sử dụng ủất, thay ủổi khớ hậu; ễ nhiễm mụi trường, sạt lở ủất, lũ lụt, phỏ rừng, thay ủổi tập quỏn,…
sẽ cú cõu trả lời chớnh xỏc cho việc phõn loại cõy trồng ở vựng núi trờn (Vớ dụ, ở vựng nỳi Hà Giang, Cao Bằng ủồng bào Mốo thường ăn mốn mộn, uống rượu ngụ nờn cõy lương thực chủ yếu của họ là cõy ngụ, nếu biết ủược tập quỏn canh tỏc của họ thỡ chỳng ta sẽ giải ủoỏn chớnh xỏc loại cõy trồng này). Mặt khỏc, trong một số bài toỏn phõn loại ảnh viễn thỏm, GIS là cụng cụ hỗ trợ ủắc lực cho cỏc chuyờn gia viễn thỏm trong việc cung cấp thụng tin bổ trợ như ranh giới, ủộ cao, ủộ dốc [5].
2.3.3 Khả năng ứng dụng cụng nghệ tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS
Ảnh viễn thỏm sau khi phõn loại sẽ thể hiện sự phõn bố của cỏc ủối tượng theo khụng gian và thời gian. Do ủú, kết quả xử lý một ảnh viễn thỏm sẽ chỉ ra hiện trạng sử dụng ủất tại thời ủiểm chụp ảnh và với ảnh ủa thời gian cho phộp thành lập cỏc lớp chuyờn ủề sử dụng ủất trờn vựng ủất cụ thể nhưng ở cỏc thời ủiểm khỏc nhaụ Bằng chức năng chồng xếp và phõn tớch, GIS cho phộp tớch hợp từ cỏc kết quả phõn loại của nhiều thời ủiểm chụp ủể thành lập nhanh và chớnh xỏc bản ủồ biến ủộng sử dụng ủất của khu vực. Với chức năng tự ủộng cung cấp thụng tin về sự thay ủổi giữa cỏc loại hỡnh sử dụng ủất theo từng thời ủiểm yờu cầu hoặc theo ủơn vị hành chớnh, GIS cho phộp người sử dụng giỏm sỏt quỏ trỡnh biến ủộng sử dụng ủất theo bất kỳ loại hỡnh nào và ở bất kỳ khoảng thời gian nàọ
Giải phỏp truyền thống là so sỏnh bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất ủó thành lập tại hai thời ủiểm yờu cầu, những khu vực thay ủổi sẽ ủược thể hiện trờn tờ bản ủồ thứ ba gọi là bản ủồ biến ủộng ủất cho ta thấy những thay ủổi của cỏc loại hỡnh sử dụng ủất. Tuy nhiờn, ở khu vực mà loại hỡnh sử dụng ủất thay ủổi nhanh thỡ giải phỏp này khụng ủỏp ứng ủược yờu cầụ Độ chớnh xỏc và tớnh hiện thời của bản ủồ bị giảm vỡ phải mất nhiều thời gian ủể xõy dựng bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất bằng phương phỏp tổng hợp. Ngoài ra, bản ủồ biến ủộng ủất loại này thường chứa nhiều sai sút vỡ hai bản ủồ hiện trạng sử dụng ủất ủó thành lập tại hai thời ủiểm khụng cựng thống nhất về chi tiết nội dung và ủộ chớnh xỏc yờu cầụ
Nếu sử dụng cụng nghệ tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS thỡ sẽ ủảm bảo ủược tớnh hiện thời của thụng tin, dễ dàng kiểm tra mức ủộ chi tiết và tớnh thống nhất của dữ liệu, cũng như khụng bị ảnh hưởng do tỷ lệ và phộp chiếu của bản ủồ gõy rạ
Việc tớch hợp tư liệu viễn thỏm và GIS cũng rất cú hiệu quả trong việc thành lập bản ủồ biến ủộng lớp phủ thực vật, bản ủồ biến ủộng mụi trường v.v...[5].
2.3.4 Một số ứng dụng của viễn thỏm và GIS ở Việt Nam
Việc ứng dụng viễn thỏm và hệ thống thụng tin ủịa lý GIS phục vụ theo dừi, quản lý nguồn tài nguyờn thiờn nhiờn, bảo vệ mụi trường ủó ủược một số nước trờn thế giới ứng dụng từ những năm 1970. Tuy nhiờn, ở Việt Nam do thiếu kinh phớ, cỏc trang thiết bị thu phỏt vệ tinh nờn viễn thỏm và GIS chỉ mới ủược ủưa vào ứng dụng trong thập kỷ vừa quạ Một số nghiờn cứu của cỏc nhà khoa học ủó khẳng ủịnh ủược vai trũ của viễn thỏm và GIS. Sau ủõy là một số ứng dụng của viễn thỏm và GIS ở Việt Nam. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});