CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2 Giới thiệu hệ thống GIS đô thị
1.2.2 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS)
33 xuất hiện từ những năm 1960 và cho đến nay GIS đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Theo định nghĩa, GIS là một hệ thống thông tin (trên hệ máy tính) được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý (có vị trí trên Trái đất). Với thực tế là gần như mọi hoạt động của con người đều gắn liền với một địa điểm nào đó, nghĩa là với một tọa độ địa lý xác định, GIS đã trở thành nền tảng công nghệ đặc biệt hữu dụng trong quản lý và xử lý tích hợp thông tin đa ngành, hỗ trợ việc ra quyết định chính xác và kịp thời[24]..
Như Jack Dangermond, chủ tịch của hãng ESRI đã tổng kết, có 3 mục tiêu chính mà mọi hệ thống GIS cần hướng tới: (1) nâng cao năng xuất khi sử dụng bản đồ và thông tin địa lý; (2) nâng cao khả năng quản lý thông tin địa lý; và (3) xây dựng cách thức tốt nhất để khai thác dữ liệu địa lý phục vụ quá trình ra quyết định.
Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý đô thị, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ quản lý và xử lý tích hợp các dữ liệu đô thị có toạ độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý trong lựa chọn địa điểm, phân bổ và sử dụng hiệu quả nguồn lực không gian (ví dụ như quỹ đất đai) ngày càng hạn hẹp của đô thị, cung cấp dịch vụ đô thị một cách hợp lý... Để thực hiện những yêu cầu đó, GIS cần được thiết lập với 5 thành phần chính được kết nối và hỗ trợ nhau (Hình 1.5).
Dữ liệu Phần cứng
G G I I S S
Phần mềm Phương pháp và
quy trình Con người và Tổ chức
Hình 1.5: Các thành phần chính tạo nên hệ thống thông tin địa lý (GIS)
34 1.2.2.1 Các chức năng chính của GIS đô thị
Có thể hiểu một cách đơn giản là hệ thống GIS đô thị được vận hành dựa trên một cơ sở dữ liệu chứa đầy đủ thông tin ở các cấp chức năng đô thị. Bộ cơ sở dữ liệu này cần được thường xuyên cần “nuôi” bằng cách cung cấp thêm dữ liệu cập nhật mới và cần được tổ chức một cách hợp lý để có thể truy vấn tìm kiếm những thông tin theo yêu cầu người dùng cũng như có thể khai thác, phân tích nâng cao nhằm đưa ra những sản phẩm, thông tin tổng hợp hỗ trợ quá trình ra quyết định.
Hình 1.6: Các chức năng chính của GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị [24].
Hình 1.6 khái quát 6 nhóm chức năng chính của hệ thống GIS đô thị theo chuỗi các thao tác, bao gồm:
1. Thu thập và nhập dữ liệu vào hệ thống GIS đô thị;
2. Lưu trữ và quản lý CSDL GIS đô thị;
3. Truy vấn, tìm kiếm thông tin đô thị theo yêu cầu người dùng;
4. Hiển thị thông tin đô thị (như kết quả của phép truy vấn hoặc xử lý...) dưới dạng bản đồ, đồ thị hoặc bảng dữ liệu;
5. Xử lý và phân tích dữ liệu không gian và thuộc tính nhằm đưa ra những sản phẩm kết quả, thông tin tổng hợp phục vụ lập báo cáo và hỗ trợ quá trình ra quyết;
6. Biên tập và xuất bản kết quả khai thác CSDL GIS đô thị dưới dạng báo cáo, bản đồ theo các quy định hiện hành của ngành xây dựng.
CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS TÍCH HỢP
Hiển thị, thu thập dữ liệu
Lưu trữ quản lý
Tra cứu
Phân tích
Hiển thị Xuất bản
35 1.2.2.2 Đặc điểm nổi trội của GIS đô thị
Về cơ bản, GIS đô thị dựa trên một cơ sở dữ liệu (CSDL) có cấu trúc, có khả năng thể hiện điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, cơ sở hạ tầng, tình hình phát triển kinh tế xã hội của một đô thị hoặc một vùng lãnh thổ trên khía cạnh địa lý và theo thời gian. Nếu so sánh với các phương pháp quản lý bản đồ trên máy tính như CAD thì GIS có ưu điểm hơn là luôn quản lý tọa độ thực của các đối tượng không gian (ví dụ như các công trình hạ tầng đô thị) và hơn nữa, còn quản lý đồng thời thông tin vị trí và thông tin thuộc tính đi kèm của đối tượng. Điều này cho phép kết hợp dữ liệu, bao gồm kết hợp dữ liệu các đối tượng trên cùng một lớp bản đồ và kết hợp các đối tượng trên nhiều lớp bản đồ theo yêu cầu phối hợp đa ngành trong quản lý đô thị. Nếu so sánh với các hệ thống thông tin đô thị thì GIS quản lý thêm thông tin địa lý. Như vậy, GIS có ưu điểm nổi trội là đưa thêm giá trị gia tăng khi xử lý và phân tích thông tin không gian[23]..
Về tổng thể, đặc điểm nổi trội của GIS đô thị là khả năng thao tác trên cơ sở dữ liệu không gian kết hợp với tra cứu, phân tích (thống kê và không gian) và sau đó hiển thị trực quan dưới dạng bản đồ, đồ thị và bảng dữ liệu. Với cách thức quản lý tích hợp dữ liệu không gian (bản đồ) đồng thời với các thuộc tính đi kèm (dữ liệu phi không gian) cùng với những công cụ liên kết dữ liệu, phân tích kết hợp, chồng xếp dữ liệu, GIS cho phép các nhà hoạch định chính sách phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo tương lai, đề xuất các định hướng phát triển và các nhà quy hoạch kết hợp hiệu quả các vấn đề phát triển kinh tế - xã hội và vấn đề môi trường trong quy hoạch phát triển bền vững. Hơn nữa, khi CSDL GIS toàn diện được tạo lập thì việc khai thác phục vụ quản lý quy hoạch, lựa chọn các ưu tiên phát triển và cải thiện môi trường… sẽ được dễ dàng, thuận lợi hơn dựa trên đặc tính tổng thể và tính kế thừa của GIS[23].. GIS cũng hỗ trợ phổ biến thông tin đến người dân một cách thuận lợi và như vậy, sẽ góp phần nâng cao tính minh bạch và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quá trình lập quy hoạch phát triển và giám sát thực hiện.
1.2.2.3 GIS với các ngành khoa học và công nghệ liên quan
GIS đô thị được phát triển dựa trên những công nghệ như bản đồ số, công nghệ đo đạc, công nghệ thông tin... Là một công nghệ ứng dụng, GIS luôn có mối quan hệ gắn kết với các công nghệ của ngành mà GIS được đưa vào ứng dụng như các ngành khoa học trái đất, ngành khoa học tự nhiên, ngành khoa học xã hội... Đặc biệt, GIS liên quan đến công nghệ viễn thám và công nghệ định vị từ vệ tinh (GPS hoặc GNSS)[23]...
36 Công nghệ viễn thám là ngành khoa học sử dụng kỹ thuật bay chụp từ máy bay hoặc vệ tinh nhằm đo vẽ, nghiên cứu theo dõi bề mặt trái đất ở các dải phổ khácnhau. Dữ liệu viễn thám là dữ liệu dưới dạng số, có đặc tính là độ phủ bay chụp một vùng rộng lớn, tính lặp lại nhanh và độ phân giải không gian tương đối cao.
Với những đặc tính nổi trội đó, dữ liệu ảnh viễn thám hiện đang là một đầu vào rất quan trọng đối với GIS đô thị. Gần đây, việc cập nhật các bản đồ đô thị thường được dựa trên ảnh máy bay hoặc ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao như IKONOS, QUYCKBIRD, WORLDVIEW[23]...
Công nghệ định vị từ vệ tinh (GNSS) đang ngày càng được phát triển và được áp dụng cho việc xác định vị trí các công trình hạ tầng, các đối tượng quan tâm trên bề mặt trái đất. Với khả năng xác định vị trí nhanh, không bị hạn chế bởi những chướng ngại vật trên mặt đất... Công nghệ GNSS đang được sử dụng rộng rãi trong đo vẽ và cập nhật các bản đồ đô thị[23].
Viễn thám, GIS và GPS là các ngành khoa học trẻ, cùng với công nghệ thông tin đã và đang được áp dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trở thành một phương tiện hữu hiệu trong các dự án điều tra, nghiên cứu, quản lý giao thông đô thị, nghiên cứu và dự báo sự biến động về dân số, đất đô thị[23]...
Việc sử dụng kết hợp viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. Hệ thống thông tin địa lý và viễn thám thuộc nhóm những công nghệ phát triển nhanh nhất hiện nay.
Bất cứ sự vật hiện tượng nào trên trái đất mà có thể bản đồ hoá thì có thể ứng dụng GIS. GIS sử dụng máy tính với những phần mềm chuyên dụng để lưu trữ, phân tích và trình diễn dữ liệu đã thu thập được về một chủ đề nào đó. Thông tin đưa vào GIS có thể lấy từ dữ liệu viễn thám (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh), bản đồ giấy, bản đồ số hoặc các thông tin thô đo được từ GPS và các dự liệu phi không gian khác.
Sự tích hợp 3 công nghệ viễn thám, hệ thông tin địa lý và định vị vệ tinh cho phép tạo ra một công cụ mới phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế, văn hóa và an ninh, quốc phòng của đất nước. Công nghệ tích hợp sẽ thúc đẩy nhanh công tác đo đạc bản đồ, xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ chuyên đề dùng chung cho nhiều cơ quan, phục vụ thiết thực và có hiệu quả việc xây dựng các hệ thống cảnh báo sớm thảm họa thiên nhiên, định kỳ đánh giá biến động sử dụng đất đai, quy hoạch nuôi trồng thủy sản và đánh bắt cá đại dương, quản lý sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên, quản lý và đánh giá ảnh hưởng môi trường...