GIS là gì? Hệ thống thông tin địa lý GIS hoạt động như thế nào?

Sự ra đời của GIS

Vào những năm 1960 – 1970, trên thế giới bắt đầu nổi trội các khuynh hướng xử lý và sử dụng dữ liệu không gian trong đánh giá, quy hoạch và giám sát. Ngày càng có nhiều loại bản đồ khác nhau ra đời để thể hiện các đối tượng khác nhau trên mặt Trái Đất. Điều này dẫn đến nhu cầu phải xử lý đồng thời nhiều bản đồ trong một bài toán quy hoạch. Cũng vì lý do này mà GIS ra đời.

GIS là một hệ thống thông tin áp dụng cho dữ liệu địa lý, và được xem như là một hệ thống gồm phần cứng, phần mềm với các chức năng được thiết kế để thu thập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu tham chiếu đến vị trí trên mặt Trái Đất, nhằm hỗ trợ giải quyết các bài toán quy hoạch và quản lý phức tạp.

Giới thiệu khái quát về GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ công nghệ cho phép thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian gắn với vị trí địa lý. Khác với bản đồ truyền thống chỉ thể hiện hình ảnh trực quan, GIS kết hợp dữ liệu bản đồ với các thông tin thuộc tính, từ đó tạo ra khả năng phân tích đa chiều và hỗ trợ ra quyết định trong nhiều lĩnh vực.

Về cấu trúc, GIS bao gồm bốn thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người. Phần mềm GIS cung cấp các chức năng xử lý dữ liệu không gian, phần cứng đảm bảo khả năng tính toán và lưu trữ, dữ liệu là nền tảng để hệ thống hoạt động, còn con người là yếu tố quyết định trong việc vận hành và khai thác hiệu quả.

Ứng dụng của GIS rất đa dạng. Trong quản lý đất đai và quy hoạch đô thị, GIS giúp theo dõi biến động sử dụng đất, hỗ trợ xây dựng kế hoạch phát triển bền vững. Trong lĩnh vực môi trường, GIS được dùng để giám sát chất lượng không khí, nguồn nước và đa dạng sinh học. Ngoài ra, GIS còn có vai trò quan trọng trong giao thông, y tế, nông nghiệp chính xác, phòng chống thiên tai và an ninh quốc phòng.

Nhờ khả năng tích hợp dữ liệu và phân tích không gian, GIS đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong quản lý hiện đại. Việc hiểu rõ khái niệm, nền tảng và ứng dụng của GIS sẽ giúp các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp khai thác tối đa giá trị mà công nghệ này mang lại.

Hình 1. Hệ thống thông tin địa lý GIS.

Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý GIS

Hệ thống thông tin địa lý GIS được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: Hành chính, quy hoạch, địa chất, lâm nghiệp, nông nghiệp, an ninh quốc phòng… và những phát triển của GIS liên quan đến nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau như: Khoa học máy tính, đồ họa, kỹ thuật cơ sở dữ liệu, thống kê, toán học, đo đạc,…

Hình 2. Nền tảng của GIS.

Một số ứng dụng cụ thể của hệ thống thông tin địa lý GIS có thể kể đến như:

• Cập nhật nhanh chóng và chính xác các lớp giao thông, thủy hệ, dân cư và thực phủ dựa vào ảnh viễn thám.
• Phân tích bản đồ biến động đất giữa hai thời điểm cụ thể để đánh giá được mức độ và xu thế thay đổi giữa các loại hình sử dụng đất trên một vùng lãnh thổ.
• Thành lập và xuất bản bản đồ.
• Quy hoạch và quản lý đô thị.
• Quản lý hạ tầng cơ sở và thông tin địa ốc.
• Quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường.
• ..v..v..

Các thành phần cấu tạo nên hệ thống GIS

Hệ thống thông tin địa lý GIS được cấu tạo từ 5 thành phần chính, bao gồm:

1. Phần cứng: Là các thiết bị kỹ thuật cần thiết để GIS vận hành (máy tính, thiết bị thu thập dữ liệu, thiết bị xuất dữ liệu).

2. Phần mềm: Dùng để tạo, quản lý, hiển thị và phân tích dữ liệu địa lý

3. Dữ liệu: Là các dữ kiện đầu vào được thu thập tùy theo nhu cầu của người xây dựng hệ thống GIS.

4. Quy trình, thủ tục: Cách thức dữ liệu được đưa vào hệ thống, lưu trữ, quản lý, chuyển đổi, phân tích, và cuối cùng là trình bày dưới dạng sản phẩm cuối cùng.

5. Con người: Là những đối tượng có nhu cầu xem, phân tích, sử dụng, quản lý GIS.

Hình 3.5: 5 thành phần cấu tạo nên hệ thống thông tin địa lý GIS.

Hệ thống thông tin địa lý GIS hoạt động như thế nào?

Hệ thống thông tin địa lý GIS hoạt động như một bản đồ số, với các lớp layers dữ liệu

Nguồn gốc xuất hiện đầu tiên của GIS, như đã nói ở trên, là liên quan đến bản đồ, do đó, hệ thống thông tin địa lý GIS còn được hiểu như là một dữ liệu bản đồ số, có thể xem như là một tập Atlas nhiều trang về một vùng địa lý nào đó. Mỗi trang Atlas thể hiện một loại thông tin khác nhau (như giao thông, địa hình…).

Hình 4. Hệ thống thông tin địa lý GIS được ví như là một tập atlas nhiều trang.

Trong GIS, những trang Atlas này chính là những “lớp dữ liệu” (layers) của bản đồ. Mỗi lớp dữ liệu thể hiện một loại dữ liệu cụ thể. Khi tất cả các lớp dữ liệu được chồng lên nhau, một “cơ sở dữ liệu địa lý” được hình thành.

Ví dụ, nếu bạn muốn tìm thông tin về các tuyến đường giao thông và vị trí các nhà hàng trên đó, các lớp bản đồ chứa dữ liệu về giao thông và vị trí nhà hàng được hiển thị để cung cấp thông tin cho người sử dụng.

So với bản đồ truyền thống là bản đồ giấy, bản đồ số mang lại nhiều thuận tiện hơn, đó là:

• Thay vì xem toàn bộ dữ liệu trên bản đồ giấy cùng một lúc, khi xem bản đồ số, người dùng có thể chọn hiển thị từng lớp hoặc đồng thời một số lớp dữ liệu mà mình quan tâm, giúp người dùng nắm bắt thông tin cần thiết dễ dàng hơn.
• Kích thước bản đồ giấy có giới hạn; dữ liệu biểu diễn thường bị lược bớt trong quá trình thành lập bản đồ. Ngược lại với bản đồ số, quá trình thu thập và biểu diễn dữ liệu là hai quá trình riêng biệt, do vậy mà dữ liệu của từng lớp có thể thu thập và lưu trữ ở mức độ chi tiết cao nhất, đến khi biểu diễn chỉ có những dữ liệu cần thiết mới được hiển thị.

GIS là nguồn cơ sở dữ liệu địa lý để biểu diễn các phần tử trên bản đồ

Đối tượng trên mặt đất được biểu diễn như là các phần tử trên bản đồ. Mỗi phần tử là một sự biểu diễn đồ họa của dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu hoặc trong các tập tin. Nếu vị trí của các đối tượng trong thế giới thực được xác định trong một hệ tham chiếu tọa độ xác định, thì vị trí của phần tử được ghi nhận thông qua cặp tọa độ (x, y) xác định trong hệ tọa độ vuông góc phẳng.

Tại Việt Nam, theo quy định, vị trí của các đối tượng được xác định theo hệ tọa độ VN2000.

Các đối tượng được thể hiện trong thế giới thực trên bản đồ cũng có các “thuộc tính” mô tả đối tượng. Thông tin về vị trí và thông tin thuộc tính của mỗi đối tượng trên mặt đất được biểu diễn trên bản đồ có thể được rút ra từ cơ sở dữ liệu GIS.

Ví dụ, một bản đồ số thể hiện vị trí thửa đất có thể gắn tới một cơ sở dữ liệu mà nó ghi nhận thuộc tính của thửa đất, ví dụ như chủ sở hữu, diện tích…

Bảng thuộc tính: Thua dat

Hình 5. Quan hệ giữa hình thể của đối tượng trên bản đồ và thuộc tính.

H.A.I lược dịch từ nhiều nguồn tài liệu