Giáo trình Hệ thông tin địa lý - Chương 1: Khái niệm

Nội dung text: Giáo trình Hệ thông tin địa lý - Chương 1: Khái niệm

1. Ch−ơng I. Những khái niệm cơ bản về hệ thông tin địa lý và hệ quy chiếu không gian. 1.1. Khái niệm về thông tin địa lý (Geographical Infomation). Để hiểu đ−ợc hệ thông tin địa lý, tr−ớc hết chúng ta cần nắm đ−ợc khái niệm thông tin địa lý là gì. Dữ liệu địa lý liên quan đến các đặc tr−ng “địa lý” hay “không gian”. Các đặc tr−ng này đ−ợc ánh xạ, hay liên quan đến các đối t−ợng không gian. Chúng có thể là các đối t−ợng thực thể, văn hóa hay kinh tế trong tự nhiên. Các đặc tr−ng trên bản đồ là biểu diễn ảnh của các đối t−ợng không gian trong thế giới thực. Biểu t−ợng, màu và kiểu đ−ờng đ−ợc sử dụng để thể hiện các đặc tr−ng không gian khác nhau trên bản đồ 2D. Dữ liệu địa lý là dữ liệu trong đó bao gồm các thông tin về vị trí, có thể là hình dạng và đặc tính của đối t−ợng, nh− hình dạng hình học của dãy núi, của con sông, hòn đảo, bờ biển, thành phố vv Dữ liệu địa lý tham chiếu tới vị trí của đối t−ợng trên bề mặt của trái đất, xác định bởi hệ thống toạ độ tiêu chuẩn. Có thể định nghĩa: "Thông tin địa lý là những thông tin có quan hệ tới vị trí trên bề mặt trái đất". Thông tin địa lý có ý nghĩa không gian, nó bao gồm phạm vi rộng lớn, nh− những thông tin về sự phân bố của tài nguyên thiên nhiên, nh− đất, n−ớc sinh vật, những thông tin về vị trí của cơ sở hạ tầng nh− đ−ờng xá, công trình, dịch vụ, những thông tin về hành chính, ranh giới và sở hữu. Ngay cả những dữ liệu thống kê về dân số, nhân lực, tội phạm cũng thuộc về những thông tin địa lý, nếu nó có quan hệ tới vị trí không gian của số liệu. 1.2. Khái niệm về bản đồ. Bản đồ là ph−ơng tiện chuyển tải chủ yếu những kiến thức thông tin địa lý. Bản đồ cho con ng−ời nhận biết một cách có hiệu quả những đối t−ợng không gian, sự liên hệ giữa chúng, cũng nh− ph−ơng h−ớng. 1.2.1. Bản đồ, mục đích sử dụng. Trong lịch sử, loài ng−ời đã biết sử dụng bản đồ từ lâu. Ng−ời ta tạo ra bản đồ để mô tả những thực thể trên mặt đất, liên quan tới hình dạng, vị trí của thực thể đó. Trong lịch sử Việt Nam, bản đồ cũng đã đ−ợc sử dụng từ lâu. ở Hải Phòng có một ngôi chùa đ−ợc xây dựng bên sông Cấm mang tên là chùa Vẽ. Chùa Vẽ ngày nay đã trở thành địa danh của vùng đất, ở đó xây dựng một cảng biển - Cảng Chùa Vẽ. Sự tích của chùa Vẽ liên quan tới việc Trần H−ng Đạo vẽ bản đồ, 13
2. nghiên cứu địa hình địa vật, thuỷ triều sông Bạch Đằng, chuẩn bị cho trận thuỷ chiến tiêu diệt quân Nguyên. Chuyện kể rằng: khi dừng lại bên sông Cấm để quan sát, vẽ bản đồ, Trần H−ng Đạo thấy một bà lão đang bắt còng (một loài sống ở bãi sông n−ớc mặn giống nh− con cua đồng nh−ng màu đỏ có càng to) trên bãi sông, thuỷ triều đang xuống. Hỏi chuyện bà lão bắt còng, bà đã chỉ cho T−ớng quân cách tính toán thuỷ triều, giúp cho trận thuỷ chiến sắp tới. Sau đó, những ý đồ chiến thuật, bài binh bố trận của thuỷ quân trên sông và mai phục quân ở ven sông, đ−ợc Trần H−ng Đạo cho làm những chiếc bánh đa rắc những hạt vừng trên đó thể hiện bản đồ trận đánh sắp tới. Những chiếc bánh đa này phát cho chỉ huy các cánh quân. Ngày nay, bản đồ đ−ợc in trên giấy, bản đồ số - bản đồ đ−ợc thể hiện thông qua màn hình máy tính. Bản đồ sử dụng đ−ờng nét, màu sắc, ký hiệu, chữ và số thể hiện những thông tin địa lý. Bản đồ đ−ợc tạo ra để mô tả vị trí, hình dạng, những đặc tính có thể nhận thấy phong cảnh nh−: Sông, suối, đ−ờng xá, làng mạc, rừng cây vv Những thông tin này th−ờng bao gồm những thông tin về độ cao đ−ợc thể hiện bằng các điểm chi tiết, với chữ số ghi độ cao, các đ−ờng bình độ (đ−ờng cùng độ cao hay còn đ−ợc gọi là đ−ờng đồng mức). Ngoài những bản đồ có mục đích sử dụng phổ thông, còn có những bản đồ đ−ợc sử dụng cho mục đích quân sự, một số loại bản đồ khác cung cấp những thông tin theo chủ đề, chúng đ−ợc đặt tên là bản đồ chuyên đề. Những bản đồ chuyên đề nh− bản đồ liên quan đến những đặc tính tự nhiên, nh− bản đồ địa chất; liên quan tới hoạt động của con ng−ời, nh− bản đồ số ng−ời thất nghiệp. Cũng có thể bản đồ là công cụ để quản lý, nh− bản đồ quy hoạch sử dụng đất chẳng hạn. Một bản đồ th−ờng bao gồm tập hợp các điểm, đ−ờng, vùng, nó đ−ợc xác định bởi cả thông tin về vị trí không gian đ−ợc tham chiếu bởi hệ toạ độ và về những thông tin thuộc tính - phi hình học. Theo Michael Zeiler: " Bản đồ thể hiện bằng hình vẽ những dữ liệu địa lý một cách trực quan, rõ ràng. Các hình vẽ đ−ợc bố trí theo tỷ lệ, t−ợng tr−ng và đ−ợc in nh− những bức tranh". Bản đồ là sự trừu t−ợng hoá các dữ liệu địa lý. Bản đồ chắt lọc những thông tin theo yêu cầu, mục đích sử dụng, trình bày trên giấy, trên màn hình máy tính (các bản đồ số). Bản đồ làm đơn giản hoá những vấn đề phức tạp, những cấu trúc ẩn bên trong của dữ liệu. Bản đồ mô tả các nội dung của dữ liệu bằng các nhãn: biểu thị tên, loại, kiểu và những thông tin khác. 14
3. Mục đích của bản đồ là tạo ra cấu trúc dữ liệu, cung cấp thông tin và có thể hiện có thẩm mỹ. Bản đồ cung cấp thông tin bằng cách, tr−ớc hết là nó mô hình hoá các dữ liệu đ−ợc cung cấp. 1.2.2. Bản đồ diễn tả các thông tin nh− thế nào? Khi ta đọc một bản đồ, chúng ta thấy các yếu tố về hình dạng, những ký hiệu mô tả vị trí địa lý, những thông tin thuộc tính liên quan tới ký hiệu địa lý và mối quan hệ không gian giữa các ký hiệu địa lý. 1.2.2.1. Bản đồ biểu diễn các thông tin địa lý nh− thế nào? Những yếu tố địa lý đ−ợc mô tả trên bản đồ là những yếu tố nằm trên, hoặc nằm gần bề mặt trái đất. Nó mô tả yếu tố tự nhiên của trái đất (núi đồi, sông suối, rừng cây), và có thể là những công trình nhân tạo trên mặt đất (đ−ờng xá, cầu cống, ống dẫn, công trình nhà cửa), còn có thể là sự phân chia đất đại (các n−ớc, các khoảnh đất, lô đất, hành chính). Cách thức đơn giản nhất để biểu thị các diện tích địa lý trên bản đồ là phân chia ra các mảng, nh− là một hình ảnh, mạng l−ới, hay các bề mặt. 1.2.2.2. Trình bày theo các đối t−ợng riêng rẽ (discrete feature). Nhiều đối t−ợng địa lý (geographical feature) có dạng riêng biệt có thể mô tả bằng các điểm, đ−ờng, và hình đa giác (hình 1.1). - Điểm mô tả các đối t−ợng địa lý quá nhỏ không thể vẽ thành đ−ờng hay mặt đ−ợc, nh− cột điện, nhà. Điểm cũng còn dùng để mô tả những vị trí mà nó không có diện tích nh− đỉnh núi chẳng hạn. - Đ−ờng mô tả các đối t−ợng địa lý có bề ngang hẹp không thể mô tả thành mặt đ−ợc, nh− đ−ờng phố, suối hay lát cắt qua bề mặt nh− đ−ờng đồng mức chẳng hạn. Hình 1.1. Biểu diễn bằng điểm, đ−ờng, đa giác - Đa giác hình khép kín mô tả hình dạng vị trí của đối t−ợng địa lý có tính đồng nhất nh− quốc gia, vùng lãnh thổ, lô đất, loại đất, hay các vùng sử dụng đất. 1.2.2.3.Biểu diễn theo kiểu mạng l−ới các điểm ảnh Rasters. Nhiều thông tin địa lý về trái đất, chúng ta thu thập đ−ợc theo dạng ảnh nh− không ảnh (chụp từ máy bay), ảnh viễn thám (chụp từ vệ tinh). Những ảnh này th−ờng đ−ợc lót d−ới những bản đồ khác (hình 1.2). 15
4. Mạng l−ới (grid) các điểm ảnh biểu thị các yếu tố liên tục và đồng nhất nh− nhiệt độ, l−ợng m−a, độ cao. Hình ảnh và mạng các điểm ảnh dữ liệu đ−ợc gọi là rasters. Raster bao gồm ma trận các điểm ảnh 2 chiều (2D). Các điểm ảnh Hình 1.2. Biểu diễn bằng ảnh thể hiện các thuộc tính, đ−ợc biểu hiện bằng Rasters màu sắc, dạng quang phổ hay dạng m−a rơi (rainfall). 1.2.2.4. Biểu diễn theo các mặt. Hình dạng của bề mặt trái đất là liên tục. Một số diện mạo của bề mặt có thể vẽ nh− các hình thể nh− gò đồi, đỉnh núi, suối. Đ−ờng cùng độ cao đ−ợc thể hiện bằng các đ−ờng đồng mức Để mô tả hình dạng trái đất có thể tạo ra các mặt dùng màu sắc biến đổi theo ánh sáng Hình 1.3. Biểu diễn các mặt mặt trời chiếu rọi, độ cao, s−ờn dốc, h−ớng(hình 1.3). Thông th−ờng giá trị độ cao biểu hiện cao điểm, còn mật độ dân số thì đ−ợc biểu hiện theo kiểu đ−ợc định nghĩa tr−ớc. 1.2.2.5. Bản đồ mô tả các thuộc tính nh− thế nào? Những đối t−ợng trên bản đồ có những giá trị thuộc tính kèm theo. Những thuộc tính này đ−ợc thống kê trong bảng dữ liệu. Bảng dữ liệu này gắn kết với các đối t−ợng trên bản đồ, hoặc đ−ợc truy cập tới một cơ sơ sở dữ liệu khác. Những kiểu thuộc tính thông dụng nhất là: - Chuỗi kí tự thể hiện tên, đặc tính, chủng loại, điều kiện hoặc là kiểu của hình mẫu. - Giá trị mã (code) biểu thị kiểu của đối t−ợng, nó có thể là con số hoặc một chuỗi ký tự rút gọn. - Giá trị rời rạc biểu hiện con số, có thể nh− con số thống kê nh− là l−u l−ợng xe trên đ−ờng. - Giá trị số thực biểu thị dữ liệu tính toán, hay đo đạc liên tục nh− khoảng cách, diện tích, dòng chảy. 16
5. - Đối t−ợng đồng nhất hoá. Những đối t−ợng loại này ít khi đ−ợc sử dụng, nh−ng nó là chìa khoá để truy cập dữ liệu ở ngoài. Có những mô tả khác nhau, biểu thị thông tin trên bản đồ. Để mô tả thuộc tính, trên bản đồ ng−ời ta có thể thể hiện bằng nhiều cách khác nhau: Các ký hiệu mô tả kiểu của đối t−ợng. Các ký hiệu điểm biều thị tr−ờng học, hầm mỏ, bên cảng. Các loại nét liền hoặc nét đứt mô tả con suối. Những diện tích đ−ợc tô màu khác nhau để mô tả sự phân loại. Kích th−ớc to nhỏ khác nhau của ký hiệu vẽ trên bản đồ nhằm mô tả giá trị số khác nhau. Giá trị mã hay giá trị số đ−ợc biểu thị trên bản đồ bằng cách sử dụng màu. Để thể hiện những giá trị khác nhau, ng−ời ta hoà trộn các màu sắc tạo nên bảng màu, các ô màu thay đổi sắc độ. Các chữ có thể đ−ợc viết bên cạnh, dọc theo, hoặc bên trong hình vẽ mà nó cần mô tả. 1.2.2.6. Bản đồ mô tả các quan hệ không gian nh− thế nào? Khi xem một bản đồ chúng ta nhận thức đ−ợc không gian. Nhiều bản đồ đ−ợc làm ra để phục vụ cho mục đích nh− vị trí giao dịch, tìm đ−ờng đi ngắn nhất, vị trí các khu ở. Bản đồ th−ờng có mối quan hệ không gian: - Nối khu này với khu khác. - Khu này kề liền với khu khác. - Khu này chứa đựng khu khác. - Khu này giao với khu khác. - Khu này bên khu khác - Chênh lệch cao độ giữa khu này với khu khác. - Quan hệ vị trí giữa khu này với các khu khác. Bản đồ trong hệ thông tin địa lý GIS còn hỗ trợ giải đáp về không gian tạo ra các bảng và theo sự lựa chọn của ng−ời dùng. ArcInfo, ArcMap biểu thị các bản đồ số thích hợp với các bản đồ thông dụng đối với ng−ời quen dùng bản đồ in trên giấy. Có thể in các bản đồ số trên các máy in khổ lớn để thấy rõ các chi tiết. Có thể tạo ra những bản đồ số trên máy tính có cùng mối quan hệ địa lý, tạo ra các bản đồ chuyên đề, các bảng biểu kết quả của vấn tin, thực hiện các phân tích và sửa đổi 17
6. các đối t−ợng địa lý. Bản đồ số đ−ợc l−u nh− một file với phần mở rộng của file là .mxd (khi ta dùng ArcGIS) và đ−ợc gọi là tài liệu bản đồ, hay đơn giản là bản đồ. 1.2.3. Các bộ phận của bản đồ. Các phần mềm máy tính nh− Arcmap biểu thị bản đồ số theo dạng t−ơng tự với các bản đồ truyền thống tr−ớc đây đã quen sử dụng. Có thể tác động vào bản đồ số trên máy tính, thay đổi, hiệu chỉnh, biểu thị chủ đề, vấn tin, thực hiện các phân tích, sửa chữa các đối t−ợng. Bản đồ số đ−ợc l−u trên bộ nhớ bằng file máy tính. Một bản đồ th−ờng có các bộ phận đã trở nên quen thuộc, nh− mũi tên chỉ h−ớng Bắc, thanh tỷ lệ xích, tiêu đề, bản đồ chi tiết hoá, chú giải. Các bộ phận chính của bản đồ đ−ợc xắp xếp theo cách sau: - Bản đồ có một hay nhiều khung biểu thị dữ liệu địa lý. - Mỗi khung dữ liệu lại có một hay một vài bản chú giải. Hình 1.4: Khung dữ liệu và các bản chú giải - Trên một trang bản đồ có những thành tố khác tạo nên sự hoàn thiện của bản đồ. Trong khung dữ liệu chứa đựng dữ liệu địa lý của bản đồ. một bản đồ có thể có một hay một vài khung dữ liệu (hình 1.4). Khung dữ liệu có một hay nhiều lớp, các lớp đ−ợc xếp chồng lên nhau và trải dài trên một phạm vi nh− nhau. Trên máy tính mỗi đơn vị máy tính thể hiện một đơn vị độ dài thực (trên thực địa) có thể là m, Km vv tuỳ thuộc vào ng−ời lập bản đồ. Còn tỷ lệ của bản đồ chỉ thể hiện khi ta xếp đặt Layout, khi in ra sẽ cho ta tỷ lệ của bản đồ. Khung dữ liệu có hệ toạ độ chỉ rõ phần trái đất đ−ợc tham chiếu. Hệ toạ độ này có thể giống hoặc khác hệ toạ độ của các lớp. Khung dữ liệu đ−ợc liên kết với các chú giải, nh− tỷ lệ bản đồ chẳng hạn. Khung dữ liệu bản đồ liên kết động với các bản chú giải. Khi ph−ơng thức hình vẽ thay đổi, các chú giải đ−ợc cập nhật. Khi tỷ lệ bản Hình 1.5: Bổ xung các chi tiết đồ thay đổi, chữ tỷ lệ đ−ợc cập nhật, đồng vào bản đồ thời thanh tỷ lệ xích cũng thay đổi kích 18
7. th−ớc theo. Khi bản đồ xoay đi, mũi tên chỉ h−ớng Bắc xoay theo. Có thể bổ xung vào bản đồ các chi tiết nh− dấu hiệu, đ−ờng, đa giác, hình chữ nhật, chữ và hình ảnh (Hình 1.5). Hình ảnh có thể theo dạng metafile hay bimap. Những chi tiết bổ xung không có liên kết với khung dữ liệu. 1.2.4. Các lớp (layer) bản đồ. Lớp bản đồ là đơn vị cơ sở của việc trình bày thông tin địa lý trên bản đồ. Lớp biểu hiện một tập hợp mối quan hệ giữa các dữ liệu địa lý đ−ợc vẽ trên bản đồ. Ví dụ có các lớp bản đồ ta có thể tạo ra nh− lớp sông suối, lớp biên giới hành chính, các điểm trắc địa, lớp đ−ờng bộ vv 1.2.4.1. Lớp dữ liệu địa lý. Một lớp (layer) tham chiếu tới một tập hợp dữ liệu địa lý, nh−ng nó không chứa đựng dữ liệu địa lý. Ưu điểm của cách sử dụng lớp nh− sau: • Có thể tạo những lớp riêng biệt trên cùng một dữ liệu địa lý. Hình 1.6: Tổ hợp dữ liệu đa lý của các n−ớc, dân số, tuổi thọ, tốc độ Những dữ liệu này có thể nhìn tăng tr−ởng. thấy những đặc tính khác nhau hoặc dùng những ph−ờng thức biểu thị khác nhau • Có thể chỉnh sửa dữ liệu địa lý, cập nhật lớp bản đồ cho lần sử dụng sau. • Các lớp đ−ợc chia sẻ bằng cách tạo ra các bản sao dữ liệu địa lý. Một lớp có thể tham chiếu dữ liệu từ bất Hình 1.7: Bản đồ trình bày tuổi thọ, kỳ đâu trên mạng. chất l−ợng n−ớc, tăng dân số ở Nam Mỹ Các lớp đ−ợc l−u giữ nh− một thành phần của bản đồ hay nh− một file riêng biệt trên bộ nhớ máy tính, file có phần mở rộng .lyr. Có thể coi lớp nh− một cách nhìn dữ liệu bản đồ. Lớp cho phép ấn định cách thức vẽ bản đồ, đặt tỷ lệ bản đồ và đặt cách lựa chọn cách thể hiện bản đồ. Hình 1.8: Bản đồ thứ nhất thể hiện các n−ớc châu Âu, bản đồ thứ hai thể hiện các n−ớc sử dụng đồng tiền chung Châu Âu 19
8. Lớp cho phép ấn định kiểu vẽ bản đồ bất kỳ đối với tổ hợp dữ liệu địa lý (hình 1.6). Tuy vậy, tập hợp dữ liệu không bao gồm sự chỉ dẫn cho cách vẽ dữ liệu. Ta xác định rõ cách thức thể hiện bản đồ khi ta tạo ra lớp bản đồ. Ta có thể tạo nhiều lớp cho cùng một tập hợp dữ liệu. Mỗi một lớp mô tả đặc tính riêng biệt (hình 1.7). Một số bản đồ trình bày các tập hợp dữ liệu phụ, hoặc chi tiết hoá các đối t−ợng bản đồ đ−ợc chọn, hoặc những kết quả vấn tin, sử dụng cú pháp Stuctured Query Language (SQL) (hình 1.8). Với những lựa chọn trên bản đồ, có thể chỉ thể hiện một đối t−ợng cần quan tâm, mà không cần xoá các đối t−ợng bên cạnh của bản đồ. Có thể thể hiện bản đồ theo một tỷ lệ Hình 1.9: Bản đồ thứ nhất thể hiện lớp với các công trình bằng các biểu tuỳ ý, nh−ng tốt nhất là thể hiện theo t−ợng đ−ợc tô màu, hình thứ hai thể những tỷ lệ quy định. Có thể xác định hiện cung tập hợp đối t−ợng nh−ng tỷ lệ ng−ỡng cho lớp và thay thế lớp bằng các biểu t−ợng đánh dấu khác với tỷ lệ đ−ợc định rõ (hình 1.9). 1.2.4.2. Các kiểu của lớp. Phần trên đã trình bày, một vùng diện tích địa lý có thể trình bày trên bản đồ nh− một tập hợp đối t−ợng riêng rẽ, nh− một l−ới hay hình ảnh, nh− các bề mặt (surfaces). D−ới đây là một số kiểu có thể đ−a vào các lớp. Kiểu đối t−ợng riêng rẽ: Nhiều đối t−ợng Hình 1.10: Các đối t−ợng điểm địa lý có dạng riêng rẽ. Lớp đối t−ợng sử đ−ờng đa giác dụng ph−ơng pháp vẽ để thể hiện thông tin đ−ợc mô tả. Lớp đồ hoạ là tập hợp các đối t−ợng đồ hoạ đồng nhất các điểm, đ−ờng và các đa giác (hình 1.10). Kiểu hình ảnh Raster: Nhiều dữ liệu địa lý đ−ợc thu thập từ các ảnh vệ tinh, không ảnh hoặc l−ới điểm. Những hình ảnh này là ma 20 Hình 1.11: ảnh Raster
9. trận các điểm (matrix of cells) đ−ợc biểu diễn ở lớp ảnh (hình 2.11) Kiểu các mặt tam giác: Các mặt biểu diễn bề mặt trái đất. Các mặt này là các mặt tam giác không đều kế cận nhau, biểu diễn các giá trị cao độ Z. Các tam giác đ−ợc thể hiện ở lớp mạng tam giác không đều TIN layer (triangulated irregular network) Hình 1.12: Bản đồ các mặt tam giác 1.2.5. Dùng các biểu t−ợng để thể hiện bản đồ. Sử dụng các biểu t−ợng (symbol) và các nhãn (laybel) để thể hiện các thông tin địa lý trên bản đồ có thể thực hiện trong một số tr−ờng hợp phổ biến sau: • Những con đ−ờng có thể đ−ợc thể hiện bằng những nét vẽ với độ to nhỏ, hình thức, màu sắc khác nhau, để thể hiện những loại đ−ờng khác nhau, cũng nh− đặc tính của đ−ờng khác nhau. • Những con sông, con suối, th−ờng đ−ợc tô màu xanh n−ớc biển để biểu thị mặt n−ớc. • Các biểu t−ợng dùng để chỉ rõ những đối t−ợng đặc biệt nh− đ−ờng sắt hay sân bay. • Các đ−ờng phố có thể đ−ợc thể hiện các nhãn, chỉ rõ tên riêng của đ−ờng phố. • Các công trình kiến trúc có thể đ−ợc thêm nhãn tên, hay chức năng của công trình. Biểu t−ợng điểm: Các biểu t−ợng điểm thể hiện các điểm có kích th−ớc nhỏ trên bản đồ. Các biểu t−ợng điểm có thể là một hình vẽ đơn sắc, một Hình 1.13: Các biểu t−ợng điểm hình đơn giản nh− hình tròn, hình chữ nhật, mũi tên hay một hình ảnh nhiều màu sắc (hình 1.12). Biểu t−ợng đ−ờng: Các biểu t−ợng Hình 1.13: Các biểu t−ợng đ−ờng đ−ờng có nhiều dạng: đ−ờng nét liền đ−ợc thể hiện bằng những bề dày nét, màu sắc khác nhau; đ−ờng nét gạch; đ−ờng tạo bởi các hình xếp kế tiếp nhau, đ−ờng nhiều nét vv Hình 1.14: Các biểu t−ợng vẽ màu 21
10. (hình 1.13) Biểu t−ợng tô vẽ: Các biểu t−ợng tô vẽ là những diện đ−ợc tô là một hình đ−ợc tô màu đồng nhất, các nét gạch màu, các biều t−ợng tô màu, các mảng màu có độ đậm nhạt biến đổi, hoặc một hình ảnh vv (hình 1.14) 1.3. Khái niệm về hệ thông tin địa lý. 1.3.1. Khái niệm chung. Hệ thông tin địa lý tiếng Anh là Geographical Information System. Nó đ−ợc hình thành từ 3 khái niệm: địa lý (Geographical), thông tin (Information) và hệ thống (System). Khái niệm “địa lý" (Geographic) đ−ợc sử dụng vì GIS tr−ớc hết liên quan đến các đặc tr−ng “địa lý” hay “không gian”. Các đặc tr−ng này đ−ợc ánh xạ hay liên quan đến các đối t−ợng không gian. Chúng có thể là các đối t−ợng vật lý, văn hóa hay kinh tế trong tự nhiên. Các đặc tr−ng trên bản đồ là biển diễn ảnh của các đối t−ợng không gian trong thế giới thực. Biểu t−ợng, màu và kiểu đ−ờng đ−ợc sử dụng để thể hiện các đặc tr−ng không gian khác nhau trên bản đồ 2D. Khái niệm “thông tin" (Information) đ−ợc sử dụng, vì nó liên quan đến khối dữ liệu khổng lồ do GIS quản lý. Các đối t−ợng thế giới thực đều có tập riêng các dữ liệu chữ số thuộc tính hay đặc tính (còn gọi là dữ liệu phi hình học, dữ liệu thống kê) và các thông tin vị trí cần cho l−u trữ, quản lý các đặc tr−ng không gian. Khái niệm “hệ thống" (System) đề cập đến cách tiếp cận hệ thống của GIS. Môi tr−ờng hệ thống GIS đ−ợc chia nhỏ thành các môđun, để dễ hiểu, dễ quản lý, nh−ng chúng đ−ợc tích hợp thành hệ thống thống nhất, toàn vẹn. Công nghệ thông tin đã trở thành quan trọng, cần thiết cho tiệm cận này và hầu hết các hệ thống thông tin đều đ−ợc xây dựng trên cơ sở máy tính. Hệ thông tin Hệ thông tin phi hình học (Kế Hệ thông tin không toán, Quản lý Nhân sự ) gian Hệ thông tin địa lý Các hệ thông tin (GIS) không gian khác (CAD/CAM, ) Các hệ thống GIS Hệ thông tin đất đai khác (Kinh tế Xã hội, (LIS) Dân số ) Hệ thông tin địa Hệ thống thông tin quản lý đất chính sử dụng (Rừng, Lúa ) Hình 1.15. Hệ thông tin địa lý tron22g hệ thông tin nói chung
11. Hình 1.15 cho ta biết “hệ thống tin địa lý” nằm ở khoảng nào trong “hệ thông tin” nói chung. “Hệ thông tin” bao gồm hệ thông tin phi hình học ( kế toán, quản lý nhân sự ) và hệ thông tin không gian. “Hệ thông tin địa lý” là tập con của “Hệ thông tin không gian” . “Hệ thông tin địa lý” bao gồm nhiều hệ thông tin khác: Hệ thông tin đất đai ( hệ thông tin địa chính, hệ thông tin quản lý đất sử dụng: rừng, lúa ), hệ thông tin địa lý quản lý kinh tế, xã hội, dân số “Thông tin địa lý” bao gồm dữ liệu về bề mặt trái đất và các diễn giải dữ liệu, để chúng trở nên dễ hiểu. Thông tin địa lý đ−ợc thu thập qua bản đồ, qua đo đạc trực tiếp, đo đạc bằng máy bay, viễn thám, hoặc đ−ợc thu thập thông qua điều tra, phân tích hay mô phỏng. Thông tin địa lý bao gồm hai loại dữ liệu: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (phi không gian); trả lời các câu hỏi “có cái gì ? “ ; “ ở đâu? “. 1.3.2. Nền tảng của hệ thông tin địa lý GIS. Khái niệm cơ bản cần nắm vững tr−ớc khi đ−a ra các định nghĩa, cần xem xét các yếu tố cấu thành, cơ sở dữ liệu liên quan, phạm vi ứng dụng của hệ thông tin địa lý. Tiếp theo đó, sẽ nghiên cứu những khái niệm cơ bản của mô hình hoá dữ liệu địa lý, nghiên cứu một số ph−ơng pháp để mô hình hoá các bề mặt liên tục, các đối t−ợng riêng rẽ, và các hình ảnh. Đôi khi không phải là chỉ có một cách lựa chọn hợp lý cho mô hình dữ liệu. 1.3.2.1. Các bộ phận của hệ thông tin địa lý. Hệ thông tin địa lý GIS bao gồm 5 thành phần (hình 1.16): - Những con ng−ời đ−ợc đào tạo (People). - Dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (Data), - Ph−ơng pháp phân tích (analysis), - Phần mềm tin học (Software) và - Phần cứng máy tính (Hardware) Tất cả đ−ợc kết hợp, tổ chức, tự Hình 1.16. Các bộ phận của hệ thông động hoá, điều hành, cung cấp tin địa lý GIS thông tin thông qua sự diễn tả 23
12. địa lý. - Con ng−ời (People) xây dựng và sử dụng GIS: Khi ta thiết lập một kiểu dữ liệu, xây dựng một phần mềm tin học, hay biên soạn một tài liệu, điều quan trọng là cần làm rõ công việc mình đang tiến hành phục vụ đối t−ợng nào. Có thể thấy những vai trò căn bản của con ng−ời trong GIS nh− sau: Sử dụng bản đồ- đó là ng−ời tiêu dùng, đầu cuối của GIS. Họ tìm trong bản đồ đ−ợc tạo ra cho nhu cầu chung hay nhu cầu riêng của họ. Tất cả các thành viên đó là ng−ời sử dụng bản đồ. Ng−ời sử dụng hệ thống (system user) là những ng−ời sử dụng GIS để giải quyết các vấn đề không gian. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đ−a ra các giải pháp cuối cùng, để truy vấn dữ liệu địa lý. Xây dựng bản đồ - sử dụng một số lớp bản đồ từ một vài nguồn khác nhau và thêm vào đó những dữ liệu cần thiết, tạo ra những bản đồ theo ý ng−ời sử dụng. Phát hành bản đồ- in bản đồ. Những ng−ời này tạo ra những bản đồ có chất l−ợng cao. Thao tác viên hệ thống (system operator) có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày, để ng−ời sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả: sửa chữa khi ch−ơng trình bị tắc nghẽn, trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao, huấn luyện ng−ời dùng, quản trị hệ thống, quản trị CSDL, an toàn, toàn vẹn CSDL để tránh h− hỏng mất mát dữ liệu. Chuyên viên phân tích hệ thống GIS (GIS systems analysts) là nhóm ng−ời chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống có trách nhiệm xác định mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn, đảm bảo tích hợp thắng lợi hệ thống trong cơ quan. Thông th−ờng, chuyên gia phân tích hệ thống là nhân viên của các hãng lớn chuyên về cài đặt GIS. Nhà cung cấp GIS (GIS supplier) có trách nhiệm cung cấp phần mềm, cập nhật phần mềm, ph−ơng pháp nâng cấp cho hệ thống, huấn luyện ng−ời dùng GIS thông qua các hợp đồng với quản trị hệ thống. Phân tích và giải quyết các vấn đề địa lý - nh− các vấn đề sự phát tán các chất hoá học, tìm kiếm đ−ờng đi ngắn nhất, xác định địa điểm. 24
13. Xây dựng và nhập dữ liệu địa lý - từ một vài dạng biên tập khác nhau, chuyển đổi, và truy cập. Nhà cung cấp dữ liệu (data supplier) có thể là tổ chức Nhà n−ớc hay t− nhân. Thông th−ờng các cơ quan Nhà n−ớc cung cấp dữ liệu đ−ợc xây dựng cho chính nhu cầu của họ, những dữ liệu này có thể đ−ợc sử dụng trong các cơ quan, tổ chức khác hoặc đ−ợc bán với giá rẻ hay cho không tới các dự án GIS phi lợi nhuận. Các công ty t− nhân thì th−ờng cung cấp dữ liệu sửa đổi từ dữ liệu các cơ quan Nhà n−ớc cho phù hợp với ứng dụng cụ thể. Quản trị dữ liệu - điều hành cơ sở dữ liệu của GIS, và bảo đảm cho GIS hoạt động suôn sẻ. Thiết kế cơ sở dữ liệu - xây dựng các kiểu dữ liệu logic và xây dựng cơ sở dữ liệu. Phát triển - xây dựng GIS theo ý ng−ời sử dụng phục vụ một số yêu cầu riêng và yêu cầu của ngành nghề. Ng−ời phát triển ứng dụng (application developer) là những lập trình viên đ−ợc đào tạo để xây dựng các giao diện ng−ời dùng, làm giảm khó khăn khi thực hiện các thao tác cụ thể trên các hệ thống GIS chuyên nghiệp. Phần lớn, lập trình GIS bằng ngôn ngữ macro do nhà cung cấp GIS xây dựng để ng−ời phát triển ứng dụng có khả năng ghép nối với các ngôn ngữ máy tính truyền thống. • Nguồn dữ liệu cho GIS: Một hệ thông tin địa lý GIS bất kỳ nào cũng bao gồm thành phần dữ liệu không gian. Dữ liệu không gian này có thể từ những không ảnh, ảnh vệ tinh, đ−ờng đồng mức, bản đồ số về môi tr−ờng, hay địa bạ về quyền sử dụng đất Hình 1.17. Nguồn dữ liệu của GIS GIS còn có thể ở những nơi khác nữa, nh− đ−ợc các công ty, họ giữ cơ sở dữ liệu về khách hàng của mình đi kèm với dữ liệu địa lý. Hay GIS tính toán vị trí của bất kỳ địa điểm nào trên trái đất từ địa chỉ b−u điện. • Thủ tục và phân tích(Procedures and analysis): Các chuyên gia điều hành GIS bằng các hàm, thủ tục và các quyết định. Đó là tập hợp kinh nghiệm của con ng−ời và là phần không thể thiếu đ−ợc của GIS. Một vài ví dụ về chức năng phân tích là: 25
14. - Khoa học đ−ợc ứng dụng có liên quan tới không gian, nh− thuỷ văn, khí t−ợng hay dịch tễ học. - Chất l−ợng các thủ tục bảo đảm dữ liệu là chính xác, nhất quán và đúng đắn. - Thuật toán giải quyết vấn tin trên tuyến, mạng hay mặt. - Những kiến thức áp dụng để vẽ bản đồ tạo ra những bản đồ thể hiện hoàn hảo. • Phần cứng máy tính: Máy tính với đủ loại từ loại cầm tay đến những máy chủ máy mạng. Có thể cài đặt phần mềm của GIS cho gần nh− hầu hết các loại máy tính. Với sự cải thiện của mạng máy tính băng thông rộng, một máy chủ đã có thể phục vụ cho GIS trong phạm vi doanh nghiệp. Internet kết nối các máy tính thành mạng toàn cầu, là một cách cơ bản để truy cập dữ liệu. Một h−ớng khác, đó là sự tăng nhanh việc sử dụng hệ thống định Hình 1.18. Sơ đò sử dụng phần cứng máy vị toàn cầu GPS (Global tính trong GIS Positioning System) để xác định vị trí theo thời gian thực. • Phần mềm GIS: Một hệ thống GIS bao gồm nhiều moduls phần mềm trong đó hệ quản trị CSDL địa lý là quan trọng nhất, nó thể hiện khả năng l−u trữ, quản lý dữ liệu. Các modul khác là công cụ thu thập dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, phân tích dữ liệu, làm báo cáo, truyền tin, giao diện ng−ời dùng. Một vài chức năng của phần mềm GIS: - Khả năng l−u trữ các dạng thức hình học trực tiếp d−ới dạng cơ sở dữ liệu cột. - Khung làm việc để định nghĩa lớp bản đồ và các ph−ơng thức thể hiện bản đồ. Những ph−ơng pháp vẽ này dựa trên giá trị thuộc tính của đối t−ợng. - Cơ sở hạ tầng để hỗ trợ việc tạo ra các bản đồ từ đơn giản đến phức tạp, làm cho công việc lập bản đồ trở nên đơn giản hơn. 26
15. - Tạo lập và l−u trữ các mối quan hệ hình học topo giữa các đối t−ợng liên kết mạng và cấu trúc hình học polygol. - Chỉ mục không gian hai chiều (2D) để thể hiện nhanh chóng các đối t−ợng địa lý. - Một tập hợp các toán tử để xác định mối quan hệ địa lý nh− gần, kề liền, chồng và so sánh không gian - Nhiều công cụ hỗ trợ vấn tin. - Hệ thống Work-Flow cho phép chỉnh sửa, biên tập các dữ liệu địa lý có đ−ợc từ nhiều nguồn và ở các phiên bản khác khau. Với những phân tích trên ta có thể đi tới định nghĩa hệ thông tin địa lý. 1.3.3. Định nghĩa hệ thông tin địa lý GIS. Hệ thống máy tính ngay từ ban đầu đã nhanh chóng đ−ợc sử dụng hữu hiệu vào các công việc liên quan tới địa lý và phân tích địa lý. Cùng với sự ứng dụng máy tính ngày càng tăng, khái niệm mới GIS phát triển từ những năm 1960. Nhiều định nghĩa GIS đã ra đời, có thể dẫn ra đây một số định nghĩa: - Burrough, 1986: GIS là những công cụ mạnh để tập hợp, l−u trữ, truy cập, khôi phục, biểu diễn dữ liệu không gian từ thế giới thực, đáp ứng những yêu cầu đặc biệt. - Lord Chorley, 1987: GIS là hệ thống thu nạp, l−u trữ, kiểm tra, tích hợp, vận dụng, phân tích và biểu diễn dữ liệu tham chiếu tới mặt đất. Những dữ liệu này thông th−ờng là cơ sở dữ liệu tham chiếu không gian dựa trên những phần mềm ứng dụng. - Michael Zeiler: Hệ thông tin địa lý GIS là sự kết hợp giữa con ng−ời thành thạo công việc, dữ liệu mô tả không gian, ph−ơng pháp phân tích, phần mềm và phần cứng máy tính - tất cả đ−ợc tổ chức quản lý và cung cấp thông tin thông qua sự trình diễn địa lý. - Franỗois Charbonneau, Ph. D: GIS là một tổng thể hài hoà của một công cụ phần cứng và ngôn ngữ sử dụng để điều khiển và quản lý từ dữ liệu cho đến phép chiếu không gian và của các dữ liệu mô tả có liên quan. - David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục đ−ợc thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hóa và hiển thị các dữ liệu qui chiếu không gian, để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp. 27
16. Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nh−ng nhìn các định nghĩa về GIS đều có có các đặc điểm giống nhau nh− sau: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian (spatial data), phân biệt giữa hệ thông tin quản lý (Management Information System - MIS) và GIS. Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu. So với bản đồ thì GIS có lợi thế là l−u trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau, vì vậy, có nhiều cách quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu. 1.4. Quan hệ giữa GIS và các ngành khoa học khác. GIS là ngành khoa học đ−ợc xây dựng trên các tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau . Đó là các ngành: - Ngành địa lý: có truyền thống lâu đời về phân tích không gian và nó cung cấp các kỹ thuật phân tích không gian, khi nghiên cứu; liên quan mật thiết đến việc hiểu thế giới và vị trí của con ng−ời trong thế giới. - Ngành bản đồ (cartography): có truyền thống lâu đời trong việc thiết kế bản đồ, do vậy nó là khuôn mẫu quan trọng nhất của đầu ra GIS. Ngày nay, bản đồ cũng là nguồn dữ liệu đầu vào chính cho GIS. - Công nghệ viễn thám (remote sensing): cho phép thu thập và xử lý dữ liệu mọi vị trí trên quả địa cầu với giá rẻ. Các dữ liệu đầu ra của hệ thống ảnh vệ tinh có thể đ−ợc trộn với các lớp dữ liệu của GIS. Các ảnh vệ tinh là nguồn dữ liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. - ảnh máy bay: với kỹ thuật đo chính xác, hiện nay, ảnh máy bay là nguồn dữ liệu chính về độ cao bề mặt Trái đất đ−ợc sử dụng làm đầu vào của GIS. - Bản đồ địa hình: cung cấp dữ liệu có chất l−ợng cao về vị trí của ranh giới đất đai, nhà cửa - Khoa đo đạc: là nguồn cung cấp các vị trí cần quản lý có độ chính xác cao cho GIS. - công nghệ thông tin: Thiết kế trợ giúp bằng máy tính (Computer Added Design - CAD) cung cấp kỹ thuật nhập, hiển thị, biểu diễn dữ liệu. Đồ họa máy tính(Computer Graphic) cung cấp công cụ để quản lý, hiển thị các đối t−ợng đồ họa. Quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) đóng góp ph−ơng pháp biểu diễn dữ liệu d−ới dạng số và các thủ tục để thiết kế hệ thống, l−u trữ, truy cập, cập nhật khối dữ liệu lớn. Trí tuệ nhân tạo sử dụng máy tính lựa chọn dựa trên cơ sở các dữ liệu có sẵn bằng ph−ơng pháp mô phỏng trí tuệ con ng−ời. Máy tính hoạt động nh− một chuyên gia trong việc thiết kế bản đồ, phát sinh các đặc tr−ng bản đồ. 28
17. - Toán học: hình học, lý thuyết đồ thị đ−ợc sử dụng trong thiết kế hệ GIS và phân tích dữ liệu không gian. - Ngành thống kê: đ−ợc sử dụng để phân tích dữ liệu GIS, đặc biệt trong việc hiểu các lỗi hoặc tính không chắc chắn trong dữ liệu GIS. - Quy hoạch đô thị: lĩnh vực luôn liên quan tới bản đồ nh− bản đồ sử dụng đất, bản đồ chuyên đề, bản đồ hạ tầng và các loại bản đồ khác. Với hai loại bản đồ bản đồ hiện trạng và quy hoạch t−ơng lai, sử dụng GIS để phân tích tiến trình phát triển của quy hoạch. Việc sử dụng GIS trong quy hoạch làm cho công việc tiến hành sẽ nhanh hơn, và dễ dàng trong phân tích lịch sử hình thành và phát triển của đô thị và định h−ớng phát triển trong t−ơng lai. - Quy hoạch vùng: Quy hoạch vùng cũng nh− quy hoạch tổng thể liên quan tới một phạm vi lãnh thổ rộng lớn. Bản đồ đóng một vai trò quan trọng và nó giúp cho ng−ời quy hoạch phân tích đ−a ra ph−ơng án. Sử dụng GIS sẽ vô cùng có ích, trong phân tích và thiết kế thể hiện đồ án, vì một trong những khái niệm của GIS là tổ chức các lớp bản đồ. Các lớp bản đồ đó có thể là diện tích phát triển, điều kiện hiện trạng, chất l−ợng sống tại địa ph−ơng, chiều h−ớng tăng tr−ởng số dân, sự sử dụng nguồn nhân lực và tài nguyên vv Còn một vấn đề nữa là sự phong phú về cơ sở dữ liệu, sự phong phú về thông tin, với độ chính xác trong quy hoạch cần tới. - Quy hoạch môi tr−ờng: Với sinh thái học, điều kiện tự nhiên, quan hệ giữa con ng−ời và môi tr−ờng tự nhiên, công nghiệp nhà máy bao quanh tác động tới điều kiện tự nhiên v−ợt khỏi tầm kiểm soát của con ng−ời, sự sử dụng quá mức nguồn tài nguyên, ô nhiễm bầu khí quyển, ô nhiễm nguồn n−ớc, ô nhiễm đại d−ơng, và nhiều vấn đề khác nữa. Việc sử dụng GIS sẽ rất có ích khi phân tích, quản lý, vận dụng, quy hoạch và ngăn chặn sự huỷ hoại môi tr−ờng. - Quản lý tài nguyên: Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên, những dữ liệu không gian có các chiều vật lý và vị trí trên mặt đất kết hợp với các yếu tố cảnh quan đ−ợc biểu thị nh− những đối t−ợng trên bản đồ. Quan hệ địa lý giữa những đối t−ợng hình học bản đồ và sự diễn tả nó là chìa khoá sử dụng công nghệ GIS. 1.5. Những ứng dụng của GIS. Hệ thông tin địa lý GIS đang đ−ợc ứng dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả rõ rệt vào nhiều lĩnh vực. Để hiểu rõ hơn về GIS, sẽ có ích khi xem xét một số ứng dụng của GIS: 29
18. - Nông nghiệp: Với hình ảnh thu đ−ợc từ vệ tinh, việc sử dụng đất kết hợp với hình ảnh mô tả El Nino đã đem lại hiệu quả trong nông nghiệp của Brazil. GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị toàn cầu đang đ−ợc áp dụng theo thời gian thực. Thiết bị nhỏ, nhẹ, kèm theo phần mềm GPS đ−ợc đem áp dụng cho việc rải hoá chất phục vụ nông nghiệp. Châu thổ San Joaquin - California, GIS đ−ợc dùng để mô hình hoá nguồn ô nhiễm. Bản đồ cung cấp hình ảnh vùng đất bị nhiễm mặn, đ−ợc tạo ra nhờ công nghệ GIS. - Địa lý th−ơng mại: Một công ty đã dùng GIS để đánh giá thời gian đi lại của nhân viên tới nơi làm việc để xác định vị trí cơ quan mới thuận tiện cho công việc. Một công ty nhỏ ở Quebec đang bị sức ép cạnh tranh, đã dùng GIS để xác định địa chỉ các cụm khách hàng của mình, sau đó gửi th− tới họ, xúc tiến mối quan hệ, nên đã giữ đ−ợc khách hàng. Một công ty ở San Francisco đã dùng GIS để xác định các vị trí đặt cửa hàng với mục tiêu có nhiều khách hàng, có hiệu quả kinh tế, thuận lợi về giao thông. - Quân sự tình báo: Lực l−ợng không quan Hoa Kỳ đã sử dụng GIS để quản lý, cập nhật và xem xét hàng triệu bảng ghi thời tiết, khí hậu. Lực l−ợng vũ trang Thuỵ Điển đã sử dụng rộng rãi GIS để tạo ra những mô phỏng cho huấn luyện quân sự cũng nh− dân sự. Quân đội Canada đã tuỳ biến phần mềm GIS cho phù hợp với hệ thống chỉ huy của đất n−ớc. - Sinh thái và bảo tồn: Colombia xây dựng cơ sở dữ liệu, để −u tiên dành đất cho v−ờn Quốc gia. Kenya GIS đã phát hiện ra các động vật ở hoang mạc phân tán trong mùa ẩm −ớt và tập trung vào khu vực trũng vào mùa khô. Sự hiểu biết về vùng di c− đã giúp cho việc quản lý nguồn n−ớc, dẫn n−ớc cho đời sống hoang dã và các vật nuôi. GIS đ−ợc áp dụng ở đảo Santa Catalina - California để đánh giá chi phí sinh thái và lợi ích của các con đ−ờng. Đánh giá hai mặt của vấn đề xây dựng đ−ờng: có điều kiện lui tới quản lý hệ sinh thái, nh−ng đồng thời làm chia cắt cảnh quan. 30
19. - Cấp điện và khí đốt: Beirut phân tích dòng năng l−ợng để giảm bớt tổn thất và tăng mức điện áp. GIS mô hình hoá các ph−ơng thức cấp điện khác nhau tìm ra ph−ơng án tối −u. New Mexico đã sử dụng GIS để quản lý xây dựng, vận hành và bảo d−ỡng 2.500 dặm chuyển tải năng l−ợng điện. Mục đích quan trọng hàng đầu là ngăn chặn những việc làm huỷ hoại môi tr−ờng. Hãng Năng l−ợng Đan Mạch đã xây dựng cơ sở dữ liệu về sử dụng năng l−ợng của từng công trình trên lãnh thổ. Thông tin đó đ−ợc dùng cho quy hoạch năng l−ợng và thiết kế hệ thống phân phối năng l−ợng. - Cứu hộ và an toàn công cộng: Năm 1997, phi thuyền Cassini đ−ợc phóng lên thăm dò Sao Thổ, GIS đ−ợc sử dụng để đánh giá các nguy cơ tai nạn có thể xảy ra trên tàu do polutolium gây ra. Cơ quan Khảo sát động đất Quốc gia của Italia xây dựng hệ thống thông tin thống nhất. Hệ thống này tạo ra các bản báo cáo theo thời gian thực và các bản đồ hoạt động địa chấn. - Quản lý môi tr−ờng: Hàn Quốc, phân vùng các v−ờn quốc gia khi phân tích vị trí xây dựng các v−ờn quốc gia đã sử dụng đặc tính tiêu chuẩn về cao độ, độ dốc, điều kiện trạng thái tự nhiên của các vùng, đã phát hiện ra rằng một số công viên đã đ−ợc đặt ở nơi không thích hợp. Một đập chắn n−ớc rộng lớn đ−ợc xây dựng ở Thổ Nhĩ Kỳ, GIS đã đ−ợc sử dụng để đánh giá đầy đủ những ảnh h−ởng của nó tới t−ới tiêu, thuỷ điện, sức khoẻ, khai thác mỏ, giáo dục, du lịch, viễn thông. Bavaria, mô hình cân bằng sinh thái kết hợp với phần mềm GIS cung cấp công cụ cho quản lý môi tr−ờng. Những thông tin đó đ−ợc quảng bá trên mạng internet. - Hệ thống Chính quyềnLiên bang: Chính quyền Thung lũng Tennessee đã xây dựng hệ thông tin đất đai để hỗ trợ quản lý đất đai, tự nhiên, tài nguyên trồng trọt, quy hoạch sử dụng đất và kết hợp với luật và chính sách. Cơ quan Quản lý khí quyển và đại d−ơng Quốc gia Hoa Kỳ đã xây dựng công cụ để tập hợp Metadata nh− toạ độ biên giới, phép chiếu bản đồ, và thông tin thuộc tính. - Nghề rừng: Việc xây dựng và sử dụng những con đ−ờng ở thung lũng trong rừng có thể làm tăng thêm đáng kể những chất lắng đọng. Một 31
20. công ty khai thác rừng đã xây dựng đ−ờng kiểu trầm tích để thiết lập kế hoạch duy tu. Cơ quan Dịch vụ nghề cá và động vật hoang Hoa Kỳ dã đã thiết lập một h−ớng dẫn cho việc quản lý rừng nơi có chim gõ kiến mào đỏ - một loài đang có nguy cơ tuyệt chủng. GIS đã đ−ợc sử dụng để tính toán diện tích vùng sinh tồn của chúng. - Chăm sóc y tế: Chính quyền Canifornia biên tập địa chỉ ng−ời điều trị ngoại trú ở nông thôn và dân tộc ít ng−ời để chăm sóc sức khoẻ. GIS đ−ợc sử dụng để biểu thị những yếu tố địa lý, kinh tế, xã hội, nhân khẩu, và sử dụng những dữ liệu đó để chăm sóc y tế. Những nhà nghiên cứu ở tr−ờng Đại học Tổng hợp sử dụng GIS để phân tích những bệnh đặc biệt, hiếm thấy đã tính tán đ−ợc sự ảnh h−ớng của các yếu tố môi tr−ờng tới căn bệnh. Cororado, tỷ lệ phần trăm trẻ em sơ sinh nhẹ cân v−ợt quá tỷ lệ của toàn quốc. GIS đã đ−ợc dùng để kiểm tra các yếu tố nh− tuổi, chủng tộc, giáo dục, sự phát triển và đ−a vào ch−ơng trình sức khoẻ cộng đồng. - Giáo dục: Một tổ chức giáo dục đã sử dụng GIS để trợ giúp sinh viên phát hiện những vấn đề thuộc về địa lý, nuôi d−ỡng −ớc muốn nghiên, phân tích và thẩm định những nghiên cứu của mình. Tr−ờng đại học đã đ−a GIS vào ch−ơng trình giảng dạy, nhằm giúp sinh viên một "ý thức không gian" bằng cách trình bày cho họ hiểu hành động của cá nhân họ phải hoà đồng với khung cảnh chung của thế giới. - Địa chất và khai thác mỏ: GIS đ−ợc sử dụng ở Tây Virginia để điều khiển mỏ acid, quản lý việc thoát n−ớc m−a. Công ty Dịch vụ mỏ đã sử dụng GIS để tạo cơ sở dữ liệu phục vụ tìm địa điểm chôn lấp chất thải phóng xạ, ch−ơng trình thăm dò mỏ, quản lý sử dụng n−ớc ngầm. - Hải d−ơng, bờ biển, tài nguyên biển: Cơ quan Hải d−ơng Hoa Kỳ đã sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám nhiệt độ biển để nghiên cứu mặt biển và xoáy đại d−ơng. ở Washington, GIS đ−ợc sử dụng để lập bản đồ dòng chảy ven bờ biển, tính toán sự thay đổi các điểm mũi đất và nguy cơ xói bờ biển. - Bất động sản: Một tổ chức xây dựng nhà ở cho các gia đình thu nhập 32
21. thấp đã sử dụng GIS phân tích yêu cầu quy hoạch mặt bằng, đã bảo tồn đ−ợc đa số các cây cối hiện có. Một công ty kinh doanh bất động sản sử dụng GIS để lựa chọn khu đất xây dựng đáp ứng nhu cầu đa dạng của ng−ời sử dụng. Các yếu tố đ−ợc cân nhắc là sự tiếp cận, điểm nhìn, vùng c− trú và quá trình đ−ợc cấp phép. - Viễn thám và không ảnh: Công ty không ảnh kỹ thuật số đã sử dụng không ảnh tham chiếu địa hình, tạo ra dữ liệu không gian thời gian thực. Những hình ảnh này đ−ợc gửi về trạm mặt đất hợp nhất, tái định dạng và triết xuất tự động ra các đối t−ợng địa lý. - Nhà n−ớc, chính quyền địa ph−ơng: ở Qatar, ng−ời ta đ−a camera vào trong đ−ờng ống của mạng l−ới thoát n−ớc để thu đ−ợc những dữ liệu ảnh về tình trạng của đ−ờng ống. Những hình ảnh này đ−ợc kết hợp với các dữ liệu địa lý khác, cho thông tin để vận hành và bảo d−ỡng hệ thống. ở Denver, sân bay quốc gia nằm ở vùng nông thôn. GIS đ−ợc áp dụng để xây dựng viễn cảnh phát triển trong thời gian 5 năm, 10 năm, 15 năm tới. Ukraine, những thay đổi về chính trị kéo theo các làn sóng chuyển đổi sử dụng đất. Sự thiếu những ghi chép chính xác đã cản trở công việc tạo ra các bản đồ trắc địa, vì vậy một hệ thống đăng ký đất mới đã đ−ợc phát triển, dựa trên ảnh vệ tinh có độ phân giải cao và đổi mới các phần mềm ứng dụng. - Viễn thông: Colombia mạng l−ới cáp quang đ−ợc chụp và biểu diễn từng bộ phận của mạng l−ới trên dữ liệu GIS. Indonesia, GIS đ−ợc dùng để quản lý hệ thống radio và điện thoại, bằng ph−ơng pháp nghiên cứu vị trí trạm, nhân khẩu trong vùng, phạm vi c− trú của ng−ời sử dụng và sự bảo d−ỡng thiết bị. Ngành viễn thông sử dụng dữ liệu sử dụng đất, phủ sóng, dự đoán sự suy giảm tín hiệu để phát triển mạng vô tuyến viễn thông. - Giao thông vận tải: Hàn quốc, GIS đ−ợc dùng để điều khiển giao thông nhằm làm giảm bớt l−u l−ợng ở nút cổ chai các đ−ờng cao tốc - Cung cấp n−ớc và bảo vệ nguồn n−ớc: Dân số tăng và sự mở rộng sản xuất nông nghiệp ở Ai cập đặt ra một yêu cầu quản lý nguồn n−ớc. Chính phủ đã xây dựng một hệ thống nhằm quản lý sông Nil, các 33
22. sông ngòi, kênh m−ơng, đ−ờng ống, trạm bơm. Florida, máy điện toán đ−ợc áp dụng tính toán làm giảm sự ngập úng và đảm bảo vệ sinh môi tr−ờng. Khi trận m−a lớn tới, hình ảnh vệ tinh sẽ đ−ợc dùng để đánh giá l−ợng m−a, trợ giúp cho việc vận hành các trạm bơm thoát n−ớc. Canada, những ô nhiễm do giao thông thuỷ đ−ợc mô phỏng những ảnh h−ởng của các nguồn gây ô nhiễm đa dạng d−ới những điều kiện khác nhau. Tóm tắt những ứng dụng của GIS: Những ứng dụng kể trên cho thấy những ứng dụng rất đa dạng của GIS. Nó luôn luôn làm cho ta ngạc nhiên về phạm vi ứng dụng rộng rãi của công nghệ GIS. Đặc tr−ng chung của những ứng dụng kể trên là: - Thông th−ờng, GIS hoà nhập với các ứng dụng khác để trình diễn những phân tích địa lý và khoa học. Điều quan trọng là dữ liệu đ−ợc cấu trúc và l−u giữ theo cách sao cho có thể cung cấp đ−ợc cho ng−ời truy cập. - Dữ liệu mở rộng đ−ợc xây dựng theo cách dễ dàng hoà nhập dữ liệu địa lý với các dữ liệu khác, nh− dữ liệu thời gian thực, hình ảnh, cơ sở dữ liệu hợp thành. - Ngoài khả năng in ấn bản đồ trình diễn những thông tin địa lý truyền thống, còn có bản đồ trên mạng internet sống động, mạnh mẽ, trợ giúp việc ra quyết định. Sự phối hợp nhiều dữ liệu phức tạp, trợ giúp cho sự phân tích và vấn tin. - Sự lựa chọn cấu trúc dữ liệu cần thiết là điều mong muốn của ng−ời sử dụng. Những ứng dụng nêu trên minh hoạ rõ nhiều áp dụng của việc mô hình hoá trái đất nh− bề mặt liên tục, l−ới raster, hay một tập hợp của các đối t−ợng riêng lẻ theo cấu trúc vector. 34