Xem mẫu
- B GIÁO D C VÀ ðÀO T O
TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I
Tr n Th Băng Tâm
Giáo trình
H th ng Thông tin ð a lý
Hà n i, tháng 2 năm 2006
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………i
- L i nói ñ u
Trong nh ng năm g n ñây, h th ng thông tin ñ a lý (Geographical Information
System g i t t là GIS), ñã tr thành m t ngành khoa h c r t ñư c quan tâm trong nhi u
lĩnh v c nghiên c u và ng d ng khoa h c k thu t trên toàn c u. GIS ñã th c s tr
thành m t y u t quan tr ng trong h th ng công ngh thông tin và không th thi u
ñư c trong m i chương trình ñào t o ñ i h c và trên ñ i h c.
Các môn h c liên quan ñ n H th ng thông tin ñ a lý ñã ñư c ñưa vào gi ng d y
Trư ng ð i h c nông nghi p 1 t nhi u năm qua nhưng bài gi ng ch y u v n d a vào
các tài li u b ng ti ng Anh. Th c t ñòi h i c n có m t giáo trình GIS ti ng Vi t ñ
ph c v công tác d y và h c, nh t là cho ñ i tư ng sinh viên các trư ng ñ i h c nông
nghi p ñư c thu n ti n hơn. Giáo trình này là m t c g ng c a các cán b gi ng d y
môn h c GIS thu c b môn ð a chính ñ cung c p tài li u ti ng Vi t v GIS. Giáo trình
này nh m gi i thi u nh ng ki n th c cơ b n v GIS và ch y u cho ñ i tư ng sinh viên
và cán b c a các trư ng ñ i h c nông nghi p.
N i dung c a giáo trình này ñư c trình bày trong b y chương và hai ph l c.
Chương m t gi i thi u quá trình hình thành H th ng thông tin ñ a lý, các n i dung
chính, các thành ph n c a GIS, và các ch c năng ho t ñ ng chính c a m t h ph n m m
GIS thông thư ng, các ng d ng c a GIS trong các ngành kinh t khoa h c k thu t t
nhiên và xã h i ñ ng th i cũng trình bày m i quan h gi a các thành ph n c a GIS ñ
b n ñ c có th hi u rõ ñ nh nghĩa v GIS.
Chương hai nói v h th ng tham chi u không gian trong GIS, b t d u b ng vi c
cung c p cho ngư i ñ c các ki n th c chung v b n ñ , sau ñó trình bày các h t a ñ
ph bi n hi n này trên th gi i và cu i cùng s d ng nh ng ki n th c v b n ñ và h
t a ñ ñ gi i thích v các h tham chi u không gian ñ c trưng cho HTTðL.
C u trúc d li u h th ng thông tin ñ a lý ñư c trình bày trong Chương ba b i vì
hi u bi t v c u trúc lưu tr d li u c a m t HTTTðL bao gi cũng r t h u ích k c
cho nh ng ngư i s d ng HTTTðL. C u trúc d li u nh hư ng ñ n c kh i lư ng b
nh c n thi t và hi u su t quá trình phân tích d li u. Chương này trư c h t trình bày
các khái ni m v lưu tr d li u thông tin dư i hình th c cơ s d li u, sau ñó gi i thi u
các d ng lưu tr ñ c thù cho các HTTTðL cùng v i các ưu như c ñi m c a t ng d ng
Chương b n gi i thi u các công ño n nh p d li u vào h th ng GIS, và ch nh lý
d li u c v sai s và quy ñ i h th ng t a ñ và tham chi u. Các d ng bi u th k t qu
cũng ñư c trình bày cu i chương.
Chương năm chuyên v mô hình s ñ cao (Digital Elevation Model, DEM). S
bi u di n b ng s ñ cao ñ a hình m t khái ni m liên quan ch t ch ñ n GIS và ñư c
ng d ng r ng rãi trong ñ gi i quy t nhi u v n ñ th c ti n không ch trong gi i h n
bi u di n ñ a hình. Chương này trình bày khái ni m DEM, phương pháp thành l p DEM
và các ng d ng c a nó.
Chương sáu là v các phương pháp phân tích d li u trong h th ng thông tin ñ a lý.
S khác nhau gi a GIS và các ph n m m ñ h a là kh năng bi n ñ i các d li u không
gian g c thành các câu tr l i cho các m c ñích c a ngư i s d ng, kh năng phân tích
các d li u không gian và phi không gian, kh năng tái hi n chu i t cơ s d li u b ng
các ch c năng b t bi n và ña bi n c a các phương pháp th ng kê s d ng các phương
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………ii
- pháp n i và ngo i suy. Chương này s trình bày kh năng gi i quy t các v n ñ , và
nh ng yêu c u cơ b n c a cơ s d li u trong GIS. Cu i cùng, kh năng phân tích d
li u không gian và thu c tính c a GIS s ñư c gi i thích, cơ b n b ng cách k t n i hai
lo i d li u trong GIS, d li u không gian và d li u thu c tính.
Chương b y trình bày các v n ñ liên quan ñ n ch t lư ng d li u, sai s và bi n
ñ ng d li u trong t nhiên. V n ñ làm sao b o ñ m h n ch ñư c sai s và ñ tin c y
trong các quá trình thu th p, x lý, c p nh p và phân tích d li u là c c kỳ quan tr ng
trong b t c ngành khoa h c k thu t nào, k c trong GIS. Chương này trình bày các
v n ñ v bi n ñ ng sai s d li u, ngu n g c và nguyên do các sai s , v n ñ truy n t i
sai s trong GIS và h u qu c a chúng.
Ngoài b y chương chính, chúng tôi th y c n thi t ph i thêm hai ph n ph l c ñ
ngư i ñ c có th tham kh o (a) v tình hình phát tri n các ph n m m GIS, c ph n m m
trên th trư ng và ph n m m mi n phí ngu n m ; và (b) v xu hư ng phát tri n c a GIS
trên cơ s tham kh o nh ng t p chí chuyên ngành m i xu t b n g n ñây. Ph l c này
gi i thi u xu hư ng phát tri n m i c a GIS khi k t h p v i Internet, GPS và các thi t b
Mobile k t n i không dây (wireless) v i mong mu n làm cho ngư i ñ c c m nh n ñư c
m t ph n nh ng gì ñang di n ra trên th gi i trong ngành GIS.
Tác gi xin c m ơn TS. Nguy n Duy Bình (Vi n Khí tư ng Th y văn và Môi
trư ng TP H Chí Minh) ñã nhi t tình h p tác và giúp ñ v chuyên môn trong quá
trình vi t giáo trình. Xin c m ơn các ñ ng nghi p trong và ngoài trư ng ð i h c nông
nghi p 1 ñã ñ c b n th o và góp ý ñ hoàn thành cu n sách này
M c dù ñã c g ng r t nhi u nhưng do trình ñ có h n nên ch c ch n giáo trình này
không th tránh ñư c thi u sót. R t mong nh n ñư c m i ý ki n ñóng góp ñ l n xu t
b n sau giáo trình s có ch t lư ng cao hơn, góp ph n t t hơn cho nhi m v gi ng d y
và h c t p môn GIS các trư ng ñ i h c nông nghi p.
Hà n i, tháng 2 năm 2006
Tác gi
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………iii
- M CL C
Chương Trang
L i nói ñ u ....................................................................................................ii
Danh m c B ng........................................................................................... vii
Danh m c Hình v ......................................................................................viii
Chương 1 GI I THI U V H TH NG THÔNG TIN ð A LÝ (GIS)
VÀ KH NĂNG NG D NG GIS TRONG CÁC NGÀNH
KINH T , K THU T....................................................................... 1
1.1 Vai trò c a H th ng thông tin ñ a lý ...................................................2
1.2 L ch s phát tri n h th ng thông tin ñ a lý ..........................................4
1.3 Nh ng n i dung chính m t h GIS ñ c p t i ......................................5
1.4 Yêu c u ñ i v i m t h GIS.................................................................5
1.5 ð nh nghĩa v GIS ...............................................................................6
1.6 Các thành ph n chính c a H th ng thông tin ñ a lý.............................8
1.7 M t s ng d ng GIS trong các ngành khoa h c kinh t và k
thu t ................................................................................................15
Câu h i ôn t p .........................................................................................20
Chương 2 M T S KHÁI NI M V H TH NG THAM CHI U
KHÔNG GIAN ................................................................................. 21
2.1 Khái ni m v b n ñ ..........................................................................21
2.2 Các ñ c tính c a b n ñ .....................................................................24
2.3 H th ng t a ñ (Coordinate system) .................................................27
2.4 Phép chi u b n ñ (Map projection)...................................................29
2.5 H qui chi u VN-2000 .......................................................................33
Câu h i ôn t p: ........................................................................................34
Chương 3 C U TRÚC D LI U GIS ....................................................... 36
3.1 Các khái ni m cơ s ...........................................................................36
3.2 D li u không gian ............................................................................38
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………iv
- M CL C
3.2.1C u trúc d li u Raster 38
3.2.2.C u trúc d li u véc tơ 42
3.3 D li u thu c tính.............................................................................. 51
Câu h i ôn t p ......................................................................................... 52
Chương 4 NH P VÀ CH NH LÝ D LI U TRONG H TH NG
THÔNG TIN ð A LÝ .......................................................................54
4.1 Nh p d li u...................................................................................... 54
4.2 Biên t p và Ch nh s a d li u không gian ......................................... 59
4.3 Nh p d li u thu c tính phi không gian ............................................ 66
4.4 K t n i d li u không gian và d li u thu c tính .............................. 66
4.5 Hi n th ñ u ra c a d li u ñ a lý ...................................................... 67
Câu h i ôn t p ......................................................................................... 67
Chương 5 MÔ HÌNH S ð CAO (DEM)..................................................68
5.1 Gi i thi u chung................................................................................ 68
5.2 Phưong pháp bi u th DEM ............................................................... 69
5.3 Phương pháp xây d ng DEM ............................................................ 71
5.4 Các s n ph m ng d ng DEM ........................................................... 73
Câu h i ôn t p ......................................................................................... 78
Chương 6 PHÂN TÍCH D LI U TRONG GIS........................................80
6.1 M c ñích và kh năng gi i quy t v n ñ c a các h th ng GIS .......... 80
6.2 Ch c năng qu n lý cơ s d li u........................................................ 82
6.3 Các ch c năng phân tích d li u không gian...................................... 83
K t lu n .................................................................................................. 91
Câu h i ôn t p ......................................................................................... 91
Chương 7 CH T LƯ NG D LI U, SAI S VÀ BI N ð NG D
LI U..................................................................................................94
7.1 Gi i thi u chung................................................................................ 94
7.2 Sai s có ngu n g c rõ ràng............................................................... 94
7.3 Sai s trong quá trình thu th p d li u ............................................... 97
7.4 Sai s trong quá trình phân tích d li u.............................................. 99
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………v
- 7.5 K t lu n ...........................................................................................103
Câu h i ôn t p .......................................................................................103
Tài li u tham kh o..................................................................................... 104
Ph l c A GI I THI U M T S PH N M M GIS ................................ 106
A.1 H ph n m m trên th tru ng...........................................................106
A.2 H ph n m m ngu n m .................................................................108
Ph l c B XU HƯ NG PHÁT TRI N C A GIS ..................................... 110
B ng T vi t t t......................................................................................... 116
Danh m c t v ng ..................................................................................... 118
B ng tra thu t ng ..................................................................................... 125
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………vi
- Danh m c B ng
B ng Trang
B ng 2.1 M t s ellipsoids ñư c s d ng chính th c trên th gi iError! Bookmark not defined
B ng 3.1 Nén theo hàng c t .......................................................................41
B ng 3.2 So sánh mô hình d li u d ng vector và raster..............................50
B ng 5.1 Phương pháp bi u th m t cong ñ a hình.......................................69
B ng 5.2 S n ph m ng d ng DEM trong GIS............................................73
B ng 7.1 Phân lo i sai s trong GIS theo ngu n g c ...................................95
B ng A.1 Các ph n m m GIS ph bi n trên th trư ng...............................107
B ng A.2 Các d án ph n m m ngu n m GIS, GPS và x lý nh .............108
B ng A.3 Các website v ph n m m ngu n m GIS và v h i ngh Web ...109
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………vii
- Danh m c Hình v
Hình Trang
Hình 1.1 GIS là s th hi n c a th gi i th c bao g m nhi u ñ c tính
ñ a lý ñư c th hi n theo các l p d li u ñ i di n ................................ 2
Hình 1.2 M t b n ñ có th là t p h p c a nhi u l p thông tin chuyên
ñ khác nhau ....................................................................................... 3
Hình 1.3 Chi t xu t thông tin t nhi u l p d li u ......................................... 3
Hình 1.4 Các n i dung ho t ñ ng c a m t GIS .............................................. 5
Hình 1.5 Sơ ñ khái ni m v m t h th ng TTðL ......................................... 6
Hinh 1.6 Phân loai các H th ng thông tin..................................................... 7
Hình 1.7 Phân bi t h th ng thông tin ñ a lý và h th ng thông tin ñ t........... 8
Hình 1.8 Các thành ph n ph n c ng c a GIS................................................. 9
Hình 1.9 Các ch c năng thành ph n chính c a m t h qu n tr d li u
ñ a lý ................................................................................................... 9
Hình 1.10 Sơ ñ c u trúc c a ch c năng nh p d li u................................. 10
Hình 1.11 C u trúc c a m t cơ s d li u ñ a lý .......................................... 11
Hình 1.12 Ch c năng chuy n ñ i d li u ..................................................... 11
Hình 1.13 Ch c năng trình bày k t qu ........................................................ 11
Hình 1.14 Ngu n d li u vào c a m t h GIS 13
Hình 1.15 Quan h gi a các thành ph n c a GIS ......................................... 14
Hình 1.16 Sơ ñ ph i h p gi a công tác qu n lý và công ngh GIS............. 15
Hình 2.1 B n ñ là m t h th ng truy n t i các thông tin không gian .......... 22
Hình 2.2 Sơ ñ ho t ñ ng x lý và t o l p b n ñ s trên m ng................... 24
Hình 2.3 Khái ni m các ñ c tính ñ a lý trên b n ñ ...................................... 25
Hình 2.4 Ví d so sánh gi a t l b n ñ khác nhau ..................................... 26
Hình 2.5 H t a ñ ñ a lý...............................Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6 ðư ng tr c trái ñ t........................................................................ 29
Hình 2.7 Phép chi u l p th c c (azimuthal)................................................ 31
Hình 2.8 Phép chi u hình nón (Lambert) ..................................................... 31
Hình 2.9 Phép chi u hình tr ñ ng (Mercator)............................................. 31
Hình 2.10 Phép chi u hình tr và l p th ngang (Transverse Mercator) ....... 32
Hình 2.11 Phép chi u UTM......................................................................... 33
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………viii
- Hình 3.1 C u trúc dũ li u RASTER .............................................................39
Hình 3.2 Khái ni m v các l p d li u và t ch c d li u raster ..................40
Hình 3.3 Nén chain-code..............................................................................41
Hình 3.4 Nén block-code .............................................................................42
Hình 3.5 Nén cây t phân (quadtree)............................................................43
Hình 3.6 Các d li u vector d ng ñi m ñư ng vùng trong t a ñ ph ng
x, y.....................................................................................................43
Hình 3.7 Các c u trúc vector d ng ñư ng.....................................................45
Hình 3.8 C u trúc vector d ng vùng .............................................................46
Hình 3.9 Vùng v i c u trúc topo riêng bi t...................................................47
Hình 3.10 Vùng v i c u trúc topo m ng ñ y ñ ...........................................47
Hình 3.11 Tính ch t liên t c c a Topology...................................................48
Hình 3.12 Tính ch t t o vùng c a Topology.................................................49
Hình 3.13 Tính ch t k c n c a Topology ...................................................49
Hình 3.14 Mô hình quan h gi a d li u không gian và d li u thu c
tính ....................................................................................................52
Hình 4.1 Sơ ñ nh p d li u cho m t HTTT ñ a lý.......................................55
Hình 4.2 Raster hoá d li u..........................................................................57
Hình 4.3 Nh n d ng t ñ ng ñư ng trên b n ñ quét ...................................59
Hình 4.4 Tìm ki m ñi m trong ña giác .........................................................61
Hình 4.5 Lo i b ñi m dư th a.....................................................................62
Hình 4.6 Chuy n ñ i h t nh ti n h t a ñ ...................................................64
Hình 4.7 Chuy n ñ i góc quay h t a ñ ......................................................64
Hình 4.8 Phát hi n và s a l i d li u không gian d ng vectơ........................65
Hình 5.1 Ví d m ng TIN ............................................................................70
Hình 5.2 M nh TIN v i s thay ñ i kích thư c lư i ñ c trưng .....................71
Hình 5.3 ng d ng TIN ñ bi u th s bi n ñ ng ñ cao ñ a hình ................71
Hình 5.4 Sơ ñ Voronoi ...............................................................................72
Hình 5.5 Bi u ñ kh i bi u th s bi n ñ ng c a ñ cao ñ a hình .................74
Hình 5.6 B n ñ ñư ng ñ ng m c v i kho ng cách ñ cao 5 m ...................75
Hình 5.7 B n ñ ñ a hình Hình 5.6 nhưng s d ng mô hình DEM ............75
Hình 5.8 Vectơ hư ng d c ...........................................................................76
Hình 5.9 ng d ng DEM ñ bi u th ñ a hình ..............................................77
Hình 5.10 Hình nh tô bóng c a b n ñ ñ a hình vùng núi ñá.......................78
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………ix
- Hình 6.1 Sơ ñ phân tích d li u trong h th ng GIS.................................. 80
Hình 6.2 Thay ñ i h t a ñ và phép chi u .................................................. 84
Hình 6.3 Truy c p phân lo i và ño ñ c......................................................... 86
Hình 6.4 Thao tác ñào và ñ p ...................................................................... 87
Hinh 6.5 Sơ ñ Venn .................................................................................. 88
Hình 6.6 Ch ng ghép b n ñ ....................................................................... 88
Hình 6.7 T o vùng ñ m và ch c năng dùng lư i.......................................... 89
Hình 6.8 Phép tính ñ i s trên b n ñ . ........................................................ 90
Hình 6.9 Ch ng x p ñ i s hai l p d li u không gian................................. 90
Hình B.1 Sơ ñ làng Çatalhöyük (năm 6500 trư c CN)............................. 110
Hình B.2 Màn hình m ñ u c a Google Earth ........................................... 113
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………………x
- Chương M t
GI I THI U V H TH NG THÔNG TIN ð A LÝ
(GIS) VÀ KH NĂNG NG D NG GIS TRONG CÁC
NGÀNH KINH T , K THU T
Chương này gi i thi u quá trình hình thành H th ng thông tin ñ a lý (HTTTðL
hay GIS), các n i dung chính, các thành ph n c a GIS, và các ch c năng ho t
ñ ng chính c a m t h ph n m m GIS thông thư ng, ñ ng th i cũng trình bày
m i quan h gi a các thành ph n c a GIS ñ b n ñ c có th hi u rõ ñ nh nghĩa
v GIS. Các ng d ng c a GIS trong các ngành kinh t khoa h c k thu t t
nhiên và xã h i ñư c trình bày trong chương này cho th y GIS có th là m t
công c h u hi u trong công tác qu n lý các ngu n tài nguyên thiên nhiên và
nâng cao nh n th c c a con ngư i v b o v môi trư ng.
Trong nh ng n m g n ñây, h th ng thông tin ñ a lý (Geographycal Information
System g i t t là GIS), ñã tr thành m t ngành khoa h c r t ñư c quan tâm trong nhi u
lĩnh v c nghiên c u và ng d ng trên toàn c u. GIS ñã tr thành m t y u t quan tr ng
trong h th ng công ngh thông tin và như v y ñã tr nên không th thi u trong quá
trình h tr ra m i quy t ñ nh quan tr ng c a loài ngư i.
Nh ng ngư i ra quy t ñ nh m i t ng l p (chính tr , t ch c tư nhân, kinh t k
thu t và công nghi p) ñã nh n th c ñư c rõ ràng v t m quan tr ng c a m i quan h
gi a s li u v v trí ñ a lý và các thông tin khác, và h ñang s d ng GIS trong m i quá
trình ra quy t ñ nh c a mình.
Th gi i c a chúng ta ñang không ng ng bi n chuy n, theo ñà nh ng quá trình t
nhiên và b nh hư ng sâu s c do nh ng ho t ñ ng c a con ngư i. Trái ñ t ngày càng có
m t ñ dân s cao hơn và các ñô th ngày càng l n hơn. Hi n nay công ngh khoa h c
k thu t có nh hư ng l n ñ i v i cu c s ng m nh m hơn b t c th i ñ i nào trong l ch
s , và quá trình chuyên môn hóa cũng di n ra v i t c ñ ngày càng m nh m . Giao lưu
gi a nh ng ngư i trên th gi i ñã và ñang tr nên thư ng xuyên hơn và m i cá nhân
cũng có ñi u ki n ñón nh n ñ các lo i thông tin. Nói m t cách khác ñó là quá trình
toàn c u hóa và theo nhi u nhà nghiên c u thi các nguy cơ ñ i v i cu c s ng c a loài
ngư i cũng tr nên khó có th xác ñ nh ñư c hơn. Ho t ñ ng c a con ngư i ñã nh
hư ng ñáng k ñ n môi trư ng trái ñ t, ñ n ña d ng sinh h c c a th gi i, và ñ n tài
nguyên thiên nhiên có th là ngu n s ng c a các th h tương lai. Các b ng ch ng v
nh ng nguy cơ k trên chúng ta có th nhìn th y kh p m i nơi trên th gi i. Các thành
ph ñang tr nên to l n hơn, tiêu th ngày càng nhi u tài nguyên hơn và các công trình
ñang tràn ra các vùng trư c ñây còn là nguyên d ng c a t nhiên.
Các nghiên c u v khí tư ng ñã ch ng minh trái ñ t chúng ta ñang nóng d n lên và
s là nguyên nhân c a nhi u hi n tư ng t nhiên không th lư ng trư c ñ oc. Các dòng
ñ i dương và khí h u có th s thay ñ i. Sinh v t s ng trong các ñ i dương không nh ng
ph i ch u tác ñ ng c a nhi t ñ không khí tăng lên mà còn b các ngu n ô nhi m c a
con ngư i làm cho ñiêu ñ ng. M c khác, m c nư c bi n có th s dâng cao, không
nh ng làm bi n ñ ng môi trư ng vùng ven bi n mà có th làm bi n m t các c ng ñ ng
dân cư các vùng ñó. ðây ch là nh ng ví d rõ ràng v tác ñ ng c a con ngư i hi n nay
nhưng cũng ñ ñ ta th y nguy cơ phía trư c có th to l n ñ n ch ng nào. Loài ngư i
b t bu c ph i t mình rút ra nh ng bài h c và ph i ph i h c th t nhanh ñ qu n lý phát
tri n b n v ng, b o ñ m cho s t n t i lâu dài c a chính con ngư i.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý ………………………1
- H th ng thông tin ñ a lý (GIS) ñã tr thành m t khung công c t ng h p r t hi u
qu nh m qu n lý các ho t ñ ng c c a con ngư i và thiên nhiên b i vì nó giúp ta t ng
h p và phân tích m i d li u ph c t p, và ñưa ra k t qu ñ t t c m i ngư i, t các nhà
khoa h c, nghiên c u, nhà v ch ñ nh k ho ch và công chúng, ñ u có th c m nh n
ñư c. Chúng ta ñang bư c vào m t th i kỳ ng d ng c a công ngh GIS có th t ch c
và t ng h p t t hơn các d li u khoa h c, ñánh giá và ñ nh hư ng các bi n ñ ng theo
th i gian và không gian, xây d ng các mô hình, phương pháp s h c và h th ng nh m
tìm ra các m i quan h , các bi n pháp qu n lý trong vi c s d ng và b o v các ngu n
tài nguyên thiên nhiên g n v i s phát tri n kinh t - xã h i trên toàn c u.
V i s phát tri n c a công ngh GIS, các nhà làm chính sách, các nhà khoa h c t
nhiên và xã h i, các t ch c kinh t doanh nghi p tư nhân và Nhà nư c, ñ u có th s
d ng GIS như m t công c k thu t ñ gi i quy t các v n ñ c p thi t c a th i ñ i như
tình tr ng tri t phá r ng, s xu ng c p c a môi trư ng, v n ñ ñô th hoá, d báo v
nh ng bi n ñ ng c a khí h u. GIS cung c p cho con ngư i nh ng công c m nh nh t ñ
có th xây d ng, t ch c, x lý và qu n lý các d li u cung c p các thông tin tr giúp
cho các chuyên gia v GIS và các nhà qu n lý trong vi c ra các quy t ñ nh ñúng ñ n,
các gi i pháp h u hi u cho các v n ñ trên..
1.1 Vai trò c a H th ng thông tin ñ a lý
Trong vài th p k g n ñây, ñ a lý h c ñã có nhi u phát ki n v v n d ng nh ng k
thu t thông tin, trong ñó bao g m nh ng phưong pháp m i v mô hình toán h c và mô
hình th ng kê ñ ng th i cũng gi i thi u nh ng ngu n thông tin m i như d li u vi n
thám.
Hình 1.1 GIS là s th hi n c a th gi i th c bao g m nhi u ñ c tính ñ a lý
ñư c th hi n theo các l p d li u ñ i di n
Trong khung c nh c a nh ng phát ki n này, h th ng thông tin ñ a lý (HTTðL) ñã
ñóng m t vai trò quan tr ng như là m t k thu t t h p. HTTðLñư c coi là s liên k t
c a m t s các k thu t khác nhau vào thành m t t ng th hài hòa. HTTðL là k thu t
m nh m cho phép nhà ñ a lý t h p d li u c a h và áp d ng nh ng phương pháp h
tr phân tích ñ a lý truy n th ng như phân tích ch ng ghép b n ñ và mô hình hoá, trên
máy tính. V i HTTðL nhi u ñi u có th th c hi n ñư c như là v b n ñ , xây d ng mô
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………2
- hình, h i ñáp và phân tích m t lư ng l n d li u. T t c ñ u ñư c lưu gi trong m t cơ
s d li u. S phát tri n c a HTTðL d a trên n n t ng c a nhi u ngành khoa h c khác
nhau như: ñ a lý, b n ñ h c, ño v nh, vi n thám, kh o sát, tr c ñ a, xây d ng công
trình, th ng kê, khoa h c máy tính, dân t c h c và nhi u nhánh khác c a khoa h c trái
ñ t và khoa h c t nhiên. HTTðL có th ñư c xem xét như m t cơ s d li u s trong
ñó d li u thông tin ñư c liên k t trong m t h to ñ không gian. HTTTðL cho phép:
1. Nh p d li u (các b n ñ , nh hàng không, v tinh, và các ngu n khác);
2. Lưu tr d li u, truy nh p và h i ñáp;
3. Chuy n ñ i d li u, phân tích và mô hình hoá;
4. Báo cáo d li u (các b n ñ , báo cáo và sơ ñ ).
ð i tư ng chính c a các ng d ng HTTðL là s ch ng ghép c a nh ng l p thông
tin khác nhau thông qua vi c s d ng nhi u ngu n d li u ña d ng ñư c xây d ng trên
m t b n ñ cơ s ñ a hình. ði u quan tr ng là t t c các l p thông tin ph i ñư c ñăng ký
v i cùng m t h quy chi u không gian ph d ng. V i ch c năng ño ñ c và t h p
nh ng thành ph n khác nhau, HTTTðL cho ta nhìn th y và qu n lý t t c nh ng gì ñang
di n ra trên b m t Trái ñ t (Hình 1.1).
HTTðL cho phép tìm ki m nh ng lo i hình không gian, x lý và cho nh ng m i
quan h gi a nh ng l p chuyên ñ khác nhau. M t b n ñ có th là l p ch ng x p c a
nhi u b n ñ chuyên ñ cùng ñư c ñăng ký vào m t h t a ñ chung (Hình 1.2)
HTTðL cũng cho phép tách bi t m t hay nhi u l p t các l p thông tin ngu n. Thông
tin c a nh ng l p c th có th ñư c t p h p và chuy n sang l p m i ñ ti p t c phân
tích v sau. ðây là quá trình th c hi n các phép tính ñ i s trên b n ñ (hình 1.3).
Cùng v i khoa h c b n ñ , k thu t HTTðL ñã tăng cư ng hi u qu và s c m nh
phân tích c a vi c thành l p b n ñ truy n th ng. M t h HTTðL có th ñư c s d ng
ñ s n xu t nh ng hình nh không ph i ch là nh ng b n ñ mà còn là nh ng b n v k
thu t và s n ph m hình h a khác. Nh ng hình nh này cho phép nh ng nhà quan sát
c m nh n các ñ i tư ng c a h theo cách mà chưa bao gi nhìn th y trong các tài li u
trư c ñây. Nh ng hình nh này r t có ích trong vi c d n d t t i các khái ni m k thu t
c a HTTðL dành cho nh ng ngư i không chuyên nghiên c u khoa h c.
Hình 1.2 M t b n ñ có th là t p h p c a
Hình 1.3 Chi t xu t thông tin t nhi u l p d li u
nhi u l p thông tin chuyên ñ khác nhau
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý ………………………… 3
- 1.2 L ch s phát tri n h th ng thông tin ñ a lý
1. Giai ño n 1: T 1960s - 1970s
GIS ñư c s d ng mang tính ñơn l , cá nhân, h th ng thi u tính linh ho t. Có th
k ra m t s tác gi và h GIS ñ u tiên trong giai ño n này như R. Tomlinson & Canada
Geographic Information System (CGIS), H. Fisher & SYMAP mapping package
2 .Giai ño n 2: t gi a 1970s ñ n ñ u nh ng năm 1980s
Ch y u là s truy n bá v GIS, ít phát ki n m i, t p trung ch y u các cơ quan
nghiên c u Nhà nư c
3. Giai ñ an 3 : T 1980 -1990
Do s phát tri n c a kinh t th trư ng, các ph n m m GIS n i ti ng như ArcInfo in
1982 by ESRI (Environmental Systems Research Institute) Mapinfo ra ñ i s phát
triên c a GIS ñư c ch p nh n
4. Giai ño n 4: T cu i 1980s ñ n nay ñánh d u s ti n b vư t b c c a công ngh s n
xu t máy tính ñi n t . C u hình máy vi tính ngày càng m nh và giá thành c a c ph n
c ng và ph n m m ñ u h . S ti n b vư t tr i c a b n ñ v trên máy tính so v i b n
ñ gi y(nhanh hơn, ñ p hơn, ch a nhi u thông tin hơn,d c p nh t, lưu tr ti n l i, giá
tr s d ng cao, sai s k thu t và ng u nhiên th p
5. Xu hư ng hi n nay c a GIS (xem ph l c B): Trong tương lai GIS s ñư c phát
tri n m t cách toàn di n hơn v các n i dung sau:
• Thay ñ i c ng ñ ng s d ng GIS t cơ quan chính ph sang thành ph n kinh
doanh (mang tính th trư ng)
• Các ph n c ng và ph n m m GIS xu t hi n ngày càng nhi u v i giá thành ngày
càng h , dung lư ng l n, c u hình cao, tính ñ c l p c a h th ng cao hơn
• M i quan h d li u ñu c tăng cư ng v m t b n quy n d li u, S h u và phân
ph i d li u (Data copyrights, ownerships, and privacy)
• Ch t lư ng s li u ñư c chú ý ( Census data, demographic data )
• ng d ng các mô hình không gian ngày càng nhi u
• S tích h p c a các sách lư c phát tri n và các k thu t ngo i vi
• Cách th hi n d li u (Data visualization) và Web GIS
• Môi trư ng máy tính (Computer environment)
– Windows vs. UNIX
– PCs vs. Workstation
Tương lai không xa, khi mà giá thành và t c ñ ñư ng truy n internet, k c m ng
không dây, ñư c c i ti n vư t b c thì kh năng ng d ng GIS trên cơ s web s có th
l i bùng n . Các công ngh Mobile như WiFi, và 2.5 và 3G cellular, s ñem l i kh
năng m i cho GIS.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………4
- 1.3 Nh ng n i dung chính m t h GIS ñ c p t i
GIS cho bi t m t v t th A ñâu? (tên vùng, mã vùng, ñi m quan tr c theo h to
ñ ñã bi t).
Hình 1.4 Các n i dung ho t ñ ng c a m t GIS
GIS nêu và gi i quy t nh ng ñi u ki n tho mãn v i v trí c a m t v t th . V t th
A có quan h th nào v i v t th B, có bao nhiêu ki u A trong m t kho ng cách hay m t
di n tích, m t ph m vi không gian ñã cho trư c; Tính toán kho ng cách ng n nh t gi a
2 v t th , chi phí có hi u qu nh t ho c phát hi n nh ng c n tr t ñi m X ñ n ñi m Y
nào ñó; Mô t s k t h p gi a các v t th và các thu c tính c a chúng.
GIS s d ng cơ s d li u s ñ l p mô hình mô t nh ng bi n ñ i c a th gi i th c
trong ph m vi m t vùng hay nhi u vùng theo m t k ch b n trong m t quá trình hoàn
c nh c th v i s bi n ñ i c a th i gian.
GIS ñưa ra nh ng kh năng l a ch n d a trên các k t qu ñã ñư c phân tích chính
xác giúp cho nh ng nhà làm chính sách nh ng nhà ñ u tư có th ra ñư c các quy t ñ nh
có hi u qu trong lĩnh v c ho t ñông c a mình.
GIS có kh năng ñ xu t các mô hình ho t ñ ng m t khi các v n ñ trên ñã ñư c
th c hi n.
Nh ng n i dung k t qu mà HTTTðL hi n ñ i ñưa ra không có gì khác v i nh ng
k t qu c a nh ng phương pháp phân tích truy n th ng, tuy nhiên nó ñã ch ng t là m t
công c h u hi u giúp cho các nhà khoa h c chuyên môn gi i quy t ñư c các v n ñ
m t cách chính xác và nhanh chóng.
1.4 Yêu c u ñ i v i m t h GIS
M t h GIS ho t ñ ng có hi u qu ph i th c hi n ñư c các yêu c u sau:
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý ………………………… 5
- − X lí d dàng nhanh chóng v i s lư ng d li u ñ a lí l n;
− Có kh năng tách ch n chi ti t d li u theo mi n, vùng ho c theo chuyên ñ ;
− Có kh năng tìm ki m theo các tính ch t ñ c trưng ñ c bi t c a m t hay nhi u
ñ i tư ng ñ a lý;
− Có kh năng phân tích các d li u không gian, liên k t các dũ li u không gian
và thu c tính;
− Có kh năng c p nh t d li u nhanh chóng v i chi phí th p;
− Có kh năng mô hình hoá d li u và ñ ra các phương án ch n l a;
− Có kh năng trao ñ i d li u v i các h th ng thông tin khác, có kh năng ñ
phát tri n ti p v i các ch c năng ti n ích khác;
− Có kh năng k t xu t d li u ra v i các hình th c khác nhau.
1.5 ð nh nghĩa v GIS
Tùy theo các ch c năng, nhi m v c a m i h thông tin ñ a lý mà có nhi u ñ nh
nghĩa khác nhau, tuy nhiên các khái ni m v GIS ñ u d a trên 3 y u t quan tr ng là:d
li u ñ u vào, h th ng vi tính s k thu t cao và kh năng phân tích s li u không gian
ð nh nghĩa theo ch c năng: GIS là m t h th ng bao g m 4 h con: d li u vào,
qu n tr d li u (qu n lý và phân tích d li u) và d li u ra.
GIS là t p h p c a các thu t toán: Trong m t h thông tin ñ a lý có th s d ng
các phương pháp tính ñ i s , hình h c t ñơn gi n ñ n ph c t p. Các phép ño ñ c có th
th c hi n v i các phép tính ñơn gi n như tính di n tich, ño chi u dài, tính sai s trung
bình ñ n các phép toán gi i tích cao c p trong quá trình x lý phân tích s li u.
ð nh nghĩa theo mô hình c u trúc d li u: g m các c u trúc d li u ñư c s
d ng trong các h th ng khác nhau (c u trúc d ng Raster và vector).
V m t công ngh : GIS là công ngh thông tin ñ lưu tr , phân tích và trình bày
các thông tin không gian và phi không gian. Công ngh GIS có th coi là m t t p h p
hoàn ch nh các phương pháp và các phương ti n nh m s d ng và lưu tr các ñ i tư ng.
GIS là h th ng tr giúp ra quy t ñ nh: GIS có th coi là m t h th ng tr giúp
vi c ra quy t ñ nh, có th tích h p các s li u không gian trong m t cơ ch th ng nh t.
GIS ñư c s d ng ñ cung c p thông tin nhanh hơn và hi u qu hơn cho các nhà ho ch
ñ nh chính sách. Các cơ quan chính ph dùng GIS trong qu n lý các ngu n tài nguyên
thiên nhiên, trong các ho t ñ ng quy ho ch, mô hình hoá và quan tr c.
Hình 1.5 Sơ ñ khái ni m v m t h th ng TTðL
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………6
- ð nh nghĩa t ng quát theo BURROUGHT, 1986 "GIS như là m t t p h p các
công c cho vi c thu nh p, lưu tr , th hi n và chuy n ñ i các d li u mang tính ch t
không gian t th gi i th c ñ gi i quy t các bài toán ng d ng ph c v các m c ñích
c th " (Hình 1.5).
GIS ñư c coi là m t công c ñ t ng h p các d li u không gian ñã thu nh n theo
các t l , kho ng th i gian khác nhau và trong các khuôn d ng dũ li u khác nhau.
Hinh 1.6 Phân loai các H th ng thông tin
Trong hình 1.6, h thông thông tin không gian CAD ph n l n ch chú ý ñ n vi c
trình bày và hi n th các d li u hình h a ít quan tâm ñ n tính ch t thu c tính c a các d
li u.Các tính ch t thu c tính có th ho c không c n thi t ph i có trong quá trình phân
tích d li u. M t CAD có th là m t thành ph n quan tr ng c a GIS nhưng b n thân
m t ph n m m ñ h a không th gi i quy t ñu c t t c nh ng yêu c u và k t qu trông
ñ i như ñ i v i m t h th ng GIS. Vì v y m t ph n m m ñ h a ch có th là m t n n
t ng t t ñ phát tri n GIS. H th ng TTðL có nhi u ñi m chung v i CAD, có th dùng
ñ thi t k , v nhi u v t th , ñ i tư ng k thu t trong m t ph m vi r ng. C GIS và
CAD ñ u c n thi t kh năng th hi n các th c th liên quan trong m t h th ng quan
tr c, th hi n các thu c tính phi không gian và các m i quan h không gian. Kh i lư ng
l n và s khác bi t c a các d li u ñ u vào và các nét ñ c trưng riêng bi t c a các phép
phân tích d li u c a h GIS là s khác bi t v i h CAD. ði u này có th làm cho m t
ph n m m c a CAD tr thành không thích h p v i m t GIS và ngư c l i.
M t GIS không ch ñơn thu n là m t h th ng máy tính chuyên làm b n ñ m c dù
nó có th t o ra b n ñ v i các t l khác nhau, trong các h qui chi u khác nhau và v i
h th ng ký hi u khác nhau. GIS là công c ñ phân tích d li u.Ưu ñi m l n c a GIS
là giúp chúng ta xác ñ nh ñư c các m i quan h không gian gi a các ñ i tư ng ñ a lý.
GIS không coi lưu tr m t b n ñ hoàn ch nh ho c lưu tr nh hay khung nhìn ñ c bi t
là chính mà ch y u GIS lưu tr các s li u giúp chúng ta có th t o ra các khung nhìn
và v chúng theo m c ñích mong mu n. B i v y c n ph i phân bi t GIS là m t h th ng
thông tin không gian ñ c bi t (Hình 1.7). H th ng thông tin ñ t (LIS) th c ch t là m t
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý ………………………… 7
- GIS ho t ñ ng t m vi mô nghiên c u các lĩnh v c qu n lý và s d ng các thông tin tài
nguyên ñ t.
Hình 1.7 Phân bi t h th ng thông tin ñ a lý và h th ng thông tin ñ t
1.6 Các thành ph n chính c a H th ng thông tin ñ a lý
GIS ñòi h i s cung c p m t t p h p các công c và phương pháp ñ ngư i s d ng
có th t ch c thao tác và bi u di n d li u ñ a lý cho lĩnh v c áp d ng riêng c a mình.
K thu t là ph n c ng và ph n m m c a công ngh . Công ngh bao g m cơ s khoa h c
và k thu t ñ th hi n các ngu n d li u khác nhau. Vì v y các thành ph n cơ b n ñ
t o nên m t h GIS bao g m các thi t b tin h c (ph n c ng c a h th ng), chương trình
qu n tr d li u (ph n m m c a h th ng), ngu n nhân l c s d ng h th ng, ngu n d
li u và phương pháp s d ng h th ng.
1.6.1 Ph n c ng (hardware)
Các thành ph n c ng thông thư ng c a m t H th ng thông tin ñ a lý thông thư ng
ñư c th hi n trong Hình 1.8.
Ph n c ng c a m t h GIS g m máy vi tính, c u hình và m ng công vi c c a máy
tính, các thi t b ngo i vi nh p xu t d li u và lưu tr d li u. Các máy tính có th làm
vi c ñ c l p ho c có th ñư c ñ t vào m t m ng liên k t. Các thi t b nh p d li u như
bàn s hóa ho c máy quét dùng ñ ch n l c các ñ c tính ñ a lý t m t b n ñ hay nh
ngu n vào h th ng máy tính dư i d ng dũ li u s vectơ hay ma tr n d ng lư i
B ph n ñi u khi n trung tâm (CPU) ñư c n i v i b ph n lưu tr (diskdrive) làm
nhi m v lưu tr d li u và chương trình máy tính. Các thi t b ngo i vi khác như máy
in, máy v (plotter) thư ng ñư c dùng ñ trình bày, hi n th và in các d li u k t qu ñã
ñư c x lý. Các ñĩa DVD, CD, modem ñư c s d ng ñ ng th i trong vi c lưu tr các
d li u ñ u vào và ra c a h th ng hay ñóng vai trò chuy n d li u gi a các h th ng
thông tin v i nhau. Ngư i s d ng có th th hi n d li u như b n ñ trên màn hình t
máy tính và các thi t b ngo i vi như máy quét, máy in.
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý …………………8
- Hình 1.8 Các thành ph n ph n c ng c a GIS
1.6.2 Ph n m m (software)
M t h GIS thư ng có chương trình máy tính có kh năng lưu tr và qu n tr các d
li u ñ a lý g m năm ph h k thu t (subsystem) ch y u sau:
− Nh p d li u;
− Lưu tr d li u và qu n lý d li u;
− Chuy n ñ i d li u;
− Hi n th d li u và báo cáo k t qu .
− Giao di n v i ngư i dùng.
Hình 1.9 Các ch c năng thành ph n chính c a m t h qu n tr d li u ñ a lý
Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình H th ng thông tin ð a lý ………………………… 9
nguon tai.lieu . vn
