Tài liệu Tích hợp công nghệ GIS và GPS phục vụ công tác nghiệp vụ của cảnh sát 113

-1- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT HÀ TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ GIS VÀ GPS PHỤC VỤ CÔNG TÁC NGHIỆP VỤ CỦA CẢNH SÁT 113 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2008 -2- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT HÀ TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ GIS VÀ GPS PHỤC VỤ CÔNG TÁC NGHIỆP VỤ CỦA CẢNH SÁT 113 Ngành: Công nghệ Thông tin Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Ngô Quốc Tạo Hà Nội - 2008 -1- MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... 4 MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS ............................................ 10 1.1. CÔNG NGHỆ GIS LÀ GÌ? .................................................................................................10 1.2. TẠI SAO CHÚNG TA CẦN SỬ DỤNG GIS? ....................................................................11 1.3. NHỮNG NHIỆM VỤ MÀ MỘT HỆ GIS CẦN ĐẠT ĐƢỢC ............................................13 1.4. HỆ MÁY TÍNH CỦA GIS ...................................................................................................15 1.5. GIS KẾT HỢP VỚI NHIỀU NGÀNH KHOA HỌC ..........................................................17 1.6. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA GIS.......................................................................................19 1.7. GIS LÀ MỘT CƠ SỞ THÔNG TIN....................................................................................20 1.8. GIS HỖ TRỢ GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ.......................................................................22 CHƢƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS ........................................... 24 2.1. GPS LÀ GÌ? .........................................................................................................................24 2.1.1. Bộ phận không gian ....................................................................................................................26 2.1.2. Bộ phận điều khiển .....................................................................................................................27 2.1.3. Bộ phận ngƣời sử dụng ...............................................................................................................27 2.2. GPS LÀM VIỆC NHƢ THẾ NÀO? ....................................................................................27 2.2.1. Định vị đơn giản ..........................................................................................................................28 2.2.1.1. Phạm vi của các vệ tinh .........................................................................................................28 2.2.1.2. Tính toán khoảng cách tới các vệ tinh ....................................................................................29 2.2.1.3. Các nguồn lỗi ........................................................................................................................29 2.2.1.4. Độ chính xác giữa GPS dân sự và quân sự..............................................................................34 2.2.2. Định vị hiệu chỉnh vi sai ..............................................................................................................34 2.2.2.1. Thiết bị nhận tham chiếu........................................................................................................35 2.2.2.2. Thiết bị nhận di chuyển-the rover receiver .............................................................................35 2.2.2.3. Một số mô tả chi tiết ..............................................................................................................36 2.2.3. Định vị pha vi sai và quyết định nhập nhằng .............................................................................37 2.2.3.1. Pha sóng mang, mã C/A và mã P ...........................................................................................37 2.2.3.2. Tại sao phải sử dụng pha sóng mang? ....................................................................................38 2.2.3.3. Sự khác biệt kép-Double Differencing ...................................................................................38 2.2.3.4. Sự nhập nhằng và giải quyết nhập nhằng ................................................................................39 2.3. CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH KHÁC ...................................................................41 2.3.1. Hệ thống vệ tinh GLONASS .......................................................................................................41 2.3.2. Hệ thống định vị vệ tinh của Trung Quốc ..................................................................................42 2.3.3. Sự mở rộng tính địa phƣơng .......................................................................................................43 2.3.4. Hệ thống định vị GALILEO .......................................................................................................43 CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 45 HỆ THỐNG TIẾP NHẬN THÔNG TIN VÀ GIÁM SÁT CUỘC GỌI PHỤC VỤ LỰC LƢỢNG CẢNH SÁT PHẢN ỨNG NHANH (CS113) .................................. 45 3.1. CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA LỰC LƢỢNG CS113 VÀ CĂN CỨ THỰC TẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ....................................................................................................................45 3.1.1. Chức năng, nhiệm vụ của lực lƣợng CS113 ................................................................................45 3.1.2. Căn cứ xây dựng hệ thống ..........................................................................................................45 3.1.2.1. Căn cứ pháp lý ......................................................................................................................45 3.1.2.2. Căn cứ yêu cầu nhiệm vụ, tính chất, quy mô trên từng địa bàn ................................................46 -23.1.2.3. Căn cứ công nghệ ..................................................................................................................46 3.1.2.4. Đánh giá kết quả nghiên cứu thử nghiệm các mẫu hệ thống ....................................................47 3.2. MỤC TIÊU, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG .........................................................................47 3.2.1. Mục tiêu ......................................................................................................................................47 3.2.2. Yêu cầu........................................................................................................................................48 3.2.2.1. Tính năng tiếp nhận cuộc gọi .................................................................................................48 3.2.2.2. Tính năng phân loại cuộc gọi .................................................................................................48 3.2.2.3. Tính năng giám sát, ghi âm ....................................................................................................48 3.2.2.4. Tính năng chỉ huy..................................................................................................................49 3.2.2.5. Tính năng tổ chức tổng hợp thống kê báo cáo thông tin ..........................................................49 3.2.2.6. Tính năng mở rộng và tích hợp ..............................................................................................50 3.3. HOẠT ĐỘNG NGHIỆP VỤ VÀ MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG ........................................50 3.3.1. Hoạt động nghiệp vụ ...................................................................................................................50 3.3.2. Mô hình hệ thống ........................................................................................................................51 3.4. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ......................................................................52 3.4.1. Hê ̣ quản tri CSDL Microsoft SQL Server 2000 ..........................................................................52 ̣ 3.4.2. Phần mềm xử lý bản đồ MapX, MapInfo ...................................................................................53 3.4.2.1. Phần mềm MapInfo ...............................................................................................................53 3.4.2.2. Phần mềm MapX...................................................................................................................54 3.4.3. Ngôn ngữ lập trình ......................................................................................................................54 3.4.4. Công nghệ tổng đài số CTI-PBX.................................................................................................54 3.4.5. Công nghệ GIS-Bản đồ điện tử ...................................................................................................55 3.4.6. Công nghệ định vị GPS ...............................................................................................................55 3.5. XÂY DỰNG CSDL CỦA HỆ THỐNG ...............................................................................56 3.5.1.Sơ đồ luồng thông tin và dữ liệu của hệ thống.............................................................................56 3.5.2. Thông tin đầu vào của hệ thống ..................................................................................................57 3.5.2.1. Các thông tin ban đầu của hệ thống ........................................................................................57 3.5.2.2. Thông tin về các cuộc gọi của nhân dân .................................................................................58 3.5.2.3. Thông tin bộ đàm trao đổi công việc trong các đơn vị .............................................................58 3.5.3. Thông tin đầu ra của hệ thống ....................................................................................................58 3.5.4. Các thực thể của hệ thống ...........................................................................................................58 3.5.5. Cơ sở dữ liệu của hệ thống ..........................................................................................................59 3.6. CÁC MODULE CHƢƠNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG ...............................................64 3.6.1. Module chƣơng trình điều phối cuộc gọi ....................................................................................64 3.6.1.1. Mô hình phân rã chức năng ....................................................................................................65 3.6.1.2. Giao diện module chương trình ..............................................................................................66 3.6.2. Module chƣơng trình máy trạm-client113..................................................................................69 3.6.2.1 Mô hình phân rã chức năng.....................................................................................................69 3.6.2.2. Giao diện module chương trình ..............................................................................................71 3.6.3. Module định vị xe cơ động ..........................................................................................................88 3.6.3.1. Nguyên tắc hoạt động ............................................................................................................88 3.6.3.2. Công nghệ nghiên cứu ...........................................................................................................88 3.6.3.3. Giao diện thử nghiệm chương trình ........................................................................................88 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 92 -3- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Mô tả A/S Anti- Spoofing CNTT Công nghệ thông tin CS113 Cảnh sát 113 CSDL Cơ sở dữ liệu DGPS Differentially corrected positions GIS Geographic Information System GPS Global Positioning System LAN Mạng máy tính nội bộ PGS,TS Phó giáo sư, Tiến sỹ -4- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Những thành phần chính của GIS ..................................................... 10 Hình 1.2: Khái niệm về dữ liệu không gian bản đồ ........................................... 11 Hình 1.3: So sánh việc quản lý thông tin địa lý ................................................ 13 Hình 1.4: Yêu cầu của GIS cần đạt được .......................................................... 14 Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của hệ phần cứng trong GIS ......................... 16 Hình 1.6: Các thành phần chuyên đề của một cơ sở thông tin GIS ................... 21 Hình 1.7: Tiêu chuẩn của một hệ GIS. .............................................................. 21 Hình 1.8: GIS hỗ trở giải quyết các vấn đề. ...................................................... 23 Hình 2.1: Điều biên sóng mang. ....................................................................... 38 Hình 2.2: Sự khác biệt kép ............................................................................... 39 Hình 2.3: Minh họa sự nhập nhằng ................................................................... 40 Hình 3.1: Mô hình hệ thống 113 ....................................................................... 51 Hình 3.2: Sơ đồ luồng thông tin và dữ liệu của hệ thống .................................. 56 Hình 3.3: Phân rã chức năng module điều phối ................................................ 65 Hình 3.4: Màn hình thứ nhất module điều phối ................................................ 68 Hình 3.5: Màn hình thứ hai module điều phối .................................................. 68 Hình 3.6: Phân rã chức năng module client113 ................................................ 69 Hình 3.7: Sơ đồ chức năng hệ thống-module client113. ................................... 70 Hình 3.8: Sơ đồ chức năng dữ liệu - module client 113 .................................... 70 Hình 3.9: Màn hình đăng nhập chương trình client113 ..................................... 71 Hình 3.10: Màn hình làm việc chính. ............................................................... 71 Hình 3.11: Hệ thống menu module client113 ................................................... 72 Hình 3.12: Hệ thống thanh công cụ .................................................................. 72 Hình 3.13: Menu hệ thống ................................................................................ 73 Hình 3.14: Kết nối với trung tâm điều phối ...................................................... 73 Hình 3.15: Thay đổi mật khẩu user ................................................................... 73 Hình 3.16: Màn hình quản trị hệ thống ............................................................. 74 Hình 3.17: Danh mục đường phố ..................................................................... 75 Hình 3.18: Danh mục phường xã ..................................................................... 75 Hình 3.19: Danh mục đơn vị công an ............................................................... 76 Hình 3.19: danh mục các địa danh .................................................................... 76 Hình 3.20: Danh mục vụ việc ........................................................................... 77 Hình 3.21: Danh mục địa chỉ cụ thể ................................................................. 77 Hình 3.22: Màn hình đăng nhập hệ thống với tên khác ..................................... 78 Hình 3.23: Màn hình xem nghe lại thông tin cuộc gọi ...................................... 78 Hình 3.24: Danh sách cuộc gọi được tìm kiếm ................................................. 79 Hình 3.25: Màn hình thông tin chi tiết người gọi .............................................. 79 Hình 3.26: Màn hình xem nghe lại thông tin bộ đàm ........................................ 80 Hình 3.27: Danh sách các cuộc bộ đàm tìm kiếm ............................................. 80 Hình 3.28: Tìm kiếm danh sách các cuộc gọi nhỡ ............................................ 80 Hình 3.29: Danh sách các cuộc gọi nhỡ ............................................................ 81 Hình 3.30: Màn hình cập nhật dữ liệu điện thoại .............................................. 81 Hình 3.31: Màn hình cập nhật thông tin vụ việc ............................................... 82 -5- Hình 3.32: Tra cứu thông tin trên bản đồ .......................................................... 82 Hình 3.35: Màn hình tìm kiếm theo số điện thoại ............................................. 83 Hình 3.36: Màn hình tìm kiếm theo chủ thuê bao ............................................. 83 Hình 3.37: Thống kê danh sách các cuộc gọi đến ............................................. 84 Hình 3.38: Kết quả in danh sách các cuộc gọi đến ............................................ 84 Hình 3.39: In thông tin xử lý vụ việc ................................................................ 85 Hình 3.40: Báo cáo xử lý vụ việc ..................................................................... 85 Hình 3.41: Danh sách các cuộc gọi đến nhiều lần ............................................. 86 Hình 3.42: In danh sách các cuộc gọi đến nhiều lần ......................................... 86 Hình 3.43: Danh sách các cuộc gọi theo bàn trực ............................................. 87 Hình 3.44: In danh sách các cuộc gọi tới bàn từng bàn trực .............................. 87 Hình 3.45: Màn hình module định vị xe cơ động .............................................. 89 -6- MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống trong thế giới của công nghệ thông tin, thế kỷ XXI là thế kỷ của công nghệ thông tin. Ngày nay, có thể nói Công nghệ thông tin đã len lỏi vào mọi hoạt động của cuộc sống chúng ta. Công nghệ thông tin trợ giúp cho các cơ quan, tổ chức trong việc hoạch định công việc, quản lý kinh tế, giúp con người có thể liên lạc, trao đổi thông tin cho nhau một cách dễ dàng. Hiệu quả từ việc ứng dụng công nghệ thông tin viễn thông vào công việc như thế nào thì chúng ta ai cũng có thể hình dung được. Không nằm ngoài sự phát triển trên và theo yêu cầu của thực tiễn, các hoạt động của ngành Công an để giữ gìn an ninh quốc gia, trật tự an toàn xã hội cũng đang đòi hỏi áp dụng các thành tựu của nền khoa học công nghệ thông tin viễn thông để hoàn thành tốt nhiệm vụ mà Đảng, Nhà nước và Nhân dân giao phó. Trong những năm gần đây, ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành Công an ngày càng được chú trọng và phát triển. Với đặc thù của ngành là phải đảm bảo sự bí mật trong các công tác nghiệp vụ nên việc phát triển công nghệ thông tin cũng gặp nhiều khó khăn. Đẩy mạnh tiến trình tin học hóa công tác nghiệp vụ để nâng cao hiệu quả công tác, phù hợp với xu thế phát triển của xã hội, đồng thời vẫn đảm bảo các yêu cầu nghiệp vụ đã và đang là một nhiệm vụ cũng như thách thức lớn của lực lượng Công an. Đây là định hướng có tính chiến lược để xây dựng lực lượng Công an nhân dân, chính quy, tinh nhuệ và từng bước hiện đại. Trong ngành Công an, lực lượng cảnh sát phản ứng nhanh(CS113) là một lực lượng mới được thành lập. Do yêu cầu thực tế và tình hình xã hội biến đổi, lực lượng CS113 có chức năng nhiệm vụ là đơn vị tiên phong, nhận các thông tin về trật tự an toàn xã hội được người dân báo đến, kịp thời điều động lực lượng đến nơi xảy ra vụ việc để tiến hành các biện pháp ban đầu cần thiết đồng thời trực tiếp tuần tra kiểm soát giữ gìn trật tự an toàn xã hội ở các địa bàn phức -7- tạp và trọng điểm, phát hiện, giải quyết, xử lý các hành vi vi phạm hành chính theo quy định của pháp luật. Nhận thức rõ được chức năng đặc thù của lực lượng cảnh sát 113 cũng như những khó khăn nguy hiểm mà lực lượng cảnh sát 113 phải thực hiện, lãnh đạo Bộ Công An cũng rất quan tâm và luôn hỗ trợ những phương tiện kỹ thuật, và công cụ hỗ trợ tiên tiến nhất để đảm bảo lực lượng 113 luôn là một lực lượng “Nhanh nhất-mạnh nhất-hiệu quả nhất”. Từ khi được thành lập năm 2001 thì ngay sau đó Bộ đã có một dự án lớn là DA21/2002 về “Trang bị phương tiện vật tư kỹ thuật nghiệp vụ, vũ khí và công cụ hỗ trợ cho lực lượng cảnh sát phản ứng nhanh”. Trong dự án này thì một mảng quan trọng liên quan đến ứng dụng công nghệ thông tin viễn thông vào công tác nghiệp vụ của cảnh sát 113 là xây dựng “Hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ lực lượng cảnh sát 113” trên phạm vị toàn quốc. Tổng cục kỹ thuật(Tổng cục VI) –Bộ Công An với chức năng nhiệm vụ của mình đã được giao trọng trách xây dựng hệ thông trên. Để thực hiện hệ thống có hiệu quả Tổng cục VI đã giao cho hai đơn vị cùng thực hiện là Cục tin học nghiệp vụ-E15 và cục E16 chịu trách nhiệm xây dựng và triển khai tại 63 tỉnh thành phố. Tác giả rất vinh dự được lãnh đạo đơn vị tin tưởng giao cho làm trưởng nhóm nghiên cứu, xây dựng và triển khai hệ thống này. Kể từ khi hệ thống được triển khai thí điểm tại Hà Nội và Cần Thơ, cho đến nay hệ thống đã và đang được triển khai trên phạm vi toàn quốc. Dự tính đến cuối tháng 12/2008 thì tất cả 63 tỉnh thành phố sẽ được trang bị “Hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi” cho lực lượng cảnh sát 113. Hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ lực lượng cảnh sát 113 là một hệ thống mở kết hợp điện tử-viễn thông-tin học tương đối phức tạp và được tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến nhất. Đó là công nghệ về tổng đài số PC-PBX, công nghệ GIS tích hợp bản đồ điện tử và cơ sở dữ liệu, công nghệ GPS định vị xe cơ động …Với mong muốn trình bày một số hiểu biết cũng như kinh nghiệm của bản thân về quá trình nghiên cứu xây dựng hệ thống, tác giả đã lựa chọn một phần của dự án này làm nội dung nghiên cứu luận văn thạc sỹ -8- công nghệ thông tin với tiêu đề ”Tích hợp công nghệ GIS và GPS phục vụ công tác nghiệp vụ của cảnh sát 113”. Tôi rất hy vọng kết quả đạt được từ đề tài này sẽ góp phần trợ giúp cho công tác nghiệp vụ của lực lượng cảnh sát 113 đạt hiệu quả cao nhất. 1. Mục đích Luận văn được tác giả nghiên cứu với ba mục đích: + Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về công nghệ GIS, công nghệ GPS. + Tìm hiểu yêu cầu tin học hoá công tác nghiệp vụ của cảnh sát 113 và khả năng áp dụng một hệ thống thông tin vào công tác nghiệp vụ. +Phân tích, đưa ra giải pháp thực hiện, xây dựng Hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ lực lượng cảnh sát 113 có tích hợp các công nghệ GIS và GPS. 2. Đối tƣợng - Phạm vi nghiên cứu của luận văn Trong quá trình nghiên cứu, tác giả tập trung vào: + Giải pháp thực hiện hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ cảnh sát 113. + Tích hợp công nghệ GIS và GPS, xây dựng các module chương trình trên các máy trạm trong hệ thống 113 để định vị xe cơ động, định vị số điện thoại gọi đến và khai thác số liệu từ CSDL hệ thống. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu, tác giả sử dụng tổng hợp các phương pháp phân tích, tiếp cận hệ thống, phương pháp thống kê, tổng hợp, khảo sát thực tế, so sánh, phân tích tài liệu, quan sát, phỏng vấn... để nghiên cứu và xây dựng hệ thống phù hợp nhất với thực tế công tác nghiệp vụ của lực lượng cảnh sát 113. 4. Kết quả đạt đƣợc + Giải pháp thực hiện hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ lực lượng cảnh sát 113. -9- + Xây dựng cơ sở dữ liệu tích hợp bản đồ điện tử phục vụ cho việc khai thác số liệu thu được từ hệ thống. + Xây dựng module phần mềm client113 trên máy trạm để phục vụ việc khai thác, thông kê, báo cáo, tra cứu thông tin. + Xây dựng module phần mềm phục vụ việc định vị xe cơ động. 5. Cấ u trúc luâ ̣n văn Luâ ̣n văn bao gồ m phầ n mở đầ u , ba chương và kế t luâ ̣n. Mở đầu: Nêu các nhâ ̣n đinh ̣ về tính cấ p thiế t của đề tài, mục tiêu, phương pháp và các kết quả đạt được. Chƣơng 1: Trình bày tổng quan về công nghệ GIS. GIS là gì, các thành phần của GIS và sự kết hợp GIS như thế nào. Chƣơng 2: Trình bày tổng quan về công nghệ GPS. Về cấu trúc hệ thống, cách thức hoạt động, một số hệ thống định vị trên thế giới. Chƣơng 3: Hệ thống tiếp nhận thông tin và giám sát cuộc gọi phục vụ lực lượng cảnh sát 113. Đưa ra giải pháp thực hiện hệ thống 113, xây dựng CSDL và các module phần mềm trong hệ thống. Kế t luâ ̣n : Đánh giá , tổ ng kế t đề tài , nêu lên mô ̣t số phương hướng phát triể n cũng như một số kiến nghị , đề xuất để công tác nghiệp vụ của lực lượng cảnh sát 113 đa ̣t kế t quả cao nhấ t . -10- CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIS 1.1. CÔNG NGHỆ GIS LÀ GÌ? Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Sysem) là một hệ thông tin được sử dụng để đưa vào, chứa đựng, lấy, thao tác, phân tích và cung cấp dữ liệu liên quan đến địa lý hoặc dữ liệu về không gian địa lý (Geospatial), để hỗ trợ giải quyết cho việc lập kế hoạch và quản lý sử dụng đất đai, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, giao thông vận tải, những điều kiện thuận lợi của thành phố, và quản lý hành chính khác. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược. Phần cứng, phần mềm để sao chép, lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị… Hệ máy tính Dữ liệu bản đồ Bản đồ, ảnh chụp, ảnh vệ tinh, bảng thông số. Ngƣời sử dụng Thiết kế chuẩn, cập nhật, phân tích, bổ xung. Hình 1.1: Những thành phần chính của GIS Một hệ máy tính sử dụng công nghệ GIS gồm có phần cứng và các sản phẩm phần mềm để lưu giữ, xử lý, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ. -11- Nguồn của dữ liệu bản đồ là: bản đồ, ảnh chụp, hình ảnh vệ tinh, bảng thông số và các tài liệu liên quan. Dũ liệu bản đồ đã được phân loại trong dữ liệu đồ họa ( hoặc còn gọi là dữ liệu hình học) và thuộc tính của nó. Dữ liệu bản đồ có 3 yếu tố chính: điểm, dòng, khu vực. Trong cả hai dạng dữ liệu không gian vector và raster đều miêu tả một hệ không gian bản đồ hình học topology về kích thước, hình dạng, vị trí, sự định hướng. Vai trò của người dùng là lựa chọn những thông tin thích hợp, thiết lập những tiêu chuẩn cần thiết, thiết kế hiệu quả nhất, phân tích GIS cung cấp những kết quả liên quan và kế hoạch bổ sung. Hình 1.2 Khái niệm về dữ liệu không gian bản đồ 1.2. TẠI SAO CHÚNG TA CẦN SỬ DỤNG GIS? Những vấn đề gặp phải khi không sử dụng GIS: - Hệ không gian bản đồ được bảo quản kém. - Bản đồ và số liệu thống kê ngoài tầm kiểm soát thời gian. - Dữ liệu và thông tin là không đúng. - Không có dịch vụ sửa chữa dữ liệu - Không có chia sẻ dữ liệu. -12- Một hệ GIS sẽ giải quyết được những vấn đề trên: - Dữ liệu không gian địa lý được duy trì tốt hơn trong một định dạng chuẩn. - Sự sửa đổi và cập nhập dễ dàng hơn. - Dữ liệu không gian bản đồ và thông tin dễ dàng được tìm kiếm, phân tích và miêu tả. - Nhiều biến được thêm vào sản phẩm. - Dữ liệu không gian bản đồ có thể được chia sẻ và trao đổi tự do. - Năng suất làm việc được nâng cao và có hiệu quả hơn. - Tiết kiệm được thời gian và tài chính. - Giải quyết được công việc tốt hơn. Bảng 1: Hiển thị những thuận lợi khi dùng công nghệ GIS và những bất lợi khi làm việc thủ công không dùng công nghệ GIS. Bản đồ Lưu trữ Làm việc thủ công GIS Chuẩn hóa và tích hợp Phạm vi khác nhau trên những tiêu chuẩn khác nhau Phục hồi Cập nhật Cơ sở dữ liệu công Bản đồ giấy, điều tra dân nghệ số số, bảng kiểm kê. Tìm kiếm bằng máy Kiểm tra thủ công tính Overlay (Lớp) Làm việc hệ thống Tốn kém và chi phối thời gian Phân tích không gian Nhanh chóng Tốn kém thời gian và sức lực Hiển thị Dễ dàng, rẻ và nhanh Phức tạp và tốn kém chóng Dưới đây là kết quả so sánh giữa điều khiển thông tin không gian bản đồ với công nghệ GIS và không dùng công nghệ GIS. -13- Hình 1.3. So sánh việc quản lý thông tin địa lý 1.3. NHỮNG NHIỆM VỤ MÀ MỘT HỆ GIS CẦN ĐẠT ĐƢỢC Câu hỏi được đặt ra mà GIS cần phải giải quyết được đó là: - (What is it?...)Vị trí đó là gì ?...( Câu hỏi về vị trí; có tồn tại ở một vị trí riêng biệt gì? - (Where is it…?)Nó ở đâu?.. ( câu hỏi điều kiện; vị trí nào thỏa mãn điều kiện). - (How has it changed…?)Nó thay đổi thế nào?...( Câu hỏi thức thời: Nhận biết sự thay đổi địa lý hoặc những xu hướng mà có đang thay đổi hoặc trong tiến trình thay đổi) -(Which data are related…?)Dữ liệu nào là liên quan… ?( Vấn đề liên quan: phân tích không gian quan hệ giữa đối tượng của những thuộc tính bản đồ). -14- - (What if…?)Chuyện gì xảy ra nếu…?( Hiển thị một đường tốt nhất, khu đất thích hợp, nguy cơ thảm họa…). Hình 1.4. Yêu cầu của GIS cần đạt được Để đáp ứng được những nhu cầu trên, những nhiệm vụ dưới đây là cần thiết cho GIS. Bảng 2 Nhiệm vụ cơ bản của GIS Nhiệm vụ Chức năng cụ thể Tiền xử lý dữ liệu Số hóa Biên tập Xây dưng công nghệ TOPO Biến đổi các kế hoạch Chuyển đổi định dạng Chỉ định thuộc tính… Khôi phục và quản lý cơ sở dữ liệu Lưu trữ dữ liệu Trình tự mô hình Mô hình mạng Mô hình quan hệ -15- Quan hệ thuộc tính Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng… Sự phân tích và không gian cho phép Hệ thống các khuôn khổ Bộ đệm Hệ thống các lớp chồng Hệ thống kết nối Cung cấp đồ họa Biến đổi co giãn bản đồ Sự khái quát tổng hợp Bản đồ đồ họa TOPO Bản đồ thống kê Hiển thị không gian 3D. 1.4. HỆ MÁY TÍNH CỦA GIS Một hệ máy tính gồm thành phần chính là phần cứng và phần mềm 1. Hệ phần cứng: a. Bộ xử lý trung tâm( CPU): CPU thực thi các chương trình và điều khiển quá trình hoạt động của các thành phần. Thông thường một máy tính đơn hoặc một trạm được thiết lập với CPU hoặc một server máy tính. b.Bộ nhớ: Bộ nhớ chính:Bản chất là quá trình hoạt động của máy tính bởi vì tất cả dữ liệu và chương trình cần được đưa vào trong bộ nhớ chính để truy nhập chắc chắn. Cần ít nhất hơn 64Mbytes để cho máy tính quản lý một GIS cơ bản. Bộ nhớ phụ: được sử dụng cho quy mô lâu dài hoặc tệp tin lâu dài cùng với sự truy nhập chậm. Ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, băng từ hoặc đĩa compact( CD_Rom) được sử dụng. Cần ít nhất 1Gbyte dữ liệu trống trong GIS. c.Thiết bị ngoại vi: Thiết bị vào: bàn phím, chuột, máy scanner, máy ảnh kỹ thuật số… Thiết bị ra: máy in, máy vẽ màu, ổ ghi… -16- Hình 1.5 Các thành phần cơ bản của hệ phần cứng trong GIS 2.Hệ phầm mềm Đi kèm với hệ thống thiết bị trong GIS ở trên là một hệ phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây: - Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau. - Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính. - Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian- thời gian. - Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau. Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích đặc biệt và các chương trình ứng dụng. Chương trình ứng dụng: Có rất nhiều công ty phần mềm cung cấp các hệ phần mềm GIS như ARC/INFO, MAPINFO, ILWINS, WINGIS, SPANS… -17- 1.5. GIS KẾT HỢP VỚI NHIỀU NGÀNH KHOA HỌC Dưới đây là bảng tích hợp các ngành khoa học của GIS: Bảng 3: Các ngành khoa học trong GIS Khoa học địa lý Khoa học thống kê Khoa học nghiên cứu bản đồ Vận trù học Khoa học điều khiển Khoa học máy tính Phép quang chắc Toán học Trắc địa Khoa học thiết kế công trình Đo đạc Quy hoạch Bảng 4: Sự liên quan giữa các quy tắc trong một hệ GIS. Quy tắc Yêu cầu của GIS Dữ Chiến Tiền Cấu Cơ liệu lược trúc sở dữ tích thu dữ liệu được liệu Khoa học địa xử lý Phân Mẫu Hiện thị Ứng dụng không gian ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Khoa học N/C ○ ○ ○ ○ bản đồ ○ ○ ○ lý ○ Khoa học ○ điều khiển ○ Phép quang ○ ○ chắc ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ Khoa học ○ ○ thống kê ○ ○ Trắc địa Đo đạc Vận trù học ○ ○ ○ ○ ○ ○ -18- Khoa học máy tính Toán học KHTK công trình Quy hoạch - Hệ thông tin về đất đai. - Quản lý tài nguyên. - Hệ thông tin môi trường. - Hệ thông tin gốc. - Hệ thông tin kế hoạch. - Hệ dữ liệu không gian. GIS giờ đây đã trở thành một môn học với tên “GEOMATIC”, “GEOINFORMATICS” hoặc “GESOPATIAL INFORMATION SCIENCE” được sử dụng trong nhiều ban của các chính phủ và các trường đại học.