Tài liệu Luận văn thạc sĩ Ứng dụng GIS trong quản lý CSDL giáo dục quận Hoàng Mai - Hà Nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------Phí Thúy Nga ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ CSDL GIÁO DỤC QUẬN HOÀNG MAI – HÀ NỘI Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý Mã sô: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 0 LỜI CẢM ƠN Để có được kết quả này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin chân thành cám ơn Phòng GD-ĐT Quận Hoàng Mai đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ để em có thể hoàn thành luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Địa lý – Trườngg Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn của em không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để luận văn cũng như kién thức chuyên môn của em có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Học viên thực hiện Phí Thúy Nga 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................ 8 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... 6 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 11 2. Mục đích của đề tài............................................................................................ 12 3. Phạm vi đề tài ...................................................................................................12 4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................13 4.1 Phương pháp điều tra- khảo sát thực địa: ....................................................13 4.2 Phương pháp GIS: .......................................................................................13 5. Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 14 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU ............ 15 1.1. Tổng quan về GIS ...........................................................................................15 1.1.1. Giới thiệu chung về GIS ..........................................................................15 1.1.1.2. Các thành phần của GIS .......................................................................15 1.1.1.3. Các chức năng của GIS .........................................................................16 1.1.1.4. Một số ứng dụng của GIS .....................................................................18 1.1.2. Cơ sở dữ liệu trong GIS ...........................................................................20 1.1.2.1. Các khái niệm .......................................................................................20 1.1.2.2. Cấu trúc dữ liệu trong CSDL GIS ........................................................20 1.1.2.3. Các khuôn dạng dữ liệu ........................................................................22 1.1.2.4. Các kiểu đối tượng không gian ............................................................. 25 1.2.2.5. Toạ độ không gian trong GIS ............................................................... 27 1.2. Chuẩn CSDL quốc gia trong GIS ...................................................................29 1.2.1. Khái niệm chuẩn CSDL ...........................................................................29 1.2.2. Thực trạng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới và xu hướng xây dựng.....29 1.2.2.1. Hiện trạng chuẩn hoá dữ liệu GIS trên thế giới ....................................29 1.2.2.2. Xu hướng xây dựng chuẩn CSDL GIS trên thế giới ............................ 30 1.2.3.1. Thực trạng xây dựng CSDL GIS ở Việt Nam ......................................31 2 1.2.3.2. Nhu cầu chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam .........................................32 1.2.3.3. Xu hướng chuẩn hoá CSDL GIS ở Việt Nam ......................................33 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CSDL GIS NGÀNH GD-ĐT QUẬN HUYỆN ...... 35 2.1 Tổng quan về các cấp học giáo dục Việt Nam ............................................ 35 2.1.1 Giáo dục cấp nhà nhà trẻ - mẫu giáo ...................................................... 35 2.2.2 Giáo dục cơ bản....................................................................................... 35 2.2.2.1 Cấp tiểu học ...........................................................................................35 2.2.2.2 Cấp trung học cơ sở ...............................................................................35 2.2.2.3 Cấp trung học phổ thông........................................................................36 2.2.3.1 Trung tâm GDTX ..................................................................................36 2.2.3.2 Trung học phổ thông chuyên, năng khiếu .............................................36 2.2.3.3 Trường Phổ thông dân tộc nội trú ..........................................................37 2.2.3.4 Trường giáo dưỡng ................................................................................37 2.2.3.1 Dự bị đại học..........................................................................................37 2.2.3.4 Trung cấp, dạy nghề ..............................................................................38 2.2.3.5 Cao đẳng ................................................................................................ 38 2.2.4.1 Cao học ..................................................................................................38 2.2.4.2 Nghiên cứu sinh .....................................................................................39 2.2. Thực trạng và nhu cầu quản lý, khai thác thông tin ngành GD-ĐT nói chung và cấp quận, huyện nói riêng: ................................................................................39 2.2.1. Một số quy định trách nhiệm quản lý nhà nước về GD-ĐT ....................39 2.2.2. Thực trạng quản lý và khai thác thông tin ngành GD nói chung và cấp quận (huyện) nói riêng .......................................................................................40 2.2.2.1. Thực trạng quản lý và khai thác thông tin ............................................40 2.2.2.2. Nhu cầu quản lý và khai thác thông tin ................................................40 2.3. Khả năng và mục tiêu ứng dụng GIS trong quản lý giáo dục ........................40 2.3.1. Khả năng ứng dụng của GIS trong quản lý giáo dục ............................... 40 2.3.2. Mục tiêu ứng dụng GIS trong ngành giáo dục ........................................41 2.4. Xây dựng CSDL GIS ngành GD-ĐT cấp quận huyện ...................................41 3 2.4.1. Mục tiêu ...................................................................................................41 2.4.2. Phạm vi thực hiện ....................................................................................41 2.4.3. Nguyên tắc xây dựng ...............................................................................41 2.4.4. Xây dựng CSDL không gian ...................................................................42 2.4.4.1. Các yếu tố cơ sở toán học: ....................................................................42 2.4.4.2. Các lớp thông tin không gian thể hiện trên bản đồ ............................... 42 2.4.5. Xây dựng CSDL phi không gian ngành giáo dục quận huyện ................53 2.4.5.1. Quản lý về giáo viên .............................................................................53 2.4.5.2. Quản lý cơ sở vật chất ..........................................................................55 2.4.5.3. Khối Mầm non ......................................................................................55 2.4.5.4. Khối Tiểu học .......................................................................................57 2.4.5.5. Khối THCS ...........................................................................................61 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GIS TRONG QUẢN LÝ NGÀNH GD-ĐT QUẬN HOÀNG MAI ......................................................................... 65 3.1. Ứng dụng phần mềm GIS trong quản lý ngành GD-ĐT quận Hoàng Mai ............65 3.1.1. Mục tiêu ...................................................................................................65 3.1.2. Quá trình xây dựng ..................................................................................65 3.1.2.1. Khảo sát thực tế ....................................................................................65 3.1.2.2. Thu thập bản đồ nền và dữ liệu ............................................................ 66 3.1.2.3. Lựa chọn phần mềm ứng dụng ............................................................. 68 3.1.2.4. Chuyển đổi định dạng bản đồ và biên tập ............................................73 3.1.2.5. Xây dựng CSDL ngành giáo dục quận Hoàng Mai .............................. 73 3.1.2.6. Hoàn thiện dữ liệu.................................................................................76 3.2. Khai thác hệ thống quản lý giáo dục quận Hoàng Mai trên ArcGIS Desktop .............76 3.2.1. Tìm kiếm vị trí trường học trên bản đồ ...................................................76 3.2.2. Tra cứu thông tin về các trường ............................................................... 80 3.2.3. Phân tích, thống kê, đánh giá thông tin để hỗ trợ việc quản lý ...............82 3.2.4 Phân tích không gian, hỗ trợ lập kế hoạch ...................................................83 3.2.4.1. Địa bàn nghiên cứu: ..............................................................................83 4 3.2.4.2 Tiêu chuẩn xây trường mầm non ...........................................................85 3.3. Đề xuất hướng phát triển ................................................................................94 KẾT LUẬN...................................................................................................... 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 96 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng danh mục các đối tượng ..................................................................42 Bảng 2.2: Bảng thuộc tính lớp Diagioi .....................................................................44 Bảng 2.3: Bảng thuộc tính lớp Diahinh ....................................................................45 Bảng 2.4: Bảng thuộc tính lớp Giaothong ................................................................46 Bảng 2.5: Bảng thuộc tính lớp Thuyvan ...................................................................48 Bảng 2.6: Bảng thuộc tính lớp Thucvat ....................................................................49 Bảng 2.7: Bảng thuộc tính lớp Hatang_Dancu .........................................................50 Bảng 2.8: Bảng Giaovien ..........................................................................................51 Bảng 2.9: Bảng GV_trinhdo .....................................................................................52 Bảng 2.10: Bảng GV_chuyemon ..............................................................................52 Bảng 2.11: Bảng mô tả mối quan hệ .........................................................................53 Bảng 2.12: Bảng CSVC ............................................................................................54 Bảng 2.13: Bảng Mamnon ........................................................................................54 Bảng 2.14: Bảng Tonghop_MN ................................................................................54 Bảng 2.15: Bảng Thongke_MN ................................................................................55 Bảng 2.16: Mô tả quan hệ các bảng ..........................................................................55 Bảng 2.17: Bảng Tieuhoc ..........................................................................................56 Bảng 2.18: Bảng TH_tonghop ..................................................................................57 Bảng 2.19: Bảng TH_thongke...................................................................................57 Bảng 2.20: Bảng chi tiết các trường tiểu học ...........................................................58 Bảng 2.21: Bảng mô tả quan hệ ................................................................................59 Bảng 2.22: Bảng THCS............................................................................................ 60 6 Bảng 2.23: Bảng THCS_tonghop .............................................................................60 Bảng 2.24: Bảng THCS_thongke ..............................................................................61 Bảng 2.25: Bảng chi tiết các trường THCS .............................................................61 Bảng 2.26: Bảng mô tả quan hệ…………………………………………………....62 Bảng 3.1: Bảng các mã đất không phù hợp cho việc xây dựng trường mầm non mới ...................................................................................................................................87 Bảng 3.2: Bảng các mã đất phù hợp cho việc xây dựng trường mầm non mới .......91 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các thành phần của GIS ............................................................................15 Hình 1.2: Minh hoạ cơ sở dữ liệu thuộc tính ............................................................20 Hình 1.3: Minh hoạ cơ sở dữ liệu không gian ..........................................................21 Hình 1.4: Dữ liệu dạng Raster...................................................................................22 Hình 1.5: Dữ liệu dạng Vector ..................................................................................23 Hình 1.6: Sự chuyển đổi dữ liệu giữa Raster và Vector ...........................................23 Hình 1.7: Sự khác biệt giữa vector và raster ở dạng đường ......................................25 Hình 1.8: Đối tượng vùng ở dạng vector và rastor ...................................................26 Hình 2.1: Các lớp đối tượng không gian trên bản đồ ................................................42 Hình 2.2: Chi tiết quan hệ các bảng về cán bộ giáo viên ..........................................53 Hình 2.3: Chi tiết quan hệ các bảng về mầm non .....................................................56 Hình 2.4: Chi tiết quan hệ các bảng về tiểu học .......................................................59 Hình 2.5: Chi tiết quan hệ các bảng về THCS ..........................................................63 Hình 3.1: Bản đồ khu vực nghiên cứu quận Hoàng Mai – Hà Nội ...........................66 Hình 3.2: Cấu trúc bộ sản phẩm ArcGISS ................................................................68 Hình 3.3: Mô tả cấu trúc Geodatabase ......................................................................71 Hình 3.4: Minh hoạ một FeatureDataset ...................................................................72 Hình 3.5: Một số bảng thuộc tính về giáo dục ..........................................................73 Hình 3.6: Một số RelationShip Class ........................................................................73 Hình 3.7: Nhập dữ liẹu cho bảng Giaovien...............................................................74 Hình 3.8: Nhập dữ liẹu cho bảng THCS ...................................................................74 8 Hình 3.9: Giao diện bản đồ trong ArcMap ...............................................................75 Hình 3.10: Tìm kiếm theo vị trí ................................................................................77 Hình 3.11: Tìm kiếm theo thuộc tính ........................................................................78 Hình 3.12:Minh hoạ kết quả tìm kiếm .....................................................................78 Hình 3.13:Tìm kiếm theo từ khoá .............................................................................79 Hình 3.14: Xem thông tin cơ bản về các trường .......................................................80 Hình 3.15: Tra cứu thông tin từ bảng thuộc tính.......................................................80 Hình 3.16: Biểu đồ tổng số học sinh cấp 2 trên địa bàn quận ...................................81 Hình 3.17: Biểu đồ tổng số học sinh lớp 1 các trường tiểu học trên địa bàn quận ..81 Hình 3.18: Bản đồ hành chính khu vực phường Định Công – quận Hoàng Mai......83 Hình 3.19: Sơ đồ quá trình thực hiện ........................................................................85 Hình 3.20: Tạo vùng đệm giao thông và trường mầm non đã được xây dựng tại địa bàn phường ................................................................................................................86 Hình 3.21: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất khu vực phường Định Công – quận Hoàng Mai .................................................................................................................88 Hình 3.22: Bản đồ khu vực không thích hợp xây dựng trường tại phường Định Công – quận Hoàng Mai .....................................................................................................90 Hình 3.23: Bản đồ vị trí thích hợp xây dựng trường mầm non tại phường Định Công – quận Hoàng Mai ...........................................................................................92 9 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - GD-ĐT : Giáo dục và đào tạo - CSDL : Cơ sở dữ liệu - THCN : Trung học chuyên nghiệp - THPT : Trung học phổ thông - THCS : Trung học sơ sở 10 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm qua, thế giới đã được chứng kiến sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin. Công nghệ thông tin ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi hoạt động của con người. Hệ thông tin địa lý (Geographical Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 bởi các nhà khoa học Canada. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung, công nghệ GIS nói riêng đã và đang đạt được những thành tựu hết sức to lớn, được thế giới biết đến như một công cụ đắc lực không thể thiếu trong việc nghiên cứu, quản lý và trợ giúp đưa ra những quyết định đúng đắn. Thực tế trong 30 năm gần đây GIS đã phát triển rất mạnh mẽ về lý thuyết, kỹ nghệ và tổ chức. Công nghệ GIS đã thâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực khoa học, các ngành kinh tế quốc dân, các hoạt động quốc phòng. Đặc biệt công nghệ GIS đã và đang được áp dụng trong lĩnh vực điều tra, khảo sát, quy hoạch và quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường. Ở nước ta, GIS cũng đã được ứng dụng khá sớm, từ cuối những năm 80 và đang dần khẳng định vai trò của mình trong hầu hết các ngành. Cùng với những nỗ lực của Đảng và Nhà nước trong thực thi nhiều chương trình phát triển kinh tế xã hội, những đòi hỏi về cung cấp thông tin địa lý cũng ngày một lớn. Nhiều hệ thống GIS đã được xây dựng và khai thác từ trung ương đến các địa phương tỉnh, huyện. Theo Bộ Kế hoạch đầu tư, ngân sách nhà nước dành cho những hoạt động liên quan đến thông tin địa lý hàng năm là từ 400 đến 600 tỷ đồng. Sự phát triển này là đúng quy luật, sự quan tâm mà nhà nước, lãnh đạo các Bộ ngành và địa phương dành cho hoạt động về thông tin địa lý là hoàn toàn đúng đắn. Giáo dục đào tạo hiện là một trong những ngành có vị trí quan trọng trong việc thúc đẩy sự tiến bộ của đất nước. Giáo dục là nền tảng cho việc nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, phục vụ cho sự nghiệ xây dựng, phát triển kinh tế – xã hội của đất nước. Xác định vai trò, tầm quan trọng của giáo dục đào 11 tạo, Đảng và Nhà nước coi phát triển giáo dục đào tạo là quốc sách hàng đầu, là nền tảng và động lực thúc đẩy công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, tiến tới hội nhập quốc tế. Để thực hiện được nhiệm vụ lớn lao này, ngành giáo dục cần phải được đầu tư phát triển một cách xứng đáng. Muốn vậy việc quản lý trong ngành giáo dục phải được hỗ trợ tối đa, bằng những công nghệ mới để có thể đem lại hiệu quả cao nhất trong chất lượng đào tạo, giảng dạy. Trong những năm vừa qua, Nhà nước ta đã xúc tiến các dự án lớn về công nghệ thông tin nhằm mục tiêu đẩy nhanh tốc độ phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin trong tất cả các lĩnh vực. Tuy nhiên những kết quả mang lại rất hạn chế, nhiều thất bại. Ban chỉ đạo quốc gia về công nghệ thông tin thành lập vào cuối những năm 90 bị giải tán vào năm 2000. Nỗ lực mới của Chính phủ thực hiện Dự án 112 xây dựng “Chính phủ điện tử” cũng bị xoá bỏ sau 5 năm thực hiện vì không đạt được mục tiêu đề ra, chậm về tiến độ, yếu về hiệu quả và lãng phí đầu tư. Một trong những nguyên nhân của việc thất bại là do chưa có sự đồng bộ và hoàn chỉnh trong việc ứng dụng phần mềm quản lý, trong tư duy và quan niệm về hệ thống cơ sở dữ liệu. Với những lý do trên đây, luận văn tốt nghiệp được lựa chọn với đề tài: “Ứng dụng GIS trong quản lý CSDL giáo dục quận Hoàng Mai – Hà Nội” 2. Mục tiêu của đề tài  Hệ thống hoá về cơ sở khoa học của chuẩn CSDL, bước đầu xây dựng mô hình CSDL GIS cho ngành GD-ĐT cấp quận (huyện) phù hợp với chuẩn CSDL quốc gia.  Ứng dụng phần mềm GIS và CSDL đã xây dựng trong quản lý ngành giáo dục quận Hoàng Mai. 3. Phạm vi đề tài  Phạm vi về nội dung khoa học: quy mô thực hiện sẽ chỉ giới hạn trong việc xây dựng hệ thống CSDL GIS ngành giáo dục cấp quận (huyện), đồng thời ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý và khai thác sử dụng. 12  Phạm vi về không gian: khu vực quận Hoàng Mai, TP Hà Nội, trên mảnh bản đồ tỉ lệ 1: 5000 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp điều tra- khảo sát thực địa: Tiến hành điều tra, khảo sát khu vực nghiên cứu, thu thập các tài liệu, sử dụng phương pháp xử lý tư liệu thứ cấp để góp phần xây dựng các lớp thông tin. Đây được xem là phương pháp cơ bản và đầu tiên trong xây dựng cơ sở dữ liệu. 4.2 Phương pháp GIS: Là phương pháp chủ yếu được sử dụng trong đề tài, từ việc xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu, trình bày, hỏi đáp đến truy xuất dữ liệu. ArcGIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI). Do vậy ArcGIS được thiết kế là một bộ tích hợp các sản phẩm mềm với mục tiêu xây dựng một hệ thống thông tin địa lý hoàn chỉnh. Hệ thống này cóthể thực hiện các chức năng về GIS trên máy trạm, máy chủ. ArcGIS là một hệ thống đa chức năng với khả năng biên tập, phân tích dữ liệu GIS với hiệu suất cao cho các mô hình quản lý và mô hình dữ liệu hiện đại và cao cấp. Sử dụng các phầnmềm tương thích nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích tổng hợp dữ liệu theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa lí. Xây dựng các trường dữ liệu trong phần mềm ArcGIS, hoàn chỉnh dữ liệu trong bộ phần mềm ARC/INFO (ArcCatalog - ArcMap). Thông tin GD-ĐT được biểu đạt dưới dạng bản đồ chuyên đề là một công cụ cần thiết cho công tác quản lý giáo dục một cách hiệu quả. Bản đồ có thể được coi như là phương tiện thông tin giữa các nhà nghiên cứu, các nhà lãnh đạo và những người làm công tác qui hoạch. Phương pháp được lựa chọn để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là theo kiểu kết nối trực tiếp giữa một đơn vị thông tin đồ họa với thật nhiều thông tin khác nhau trong cơ sở dữ liệu, phương pháp này thường được sử dụng để nắm bắt thông tinnhanh trên từng vùng lãnh thổ tạo điều kiện thuận lợi cho cả các nhà quản lý và người sử dụng. 13 5. Cấu trúc luận văn Phần mở đầu Chương 1. Tổng quan về GIS và chuẩn CSDL Chương 2. Xây dựng CSDL GIS ngành GD-ĐT cấp quận (huyện) Chương 3. Ứng dụng phần mềm ArcGIS trong quản lý ngành giáo dục quận Hoàng Mai Kết luận 14 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIS VÀ CHUẨN CƠ SỞ DỮ LIỆU 1.1. Tổng quan về GIS 1.1.1. Giới thiệu chung về GIS 1.1.1.1. Khái niệm GIS Hệ thông tin địa lý (GIS - Geographic information System) được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ những năm cuối của thập niên 70 tại Canada với tên gọi CGIS (Canada Geographical Information System). Đến nay, nhờ những thành tựu khoa học ngày càng phát triển và nhu cầu sử dụng thông tin trong nhiều lĩnh vực quản lý nên GIS cũng được phát triển và ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trong các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật và quản lý các hoạt động kinh tế xã hội. Theo Viện nghiên cứu môi trường Mỹ (ESRI - Environmental Systems Research Institute): [Hệ thông tin địa lý (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. Hệ thông tin địa lý có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý.] Hoặc một định nghĩa khác mang tính giải thích: [Hệ thông tin địa lý là tổ hợp của ba hợp phần có quan hệ thống nhất, liên quan chặt chẽ với nhau là phần cứng gồm máy tính và thiết bị liên quan, phần mềm và tổ chức con người được hoạt động đồng bộ nhằm thu thập, lưu trữ, quản lý, thao tác, tìm kiếm-hỏi đáp, phân tích, hiển thị và mô hình hoá các dữ liệu không gian và các quá trình trong không gian có định vị toạ độ được tham chiếu với một hệ tọa độ dùng thể hiện bề mặt cầu của Trái Đất và các dữ liệu thuộc tính nhằm giải quyết các yêu cầu thực tế.] 1.1.1.2. Các thành phần của GIS - Phần cứng máy tính - Phần mềm - Cơ sở dữ liệu 15 - Con người - Mô hình Hình 1.1. Các thành phần của GIS 1.1.1.3. Các chức năng của GIS GIS bao gồm 6 loại chức năng: Thu thập dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu lưu giữ và quản lý dữ liệu, điều khiển dữ liệu, trình bày và hiển thị, phân tích không gian * Thu thập dữ liệu (Entry and update) : Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc đó không tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu không có chức năng đó thì không được xem là một hệ thông tin địa lý vì chức năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có. Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tư liệu dưới dạng số hoặc dạng angalog. Dạng tư liệu không gian như bản đồ giấy hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải được chuyển thành dạng số và các nguồn tư liệu số khác cũng phải chuyển đổi được để tương thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng. * Chuyển đổi dữ liệu (Convert): 16 Chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thương mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đưa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên người sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một tư liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau. Vì vậy, đối với tư liệu quốc gia, không thể chỉ lưu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lưu giữ ở nhiều khuôn dạng có tính chất phổ biến để sử dụng được trong nhiều ứng dụng khác nhau. Như vậy, một phần mềm GIS cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau. * Lưu giữ và quản lý dữ liệu (Store and Management): Một chức năng quan trọng của GIS là lưu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lượng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lưu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin, thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo... thì phải được định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả. * Điều khiển dữ liệu (Data manipulation): Do nhiều hệ thông tin địa lý hoạt động đòi hỏi tư liệu không gian phải được lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định được phân loại theo một phương thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó hệ thông tin địa lý phải đảm nhiệm được chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý được nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể được tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể được xác định, được tính toán và được can thiệp, biến đổi. * Trình bày và hiển thị (Presentation): Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một hệ thông tin địa lý. Không gian dưới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu được xử lý cần được hiển thị 17 dưới các khuôn dạng như: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích được lưu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể được lưu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ được thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lưu dưới dạng điểm (plot file) để in. Như vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết của một hệ thông tin địa lý. * Phân tích không gian (Analys) : Trước đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là được tập trung, phát triển bởi những người xây dựng hệ thông tin địa lý. Chức năng thứ sáu là phân tích không gian được phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho người ứng dụng. Những định nghĩa về hệ thông tin địa lý trước đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích không gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống được gọi là hệ thông tin địa lý. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống, song đối với một một hệ thống thông tin địa lý sử dụng tư liệu bản đồ thì chức năng đó là bắt buộc. Với một hệ thống như vậy thì các mô tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mô hình giải thích, dự báo đều có thể thực hiện trong chức năng xử lý không gian. 1.1.1.4. Một số ứng dụng của GIS Hiện nay trên thế giới việc ứng dụng công nghệ thông tin đã trở nên khá phổ biến. Các lĩnh vực ứng dụng hệ thống thông tin địa lý ngày càng được mở rộng. GIS đã được ứng dụng trong quy hoạch và quản lý đô thị, quản lý tình hình phân bố khí hậu, quản lý dân số, quản lý môi trường, quy hoạch và quản lý đất đai,… Ở nước ta trong những năm gần đây đã và đang có nhiều tổ chức, cơ quan và nhiều người đã bắt đầu quan tâm nghiên cứu các ứng dụng của hệ thông tin địa lý, đặc biệt là nhiều cơ quan Nhà nước đã bắt đầu xây dựng hệ thông tin địa lý trong công tác quản lý như quản lý đô thị, quản lý giao thông, quản lý hệ thống thoát nước, quy hoạch đường…. Có thể nêu ra một số ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý như sau: 18 - Ứng dụng kinh doanh: Khả năng của công nghệ GIS giúp thực hiện các quyết định kinh doanh tốt hơn thông qua phân tích địa điểm và sự thay đổi dân số trong khu vực, đó là điểm mấu chốt đảm bảo vị trí của công nghệ trong cộng đồng kinh doanh. - Quản lý hành chính và phân bố dân số: Khả năng của công nghệ GIS về mô tả hình vẽ và phân tích số liệu dân số mở ra những cơ hội cho một sự phân tích tin cậy trong quá trình trợ giúp quyết định và tạo ra các quyết định chính sách được lòng dân. - Bản đồ và cơ sở dữ liệu xuất bản: Các cơ quan đo đạc bản đồ đã đi đầu trong lĩnh vực tự động hoá bản đồ. Cơ quan bản đồ quốc phòng, Bộ nội vụ và môt số cơ quan khác. - Y tế và an toàn nhân dân: Các cơ quan y tế sẽ nhận thức được tốt hơn cũng như tội phạm và hoả hoạn nếu phân tích các bản đồ theo dõi sự lan truyền bệnh và các hoạt động tội phạm. Công nghệ GIS cung cấp khả năng thực hiện các nhiệm vụ đó nhanh chóng thường xuyên và mức độ tin cậy cao và giá thành thập có thể được. - Quản lý thông tin bất động sản: Nhà nước và các địa phương đã nhanh chóng nhận thức được tiềm năng của công nghệ GIS là một công cụ cho việc xây dựng và bảo lưu toàn bộ và chính xác các nguồn bất động sản hiện có. - Quản lý các nguồn tài nguyên tăng cường: sự gia tăng nhu cầu về quản lý môi trường dễ nhạy cảm như nước, không khí, đất đai, rừng và động vật hoang thú đã thúc đẩy các cơ quan môi trường của nhà nước dùng công nghệ GIS là một phương sách thực tế quản lý các số liệu tài nguyên theo yêu cầu. - Đo đạc bản đồ: hệ thống thông tin địa lý là một công cụ đặc biệt phù hợp với các công việc của ngành đo đạc bản đồ, xây dựng các bản đồ cơ sở nhanh chóng và chính xác, chuyển đổi dữ liệu bản đồ thuận tiện. - Quy hoạch đô thị và vùng: Khả năng cung cấp cho các nhà quy hoạc nhanh chóng truy cập vào tập hợp dữ liệu trong công nghệ GIS phục vụ cho các phương án quy hoạch. 19