Thuật ngữ GIS lần đầu được biết đến vào những năm 1960 khi máy tính và các khái niệm về địa lý định lượng xuất hiện. Công việc của GIS thời điểm này là nghiên cứu về các chủ đề khoa học thông tin địa lý như phân tích không gian và hình ảnh ngoài thực địa.

Ngày nay, công nghệ GIS ngày càng được hoàn thiện hơn. GIS cung cấp cho người dùng khả năng tạo các lớp bản đồ số của riêng họ và giải quyết các vấn đề quản lý tài nguyên, con người trong thế giới thực. GIS cũng đã phát triển thành một phương tiện để lưu trữ, chia sẻ dữ liệu. Ngày nay, hàng nghìn tổ chức đang chia sẻ công việc của họ và tạo ra hàng tỷ bản đồ mỗi ngày để kinh doanh hoặc tăng tỷ lệ chính xác trong công tác quản lý vị trí.

1) Khái niệm GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) - GIS là một framework hoặc môi trường để thu thập, quản lý, phân tích và trực quan hóa dữ liệu không gian.

Tổng hợp các khái niệm GIS:

• GIS (Geographic Information Systems) là công cụ dùng để thu thập, quản lý và phân tích dữ liệu từ không gian địa lý qua đó thực hiện biên tập bản đồ, lưu trữ dữ liệu bản đồ, thao tác trên bản đồ sao cho tương hợp sự vật hiện tượng ngoài không gian thực. GIS cho phép người dùng theo dõi hình ảnh trực quan bằng các bản đồ và hình ảnh cảnh 3D.
• Là 1 công nghệ….
• Là 1 lĩnh vực
• Hệ thống thông tin giúp đo đạc và thu thập dữ liệu về trắc địa không gian và phi không gian.
• Là 1 công cụ máy tính dùng để thu thập, quản lý, phân tích và hiện thị các dữ liệu liên quan đến vị trí địa lý.
• là tập hợp có tổ chức,bao gồm: hệ thống phần cứng,phần mềm mt, dữ liệu địa lý con người, được thiết kế nhằm nắm bắt lưu trữ, cập nhập, điều khiển, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đền địa lý

2) Các thành phần cấu tạo nên hệ thống GIS

Hệ thống thông tin địa lý GIS được cấu tạo từ 5 thành phần chính, bao gồm: Phần cứng, phần mềm GIS, dữ liệu bản đồ, con người và phương pháp.

2.1 Phần cứng

Phần cứng là máy tính, mà GIS hoạt động trên đó. Là các thiết bị kỹ thuật cần thiết để GIS vận hành (máy tính, thiết bị thu thập dữ liệu, thiết bị xuất dữ liệu).

2.2 Phần mềm Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS)

Dùng để tạo, quản lý, hiển thị và phân tích dữ liệu địa lý

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để quản lý, lưu trữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần phần mềm chính là:

• Một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

• Các công cụ để nhập và thao tác thông tin địa lý

• Các công cụ hỗ trợ truy vấn, phân tích và trực quan hóa địa lý

• Giao diện người dùng đồ họa để dễ dàng truy cập vào các công cụ

2.3 Con người

Là những đối tượng có nhu cầu xem, phân tích, sử dụng, quản lý GIS

Công nghệ GIS sẽ có giá trị hạn chế nếu không có những người quản lý hệ thống và xây dựng kế hoạch áp dụng nó. Người sử dụng công nghệ GIS bao gồm các chuyên gia kỹ thuật thiết kế và bảo trì hệ thống, những người sử dụng GIS để giúp họ thực hiện công việc hàng ngày.

2.4 Phương pháp

Việc thiết lập một quy trình (phương pháp) ứng dụng GIS trong mỗi tổ chức là điều cốt yếu. Một hệ thống ứng dụng GIS phải hỗ trợ các mục tiêu, đối tượng khác nhau, mang lại những lợi ích cụ thể. Thông qua cách thức hoạt động của quy trình của mỗi tổ chức sẽ đảm bảo hệ thống được vận hành, khai thác, cập nhật hiệu quả và mang lại lợi ích tối đa.

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

2.5 Dữ liệu bản đồ

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

Có thể nói thành phần quan trọng nhất của GIS là dữ liệu. Dữ liệu địa lý và dữ liệu dạng bảng liên quan có thể được thu thập trong nhà hoặc mua từ một nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hầu hết GIS sử dụng hệ thống quản lý dữ liệu để tạo và duy trì cơ sở dữ liệu nhằm giúp tổ chức và quản lý dữ liệu.

Dữ liệu mà GIS hoạt động bao gồm bất kỳ dữ liệu nào có mối quan hệ xác định được với không gian, bao gồm mọi dữ liệu về sự vật và sự kiện xảy ra trong tự nhiên. Tại một thời điểm, dữ liệu này bao gồm dữ liệu bản in cứng như: bản đồ bản đồ truyền thống, nhật ký của người khảo sát, thống kê nhân khẩu học, báo cáo địa lý và mô tả từ thực địa. Những tiến bộ trong thu thập, phân loại và độ chính xác dữ liệu không gian đã cho phép ngày càng có nhiều bản đồ cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật số ở các quy mô khác nhau.

3) Các Phần mềm GIS hiện nay

Có nhiều phần mềm GIS phổ biến được sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Dưới đây là một số ví dụ:

• ArcGIS: Một phần mềm GIS thương mại do công ty ESRI phát triển, rất phổ biến nhưng khá đắt. ArcGIS có nhiều tính năng và chức năng mạnh mẽ, hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu, có thể tương tác với các hệ thống cơ sở dữ liệu và web service https://epirhandbook.com/vn/gis.html.

• QGIS: Một phần mềm GIS mã nguồn mở nhưng làm được hầu hết mọi thứ mà ArcGIS có thể làm được. QGIS có giao diện đơn giản và dễ sử dụng, có nhiều plugin và công cụ hỗ trợ, có thể kết nối với các nguồn dữ liệu khác nhau https://epirhandbook.com/vn/gis.html

• eKMap: Một phần mềm GIS do Việt Nam sản xuất, cung cấp giải pháp bản đồ toàn diện cho các lĩnh vực khác nhau. eKMap có nền tảng bản đồ số cấp tỉnh, thành phố, API bản đồ và API truy vấn & phân tích không gian, bộ thư viện lập trình SDKs hỗ trợ trên nhiều nền tảng web & mobile https://ekgis.com.vn/.

• Global Mapper: Một phần mềm GIS tiên tiến, cung cấp cho cả người dùng mới và chuyên gia một loạt các công cụ xử lý dữ liệu không gian toàn diện, với quyền truy cập vào nhiều định dạng dữ liệu khác nhau https://dathop.com/san-pham/phan-mem-phan-tich-du-lieu-gis-global-mapper/.

4) Cơ sở dữ liệu GIS

4.1Cơ sở dữ liệu nền GIS

Cơ sở dữ liệu nền GIS à những dữ liệu thuộc công tác quản lý tài nguyên môi trường mà doanh nghiệp cần sử dụng để tạo một bản đồ số mới cho riêng mình.

CSDLcủa GIS gồm 2 phần:

• CSDL không gian( bản đô nền, DL bản đồ):
  • Bản đồ địa lý chung
  • Bản đồ địa lý chuyên đề
• CSDL thuộc tính ( DL phi không gian)

Bản đồ nền được hiểu là bản đồ cơ sở để xác định vị tí địa lý của các đối tượng trong không gian. Bản đồ nền tập hợp các yếu tố: giao thông, dân cư, biên giới, địa giới hành chính, địa danh, địa hình và thủy văn,… Dựa vào những yếu tố này, người dùng có thể căn cứ xác định vị trí thực và biên tập bản đồ riêng của đơn vị.

• Bản đồ địa lý chung là bản đồ thể hiện các đối tượng, hiện tượng địa lý trên bề mặt trái đất như nhà, đường phố, thời tiết,… một cách chi tiết.

• Bản đồ địa lý chuyên đề là loại bản đồ có sự phân chia giữa nội dung chính và nội dung phụ. Nội dung chính là nội dung bản đồ chuyên đề của doanh nghiệp, nội dung phụ là các yếu tố địa lý (bản đồ nền).

4.2 Dữ liệu không gian

Dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của các đối tượng, cho biết vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố,..

Dữ liệu không gian địa lý có thể được phân tích để xác định:

• Vị trí của các đối tượng địa lý và mối quan hệ với các đối tượng địa lý khác
• Nơi tồn tại nhiều nhất và / hoặc ít nhất của một số đối tượng địa lý
• Mật độ đối tượng địa lý trong một không gian nhất định
• Những gì đang xảy ra bên trong một khu vực quan tâm
• Những gì đang xảy ra gần một số tính năng hoặc hiện tượng
• Cách một khu vực cụ thể đã thay đổi theo thời gian

5) Dữ liệu không gian có hai mô hình lưu trữ

Mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector

5.1 Vector Data

Định dạng phổ biến nhất của dữ liệu không gian được sử dụng trong GIS, dữ liệu vectơ bao gồm các đặc điểm hình học của vertices and paths. Dữ liệu không gian dạng vectơ có thể được chia thành ba loại nhỏ được sử dụng rộng rãi.

Mô hình dữ liệu vector: dữ liệu được biểu diễn bằng các đối tượng hình học như điểm, đường và đa giác, có tọa độ xác định vị trí và thuộc tính mô tả. Mô hình này thường dùng để lưu trữ dữ liệu có ranh giới rõ ràng.

• Điểm (Points) - Một điểm bao gồm một cặp tọa độ (x, y) đại diện cho một vị trí cụ thể trong một hệ tọa độ. Điểm là dạng dữ liệu không gian cơ bản nhất và có thể được sử dụng để biểu thị một trường hợp (vd: nhà bệnh nhân) hoặc một vị trí (vd: bệnh viện) trên bản đồ.
• Đường (Lines) - Một đường bao gồm hai điểm kết nối với nhau. Đường có độ dài và có thể được sử dụng để biểu thị những thứ như con đường hoặc sông.
• Đa giác (Polygons) - A polygon is composed of at least three line segments connected by points. Polygon features have a length (i.e. the perimeter of the area) as well as an area measurement. Polygons may be used to note an area (i.e. a village) or a structure (i.e. the actual area of a hospital).

5.2 Raster Data

Một đa giác bao gồm ít nhất ba đoạn thẳng được nối với nhau bằng các điểm. Các đối tượng đa giác có chiều dài (vd: chu vi của khu vực) cũng như số đo diện tích. Đa giác có thể được sử dụng để biểu diễn một khu vực (vd: một ngôi làng) hoặc một cấu trúc (vd: diện tích thực tế của một bệnh viện).

Mô hình dữ liệu raster: dữ liệu được biểu diễn bằng các ô lưới có kích thước và giá trị nhất định. Mô hình này thường dùng để lưu trữ dữ liệu liên tục hoặc không có ranh giới rõ ràng.

Tham khảo:

• Learn GIS – An Introduction to GIS
• TỔNG HỢP TOÀN BỘ KIẾN THỨC VỀ NGÀNH GIS
• Tổng hợp nhiều nguồn khác