Trong thời đại dữ liệu số, việc biết một đối tượng đang ở đâu, phân bố như thế nào và có mối quan hệ gì với khu vực xung quanh ngày càng quan trọng. Đây chính là lý do GIS được ứng dụng rộng rãi trong trắc địa bản đồ, quy hoạch đô thị, giao thông, quản lý đất đai, nông nghiệp, môi trường và nhiều lĩnh vực khác.
Vậy GIS là gì? GIS hoạt động như thế nào và ứng dụng thực tế của GIS ra sao? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ này cũng như mối liên hệ giữa GIS với công tác đo đạc hiện đại.
GIS là gì?
GIS là viết tắt của Geographic Information System, tiếng Việt thường gọi là Hệ thống thông tin địa lý.
Hiểu đơn giản, GIS là hệ thống cho phép thu thập, lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu gắn với vị trí địa lý.
Điểm đặc biệt của GIS là dữ liệu không chỉ chứa thông tin mô tả mà còn có vị trí trên bản đồ.
Ví dụ, một cột điện trong hệ thống GIS có thể bao gồm:
- Tọa độ vị trí.
- Mã số cột.
- Loại cột.
- Chiều cao.
- Ngày lắp đặt.
- Tình trạng sử dụng.
- Hình ảnh thực tế.
- Tuyến điện liên quan.
Nhờ đó, thay vì quản lý hàng nghìn cột điện bằng một bảng Excel đơn thuần, người quản lý có thể quan sát trực tiếp vị trí từng cột trên bản đồ và nhanh chóng truy xuất thông tin cần thiết.
GIS gồm những thành phần nào?
Một hệ thống GIS hoàn chỉnh thường được xây dựng dựa trên nhiều thành phần liên kết với nhau.
Dữ liệu là nền tảng quan trọng nhất, bao gồm dữ liệu không gian như tọa độ, đường, vùng, ranh giới và dữ liệu thuộc tính mô tả đối tượng.
Phần cứng gồm máy tính, máy chủ, thiết bị GNSS, máy GPS cầm tay, máy bay UAV và các thiết bị thu thập dữ liệu khác.
Phần mềm GIS được sử dụng để nhập, quản lý, phân tích và trình bày dữ liệu bản đồ.
Con người là những kỹ sư, chuyên viên GIS, cán bộ quản lý hoặc người sử dụng trực tiếp hệ thống.
Cuối cùng là quy trình, quy định cách dữ liệu được thu thập, kiểm tra, cập nhật, phân tích và khai thác.
Khi các thành phần này hoạt động đồng bộ, GIS trở thành một công cụ quản lý và hỗ trợ ra quyết định rất mạnh.
GIS hoạt động như thế nào?
Một trong những cách dễ hiểu nhất để hình dung GIS là xem bản đồ như tập hợp của nhiều lớp dữ liệu.
Ví dụ, khi xây dựng GIS cho một khu đô thị, hệ thống có thể có:
- Lớp ranh giới hành chính.
- Lớp thửa đất.
- Lớp đường giao thông.
- Lớp nhà và công trình.
- Lớp cây xanh.
- Lớp đường điện.
- Lớp cấp nước.
- Lớp thoát nước.
- Lớp viễn thông.
Các lớp dữ liệu được đặt trên cùng một hệ tọa độ. Người sử dụng có thể bật, tắt, kết hợp hoặc phân tích chúng tùy theo mục đích.
Chẳng hạn, khi cần xác định những thửa đất nằm trong phạm vi ảnh hưởng của một dự án đường giao thông, GIS có thể hỗ trợ phân tích dữ liệu không gian để xác định các khu vực liên quan.
Dữ liệu GIS có những dạng nào?
Trong GIS, hai mô hình dữ liệu thường gặp là Vector và Raster.
Dữ liệu Vector
Vector biểu diễn các đối tượng bằng điểm, đường và vùng.
Điểm (Point) có thể biểu diễn cột điện, cây xanh, trụ cứu hỏa hoặc điểm mốc.
Đường (Line) có thể biểu diễn đường giao thông, sông, đường ống hoặc tuyến cáp.
Vùng (Polygon) thường được sử dụng cho thửa đất, hồ nước, khu công nghiệp hoặc ranh giới hành chính.
Dữ liệu Raster
Raster được tạo thành từ các ô lưới và thường được sử dụng với:
- Ảnh vệ tinh.
- Ảnh hàng không.
- Ảnh UAV.
- Mô hình độ cao.
- Bản đồ nhiệt.
- Dữ liệu môi trường.
Việc kết hợp Vector và Raster giúp GIS mô tả khá đầy đủ các đối tượng và hiện tượng trên bề mặt Trái Đất.
GIS khác GPS và GNSS như thế nào?
Đây là những khái niệm thường bị nhầm lẫn.
GPS/GNSS chủ yếu giúp xác định vị trí và tọa độ của đối tượng.
Trong khi đó, GIS giúp quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu có vị trí địa lý.
Ví dụ, kỹ sư sử dụng máy GNSS RTK để đo chính xác tọa độ của 500 hố ga. Sau đó, dữ liệu tọa độ được đưa vào GIS cùng các thông tin như mã hố ga, kích thước, loại nắp, tình trạng và hình ảnh.
Có thể hiểu đơn giản:
GNSS thu thập vị trí → GIS biến dữ liệu vị trí thành thông tin có thể quản lý và phân tích.
Ứng dụng GIS trong trắc địa và bản đồ
GIS có mối quan hệ rất chặt chẽ với ngành trắc địa.
Dữ liệu thu được từ GNSS RTK, máy toàn đạc điện tử, máy GPS cầm tay, UAV hoặc các phương pháp đo đạc khác có thể được xử lý và đưa vào hệ thống GIS.
GIS hỗ trợ:
- Thành lập và cập nhật bản đồ.
- Quản lý điểm khống chế.
- Quản lý dữ liệu khảo sát.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian.
- Phân tích địa hình.
- Theo dõi biến động đối tượng.
- Quản lý tài sản theo vị trí.
Nhờ đó, dữ liệu trắc địa không chỉ phục vụ một lần cho việc lập bản đồ mà còn có thể trở thành nguồn dữ liệu lâu dài.
Ứng dụng GIS trong quản lý đất đai
Đây là một trong những ứng dụng quan trọng của GIS.
GIS có thể hỗ trợ quản lý:
- Thửa đất.
- Ranh giới.
- Loại đất.
- Hiện trạng sử dụng.
- Quy hoạch.
- Biến động đất đai.
- Các thông tin liên quan đến từng khu vực.
Việc liên kết dữ liệu thuộc tính với vị trí trên bản đồ giúp quá trình tra cứu và quản lý trực quan hơn.
Ứng dụng GIS trong quy hoạch đô thị
Trong quy hoạch, GIS giúp tập hợp nhiều nguồn thông tin trên cùng một nền tảng.
Người làm quy hoạch có thể kết hợp dữ liệu về dân cư, giao thông, địa hình, đất đai, trường học, bệnh viện và hệ thống hạ tầng để nghiên cứu phương án phát triển.
GIS cũng hỗ trợ xác định khoảng cách, vùng ảnh hưởng và khả năng tiếp cận các công trình dịch vụ công cộng.
Ứng dụng GIS trong giao thông
GIS được sử dụng để quản lý mạng lưới đường, cầu, biển báo và nhiều tài sản giao thông khác.
Dữ liệu GIS còn có thể hỗ trợ:
- Phân tích mạng lưới đường.
- Tìm tuyến đường phù hợp.
- Quản lý tình trạng mặt đường.
- Theo dõi vị trí tài sản.
- Lập kế hoạch bảo trì.
- Phân tích khu vực thường xảy ra ùn tắc hoặc sự cố.
GIS trong cấp thoát nước và điện lực
Một hệ thống cấp nước có thể có hàng nghìn kilomet đường ống cùng rất nhiều van, đồng hồ và thiết bị.
Khi đưa lên GIS, đơn vị quản lý có thể biết từng đường ống nằm ở đâu, kích thước bao nhiêu, được lắp đặt khi nào và liên kết với tuyến nào.
Tương tự, ngành điện có thể ứng dụng GIS để quản lý cột điện, trạm biến áp, tuyến dây và các tài sản trên lưới điện.
Đây là ví dụ điển hình về ứng dụng GIS trong quản lý tài sản hạ tầng.
Ứng dụng GIS trong nông nghiệp
GIS kết hợp với GNSS, UAV, ảnh vệ tinh và cảm biến có thể hỗ trợ nông nghiệp chính xác.
Người quản lý có thể xây dựng bản đồ về:
- Loại cây trồng.
- Độ ẩm đất.
- Địa hình.
- Khu vực tưới.
- Tình trạng sinh trưởng.
- Khu vực có nguy cơ sâu bệnh.
Dữ liệu này hỗ trợ việc theo dõi và quản lý vùng sản xuất khoa học hơn.
GIS trong phòng chống thiên tai và môi trường
GIS cũng có giá trị lớn trong phân tích các hiện tượng có yếu tố không gian.
Dữ liệu địa hình, lượng mưa, sông ngòi, dân cư và hạ tầng có thể được kết hợp để xây dựng các bản đồ phục vụ đánh giá nguy cơ.
GIS được ứng dụng trong nghiên cứu:
- Ngập lụt.
- Sạt lở.
- Cháy rừng.
- Ô nhiễm môi trường.
- Biến động rừng.
- Thay đổi sử dụng đất.
Khi xảy ra thiên tai, bản đồ GIS cũng hỗ trợ các đơn vị liên quan đánh giá khu vực ảnh hưởng và lập kế hoạch ứng phó.
Mối liên hệ giữa GIS và máy GNSS RTK
Sự phát triển của máy GNSS RTK đã giúp quá trình xây dựng dữ liệu GIS ngoài thực địa trở nên nhanh và chính xác hơn.
Kỹ sư có thể mang thiết bị đến hiện trường để thu tọa độ của cột điện, hố ga, đường ống, mốc giới, cây xanh hoặc nhiều loại tài sản khác. Dữ liệu sau đó được chuyển sang phần mềm GIS để quản lý và biên tập.
Các thiết bị GNSS hiện đại còn có thể kết hợp với sổ tay điện tử và phần mềm thu thập dữ liệu, giúp người dùng vừa đo tọa độ vừa nhập thuộc tính ngay tại hiện trường.
Điều này giảm đáng kể thời gian nhập dữ liệu lại tại văn phòng.
GIS mang lại lợi ích gì?
Giá trị của GIS không chỉ nằm ở việc tạo ra một bản đồ đẹp. Điểm mạnh thực sự là khả năng biến dữ liệu vị trí thành thông tin phục vụ quản lý và phân tích.
GIS giúp tổ chức dữ liệu khoa học, trực quan hóa thông tin, tìm kiếm nhanh đối tượng, phát hiện mối quan hệ không gian và hỗ trợ đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu.
Khi kết hợp với GNSS RTK, UAV, viễn thám, cơ sở dữ liệu và công nghệ bản đồ số, GIS ngày càng trở thành một nền tảng quan trọng trong quá trình chuyển đổi số của nhiều ngành.
