Hệ thông tin địa lý - GIS

1 Lê Anh Việt Tú (NT) Bùi Hà Hiếu Đỗ Tuấn Linh Nguyễn Thị Như Thịnh Lê Duy Nam Ngô Thị Ngọc Ánh Nguyễn Mạnh Tiến 2 3 Hệ thông tin địa lý - GIS 1. Khái niệm của GIS 2. Các thành phần của GIS 3. Tính toán theo các mô hình để tạo ra thông tin mới 4 1. Khái niệm của GIS Hệ Thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. 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 (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) 5 2. Các thành phần của GIS 3 thành phần chính 6 12 3 4 5 Thiết bị số hóa: sử dụng để chuyển đổi các hình ảnh bản đồ sang dạng số hóa Đầu đọc,đĩa mềm ,CD-ROM: do dữ liệu thong tin địa lý là một khối lượng rất lớn bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian nên việc lưu trữ và cập nhật vào ra là rất quan trọng Trạmxử lý:xử lý ,kiểm soát thong tin vào ra,chuẩn hóa cơ sở dữ liệu,cập nhật cơ sở dữ liệu cho máy chủ Máy chủ :kiểm soát sự truy cập của người sử dụng,quản lý file,quản lý cơ sở dữ liệu,thao tác đồ họa và toàn bộ môi trường tính toán Thiết bị in:dung để in ấn các văn bản báo cáo của các loại bản đồ khác nhau tùy nhu cầu người sử dụng 6 Băng từ: dung để trao đổi dữ liệu với các hệ thống khác,thực hiện chức năng sao chép dữ liệu 2.1.Thiết bị (phần cứng) Bao gồm 7 2.2 Phần mềm Khái niệm : Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau : Xuất dữ liệu (Display and reporting) Biến đổi dữ liệu (Data transformation) - Tương tác với người dùng (Query input) Xuất dữ liệu (Display and reporting) Biến đổi dữ liệu (Data transformation) 8 2.3.Cơ sở dữ liệu địa lý 2 nhóm tách biệt nhóm thông tin không gian nhóm thông tin thuộc tính 9 3.Tác dụng của GIS 3.1. Tính toán theo các mô hình để tạo ra thông tin mới: - Bản đồ hiện trạng rừng hai thời kỳ được chồng xếp để có bản đồ về biến động rừng giữa hai thời kỳ Ví dụ Trong nông nghiệp GIS giúp: Tìm các vùng sinh thái và vùng tiềm năng cho một số cây trồng thông qua phân tích các lớp thông tin về đất trồng, độ ẩm, nhiệt độ, độ sâu của lớp phủ thổ nhưỡng, sâu bệnh và đặc tính cây trồng. Yếu tố địa hình, độ dốc, hướng dốc và sự có mặt của hệ thống thuỷ văn sẽ là các lớp thông tin quan trọng cho việc đánh giá vùng thích hợp 10 3.2. Các bài toán mô phỏng: • Theo các mô hình lý thuyết (mang tính giả định), GIS còn có ứng dụng trong các bài toán mô phỏng như các ví dụ sau: - Với một chiều cao đập cho trước, GIS có thể mô phỏng được mức, lượng, diện tích nước ngập. - Với các chiều rộng mở đường khác nhau trên bản đồ hiện trạng sử dụng đất, GIS cho phép mô phỏng các phương án mở đường và tiền đền bù. 11 3.3. Các ứng dụng có liên quan đến mô hình số độ cao: • - Như tính toán phạm vi quan sát từ điểm phục vụ cho các yêu cầu quân sự hoặc đặt trạm ăng ten viễn thông (điện thoại di động) - Các thông số của địa hình được xác định như độ cao, độ dốc còn phục vụ cho công tác qui hoạch (ví dụ phân cấp phòng hộ đầu nguồn) và các khoa học trái đất (địa mạo, địa lý). 3.4. Các phân tích mạng Để giải quyết các bài toán tìm đường ngắn nhất hay thời gian thích hợp để bật tắt đèn xanh đèn đỏ trong giao thông đô thị. 12 3.5. Các phân tích khoảng cách Có thể ứng dụng tìm đặt vị trí (allocation) như trạm xe buýt, trạm xăng, siêu thị …một cách hiệu quả nhất. Ngày nay GIS đang phát triển mạnh theo hướng tổ hợp, phát triển GIS lớn (enterprise), liên kết mạng, ứng dụng thành quả của các ngành khoa học khác vào GIS, như ứng dụng trí tuệ nhân tạo, lý thuyết mờ vào trong việc xử lý dữ liệu GIS, tích hợp GIS với các thông tin chuyên đề để hình thành hệ thông tin giải quyết một vấn đề cụ thể cũng như trợ giúp quyết định, nhất là trong quản lý lãnh thổ…. 13 video 3.6. Lập chính sách, quy hoạch, quản lý thành phố • GIS giúp cho việc quản lý đô thị. GIS trong nghiên cứu đô thị từ rất nhiều khía cạnh khác nhau như: quản lý nhà đất, giao thông, ô nhiễm nước, các hệ thống cấp thoát nước. • GIS cho phép nghiên cứu và quản lý cũng như việc hoạch định các chính sách đô thị, - Quy hoạch vùng, quy hoạch sử dụng đất đai - Giải quyết vấn đề trong trường hợp khẩn cấp - Quản lý, chống tội ác - Quản lý thuế 14 Ứng dụng GIS trong phân tích điều hành, xây dựng chính sách kinh tế 15 3.7. Quản lý hệ thống đường phố: Kiểm soát không gian trên mặt đất, mặt đất, đường ống ngầm, kiến trúc ngầm, địa tầngKiểm soát kiến trúc, giao thông đô thị 16 3.8. Quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường GIS là công cụ hữu hiệu trong việc thành lập các bản đồ hiện trạng tài nguyên đất sử dụng và đất phủ. GIS còn có tác dụng trong việc đánh giá các tai biến và rủi ro môi trường như nghiên cứu xói mòn, trượt đất Vệ Tinh VNREDSat-1A quan sát tài nguyên thiên nhiên, quản lý môi trường, thiên tai. 17 3.9. Kỹ thuật công chánh: - Định vị các công trình ngầm - Thiết kế tuyến giao thông - Bảo quản cơ sở hạ tầng - Kinh doanh, tiếp thị - Phân tích thị trường - Lựa chọn vị trí 3.10. Hành chính giáo dục: - Phân vùng trường học - Dự báo số lượng học sinh - Tuyến xe buýt - Địa ốc - Dự báo giá đất - Đánh giá ảnh hưởng của giao thông đến giá địa ốc - Tối ưu sử dụng 18 3.11. Y tế: - Dự báo lan truyền bệnh - Phân tích nhu cầu y tế - Thống kê tài sản y tế Bản đồ Tỷ lệ tử vong bệnh tim tuổi từ 35 năm trở lên theo vùng Bản đồ dự báo lan truyền bệnh 19 GiỚI THIỆU Global Positioning System (Toàn cầu) (Định vị) (Hệ thống) HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TÒAN CẦU 20 Khái niệm GPS • Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh. 21 • Tuy được quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng một số chức năng của GPS miễn phí, bất kể quốc tịch nào. 22 Độ chính xác • Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. • Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét. • Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai(Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. 23 Hệ thống định vị tòan cầu ( GPS ) do Bộ Quốc phòng Mỹ phát triển và điều hành. Hệ thống gồm 3 phần : GPS Phần vũ trụ (Space segment ) Phần điều khiển (Control Segment ) Phần sử dụng (Use Segment ) 24 Phần vũ trụ Gồm 24 vệ tinh quay xung quanh trái đất hai lần trong ngày trong quỹ đạo rất chính xác. Độ cao vệ tinh so với mặt đất là 20.183 km, chu kỳ quay quanh trái đất là 11 giờ 57’58”. Phần vũ trụ sẽ bảo đảm cho bất kỳ vị trí nào trên quả đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh ở góc trên 15 độ ( nếu góc ở ngưỡng 10 độ thì có thể quan sát được 10 vệ tinh và ở góc ngưỡng 5 độ có thể quan sát được 12 vệ tinh. 25  Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ phần điều khiển.  Xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh.  Duy trì chính xác cao của thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử.  Chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng.  Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ mặt đất. GPS 26 Gồm một trạm điều khiển chính. 5 trạm thu số liệu. 3 trạm truyền số liệu. Trạm đìều khiển chính đặt tại Colorade Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý. Công nghệ xử lý gồm : Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh quỹ Đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng họat động bằng các vệ tinh dự phòng. 5 trạm thu số liệu được đặt tại Hawai , Colorade Springs , Ascension (Nam Đại Tây Dương) , Diago Garia (Ấn Độ Dương) , Kwayalein (Nam Thái Bình Dương). Có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm sóat và dự đóan quỹ đạo của chúng. Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-code để thu các tín hiệu của vệ tinh, sau đó truyền về trạm điều khiển chính.3 trạm truyền số liệu đặt tại Ascension , Diago Garia , Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều khiển từ xa. 27 Phần sử dụng gồm : - Những máy thu tín hiệu GPS có anten riêng ( máy định vị ). - Các thiết bị tự ghi ( bộ ghi số liệu ). - Máy tính ( phần mềm xử lý số liệu ). Máy thu GPS tính tóan đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ chính xác từ dưới 1m – 5m. Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ , máy thu GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh rồi tính tóan định vị. Kết quả tính được là tọa độ hiển thị trên màn hình bộ ghi số liệu.  Bộ ghi số liệu là máy cầm tay, có phần mềm thu thập số liệu. Bộ ghi số liệu có thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tính với vị trí. Máy tính, phần mềm xử lý số liệu : Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm xử lý số liệu. Sau khi thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và thông tin thuộc tính sang máy tính (PC), sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác (bằng kỹ thuật phân sai). Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập hoặc vẽ. Phần mềm này cũng hỗ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho GPS hoặc các cơ sở dữ liệu khác. GPS 28 Ứng Dụng • Quân sự • Dân Dụng 29 Dân dụng GPS và RS (Remote Sensing) đang phục vụ đắc lực cho công nghệ GIS. GPS • Giao thông vận tải ( bản đồ giao thông… ) • Thủy lợi ( đường ống nước, đường nước thải, kênh mương nước..), • Xây dựng , điện, viễn thông (đường dây điện thọai..), • Nông lâm nghiệp, điều tra tài nguyên, bảo vệ môi trường... • Đặc biệt là trong các lĩnh vực đo đạc bản đồ. Ngày nay hệ thống định vị tòan cầu được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như : 30 Quản lí điều hành xe • Giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe…. • Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường ( vị trí xe được thể hiện nháp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time) • Lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình • Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn • Quản lý theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm • Báo cáo cước phí và tổng số km của từng xe (ngày/tháng) • Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn • Chức năng chống trộm. 31 Quân sự • Vũ khí hạt nhân • Bom thông minh JDAM • Tên lửa không đối đất • Tên lửa tấn công đất liền • Tên lửa hành trình • Tên lửa đất đối đất • Máy bay huấn luyện Mikoyan MiG-AT của Nga. 32 Pháo định vị GPS sai số vòng tròn 0,5m, giúp tấn công chuẩn xác mục tiêu từ cách xa hàng chục km Bom thông minh JDAM giúp phi công tấn công một cách chuẩn xác mục tiêu từ cách xa 8-10km một khoảng cách an toàn cho phi công 33 GPS trong quân sự chính là sự khai thác tối ưu không gian 4 chiều. 3.25 34 video Ứng dụng định vị toàn cầu trong hệ thống vũ khí chính xác cao tại Việt Nam 35 Video L/O/G/O www.themegallery.com Thank You! 36