Bản đồ số là gì? Lịch sử hình thành và tính ứng dụng của bản đồ số

Khái niệm bản đồ số

Bản đồ số là hệ thống các thông tin về yếu tố địa hình, các đối tượng, hiện tượng, địa lý đã được mã hóa và lưu trữ dưới dạng số (bao gồm tọa độ, độ cao h, các số liệu thuộc tính). Do đó, các dữ liệu này được lưu trữ và được đọc bởi các thiết bị như đĩa từ, đĩa CD, đĩa cứng, các thiết bị lưu trữ thông qua cổng USB,…

Trong đó, bản đồ số gồm những thành phần cơ bản sau :

• Thiết bị ghi dữ liệu
• Máy tính
• Cơ sở dữ liệu
• Thiết bị thể hiện bản đồ

Bản đồ số là các file dữ liệu được ghi lại trong bộ nhớ máy tính và được thể hiện ở dạng hình ảnh tương tự như bản đồ truyền thống trên màn hình kỹ thuật số. Về mức độ đầy đủ thông tin về nội dung và độ chính xác của các yếu tố trong bản đồ số hoàn toàn giống như bản đồ truyền thống, có nghĩa chúng phải đáp ứng được các yêu cầu và tiêu chuẩn bản đồ. 

Đặc điểm của bản đồ số

Về cơ bản, bản đồ số cũng có khá đầy đủ những đặc thù đặc trưng của bản đồ truyền thống lịch sử như :

• Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt Trái đất, trên cơ sở toán học xác định bao gồm: tỷ lệ, phép chiếu, bố cục bản đồ và sai số biến dạng của bản đồ tùy theo phép chiếu
• Các đối tượng và hiện tượng (nội dung bản đồ) được biểu thị theo phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định (tổng quát hóa bản đồ)
• Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ

Ngoài ra, bản đồ số có 1 số ít đặc thù riêng như

• Thông tin được lưu trữ dưới dạng mã nhị phân (binary)
• Cấu trúc thông tin theo dạng Raster và Vector, kèm theo Topology được tổ chức thành các file bản đồ riêng hoặc liên kết thành thư mục
• Bản đồ số chứa đựng những dữ liệu mà bản đồ truyền thống không thể liên kết trực tiếp
• Khối lượng dữ liệu bản đồ số là rất lớn
• Tỷ lệ bản đồ số mang tính điều kiện

Tính chất của bản đồ số

Nhờ vào sự tăng trưởng của công nghệ tiên tiến, bản đồ số có tính linh động hơn bản đồ truyền thống lịch sử trải qua những yếu tố như :

• Tính trực quan
• Tính đầy đủ
• Bản đồ số có tính chuẩn hóa cao
• Đa dạng ứng dụng

Bản đồ số là gì, khái niệm của bản đồ số?

Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ bản đồ số

Định nghĩa về Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Định nghĩa về GIS ( Geographic Information Systems ) đã được rất nhiều những chuyên viên và nhà khoa học định nghĩa, xuất phát từ những toàn cảnh, mục tiêu sử dụng và quan điểm khoa học khác nhau .Trong đó, có một định nghĩa từ ESRI mang tính khái quát và được sử dụng phổ cập nhất :

“ Hệ thống thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức triển khai gồm có phần cứng, ứng dụng máy tính, tài liệu địa lý và con người, được phong cách thiết kế nhằm mục đích mục tiêu chớp lấy, tàng trữ, update, tinh chỉnh và điều khiển, nghiên cứu và phân tích và kết xuất tổng thể những dạng thông tin tương quan đến vị trí địa lý ” .

Trong đó, Hệ thống thông tin địa lý được tích hợp bởi 5 thành phần chính :

• Con người
• Phần cứng
• Phần mềm
• Cơ sở dữ liệu
• Quy trình

Các giai đoạn lịch sử phát triển của GIS

Giai đoạn trước năm 1960: Sự phát triển của GIS vẫn chìm trong bóng tối

Vào những năm 1950, khi đó bản đồ vẫn còn rất sơ khai bởi chưa có sự tăng trưởng của công nghệ tiên tiến máy tính. Bằng việc vẽ tay trên giấy, những nhà địa lý học chỉ hoàn toàn có thể thiết kế xây dựng bản đồ định tuyến xe, những bản đồ quy hoạch mới và những điểm vị trí chăm sóc .Bằng việc nghiên cứu và phân tích khoảng trống, lựa chọn được đưa ra đó là lập bản đồ lưới. Cụ thể, bản đồ lưới được sử dụng những lớp trong suốt được chiếu trên bảng ánh sáng để xác lập những khu vực chồng lên nhau. Tuy nhiên điều này đi cùng với hạn chế đó là không hề đo lường và thống kê những khu vực liền kề nhau bởi tài liệu thô và khoảng cách đo đạc được là không đúng chuẩn .Từ đây, tiền đề cho sự quy đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số được khởi đầu .

Từ năm 1960 – 1975: Thời kỳ tiên phong của GIS

Những sáng tạo độc đáo tiên phong của GIS thực sự được hình thành từ đầu những năm 1960 – 1980Các mảnh ghép bản đồ được ghép lại với nhau bởi những văn minh trong công nghệ tiên tiến :

• Ánh xạ đồ họa được xuất ra bởi máy in dòng
• Những tiến bộ trong việc lưu trữ dữ liệu với máy tính lớn
• Dữ liệu ghi đầu vào tọa độ được kết hợp

Vào năm 1960, Roger Tomlinson được coi như là cha đẻ của GIS đã khởi xướng, kiến thiết xây dựng kế hoạch và trực tiếp chỉ huy việc tăng trưởng mạng lưới hệ thống địa lý Canada ( CGIS ) .Tại đây, thời gian quan trọng của GIS mở màn được hình thành và CGIS được coi là nguồn gốc của mạng lưới hệ thống thông tin địa lý. Khi đó, CGIS được tiếp cận theo lớp để giải quyết và xử lý bản đồ và được sử dụng để tàng trữ, nghiên cứu và phân tích và thao tác trên những tài liệu được tích lũy về Canada Land Inventory ( sử dụng những đặc tính của đất, mạng lưới hệ thống thoát nước và khí hậu để xác lập năng lực của những loại cây cối và vùng trồng rừng ). Từ đây họ đã nhanh gọn nhận ra sự quan trọng của tài liệu đúng mực và tương thích để Giao hàng hoạt động giải trí quy hoạch đất đai .Trong những năm sau đó, GIS đã được chỉnh sửa và nâng cấp cải tiến để theo kịp với sự tăng trưởng của công nghệ tiên tiến .

Sự phát triển của công nghệ tạo nên bản đồ số ngày nay

Các dạng dữ liệu bản đồ số

Cơ sở tài liệu của mạng lưới hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi là bản đồ số được chia làm 2 loại số liệu cơ bản : Số liệu khoảng trống và phi khoảng trống .

• Số liệu không gian: Là những mô tả hình ảnh bản đồ bao gồm tọa độ, quy luật và ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản đồ cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không gian để tạo ra bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị ngoại vi

• Số liệu phi không gian: Là những diễn tả về đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của chúng, Các số liệu phi không gian còn được gọi là dữ liệu phi thuộc tính, chúng có liên quan đến vị trí địa lý hoặc các đối tượng không gian và liên kết chặt chẽ với nhau trong hệ thống thông tin địa lý thông qua một cơ chế thống nhất chung. 

Dạng số liệu không gian trong bản đồ số

Hệ thống Vector

Các đối tượng người dùng khoảng trống khi trình diễn ở cấu trúc tài liệu vector được tổ chức triển khai dưới dạng điểm ( point ), đường ( line ) và vùng ( polygon ) được màn biểu diễn trên một trục tọa độ. Với mỗi đối tượng người tiêu dùng màn biểu diễn trên mặt phẳng bởi một cặp tọa độ ( x, y ) ; đối tượng người tiêu dùng đường được xác lập bởi một chuỗi những điểm ( vertex ), đoạn thẳng được nối giữa những điểm ( vertex ) hay còn gọi là cạnh ( segment ), điểm mở màn và điểm kết thúc của một đường được gọi là những nút ( node ) ; đối tượng người dùng vùng được xác lập bởi những đường khép kín .Đối tượng đường gồm các nút điểm cạnhTrong cấu trúc tài liệu vector, có hai loại được biết đến là cấu trúc Spaghetti và cấu trúc Topology. Trong đó, cấu trúc Spaghetti sinh ra trước và được sử dụng cho đến ngày này trên 1 số ít ứng dụng GIS thông dụng như : Arcview GIS, ArcGIS, … Cấu trúc Topology được sinh ra trên nền tảng quy mô tài liệu cung – nút ( Arc – Node ) .

• Mô hình dữ liệu vector Spaghetti

Đơn vị cơ sở trong cấu trúc tài liệu Spaghetti là những cặp tọa độ trên một khoảng trống địa lý xác lập. Mỗi đối tượng người dùng điểm được xác lập bằng một cặp tọa độ ( x, y ) ; mỗi đối tượng người tiêu dùng đường được màn biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ ( xi, yi ) ; mỗi đối tượng người dùng vùng được màn biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ ( xj, yj ) với điểm đầu và cuối trùng nhau .Biểu diễn điểmBiểu diễn đườngBiểu diễn vùngƯu điểm của quy mô này đó là dễ trình diễn và chỉnh sửa và biên tập. Tuy nhiên trong quy mô tài liệu vector Spaghetti không miêu tả được mối quan hệ khoảng trống giữa những đối tượng người tiêu dùng, do đó những phép nghiên cứu và phân tích, đo lường và thống kê khoảng trống đều gặp khó khăn vất vả .

• Mô hình dữ liệu vector Topology

Cấu trúc Topology được gọi là cấu trúc cung –  nút (Arc – Node). Cấu trúc này được xây dựng trên mô hình cung – nút, trong đố cung là phần từ cơ sở. Việc xác định các phần tử không gian được dựa trên các định nghĩa:

• Mỗi cung được xác đinh bởi 2 nút, các phần tử ở giữa 2 nút là các điểm điều khiển (vertex), các điểm này được xác định hình dạng của cung.
• Các cung giao nhau tại các nút, kết thúc một cung là nút.
• Vùng là tập hợp tại các cung khép kín, trong trường hợp vùng ngoài vùng thì có sự phân biệt giữa cung bên trong và cung bên ngoài.

Trong cấu trúc Topology, những đối tượng người tiêu dùng khoảng trống được miêu tả bằng bốn tài liệu :

• Bảng tọa độ cung
• Bảng Topology cung
• Bảng Topology nút 
• Bảng Topology vùng

Giữa những bảng này có mối link với nhau trải qua cung. Từ đó, hoàn toàn có thể nghiên cứu và phân tích quan hệ của những đối tượng người tiêu dùng khoảng trống trên cùng một hệ tọa độ .Dữ liệu Topology vector

Hệ thống Raster

Mô hình tài liệu dạng Raster phản ánh hàng loạt vùng điều tra và nghiên cứu dưới dạng một lưới những ô vuông hay điểm ảnh ( px ). Mô hình Raster có những đặc thù :

• Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới
• Mỗi một điểm ảnh (pixel) chứa một giá trị
• Một tập hợp các ma trận điểm và giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer)
• Cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Mô hình dữ liệu Raster và VectorMô hình tài liệu Raster là quy mô tài liệu GIS được dùng khá thông dụng trong những nghiên cứu và phân tích và Dự kiến thiên nhiên và môi trường, quản trị tài nguyên vạn vật thiên nhiên. Trong đó, quy mô Raster đa phần dùng để phản ánh những đối tượng người dùng dạng vùng là ứng dụng cho những bài toán thực thi trên những loại đối tượng người dùng dạng vùng : phân loại, chồng xếp .Raster được thiết kế xây dựng trên những nguồn tài liệu :

• Quét ảnh
• Ảnh máy bay, viễn thám
• Chuyển từ dữ liệu vector
• Lưu trữ dữ liệu dạng Raster
• Nén theo hàng (Run length coding)
• Nén theo chia nhỏ từng phần (Quadtree)
• Nén theo ngữ cảnh (Fractal)

Đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong bản đồ số, quy mô tài liệu Raster nhất thiết được sử dụng. Các công cụ nghiên cứu và phân tích của mạng lưới hệ thống bản đồ số ( GIS ) nhờ vào ngặt nghèo vào quy mô tài liệu Raster. Do đó, cần yên cầu quy trình đổi khác quy mô từ Vector sang Raster hay còn được gọi là Raster hóa. trái lại, quy trình biến hóa từ quy mô Raster sang Vector được gọi là Vector hóa, đặc biệt quan trọng thiết yếu khi từ động quét ảnh .Chuyển đổi Vector sang Raster

Dạng số liệu phi không gian

Số liệu phi khoảng trống hay còn gọi là số liệu thuộc tính là những miêu tả về đặc tính, đặc thù và những hiện tượng kỳ lạ xảy ra tại những vị trí địa lý xác lập. Các tính năng đặc biệt quan trọng của công nghệ tiên tiến GIS là năng lực trong việc link và giải quyết và xử lý đồng thời giữa tài liệu bản đồ và tài liệu thuộc tính .Hệ thống thông tin địa lý trên nền bản đồ số thường thì có 4 loại số liệu thuộc tính

Đặc tính đối tượng

Liên kết ngặt nghèo với những thông tin khoảng trống hoàn toàn có thể triển khai SQL ( Structure Query Language ) và nghiên cứu và phân tích. Các thông tin miêu tả có đặc thù :

• Có thể nằm tại một vị trí xác định trên bản đồ
• Có thể chạy dọc theo đường (arc)
• Có các kích thước, màu sắc, kiểu chữ khác nhau
• Có nhiều mức thông tin mô tả có thể được tạo ra với ứng dụng khác nhau
• Tạo thông tin cơ sở dữ liệu lưu trữ thuộc tính
• Tạo độc lập các đối tượng địa lý trong bản đồ
• Không có liên kết với các đối tượng điểm, đường, vùng và dữ liệu thuộc tính

Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý

Được diễn đạt những sự kiện hoặc hiện tượng kỳ lạ xảy ra tại một vị trí xác lập. Số liệu này diễn đạt những hoạt động giải trí như được cho phép thiết kế xây dựng, báo cáo giải trình tai nạn thương tâm, điều tra và nghiên cứu y tế, … tương quan đến những vị trí địa lý xác lập. Các thông tin tìm hiểu thêm địa lý này được tàng trữ và quản trị trong file độc lập và mạng lưới hệ thống không trực tiếp tổng hợp những hình ảnh bản đồ trong cơ sở tài liệu của mạng lưới hệ thống .

Chỉ số địa lý

Chỉ số địa lý được lưu trong mạng lưới hệ thống thông tin địa lý để lựa chọn, link và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng được miêu tả bằng những chỉ số địa lý xác lập. Một chỉ số gồm có nhiều bộ xác lập cho những thực thể địa lý sử dụng từ những cơ quan khác nhau như lập list những mã địa lý mà chúng xác lập mối quan hệ khoảng trống giữa những vị trí hoặc giữa những hình ảnh hay thực thể địa lý .Ví dụ như địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý tương quan đến đối tượng người tiêu dùng địa lý đó .

Quan hệ các đối tượng không gian

Các thực thể tại vị trí địa lý đơn cử rất quan trọng cho công dụng giải quyết và xử lý của mạng lưới hệ thống thông tin địa lý. Mối quan hệ khoảng trống hoàn toàn có thể là mối quan hệ đơn thuần hay logic. Trong đó, quan hệ Topology là một quan hệ khoảng trống. Các quan hệ khoảng trống hoàn toàn có thể được mã hóa như những thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng trải qua giá trị tọa độ của những thực thể .Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính

Ứng dụng thực tiễn của bản đồ số 

Hệ thống thông tin địa lý ( GIS ) được phong cách thiết kế như một mạng lưới hệ thống chung để quản trị tài liệu khoảng trống. Bởi vậy, việc ứng dụng mạng lưới hệ thống thông tin địa lý trong việc tăng trưởng đô thị và môi trường tự nhiên tự nhiên gồm có : quy hoạch đô thị ; quản trị nguồn nhân lực ; nông nghiệp trồng trọt ; quản lý tài sản công, hạ tầng ; giám sát lộ trình ; …Trong hầu hết những nghành, GIS đóng vai trò là một công cụ tương hỗ cho việc lập kế hoạch hoạt động giải trí và quản lý và vận hành .

Ứng dụng GIS trong lĩnh vực Quản lý đô thị, dữ liệu kết cấu hạ tầng

Quản lý đô thị và tài liệu kiến trúc là nghành yên cầu nguồn tài liệu thông tin to lớn nhất trong công nghệ GIS bởi nó sử dụng tài liệu khoảng trống nhiều nhất. Các ban ngành, từ Trung ương đến cơ sở đều hoàn toàn có thể dựa vào GIS trong hoạt động giải trí quản trị, vận hành tại địa phương. GIS được ứng dụng nhiều trong việc tìm kiếm và quản trị đất đai, bảo trì trùng tu đường xá, mạng lưới hệ thống vệ sinh môi trường tự nhiên đô thị, giao thông vận tải, … Bên cạnh đó, GIS còn được sử dụng trong những TT tinh chỉnh và điều khiển và quản trị thuộc ban, ngành để giải quyết và xử lý những trường hợp khẩn cấp .

Ứng dụng GIS trong lĩnh vực doanh nghiệp sản xuất, bán lẻ

Hầu hết lúc bấy giờ những doanh nghiệp thuộc những nghành như sản xuất. kinh doanh bán lẻ, thực phẩm, y tế, … đều đã đưa ứng dụng GIS vào hoạt động giải trí xác lập vị trí và nhu yếu người mua nhằm mục đích phân phối đúng chuẩn nhất đến người tiêu dùng. Bởi ứng dụng của GIS được sử dụng để tàng trữ thông tin về kinh tế tài chính – xã hội của người mua trong một khu vực địa lý xác lập. Thông tin dữ liệu đó được GIS nghiên cứu và phân tích và đo lường và thống kê lượng sản phẩm & hàng hóa hoàn toàn có thể phân phối đến những khu vực địa lý một cách tương thích nhất .Ứng dụng GIS trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Ứng dụng GIS trong Giao thông vận tải

Tính ứng dụng của mạng lưới hệ thống thông tin địa lý được ứng dụng đáng kể trong nghành nghề dịch vụ giao thông vận tải vận tải đường bộ. Việc lập kế hoạch quản lý và vận hành giao thông vận tải và trùng tu, bảo trì hạ tầng đường đi bộ là một trong những hoạt động giải trí mang tính thực tiễn. Sự tương hỗ từ nền tảng bản đồ số GIS được ứng dụng hiệu suất cao trong công tác làm việc tiến hành thiết kế xây dựng mạng lưới hệ thống thông tin quản trị cho những sở, ban, ngành trải qua quy mô điện toán đám mây. Cho phép người dùng thu thập dữ liệu tại thực địa, tra cứu thông tin thuận tiện theo khu vực địa lý .

Ứng dụng GIS trong lĩnh vực Y tế

Không dừng lại ở những hoạt động giải trí nhìn nhận thực trạng, quản lý tài sản thường thì mà GIS còn hoàn toàn có thể vận dụng trong cả nghành nghề dịch vụ y tế. Bằng việc thu thập dữ liệu hạ tầng giao thông vận tải, GIS hoàn toàn có thể chỉ ra lộ trình nhanh nhất giữa những vị trí của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu theo thời hạn thực. Bên cạnh đó, GIS cơ bản còn được sử dụng như một công cụ nghiên cứu và điều tra sự lây lan cũng như nguyên do bùng phát của dịch bệnh theo khu vực địa lý .

Ứng dụng GIS trong Quản lý đất đai, nông nghiệp

Hệ thống thông tin địa lý cung cấp những thông tin đặc trưng về lĩnh vực quản lý đất đai, nông nghiệp cụ thể như: cung cấp thông tin quy hoạch xây dựng, dữ liệu cấp phép xây dựng, hệ thống quản lý đất đai, các dữ liệu nghiên cứu về đất trồng, nguồn nước,…

Ứng dụng GIS trong lĩnh vực Tài chính ngân hàng

Lĩnh vực kinh tế tài chính ngân hàng nhà nước được ứng dụng GIS trong hoạt động giải trí xác lập vị trí Trụ sở ngân hàng nhà nước, cây rút tiền ATM, những văn phòng thanh toán giao dịch, … Mục đích sử dụng của GIS trong nghành này hiện ngày một tăng lên bởi công nghệ tiên tiến này còn đưa ra được những nhìn nhận về rủi ro đáng tiếc cho những mục tiêu bảo hiểm, xác lập độ đúng mực về những khu vực có mức độ rủi ro đáng tiếc cao hay thấp, … gồm có những tài liệu cơ sở về mức độ vi phạm pháp lý, địa chất học, môi trường tự nhiên sống, giá trị gia tài mà dân số khu vực nắm giữ, trình độ học vấn, …

Nguồn tham khảo: The remarkable history of GIS

Biên dịch bởi đội ngũ eKMap

Mời bạn đọc tham khảo thêm:

GIS là gì? Tổng hợp kiến thức lĩnh vực bản đồ

Bản đồ Địa lý Thế giới và những điều cần biết

Hướng dẫn cách đọc bản đồ địa hình chính xác nhất

5 phương pháp sử dụng ảnh bản đồ vệ tinh hiệu quả

GIS Software: Tổng quan kiến thức về phần mềm GIS bạn nên biết

Hướng dẫn phân biệt 05 loại bản đồ thông dụng và mục đích sử dụng

Phân biệt giữa công nghệ GIS và GPS