Phần mềm GIS là gì? Thành phần chính và phần mềm GIS thông dụng

Từ quy hoạch đô thị, quản lý đất đai cho đến giám sát hạ tầng, tất cả đều có sự hiện diện của phần mềm GIS. Đây là một công nghệ không thể trong thời đại chuyển đổi số.

1. Phần mềm GIS là gì?

Phần mềm GIS (Geographic Information System) là phần mềm hệ thống thông tin địa lý được thiết kế để thu thập, lưu trữ, quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian có tham chiếu địa lý. Được dùng để kết hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau phục vụ thành lập nhiều loại bản đồ, đưa ‘thế giới thực’ vào trong môi trường số là các cơ sở dữ liệu.

Phần mềm GIS hoạt động dựa trên nguyên lý tích hợp dữ liệu không gian với dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu không gian mô tả vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái đất, trong khi dữ liệu thuộc tính cung cấp thông tin mô tả về các đặc điểm của những đối tượng này.

2. Các thành phần chính của GIS

2.1. Phần cứng

Phần cứng là nền tảng vật lý của hệ thống GIS, bao gồm các thiết bị và phụ kiện cần thiết để vận hành phần mềm, gồm máy tính cá nhân, máy chủ, thiết bị lưu trữ dữ liệu, màn hình hiển thị độ phân giải cao, máy in chuyên dụng và các thiết bị đầu vào như máy quét, bảng số hóa.

2.2. Phần mềm

Phần mềm GIS là thành phần cốt lõi cung cấp các chức năng và công cụ để thao tác với dữ liệu không gian. Bao gồm hệ điều hành, phần mềm GIS chính, các module mở rộng và phần mềm hỗ trợ. Phần mềm GIS cung cấp giao diện cho người dùng nhập, chỉnh sửa, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu địa lý.

Các chức năng chính của phần mềm GIS bao gồm quản lý cơ sở dữ liệu không gian, công cụ phân tích không gian, tạo bản đồ chuyên đề, mô hình hóa dữ liệu và xuất báo cáo. Nhiều phần mềm GIS hiện đại còn tích hợp khả năng lập trình, cho phép người dùng tùy chỉnh và phát triển các ứng dụng chuyên biệt.

2.3. Dữ liệu

Dữ liệu là thành phần quan trọng nhất của hệ thống GIS, bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Dữ liệu không gian được biểu diễn dưới hai định dạng chính: vector và raster. Dữ liệu vector sử dụng các điểm, đường và vùng để mô tả các đối tượng địa lý, trong khi dữ liệu raster sử dụng lưới các pixel để biểu diễn thông tin liên tục như độ cao, nhiệt độ.

Chất lượng dữ liệu ảnh hưởng tới độ chính xác và hiệu quả của kết quả phân tích GIS. Dữ liệu cần được thu thập từ các nguồn có độ chính xác không gian và thuộc tính cao, được cập nhật thường xuyên và tuân thủ các tiêu chuẩn về siêu dữ liệu.

2.4. Người dùng

Người dùng là thành phần trọng tâm trong hệ thống GIS, đó là các chuyên gia GIS, nhà phân tích dữ liệu, kỹ thuật viên bản đồ và người dùng cuối. Mỗi nhóm người dùng có vai trò và yêu cầu kỹ năng khác nhau.

Chuyên gia GIS cần có hiểu biết sâu về lý thuyết không gian, kỹ thuật phân tích và khả năng sử dụng thành thạo các công cụ phần mềm. Người dùng cuối có thể chỉ cần kỹ năng cơ bản để truy cập và sử dụng thông tin từ hệ thống. Việc đào tạo và phát triển nguồn nhân lực GIS là yếu tố quan trọng đảm bảo hiệu quả triển khai hệ thống.

2.5. Phương pháp

Phương pháp là các quy trình, tiêu chuẩn và phương pháp luận để thiết kế, triển khai và vận hành hệ thống GIS hiệu quả. Điều này bao gồm phương pháp thu thập dữ liệu, quy trình quản lý chất lượng, tiêu chuẩn siêu dữ liệu, phương pháp phân tích không gian và quy trình bảo mật dữ liệu.

Phương pháp luận GIS cần được xây dựng phù hợp với mục tiêu cụ thể của đơn vị tổ chức, đảm bảo tính thống nhất trong quy trình làm việc và khả năng tái sử dụng kết quả.

3. Phân loại các phần mềm GIS

3.1. Desktop GIS

Desktop GIS là loại phần mềm GIS chạy trên máy tính cá nhân, cung cấp đầy đủ các chức năng phân tích và xử lý dữ liệu không gian. Đây là loại phần mềm phổ biến nhất, phù hợp cho công việc phân tích chuyên sâu, tạo bản đồ chất lượng cao và quản lý dự án GIS quy mô vừa và nhỏ.

Ưu điểm của Desktop GIS là khả năng xử lý mạnh mẽ, giao diện thân thiện và không phụ thuộc vào kết nối internet. Tuy nhiên, hạn chế là chi phí bản quyền cao, khó khăn trong việc chia sẻ dữ liệu và cộng tác nhóm. Các phần mềm Desktop GIS chúng ta thường thấy đó là ArcGIS, QGIS, MapInfo và Global Mapper.

3.2. Web GIS

Web GIS là hệ thống GIS hoạt động trên nền tảng web, cho phép người dùng truy cập và sử dụng các chức năng GIS thông qua trình duyệt web. Loại phần mềm này ngày càng phổ biến do khả năng truy cập từ xa, chia sẻ dữ liệu dễ dàng và chi phí triển khai thấp.

Web GIS đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng cần chia sẻ thông tin với nhiều người dùng, như hệ thống thông tin quy hoạch đô thị, bản đồ du lịch tương tác và hệ thống cảnh báo thiên tai. Các nền tảng Web GIS phổ biến bao gồm ArcGIS Online, Google Earth Engine, Mapbox và Leaflet.

Công ty Đất vàng Việt Nam cung cấp dịch vụ WebGIS phục vụ quản lý, cập nhật dữ liệu không gian, khai thác bản đồ. Đội ngũ nhân viên Đất vàng Việt Nam là những chuyên gia trong lĩnh vực GIS, VR360, Smart City đã thành công xây dựng cơ sở dữ liệu WebGIS trong dự án quy hoạch chung đô thị Vân Hồ, tỉnh Sơn La.

3.3. Server GIS

Server GIS – một loại phần mềm máy chủ dành cho các tổ chức lớn cần quản lý và phục vụ dữ liệu GIS cho nhiều người dùng đồng thời. Server GIS cung cấp khả năng xử lý dữ liệu quy mô lớn, đảm bảo hiệu suất cao và bảo mật dữ liệu. Giải pháp này thường được triển khai trong các cơ quan chính phủ, doanh nghiệp lớn và viện nghiên cứu. Các sản phẩm Server GIS tiêu biểu là ArcGIS Enterprise, GeoServer, MapServer và PostGIS.

3.4. GIS chuyên dụng

GIS chuyên dụng là các phần mềm GIS được phát triển cho các lĩnh vực ứng dụng cụ thể, tích hợp các chức năng GIS với kiến thức chuyên ngành. Ví dụ về GIS chuyên dụng bao gồm phần mềm quản lý tài sản hạ tầng (Asset Management), hệ thống thông tin quy hoạch (Planning Information System), phần mềm quản lý tài nguyên nước và ứng dụng GIS di động cho khảo sát thực địa. Các giải pháp này giúp tăng hiệu quả công việc và giảm thời gian đào tạo người dùng.

3.5. Giải đoán ảnh

Các ảnh viễn thám, ảnh hàng không và các dữ liệu thu thập từ cảm biến sử dụng phần mềm giải đoán ảnh để xử lý và phân tích. Những phần mềm này cung cấp các thuật toán tiên tiến để trích xuất thông tin từ ảnh số và chuyển đổi thành dữ liệu GIS.

Chức năng chính bao gồm hiệu chỉnh hình học, nâng cao chất lượng ảnh, phân loại đối tượng, phát hiện thay đổi và tạo bản đồ chuyên đề từ ảnh viễn thám. Các phần mềm tiêu biểu trong lĩnh vực này là ERDAS IMAGINE, ENVI, eCognition và Google Earth Engine.

3.6. Lidar

Phần mềm xử lý dữ liệu Lidar chuyên dụng cho việc phân tích điểm đám mây (point cloud) thu thập từ công nghệ quét laser. Lidar cung cấp dữ liệu độ cao chính xác cao, được ứng dụng rộng rãi trong lập bản đồ địa hình, mô hình hóa 3D và quản lý rừng.

Các phần mềm Lidar cung cấp công cụ lọc nhiễu, phân loại điểm, tạo mô hình số độ cao (DEM) và trích xuất đối tượng 3D. Một số phần mềm nổi bật trong lĩnh vực này include LAStools, CloudCompare, TerraSolid và GlobalMapper với module Lidar.

4. Các phần mềm GIS thông dụng hiện nay

4.1. Phần mềm GIS – ArcGIS

ArcGIS của Esri nằm trong hệ thống phần mềm GIS toàn diện và phổ biến nhất thế giới, bao gồm ArcGIS Desktop, ArcGIS Pro, ArcGIS Online và ArcGIS Enterprise. Đây là giải pháp hàng đầu cho các tổ chức chuyên nghiệp với đầy đủ chức năng từ cơ bản đến nâng cao.

Ưu điểm nổi bật của ArcGIS là giao diện trực quan, tài liệu hướng dẫn phong phú, cộng đồng người dùng lớn và có thể tích hợp với nhiều hệ thống khác. ArcGIS cung cấp các công cụ phân tích không gian, hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu và có khả năng mở rộng thông qua Python và ArcPy.

Tuy nhiên, nhược điểm của ArcGIS là chi phí bản quyền cao, đặc biệt với các gói nâng cao và tiện ích mở rộng.

4.2. Phần mềm GIS – QGIS

QGIS (Quantum GIS) là phần mềm GIS mã nguồn mở miễn phí, được phát triển bởi cộng đồng lập trình viên toàn cầu. Đây là lựa chọn hàng đầu cho những ai muốn sử dụng GIS mà không tốn chi phí bản quyền, đồng thời vẫn có được nhiều tính năng.

QGIS hỗ trợ đầy đủ các định dạng dữ liệu GIS phổ biến, cung cấp nhiều công cụ phân tích không gian và có khả năng tùy chỉnh cao thông qua Python plugins. Giao diện QGIS thân thiện với người dùng và được cập nhật thường xuyên với các tính năng mới. Phần mềm này đặc biệt phù hợp cho giáo dục, nghiên cứu.

Hạn chế của QGIS là hiệu suất có thể chậm hơn với dữ liệu lớn so với các giải pháp mang tính dịch vụ, và đôi khi gặp vấn đề về tính ổn định. Tuy nhiên, với sự phát triển liên tục của cộng đồng sản xuất, những hạn chế này đang dần được khắc phục.

4.3. Phần mềm GIS – Global Mapper

Global Mapper của Blue Marble Geographics là phần mềm GIS desktop với giá thành hợp lý, được thiết kế để xử lý nhiều loại dữ liệu không gian khác nhau. Điểm mạnh của Global Mapper là khả năng đọc và chuyển đổi hàng trăm định dạng dữ liệu, từ dữ liệu vector, raster đến dữ liệu độ cao và point cloud. Phần mềm này thường được dùng trong việc xử lý dữ liệu Lidar và tạo mô hình 3D. Giao diện đơn giản nhưng vẫn đầy đủ tính năng giúp người dùng nhanh chóng làm quen và sử dụng hiệu quả.

Global Mapper cung cấp các công cụ phân tích địa hình, tính toán thể tích, phân tích tầm nhìn và nhiều chức năng khác phù hợp cho công tác khảo sát, quy hoạch và quản lý tài nguyên. Chi phí bản quyền hợp lý khiến Global Mapper trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng như các chuyên gia làm việc độc lập.

Trong bối cảnh công nghệ 4.0 và chuyển đổi số, các phần mềm GIS đang có xu hướng phát triển theo hướng tích hợp AI, học máy và điện toán đám mây. Việc lựa chọn giữa ArcGIS, QGIS hay Global Mapper cần dựa trên nhiều yếu tố như ngân sách, quy mô dự án, yêu cầu kỹ thuật và đội ngũ nhân sự.

Sự thành công của một dự án GIS phụ thuộc sự kết hợp hài hòa giữa 5 thành phần: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, phương pháp và yếu tố quan trọng nhất là người dùng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ GIS, chúng ta có thể kỳ vọng vào những ứng dụng sáng tạo và hiệu quả hơn nữa trong tương lai gần.

Công ty Đất vàng Việt Nam cung cấp nhiều dịch vụ liên quan đến GIS như thành lập bản đồ quy hoạch, bản đồ địa chính phục vụ cho quản lý đô thị và hạ tầng. Ngoài ra chúng tôi còn xây dựng tour VR360 giúp khách hàng được “tham quan trực tiếp” các công trình bất động sản hoặc địa điểm du lịch giống như ở ngoài thực tế.

Và còn mô hình thông tin công trình (BIM), là công cụ giúp nhà đầu tư dự án hình dung được tổng thể quy mô, chi phí, tiến độ sát với thực tế của dự án đó trước khi khởi công xây dựng. Hãy liên hệ với Đất vàng Việt Nam thông qua website https://datvangvietnam.vn/ hoặc hotline 096.185.0990 để được tư vấn chi tiết hơn về các dịch vụ.