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

Với sự phát triển của công nghệ số, các nền tảng kỹ thuật số được phát triển mạnh mẽ, trong đó có bản đồ số. Vậy bạn hiểu như thế nào về bản đồ số và đặc điểm, tính chất của chúng như thế nào? Để tìm hiểu sâu hơn về chủ đề này, bài viết dưới đây eKMap sẽ cung cấp cho bạn đọc những nội dung liên quan đến vấn đề xoay quanh bản đồ số và cách ứng dụng bản đồ số vào các lĩnh vực trong cuộc sống

A. Tổng quan chung về bản đồ số

1. 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 các 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. 

2. Đặc điểm

Về cơ bản, bản đồ số cũng có đầy đủ các đặc điểm, đặc trưng của bản đồ truyền thống 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 một số đặc điểm 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

3. Tính chất

Nhờ vào sự phát triển của công nghệ, bản đồ số có tính linh hoạt hơn bản đồ truyền thống thông qua các 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?

4. Các dạng dữ liệu bản đồ số

Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý hay còn gọi là bản đồ số được chia làm 2 loại số liệu cơ bản: Số liệu không gian và Số liệu phi không gian.

4.1. 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. Có hai dạng hệ thống không gian địa lý chính:

4.1.1. Hệ thống Vector

Dữ liệu vectơ là dữ liệu trong đó các điểm, đường và đa giác đại diện cho các đối tượng địa lý như thuộc tính, thành phố, đường, núi và vùng nước.

Ví dụ: một biểu diễn trực quan sử dụng dữ liệu vectơ có thể bao gồm các ngôi nhà được biểu thị bằng điểm, đường được biểu thị bằng đường và toàn bộ thị trấn được biểu thị bằng đa giác.

Trong cấu trúc dữ liệu vector, có hai loại được biết đến là cấu trúc Spaghetti và cấu trúc Topology. 

a. Mô hình dữ liệu vector Spaghetti

Cấu trúc Spaghetti ra đời đầu tiên và được sử dụng cho đến ngày nay trên một số phần mềm GIS phổ biến như: Arcview GIS, ArcGIS,… 

Đơn vị cơ sở trong cấu trúc dữ liệu Spaghetti là các cặp tọa độ trên một không gian địa lý xác định. Mỗi đối tượng điểm được xác định bằng một cặp tọa độ (x,y); mỗi đối tượng đường được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xi,yi); mỗi đối tượng vùng được biểu diễn bằng một chuỗi cặp tọa độ (xj,yj) với điểm đầu và cuối trùng nhau.

Biểu diễn điểm

b. 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 đó cung là phần từ cơ sở. 

Trong cấu trúc Topology, các đối tượng không gian được mô tả bằng bốn dữ liệu:

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

Giữa các bảng này có mối liên kết với nhau thông qua cung. Từ đó, có thể phân tích quan hệ của các đối tượng không gian trên cùng một hệ tọa độ. 

Dữ liệu Topology vector

4.1.2. Hệ thống Raster

Mô hình dữ liệu dạng Raster phản ánh toàn bộ vùng nghiên cứu dưới dạng một lưới các ô vuông hay điểm ảnh (pixel). Mô hình Raster có các đặc điểm:

• 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

4.1.3. Mô hình dữ liệu Raster và Vector

Mô hình dữ liệu Vector là mô hình dữ liệu GIS được dùng khá phổ biến trong các phân tích và dự đoán môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên. Trong đó, mô hình Raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại, chồng xếp.

Các công cụ phân tích của hệ thống bản đồ số (GIS) phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu Raster. Do đó, cần đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình từ Vector sang Raster hay còn được gọi là Raster hóa. Ngược lại, quá trình biến đổi từ mô hình Raster sang Vector được gọi là Vector hóa, đặc biệt cần thiết khi từ động quét ảnh. 

Chuyển đổi Vector sang Raster

4.2. Số liệu phi không gian:

Còn được gọi số liệu thuộc tính, là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính. 

Hệ thống thông tin địa lý trên nền bản đồ số thông thường có 4 loại số liệu thuộc tính:

Đặc tính đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích.

Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: Được mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một vị trí xác định. Số liệu này mô tả các hoạt động như cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế,… liên quan đến các vị trí địa lý xác định và được lưu trữ và quản lý trong file độc lập và hệ thống không trực tiếp tổng hợp các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống. 

Chỉ số địa lý: Chỉ số địa lý được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để lựa chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định. Một chỉ số bao gồm nhiều bộ xác định cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau.

Quan hệ các đối tượng không gian: Mối quan hệ không gian có thể là mối quan hệ đơn giản hay logic. Trong đó, quan hệ Topology là một quan hệ không gian. Các quan hệ không gian có thể được mã hóa như các thông tin thuộc tính hoặc ứng dụng thông qua giá trị tọa độ của các thực thể. 

Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính

B. Ứng dụng bản đồ số vào thực tiễn

Trong thực tế, ứng dụng bản đồ số vào cuộc sống hiện nay đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công tác quy hoạch, xây dựng, quản lý không gian tại các vùng miền khác nhau,…

eKMap là nền tảng bản đồ số của Công ty cổ phần công nghệ thông tin địa lý eK – doanh nghiệp có hơn 20 kinh nghiệm trong việc phát triển GIS và bản đồ. Không chỉ cung cấp các nền tảng bản đồ số chung, eKMap còn cung cấp các dịch vụ bản đồ chuyên biệt cho từng lĩnh vực thuộc khối Chính phủ và khối Doanh nghiệp

1. Khối Chính phủ

1.1. Lĩnh vực quy hoạch

eKMap ứng dụng công nghệ bản đồ số trực tuyến và công nghệ di động phục vụ quản lý và công khai thông tin quy hoạch xây dựng, ứng dụng công nghệ viễn thám (ảnh vệ tinh, máy bay không người lái UAV) phục vụ giám sát thực hiện quy hoạch xanh – thông minh trên địa bàn tỉnh, thành phố

Bản đồ nền chuyên biệt cho quy hoạch xây dựng: Bản đồ nền đô thị được xây dựng với độ chi tiết và chính xác cao đáp ứng nhu cầu làm nền cho việc định hướng chính xác các đối tượng, các vị trí quan tâm trong quy hoạch

Số hóa, chuẩn hóa, chuyển đổi cơ sở dữ liệu: Dịch vụ tư vấn và thi công số hóa, chuẩn hóa, chuyển đổi cơ sở dữ liệu quy hoạch xây dựng toàn diện, chuyên biệt cho lĩnh vực quy hoạch xây dựng

Bộ ứng dụng GIS chuyên biệt cho quy hoạch xây dựng: Ứng dụng công nghệ GIS trực tuyến (hoặc công nghệ bản đồ số trực tuyến) giúp quản lý tập trung, thống nhất, trực quan cơ sở dữ liệu quy hoạch xây dựng, quy hoạch đô thị

1.2. Lĩnh vực hạ tầng kỹ thuật

eKMap xây dựng bộ giải pháp tổng thể ứng dụng công nghệ bản đồ số trực tuyến, công nghệ đo đạc và thu thập dữ liệu độ chính xác cao RTK – UAV để xây dựng, quản lý và vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu hạ tầng kỹ thuật đô thị đồng bộ, thống nhất phục vụ chính quyền số và đô thị thông minh với 3 dịch vụ chính:

Bản đồ nền được thiết kế chuyên biệt phục vụ quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị chi tiết đến vỉa hè, lòng lề đường, giải phân cách, kết hợp với hệ thống thủy văn và công trình xây dựng tại khu vực đô thị

Bộ ứng dụng GIS chuyên biệt cho lĩnh vực hạ tầng kỹ thuật đô thị: Quản lý vận hành hạ tầng kỹ thuật đô thị, quản lý duy tu, bảo dưỡng hạ tầng kỹ thuật đô thị, dashboard tổng hợp và báo cáo số liệu hạ tầng kỹ thuật đô thị, chia sẻ bản đồ và dữ liệu hạ tầng kỹ thuật đô thị phục vụ các hệ thống và ứng dụng khác

Thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu hạ tầng kỹ thuật đô thị: Sử dụng các công nghệ đo đạc và thu thập dữ liệu với độ chính xác cao RTK – UAV để thu thập, đồng bộ, thống nhất, số hóa hồ sơ hoàn công công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị

1.3 Lĩnh vực Hạ tầng giao thông

Chuyển đổi số lĩnh vực quản lý bảo trì kết cấu hạ tầng giao thông cũng như định hướng giao thông thông minh là một trong những trụ cột trong chủ trương, chương trình chuyển đổi số, đô thị thông minh từ trung ương đến địa phương. eKMap cung cấp 3 giải pháp thành phần chính dựa trên nền tảng bản đồ số:

Thu thập và xây dựng cơ sở dữ liệu kết cấu hạ tầng giao thông

Ứng dụng quản lý, chia sẻ dữ liệu kết cấu hạ tầng giao thông

Ứng dụng quản lý bảo trì kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ, đường thuỷ nội địa như: quản lý tuần đường, quản lý diễn biến trên tuyến, quản lý công việc bảo dưỡng, quản lý kiểm tra công trình, tài sản kết cấu hạ tầng…

2. Khối Doanh nghiệp

2.1.Lĩnh vực bất động sản

eKMap xây dựng Giải pháp giúp doanh nghiệp BĐS quản lý hiệu quả toàn bộ tài nguyên dữ liệu không gian, bản đồ của mình. Đồng thời hỗ trợ xây dựng kho dữ liệu không gian nội bộ, chia sẻ, cập nhật thông tin giúp lãnh đạo và đội ngũ sales sử dụng tối ưu tài sản vào công việc kinh doanh. Xem chi tiết:  Ứng dụng bản đồ số vào lĩnh vực bất động sản

1.2.Lĩnh vực cấp nước

Hỗ trợ các doanh nghiệp cấp nước tối ưu hóa quy trình quản lý vận hành mạng lưới cấp nước của mình.

Dịch vụ bản đồ nền chuyên biệt cho ngành Nước sạch: Cùng các lớp bản đồ liên quan về tự nhiên, hạ tầng kỹ thuật giúp đảm bảo an toàn trong việc khai thác, xây dựng mạng lưới cấp thoát nước

Dịch vụ chuẩn hóa bản đồ mạng lưới cấp nước: Thiết lập, chuẩn hóa chuyển đổi dữ liệu mạng lưới nhanh, chính xác, đầy đủ dựa trên các mô hình dữ liệu đã được thiết kế chuẩn theo phân cấp của ngành nước sạch.

Dịch vụ quản lý vấn đề trên mạng lưới cấp nước như ứng dụng quản lý các vấn đề trên mạng lưới, quản lý thất thoát, cung cấp bản đồ 3D, BIM và công nghệ AR,…

=> Chi tiết: ứng dụng bản đồ số vào lĩnh vực Nước sạch

1.3. Lĩnh vực khu công nghiệp

eKMap xây dựng giải pháp giúp các nhà đầu tư hạ tầng khu công nghiệp dễ dàng xây dựng bản đồ và cơ sở dữ liệu khu công nghiệp

Bản đồ nền khu công nghiệp chi tiết: Cung cấp bản đồ nền khu công nghiệp chuyên biệt phục vụ định vị, quản lý bản đồ phân lô và công trình hạ tầng kỹ thuật khu công nghiệp

Dịch vụ xây dựng cơ sở dữ liệu và bản đồ khu công nghiệp như các giải pháp công nghệ đo đạc, thu thập bản đồ khu công nghiệp hiện đại có độ chính xác cao. Giải pháp biên tập, chuẩn hóa, chuyển đổi bản đồ quy hoạch, hiện trạng và hạ tầng kỹ thuật khu công nghiệp

Dịch vụ ứng dụng bản đồ chuyên biệt cho lĩnh vực bất động sản công nghiệp như cung cấp thông tin trực quan vị trí khu công nghiệp trên nền bản đồ số, tình trạng cho thuê đất trong khu công nghiệp

1.4. Lĩnh vực đường ống

eKMap Pipes là giải pháp đầu tiên tại Việt Nam, chuyên biệt trong quản lý mạng lưới đường ống lớn. Không chỉ giúp doanh nghiệp quản lý trực quan sự phân bổ của đường ống trên bản đồ mà eKMap còn cung cấp đa dạng các chiều thông tin không gian, các lớp bản đồ liên quan, hỗ trợ công tác bảo trì, phân tích sự cố trên đường ống. 

 Bản đồ nền chuyên biệt cho đường ống với độ chi tiết và chính xác cao được xây dựng riêng cho việc quản lý đường ống và hạ tầng kỹ thuật đặc biệt tại các khu vực đô thị.

Xây dựng Cơ sở dữ liệu Đường ống trên bản đồ: Chuyển đổi và chuẩn hóa các dữ liệu bản đồ/ bản vẽ rời rạc của khách hàng thành cơ sở dữ liệu GIS tập trung, thuận tiện cho nhu cầu tra cứu, khai thác thông tin, chia sẻ dữ liệu khi cần thiết.

Ứng dụng chuyên biệt cho quản lý đường ống trên bản đồ, quản lý vấn đề trên đường ống, tài sản đường ống, ứng dụng vận hành van đường ống 

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