Lịch sử GIS và các mốc quan trọng

Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển của GIS

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ra đời đánh dấu một cuộc cách mạng trong việc mô hình hoá các sự vật hiện tượng trên bề mặt trái đất. Bản đồ giờ là một trong các công cụ quan trọng trong ra quyết định, chúng có thể giúp ta trong bất kỳ lĩnh vực nào và càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta ngày nay.

Những tiến bộ của GIS là kết quả kết hợp của rất nhiều công nghệ, các lĩnh vực khác nhau. Cơ sở dữ liệu (DataBase), thành lập bản đồ, viễn thám (remote sensing), toán học, lập trình, địa lý, thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD) và khoa học máy tính là những nhân tố quan trọng trong sự phát triển của GIS

Hôm nay, chúng ta sẽ khám phá một số mốc quan trọng trong lịch sử phát triển của GIS mà đã định hình nó trở thành như ngày hôm nay


Tạo bản đồ giấy để phân tích theo cụm của bệnh dịch tả

Dr. John Snow (1813 – 1858)Tiến sĩ John Snow đã sử dụng bản đồ giấy để chứng minh cho các trường hợp bị bệnh dịch tả tập trung quoanh một trạm bơm nước. Nhiều người nghĩ rằng bệnh này được truyền qua không khí. Tuy nhiên, bản đồ này đã giúp chỉ ra rằng bệnh tả đã được lan truyền qua nước.

Lịch sử GIS tất cả bắt đầu vào năm 1854, khi bệnh dịch tả tấn công thành phố London, Anh. Bác sĩ người Anh, John Snow đã tạo một bản đồ về các địa điểm bùng phát dịch, đường giao thông, đường ranh giới giữa các vùng và các dòng nước.

Khi ông bổ sung các tính năng bản đồ, một điểu thú vị đã xảy ra:
Ông thấy rằng các trường hợp mắc bệnh tả thường được tìm thấy dọc theo một nguồn nước.
Bản đồ bện dịch tả của John Snow là một sự kiện lớn kết nối địa lý học và an toàn sức khỏe cộng đồng. Đây không chỉ mở đầu cho lĩnh vực phân tích không gian mà còn đánh dấu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới: Dịch tễ học (Epidemiology) – nghiên cứu sự lây lan của dịch bệnh.

Đến nay, John Snow được biết đến như là cha đẻ của dịch tễ học. Công việc của John Snow đã chứng minh rằng GIS là một công cụ giải quyết vấn đề. Ông đặt các lớp địa lý trên bản đồ giấy và khám phá ra nguồn phát sinh của bệnh dich tả.


Các thời kỳ phát triển của GIS

Trong lịch sử của GIS:

Chúng ta đi từ bản đồ giấy (bản đồ tĩnh) đến bản đồ số (bản đồ động).
Chúng ta đi từ phân tích cơ bản đến giải quyết vấn đề phức tạp hơn.

Khi bạn so sánh cộng nghệ mà John Snow trong quá khứ, với nay công nghệ cao tiến tiến hiện nay, có thể bạn sẽ đặt ra câu hỏi:
Làm thế nào GIS phát triển được như ngày nay?
Lịch sử của GIS có gì nổi bật. Nó đã trải qua giai đoạn phát triển nào và người nào đóng vai trò quan trọng và sự ảnh hưởng của công nghệ phát triển.

Chúng ta sẽ đi vào từng giai đoạn trong lịch sử của GIS dưới đây.


Trước năm 1960: khoảng tối của GIS

Khoảng tối của GISLập bản đồ máy tính thời kỳ này không phát triển. Tất cả các bản đồ được thực hiện trên giấy. Công nghệ này đã không đưa GIS ra được với ánh sáng.

Trong những năm 1950, Do máy tính thời kỳ này chưa phát triển nên việc tạo ra các bản đồ rất đơn giản. Họ có thể xây dựng bản đồ định tuyến xe, các bản đồ quy hoạch mới và các điểm vị trí quan tâm, và vẽ trên giấy.

Với các bài toán phân tích không gian, một lựa chọn là lập bản đồ lưới (Sieve mappin). Bản đồ lưới được sử dụng là các lớp trong suốt được chiếu trên bảng ánh sáng để xác định khu vực chồng lên nhau. Nhưng điều này đi kèm với thách thức: khu vực tính toán kề nhau là không thể, dữ liệu là thô và thường không chính xác và đo khoảng cách là phức tạp.

Đây chính là động lực để chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số (bản đồ máy tính).


1960 – 1975: Ý tưởng tiên phong trong GIS

Đầu những năm 1960 đến năm 1980 thực sự là thời kỳ đi tiên phong trong ý tưởng về GIS.

Đi kèm với các tiến bộ về công nghệ:

  • Bản đồ đồ họa có xuất ra bằng sử dụng máy in dòng.
  • Những tiến bộ trong lưu trữ dữ liệu với máy tính lớn.
  • Kết hợp các bản ghi cho dữ liệu đầu vào.

Những phát triển ban đầu trong thế giới máy tính đã kéo theo những bước nhảy vượt bậc của GIS. Nhưng những gì GIS cần là một bộ óc vĩ đại để ghép các mảnh ghép này lại với nhau.

Roger Tomlinson – cha đẻ của GIS

Roger-Tomlinson cha đẻ GISCác khám phá và cải tiến vĩ đại luôn là sự kế hợp của nhiều bộ óc. Tôi có thể được ghi nhận thắp sáng ngọn lửa trên con đường tới GIS. Nhưng khi tôi nhìn vào sự phát triển tiếp theo, tôi cảm nhận đó là thành quả của rất nhiều người chứ không phải riêng tôi – Roger Tomlinson

Trong những năm 1960, Roger Tomlinson khởi xướng, lên kế hoạch và chỉ đạo trực tiếp việc phát triển của hệ thống địa lý Canada (CGIS). Đây là một thời điểm quan trọng trong lịch sử của GIS và nhiều người coi CGIS là gốc của hệ thống thông tin địa lý. Bởi vì chỉ CGIS tiếp cận theo lớp để xử lý bản đồ. Hệ thống CGIS được sử dụng để lưu trữ, phân tích, và thao tác trên dữ liệu được thu thập cho Canada Land Inventory (sử dụng các đặc tính của đất, hệ thống thoát nước và khí hậu để xác định khả năng trồng các loại cây trồng và các vùng trồng rừng). Họ nhanh chóng nhận ra rằng dữ liệu chính xác và phù hợp là rất quan trọng để quy hoạch đất đai và ra quyết định. Trong những năm sau CGIS đã được chỉnh sửa và cải tiến để theo kịp với công nghệ.

Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng Hệ thông tin địa lý. Trong các Hệ thông tin địa lý được tạo ra cũng có rất nhiều hệ không tồn tại được lâu vì nó được thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao. Lúc đó người ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong quá trình xử lý các số liệu đồ họa truyền thống. Họ tập trung giải quyết vấn đề đưa bản đồ, hình dạng, hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phương pháp số để xử lý các dữ liệu này. Tuy kỹ thuật số hóa đã được sử dụng từ năm 1950 nhưng điểm mới của giai đoạn này chính là các bản đồ được số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của một khu vực. Từ đó máy tính được sử dụng và phân tích các đặc trưng của các nguồn tài nguyên đó, cung cấp các thông tin bổ ích, kịp thời cho việc quy hoạch. Việc hoàn thiện một Hệ thông tin địa lý còn phụ thuộc vào công nghệ phần cứng mà ở thời kỳ này các máy tính IBM 1401 còn chưa đủ mạnh. Giai đoạn đầu những năm 60 của thế kỷ trước đánh dấu sự ra đời của Hệ thông tin địa lý chủ yếu được phục vụ cho công tác điều tra quản lý tài nguyên.

Trong năm 1964, Howard T. Fisher lập phòng thí nghiệm Đồ họa máy tính và phân tích không gian ở Harvard Graduate School of Design, nơi mà một số quan trọng những khái niệm trong kiểm soát dữ liệu không gian được phát triển và trong những năm 1970, đã phân phối mã nguồn và hệ thống phần mềm như SYMAP, GRID, và ODYSSEY (được xem là nguồn của các sự phát triển các phần mềm thương mại ngày nay). Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu thập và xử lý dữ liệu địa lý.

Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trường và phát triển Hệ thông tin địa lý. Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thông tin địa lý, đặc biệt là sự giảm giá thành cùng với sự tăng kích thước bộ nhớ, tăng tốc độ tính toán của máy tính. Chính nhờ những thuận lợi này mà Hệ thông tin địa lý dần dần được thương mại hóa. Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại phải kể đến các cơ quan, công ty: ESRI, GIMNS, Intergraph,… Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” và vấn đề phải nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng. Năm 1977 đã có 54 Hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới. Bên cạnh Hệ thông tin địa lý, thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám. Một hướng nghiên cứu kết hợp Hệ thông tin địa lý và viễn thám được đặt ra và cùng bắt đầu thực hiện.


1975 – 1990 – Phần mềm GIS thương mại

Sản phẩm GIS thương mại

Khi chính phủ nhận ra những ưu điểm của bản đồ số, điều này ảnh hưởng tích cực đến công việc tại phòng thí nghiệm đồ hoạ máy tính tại Harvard. Vào giữa năm 1970, Phòng thí nghiệm đồ hoạ máy tinh Harvard đã phát triển GIS vector đầu tiên được gọi ODYSSEY GIS. ARC/INFO của ESRI đã sử dụng framwork của ODYSSEY GIS và việc này dẫn đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong GIS – thương mại hóa phần mềm.

Vào cuối những năm 1970, kích thước bộ nhớ và khả năng đồ họa đã được cải thiện. Các sản phẩm máy tính lập bản đồ mới bao gồm GIMMS (Geographic Information Making and Management Systems), MAPICS, SURFACE, GRID, IMGRID, GEOMAP và MAP. Vào cuối những năm 1980, phân khúc này được đánh dấu bằng việc tăng đáng kể các nhà cung cấp phần mềm GIS.

Đầu những năm 1980 M&S Computer (mà sau này trở thành Intergraph) cùng với Bentley Systems Incorporated xây dựng nền tảng CAD, (Environmental Systems Research Institute) ESRI, (Computer Aided Resource Information System) CARIS, (Earth Resource Data Analysis System) ERDAS nổi lên như những phần mềm thương mại GIS, đã thành công trong việc kết hợp nhiều đặc trưng của CGIS, kết hợp phương pháp thời kỳ đầu là tách thông tin không gian và thuộc tính với phương pháp thời kỳ thứ hai là sắp xếp thuộc tính vào trong những cấu trúc CSDL. Song song đó, sự phát triển của hai hệ thống công cộng (MOSS và GRASS GIS) bắt đầu từ những năm 1970 đến đầu những năm 1980.

Một trong những nhà cung cấp phần mềm GIS là ESRI – hiện là công ty phần mềm GIS lớn nhất trên thế giới. Năm 1982, ARC/INFO chạy trên máy tính mini được phát hành và vào năm 1986, PC ARC/INFO đã được giới thiệu chạy trên các máy tính chạy bộ vi xử lý của Intel. ESRI hiện tại là chuyên gia hàng đầu thế giới trong việc phát triển phần mềm GIS và đã đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử của GIS.

Ở thời điểm này, có các hội nghị đầu tiên và các xuất bản về GIS. Hộ nghị đầu tiên của GIS diễn ra ở Anh năm 1975, với sự tham gia của các nhóm nghiên cứu nhỏ. Hội thảo ESRI tổ chức đầu tiên vào năm 1981 thu hút sự tham gia của 18 thành viên. Các nhà tư vấn về GIS đã bắt đầu xuất hiện. Thuật ngữ “Geographic Information System” được Roger Tomlinson đưa ra đầu tiên trong bài báo của ông năm 1968 “A Geographic Information System for Regional Planning”.

Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng Hệ thông tin địa lý ngày càng tăng với các quy mô khác nhau. Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của những năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khuôn dạng… Thời kỳ này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự mềm dẻo trong việc xử lý dữ liệu không gian. Thập kỷ này được đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng Hệ thông tin địa lý như: Khảo sát thị trường, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên, các bài toán giao thông, cấp thoát nước… Có thể nói đây là thời kỳ bùng nổ Hệ thông tin địa lý.

Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hoà nhập giữa viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý. Các nước Bắc Mỹ và châu Âu gặt hái được nhiều thành công trong lĩnh vực này. Khu vực châu Á – Thái Bình Dương cũng đã thành lập được nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý. Rất nhiều hội thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý được tổ chức nhằm trao đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triền các ứng dụng của công nghệ Hệ thống thông tin địa lý.


1990 – 2010 – Tăng trưởng nhanh người sử dụng

GIS tăng trưởng nhanh
Người sử dụng đang bắt đầu áp dụng công nghệ GIS theo nhiều cách khác nhau. Trong các lớp học, các doanh nghiệp, các chính phủ trên khắp thế giới đang bắt đầu khai thác và phân tích bản đồ số.
Tất cả các điều kiện đã sẵn sàng cho sự xâm nhập của GIS tới người sử dụng như:
  • Máy tính rẻ hơn, nhanh hơn và mạnh mẽ hơn
  • Nhiều tùy chọn phần mềm và dữ liệu sẵn có
  • Việc phóng vệ tinh mới và tích hợp công nghệ viễn thám

Những năm 1990-2010 là thời kỳ quan trọng đánh dấu sự cất cánh thực sự của GIS

Nhưng những tiến bộ trong công nghệ đã vượt qua khả năng người dùng thông thường. Người sử dụng GIS đã không biết cách làm thế nào để tận dụng đầy đủ các ưu điểm công nghệ GIS. Các công ty đều e ngại áp dụng phần mềm GIS. Các quốc gia không có quyền truy cập vào dữ liệu địa hình

Nhưng qua thời gian những vấn đề này dần được giải quyết

Dần dần, tầm quan trọng của phân tích không gian để ra quyết định được công nhận. Rồi GIS đã được giới thiệu đến các lớp học và các công ty. Phần mềm đã có thể xử lý cả dữ liệu vector và raster. Có nhiều vệ tinh được phóng lên quỹ đạo, dữ liệu được thu thập từ không gian có thể được sử dụng trong GIS.

Cùng với sự kết hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đem lại cho người sử dụng nhiều công cụ hơn nhiều so với trước đây. GPS đã dẫn đường cho các sản phẩm sáng tạo vĩ đại như hệ thống định vị xe hơi và máy bay không người lái.

Cánh cửa cho GIS và GPS phát triển đã bắt đầu mở. Điều này đưa chúng ta đến giai đoạn phát triển tiếp theo trong lịch sử của GIS: sự bùng nổ phần mềm nguồn mở.


2010 – nay – Sự bùng nổ phần mềm nguồn mở

Phần mềm nguồn mở GIS
Các dự án tuyệt vời như QGIS đang cung cấp cho người sử dụng phần mềm GIS miễn phí.
Bộ vi xử lý hiện nay có tốc độ hàng GigaHertz. Card đồ họa mạnh hơn rất nhiều so với trước đây. Bây giờ chúng ta nghĩ về GIS lưu trữ dữ liệu trong TeraBytes, chứ không còn MegaBytes.

Dữ liệu GIS đã trở nên phổ biến hơn. Dữ liệu TIGER, hình ảnh vệ tinh Landsat và thậm chí cả dữ liệu LiDAR có thể tải về miễn phí. Kho trực tuyến như ArcGIS Online với khối lượng rất lớn các dữ liệu không gian. Đó là một vấn đề kiểm soát chất lượng và phù hợp cho nhu cầu của bạn.

Các chức năng, các yêu cầu mới dường như là vô tân và dường như vượt ra ngoài khả năng của các sản phẩm phần mềm GIS thương mại.

Nhưng nổi lên với sự thay đổi lớn của người sử dụng GIS trong việc xây dựng phần mềm GIS của riêng họ theo dạng cộng tác, hay gọi là phần mềm nguồn mở. Ưu điểm lớn nhất là người sử dụng được dùng miễn phí.

Nguồn mở đang trở thành xu hướng chủ đạo ngày nay. Chúng ta đang dần bước vào một kỷ nguyên của phần mềm GIS nguồn mở ví dụ như phần mềm QGIS. Mặc dù vậy vẫn luôn có một chỗ cho các phần mềm GIS thương mại. Các công ty phần mềm giống như ESRI cung cấp các giải pháp đến thực tế bất kỳ các bài toán về không gian tồn tại ngày nay.


GIS, quá khứ, lịch sử và tương lai

Trải qua năm tháng, GIS đã trở thành một công cụ máy tính cần thiết để lưu trữ và thao tác dữ liệu đất đai dựa trên bản đồ. Bây giờ nó là một ngành công nghiệp nhiều tỷ đô la, chịu trách nhiệm cho các quyết định quan trọng nhất của Trái đất chúng ta đang phải đối mặt.

Tương lai của GIS là gì? GIS xử lý theo thời gian thực? Hay theo thực tế ảo?

Hàng ngày, chúng ta đang tiếp tục mang ngọn đuốc từ những người tiên phong của GIS. Chúng ta đứng trên vai những người khổng lồ. Chúng ta đang định hình tương lai của GIS. Các công ty, tổ chức, chính phủ áp dụng GIS bởi vì nó là một công cụ để giúp đưa ra quyết định dựa trên tri thức.


Đọc thêm các nguồn khác về lịch sử GIS

  • The Remarkable History of GIS
  • The application of electronic computing methods and techniques to the storage, compilation, and assessment of mapped data. Roger Tomlinson (1974)
  • The Invention of GIS. Harvard University Gazette (2011)
  • Wikipedia

Có thể bạn sẽ thích…

1 phản hồi

  1. kieu viết:

    Cho tôi xin nguồn tham khảo nha!

Bình luận

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *