GIS là một công nghệ phát triển không ngừng mặc dầu nó đã đạt được một độ chín muồi nhất định trong những năm gần đây. Sự phát triển của nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố bao gồm cả những tiến bộ của công nghệ thông tin nói chung và những thay đổi đặc thù của ngành công nghệ GIS nói riêng. Cộng đồng người sử dụng GIS đã và đang được mở rộng đáng kể trong vài năm gần đây cả về mặt lĩnh vực ứng dụng cũng như số quốc gia mà tại đó GIS được sử dụng.
Tuy nhiên còn nhiều vấn đề tồn tại khác nhau liên quan đến quản lý thông tin, chất lượng dữ liệu, và sử dụng GIS.
Sự thay đổi của GIS trong vài năm tới sẽ chịu ảnh hưởng của: a) sự phát triển của công nghệ thông tin; b) các thoả thuận quốc tế về tiêu chuẩn thông tin; và c) sự phát triển mở rộng của nguồn thông tin và dữ liệu và các điều kiện hạ tầng kỹ thuật đi kèm (Burrough & McDonnell, 1998). Những yếu tố này sẽ tạo lên sự thay đổi trong cộng đồng người sử dụng GIS và cách nhìn nhận về công nghệ. Chương này sẽ tóm tắt những xu hướng phát triển chính của GIS.
11.2. Thay đổi về công nghệ
Khoảng mười năm trước việc sử dụng một hệ thống GIS khá phức tạp và đi kèm theo nó là rất nhiều tài liệu hướng dẫn để giải thích các chức năng khác nhau và việc đào tạo người sử dụng đòi hỏi một thời gian khá dài. Ngày nay nhiều công cụ GIS đã khác trước và chứa đựng một loạt các sản phẩm chuyên dùng riêng biệt như công cụ sản xuất bản đồ, công cụ truy cập dữ liệu, công cụ xử lý dữ liệu không gian và bảng thuộc tính, công cụ nội suy, các công cụ xử lý ảnh viễn thám, hay các mô hình tính toán mà những công cụ này được kết hợp với nhau ở một mức độ ít nhiều nào đó. Việc kết hợp rộng rãi này đã làm cho việc tiêu chuẩn hoá quá trình trao đổi dữ liệu giữa các modul khác nhau cũng như giữa các công cụ lưu trữ và xử lý dữ liệu trở lên thuận tiện hơn. Người sử dụng không chuyên ví dụ như các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngày nay có thể sử dụng dữ liệu không gian trong công việc của họ mà không cần nhiều sự trợ giúp của chuyên gia như đối với các hệ thống GIS phức tạp trước đây. Mặt khác, đã và đang có sự khác biệt ngày càng rõ rệt giữa các nhà chuyên môn về xây dựng cơ sở dữ liệu cho GIS và những nhà chuyên môn trong việc xử lý dữ liệu không gian, cũng như đông đảo những người sử dụng thông thường.
GIS được thụ hưởng rất nhiều thành quả phát triển của công nghệ thông tin, cụ thể là việc ra đời những bộ vi xử lý nhanh hơn và rẻ hơn dùng cho nhu cầu xử lý dữ liệu trong GIS. Việc sử dụng những bộ vi xử lý tốc độ cao cho phép quá trình xử lý dữ liệu nhanh hơn cũng như bộ nhớ được tăng cường cho phép người sử dụng GIS có thể giải quyết được các bài toán phức tạp hơn, đòi hỏi sử dụng nhiều dữ liệu hơn. Điều này cũng dẫn tới những thay đổi cơ bản về hệ thống trong tương lai.
Cho đến thời gian gần đây, đa số các hệ thống GIS được xây dựng cho các ứng dụng địa phương, hoặc ứng dụng riêng lẻ, hoặc trong một khu vực dự án hạn hẹp. Một khi việc thu thập, lưu trữ, xử lý, hiển thị, và giao dịch thông tin địa lý chỉ được bó hẹp trong phạm vị một viện nghiên cứu, một cơ quan nhà nước hay là một doanh nghiệp thì những sự khác biệt về phần cứng, phần mềm, tiều chuẩn dữ liệu (bao gồm cả mô hình dữ liệu, quản lý cơ sở dữ liệu, trao đổi dữ liệu, v.v…) không gây ra một vấn đề đáng kẻ nào. Một hệ thống 'tốt nhất' cho bất kỳ một ứng
dụng nào được đánh giá về sự hoạt động, độ chính xác, tốc độ, và mối quan hệ giá cả - ứng dụng theo nhu cầu người sử dụng.
Ngày nay có hai chủ đề đang được quan tâm bởi cộng đồng sử dụng GIS đó là: "GIS mở"
(Open GIS) và "Khả năng vận hành chung" (Interoperability). Hai chủ đề này liên quan mật thiết với nhau và liên quan đến việc cần thiết phải tạo ra những hệ thống mà đảm bảo việc mô tả dữ liệu, lưu trữ, truy cập và trao đổi thông tin địa lý giữa các tổ chức, quốc gia, thậm chí trong toàn cầu một cách thuận lợi. Việc phát triển này sẽ cho phép nhiều thông tin dữ liệu được tiếp cận bởi cộng đồng đông đảo hơn, thúc đẩy việc sử dụng thông tin địa lý trong việc giải quyết vấn đề và tăng cường hiệu quả cho quá trình thu thập dữ liệu.
Việc phát triển ý tưởng "GIS mở" được sự ủng hộ của nhiều quốc gia thông qua các chương trình hành động chính phủ (ví dụ như sáng kiến của Uỷ ban Dữ liệu Liên bang và Dữ liệu không gian Quốc gia Hoa Kỳ - NSDI), sự hợp tác quốc tế thông qua cá tổ chức như EUROGI (Tổ chức khung của Châu Âu về Thông tin Địa lý) và Tổ chức Consortium GIS mở (OGC). Điều này sẽ cho phép cộng đồng người sử dụng GIS tiếp cận được những dữ liệu mà có thể được trao đổi và chia sẻ một cách hiệu quả giữa các hệ thống phần mềm khác nhau. OGC quan tâm đến việc phát triển công nghệ trao đổi dữ liệu một cách hiệu quả và xây dựng mối liên kết với các doanh nghiệp công nghệ thông tin lớn.
Việc phát triển "khả năng vận hành chung" nhằm mục đích loại bỏ những bất tiện trong việc sử dụng những phần cứng và phần mềm đặc thù cho các dữ liệu và nhiệm vụ riêng rẽ. Ví dụ, bằng việc xây dựng những tiêu chuẩn cho cơ sở dữ liệu GIS, phần mềm của các nhà sản xuất khác nhau có thể được sử dụng đối với các dữ liệu được lưu giữ ở các máy tính khác nhau. Ngày nay nhiều hệ thống thương mại đã có thể truy nhập, hoặc ít nhất là hiển thị dữ liệu địa lý ở nhiều dạng format khác nhau.
Internet sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến việc sử dụng và phát triển của GIS mặc dù tính chất năng động, khó kiểm soát của Internet làm cho việc dự đoán xu thế này khá khó khăn. Một điều chắc chắn rằng cả hai lĩnh vực này đều tiếp tục phát triển như là những nguồn thông tin quan trọng về dữ liệu, các phần mềm sẵn có cũng như sự phân phối chúng. Mạng cũng sẽ trở thành môi trường làm việc quan trọng của GIS với sự phát triển mạnh mẽ của các công cụ giao diện năng động. Việc phát triển của ngôn ngữ lập trình ví dụ như JAVA đã và đang rất hiệu quả cho người sử dụng giao diện với Internet. Một trong những lợi ích thực thể của ngôn ngữ JAVA là nó thích ứng trực tiếp với các hệ điều hành máy tính khác nhau như UNIX, Macintosh, Windows 95, Windows NT, v.v… Điều này đã giải phóng những nhà thiết kế web khỏi việc phải xây dựng các trình ứng dụng khác nhau cho các hệ điều hành khác nhau.
GIS hiện tại hiệu quả hơn trong việc xử lý các đối tượng tĩnh, dễ xác định trong không gian địa lý. Việc mô hình hoá và xử lý các dữ liệu phức tạp hơn, đặc biệt đối với các yếu tố thay đổi theo thời gian vẫn là những thách thức đối với sự phát triển GIS. Trong vài năm gần đây các nghiên cứu về cơ sở dữ liệu thường sử dụng cách tiếp cận mang tính chất đối tượng và cách tiếp cận này đã có hiệu quả trong việc cấu trúc dữ liệu (đặc biệt là đối với các đối tượng dễ xác định ví dụ như các ranh giới chủ sở hữu, hệ thống hạ tầng kỹ thuật, và đưa ra khả năng xử lý dữ liệu theo không gian - thời gian), tuy nhiên vẫn có những khó khăn trong việc áp dụng cách tiếp cận này đối với các dữ liệu trường liên tục khi mà các mối quan hệ cố định không tồn tại.
Sự linh hoạt và hiệu quả có thể đạt được thông qua các hệ thống cho phép thay đổi các mức độ khái quát và trừu tượng hoá dữ liệu và xu thế này sẽ trở lên phổ biến hơn vì nó phản ánh
sự hiểu biết tốt hơn của chúng ta về dữ liệu và thông tin địa lý. Việc phát triển cơ sở dữ liệu dựa trên lô gích cũng có nhiều tiềm năng trong việc thể hiện thông tin nhưng đây vẫn sẽ là lĩnh vực cần được nghiên cứu tích cực hơn nữa.
GIS 3 chiều ngày càng trở lên phổ biến hơn, tuy nhiên vấn đề thể hiện bản chất thời gian của các thông tin địa lý vẫn còn nhiều thách thức. Nhiều hệ cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS hiện tại chỉ có thể hiển thị 2 chiều, tĩnh và chỉ có thể hiển thị những sự thay đổi theo thời gian bằng một chuỗi các tập hợp dữ liệu của khu vực, hoặc là bằng các thuộc tính đa thời. Điều này dẫn tới một loạt các vấn đề trong đó có vấn đề rườm rà (dư thừa) trong cơ sở dữ liệu và sự vụng về trong việc hoà hợp các tập hợp dữ liệu khác nhau trong các bài toán phân tích.
11.3. Thay đổi trong việc cung cấp dữ liệu
Xây dựng, thu thập dữ liệu cho GIS luôn là vấn đề vĩnh cửu. Nó hạn chế việc lựa chọn và sử dụng GIS mặc dù một trong những xu hướng trong những năm gần đây là sự gia tăng cung cấp dữ liệu GIS. Khi công nghệ thông tin địa lý phát triển, người sử dụng nhận ra có thể tiết kiệm chi phí nếu họ có thể kinh doanh dữ liệu địa lý: nếu một tổ chức khác tạo ra dữ liệu dạng số bạn cần thì tại sao người sử dụng lại bỏ thời gian công sức ra để xây dựng lại dữ liệu đó? Gần đây sự tiếp cận của nhiều quốc gia và các tổ chức để thực hiện tiêu chuẩn hoá cho chất lượng và chuyển đổi dữ liệu trong nhiều trường hợp vẫn mang tính chất cục bộ, giải pháp tình thế. Sự thiếu vắng một chính sách mạnh mẽ về vấn đề này đã dẫn tới thị trường manh mún, kém được kiểm soát của thông tin địa lý. Người sử dụng dữ liệu không phải khi nào cũng nhận biết được độ chính xác, tin cậy của thông tin nhất là nguồn dữ liệu ngày càng đa dạng, trong đó có cả qua Internet. Dữ liệu từ các nguồn khác nhau về chất lượng, tiêu chuẩn thu thập, hệ tham chiếu, v.v… tức là không tương thích với nhau, lại có thể kết hợp được với nhau một cách dễ dàng về mặt kỹ thuật và điều này dẫn tới kết quả của phân tích dữ liệu không xác thực (Hunter, 2001).
Có nhiều sáng kiến mới đã được bắt đầu để giải quyết các vấn đề này. Sự phát triển của GIS mở và vai trò của nó trong việc trao đổi dữ liệu đã được nói tới ở phần trên. Bên cạnh đó có các sáng kiến khác, ở mức độ quốc gia, khu vực, và toàn cầu với mục đích giải quyết các vấn đề về hoà hợp dữ liệu bằng cách đưa ra các thoả ước, hướng dẫn, quy định, và chính sách về trao đổi và phân phối dữ liệu. Các sáng kiến này bao gồm cả việc thành lập các cơ sở dữ liệu không gian ảo lớn. Các nước như USA và Australia đã có những tiến bộ trong việc xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian của mình. Sự phát triển của tiêu chuẩn về METADATA (thông tin về dữ liệu) chứa đựng thông tin về nguồn dữ liệu, phương pháp thu thập, mật độ, ngày thu thập, mô hình dữ liệu, và dạng dữ liệu, v.v… tạo điều kiện dề dàng hơn cho người sử dụng tự quyết định xem là dữ liệu đó có phù hợp với mục đích sử dụng của mình hay không.
Sự phát triển này rất quan trọng để giải quyết một số vấn đề về tổ chức và môi trường mà các quốc gia đang gặp phải hiện nay. Nhiều tình huống xảy ra do các hành động hoặc sự cố tại một quốc gia có thể ảnh hưởng đến con người và tài nguyên ở một quốc gia khác. Tác động của một số các hoạt động tự nhiên, công nghiệp, kinh tế, và chính trị không bị giới hạn bởi biên giới hành chính. Ví dụ như sự cố nổ nhà máy điện nguyên tử ở một quốc gia này có thể dẫn tới sự di dân hàng loạt từ quốc gia này tới các quốc gia láng giềng để tránh tác hại lâu dài. Từ đây nảy sinh vấn đề di dân khó kiểm soát, nó cần được giải quyết thông qua phân tích về chất và lượng có sử dụng tập hợp dữ liệu tổng hợp bao trùm toàn bộ khu vực bị ảnh hưởng chứ không chỉ dựa vào dữ liệu của một quốc gia hay một tỉnh nào đó.
Các khó khăn trong việc xây dựng một cơ sở dữ liệu địa lý thống nhất bao trùm một loạt các khu vực hành chính và quốc gia là vô cùng nhiều. Ví dụ dữ liệu địa lý có thể thuộc nhiều hệ toạ độ, mức cơ sở hoặc hệ chiếu bản đồ khác nhau, các dữ liệu thuộc tính có thể được thu thập bằng các phương pháp khác nhau cả về phương pháp thu thập và mật độ thu thập.
Ngoài ra còn có các vấn đề như sở hữu dữ liệu, trách nhiệm pháp lý, tiêu chuẩn, chưa kể đến vô số các vấn đề chính trị và thể chế cần phải được giải quyết. Các sáng kiến để tiêu chuẩn hóa việc thu thập dữ liệu và hệ chiếu, ví dụ như khung trắc đạc cơ sở để xác định các vị trí địa lý, độ cao, hoặc các dữ liệu chủ đề liên quan đến vị trí của các đối tượng tự nhiên như sông ngòi, bờ biển, hồ ao, và các đối tượng nhân tạo như đường xá, đường sắt, điểm dân cư, thành phố thường gặp phải sự phản đối của các chủ sở hữu đất đai.
Những sự phát triển trên đây có tầm quan trọng trong việc tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả của ngành công nghiệp này khi mà chi phí cho thu thập, lưu trữ, trao đổi dữ liệu vượt quá nhiều so với việc khai thác sử dụng nó. Nó mở ra thị trường cho thông tin địa lý, đôi khi đem đến những lượng thông tin lớn và phức tạp cho cộng đồng người sử dụng rộng rãi và giúp nâng cao chất lượng của việc ra quyết định, cũng như hiểu biết của chúng ta về sự phân bố địa lý của các hiện tượng tự nhiên và nhân tạo trên bề mặt trái đất.
11.4. Thay đổi về người sử dụng
GIS liên quan đến một loạt các ngành khoa học và điều này nói lên sự ứng dụng rộng rãi của nó. Hệ thống này được ứng dụng trong việc giải các bài toán liên quan đến sự phân bố không gian của động vật, khoáng sản, thực vật, cũng như sự phân bố của các công trình nhân tạo, đơn vị hành chính, các khu dân cư, v.v… Cho mãi đến gần đây, đa số các hệ thống GIS bị hạn chế cả về mức độ bao trùm không gian cũng như là lĩnh vực sử dụng. Những hệ thống này từng có xu hướng sử dụng một nhóm các chuyên gia có kinh nghiệm sử dụng phần mềm và chịu trách nhiệm về công nghệ và cơ sở dữ liệu.
Xu hướng của công nghệ GIS sản xuất một loạt các sản phẩm chuyên dụng với sự gia tăng trong việc cung cấp các dữ liệu số đã đưa đến sự thay đổi về người sử dụng. Tại một số lĩnh vực công nghệ của GIS, ví dụ như trong bài toán phân tích không gian, việc sử dụng GIS sẽ vẫn tiếp tục mang tính chất chuyên môn cao. Tuy nhiên việc phát triển các modul chuyên dụng đã và sẽ mang lại các khả năng truy cập tìm kiếm và xây dựng bản đồ mạnh mẽ và điều này cho phép nó có thể được sử dụng bởi cộng đồng đông đảo hơn mà không cần phải có know-how công nghệ GIS. Sự giao diện dễ dàng hơn cho phép người sử dụng với sự hiểu biết tốt về dữ liệu có thể giao diện với hệ thống một cách trực tiếp mà không cần nhiều sự trợ giúp của chuyên gia. Sự phát triển của mạng nội bộ Intranet cũng đang và sẽ là con đường thuận tiện để trao đổi dữ liệu, cũng như khai thác các khả năng phân tích của hệ thống trong phạm vi các cơ quan một cách hiệu quả. Đối với nhiều người sử dụng các dữ liệu và công nghệ thông qua Internet/ Intranet hiện nay, GIS đang đóng vai trò như bộ atlat hoặc các bản tin vô cùng hữu ích. Những người sử dụng này có khuynh hướng không tham gia vào thu thập dữ liệu và không xây dựng bản đồ và đây là một lớp người sử dụng đông đảo mới.
Một trong những thay đổi đáng kể trong cộng đồng người sử dụng đó là việc gia tăng về số lượng những nhà GIS chuyên nghiệp. Họ làm nhiệm vụ tư vấn cho người sử dụng trong việc mua bán, bảo quản và sử dụng hệ thống và họ thông thạo về các vấn đề công nghệ chung, chứ không nhất thiết về một loại hệ thống chuyên dụng nào. Những nhà chuyên nghiệp này có thể cung cấp dịch vụ của mình cho nhiều hãng một lúc. Một số những nhà chuyên nghiệp có chuyên