Ứng dụng GIS để xây dựng hệ thống bản đồ mạng lưới trường học

Ứng dụng GIS để xây dựng 
hệ thống bản đồ mạng lưới trường học 
Tác giả: Nguyễn Cao Tùng – Dự án PEDC
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System- gọi tắt là GIS) là một nhánh của Công nghệ thông tin, được hình thành vào những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây, GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân... đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào. 
Có nhiều cách tiệm cận khác nhau khi định nghĩa GIS. Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần : phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và cơ sở trí thức chuyên gia, nơi tập hợp các định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin. Chính tập hợp các trí thức chuyên gia này sẽ quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào. Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS. Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu.
Theo cách tiếp cận truyền thống, hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược).
Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:
Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực
Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng Cơ sở dữ liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính.
Các mô hình xử lý : Tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động.
Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một Cơ sở dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông tin khác. Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò quan trọng.
Metadata: Tài liệu mô tả dữ liệu. Cho phép người sử dụng tổ chức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý.
Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ (bản đồ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý.
Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ. Tuỳ thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau, nói cách khác là tuỳ thuộc vào các định hướng do Cơ sở tri thức đưa ra. 
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc.
Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số. Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn. GIS đã được công nhận là một hệ thống với nhiều lợi ích không chỉ trong các công tác thu thập đo đạc địa lý mà còn trong các công tác điều tra tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường.
Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị... Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS. Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức.
Quản lý và điều hành hệ thống giáo dục cho tất cả mọi người trong một quốc gia rộng và đa dạng như Việt Nam là một thách thức, vì vậy ứng dụng GIS đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công tác lập kế hoạch và quản lý để đảm bảo rằng đã cung cấp dịch vụ giáo dục một cách thuận lợi (tiếp cận) cho mọi người và sử dụng các nguồn lực đắt đỏ như trường học và đội ngũ cán bộ giáo viên được sử dụng một cách hiệu quả. Không có một dịch vụ xã hội nào (chi phí bằng ngân sách nhà nước) có một hệ thống cơ sở hạ tầng cũng như nguồn nhân lực rộng lớn trải khắp cả nước như dịch vụ giáo dục. Một đánh giá gần đây về hệ thống EMIS ở Việt Nam do các chuyên gia tư vấn UNESCO thực hiện đã xác định việc xây dựng một hệ thống bản đồ quản lý giáo dục bằng hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một ưu tiên chủ chốt để hỗ trợ phân tích và trình bày hình ảnh những thông tin về các vùng địa lý trong hệ thống giáo dục:
Trích từ Báo cáo chẩn đoán ‘Chương trình xây dựng năng lực thống kê giáo dục’ (2005):
55. Một lĩnh vực đang nổi lên trong hệ thống EMIS, hệ thống mà hiện nay hầu hết các bộ ngành giáo dục hiện nay đang chú ý tới là việc xây dựng một hệ thống thông tin địa lý (GIS). Đây là một ứng dụng hữu ích cho việc lập bản đồ mạng lưới trường học và phân tích không gian dữ liệu giáo dục, vấn đề cơ bản đối với công tác lập kế hoạch và quản lý giáo dục. Quy trình phân cấp đang diễn ra ở Việt Nam đã và đang là một trong những mục tiêu của mình, tạo cơ hội bình đẳng trong giáo dục cho tất cả công dân thông qua đảm bảo rằng việc cung cấp các dịch vụ giáo dục đáp ứng nhu cầu ở mọi nơi trên đất nước. 
56. Để thực hiện được thách thức này, cần có những thông tin tổng hợp trên dạng hình ảnh khoảng cách giữa cung và cầu (nhiều khi ngay ở cấp vi mô) theo đó cho phép các nhà hoạch định chính sách ít tiếp xúc với toán học hoặc số liệu thống kê có thể đưa ra những phương án về chính sách một cách nhanh chóng và nhất quán. Một cách tốt tạo nên những bức tranh tổng hợp ấy chính là hoạt động lập bản đồ mạng lưới trường học dựa trên GIS được kết nối với cơ sở dữ liệu trường học. Hoạt động này không chỉ thiết thực với cấp trung ương, cấp địa phương cũng có thể sử dụng GIS cho việc lập bản đồ mạng lưới trường học như là một công cụ lập kế hoạch vi mô, đặc biệt để hỗ trợ công tác lập kế hoạch và xây dựng trường mới. Tuy nhiên, hệ thống GIS dường như chưa được sử dụng cho các hoạt động lập kế hoạch hoặc tác nghiệp.
Trong giai đoạn 2005- 2006, dự án PEDC đã triển khai hoạt động lập bản đồ mạng lưới trường học ở 222 huyện mục tiêu và đã xây dựng một mô hình bản đồ số hoá trên máy tính. Mô hình này có những tiềm năng cần khai thác ở cả cấp trung ương và địa phương như là một công cụ để hỗ trợ lập kế hoạch cũng như hoạch định chính sách dựa trên thông tin. 
Tháng 4/2006, cán bộ thuộc 40 Sở GD&ĐT cấp tỉnh thuộc dự án PEDC được tập huấn sử dụng phần mềm lập bản đồ GIS ‘SchoolNet’. Được xây dựng bởi CIREN CIREN: Trung tâm thông tin tài nguyên và môi trường, thành lập năm 2003 trực thuộc Bộ TN&MT
, hãng lập bản đồ thuộc chính phủ (do PEDC hợp đồng), SchoolNet nhằm hỗ trợ sử dụng tốt hơn dữ liệu thống kê EMIS và dữ liệu dân số trong hoạt động xây dựng là lập mạng lưới nhà trường. Phần mềm này kết nối các bản đồ địa hình kỹ thuật số tỉ lệ 1:50,000, dữ liệu kiểm kê DFA (về trường tiểu học và thôn, bản) với dữ liệu hiện trường được thu thập bởi các cán bộ cấp huyện (toạ độ nhà trường và thôn, bản, kế hoạch xây dựng).
Một hội thảo ở Bộ GD&ĐT được tổ chức vào tháng 6 năm 2006 để trình bày hoạt động lập bản đồ mạng lưới trường học của dự án PEDC và cung cấp thông tin tới các cán bộ cấp cao của Bộ GD&ĐT về tiềm năng của hệ thống lập bản đồ mạng lưới trường học. Nhìn chung hội thảo được tham dự đầy đủ, với 25 cán bộ kỹ thuật từ các Vụ khác nhau thuộc Bộ GD&ĐT và các dự án phát triển giáo dục (bao gồm chuyên gia quốc tế và trong nước). 
Nhìn chung, các đại biểu tham dự hội thảo rất tích cực, hầu hết đánh giá cao công việc mà PEDC đã hoàn thành và thống nhất rằng một hệ thống lập bản đồ giáo dục trên GIS là dạng mở rộng của EMIS và bao trùm tất cả các bậc học là hết sức đáng giá. Đặc biệt, Bà Nguyễn Bích Thái (phó giám đốc dự án SREM) đề xuất rằng một cuộc họp thảo luận cần được tổ chức, với mục đích là báo cáo thông tin hoàn chỉnh lên lãnh đạo Bộ GD&ĐT. Điều này được xem là cần thiết để đảm bảo rằng sẽ các cơ chế phối hợp giữa các Vụ/dự án, theo đó tất cả các bậc học ở mọi miền đất nước sẽ được bao phủ. 
Thời điểm hiện nay rất thích hợp cho việc triển khai hoạch hoạt động này đôiư với dự án SREM bởi các lý do sau:
Có khoảng trên 20.000 điểm trường của các huyện dự án PEDC đã được đưa vào hệ thống
Bộ bản đồ địa hình kỹ thuật số tỉ lệ 1:50,000 có sẵn để Bộ GD&ĐT có thể sử dụng 
Thông tin bản đồ địa hình đã số hóa ở các tỷ lệ khác nhau (có sẵn) ngày càng nhiều 
Công nghệ tiên tiến hơn, chi phí ngày càng thấp (phần cứng và phần mềm) và mức độ tiếp cận Internet ngày càng phổ quát
Nhu cầu đối với những công cụ hỗ trợ phân cấp quản lý và lập kế hoạch giáo dục 
Dự án PEDC đã cung cấp một mô hình quy mô lớn, tiết kiệm chi phí, với cơ sở hạ tầng giáo dục ở 1/3 số huyện đã được hoàn thành, bản đồ màu được phân phát tới huyện, và một bộ dữ liệu dễ xuất mà lâu bị ‘lỗi thời’. Một phương án là tiếp tục ‘phổ quát’ mô hình của dự án PEDC, khai thác các nguồn thông tin có sẵn để cập nhật và làm mới ở 2/3 số huyện còn lại theo cách tương tự.
Dự án SREM có nhiều thuận lợi để hỗ trợ thiết lập năng lực quốc gia để thực hiện hoạt động lập bản đồ mạng lưới trường học GIS (vì dự án PEDC chỉ cho bậc Tiểu học và cơ chế điều hành khá biệt lập với công tác Quản lý giáo dục tại địa phương (sở Giáo, Phòng giáo dục-đào tạo). Dự án SREM sẽ triển khai đại trà cho tất cả các bậc (từ mầm non đến đại học) và được xem như là một phần mở rộng của hệ thống EMIS toàn quốc. 
Phần mềm SchoolNet được xây dựng bởi PEDC không phải là giải pháp tối ưu để sử dụng ở cấp trung ương vì nó được thiết để cho phép người sử dụng ở cấp tỉnh sửa dữ liệu và xây dựng các bản đồ. Dữ liệu thuộc tính các điểm trường kết nối với các kết quả thống kê DFA chưa phản ánh đầy đủ nhu cầu của công tác Quản lý và quy hoạch giáo dục (vì theo nhu cầu riêng của dự án). SchoolNet trước mắt có thể cung cấp khả năng trình duyệt bản đồ và chức năng in ấn thành quả cho các Sở/Phòng GD&ĐT
Các bước đề xuất bao gồm:
- Thiết kế hệ thống GIS bản đồ mạng lưới trường học.
- Đấu thầu Xây dựng CSDL GIS ban đầu và phát triển phần mềm ứng dụng trên OPEN-GIS hoặc trên các Phần mềm chuyên dụng như ARC/GIS, MAPINFO để cùng hoạt động trên hệ thống EMIS/SREMIS. Nếu sử dụng OPEN-GIS thì giảm giá thành mua bản quyền sử dụng phần mềm ứng dụng (chỉ mua một bản quyền phần mềm ở cấp TW để xử lí thông tin) nhưng các chức năng phải thiết kế cụ thể và rất khó đáp ứng tất cả các đòi hỏi.
- Triển khai thu thập thông tin vị trí điểm trường: Có 2 phương pháp thu thập vị trí điểm trường: (i) Tỉnh/huyện In bản đồ cấp xã/phường (đen trắng/hoặc màu) và gửi cho các trường điền vị trí các điểm trường trong địa bàn xã/phường rồi gửi lại cho huyện/tỉnh tập hợp gửi về Trung ương để cấp cho nhà thầu số hóa đưa vào hệ thống GIS; (ii)Dùng thiết bị GPS (hệ thống định vị toàn cầu có giá khoảng 500-700$ 1 chiếc) để đến từng điểm trường thu nhận giá trị tọa độ và gửi bản danh sách điểm trường cùng file tọa độ GPS để nhập vào CSDL GIS. Theo kinh nghiêmk cho thấy phương pháp (i) dễ thực hiện nhưng độ chính xác về vị trí trường không cao. Phương pháp (ii) cho độ chính xác cao nhưng rất khó triển khai ở địa bàn vùng núi do có quá nhiều điểm trường rải rác trong địa bàn rất khó khăn về đi lại.
Đơn vị chủ quản EMIS/SREMIS cũng duy trì hệ thống cập nhật cấp quốc gia, điều phối và hỗ trợ người sử dụng ở địa phương và cung cấp một mức độ thông tin có chất lượng tới những đơn vị liên quan ở cấp trung ương.
Dự kiến các lớp thông tin quản lý gồm:
Các lớp Bản đồ nền Cơ sở địa lý
Ranh giới hành chính các cấp
Giao thông
Thủy hệ
Địa hình (hoặc ảnh bản đồ địa hình)
Các lớp Bản đồ mạng lưới Trường học 
 Mầm non
Tiểu học(chính, lẻ, PTCS)
Trung học(THCS, Liên cấp II+3, PTCS)
Trung học phổ thông
Điểm dân cư
Ranh giới nhập học
Cơ quan giáo dục
(thiết kế chi tiết các lớp thông tin sẽ đề cập sau nếu SREM đồng ý triển khai tích hợp GIS vào hệ thống EMIS/SREMIS)Ví dụ về ứng dụng Bản đồ trường học trong xây dựng kế hoạch, chính sách:
Xác định tham số khoảng cách tới trường để phân tích không gian khả năng cung cấp dịch vụ giáo dục và nhu cầu xây dựng trường học liên quan thông qua một giao diện bản đồ. Khi xem xét phân bổ kinh phí đầu tư cơ sở hạ tầng chắc chắn tiết kiệm khá lớn bằng cách xác định vị trí điểm trường vào các vị trí chiến lược và thuận lợi về mặt tiếp cận cho mọi người. 
Chẩn đoán và giải thích được các vấn đề về giáo dục trong bức tranh không gian thể hiện mối quan hệ tương hỗ giữa các điểm trường với nhau và giữa các điểm trường với đặc điểm không gian địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội
Rất dễ in ra một trang bản đồ của địa phương (xã, vùng, huyện) mà trường đang đóng trên địa bàn để làm ví dụ minh họa trực quan cho các bài giảng địa lý hoặc xã hội (truyền thống địa phương). Điều này chỉ có thể thực hiện được khi có hệ thống bản đồ GIS.
Phân bổ lại giáo viên (xem bản đồ minh họa dưới đây)
Xây dựng thêm phòng học (xem bản đồ minh họa dưới đây)
V.v.
VD về Các lớp thông tin trên bản đồ