Bản đồ học hay Đồ bản học là khoa học nghiên cứu và phản ánh sự phân bố không gian, sự phối hợp mối liên hệ giữa các đối tượng, hiện tượng tự nhiên và xã hội trên bề mặt Trái Đất thông qua các mô hình ký hiệu, hình tượng.
Các chức năng của bản đồ như là công cụ trực quan cho các số liệu không gian. Các số liệu này thu được từ công việc đo đạc mặt đất, chụp ảnh hàng không, chụp ảnh vệ tinh và có thể lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, từ đó nó được xử lý thành các loại bản đồ cho các mục đích khác nhau. Bản đồ biểu diễn đầy đủ nhất các đối tượng nói trên thường gọi là bản đồ địa hình. Các bản đồ chuyên đề thì thể hiện nổi bật những thông tin liên qua đến chuyên đề đó, ví dụ bản đồ hành chính, bản đồ giao thông,…
Xu hướng hiện nay trong lĩnh vực này là chuyển dần từ các phương pháp tương tự sang các phương pháp sử dụng kỹ thuật số nhằm tạo ra các bản đồ có tính động và tương tác cao. Các xử lý khi lập bản đồ dựa vào lập luận cho rằng các thực tại là khách quan và con người có thể lập ra các mô phỏng có độ chính xác cao của thực tại này bằng cách thêm vào một mức độ nhất định của việc trừu tượng hóa.
Bản đồ thông thường được lập ra bằng giấy và bút, nhưng sự ra đời và phổ biến của máy tính đã tạo ra nhiều thay đổi trong ngành này. Phần lớn các bản đồ có chất lượng thương mại ngày nay được tạo ra nhờ các phần mềm lập bản đồ. Chúng có thể là CAD, MapInfo, MicroStation, GIS hay các phần mềm lập bản đồ chuyên nghiệp nào đó.
Lịch sự hình thành và phát triển ngành bản đồ học
Bản đồ học cổ đại đến trung đại
Bản đồ thế giới thời Trung cổ Bản đồ cổ nhất thế giới mà đến nay còn biết có từ thiên niên kỷ 5 TCN . Những bản đồ cổ nhất làm nổi bật các quan hệ địa hình như sự quan hệ, sự gần kề và sự ngăn cách.
Sự phát triển lớn trong việc lập bản đồ diễn ra khi hình học ra đời, nó đã được sử dụng lần đầu tiên ở Babylon vào khoảng thế kỷ 23 TCN. Bản đồ được khắc ở thành phố thánh thần Nippur, trong thời kỳ Kassite (thế kỷ 14 TCN – thế kỷ 12 TCN) trong lịch sử Babylon, đã được tìm thấy ở Nippur [1]. Người Ai Cập cổ đại sau này cũng sử dụng hình học để đo đạc đất đai cũng như tái đo đạc nó sau những thời kỳ ngập lụt của sông Nin do các ranh giới đã bị mất đi.
Người Hy Lạp cổ đại đã bổ sung thêm tính nghệ thuật và khoa học cho bản đồ học. Strabo (khoảng 63 TCN – khoảng 21 TCN) được coi là cha đẻ của địa lý vì ông đã viết Geographia (Địa lý), trong đó ông dẫn chứng và phê bình các công trình của những người khác (phần lớn trong số họ ngày nay chúng ta không biết do Strabo không nói đến tên của họ). Ở Miletus, Thales (khoảng 600 TCN) cho rằng Trái Đất là một chiếc đĩa bao bọc bởi nước. Anaximander cũng ở Miletus giả thiết rằng Trái Đất có hình trụ vào cùng khoảng thời gian đó. Năm 288 TCN, Aristarchus ở Samos là người đầu tiên nói rằng Mặt Trời là trung tâm vũ trụ (xem thuyết nhật tâm). Vào khoảng năm 250 TCN, Eratosthenes ở Cyrene ước tính chu vi Trái Đất trong phạm vi 15% của giá trị mà ngày nay chấp nhận.
Pythagoras ở Ionia, người tạo ra sự sùng bái toán học đã phát triển nhiều niềm tin tín ngưỡng dựa trên các số mà sau này đã trở thành nền tảng của toán học, đã là người nổi tiếng đầu tiên nói rằng Trái Đất có dạng hình cầu. Aristotle sau đó đã đưa ra nhiều luận cứ để củng cố ý tưởng này. Các luận cứ đó có thể tổng quát hóa như sau:
- Nguyệt thực luôn luôn tròn.
- Tàu thuyền dường như là chìm xuống khi chúng di chuyển ra xa khỏi tầm quan sát và đi qua đường chân trời.
- Một số ngôi sao chỉ có thể quan sát từ những phần nào đó của Trái Đất.
Người Hy Lạp cũng phát triển khoa học về ánh xạ bản đồ, là các phương thức để thể hiện các bề mặt cong của Trái Đất lên trên mặt phẳng. Eratosthenes, Anaximander và Hipparchus được coi là đã phát triển ra hệ thống lưới của kinh độ và vĩ độ và Eratosthenes được coi là phát minh ra ánh xạ bản đồ theo hình chữ nhật đều khoảng cách vào khoảng năm 200 TCN. Claudius Ptolemy cũng phát minh ra một cách ánh xạ bản đồ bao gồm phương pháp hình nón khoảng cách đều vào khoảng năm 150 TCN.
Khoa học về bản đồ ở châu Âu đã ngủ quên trong thời Trung cổ, khi các khái niệm triết học đã đi theo hướng tôn giáo. Mặc dù lĩnh vực này có tiến bộ theo một số hướng, chẳng hạn các phát minh của Roger Bacon về ánh xạ bản đồ và sự xuất hiện của portolano và sau đó là các hải đồ cổ để phục vụ cho nhu cầu về các tuyến hàng hải của người châu Âu, nhưng đã có rất ít lực đẩy để nghiên cứu có hệ thống hay ứng dụng của bản đồ học. Phần lớn các “bản đồ” thế giới của giai đoạn này là các biểu đồ vũ trụ của những người Thiên chúa giáo không thể coi như các thể hiện địa lý chính xác. Thông thường dù là vuông hay tròn, chúng đều tuân theo kiểu của cái gọi là “bản đồ T và O”, trong đó thể hiện các khu vực châu lục như các phần của đĩa tròn và được bao quanh bởi đại dương. Các bản đồ cỡ lớn cũng có xu hướng nghiêng về dạng biểu đồ do các nhu cầu địa chính nói chung được thỏa mãn bằng các mô tả của ranh giới thay vì đo đạc. Ngược lại, người Trung Hoa trong thời gian này đã sử dụng hệ tọa độ chữ nhật phù hợp với thực tế nếu được đo đạc một cách gần đúng. Người Trung Hoa đã không vẽ bản đồ thế giới vì vũ trụ quan của họ đã không cung cấp niềm tin trong việc mô tả những vùng đất xa nằm ngoài phần hiểu biết của họ. Các tác phẩm đã cho thấy các nhà triết học Trung Hoa tin rằng Trái Đất phẳng. Với một số rất ít ngoại lệ các nhà thần học, nổi tiếng nhất là Lactantius, còn đa phần các nhà triết học Thiên chúa giáo và Hồi giáo đều tán thành khái niệm của người Hy Lạp về dạng hình cầu của Trái Đất.
Bản đồ học thời kỳ Phục hưng – cận hiện đại
Sự phát hiện ra châu Mỹ của người châu Âu và các cố gắng sau đó nhằm kiểm soát và phân chia các vùng đất này đã đòi hỏi cần có các phương pháp lập bản đồ một cách khoa học. Xu hướng toàn cầu hóa đã bắt đầu từ thời kỳ Thám hiểm còn tiếp tục đến thời kỳ Phục hưng. Điều này cuối cùng dẫn đến thời kỳ Ánh sáng với nhu cầu về tính chính xác khoa học và mong muốn sắp xếp hệ thống thế giới đã làm cho ngành lập bản đồ phát triển hơn.
Thay đổi công nghệ trong bản đồ học thời hiện đại
Trong bản đồ học, công nghệ liên tục thay đổi nhằm đáp ứng nhu cầu của các thế hệ các nhà lập bản đồ và người dùng mới. Những bản đồ đầu tiên được lập thủ công bằng bút vẽ và giấy da, vì thế chất lượng của chúng rất giới hạn và đã được phổ biến hạn chế. Sự phát minh ra các thiết bị từ, chẳng hạn la bàn và sau đó một thời gian dài là các thiết bị lưu trữ bằng từ tính đã cho phép sáng tạo ra các bản đồ chính xác hơn cũng như khả năng lưu trữ và điều khiển chúng theo phương thức kỹ thuật số.
Các tiến bộ của các thiết bị cơ khí như máy in, thước đo độ và thước véc nê đã cho phép sản xuất hàng loạt các bản đồ cũng như khả năng tái bản chính xác từ các dữ liệu chính xác hơn. Công nghệ quang học như kính thiên văn, kính lục phân và các thiết bị khác sử dụng kính thiên văn đã cho phép đo đạc chính xác đất đai và tăng khả năng của các nhà lập bản đồ và các nhà hàng hải trong việc tìm kiếm vĩ độ bằng cách đo góc của sao Bắc cực vào ban đêm hay của Mặt Trời vào ban ngày.
Các tiến bộ trong công nghệ quang hóa, chẳng hạn in thạch bản và nhiếp ảnh đã cho phép tạo ra các bản đồ có các chi tiết cụ thể tốt và không bị bóp méo về hình dạng cũng như khả năng chống ẩm mốc và hao mòn. Điều này cũng loại bỏ nhu cầu khắc đá (gỗ) và nó rút ngắn thời gian để tái tạo bản đồ.
Vào giữa và cuối thế kỷ 20 các tiến bộ trong công nghệ điện tử đã dẫn đến một cuộc cách mạng mới trong ngành bản đồ học. Các thiết bị phần cứng máy tính như màn hình, máy vẽ đồ thị, máy in, máy quét và máy vẽ đồ thị phân tích lập thể cùng với sự ảo hóa, công nghệ xử lý ảnh, phân tích không gian và các phần mềm cơ sở dữ liệu đã mở rộng một cách đáng kể việc lập bản đồ. Xem thêm đồ họa trường quét kỹ thuật số.
Nội dung chính
Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ cơ bản của bản đồ học
Bản đồ học là khoa học nghiên cứu toàn diện về bản đồ cùng kỹ thuật và các phương pháp thành lập sử dụng bản đồ. Bản đồ học được coi là khoa học về thể hiện và nghiên cứu sự phân bố trong không gian, mối quan hệ và sự biến đổi theo thời gian của các đối lượng tự nhiên và xã hội bằng các mô hình ký hiệu tượng hình, các hình biểu thị thực địa dưới hình thức trực quan và khái quát hoá.
1. Đối tượng của bản đồ học
Đối tượng nhận thức của bản đồ học là không gian cụ thể của các đối tượng và hiện tượng của thực tế khách quan và những biến đổi của chúng theo thời gian.
Bản đồ học bao gồm nhiều bộ môn khoa học kỹ thuật có quan hệ chặt chẽ với nhau nhưng mỗi bộ môn lại có chức năng riêng, cụ thể là:
- Cơ sở lý thuyết của bản đồ: Nghiên cứu các loại bản đồ, tính chất và các yếu tố của bản đồ, khả năng sử dụng các bản đồ trong thực tế, lịch sử phát triển của bản đồ học.
- Toán bản đồ: Nghiên cứu các phương pháp chiếu bề mặt toán học của trái đất lên mặt phẳng, các tính chất, các phương pháp đánh giá và lựa chọn các phép chiếu bản đồ và các yếu tố khác thuộc cơ sở toán học của bản đồ.
- Thiết kế và thành lập bản đồ: Đó là một trong những bộ môn quan trọng nhất của bản đồ học. Nó nghiên cứu và xây dựng lý thuyết tổng quát hoá bản đồ, các phương pháp biên tập và thành lập bản đồ.
- Trình bày bản đồ: Nghiên cứu các phương pháp, phương tiện trình bày màu và hình vẽ của bản đồ, đồng thời nghiên cứu những vấn đề thiết kế các ký hiệu quy ước.
- In bản đồ: Nghiên cứu các phương pháp chế bản in và in bản đồ.
- Sử dựng bản đồ: Đó là một bộ phận của bản đồ học trong đó nghiên cứu những phương hướng và phương pháp sử dụng các bản đồ, đánh giá độ tin cậy và độ chính xác của các kết quả thu nhận được lừ bản đồ.
- Bản đồ số. Nghiên cứu phương pháp và công nghệ thành lập bản đồ số với sự trợ giúp của công nghệ tin học.
- Kinh tế và tổ chức sản xuất bản đồ: Nghiên cứu các mặt kinh tế và các biện pháp tổ chức hợp lý hoá sản xuất bản đồ.
2. Bản đồ học và các môn học
Bản đồ học có liên quan chặt chế với nhiều môn khoa học khác đặc biệt là với môn Trắc địa phổ thông, Trắc địa cao cấp, Trắc địa địa hình, Thiên văn học….Những mối quan hệ đó có tính chất hai chiều. Bản đồ học dùng các kết quả nghiên cứu của các môn khoa học đó để biên soạn nội dung bản đồ hoặc làm cơ sở toán học để thiết kế nội dung. Các môn khoa học khác dùng bản đồ và các phương pháp sử dụng bản đồ để giải quyết những vấn đề thực tế của mình.
Trắc địa cao cấp, Thiên văn học và Trọng lực học cung cấp cho bản đồ những số liệu về hình dạng, kích thước trái đất, tọa độ các điểm của lưới khống chế đo đạc.
Trắc địa địa hình và Trắc địa ảnh bằng các phương pháp đo vẽ khác nhau, cung cấp cho bản đồ học những tài liệu bản đồ đầu tiên để nghiên cứu bề mặt trái đất và là tài liệu gốc để xây dựng các loại bản đồ khác.
Địa lý học nghiên cứu bản chất của các hiện tượng tự nhiên, kinh tế xã hội, nguồn gốc của chúng, những mối quan hệ tương quan và sự phân bố của chúng trên mặt đất. Đó chính là cơ sở để phản ánh đúng đắn các đối tượng và các hiện tượng trên bản đồ.
Ngoài ra, bản đồ học còn có mối liên hệ với nhiều môn khoa học khác như địa chất, thổ nhưỡng, lịch sử,.v.v…
Các loại bản đồ
Các lĩnh vực của bản đồ học có thể chia ra làm hai phạm trù chung: bản đồ học đại cương và bản đồ học theo chủ đề.
Bản đồ học đại cương bao gồm việc lập các bản đồ cho đa số quần chúng và vì thế nó bao gồm nhiều loại đặc điểm. Các bản đồ đại cương chứa nhiều chỉ dẫn và các hệ thống khu vực, thông thường chúng được sản xuất hàng loạt. Ví dụ bản đồ địa hình tỷ lệ xích 1:24.000 của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) là tiêu chuẩn khi so với bản đồ Canada tỷ lệ xích 1:50.000.
Bản đồ địa hình chủ yếu liên quan tới địa hình của khu vực và nó thông thường khác với các bản đồ khác do sử dụng nhiều đường đồng mức để thể hiện độ cao của bề mặt trái đất.
Bản đồ tô pô là một loại rất sơ sài của bản đồ, là loại mà người ta có thể vẽ phác thảo trên giấy hay khăn ăn. Ví dụ bản đồ các tuyến xe buýt ở một thành phố.
Bản đồ học theo chủ đề tạo ra các loại bản đồ theo một chủ đề địa lý cụ thể nào đó nhằm vào các đối tượng khách hàng đặc biệt. Các ví dụ cụ thể là bản đồ chứa các chấm chỉ ra năng lực sản xuất ngô ở các vùng của một quốc gia hay bản đồ tô màu theo mẫu để chỉ ra mật độ tập trung của dân số ở một quốc gia nào đó theo từng khu vực v.v. Do khối lượng các dữ liệu địa lý đã bùng nổ trong những thập niên gần đây, bản đồ học theo chủ đề đã ngày càng trở lên quan trọng, hữu ích và cần thiết hơn để diễn giải các dữ liệu văn hóa-xã hội theo không gian.
Bản đồ học – ngành học đang bị lãng quên?
Cơ hội làm việc nhanh và nhiều, 100% sinh viên ra trường có việc làm nhưng hàng năm tỷ lệ sinh viên tuyển vào chỉ được 2/3, trong đó chủ yếu là diện nguyện vọng 2 nhập học với chủ tâm chờ năm sau thi lại. Đó là bức tranh đầy mâu thuẫn của ngành bản đồ học hiện nay.
Bản đồ học – Ngành học “thu nhỏ thế giới”
Đến đại học Mỏ – Địa chất thời điểm đầu năm học, không khỏi ngạc nhiên khi khắp sân trường chỗ nào cũng thấy sinh viên đo đạc, vẽ bản đồ bằng thiết bị quan trắc.
Trần Bảo Nam, sinh viên bộ môn bản đồ (khoa Trắc địa), cho biết thời gian học lý thuyết chỉ 1/3, còn lại là thực hành ở sân trường và… ngoài đường. “Từ một cái cây, chúng em đo kích thước, toạ độ rồi sử dụng các phần mềm tái hiện nó trên bản đồ. Người dùng kích vào cái cây (bản đồ động) sẽ biết được toạ độ, hình dáng, màu sắc và đặc tính của loài cây đó”, Nam kể về sự thú vị của bài học. Còn Phạm Xuân Cảnh, K51, bộ môn bản đồ viễn thám (khoa Địa lý – đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội), chia sẻ: “Em ban đầu vào khoa vì trượt nguyện vọng 1, định học tạm nguyện vọng 2 để năm sau thi lại. Tuy nhiên, qua một năm học thì mọi suy nghĩ hoàn toàn thay đổi”. Hiện Cảnh đang học thạc sĩ tại khoa và tham gia công việc tại đây cũng như các dự án hợp tác với tổ chức nước ngoài.
Theo TS Đinh Thị Bảo Hoa, chủ nhiệm bộ môn bản đồ viễn thám (khoa Địa lý – đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội), mặc dù nằm trong khoa Địa lý nhưng bộ môn lại tuyển 100% học sinh khối A, bởi ưu tiên về tư duy và độ nhạy bén vốn rất cần cho ngành học này. Sinh viên ngành này cũng phải thành thạo tin học.
Bản đồ học là một ngành khoa học kỹ thuật thuộc khối các khoa học địa cầu, nghiên cứu phương pháp xây dựng và sử dụng các loại bản đồ làm cơ sở khoa học về mô hình không gian để nhận thức trong địa lý, địa chất, khoa học về hành tinh và trong nhiều ngành khoa học khác về trái đất và xã hội. Ở Việt Nam, đến năm 1980, bộ môn này mới được thành lập ở khoa Địa lý – đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội. Trước đó, nhóm cán bộ giảng dạy về bản đồ và trắc địa được xếp chung trong một bộ môn ghép gọi là địa mạo – bản đồ. Còn bộ môn bản đồ – viễn thám – GIS thuộc khoa Địa lý – đại học Khoa học xã hội và nhân văn TP.HCM mới thành lập năm 2004. Bộ môn bản đồ – viễn thám và GIS thuộc khoa Địa lý – địa chất của đại học Khoa học (đại học Huế) thì mãi năm 2010 mới ra đời… Những trường như đại học Tài nguyên và môi trường Hà Nội, đại học Bách khoa TP.HCM, đại học Tài nguyên và môi trường TP.HCM… cũng đào tạo ngành này. Tuỳ hình thức tuyển sinh và mục tiêu đào tạo mà tại mỗi trường ngành học này có tên gọi riêng, nhưng đa số chỉ dừng lại ở bộ môn, rất ít trường có khoa riêng.
Giảm học phí vẫn không tuyển đủ chỉ tiêu
Dù chuyên ngành bản đồ đã được bộ Giáo dục và đào tạo miễn giảm 100% học phí nhưng vẫn ít lôi cuốn người học. TS Bảo Hoa cho biết: “Hầu hết các năm đều phải lấy thêm nguyện vọng 2, tâm lý các em đều chỉ định học một năm rồi sang năm sau thi trường khác. Nhưng khi đã vào học rồi thì hầu như không có em nào thi lại trường khác. Vì các em dần hiểu ra học địa lý thú vị, khác xa với hình dung hồi học phổ thông”.
Không có thói quen dùng bản đồ, không được tạo điều kiện để tiếp cận những loại bản đồ có công dụng gần gũi như chỉ ra địa điểm cây xăng, trường học, ATM… lại thiếu cả thông tin về ngành học này nên người ta không nhận ra công dụng của bản đồ và bản thân học sinh cũng rất mơ hồ về ngành bản đồ học.
Đề cập về việc này, TS Lê Minh Vĩnh, trưởng bộ môn bản đồ – viễn thám – GIS, khoa Địa lý – đại học Khoa học xã hội và nhân văn TP.HCM, cho biết mỗi năm chỉ có 15 – 20 sinh viên theo học. Trở ngại từ các môn toán – tin là lý do sinh viên ngại đăng ký bộ môn này, so với địa lý du lịch hay địa lý môi trường. Tuy nhiên, để đi sâu tìm hiểu nguyên nhân khiến ngành này thất thế, lại phải mở rộng đến thói quen sử dụng, điều kiện tiếp cận và công dụng của bản đồ. Không có thói quen dùng bản đồ, không được tạo điều kiện để tiếp cận những loại bản đồ có công dụng gần gũi như chỉ ra địa điểm cây xăng, trường học, ATM… lại thiếu cả thông tin về ngành học này nên người ta không nhận ra công dụng của bản đồ, và bản thân học sinh cũng rất mơ hồ về ngành bản đồ học. Chỉ khi trải qua một quá trình học, họ mới yêu thích và thiện cảm với nó.
Học hẹp, làm rộng
TS Bảo Hoa chia sẻ, bộ môn bản đồ với 15 sinh viên tốt nghiệp/khoá – hiện là bộ môn sinh viên đắt hàng nhất sau khi ra trường trong toàn khoa. Sau hai năm đại cương, với chuyên ngành bản đồ viễn thám, sinh viên được học phương pháp, tài liệu lập bản đồ. Khi tốt nghiệp, sinh viên sẽ biết cách phân tích, tìm kiếm bản đồ, biết tổ chức, đồng bộ dữ liệu cũng như xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ cho từng mục đích cụ thể.
100% sinh viên ra trường có việc làm ngay, đó là tiết lộ của ThS Bùi Ngọc Quý, phó trưởng bộ môn bản đồ, khoa Trắc địa của đại học Mỏ – địa chất. “Với 40 kỹ sư/khoá tốt nghiệp, các kỹ sư bản đồ của trường mỏ sẽ được cung cấp đầy đủ về cơ sở toán học cho bản đồ, biết xác định độ chính xác từng loại bản đồ, các phương pháp trình bày phân tích bản đồ”, ông Quý cho biết. TS Vũ Kim Chi, giảng viên bộ môn bản đồ – viễn thám cho biết thêm: ngoài lĩnh vực theo ngành dọc như làm việc tại cục Đo đạc bản đồ (bộ Tài nguyên và môi trường), cục Bản đồ – cục Tổng tham mưu thì các sở tài nguyên và môi trường, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải đều rất cần nhân lực bản đồ.
Còn theo Xuân Cảnh, chỉ cần học tiếng Anh tốt với kiến thức ngành bản đồ học, rất nhiều bạn cùng khoá đã đi làm cho các tổ chức phi chính phủ, các tổ chức môi trường, biến đổi khí hậu như IUCN, Traffic, UNDP… và thực sự thành đạt.
Theo báo Sài gòn tiếp thị
