Chöông 6: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TN&MT 6.1 Vai trò của GIS trong quản lý tài nguyên và môi trường 6.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS tài nguyên và môi trường 6.3 Tích
Trang 1Chöông 6: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
TRONG QUẢN LÝ TN&MT
6.1 Vai trò của GIS trong quản lý tài nguyên và môi trường
6.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS tài nguyên và môi trường
6.3 Tích hợp Viễn thám và GIS để xây dựng dữ liệu
6.4 Xác định mục tiêu và các phương pháp phân tích GIS ứng dụng trong
TN&MT 6.5 Nghiên cứu diễn biến môi trường
(GIS and Environmental Change) 6.6 Nghiên cứu qui hoạch phân vùng sử dụng đất hợp lý
(GIS and Planning and Zonation)
6.7 GIS trong đánh giá tác động môi trường (GIS and EIA)
Trang 26.1 Vai trò của GIS trong quản lý TN&MT
Vấn đề quản lý
Các hoạt động của con người tác động đến môi trường gây xáo
trộn các thành phần và thường diễn biến khó dự báo dẫn đến việc
sử dụng tài nguyên môi trường quá mức tải cho phép , không thích hợp và từ đó dẫn đến việc môi trường bị thay đổi ảnh hưởng đến môi trường sống của con người.
Các yếu tố môi trường thành phần phân bố ngoài không gian tự
nhiên có thể được xem xét dưới dạng điểm , mang tính địa phương hoặc dưới dạng phân bố rộng cấp vùng , cấp quốc gia hoặc liên quốc gia mang tính vùng Cho dù với phạm vi nào thì các yếu tố thành phần của môi trường cũng có mối quan hệ phức tạp và chặt chẽ với nhau và mang tính tổng hợp Ở phạm vi nhỏ cục bộ tính phức tạp thấp hơn so với phạm vi rộng do có ít thông tin và các yêu cầu xử lý thông tin không nhiều, tính phức tạp gia tăng theo phạm
Trang 36.1 Vai trò của GIS trong quản lý TN&MT
Vai trò của GIS&VT
Quản lý TN&MT mang tính liên ngành, đa ngành và có những bộ công cụtrợ giúp cho công tác quản lý Trong số này thường được nói đến là công
cụ đánh giá, điều tra cơ bản, quản lý kết hợp và các công cụ về chính sách Các công cụ này được sử dụng nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu các rủi ro về môi trường, sử dụng bền vững nguồn tài nguyên Để có thể hiểu biết và đánh giá đúng mức về TN&MT trong điều kiện thông tin đa dạng, phức tạp, các thông tin này cần phải cập nhật liên tục do những biến đổi theo thời gian thì chỉ có kỹ thuật GIS&VT mới có thể đáp ứng được nhu cầu này, đặc biệt là đối tượng quan tâm có phạm vi không gian rộng
Ngoài các chức năng thông thường của một hệ GIS là thu nhận, lưu trữ, cập nhật và hiển thị thông tin thì hệ GIS còn có khả năng liên kết các dữliệu, thông tin ở nhiều dạng khác nhau về một định dạng chung của hệ GIS để phân tích GIS có thể giữ vai trò quan trọng cho phân tích và hình thành các kế hoạch mang tính dự báo, phân tích các mối quan hệ không gian – thuộc tính, các mối quan hệ của các yếu tố khác nhau Ngoài ra, GIS có thể được coi như là một phương tiện giao tiếp cuối cùng về mặt
Trang 46.1 Vai trò của GIS trong quản lý TN&MT
GIS là công cụ hữu hiệu cho các phân tích và qui hoạch MT, do có thể lưu trữ các dữ liệu không gian của môi trường dưới dạng số Các lớp thông tin khác nhau có thể được chồng lớp để phân tích và xác định về các mối quan hệ Chính kỹ thuật này cho phép những người làm công tác nghiên cứu quản lý TN&MT hiểu biết tốt hơn về các đặc điểm tự nhiên và mối quan hệ ảnh hưởng đến một điều kiện môi trường cụ thể nào đó, phù hợp với cách tiếp cận hệ thống trong quản lý TN&MT
Ngoài ra GIS còn có chức năng hiển thị và phân tích, trích lọc thông tin trực tiếp từ các ảnh viễn thám Với chức năng này, việc kết hợp giữa viễn thám và GIS đã giúp cho các nghiên cứu về MT trở nên hiệu quả và
khách quan hơn
Một bộ công cụ GIS đầy đủ có thể giúp cho việc qui hoạch và QLMT
Đánh giá các nguy cơ rủi ro nói chung là nền tảng cho việc ra các quyết định về qui hoạch và các hoạt động giảm thiểu tác động, nhằm vào mục tiêu cuối cùng là Qui hoạch và Giám sát MT
Trang 56.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS TN&MT
Dữ liệu không gian
Các yếu tố điều kiện tự nhiên, môi trường và tài nguyên tồn tại và phân bốtrong một không gian địa lý thực, chúng có các tính chất và đặc điểm khác nhau Trong thực tế, các thông tin thuộc tính này phải gắn kết với một đối tượng cụ thể nào đó ngoài thế giới thực Vị trí và phạm vi phân bố không gian của các yếu tố này được thể hiện trên các bản đồ chuyên đề ở các cấp tỷ lệ khác nhau hoặc trong một hệ GIS Các yếu tố này có thể so sánh đối chiếu và phân tích tìm các mối quan hệ
Xét trên khía cạnh quản lý TN&MT, các thông tin cần phải có không chỉ làcác thông tin về tính chất, vị trí, phân bố hay các dữ liệu thuộc tính nói chung, mà các thông tin này còn phải được thể hiện và trình bày trên bản
đồ để có thể chỉ ra được mối quan hệ không gian giữa các loại khác nhau trong một yếu tố, hoặc giữa các yếu tố với nhau Nếu chỉ có các thông tin thuộc tính đơn thuần thì công tác quản lý TN&MT chỉ mới thực hiện được một phần nào, ở một mức độ quản lý đơn giản nào đó thì điều này có thể
Trang 66.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS TN&MT
Dữ liệu thuộc tính
MT và các vấn đề liên quan đến MT thực chất là liên quan đến nhiều
chuyên ngành khác nhau Để nghiên cứu về MT cần phải có rất nhiều thông tin khác nhau, phối hợp liên ngành và đa ngành Chỉ riêng dữ liệu không gian nhưng không có dữ liệu thuộc tính đi kèm, hoặc có rất ít cũng chỉ đáp ứng được nhu cầu quản lý ở mức rất thấp Khi phân tích riêng lẻtoàn bộ dữ liệu thuộc tính, nhà quản lý MT cũng chỉ có thể hình dung ra được và giải quyết được cho một vị trí thực nào đó Trong khi đó các yếu
tố này không chỉ tồn tại ở một vị trí mà là còn có sự mở rộng về không gian theo các hướng khác nhau, có thể lặp lại ở một vị trí nào đó trên trái đất với một vài thay đổi về tính chất, có quan hệ với các yếu tố khác tại cùng vị trí và với các yếu tố khác phân bố lân cận Chính điều này nảy sinh ra vấn đề cần phải có dữ liệu và thông tin của các ngành khác nhau
để cùng giải quyết một hoặc nhiều mục tiêu liên quan đến MT
Kết hợp cả hai loại dữ liệu không gian và thuộc tính, nhằm trả lời cho các câu hỏi Cái gì, Ở đâu và Như thế nào Ở cấp độ cao hơn có thể trả lời cho câu hỏi Các yếu tố đó quan hệ với nhau như thế nào, Sẽ như thế nào Nếu
Trang 76.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS TN&MT
Nguồn dữ liệu
Bản đồ: Nguồn dữ liệu chính và quan trọng ban đầu chính là các bản đồ địa hình và các bản đồ chuyên đề đã được thành lập từ trước Các thông tin và dữ liệu cần thiết có thể trích lọc từ các loại bản đồ này
Ảnh hàng không: là một dạng của dữ liệu viễn thám, có được là do các máy bay tiến hành bay chụp ở độ cao tầm thấp
Ảnh vệ tinh: thường là dạng ảnh số, được thu nhận ở độ cao 600 – 1000
km Các đối tượng trên mặt đất được ghi nhận dưới dạng phản xạ các kênh phổ trong dải sóng ánh sáng nhìn thấy hoặc sóng hồng ngoại phản
xạ và hồng ngoại bức xạ Ngoài ra các đối tượng trên bề mặt trái đất còn
có thể được ghi nhận bằng sóng radar chủ động, hoặc bằng kỹ thuật quét ảnh laser
Dữ liệu quan trắc đo đạc tại thực địa: Các dữ liệu được đo đạc ngoài thực
tế, quan sát mô tả hoặc lấy mẫu về phòng thí nghiệm để phân tích
Dữ liệu thống kê: Đây cũng là một trong những nguồn dữ liệu quan trọng trong các phân tích GIS ứng dụng cho quản lý TN&MT
Trang 86.2 Tầm quan trọng của dữ liệu GIS TN&MT
Tính thời gian của các nguồn dữ liệu
Các dữ liệu TN&MT thường chỉ có giá trị trong một khoảng thời gian nhất định Có những dữ liệu của một vài yếu tố có thể sử dụng trong khoảng thời gian dài do tính ổn định cao, ít thay đổi; nhưng có những yếu tố thay đổi liên tục và tính ổn định về tính chất và đặc điểm thấp Vì lý do này, các
dữ liệu và thông tin khi thu thập trước khi sử dụng cần phải được xác định thuộc nhóm ổn định cao hay thấp và thời gian xây dựng dữ liệu Giá trị
của thông tin và các kết quả phân tích GIS tùy thuộc nhiều vào tính chất này của dữ liệu
Đối với các dữ liệu ảnh vệ tinh và ảnh hàng không cần phải có thông tin
về thời gian thu nhận ảnh Thời điểm thu nhận ảnh cho biết hiện trạng các đối tượng được thu nhận tại thời điểm đó và chỉ cho thời điểm đó mà thôi
Trang 96.3 Tích hợp VT&GIS để xây dựng dữ liệu
Ảnh vệ tinh thường được lưu trữ dưới dạng ảnh số với nhiều kênh phổ
khác nhau và thường là đã có đăng ký và nắn chuyển về hệ tọa độ chung (chẳng hạn như hệ tọa độ UTM datum WGS-84) nên có thể tích hợp ngay vào hệ GIS để trích thông tin So với ảnh hàng không, ảnh vệ tinh có lợi thế là do có nhiều kênh phổ khác nhau nên có thể trích lọc nhiều thông tin, phạm vi phủ 1 ảnh rộng Hạn chế của ảnh vệ tinh là độ phân giải không gian (cao nhất hiện nay là 0,5 m) và chỉ có thể xây dựng mới bản đồ chi tiết tương đương tỷ lệ 1/5000 hoặc cập nhật bản đồ đã có ở tỷ lệ 1/2000
Kết hợp giữa kỹ thuật VT&GIS trong nghiên cứu quản lý TN&MT có thểthực hiện theo từng giai đoạn hoặc đồng bộ
Trong trường hợp theo từng giai đoạn thì các ảnh viễn thám nói chung phải được giải đoán để lấy thông tin theo mục tiêu cần thiết, kết quả giải đoán này sẽ được chuyển qua hệ GIS để kết hợp với các dữ liệu khác cho phân tích
Việc kết hợp giữa viễn thám và GIS cho phép trích lọc thông tin cần thiết trực tiếp từ ảnh viễn thám hoặc có những phân tích so sánh giữa dữ liệu
Trang 10Bản đồ hoá các dữ liệu thuộc tính
Các dữ liệu thuộc tính của một loại đối tượng nào đó khi được thu thập thường được biểu diễn, minh hoạ dưới các dạng điểm hoặc đường rời rạc không liên tục, trong khi các loại đối tượng này có kiểu phân bố ngoài
không gian thực là liên tục Điều này đặc biệt quan trọng đối với các yếu
tố môi trường Các thay đổi tính chất của một loại đối tượng từ giá trị này qua giá trị khác thường là một biến đổi kiên tục, rất ít có trường hợp màcác giá trị có khoảng cách rời rạc Các yếu tố sau khi được thu thập cần phải được thể hiện thành bản đồ Trên cơ sở các bản đồ này mới có thểxây dựng thành dữ liệu GIS để phục vụ các phân tích
Chú ý rằng vị trí, phân bố các điểm kháo sát sẽ ảnh hưởng đến kết quảxây dựng bản đồ cho dù có sử dụng thuật toán nội suy nào đi nữa thì kết
Trang 116.4 Xác định mục tiêu và phương pháp
phân tích GIS ứng dụng trong TN&MT
Mô hình hoá và các thuật toán nội suy trong xây dựng bản đồ các yếu tố môi trường
Các ứng dụng của GIS trong MT thì việc xây dựng các dữ liệu không gian
bề mặt là yêu cầu đầu tiên của các phân tích GIS Tầm quan trọng của bước này nhằm tạo thông tin cơ sở, dựa trên các dữ liệu bề mặt thì các phân tích không gian của GIS sẽ giúp trả lời các câu hỏi cái gì? thế nào?
…
Mô hình hoá trong GIS nhằm thể hiện trở lại các yếu tố ngoài không gian thực, có thể là một yếu tố đơn tính nào đó như địa hình, nhiệt độ, luợng mưa, độ mặn, dộ pH hoặc là một mô hình về các mối quan hệ giữa các yếu tố ngoài tự nhiên thực
Mô hình hoá các dữ liệu thực thông qua phân tích các dữ liệu GIS Các
dữ liệu thuộc tính trong các dữ liệu GIS được coi như dữ liệu chiều thứ ba
(dữ liệu chiều Z) so với hai chiều mô tả tọa độ phân bố không gian của đối tượng (hai chiều X và Y) Điển hình cho loại phân tích dữ liệu này là phân tích xây dựng mô hình độ cao số (DEM-digital elevation model) hay phân tích 3 chiều (3D)
Trang 126.4 Xác định mục tiêu và phương pháp
phân tích GIS ứng dụng trong TN&MT
Slope map of Binh Phuoc province
Trang 136.4 Xác định mục tiêu và phương pháp
phân tích GIS ứng dụng trong TN&MT
pháp thường được sử dụng nhiều nhất nhằm chuyển đổi dữ liệu khảo sát
theo điểm, thành dạng dữ liệu liên tục để thể hiện thành bản đồ vùng các giátrị Các thuật toán sử dụng thông thường trong phương pháp nội suy bao gồm Kriging, IDW, TIN, Trend, lưới đa giác (Thiessen)
uyển chuyển thường sử dụng trong phân tích GIS để xây dựng lại các giá trị bềmặt, thường là độ cao Dữ liệu sử dụng có thể ở dạng điểm, đường, thường ứng dụng để lập mô hình về địa hình
điểm này tới điểm khác sẽ suy giảm theo khoảng cách
dữ liệu sử dụng cho phân tích) xây dựng các giá trị mới, ước lượng – mang tính dự báo theo nhiều tham số
Trang 146.4 Xác định mục tiêu và phương pháp
phân tích GIS ứng dụng trong TN&MT
Trend: gán một đơn vị bề mặt cho một điểm có dữ liệu theo các thuật toán hồi qui đa thức và thực hiện nội suy trên diện rộng
Các yếu tố rời rạc bao gồm các yếu tố tự nhiên như điểm độ cao, độ sâu của địa hình; mô hình phân bố nước ngầm; các tính chất hoá học của môi trường nước như độ pH, độ mặn, TSS, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước…; các yếu tố nhiệt độ không khí, lượng mưa…
Phân tích chồng lớp các lớp thông tin môi trường – các yếu tố môi trường đơn tính
Đây là phân tích kết hợp không gian và thuộc tính của GIS và là thế mạnh của GIS Tích hợp các loại dữ liệu lại với nhau dưới hình thức tích hợp theo lớp nhằm phân tich mối quan hệ của các đối tượng có các tính chất khác nhau Trong phân tích chồng lớp các phép toán đại số, luận lý Boolean được
sử dụng nhiều, tùy thuộc vào mối quan hệ của các đối tượng đó với nhau
mà người phân tích xác định
Trang 156.4 Xỏc định mục tiờu và phương phỏp
phõn tớch GIS ứng dụng trong TN&MT
BBBBảảảản n n đồ đồ đồ nền nền
Khí h Khí hậậậậuuuu
Th Thổ ổổ ổ nh nh nhưỡ ưỡ ưỡng ng
Hi Hiệệệện tr n tr n trạạạạng s ng s ng sửửửử dụng dụng dụng đđđđất ất
Ngu Nguồ ồồ ồn n n n n nướ ướ ướcccc
đánh gi nh gi nh giáááá ttttáááác c c độ độ động m ng m ng mô ôô ôi tr i tr i trưưưường ờng
SSSSửửửử dụng dụng dụng đđđđất thích h ất thích h ất thích hợ ợợ ợp nhất p nhất
Trang 166.4 Xác định mục tiêu và phương pháp
phân tích GIS ứng dụng trong TN&MT
Trang 176.5 Nghiên cứu diễn biến môi trường
Nghiên cứu diễn biến và giám sát môi trường
Trong nghiên cứu giám sát MT, các bản đồ phân vùng các yếu tố rủi ro ở
các cấp độ khác nhau thường được thành lập nhằm phòng tránh các tai biến
MT gây thiệt hại Chắng hạn xây dựng bản đồ các vùng nhạy cảm ven bờbiển, phân vùng các khu vực có khả năng tai biến trượt lở đất vùng núi, phân vùng xói mòn đất tiềm năng nhằm quản lý sử dụng TN đất có hiệu quả
Diễn biến tự nhiên và các diễn biến không mong muốn
Các tai biến có thể là các trận động đất, sóng thần, trượt đất vùng núi, xói lở
bờ biển, lũ lụt hoặc hạn hán Hậu quả của các tai biến hay thiên tai dưới các dạng khác nhau gây ra các biến đổi về môi trường và tác động mạnh đến kinh tế-xã hội Có những tai biến hoàn toàn là tự nhiên và có những tai biến không toàn toàn là tự nhiên vì con người còn là một trong những tác nhân gây nên tai biến
GIS và xây dựng mô hình dự báo diễn biến về không gian – thời gian
Để xây dựng mô hình dự báo diễn biến về không gian về một yếu tố nào đóthì cần có DL của yếu tố đó ở các thời điểm trước kia (yếu tố lịch sử) hoặc phải là một chuỗi các DL đủ dài để có thể xác định các mối quan hệ của yếu
Trang 18BUILDING SENSITIVE INDEX MAP
Define dimension of each cell to create Sensitive Index Map
Sensitive Index Map was created
Visibility result of Sensitive Index Map
Trang 196.5 Nghiên cứu diễn biến môi trường
Trang 206.5 Nghiên cứu diễn biến môi trường
Riverbank change prediction
Trang 216.6 Nghiên cứu qui hoạch phân vùng
sử dụng đất hợp lý
Qui hoạch sử dụng không gian lãnh thổ - Qui hoạch cảnh quan
Yêu cầu phân vùng không gian lãnh thổ hoặc qui hoạch yêu cầu một số lượng lớn các thông tin, đặc biệt là các thông tin dạng bản đồ các yếu tố đơn tính Mục tiêu nhằm phác họa các vùng không gian theo mục đích sử dụng dựa trên các tiêu chuẩn đã được xác định nào đó.
Phân vùng quản lý sử dụng đất tối ưu
Sử dụng tối ưu ở đây cần hiểu theo nghĩa phù hợp với các mục đích sử dụng đã
được đặt ra cho một vùng không gian lãnh thổ và cần có các lựa chọn thích hợp Mỗi mục đích sử dụng đất sẽ có các mức độ ưu tiên nhất định theo các tiêu chuẩn về quản lý sử dụng TN&MT.
Phân tích đa tiêu chuẩn – đa mục tiêu (MCA với kỹ thuật đánh giá MCE –
Multi-criteria evaluation)
Vơi mục tiêu kết hợp thông tin ở các tiêu chuểu đánh giá khác nhau nhằm tạo ra một chỉ số đánh giá Có thể sử dụng các thuật toán luận lý Boolean để đặt điều kiện kết hợp các chỉ tiêu Có thể kết hợp với kiểu đánh giá gán trọng số tuyến tính.
Gán trọng số cho các thông tin khác nhau có thể sử dụng nhiều PP khác nhau, thông thường theo PP chuyên gia, lập ma trận so sánh cặp đôi hoặc phân tích thống kê hình nhánh
