Tiểu luận Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS trong giám sát và dự báo các sự cố môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG BÀI TẬP LỚN Môn: Đánh giá tác động môi trường và rủi ro sinh thái. Giảng viên hướng dẫn:Ths ĐINH BÁCH KHOA. Nhóm sinh viên thực hiện: PHẠM THỊ HƯỜNG ĐOÀN THỊ THÊM NGUYỄN VĂN HIỂU LÊ HẢI LÂM HÀ CHÍ TRUNG Hà nội 20-10-08 1 MỤC LỤC I).MỞ ĐẦU II).MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ VÀ GIS. ( PHẠM THỊ HƯỜNG, ĐOÀN THỊ THÊM ). II.1). GIS là gì?Lịch sử phát triển của GIS. II.2). Các thành phần của GIS. II.3). Chức năng của GIS. II.4). Đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS. II.4.a). Khả năng chồng lấp bản đồ ( map overlaying ). II.4.b). Khả năng phân loại các thuộc tính. ( reclassifation). II.4.c). Khả năng phân tích ( spatial analysis ) II.4.c.1). Dữ liệu vector. II.4.c.2). Hệ thống raster. II.4.c.2.1 ). Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và rester. II.4.c.2.2). Thuận lợi và bất lợi của hệ thống dữ liệu raster và vector. i). Thuận lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu raster . ii). Bất lợi của hệ thống dữ liệu raster iii). Thuận lợi của hệ thống cơ sở vector. iv). Bất lợi của hệ thống cơ sở dữ liệu vector. II.4.c.3). Mô hình thông tin thuộc tính. III). PHẦN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA KỸ THUẬT GIS. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG. ( NGUYỄN VĂN HIỂU, HÀ CHÍ TRUNG ) III.1).Ưu điểm của kỹ thuật GIS. III.2).Nhược điểm của kỹ thuật GIS. III.3). Khả năng ứng dụng của kỹ thuật GIS. 1). Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. 2). Nghiên cứu điều kiện kinh tế xã hội. 3). Nghiên cứu các chương trình quy hoạch phát triển. 4). Các ứng dụng của GIS trong hoạt động nông nghiệp và phát triển nông thôn. IV). ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO CÁC SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG ( LÊ HẢI LÂM ) a). Trong hiện tượng lũ lụt. b). Hiện tượng trượt đất. c).Sự cố địa chấn. d). Ứng dụng của GIS vào đánh giá và quản lý rủi ro vùng biển. e).Ứng dụng của GIS trong kiểm soát ô nhiễm không khí. 2 f). Ứng dụng của GIS trong giám sát sự phân bố và định lượng chất gây ô nhiễm nước. *** Giải thích: I).MỞ ĐẦU 3 ( ditagis.hcmut.edu.vn )Từ xa xưa, thông tin địa lý đã là nhu cầu cần thiết của mọi người trong mọi hoạt động sinh hoạt hàng ngày tại các vị trí khác nhau. Con người muốn được hiểu biết về các thực thể, các sự kiện, các hiện tượng như thế nào, xảy ra ở đâu, xảy ra khi nào và tại sao lại như vậy. Ở quy mô rộng lớn hơn, những nhà lãnh đạo một địa phương, một khu vực, một quốc gia luôn cần có thông tin địa lý một cách đầy đủ, chính xác, kịp thời để đưa ra quyết sách một cách đúng đắn, phù hợp lòng dân, làm cho địa phương, quốc gia ngày càng phát triển. Những nhà quân sự cần có thông tin địa lý để có những phương án chiến lược, chiến thuật bảo vệ lãnh thổ. Những nhà đầu tư cần thông tin địa lý để tính toán những khả năng và hiệu quả đầu tư. Những nhà kinh doanh cần có thông tin địa lý để quy hoạch chiến lược thị trường, làm cho hàng hóa được tiêu thụ nhanh chóng…. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin và trước xu thế toàn cầu hóa, hệ thống thông tin địa lý ( GIS ) cung cấp kịp thời những thông tin cần thiết theo từng khu vực địa lý để mỗi quốc gia xây dựng những chiến lược phát triển bền vững và có những quyết sách độc lập trong xu thế chung của toàn thế giới. ( my.opera.com )GIS – Geograpfic Information System hay hệ thống thông tin địa lý được hình thành từ ba khái niệm: địa lý, thông tin và hệ thống. ( wikipedia.org ) Kỹ thuật này đã bắt đầu được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển hơn một thập niên qua, đây là một dạng ứng dụng của công nghệ tin học ( Information technology ) nhằm mô tả thế giới thực ( Real world ) mà loài người đang sống - tìm hiểu - khai thác. ( my.opera.com )Chức năng đóng vai trị rất quan trọng trong GIS đó là tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian. Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra các đối tượng đồ họa theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS. ( nea.gov.vn )Hiện nay, sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn, mạnh hơn và các ứng dụng của GIS cũng trở lên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khả năng hiển thị dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tùy ý. II).MÔ TẢ PHƯƠNG PHÁP CHỒNG XẾP BẢN ĐỒ VÀ GIS. ( PHẠM THỊ HƯỜNG, ĐOÀN THỊ THÊM ) II.1). GIS là gì?Lịch sử phát triển của GIS. GIS là gì? ( nea.gov.vn ) GIS ( Geograpfic Information System ) - hệ thống thông tin địa lý là một dạng ứng dụng của công nghệ thông tin ( information technology ) để lập bản đồ và phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp với các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường ( như cấu trúc hỏi đáp ) và 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. ( wikipedia.org ) Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau : *).Phân tích các sự kiện. *). Dự đoán tác động. *). Hoạch định chiến lược. Lịch sử phát triển của GIS. Lịch sử phát triển của GIS gắn với ngành khoa học bản đồ. - Bản đồ được thành lập năm 1570 tại vùng biển BẮC ÂU. - Bản đồ hiện trạng đất phủ thành lập thế kỷ 18 bởi quân đội. 4 GIS bắt đầu được xây dựng trong những cơ quan địa chính ở Canada từ những năm 60 của thế kỷ 20 và suốt thời gian 2 thập niên 60- 70 GIS cũng chỉ được một vài cơ quan trong chính quyền khu vực BẮC MỸ quan tâm nghiên cứu. Tới thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những tính năng cao, giá lại rẻ đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu cùng với những kết quả của các thuật toán nhận dạng sử lý ảnh và cơ sở dữ liệu đã tạo điều kiện cho GIS ngày càng phát triển. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ viễn thám đã đưa GIS lên một tầm cao mới. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của GIS trong quản lý, xử lý các vấn đề về kinh tế, xã hội và môi trường…Vì vậy phần mềm GIS hiện nay được bán rất nhanh mặc dù người sử dụng đang gặp một vài trở ngại do các hệ không tương thích nhau vì chưa có tiêu chuẩn thống nhất. Hiện nay, các chương trình giảng dậy GIS ngày càng phổ biến và chuyển hóa. II.2). Các thành phần của GIS. ( NEA.GOV.VN ) GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Phần cứng: là hệ thống máy tính,thiết bị nhập xuất và lưu trữ dữ liệu trên đó một hệ GIS hoạt động. Tùy mục tiêu và quy mô tổ chức thông tin địa lý mà nhà quản lý sẽ xác định quy mô và cấu hình của phần cứng thích hợp. Hiện nay, phần mềm GIS có thể chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm tới các máy chạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng. Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp chức năng và các công cụ cần thiết để lưu trữ, phân tích và thể hiện thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS là: - Công cụ nhập và thao tác trên thông tin địa lý. - Hệ quản trị cơ sở dữ liệu ( DBMS ). - Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý. Giao diện đồ họa người – máy ( GUI ) để truy cập các công cụ dễ dàng. Phương pháp: một hệ GIS thành công theo khía cạnh kinh tế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. 5 Con người: Con người là yếu tố quyết định sự thành công trong tiến trình kiến tạo hệ thống và tính hữu hiệu của hệ thống trong quá trình khai thác vận hành.Trong hệ thống thông tin địa lý,người sử dụng GIS có thể là các chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết những vấn đề trong công việc. Những chuyên viên công nghệ thông tin địa lý hỗ trợ các vấn đề về công nghệ của hệ thống, đảm bảo hệ thống hoạt động tốt về kỹ thuật và cập nhật công nghệ theo quy chế. Người duy trì hệ thống là người quản lý, chịu trách nhiệm toàn bộ hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động đúng quy chế, an toàn về kỹ thuật và công nghệ. II.3). Chức năng của GIS. - Quản lý dữ liệu. – Thành lập bản đồ chuyên đề. - Tra cứu tìm kiếm. - Biên tập bản đồ. - Phân tích dữ liệu. – In ấn bản đồ. II.4). Đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý GIS. ( vocw.edu.vn ). II.4.a). Khả năng chồng lấp bản đồ ( map overlaying ). Sự thê hiện quang cảnh của sự vật dưới các lớp bản đồ khác nhau. Việc chồng lấp bản đồ là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn với bản đồ trước đây. Dựa vào kỹ thuật chồng lấp bản đồ mà ta có các phương pháp sau: - Phương pháp cộng ( sum ). - Phương pháp tính trung bình ( average ). - Phương pháp nhân ( multiply ). - Phương pháp hàm số mũ ( exponent ). - Phương pháp trừ ( substract ). - Phương pháp che ( cover ). - Phương pháp chia ( divide ). - Phương pháp tổ hợp ( crosstabulation ) 6 Nguyên lý khi chồng lấp các bản đồ. Chồng lấp bản đồ theo phương pháp cộng. 7 Minh họa một ví dụ về chồng lấp bản đồ. II.4.b). Khả năng phân loại các thuộc tính. ( reclassifation ). Một trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian là khả năng của nó để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ. Mục đích của nó là chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về cấp nhóm nào đó. Một lớp bản đồ tạo ra mang giá trị mới, mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ ban đầu. Việc phân loại bản đồ rất quan trọng vì nó cho ta các mẩu khác nhau. Đó có thể là vùng thích nghi với phát triển độ thị hoặc nông nghiệp mà hầu hết được chuyển sang phát triển dân cư. Phân loại bản đồ có thể được thực hiện trên một hay nhiều bản đồ. Một ví dụ về việc phân loại bản đồ. II.4.c). Khả năng phân tích ( spatial analysis ). 8 + Tìm kiếm ( searching ). Nếu dữ liệu được mã hóa trong hệ vector sử dụng cấu trúc lớp hoặc lớp phủ thì dữ liệu được nhóm vào với nhau sau đó tìm kiếm một nhóm một cách dễ dàng. Trong GIS phương pháp này khó khăn khi mỗi thành phần có nhiều thuộc tính. Một hệ lớp đơn giản yêu cầu dữ liệu đối với mỗi lớp phải được phân lớp trước khi đưa vào. Ví dụ: tìm đường đi trên xe taxi, tìm đặc tính của một chủ hộ nào đó trên bản đồ giai thừa, theo dõi hướng bay của các loài chim di cư. Phép logic: các thủ tục tìm kiếm dữ liệu sử dụng các thuật toán logic boole để thao tác trên các thuộc tính hoặc các đặc tính không gian. Đại số boole sử dụng các thuật toán AND, OR, NOT tùy vào điều kiện cụ thể mà cho các giá trị đúng sai. Biểu đồ hình bảng của các phép toán logic Các phép toán logic không có tính chất giao hoán chỉ có mức độ ưu tiên cao hơn. Nó không áp dụng cho các thuộc tính mà các đặc tính không gian. + Vùng đệm ( buffer zone ). Nếu đường biên bên trong thì gọi là lọi, còn bên ngoài đường biên gọi là đệm ( buffer ) . Vùng đệm sử dụng nhiều tao tác phân tích và mô hình hóa không gian. + Nội suy ( spatial interpolation ). Trong tình huống thông tin cho ít điểm, đường hay vùng lựa chọn thì nội suy hay ngoại suy phải thực hiện để có nhiều thông tin hơn. Nghĩa là phải giải đoán giá trị hay tập giá trị mới, phần này mô tả nội suy hướng điểm, có nghĩa một hay nhiều điểm trong không gian được sử dụng để phát sinh giá trị mới cho vị trí khác nơi không đo dữ liệu được trưc tiếp. + tính diện tích ( Area calculation ). *). Phương pháp thủ công: đếm ô, cân trọng lượng, đo thước tỷ lệ. *). Phương pháp GIS: II.4.c.1). Dữ liệu vector. + Kiểu đối tượng điểm ( points ) Điểm được xác định bởi cặp giá trị điểm: các đối tượng đơn, thông tin về địa lý chỉ gồm cơ sở địa lý sẽ được phản ảnh là đối tượng điểm. Các đối tượng điểm có đặc điểm: - Là tọa độ đơn ( x, y ). - Không cần thể hiện chiều dài và diện tích. 9 Số liệu vector được biểu diễn dưới dạng điểm ( points ). Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, các đối tượng biểu diễn dạng vùng. Tuy nhiên trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể được thể hiện dưới dạng là một điểm. Vì vậy, các đối tượng vùng và điểm có thể dựng để phản ánh lẫn nhau. + Kiểu đối tượng đường ( Arcs ). Đường được xác định như là tập hợp dãy của các điểm. Mô tả các đối tượng đĩa lý dạng tuyến có các đặc điểm sau: - Là một dãy các cặp tọa độ. - Một arc bắt đầu và lết thúc bởi nude. - Các arc nối với nhau và cắt nhau tại nude. - Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vecties. - Đọ dài chính xác bằng các cặp tọa độ. Số liệu vector được biểu thị dưới dạng arc. + Kiểu đối tượng vùng ( poligons ) Vùng được xác định vởi danh giới của các đường thẳng. Các đối tượng địa lý có diện tích và đóng kín bởi một đường gọi là đối tượng vùng ( poligons ), có các đặc điểm sau: - Poligons được mô tả bằng tập hợp các đường (arc) và điểm nhãn ( label points ). - Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng. - Một label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho mội một vùng. 10 [...]... môi trường, bằng cách chỉ ra những vùng có khả năng gặp sự cố do thiên nhiên hay con người mà GIS giúp ích cho quản lý và phân tích sự cố môi trường Một trong những ứng dụng đó là sử dụng: “ kỹ thuật GIS trong giám sát và dự báo các sự cố môi trường “ a) Trong hiện tượng lũ lụt GIS được ứng dụng để xác định được những vùng sẽ chịu ảnh hưởng của lũ dựa vào cấu trức của từng vùng, đưa ra các phương án... cho các thực thể địa lý sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay thực thể địa lý Ví dụ: chỉ số địa lý về đường phố và địa chỉ địa lý liên quan đến phố đó - Mối quan hệ không gian: của các thực thể tại vị trí địa lý cụ thể rất quan trọng cho các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Các. .. đá vôi và 2 thành phố HÀ NỘI và HÀ ĐỘNG *) Mô hình hóa nông nghiệp: ước lượng, đoán năng suất cây trồng *) Chăn nuôi gia súc gia cầm: thống kê, phân bố, khảo sát và theo dõi diễn biến, dự báo dịch bệnh IV) ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO CÁC SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG.( nea.gov.vn ) GIS là một trong những công cụ kỹ thuật có vai trò vô cùng quan trọng được ứng dụng trong quản lý và bảo vệ môi trường, ... trong các file độc lập và hệ thống không thể trực tiếp tổng hợp chúng 14 với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tượng - Chỉ số địa lý: được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định Một chỉ số... khảo địa lý: mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một vị trí xác định Không giống các thông tin thuộc tính khác, chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ Thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lý trong các. .. thực trên trái đất Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công cụ xử lý các dữ liệu có tọa độ ( bản đồ ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý, là một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ 17 Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là công... triết lọc các thông tin và chế biến chúng, cho phép chúng ta phân tích và thiết lập các mô hình - Tổng hợp một lần được nhiều loại số liệu khác nhau để phân tích và tạo ra nhanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới ( diachatvn.com) GIS lưu trữ thông tin về thế giới giống như một sự thu thập các lớp có chủ đề đã được liên kết với nhau bằng thông tin địa lý .Thông tin địa lý chứa đựng ngay cả các thông tin không... lớn.d -Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chính thu lại thấp *).Phức tạp hóa dữ liệu Do các ứng dụng của 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 Tùy thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông. .. GIS vào đánh giá và quản lý rủi ro vùng biển Công nghệ GIS được sử dụng trong giám sát các sự cố và bản đồ hóa các địa điểm chịu rủi ro của vùng ven biển, tạo cơ sở để khoanh vùng, quy hoạch sử dụng đất, phân phối tài nguyên khi tái thiết cơ sở vật chất sau bão và phòng chống trước bão Mô hình dựa vào GIS hướng tới những mục đích chính: - Xây dựng một cơ sở dữ liệu về những cơn bão đã từng xảy ra trong. .. thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính: - Đặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện SQL (Structure Query Language) và phân tích - Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định - Chỉ số địa lý: tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, …liên quan đến các đối tượng địa lý - Quan hệ giữa . thôn. IV). ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO CÁC SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG ( LÊ HẢI LÂM ) a). Trong hiện tượng lũ lụt. b). Hiện tượng trượt đất. c) .Sự cố địa chấn. d). Ứng dụng của GIS vào đánh giá và. ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO CÁC SỰ CỐ MÔI TRƯỜNG.( nea.gov.vn ) GIS là một trong những công cụ kỹ thuật có vai trò vô cùng quan trọng được ứng dụng trong quản lý và bảo vệ môi trường, . một sự thu thập các lớp có chủ đề đã được liên kết với nhau bằng thông tin địa lý .Thông tin địa lý chứa đựng ngay cả các thông tin không gian như kinh độ và vĩ độ hoặc hệ tọa độ quốc gia, các thông