Bài giảng ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý môi trường

UBND TỈNH QUẢNG BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH BÀI GIẢNG (Lưu hành nội bộ) ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG (Dành cho sinh viên Đại học Quản lý tài nguyên môi trường, hệ quy) Biên soạn: Nguyễn Hữu Duy Viễn Năm 2018 MỤC LỤC MỤC LỤC i CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1 VAI TRÒ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1.1 Yêu cầu vấn đề quản lý 1.1.2 Khả đáp ứng GIS viễn thám 1.1.3 Tầm quan trọng liệu GIS viễn thám 1.1.3.1 Dữ liệu không gian 1.1.3.2 Dữ liệu thuộc tính 1.2 DỮ LIỆU GIS VÀ VIỄN THÁM 1.2.1 Các nguồn liệu đầu vào 1.2.2 Tính thời gian nguồn liệu 1.2.3 Đặc điểm ứng dụng cho quản lý môi trường, tài nguyên 1.2.4 Tích hợp GIS viễn thám để xây dựng liệu 1.2.4.1 Sự tương thích liệu viễn thám GIS 1.2.4.2 Sự thuận lợi liệu tích hợp xây dựng cập nhật liệu 1.3 PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG 1.3.1 Xác định mục tiêu 1.3.2 Bản đồ hoá liệu thuộc tính 1.3.3 Mơ hình hố thuật toán nội suy xây dựng đồ yếu tố môi trường 1.3.4 Phân tích chồng lớp lớp thơng tin mơi trường – yếu tố mơi trường đơn tính 1.4 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ 1.4.1 Định nghĩa nội dung đồ chuyên đề 1.4.2 Phân kiểu đồ chuyên đề 1.4.2.1 Phân kiểu theo mức độ khách quan thông tin 1.4.2.2 Phân kiểu theo xu hướng thực tiễn 1.4.3 Ngôn ngữ hệ phương pháp đồ 1.4.3.1 Ký hiệu đồ 1.4.3.2 Màu sắc nét trải 1.4.3.3 Chữ viết đồ 1.4.3.4 Các phương pháp thể đồ 1.4.4 Các bước xây dựng đồ chuyên đề 10 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 11 2.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 11 2.1.1 Các vấn đề việc sử dụng ảnh viễn thám 11 2.1.2 Xử lý ảnh viễn thám 12 2.1.2.1 Phân loại ảnh 12 2.1.2.2 Quy trình phân loại ảnh 12 2.2 MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 14 2.2.1 Nghiên cứu tài nguyên sinh vật 14 2.2.1.1 Hỗ trợ phát triển chiến lược quản lý 14 2.2.1.2 Phân tích quần thể động vật hoang dã 15 2.2.1.3 Phân tích phân bố loài 15 2.2.1.4 Kiểm soát khu bảo tồn 15 2.2.1.5 Kiểm soát đa dạng sinh học 15 2.2.1.6 Bảo tồn loài bị đe doạ 15 2.2.1.7 Kiểm kê trạng thái rừng 16 2.2.1.8 Mô hình hố hệ sinh thái rừng 16 2.2.2 Nghiên cứu tài nguyên nước 16 2.2.2.1 Kiểm soát mực nước ngầm 16 2.2.2.2 Kiểm soát phục hồi mực nước ngầm 16 2.2.2.3 Phân tích hệ thống sơng ngòi 17 2.2.2.4 Quản lý lưu vực sông 17 2.2.2.5 Kiểm soát nguồn nước 17 2.2.2.6 Nghiên cứu dòng nhiệt biển chất thải cơng nghiệp 17 2.2.2.7 Phát váng dầu 17 2.2.2.8 Quan trắc chất lượng nước 18 2.2.3 Nghiên cứu tai biến môi trường 18 2.2.3.1 Nghiên cứu địa chấn 18 2.2.3.2 Nghiên cứu sụt lún đất 18 2.2.3.3 Nghiên cứu trượt lở đất 18 2.2.3.4 Nghiên cứu bão, lũ lụt 19 2.2.4 Nghiên cứu tài nguyên đất 19 2.2.4.1 Thành lập đồ trạng sử dụng đất 19 2.2.4.2 Đánh giá xói mòn đất 20 2.2.4.3 Quản lý phân vùng dạng đất 20 2.2.4.4 Phân tích xu hướng xây dựng 20 2.2.4.5 Thành lập đồ loại trồng 20 2.2.5 Nghiên cứu biến động tài nguyên môi trường 21 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 22 3.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 22 3.1.1 GIS – viễn thám vấn đề quy hoạch lãnh thổ/ đánh giá tác động môi trường 22 3.1.2 Phân tích đa tiêu chuẩn (MCA) 22 3.1.2.1 Xác định tiêu chuẩn 23 3.1.2.2 Phân ngưỡng giá trị cho tiêu chuẩn 23 3.1.3 Xác định trọng số - AHP 25 3.1.4 Phép chồng lớp GIS 26 3.1.5 Đánh giá đa tiêu chuẩn 27 3.1.5.1 Phương pháp sử dụng bội 27 3.1.5.2 Phương pháp đổi 27 ii 3.1.5.3 Cấp bậc ưu 28 3.2 MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 28 3.2.1 Xác định vị trí để thiết lập nhân tố sở hạ tầng 28 3.2.1.1 Thăm dò khu vực nhạy cảm 28 3.2.1.2 Những vấn đề liên quan quản lý tài nguyên dầu mỏ 28 3.2.1.3 Quản lý an toàn khai thác 29 3.2.1.4 Quy hoạch sử dụng tài nguyên đất 29 3.2.2 Xác định tác động không gian tác nhân gây hại đến thực thể 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 30 iii CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1 VAI TRÒ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 1.1.1 Yêu cầu vấn đề quản lý Các hoạt động người tác động đến môi trường gây xáo trộn thành phần thường diễn biến khó dự báo dẫn đến việc sử dụng tài nguyên môi trường mức tải cho phép, khơng thích hợp từ dẫn đến việc môi trường bị thay đổi ảnh hưởng đến môi trường sống người Các yếu tố môi trường thành phần phân bố ngồi khơng gian tự nhiên xem xét dạng điểm, mang tính địa phương dạng phân bố rộng cấp vùng, cấp quốc gia liên quốc gia mang tính vùng Cho dù với phạm vi yếu tố thành phần mơi trường có mối quan hệ phức tạp chặt chẽ với mang tính tổng hợp Ở phạm vi nhỏ cục bộ, tính phức tạp thấp so với phạm vi rộng có thông tin yêu cầu xử lý thông tin khơng nhiều, tính phức tạp gia tăng theo phạm vi không gian cần quản lý 1.1.2 Khả đáp ứng GIS viễn thám Quản lý tài nguyên mơi trường mang tính liên ngành, đa ngành có cơng cụ trợ giúp cho cơng tác quản lý Trong số thường nói đến công cụ đánh giá, điều tra bản, quản lý kết hợp cơng cụ sách Các công cụ sử dụng nhằm ngăn ngừa giảm thiểu rủi ro môi trường, sử dụng bền vững nguồn tài nguyên Để hiểu biết đánh giá mức tài nguyên môi trường điều kiện thông tin đa dạng, phức tạp, thông tin cần phải cập nhật liên tục biến đổi theo thời gian có kỹ thuật GIS viễn thám đáp ứng nhu cầu này, đặc biệt đối tượng quan tâm có phạm vi khơng gian rộng Ngồi chức thông thường hệ thống thông tin thu nhận, lưu trữ, cập nhật hiển thị thơng tin hệ GIS có khả liên kết liệu, thông tin nhiều dạng khác định dạng chung hệ GIS để phân tích GIS giữ vai trò quan trọng cho phân tích hình thành kế hoạch mang tính dự báo, phân tích mối quan hệ khơng gian – thuộc tính, mối quan hệ yếu tố khác Ngồi ra, GIS coi phương tiện giao tiếp cuối mặt công bố thông tin môi trường đến với công chúng GIS công cụ hữu hiệu cho phân tích qui hoạch mơi trường, lưu trữ liệu không gian môi trường dạng số Các lớp thơng tin khác chồng lớp để phân tích xác định mối quan hệ Chính kỹ thuật cho phép người làm công tác nghiên cứu quản tài nguyên môi trường hiểu biết tốt đặc điểm tự nhiên mối quan hệ ảnh hưởng đến điều kiện mơi trường cụ thể đó, phù hợp với cách tiếp cận hệ thống quản lý tài ngun mơi trường Ngồi ra, GIS có chức hiển thị phân tích, trích lọc thông tin trực tiếp từ ảnh viễn thám Với chức này, việc kết hợp viễn thám GIS giúp cho nghiên cứu môi trường trở nên hiệu khách quan Một cơng cụ GIS đầy đủ giúp cho việc qui hoạch quản lý môi trường Đánh giá nguy rủi ro nói chung tảng cho việc định qui hoạch hoạt động giảm thiểu tác động, nhằm vào mục tiêu cuối Qui hoạch Giám sát môi trường 1.1.3 Tầm quan trọng liệu GIS viễn thám 1.1.3.1 Dữ liệu không gian Các yếu tố điều kiện tự nhiên, môi trường tài nguyên tồn phân bố không gian địa lý thực, chúng có tính chất đặc điểm khác Trong thực tế, thơng tin thuộc tính phải gắn kết với đối tượng cụ thể ngồi giới thực Vị trí phạm vi phân bố không gian yếu tố thể đồ chuyên đề cấp tỷ lệ khác hệ GIS Các yếu tố so sánh đối chiếu phân tích tìm mối quan hệ Xét khía cạnh quản lý tài ngun & mơi trường, thơng tin cần phải có khơng thơng tin tính chất, vị trí, phân bố hay liệu thuộc tính nói chung, mà thơng tin phải thể trình bày đồ để mối quan hệ không gian loại khác yếu tố, yếu tố với Nếu có thơng tin thuộc tính đơn công tác quản lý tài nguyên & môi trường thực phần nào, mức độ quản lý đơn giản điều đáp ứng 1.1.3.2 Dữ liệu thuộc tính Môi trường vấn đề liên quan đến môi trường thực chất liên quan đến nhiều chuyên ngành khác Để nghiên cứu môi trường cần phải có nhiều thơng tin khác nhau, phối hợp liên ngành đa ngành Chỉ riêng liệu không gian khơng có liệu thuộc tính kèm, có đáp ứng nhu cầu quản lý mức thấp Khi phân tích riêng lẻtồn liệu thuộc tính, nhà quản lý mơi trường hình dung giải cho vị trí thực Trong yếu tố khơng tồn vị trí mà có mở rộng không gian theo hướng khác nhau, lặp lại vị trí trái đất với vài thay đổi tính chất, có quan hệ với yếu tố khác vị trí với yếu tố khác phân bố lân cận Chính điều nảy sinh vấn đề cần phải có liệu thơng tin ngành khác để giải nhiều mục tiêu liên quan đến môi trường Kết hợp hai loại liệu khơng gian thuộc tính, nhằm trả lời cho câu hỏi: Cái gì? Ở đâu? Như nào? Ở cấp độ cao trả lời cho câu hỏi: Các yếu tố quan hệ với nào?, Sẽ như? Tại sao? 1.2 DỮ LIỆU GIS VÀ VIỄN THÁM 1.2.1 Các nguồn liệu đầu vào - Bản đồ: Nguồn liệu quan trọng ban đầu đồ địa hình đồ chuyên đề thành lập từ trước Các thông tin liệu cần thiết trích lọc từ loại đồ - Ảnh hàng không: dạng liệu viễn thám, có máy bay tiến hành bay chụp độ cao tầm thấp - Ảnh vệ tinh: thường dạng ảnh số, thu nhận độ cao 600 – 1.000 km Các đối tượng mặt đất ghi nhận dạng phản xạ kênh phổ dải sóng ánh sáng nhìn thấy sóng hồng ngoại phản xạ hồng ngoại xạ Ngoài đối tượng bề mặt trái đất ghi nhận sóng radar chủ động, kỹ thuật quét ảnh laser - Dữ liệu quan trắc đo đạc thực địa: Các liệu đo đạc thực tế, quan sát mơ tả lấy mẫu phòng thí nghiệm để phân tích - Dữ liệu thống kê: Đây nguồn liệu quan trọng phân tích GIS ứng dụng cho quản lý tài ngun & mơi trường 1.2.2 Tính thời gian nguồn liệu Các liệu tài nguyên & môi trường thường có giá trị khoảng thời gian định Có liệu vài yếu tố sử dụng khoảng thời gian dài tính ổn định cao, thay đổi; có yếu tố thay đổi liên tục tính ổn định tính chất đặc điểm thấp Vì lý này, liệu thông tin thu thập trước sử dụng cần phải xác định thuộc nhóm ổn định cao hay thấp thời gian xây dựng liệu Giá trị thông tin kết phân tích GIS tùy thuộc nhiều vào tính chất liệu Đối với liệu ảnh vệ tinh ảnh hàng không cần phải có thơng tin thời gian thu nhận ảnh Thời điểm thu nhận ảnh cho biết trạng đối tượng thu nhận thời điểm cho thời điểm mà thơi 1.2.3 Đặc điểm ứng dụng cho quản lý môi trường, tài ngun • Có nhiều lớp thơng tin: thơng thường, đòi hỏi nhiều lớp thơng tin vùng diện tích - tài nguyên yếu tố quản lý liên quan đa chiều • Trộn lẫn mơ hình liệu - Raster vector • Với mơ hình vector, thiên sử dụng đối tượng polygon để phản ánh vùng • Tỷ lệ đồ với nhiều tỷ lệ thông thường 1/10.000 • Chất lượng liệu: nhiều lớp thơng tin kết phép nội suy, phân loại Chất lượng có tính biến thiên, thường khơng đánh giá • Chức - Phân tích đồ đơn giản - Chồng xếp, tính tốn, đo đạc vùng, tạo vùng đệm, tính vùng nhìn • Mơ hình sử dụng thêm nhiều mơ hình ngoại lai dựa biến lưu lớp thông tin khác 1.2.4 Tích hợp GIS viễn thám để xây dựng liệu 1.2.4.1 Sự tương thích liệu viễn thám GIS - Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào loại liệu GIS mong muốn Dữ liệu viễn thám xử lý lưu trữ dạng cấu trúc raster Hai mơ hình vector raster thường sử dụng GIS để lưu trữ liệu không gian, việc tích hợp liệu viễn thám GIS dễ dàng thực Với công nghệ nay, phần mềm GIS có module chuyển đổi mơ hình liệu từ vector sang raster bảo đảm tính xác khơng mát thơng tin Ngoài chức chồng ghép lớp liệu cho phép tích hợp hiển thị đồng thời hai lớp vector raster, điều cho phép cập nhật nhanh lớp liệu giao thông, thủy hệ, liệu nền, lớp liệu chuyên đề GIS (hiện trạng sử dụng đất, biến đổi đường dọc bờ sông…) nhiều tỷ lệ khác cấp độ cập nhập khác - Dữ liệu viễn thám liệu GIS có tọa độ tham chiếu Sự tương đồng kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám GIS thực tế hai kỹ thuật xử lý liệu khơng gian lập đồ số hóa Điều cho thấy yêu cầu liệu khu vực có tọa độ tham chiếu, nên khía cạnh sở tốn học liệu tương ứng hai công nghệ tham chiếu hệ tọa độ độ cao thống Do tính hiệu vận hành, phân tích hiển thị liệu nâng cao đáng kể cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo tính thống liệu 1.2.4.2 Sự thuận lợi liệu tích hợp xây dựng cập nhật liệu Công nghệ viễn thám với ảnh vệ tinh cho phép thành lập đồ tự động phạm vi rộng lớn cập nhật nhanh liệu So với ảnh hàng không, ảnh vệ tinh có lợi có nhiều kênh phổ khác nên trích lọc nhiều thơng tin, phạm vi phủ ảnh rộng Hạn chế ảnh vệ tinh độ phân giải không gian (cao 0,5 m) xây dựng đồ chi tiết tương đương tỷ lệ 1/5000 cập nhật đồ có tỷ lệ 1/2000 Các thông tin chuyên đề tạo dạng số từ công nghệ viễn thám dễ dàng tổ chức thành lớp thông tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý, phân tích, hiển thị mơi trường GIS Ngược lại, nguồn liệu có sẵn GIS ln cập nhật để đảm bảo tính thời nhằm phản ánh xác giới thực nguồn thông tin bổ trợ tốt cho việc nắn chỉnh hình học, tạo liệu mẫu, phân loại đánh giá chất lượng sau xử lý ảnh Do giải pháp xử lý tích hợp liệu viễn thám GIS phối hợp ưu hai công nghệ việc thu thập, lưu trữ, phân tích xử lý liệu địa lý để nâng cao hiệu việc xây dựng cập nhật liệu không gian Việc kết hợp viễn thám GIS cho phép trích lọc thơng tin cần thiết trực tiếp từ ảnh viễn thám có phân tích so sánh liệu có hệ GIS với ảnh viễn thám Trong quy trình cho thấy: quy trình xử lý giải đốn ảnh vệ tinh sử dụng liệu dạng vector, hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường không đủ chức xử lý liệu vector GIS Tuy nhiên, liệu dạng vector sẵn có GIS điểm khống chế mặt đất cần thiết cho nắn chỉnh hình học tạo bình độ ảnh, lớp polygon ranh giới hành chính, loại hình sử dụng đất quan trọng cho việc giải đoán ảnh Nói chung, độ xác khơng gian thời gian liệu địa lý phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải không gian thời gian ảnh vệ tinh sử dụng tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, cơng nghệ tích hợp viễn thám GIS cập nhật hay xây dựng sở liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ xác diện rộng tiết kiệm nhiều công lao động thời gian thực Kết hợp kỹ thuật viễn thám & GIS nghiên cứu quản lý tài ngun & mơi trường thực theo giai đoạn đồng Trong trường hợp theo giai đoạn ảnh viễn thám nói chung phải giải đốn để lấy thơng tin theo mục tiêu cần thiết, kết giải đoán chuyển qua hệ GIS để kết hợp với liệu khác cho phân tích 1.3 PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG 1.3.1 Xác định mục tiêu Trong nghiên cứu tài ngun & mơi trường có ứng dụng GIS&VT, bên cạnh mục tiêu chủ đạo quản lý môi trường, phân bổ sử dụng tài nguyên có hiệu cần phải xác định mục tiêu cụ thể nhằm xác định phương pháp nguồn liệu GIS thích hợp cần sử dụng 1.3.2 Bản đồ hố liệu thuộc tính Các liệu thuộc tính loại đối tượng thu thập thường biểu diễn, minh hoạ dạng điểm đường rời rạc không liên tục, loại đối tượng có kiểu phân bố ngồi khơng gian thực liên tục Điều đặc biệt quan trọng yếu tố môi trường Các thay đổi tính chất loại đối tượng từ giá trị qua giá trị khác thường biến đổi kiên tục, có trường hợp màcác giá trị có khoảng cách rời rạc Các yếu tố sau thu thập cần phải thể thành đồ Trên sở đồ có thểxây dựng thành liệu GIS để phục vụ phân tích Chú ý vị trí, phân bố điểm kháo sát ảnh hưởng đến kết quảxây dựng đồ cho dù có sử dụng thuật tốn nội suy kết hoàn toàn phụ thuộc vào liệu đầu vào 1.3.3 Mơ hình hố thuật toán nội suy xây dựng đồ yếu tố môi trường Các ứng dụng GIS môi trường việc xây dựng liệu khơng gian bề mặt yêu cầu phân tích GIS Tầm quan trọng bước nhằm tạo thông tin sở, dựa liệu bề mặt phân tích khơng gian GIS giúp trả lời câu hỏi: gì? nào? … Mơ hình hố GIS: nhằm thể trở lại yếu tố ngồi khơng gian thực, yếu tố đơn tính địa hình, nhiệt độ, lượng mưa, độ mặn, độ pH mơ hình mối quan hệ yếu tố ngồi tự nhiên thực Mơ hình hố liệu thực thơng qua phân tích liệu GIS Các liệu thuộc tính liệu GIS coi liệu chiều thứ ba (dữ liệu chiều Z) so với hai chiều mô tả tọa độ phân bố không gian đối tượng (hai chiều X Y) Điển hình cho loại phân tích liệu phân tích xây dựng mơ hình độ cao số (DEMdigital elevation model) hay phân tích chiều (3D) Phương pháp phân tích nội suy sử dụng GIS phương pháp thường sử dụng nhiều nhằm chuyển đổi liệu khảo sát thực tề, đặc biệt loại liệu khảo sát lấy mẫu đo đạc theo điểm, thành dạng liệu liên tục để thể thành đồ vùng giá trị Các thuật tốn sử dụng thơng thường phương pháp nội suy bao gồm Kriging, IDW, TIN, Trend, lưới đa giác (Thiessen) - TIN (Triangulated Irregular Network): phương pháp nội suy uyển chuyển thường sử dụng phân tích GIS để xây dựng lại giá trị bề mặt, thường độ cao Dữ liệu sử dụng dạng điểm, đường, thường ứng dụng để lập mơ hình địa hình - IDW (Inverse Distance Weighted): phương pháp nội suy dựa việc gán trọng số cho điểm bề mặt có giá trị mối quan hệ ảnh hưởng điểm tới điểm khác suy giảm theo khoảng cách - Kriging: dựa tính tốn thống kê (các khác biệt quan hệ liệu sử dụng cho phân tích) xây dựng giá trị mới, ước lượng – mang tính dự báo theo nhiều tham số - Trend: gán đơn vị bề mặt cho điểm có liệu theo thuật tốn hồi qui đa thức thực nội suy diện rộng Các yếu tố rời rạc bao gồm yếu tố tự nhiên điểm độ cao, độ sâu địa hình; mơ hình phân bố nước ngầm; tính chất hố học mơi trường nước độ pH, độ mặn, TSS, nồng độ chất ô nhiễm nước…; yếu tố nhiệt độ khơng khí, lượng mưa… 1.3.4 Phân tích chồng lớp lớp thơng tin mơi trường – yếu tố mơi trường đơn tính Đây phân tích kết hợp khơng gian thuộc tính GIS mạnh GIS Tích hợp loại liệu lại với hình thức tích hợp theo lớp nhằm phân tich mối quan hệ đối tượng có tính chất khác Trong phân tích chồng lớp phép tốn đại số, luận lý Boolean sử dụng nhiều, tùy thuộc vào mối quan hệ đối tượng với mà người phân tích xác định 1.4 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ 1.4.1 Định nghĩa nội dung đồ chuyên đề Bản đồ chuyên đề loại đồ thể rõ ràng bật hoàn thiện yếu tố thể đồ địa lý chung chưa thể đồ địa lý chung Bản đồ chuyên đề đồ thiết kế nhằm trình bày thực thể hay khái niệm cụ thể, đồ chủ đề thường dùng muốn nhấn mạnh hay nhiều chủ đề Nội dung đồ chuyên đề thường hẹp đồ địa lý chung sâu biểu nội dung bên đối tượng, tượng đặc điểm chi tiết thể rõ ràng chi tiết đồ Nội dung đồ chuyên đề bao gồm: - Nội dung (chủ đề chính): gồm yếu tố thể trọn vẹn chủ đề đồ Ví dụ nội dung đồ khí hậu bao gồm nhiệt độ, lượng mưa, gió… đồ giao thơng bao gồm loại đường, điểm dân cư (đầu mối giao thơng) - Nội dung thứ hai: gồm yếu tố địa lý sở để thể nội dung Ví dụ: lưới toạ độ, địa hình, sơng ngòi, giao thơng, …(bản đồ nền) - Yếu tố phụ, hỗ trợ: gồm thơng tin ngồi khung tên đồ, bảng giải, tỷ lệ, biểu đồ, tranh ảnh minh hoạ… 1.4.2 Phân kiểu đồ chuyên đề 1.4.2.1 Phân kiểu theo mức độ khách quan thông tin - Bản đồ quan trắc, điều tra: đồ xây dựng từ kết đo đạc trực tiếp thực địa - Bản đồ dẫn xuất: xây dựng đồ xuất số liệu, tài liệu thu thập 1.4.2.2 Phân kiểu theo xu hướng thực tiễn - Bản đồ kiểm kê: phản ánh trạng thái đối tượng tượng - Bản đồ đánh giá: thể đánh giá đối tượng tượng theo tiêu chí, theo quan điểm Ví dụ: đồ đánh giá mức độ đảm bảo đất, đồ đánh giá hiệu kinh tế, đồ đánh giá mức độ ô nhiễm, - Bản đồ dự báo: thể kết dự báo trạng thái đối tượng tượng thời điểm tương lai thể dự báo tượng diễn người khơng có khả kiểm sốt 1.4.3 Ngơn ngữ hệ phương pháp đồ 1.4.3.1 Ký hiệu đồ Ký hiệu đồ bao gồm tập hợp chấm điểm, đường nét, số, chữ cái, đồ thị, hình học, hình vẽ khác , … có kích thước, màu sắc, cấu trúc khác để phản ánh đối tượng, tượng truyền thơng tin vị trí chúng không gian Ký hiệu đồ thể thống hai mặt thực: nội dung không gian - Nội dung: phản ánh ý nghĩa mã hố - Khơng gian: phản ánh “trạng thái” không gian ký hiệu Sự xác định khơng gian hình thành từ ba yếu tố: + Sự định vị không gian đối tượng + Sự xác định vị trí đối tượng so với đối tượng khác + Sự xác định thay đổi không gian bao quanh đối tượng khai thác gỗ, xây dựng, nắn thẳng dòng chảy sơng suối, phá huỷ nơi sống loài cá này, làm số lượng chúng giảm sút nghiêm trọng, khoảng 3% so với trước Công việc bảo tông bắt đầu với việc xác định nơi cư trú quần thể giúp cho chúng mở rộng quần thể GIS sử dụng để hiển thị phân tích thơng tin điều kiện sống lồi Tìm kiếm nơi sống phù hợp: Các nhà phân tích tạo bảng biểu đồ chi tiết hệ thống dòng chảy, từ tìm kiếm nơi thích hợp cho cá hồi Coho Các yếu tố đặc trưng dòng chảy ảnh hưởng trực tiếp đến cá hồi Coho đưa đồng thời vào đồ Công cụ phối hợp hoạt động: Ðể thực nhiệm vụ bảo tồn cá hòi Coho, nhà nghiên cứu cần phối hợp với tổ chức bảo tồn khác GIS trở thành cơng cụ hữu ích để trao đổi phối hợp, tạo ấn phẩm đồ hoạ để phát hành để thảo luận công cụ chia xẻ thông tin mới, đưa liệu lên Internet Các quan quản lý cấp, nhà khoa học, người hoạt động môi trường đối tượng khác sử dụng đóng góp thơng tin trực tiếp vào sở liệu hệ thống 2.2.1.7 Kiểm kê trạng thái rừng Với GIS bạn kiểm kê trạng thái gỗ, thuỷ hệ, đường giao thông, đường tàu hoả hệ sinh thái sử dụng thông tin để đánh giá mùa vụ, chi phí vận chuyển, điều kiện sống động vật hoang dã bị đe doạ 2.2.1.8 Mơ hình hố hệ sinh thái rừng GIS dùng thành phần hệ thống hỗ trợ định (DSS) quản lý lâm nghiệp, chẳng hạn, dùng để mơ hình hố thành phần khơng gian Sở Bảo vệ môi trường Alberta, Trung tâm Ðào tạo mơi trường Alberta (Canada) dùng GIS để mơ hình hoá quần hợp hệ sinh thái, điều kiện sống, làm sở cho việc dự báo Dùng mơ hình GIS phần DSS cho phép nâng cao chất lượng quản lý tài nguyên rừng DORIS-Systemgruppe-AMT sử dụng GIS để mô khu rừng Ðức mơ hình chiều Hiển thị liệu theo không gian giúp nhà quản lý nắm bắt cụ thể đối tượng Ảnh vệ tinh ảnh hàng khơng sử dụng cơng cụ thành lập đồ để phân loại trồng, kiểm tra giám sát phát triển phát kịp thời vùng sâu bệnh 2.2.2 Nghiên cứu tài nguyên nước GIS hỗ trợ đánh giá mức nước ngầm, mô hệ thống sông hồ nhiều ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước khác Những ví dụ vài ứng dụng GIS lĩnh vực 2.2.2.1 Kiểm sốt mực nước ngầm Duy trì mực nước ngầm thích hợp vùng khai khoáng vấn đề lớn Trường Ðại học Kỹ thuật Aachen, Ðức sử dụng GIS để kiểm soát mực nước ngầm cho vùng khai thác than, tạo đồ mực nước ngầm, kết hợp với liệu khác thổ nhưỡng, địa hình, quy mơ khai thác mỏ, cơng nghệ kỹ thuật sử dụng, cung cấp công cụ đắc lực cho nhà phân tích 2.2.2.2 Kiểm sốt phục hồi mực nước ngầm Ðánh giá phục hồi mực nước ngầm khó khăn, với cơng nghệ GIS công việc trở nên dễ dàng Umlandverband Frankfurt, Ðức, dùng GIS để xây dựng lớp đồ cho tính tốn phục hồi mực nước ngầm Những lớp 16 sau kết hợp lại để tạo nên đồ cuối biểu diễn phục hồi vùng GIS giúp cho nhà nghiên cứu dễ dàng tính tốn mơ đồng thời tốc độ phục hồi mực nước ngầm vùng khác 2.2.2.3 Phân tích hệ thống sơng ngòi Viện Ðịa chất Zagreb, Croatia, sử dụng GIS để phân tích hệ thống sơng tồn vùng lưu vực sơng Drava Với cơng nghệ GIS xây dựng mơ mạng lưới sơng ngòi khu vực thơng số đặc trưng cho dòng chảy phân tích ảnh hưởng mà chúng chịu tác động 2.2.2.4 Quản lý lưu vực sông Lưu vực sông hệ thống nhạy cảm phức tạp Quản lý lưu vực sơng đòi hỏi lưu lượng nước đầy đủ, trì ổn định hệ sinh thái, kiểm sốt lũ Cơng ty Quản lý Chất thải Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển Nespak, Pakistan phối hợp sử dụng GIS hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent Pakistan GIS sử dụng để mơ hình hố cân nước, q trình xói mòn, kiểm sốt lũ cho khu vực Hammon, Jensen, Wallen & Associates dùng GIS để kiểm soát vùng lưu vực sơng Santa Lucia Preserve Mơ hình khơng gian ba chiều xây dựng nhờ công nghệ GIS, giúp nhà nghiên cứu tiếp cận xác địa hình thổ nhưỡng khu vực, từ xây dựng quy luật diễn biến quan trọng cho tồn vùng lưu vực sơng 2.2.2.5 Kiểm sốt nguồn nước Tại Mỹ, GIS dùng để quản lý phân bố nguồn nước, nhờ nhà khoa học dễ dàng xác định vị trí nguồn nước tồn hệ thống 2.2.2.6 Nghiên cứu dòng nhiệt biển chất thải công nghiệp Hoạt động công nghiệp sử dụng nước làm tác nhân tản nhiệt đồng thời thải dòng nước nóng kèm theo chất thải khác, q trình có tác động lớn đến môi trường Sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt cho phép xác định phân biệt dòng nhiệt khác nhau, bao gồm dòng nhiệt độ cao có khả giết chết vật chất hữu hủy hoại môi trường sống chúng, việc xác định dòng nước nóng thuận lợi cho việc ni tơm hùm sò 2.2.2.7 Phát váng dầu Thơng thường việc nghiên cứu dòng chảy biển sử dụng máy đo dòng chảy, phao trơi, thiết bị đo nhiệt độ trực tiếp Song sử dụng viễn thám để nghiên cứu vấn đề đó, đặc biệt vùng mặt nước biển rộng lớn Những nghiên cứu tổng hợp kinh nghiệm sau: - Màu ảnh liên quan đến vật lơ lửng phù sa sinh vật trơi Sử dụng vùng nhìn thấy tư liệu vệ tinh CZCS, LANDSAT, MSS, TM máy quét khác - Các trường nhiệt sử dụng kênh hồng ngoại tư liệu vệ tinh địa tĩnh GOES, AVHRR, LANDSAT, TM, SEASAT… - Có thể sử dụng dải rada tư liệu vệ tinh SEASAT để nghiên cứu sóng biển Điều cho phép nghiên cứu dòng biển, lớp nước biển độ sâu đáy biển Thông thường để nghiên cứu váng dầu, chụp ảnh tia cực tím (320 nm-380 nm) có hiệu Tuy nhiên dùng ảnh vùng nhìn thấy gần hồng ngoại để nâng cao độ xác, tránh nhầm lẫn váng dầu, tảo bọt biển Những áp dụng viễn thám nghiên cứu váng dầu giúp cho việc xây dựng 17 luật bắt buộc kiểm sốt nhiễm dầu xác định quy mô tác động ô nhiễm dầu để có biện pháp xử lý kịp thời 2.2.2.8 Quan trắc chất lượng nước Khi dầu mỏ khai thác từ lòng đất, ln chứa lượng khí tự nhiên, số chất gây nhiễm (như lưu huỳnh) nước Những chất lỏng xử lý sau thời gian quay trở lại lòng đất Kiểm sốt lượng nước thải từ giếng khoan cần thiết để xác định xử lý phương pháp xử lý an tồn thích hợp Các phân tích hố học chất lượng nước lưu GIS, giúp cho nhà quản lý xác định nhanh chóng tăng lên chất gây ô nhiễm đưa biện pháp kịp thời 2.2.3 Nghiên cứu tai biến môi trường Tai biến mơi trường q trình gây hại vận hành hệ thống môi trường Động đất, trượt lở, hoạt động núi lửa, trình ngập lụt, cháy rừng những tượng tai biến tự nhiên giết chết hàng ngàn người làm thiệt hại hàng tỷ đô la hàng năm mối hiểm họa cho người dân sống vùng Q trình tai biến phản ánh nhiễu loạn, tính bất ổn định hệ thống thường gồm giai đoạn: - Giai đoạn nguy (hay hiểm họa): Đã tồn yếu tố gây hại chưa gây ổn định cho hệ thống - Giai đoạn phát triển: Tập trung gia tăng yếu tố tai biến, xuất trạng thái ổn định, chưa vượt qua ngưỡng an tồn hệ thống mơi trường - Giai đoạn cố: Trạng thái ổn định vượt qua ngưỡng an toàn hệ thống, gây thiệt hại không mong đợi cho người (về sức khỏe, tính mạng, sản nghiệp) gọi thiên tai cố môi trường Sử dụng viễn thám, GIS cho phép bổ sung phương pháp nghiên cứu hữu hiệu nhằm nhận biết tai biến 2.2.3.1 Nghiên cứu địa chấn GIS dự báo thời gian, đặc điểm hậu núi lửa, động đất gây nhờ trình định danh địa hình, kỹ thuật xây dựng Động đất thường phát sinh vùng mà vỏ trái đất yếu có đứt gãy hoạt động, viễn thám góp phần dự đốn động đất việc phát đứt gãy Thơng tin phát tư liệu Landsat, SPOT…với dải sóng khác Tất nhiên việc chụp ảnh hồng ngoại, ảnh RADAR cung cấp thêm nhiều thơng tin xác tân kiến tạo dự báo động đất GIS giúp hỗ trợ xây dựng đồ động đất 2.2.3.2 Nghiên cứu sụt lún đất Đây tượng tai biến quan trọng cần nghiên cứu kỹ gây hậu nghiêm trọng Nguyên nhân lún đất là: - Các đứt gãy địa chất có tác động vào thành tạo địa chất trẻ - Các đứt gãy đột biến - Sự lún hạ đứt gãy vòng - Sự khác biệt mạng lưới thủy văn phía khác đứt gãy - Do tăng độ ẩm phía đứt gãy - Các dị thường thực vật 2.2.3.3 Nghiên cứu trượt lở đất Trượt lở đất xuất mặt đất đáy biển vùng có vật chất khơng ổn định Hiện tượng trượt lở đất thực khó phân biệt ảnh song phân tích kỹ ảnh đa phổ đặc biệt ảnh máy bay dễ dàng phát thay đổi 18 màu sắc, độ cao hình dạng khối trượt Hiện tượng trượt lở đất vùng núi dễ dàng phát ảnh vệ tinh song dễ nhầm lẫn với hoạt động canh tác sườn dốc Dựa vào khả GIS để phân tích độ dốc, địa chất độ ổn định đất, từ xác định vùng chịu ảnh hưởng Khi vùng định danh, thông tin hiệu chỉnh để kế hoạch phát triển xây dựng, củng cố cấu trúc cơng trình để bảo vệ vùng có nguy cao 2.2.3.4 Nghiên cứu bão, lũ lụt Công nghệ GIS sử dụng nghiên cứu bão, mơ hình hố, dự báo đặc biệt việc giải hậu sau bão GIS sử dụng để xác định vùng chịu ảnh hưởng lũ lụt dựa vào cấu trúc vùng để đưa phương án đề phòng Ngồi ra, GIS dùng để tính tốn thiệt hại xảy ra: ước tính thiệt hại tài chính, phá hủy sở hạ tầng; ảnh hưởng vùng khơng có lũ thiệt hại từ ảnh hưởng dịch vụ 2.2.4 Nghiên cứu tài nguyên đất Các dự án phát triển đề xuất dọc theo biên giới Mexico Mỹ hỗ trợ thông tin GIS, chẳng hạn để kiểm kê, lập đồ nguồn tài nguyên, chế độ thuỷ văn, tác động người, sở hạ tầng dọc theo biên giới 2.2.4.1 Thành lập đồ trạng sử dụng đất Bản đồ trạng sử dụng đất thường xây dựng cho mục đích kiểm kê đánh giá trạng khu vực Thành lập đồ trạng sử dụng đất xem gương phản chiếu hoạt động người lên tài nguyên đất đai Các loại hình thức sử dụng đất kết trình sử dụng chọn lọc người chấp nhận mặt xã hội có hiệu người sử dụng Ảnh sau giải đoán thể phân bố đối tượng theo không gian theo thời gian, kết xử lý ảnh viễn thám cho trạng lớp phủ thời điểm chụp Để bổ sung thông tin cần thiết cho việc xử lý ảnh viễn thám, GIS cung cấp liệu sẵn có liên quan đến hiểu biết thực địa khu vực có loại sử dụng đất cụ thể nào, đồ thành lập…là sở tốt để tham khảo Việc tích hợp thơng tin từ kết phân loại ảnh vệ tinh hiểu biết đầy đủ cho phép thành lập nhanh xác đồ trạng sử dụng đất Lập đồ sử dụng đất /lớp đất phủ thường sử dụng thông tin sử dụng đất lớp phủ đất diễn khu vực Thơng tin lớp phủ đất giải đốn trực tiếp từ ảnh viễn thám thích hợp Thơng tin hoạt động nhân sinh mặt đất (sử dụng đất) khơng phải lúc đốn từ lớp phủ đất Các thông tin bổ sung cần thiết để xác định loại hình sử dụng đất công viên, khu vực bảo tồn nước có sử dụng đất trùng với ranh giới hành mà khơng dễ nhận ảnh viễn thám Lập đồ sử dụng đất từ ảnh viễn thám phải trải qua nhiều giai đoạn việc thực phân tích ảnh, phân loại lập đồ dựa vào GIS Người thực phải quan tâm đến việc biểu diễn phân tích ảnh trực quan Phân tích ảnh trực quan q trình phân tích ảnh đồ họa mắt nhằm đạt hiểu biết sâu sắc liệu Vấn đề đặt để phục vụ cho mục đích phân tích ảnh trực quan khoa học cần phải biểu diễn ảnh vệ tinh nào, chọn kênh ảnh phù hợp chọn ảnh tổ hợp màu, sở phân loại dựa vào kiểu dáng mảnh đất canh tác 19 Những vùng phát triển thường vùng nằm vị trí tốt, dốc, khai thác dễ, ruộng thường rộng vuông vắn Trong vùng trũng dải đất cao khơ thuận lợi cho khai phá xây dựng làng xóm đô thị Trong vùng núi, mảnh đất thấp thường có tầng dày, gần sơng suối dễ trồng trọt hình dạng mảnh đất khơng đặn Đường giao thơng cắt qua đoạn xây dựng thuận lợi điều kiện tự nhiên ổn định Sau phân tích ảnh trực quan ta dựa vào thực cơng tác phân loại ảnh cộng với phần mềm hỗ trợ 2.2.4.2 Đánh giá xói mòn đất GIS cơng cụ mạnh có khả ứng dụng để đánh giá xói mòn đất Các thơng số mơ hình (các hệ số) tính tốn GIS từ liệu đầu vào (các đồ) Cuối dựa đồ số, tính tốn đồ xói mòn đồ xói mòn tiềm Đây dạng mơ hình thực nghiệm cần phải có tiến hành đo đạc khảo sát để thu thập liệu, yếu tố có nhiều thơng số yếu tố cần phải có liệu để phân tích Các bước tiến hành gồm bước: Bước 1: Xây dựng đồ hợp phần: - Thổ nhưỡng - Lượng mưa - Địa hình - Thảm thực vật Bước 2: Từ đồ đơn tính, ứng dụng GIS xây dựng đồ hệ số xói mòn mơ hình dự báo xói mòn đất USLE (Universal Soil Loss Equation), sau MUSLE RUSLE (M = modified, R = Revised) Bước 3: Từ đồ hệ số xói mòn, ứng dụng GIS xây dựng đồ tiềm xói mòn xói mòn khu vực nghiên cứu 2.2.4.3 Quản lý phân vùng dạng đất GIS dùng để lập đồ phân loại đất vùng Mỗi loại đất biểu diễn màu khác theo quy định Kèm theo polygon biểu diễn phân bố loại đất thơng tin thuộc tính địa điểm, diện tích, Những thơng tin dạng đồ giúp cho nhà quản lý phân tích dễ dàng xu hướng biến đổi tác động thiên nhiên người 2.2.4.4 Phân tích xu hướng xây dựng Sở Phát triển Nhà Ðô thị Adelaide, Australia sử dụng GIS để phân tích xu hướng xây dựng thành phố, từ mở rộng thành phố ảnh hưởng sở hạ tầng 2.2.4.5 Thành lập đồ loại trồng Bản đồ loại trồng tài liệu sở ngành nông nghiệp dùng để lập kế hoạch thống kê loại gì, trồng đâu, trồng phát triển sao, cho vùng đất cụ thể Song đến nhu cầu đồ trồng nước ta chưa đáp ứng đầy đủ phần thiếu đồ đồ cũ Trước tình hình đòi hỏi phải đẩy mạnh công tác thành lập đồ loại trồng nước ta cách hệ thống theo chu kỳ quy định Viễn thám cung cấp biện pháp hiệu tin cậy cho việc thu thập thông tin cần thiết để thành lập đồ loại trồng mà phương pháp truyền thống không đủ khả để đáp ứng nhu cầu Những phản xạ phổ vùng đất nông nghiệp (cánh đồng) thay đổi theo phát triển trồng, loại tươi tốt cây…do cung cấp thơng tin qua việc đo lường, theo dõi cảm biến 20 ảnh vệ tinh Ảnh đa thời sử dụng để theo dõi phát triển trồng, liệu ảnh đa phổ giúp cho việc gia tăng độ xác phân loại cung cấp nhiều thông tin để phân biệt chi tiết loại trồng cụ thể Ví dụ, bước sóng nằm vùng khả kiến hồng ngoại cung cấp thông tin liên quan đến hàm lượng chất diệp lục cấu trúc cành chúng Năng suất thu hoạch thường khác nhiều vùng đất (đất bạc màu) khí hậu ảnh hưởng đến phát triển trồng Viễn thám cho phép xác định vùng gặp khó khăn để chuyển đổi phù hợp có biện pháp tưới tiêu hay tăng lượng phân bón nhằm góp phần tăng suất Ngồi ra, có số hướng ứng dụng khác như: - Thành lập đồ thích nghi cho loại trồng - Phân tích biến động loại hình sử dụng đất 2.2.5 Nghiên cứu biến động tài nguyên môi trường Quản lý vùng ven biển: diễn biến đường bờ vùng nhạy cảm; xây dựng đồ dự báo xói lở vùng bờ biển Trong kiểm sốt nhiễm khơng khí: Hỗ trợ kiểm sốt nhiễm khơng khí, dự báo ảnh hưởng nhiễm khơng khí phát triển thực vật Trong giám sát phân bố định lượng chất gây ô nhiễm nước: GIS dùng để giám sát phân bố định lượng chất gây ô nhiễm khác khu vực Quản trị rừng (theo dõi thay đổi, phân loại ), ƒ Quản trị đường di cư đời sống động vật hoang dã, ƒ Phân tích biến động khí hậu, thuỷ văn ƒ Quản lý chất lượng nước Quản lý, đánh giá theo dõi dịch bệnh.ƒ 21 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 3.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 3.1.1 GIS – viễn thám vấn đề quy hoạch lãnh thổ/ đánh giá tác động môi trường Quy hoạch sử dụng lãnh thổ: hoạch định, bố trí đối tượng, hạng mục dự án phù hợp với mạnh tài nguyên môi trường theo không gian lãnh thổ, nhằm phát triển bền vững kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường Mục tiêu nhằm phác họa vùng khơng gian theo mục đích sử dụng dựa tiêu chuẩn xác định Ứng dụng GIS quy hoạch lãnh thổ sử dụng phần mềm GIS công cụ máy tính để thu thập xử lý tích hợp liệu nhằm xây dựng đồ chuyên đề kết khác nhằm giúp nhà quy hoạch đưa định vạch định xếp, bố trí đối tượng, hạng mục dự án phù hợp với đặc điểm tìa nguyên môi trường Đánh giá tác động môi trường: trình phân tích, đánh giá, dự báo ảnh hưởng đến môi trường dự án, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, quan sản xuất, kinh doanh, cơng trình kinh tế, khoa học, kỹ thuật, y tế, văn hóa, xã hội,… cơng trình khác, đề xuất giải pháp thích hợp để bảo vệ mơi trường GIS trợ giúp công tác đánh giá tác động môi trường liên quan đến trình định Thế mạnh GIS khả truy vấn hỏi đáp khơng gian, tìm kiếm thơng tin Việc tìm kiếm thơng tin GIS thực thuận tiện, nhanh chóng, xác hiệu Kết truy vấn tính tốn, phân tích xử lý theo mục đích sử dụng Những lợi ích cơng nghệ GIS giúp cho việc giải toán quy hoạch/ đánh giá giảm nhiều Dữ liệu GIS đầu vào cho quy hoạch lãnh thổ/ đánh giá tác động mơi trường đa dạng cần tích hợp lại với Do đó, lớp liệu phải có sở tốn học để quản lý lớp thơng tin đồng chồng xếp, xuất đồ trong hợp cần thiết Việc cập nhật thơng tin cần lưu ý đến độ xác sở tốn học điều kiện khơng thể thiếu để giải tốn khơng gian Các yếu tố tham gia, liên quan đến quy hoạch lãnh thổ/ đánh giá tác động mơi trường có mức độ tác động, ảnh hưởng khác đến tổng thể Do đó, cần xác định trọng số cho lớp liệu phục vụ cho việc chồng xếp 3.1.2 Phân tích đa tiêu chuẩn (MCA) Một ứng dụng mơi trường phân tích đa tiêu chuẩn (Multi-Criteria Analysis, viết tắt MCA) tính tác động q trình đến mơi trường Thơng thường, kết đồ thể tổn thương môi trường vùng khác Để tính mức độ tổn thương môi trường, lựa chọn giá trị khía cạnh mơi trường khác (cảnh quan, nhân tố xã hội, hệ động - thực vật…) gây thay đổi mơi trường (ví dụ, xây dựng đường mới) đo ghi nhận Phân tích đa tiêu chuẩn sử dụng để hỗ trợ cho việc quy hoạch môi trường đô thị việc tạo nên đồ thích hợp cho loại đất sử dụng khác Ví dụ, tìm địa điểm tốt để đặt khách sạn du lịch, xác định vùng thích hợp cho việc định cư 22 Đánh giá tác động phân tích vùng thích hợp thường tính đến việc lấy nhiều tiêu chuẩn khác để phân tích vấn đề câu hỏi phức tạp Kỹ thuật tổ hợp nhân tố khác kết cuối Đặc tính làm cho MCA trở nên đặc biệt tạo cho người định định ta mức độ quan trọng khác cho nhân tố khác 3.1.2.1 Xác định tiêu chuẩn Bước phân tích đa tiêu chuẩn định tiêu chuẩn khác tính đến Đa số trường hợp tiêu chuẩn biến giản đơn mà tổ hợp liệu thuộc tính liệu hình học khác Những tiêu chuẩn tính việc sử dụng đại số đồ Một ví dụ dựa báo J.K.Berry (1991) cho minh họa trật tự MCA Ví dụ minh họa q trình vùng cư dân khu vực ven bờ Ví dụ: Vùng thích hợp cho việc phát triển vùng dân cư vùng ven bờ chọn dựa theo tiêu chuẩn: tiêu chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn thẩm mỹ, tiêu chuẩn môi trường (Berry) - Tiêu chuẩn xây dựng: vùng thích hợp vùng có độ dốc thấp, khơng xa đường Phí tổn xây dựng trở nên cao mà độ dốc lớn Phí tổn xây dựng đường tăng lên xa đường - Tiêu chuẩn thẩm mỹ: vùng gần bờ với cảnh đẹp đường bờ hướng phía tây ưu thích khác Ở gần bờ với cảnh đẹp ven bờ đường thích hợp cho phát triển dân cư Hướng tây cho phép nhiều khả ngắm cảnh hồng - Sự ép buộc môi trường: vùng dân cư không xây dựng vùng cách đường bờ 100m vùng có độc dốc lớn 50% Các chức khơng gian khác sử dụng để tính nhân tố thể tiêu chuẩn Đối với tiêu chuẩn nào, sơ đồ tạo để thể bước rút thông tin cần thiết Sơ đồ đồ xuất phát đầu tiên, phân tích thực đồ có thơng tin thu Ví dụ: để thành lập đồ “trạng thái gần” (proximity) đường, đồ chứa đường mơ hình số độ cao cần thiết Khoảng cách đến đường từ vị trí tính tốn sử dụng “chức lan truyền” (spread function) Khi đường mòn từ vị trí đến đường gặp chỗ dốc khoảng cách thực tế nhân với trọng số phí tổn cho xây đường nơi dốc nhiều nơi phẳng Để tính đoạn dốc xen vào đồ độ dốc thành lập từ mơ hình số độ cao việc sử dụng “chức tính độ dốc địa hình” Bản đồ độ dốc dùng bề mặt cản kháng Cuối cùng, chức “dòng” thực đường dùng bề mặt cản kháng để tính tạo nên gần đường Đối với tiêu chuẩn, trình tiến hành đồ sở để đạt giá trị - liệu diễn đạt chúng 3.1.2.2 Phân ngưỡng giá trị cho tiêu chuẩn Một giá trị - liệu tiêu khác thu từ liệu gốc, giá trị cần xếp loại theo thứ tự (ví dụ từ đến 10) thể thiện mức độ thích hợp cho mục đích riêng biệt Điều có nghĩa giá trị - liệu khác có tầm quan trọng thay đổi sản phẩm cuối phân tích Sự phân hạng cần thiết cho việc tạo so sánh tiêu chuẩn khác Có hai cách tiếp cận để thực hóa phân hạng Đầu tiên giá trị cho tiêu chuẩn chuyển sang giá trị Boolean, cách thứ hai giá trị đánh phân loại nhân tố hoàn toàn liên quan (Eastman, 1999) 23 * Cách tiếp cận kiểu boolean Cách tiếp cận boolean (hoặc tiệm cận kiểu nêu vấn đề) vạch vùng làm hai nhóm: vùng thích hợp cho vài tiêu chuẩn vùng khơng thích hợp Trong trường hợp biến “trạng thái gần đường”, khoảng giới hạn xác định cho vấn đề phí tổn xây dựng chấp nhận, ví dụ 20m Điều có nghĩa vùng khoảng cách 20m từ đường thích hợp cho phát triển dân cư vùng khác khơng thích hợp Trong cách tiếp cận này, tiêu chuẩn cần chuyển sang kiểu giới hạn Boolean Cuối cùng, tiêu chuẩn giải mã (những đồ) chồng ghép để nhận dạng vùng thỏa mãn tất giới hạn Chồng ghép Boolean thực cách sử dụng tổ hợp giao (logic AND) hợp (logic OR) Logic OR dùng để họp tiêu chuẩn không cần thiết trùng (Jones,1997) Ví dụ: vùng thích hợp cho mục đích dân cư có vị trí nhìn bờ biển (cách đường bờ 15m) OR (hoặc) gần bờ (trong 300m từ bờ) Nhưng vùng thích hợp nằm xa bờ với khoảng cách 100m AND (và) có độ dốc 40% độ dốc (kém, thích hợp) Phân loại thực cho nhân tố nào, để làm cho chúng so sánh 3.1.3 Xác định trọng số - AHP Khi tiêu chuẩn khác có mức độ quan trọng, trọng số nhân tố Tuy nhiên, đại đa số trường hợp điều quan trọng xác định mức độ quan trọng tương đối tiêu Kỹ thuật sau cho phép làm việc Trọng số tiêu chuẩn cố định kỹ thuật thống kê khác phép đo, người định chọn trọng số cách chủ quan dựa kinh nghiệm hiểu biết (United Nation, 1996) Sự thay đổi thú vị dẫn cho việc chọn trọng số q trình phân tích cấp bậc Saaty (Saaty’s Analytical Hiearchy Process (AHP)) Phương pháp dựa việc xây dựng ma trận cặp so sánh sáng suốt tiêu chuẩn Mỗi tổ hợp hai tiêu chuẩn, mức độ quan trọng tương đối tiêu chuẩn so với tiêu chuẩn tính theo tỷ lệ 1/9 (ví dụ thể mức độ quan trọng trội hơn, 1/9 mức độ quan trọng) Giá trị có nghĩa hai tiêu chuẩn có mức độ quan trọng nhau, giá trị nhân tố có mức độ quan trọng nhiều nhân tố khác Nếu nhân tố quan trọng nhân tố khác tỉ số 1/9 (tức 1/1: 1/9) (Eastsman, 1999) Đánh giá thang tỉ lệ theo Saaty cho cặp so sánh sáng suốt tiêu chuẩn nhìn nhận sau: 1/9 Đúng cực độ 1/7 Rất vơ > Quan Quan Quan trọng trọng trọng vừa vừa nhiều Quan trọng nhiều Cực kỳ quan trọng Khi trình so sánh tiêu chuẩn kết thúc, giá trị tỉ số chúng ghi nhận theo ma trận n dòng n cột (n: số tiêu chuẩn) Ma trận cặp so sánh sáng suốt rõ tỉ số quan trọng nhân tố A so với nhân tố B n, tỉ số ngược lại nhân tố B so với nhân tố A 1/n Đường chéo ma trận có giá trị Một ví dụ bảng ma trận sau: Tầm nhìn Mức độ Mức độ Phương vị Độ dốc hợp gần bờ gần đường hợp hợp Tầm nhìn hợp 25 Mức độ gần bờ 1/3 Mức độ gần đường 1/7 1/5 Phương vị hợp 1/8 1/6 1/2 Độ dốc hợp 1/9 1/7 1/3 1/2 Từ ma trận này, vector nguyên lý eigen tính để thu tập hợp trọng số phù hợp Cho ví dụ kết sau: Tiêu chuẩn Trọng số thu Tầm nhìn hợp 0.524 Mức độ gần bờ 0.288 Mức độ gần đường 0.090 Phương vị hợp 0.059 Độ dốc hợp 0.039 Tính tốn vector làm xấp xỉ theo cách thủ công chia giá trị cột cho tổng giá trị tỉ số cột Điều cho ma trận với giá trị nằm khoảng giá trị tổng giá trị theo cột Giá trị trung bình dòng ma trận tương ứng với trọng số cho tiêu chuẩn (Jones, 1997) 3.1.4 Phép chồng lớp GIS Một giá trị xếp hạng thang tỷ lệ, tiêu chuẩn khác cần so sánh Quá trình thực cách chồng ghép đồ khác Các thao tác số học lớp thông tin khác phép cộng đơn giản Mỗi tiêu chuẩn có đóng góp khác cho giải pháp, có nghĩa tiêu chuẩn quan trọng tiêu chuẩn khác Vì tiêu chuẩn khác cần định trọng số cho chúng thể mức độ quan trọng tương đối chúng, (Eastman, 1999) Quá trình chồng tiêu chuẩn khác trình bày sau: n S   Wi X i  i 1 S = số thích hợp Wi = trọng số gắn cho tiêu chuẩn i (hoặc nhân tố i) Xi = điểm tiêu chuẩn Khi tổ hợp mức độ chế ngự thể theo thuộc tính Boolean (1: true, 0: false) nhân tố trọng số tổ hợp phân tích, cơng thức thể sau: n m i 1 j 1 S   Wi X i  C j S = số thích hợp Wi = trọng số gắn cho tiêu chuẩn i (hoặc nhân tố i) Xi = điểm tiêu chuẩn Cj = giá trị (0 1) mức độ chế ngự Ví dụ: Trong ví dụ trên, tiêu chuẩn để chọn vùng thích hợp cho mục đích định cư tầm nhìn hợp hơn, mức độ gần kề với bờ, gần kề với đường, hướng phơi hợp góc dốc hợp Một liệu cần thiết rút cho tiêu chuẩn chúng tái thiết lập tỷ lệ nhằm mục đích làm cho chúng so sánh được, có lợi cho chúng trọng số tương thích với mức độ quan trọng chúng Giả sử trọng số sau định cho nhân tố khác nhau: - Tầm nhìn phù hợp (VP): 10 (quan trọng) 26 - Mức độ gần bờ (CP): - Mức độ gần đường (RP): - Hướng phơi phù hợp (AP): - Góc dốc phù hợp (SP): (ít quan trọng nhất) Mức độ chế ngự (giá trị 1) độ dốc khoảng cách đến biển thể sau: 0: diện tích < 100m từ bờ biển (DC); 1: vùng khác 0: diện tích với độ dốc > 50% (SL); 1: vùng khác Công thức cho số thích hợp sau: Chỉ số thích hợp = (10.VP + 8.CP + 3.RP + 2.AP + 1.SP).(DC.SL) Kết cuối phân tích đa tiêu chuẩn đồ với số thích hợp cho vị trí Tương tự cho phân tích thích hợp, phân tích đánh giá tác động thực kỹ thuật Trong trường hợp đó, số mức độ tổn thương tính tốn Chỉ số mức độ tổn thương có thay đổi mơi trường Thơng thường, miền thích hợp số tổn thương cuối phân loại tập hợp giới hạn lớp thuận tiện 3.1.5 Đánh giá đa tiêu chuẩn Phân tích đa tiêu chuẩn dùng để định vùng thích hợp cho trạng sử dụng đất Khi mà vùng cần thiết chia theo vị tri thích hợp cho đặc tính sử dụng đất kỹ thuật đánh giá đa tiêu chuẩn sử dụng Bước tạo ta đồ thích hợp cho loại sử dụng đất khác cách sử dụng kỹ thuật phân tích đa tiêu chuẩn Khó khăn tiến hành tổ hợp đồ để định loại đất sử dụng tốt cho vị trí đặc trưng Vì tất đồ phân hạng theo thang tiêu chuẩn nhằm làm cho chúng so sánh lẫn (Jones, 1997) Thơng thường số thích hợp nhỏ đòi hỏi cho việc xác định vùng thích hợp cho trạng sử dụng đất Giới hạn khơng giống cho trạng sử dụng đất Giới hạn tạo nên tảng cho việc vạch vùng xung đột Những vùng có số điểm cao cho kiểu sử dụng đất định cho kiểu Những vùng thích hợp cho kiểu sử dụng đất khác gọi vùng xung đột Trong trường hợp trạng sử dụng khác tồn tại, khơng có vấn đề gì, ngược lại định so với việc định vị trí quan trọng Trong vùng xung đột định dựa “ưu cấp bậc”, phương pháp “sử dụng bội” (“multiple use”) phương pháp “đổi” (“trade – off”) 3.1.5.1 Phương pháp sử dụng bội Phương pháp sử dụng bội định kiểu sử dụng đất tương thích để gắn cho chúng cho vị trí đơn Một đất sử dụng tồn nhận biết, vùng thích hợp cho tổ hợp vạch để định vị chúng (Berry, 1991) Ví dụ: Một vài kiểu vùng bảo tồn nguyên thủy tồn với vùng vui chơi giải trí 3.1.5.2 Phương pháp đổi Khi kiểu trạng sử dụng đất khác khơng tương thích vùng xung đột, phương pháp “đổi” cần thiết Trong trường hợp này, phân tích thực để định thích hợp vị trí loại sử dụng đất có gần gũi khơng so với loại khác Hai loại đất trình bày hệ tọa độ vng góc hai trục kiểu sử dụng đất Đường vẽ vng góc với hai trục điểm tương 27 ứng với số thích hợp nhỏ cần thiết cho việc định vị rõ loại sử dụng đất Điều chia đồ thị thành bốn vùng: - Vùng khơng thích hợp cho hai kiểu sử dụng đất - Vùng xung đột cho kiểu sử dụng thứ - Vùng khơng có xung đột cho kiểu sử dụng thứ hai - Vùng xung đột Mỗi vị trí vẽ đồ thị dựa số thích hợp cho hai kiểu sử dụng đất Đối với ô nằm vùng xung đột, phương pháp trao đổi hai kiểu sử dụng đất cần thiết Tuy nhiên đường ranh giới vẽ từ gốc đồ thị góc phụ thuộc vào mức độ quan trọng tương đối hai kiểu sử dụng đất Đường ranh giới chia vùng xung đột làm hai Khi kiểu sử dụng đất vùng xung đột có tầm quan trọng đường vẽ với góc 45o Nếu nằm đường định (trong vùng xung đột), kiểu sử dụng đất nằm vị trí này, ngược lại kiểu sử dụng đất hai nhận vị trí (Jones, 1997) 3.1.5.3 Cấp bậc ưu Cấp bậc ưu coi vài kiểu sử dụng đất quan trọng kiểu khác Bước phân hạng kiểu sử dụng đất khác theo mức độ quan trọng chúng Khi mà kiểu sử dụng đất phân hạng, q trình bắt đầu Đầu tiên, vùng thích hợp cho kiểu phân hạng đất cao vạch định vị trí Trật tự lặp lại cho tất kiểu sử dụng đất theo mức độ quan trọng Ví dụ: Nếu vùng vui chơi giải trí xếp hạnh cao vùng cơng nghiệp, vùng thích hợp cho vùng vui chơi giải trí vạch lên Sau vùng cơng nghiệp coi vùng thích hợp lãnh thổ lại (Berry, 1991) Thông thường, tổ hợp ba phương pháp áp dụng để định kiểu sử dụng đất xác định vị trí vùng 3.2 MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 3.2.1 Xác định vị trí để thiết lập nhân tố sở hạ tầng 3.2.1.1 Thăm dò khu vực nhạy cảm Sử dụng GIS công nghệ khoan thăm dò đại, người ta định vị tiến hành xử lý liệu bề mặt cách dễ dàng, cách xa vùng nhạy cảm mà đảm bảo đạt yêu cầu chuyên môn có giá trị vùng mặt đất Chevron, tập đoàn dầu lửa quốc tế, sử dụng phần mềm ArcView GIS để định vị dầu mỏ vùng châu thổ Niger Công ty trách nghiệm hữu hạn Chevron Nigeria thuộc tập đoàn Chevron ứng dụng GIS phần lớn hoạt động công ty GIS cho phép thăm dò quản lý nguồn dầu mỏ mà hạn chế tối thiểu ảnh hưởng có hại hệ động, thực vật Các số liệu thu từ quan trắc địa chấn thu thập để tạo nên đồ chiều mặt đất Các chuyên gia sử dụng ảnh chiều để đưa định vị trí túi dầu mà không cần tiến hành khoan nhiều lần 3.2.1.2 Những vấn đề liên quan quản lý tài nguyên dầu mỏ Có nhiều vấn đề mơi trường có liên quan q trình khai thác dầu mỏ, hệ thống nước, sơng suối bị ô nhiễm, biến cá động vật hoang dã Do cơng ty dầu mỏ khai thác vùng phải làm việc với quyền địa phương vấn đề dự trữ dầu mỏ, xây dựng đường giao thông, nạo vét kênh mương, đảm bảo điều kiện sống dân cư sinh vật hoang dã 28 Các nhà khoa học Charvon nhập ảnh vệ tinh liệu quan trắc không gian vào hệ thống ArcView GIS để tạo đồ sở vùng Họ kiểm tra hiệu đính vị trí đối tượng cố định giếng dầu đường giao thông so với số liệu nhận từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Những liệu khác, chẳng hạn vị trí vùng đất ngập nước, lồi bị đe doạ, dân cư, thêm vào đồ số Tất liệu GIS với số liệu thăm dò giúp xác định vị trí thích hợp để tạo giếng khoan, đồng thời hỗ trợ tích cực cho nhà quản lý tài nguyên 3.2.1.3 Quản lý an toàn khai thác GIS sử dụng để tạo đồ vùng nước ngầm nhạy cảm, với chồng lớp liệu vị trí dàn khoan, độ sâu nước Những đồ giúp thiết kế tuyến đường ống dẫn dầu GIS sử dụng có cố tràn dầu Những liệu tràn dầu phủ công ty dầu mỏ lưu giữ nhập vào hệ GIS mã hoá với thông số số lượng dầu tràn, thời gian, người có liên quan Những liệu hỗ trợ nhà quản lý nhiều Khi cố xảy ra, GIS xác định nhanh chóng vị trí đường ống ưu tiên nơi cư trú cần bảo vệ 3.2.1.4 Quy hoạch sử dụng tài nguyên đất Công nghệ GIS hỗ trợ nhiều công việc quy hoạch sử dụng đất Những liệu trạng sử dụng đất thu thập từ quan trắc không gian xử lý hệ GIS, lập đồ trạng, kèm số liệu phân tích Dựa vào nhà qui hoạch dễ dàng quản lý phát triển kế hoạch sử dụng đất hợp lý Thành phố Brno, Cộng hồ Czech, dùng cơng nghệ GIS để phát triển qui hoạch tổng thể thành phố hiển thị thông tin theo sở liệu GIS địa thành phố Mlada, Cộng hồ Czech sử dụng GIS để hỗ trợ kế hoạch quy hoạch lại khu sân bãi quân sự, đánh giá mô loại tài nguyên đất: đất nông nghiệp, đất nông nghiệp, đất tự nhiên Viện Ðịa lý "Agustin Codazzi" (IGAC) Colombia dùng công nghệ GIS để hiển thị kiểm soát trạng sử dụng đất tương lai thành phố Ibague 3.2.2 Xác định tác động không gian tác nhân gây hại đến thực thể Phân vùng nguy dịch bệnh liên quan tới ô nhiễm môi trường, phân vùng ô nhiễm môi trường từ nguồn gây ô nhiễm dạng điểm, đánh giá mức độ lan truyền nhiễm bãi chất thải có 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] Trần Trọng Đức (2005) GIS bản, Nxb Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh [2] Lê Văn Trung (2005) Viễn thám, Nxb Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh [3] Floyd F Sabins Jr (1986) Remote sensing - Principles and interpretation, New York [4] CNES (Centre Nationale d'Etudes Spatiales - France) (1993) From Optics to Radar, Spot and ERS Applications Cépaduès Editions Toulouse, France 573pp [5] Giles Foody & Paul Curran (1994) Environmental Remote Sensing from Regional to Global scales John Wiley & Sons Ltd England 30 ... 21 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 3.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 3.1.1 GIS – viễn... chuyên đề 10 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 11 2.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ... cứu biến động tài nguyên môi trường 21 CHƯƠNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG 22 3.1 KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ