Nghiên cứu môi trường

2. TỔNG QUAN CÁC VẤN đỀ NGHIÊN CỨU

2.1.8.2Nghiên cứu môi trường

Viễn thám là phương tiện hữu hiệu ựể nghiên cứu môi trường và sự biến ựổi môi trường bao gồm: ựiều tra về sự biến ựổi sử dụng ựất và lớp phủ; vẽ bản ựồ thực vật; nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng; giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa ựá...); nghiên cứu ô nhiễm nước và không khắ; nghiên cứu môi trường biển (ựo nhiệt ựộ, màu nước biển, gió sóng)...

Những năm gần ựây việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu môi trường toàn cầu cũng như môi trường khu vực, các thảm hoạ thiên tai như lũ lụt, cháy rừng, hiệu ứng nhà kắnh...ựã trở nên phổ biến và có hiệu quả cao. Trong nghiên cứu các thảm hoạ do lụt lội gây ra ựã có nhiều công trình ựược công bố, ựặc biệt từ năm 1997 trở lại ựây. Các nghiên cứu chỉ ra, ựể thành lập bản ựồ ngập lụt và tần số xuất hiện ngập lụt, việc tắch hợp thông tin từ các bản ựồ lớp phủ ựất, bản ựồ ựịa chất, bản ựồ hệ thống thoát nước và bản ựồ ựịa văn là tổ hợp tốt nhất.

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 31

Hình12. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu sóng thần 2.1.8.3 Phân loại lớp phủ bề mặt, phát hiện biến ựộng lớp phủ bề mặt

Lập bản ựồ hiện trạng lớp phủ bề mặt là một trong những ứng dụng quan trọng nhất và tiêu biểu nhất của viễn thám. Lớp phủ bề mặt phản ánh các ựiều kiện và trạng thái tự nhiên trên bề mặt trái ựất (vắ dụ: ựất có rừng, trảng cỏ, sa mạc...).

Trong việc hiệu chỉnh bản ựồ lớp phủ bề mặt, theo dõi quản lý tài nguyên thiên nhiên việc phát hiện các biến ựộng của lớp phủ bề mặt là rất cần thiết và quan trọng. Sự biến ựộng thông thường ựược phát hiện trên cơ sở so sánh tư liệu viễn thám ựa thời gian hoặc giữa bản ựồ cũ và bản ựồ mới ựược hiệu chỉnh theo tư liệu viễn thám. Có hai phương pháp phát hiện biến ựộng là:

- So sánh hai bản ựồ lớp phủ bề mặt ựược thành lập ựộc lập với nhau. - Nhấn mạnh các biến ựộng trên cơ sở áp dụng phương pháp tổ hợp màu hoặc phương pháp phân tắch thành phần chắnh.

Các biến ựộng có thể chia thành biến ựộng theo mùa và biến ựộng hàng năm. Thông thường hai loại biến ựộng này pha trộn với nhau rất phức tạp trong khuôn khổ một bức ảnh, do vậy người giải ựoán cần sử dụng các tư liệu cùng thời gian, cùng mùa trong năm ựể phát hiện ựúng các biến ựộng [12].

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 32

Nghiên cứu ựặc ựiểm tầng ozon, mây, mưa, nhiệt ựộ quyển khắ, dự báo bão và nghiên cứu khắ hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khắ tượng.

Hình13. Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu bão nhiệt ựới Choi-Wan

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 33

Hình15.Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu nhiệt ựộ bề mặt

đánh giá nhiệt ựộ bề mặt ựất từ số liệu viễn thám là vấn ựề tổng hợp của việc tắnh toán các thành phần của năng lượng và bốc thoát hơi. đo nhiệt ựộ bề mặt có ý nghĩa quan trọng trong giám sát cháy rừng.

2.1.8.5 Nghiên cứu thực vật, rừng

Viễn thám cung cấp ảnh có diện phủ toàn cầu nghiên cứu thực phủ theo ngày, vụ, mùa vụ, năm, tháng và theo giai ựoạn; điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng...Thực vật là ựối tượng ựầu tiên mà ảnh viễn thám vệ tinh thu nhận ựược thông tin. Trên ảnh viễn thám chúng ta có thể tắnh toán sinh khối, ựộ trưởng thành và sâu bệnh dựa trên chỉ số thực vật, nghiên cứu cháy rừng qua ảnh vệ tinh.

đánh giá nhiệt ựộ bề mặt ựất từ số liệu viễn thám là vấn ựề tổng hợp của việc tắnh toán các thành phần của năng lượng và bốc thoát hơi. đo nhiệt ựộ bề mặt có ý nghĩa quan trọng trong giám sát cháy rừng.

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 34

Hình16. Ứng dụng công nghệ viễn thám theo dõi nạn phá rừng nhiệt ựới 2.1.8.6 Sử dụng tư liệu viễn thám ựể thành lập bản ựồ

Các con tàu vũ trụ ựầu tiên như Mercury, Gemini, Apollo ựã cho chúng ta toàn cảnh bề mặt trái ựất. Các kết quả thực nghiệm ban ựầu từ các tư liệu ảnh thu nhận trên các con tàu trên ựã chỉ ra rằng: có thể sử dụng các tư liệu ảnh thu nhận bề mặt trái ựất từ các con tàu vũ trụ này ựể thành lập bản ựồ tỷ lệ 1/250.000 và nhỏ hơn [12]. Tuy nhiên, ựộ phân giải của chúng không thoả mãn một số yêu cầu của nội dung bản ựồ chi tiết như thể hiện chắnh xác con ựường, các khu ựô thị và vẽ cấu trúc nhân tạo ở trong ựó. Từ năm 1980, các hệ thống Sensors ựược nghiên cứu và cải tiến với tốc ựộ nhanh, tốc ựộ phân giải từ 80m/pixel của ảnh Landsat tới 6m. điều này có tác ựộng lớn ựến khả năng sử dụng các tấm ảnh chụp từ vũ trụ cho công tác thành lập bản ựồ. Một số khả năng sử dụng các tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến trong công tác thành lập bản ựồ như:

- Tư liệu ảnh Landsat TM, Spot và Mapsat:

+ Ảnh Landsat TM có ựộ phân giải cao, ựộ chắnh xác mặt bằng hình ảnh sau khi xử lý có thể ựáp ứng công tác thành lập hoặc hiệu chỉnh bản ựồ tỷ

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 35

lệ 1/25.000 ựến 1/50.000.

+ Ảnh Spot có thể sử dụng ựể thành lập các loại bản ựồ tỷ lệ ựến 1/25.000 với khoảng cao ựều 20-25m.

+ Ảnh ựa phổ Mapsat của Mỹ: có thể dùng ựể thành lập bản ựồ tỷ lệ 1/50.000 (mô hình số ựộ cao) với khoảng cao ựều 20m. độ phân giải mặt ựất là 10m ựối với ảnh toàn sắc và 30m ựối với ảnh ựa phổ.

Hình 17. Ứng dụng ảnh viễn thám trong thành lập bản ựồ

+ Ảnh Radar: có khả năng thể hiện các thông tin về ựịa hình, ựịa chất, thực vật và lớp ựất mỏng. Ở những vùng khô, radar có thể xuyên qua bề mặt trái ựất ựến một ựộ sâu nào ựó. điều này rất quan trọng cho việc nghiên cứu nước ngầm và mỏ. Tư liệu ảnh này ựược dùng ựể thành lập bản ựồ từ rất sớm. Năm 1968, ảnh radar ựã ựược sử dụng ựể xây dựng bản ựồ tỷ lệ 1/1000.000 ở Panama ựã gây một chú ý lớn trong lĩnh vực Trắc ựịa - Bản ựồ. Vì vùng này bị mây che phủ quanh năm nên tất cả các dạng chụp ảnh khác ở vùng này ựều không thực hiện ựược. Tiếp sau ựó ảnh radar ựược sử dụng thành lập bản ựồ vùng Nam Mỹ và thu ựược những thành tựu rất lớn. Các sản phẩm bản ựồ ựược thành lập từ ảnh Radar ở tỷ lệ 1/250.000 ựược sử dụng phổ biến trong thực tế cho nên tư liệu ảnh Radar ựược xem là những tư liệu bổ sung cho việc thành lập bản ựồ tỷ lệ nhỏ và trung bình.

2.2 Hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 36

Hệ thống thông tin ựịa lý là một tập các công cụ ựể thu thập, lưu trữ, tìm kiếm, biến ựổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện mục ựắch cụ thể. đó là hệ thống thể hiện các ựối tượng từ thế giới thực thông qua:

- Vị trắ ựịa lý của ựối tượng thông qua một hệ toạ ựộ.

- Các thuộc tắnh của chúng mà không phụ thuộc vào vị trắ. - Các quan hệ không gian giữa các ựối tượng (quan hệ topo).

GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên ựề có thể liên kết với nhau nhờ các ựặc ựiểm ựịa lý.

Hình 18. Một bản ựồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều thông tin khác nhau

Tuỳ theo các chức năng, nhiệm vụ của mỗi hệ thống thông tin ựịa lý mà có nhiều ựịnh nghĩa khác nhau về GIS như: ựịnh nghĩa theo chức năng, ựịnh nghĩa GIS là tập hợp của các thuật toán, ựịnh nghĩa theo mô hình cấu trúc dữ liệu. Hệ thống thông tin ựịa lý ựược hình thành từ các ngành khoa học địa lý, Bản ựồ, Tin học và Toán học, GIS bắt ựầu ựược xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20.

định nghĩa tổng quát theo BURROUGHT thì: ỘGIS như là một tập hợp

Phần tử nhỏ Giao thông Các thửa ựất Mục ựắch sử dụng ựất Thế giới thực Mặt chiếu

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 37

các công cụ cho việc thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển ựổi các dữ liệu mang tắnh chất không gian từ thế giới thực ựể giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các mục ựắch cụ thểỢ.

2.2.2. Các thành phần chắnh của GIS

Một hệ thống thông tin ựịa lý ựược kết hợp bới 5 thành phần chắnh là: - Phần cứng; - Phần mềm; - Dữ liệu; - Người sử dụng; - Phương pháp. - Phần cứng: Hình 19. Thành phần chắnh của một hệ GIS

Phần cứng của một hệ GIS gồm máy vi tắnh, cấu hình và mạng công việc của máy tắnh, các thiết bị ngoại vi nhập xuất dữ liệu và lưu trữ dữ liệu. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm ựến các máy trạm hoạt ựộng ựộc lập hoặc liên kết mạng.

- Phần mềm:

Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết ựể lưu giữ phân tắch và hiển thị thông tin ựịa lý. Các thành phần chắnh trong phần mềm GIS là: công cụ nhập và thao tác trên các thông tin ựịa lý; hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS); công cụ hỗ trợ hỏi ựáp, phân tắch và hiển thị ựịa lý; giao diện ựồ hoạ người - máy ựể truy cập các công cụ dễ dàng.

Phần cứng

Phương pháp Người sử dụng

Dữ liệu Phần mềm

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 38

- Dữ liệu:

Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu ựịa lý và dữ liệu thuộc tắnh liên quan có thể ựược người sử dụng tự tập hợp hoặc mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chắ có thể sử dụng DBMS ựể tổ chức lưu trữ và quản lý dữ liệu.

- Người sử dụng:

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng của GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS ựể giải quyết các vấn ựề trong công việc.

- Phương pháp:

Mỗi dự án GIS chỉ thành công khi nó ựược quản lý tốt và người sử dụng hệ thống phải có kỹ năng tốt, nghĩa là phải có sự phối hợp tốt giữa công tác quản lý và công nghệ GIS.

2.2.3 Ứng dụng của hệ thống thông tin ựịa lý trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường thiên nhiên và môi trường

Ngày nay, GIS là một công cụ trợ giúp quyết ựịnh sự thành công trong nhiều hoạt ựộng kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. Hệ thống thông tin ựịa lý (GIS) có khả năng ựánh giá hiện trạng của quá trình, các thực thể của tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tắch và tắch hợp các thông tin ựược gắn với nền hình học (bản ựồ) nhất quán trên cơ sở tọa ựộ của các dữ liệu ựầu vào. Do ựó, việc ứng dụng hệ thống thông tin ựịa lý là rất cần thiết, phù hợp với xu thế tin học hóa xã hội và yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tất cả các quốc gia.

Nhờ những khả năng phân tắch và xử lý ựa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay ựược ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, ựược xem là Ộcông cụ hỗ trợ quyết ựịnhỢ ựặc biệt là trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường.

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 39 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

GIS ựược ứng dụng ựể quản lý các tài nguyên như: - Tài nguyên ựất;

- Tài nguyên nước; - Tài nguyên rừng; - Tài nguyên sinh vật;

Như vậy GIS là một công cụ phân tắch, cải tạo thế giới thực, cho phép xác ựịnh các mối quan hệ không gian giữa các hình ảnh và ựối tượng bản ựồ quản lý trong hệ thống. GIS không lưu giữ các bản ựồ theo các kịch bản cổ truyền và cũng không lưu giữ các hình ảnh cụ thể theo một tầm nhìn cho một lãnh thỗ ựịa lý, GIS lưu giữ các dữ liệu mà từ các dữ liệu ựó chúng ta có thể tạo ra các bản ựồ theo nhu cầu ựặt ra cho các mục tiêu cụ thể. Trong GIS không quản lý các hình ảnh cụ thể mà nó quản lý một cơ sở dữ liệu, thường cơ sở dữ liệu của GIS là cơ sở dữ liệu quan hệ tập trung ựược tạo lập bởi các dữ liệu không gian ựi kèm theo thông tin thuộc tắnh của chúng.

2.3 Một số ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và công nghệ GIS trên thế giới và ở Việt nam. trên thế giới và ở Việt nam.

2.3.1 Một số ứng dụng kết hợp tư liệu viễn thám và công nghệ GIS trên thế giới thế giới

Việc kết hợp giữa công nghệ viễn thám và GIS ựã mở ra khả năng to lớn cho việc ứng dụng chúng trong các lĩnh vực. Có thể ựiểm qua những kết quả ựã ựạt ựược trên một số lĩnh vực sau:

a. Trong nghiên cứu lâm nghiệp

Có thể nói lâm nghiệp là một trong những lĩnh vực ựầu tiên áp dụng thành tựu của công nghệ viễn thám. Hiện nay việc sử dụng tư liệu viễn thám trong thành lập bản ựồ rừng, theo dõi biến ựộng, chặt phá rừng ựã trở thành công nghệ phổ biến trên thế giới. Khi kết hợp viễn thám với GIS ựã mở ra nhiều hướng ứng dụng quan trọng như: Dự báo những khu vực có nguy cơ cháy rừng; dự báo sự suy giảm diện tắch rừng trên quy mô toàn cầu do biến ựổi

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 40

khắ hậu và sự gia tăng dân số; kiểm soát, ngăn chặn sự lây lan của bệnh tật ựối với một số loại cây rừng. để dự báo nguy cơ cháy rừng, người ta sử dụng tư liệu viễn thám ựể phân loại rừng, còn dữ liệu GIS cung cấp thông tin về ựịa hình, khắ hậu, thời tiết, mạng lưới sông suối và ựặc biệt là những thông tin lưu giữ những nơi ựã xảy ra cháy rừng, trên cơ sở ựó, các thông tin tắch hợp sẽ chỉ ra các khu vực có nguy cơ cháy rừng ở mức ựộ khác nhau. để dự báo sự biến ựổi diện tắch rừng trên quy mô toàn cầu người ta sử dụng ảnh NOAA và số liệu thống kê qua nhiều năm về khắ hậu, mật ựộ dân số của từng khu vực, trên cơ sở ựó tìm ra hệ số suy giảm rừng ựược biểu diễn bằng hàm toán học. Bằng cách làm như vậy, người ta ựã xây dựng bản ựồ mô phỏng lớp phủ rừng toàn cầu cho năm 2025 và xa hơn.

b.Trong nông nghiệp và sử dụng ựất

Phương pháp viễn thám và công nghệ GIS ựã ựược sử dụng nhiều trong lĩnh vực nông nghiệp sử dụng ựất. Tuy nhiên, những thành tựu ựạt ựược