4. Nội dung nghiên cứu chính
2.3. Ứng dụng kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS (kết hợp MCA và GIS)
Hệ Thống tin địa lý - GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tƣợng thực trên trái đất, GIS sử dụng thông tin từ nhiều nguồn khác nhau. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lƣợc, phân tích địa chất, khí hậu,…). Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng GIS và MCA trong đánh giá đất đai. Có nhiều phƣơng pháp MCA đƣợc sử dụng, trong đó phƣơng pháp AHP với ƣu điểm là chia nhỏ vấn đề thành cấu trúc thứ bậc, cho phép có sự tham gia của chuyên gia và các bên liên quan trong đánh giá đƣợc sử dụng nhiều nhất. Bên cạnh đó, phƣơng pháp kết hợp trọng số tuyến tính và chồng lớp luận lý (AND, OR) thƣờng đƣợc sử dụng bởi vì tính dễ hiểu và đơn giản của chúng nên cũng thƣờng đƣợc sử dụng.
Ở Việt Nam, công nghệ GIS mới đƣợc biết đến vào đầu thập niên 90 cuối thế kỷ XX. Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu, dự án về GIS với nhiều quy mô trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Riêng trong lĩnh vực đánh giá thích nghi hầu hết các nghiên cứu đều ứng dụng GIS, chủ yếu tập trung nghiên cứu các tiện ích sẵn có của GIS. Trong khi đó, việc sử dụng GIS và MCA trong đánh giá đất đai còn hạn chế ở Việt Nam. Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý nhƣ đã đƣợc mô tả trong hình 1.1
(chƣơng 1) bao gồm các thành phần cơ bản là CSDL và công cụ phần mềm với khả năng phân tích không gian. Thành phần phần mềm này có thể đƣợc mở rộng để sử dụng phƣơng pháp MCA trong việc đánh giá đất đai. Hình 2.5 trình bày sơ đồ tổng quát tích hợp MCA trong GIS [4], [7].
Hình 2.5. Sơ đồ tổng quát MCA và GIS Lựa chọn khu vực tối ƣu nhất
GIS và AHP AHP Thu thập tài liệu, số liệu khu vực cần đánh giá, chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Tính trọng số từng chỉ tiêu
GIS Xác định một số chỉ tiêu có thể đánh giá
Phân loại và tích điểm các lớp đầu vào Xác định sơ bộ các khu vực tiềm năng Chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Xác định yêu cầu về địa điểm và chỉ tiêu giới hạn
Đánh giá lựa chọn sơ bộ
Lựa chọn chính xác
Xác định các chỉ tiêu còn lại để đánh giá chính xác
Điều tra khảo sát đối chiếu thực địa Đánh giá tổng hợp các khu vực tiềm năng Lựa chọn khu vực phù hợp
Đối với bài toán tìm kiếm vị trí chôn lấp bãi rác thải sinh hoạt thì nội dung các bƣớc đƣợc thể hiện chi tiết nhƣ sau:
Bước 1: Thu thập tài liệu, số liệu khu vực cần đánh giá, chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Đây là bƣớc đầu tiên trong quy trình lựu chọn địa điểm. Mục đích của bƣớc này là tìm hiểu điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu. Đồng thời thu thập bản đồ nền, các số liệu thống kê, quy hoạch,… của khu vực nghiên cứu.
Bước 2: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Từ các nguồn bản đồ thu thập đƣợc ta chuyển qua định dạng Geodatabase của phần mềm ArcGIS. Cung cấp dữ liệu đầu vào đảm bảo mối quan hệ topology giữa các đối tƣợng.
Bước 3: Xác định yêu cầu về địa điểm và chỉ tiêu giới hạn
Nhiệm vụ của bƣớc này là xác định yêu cầu của bãi chôn lấp (quy mô, loại bãi,…) và các chỉ tiêu giới hạn để làm cơ sở lựa chọn. Các chỉ tiêu giới hạn dựa trên các quy định, tiêu chuẩn xây dựng bãi chôn lấp rác thải đã đƣợc quy định.
Có rất nhiều yếu tố tác động đến việc lựa chọn bãi chôn lấp rác thải với những mức độ ảnh hƣởng khác nhau. Do đó cần sắp xếp theo thứ tự và thể hiện bằng trọng số, nhƣ đã trình bày ở trên đề tài này sẽ sử dụng kỹ thuật AHP để tính trọng số cho các chỉ tiêu.
Bước 4: Đánh giá lựa chọn sơ bộ
Với một khu vực nghiên cứu rộng lớn vì vậy sẽ rất khó khăn cho các nhà quản lý khi lựa chọn vị trí bãi chôn lấp rác thải. Vì vậy cần phải sàng lọc để đƣa ra những khu vực tiềm năng nhất, việc này sẽ đƣợc thực hiện theo trình tự sau:
+ Xác định một số chỉ tiêu có thể đánh giá ngay: Trong các chỉ tiêu đặt ra có các chỉ tiêu có thể đánh giá đƣợc ngay qua các quy định, tiêu chuẩn, giới hạn theo quy định. Ví dụ nhƣ bãi chôn lấp phải nằm cách xa nguồn nƣớc mặt >3km.
+ Phân loại và tính điểm cho các yếu tố đầu vào: Mỗi chỉ tiêu đều có những mức độ thích hợp khác nhau vì vậy ta cần phải tính điểm cho từng chỉ tiêu riêng rẽ. Ví dụ khoảng cách bãi chôn lấp đến khu dân cƣ thì càng xa càng tốt, còn khoảng cách đến đƣờng giao thông thì càng gần càng tốt để giảm chi phí vận chuyển,…
+ Xác định các khu vực tiềm năng: Sau khi đánh giá sơ bộ các chỉ tiêu ta sẽ lọc đƣợc ra các địa điểm tiềm năng, thông thƣờng sẽ lựa chọn 3 đến 4 địa điểm tiềm năng để lựa chọn chính xác.
Bước 6: Lựa chọn chính xác
Từ những khu vực tiềm năng ta tiến hành đánh giá và sàng lọc tiếp để chọn ra địa điểm phù hợp nhất
+ Xác định các tiêu chí còn lại để đánh giá: việc đánh giá này chỉ thực hiện trên các địa điểm tiềm năng với các tiêu chí còn lại sau khi đánh giá sơ bộ;
+ Điều tra khảo sát, lấy ý kiến cộng đồng: Sau khi đánh giá cho các địa điểm tìm năng ta cần tổng hợp dữ liệu, tiến hành khảo sát để xác minh số liệu. Quan trọng nhất
là việc lấy ý kiến của chính quyền và nhân dân để biết mức độ chấp thuận của cộng
đồng;
+ Đánh giá tổng hợp địa điểm tiềm năng theo từng tiêu chí để lựa chọn địa điểm phù hợp nhất. Với mỗi tiêu chí đánh giá tổng hợp ta đƣa ra một ma trận so sánh mức độ yêu tiên của các địa điểm với nhau.
Thực hiện tuần tự các bƣớc với những đánh giá cho từng chỉ tiêu cụ thể ta sẽ thu đƣợc địa điểm nào phù hợp nhất để bố trí bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt.
CHƢƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM
3.1. Giới thiệu bài toánNền kinh tế càng phát triển, tốc độ đô thị hoá của các Thành phố ngày một nhanh, diện tích đất phi nông nghiệp ngày một nhiều, dẫn đến phát sinh lƣợng rác thải sinh hoạt ngày một lớn. Vậy việc xử lý rác thải sẽ diễn ra ở đâu? Đó là vấn đề mà các nhà quy hoạch sử dụng đất của mỗi thành phố cần tìm ra lời giải. Cụ thể ở đây là tìm bãi chôn lấp rác thải cho Thành phố Nam Định theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam [3], [4].
Chọn địa điểm bãi chôn lấp rác thải cho một thành phố là bài toán phân tích không gian phức tạp [2]. Nó đòi hỏi phải đánh giá đồng thời nhiều chỉ tiêu khác nhau về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, môi trƣờng. Để giải quyết bài toán này thì về phƣơng pháp luận, phân tích đa chỉ tiêu là một cách tiếp cận thích hợp nhất, và hệ thông tin địa lý (GIS) là công cụ hỗ trợ quyết định tốt nhất. Hệ thống sẽ giúp nhà quản lý lựa chọn vùng đất làm bãi chôn lấp rác phù hợp nhất.
Thành phố Nam Đinh hiện đang là đô thị loại 1 và là một trong những Thành phố có tốc độ đô thị hóa nhanh nhất khu vực Đông Nam Bộ. Nhiều khu công nghiệp đƣợc xây mới, diện mạo cơ sở hạ tầng của thành phố cũng thay đổi từng ngày,… cùng với sự thay đổi lớn đó là nỗi lo về rác thải sinh hoạt. Mặc dù đã có nhiều đổi mới và tích cực trong công tác thu gom rác thải nhƣng với tốc độ đô thị hóa nhanh, khiến cho bãi rác của thành phố bị quá tải, dẫn đến xuất hiện ngày một nhiều các bãi rác tự phát không đảm bảo yêu cầu gây nên khó khăn cho công tác quản lý đất đai mà còn để lại nhiều nguy cơ tiềm ẩn về ô nhiễm môi trƣờng, nguồn nƣớc. Vì thế việc tìm vị trí và xây dựng một bãi rác thải đáp ứng đúng tiêu chuẩn với quy mô phù hợp là một vấn đề cấp thiết của thành phố [5].
Đối với bài toán tìm kiếm vị trí bố trí bãi chôn lấp rác thải mà đề tài nghiên cứu thì dữ liệu đầu vào bao gồm có bản đồ nền Thành phố Nam Định và các nhóm chỉ tiêu đánh giá nhƣ môi trƣờng, kinh tế, xã hội. Đầu ra là các bản đồ chỉ ra khu vực tiềm năng xây dựng bãi chôn lấp rác thải. Đề tài chọn giải pháp là hệ GIS thƣơng mại, trên cơ sở các công cụ có sẵn sau đó phát triển bổ sung mô đun chƣơng trình có khả năng đánh giá đa chỉ tiêu MCE (hình 3.1).
Hình 3.1. Sơ đồ khái quát mục tiêu bài toán ArcGIS
Tools MCE
Bản đồ nền và các tiêu chí đánh giá
Bản đồ tiềm năng
Phƣơng pháp phân tích đa tiêu chuẩn (MCA) với kỹ thuật AHP trong ra quyết định nhóm AHP để xác định trọng số các yếu tố bền vững là giải pháp hợp lý, giảm đƣợc tính chủ quan, tranh thủ đƣợc tri thức của nhiều chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan đến môi trƣờng, đất đai (kinh tế, xã hội, môi trƣờng…).
Mô hình tích hợp GIS và MCA góp phần đặc biệt quan trọng trong giải quyết bài toán quyết định đa tiêu chuẩn không gian nhƣ lựa chọn vùng thích nghi để chôn lấp rác thải… Trong đó, GIS đóng vai trò phân tích không gian, MCA với kỹ thuật AHP xác định trọng số các tiêu chuẩn, đánh giá mức độ ƣu tiên của các phƣơng án quyết định. Mô hình tích hợp đƣợc cơ sở tri thức của các lĩnh vực, biểu diễn không gian thích nghi, do vậy hỗ trợ ngƣời ra quyết định giải quyết bài toán ra quyết định đa mục tiêu không gian bố trí bãi chôn lấp rác thải một cách trực quan thông qua bản đồ số trong hệ GIS.
3.2. Công nghệ sử dụng
Với bài toán đề tài đặt ra thì có nhiều công cụ để giải quyết bài toán, trong luận văn này em xin đƣợc trình bày giải pháp là phần mềm AcrGIS, sử dụng công cụ Euclidean Distance trong bộ công cụ Spatial Analyst của hãng ESRI để phát triển giải quyết bài toán [6].
3.2.1. Giới thiệu ArcView GIS
Phần mềm ArcView GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Viện nghiên cứu hệ thống môi trƣờng (ESRI), ArcView cho phép: Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính); Truy vấn dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau; hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian; tạo bản đồ chuyên đề và tạo ra các bản đồ in có chất lƣợng trình bày cao.
3.2.2. Chức năng của ArcGIS
Tạo dữ liệu trong ArcView từ các phần mềm khác nhƣ Mapinfo, ARC/INFO, MicroStation, AutoCAD, MSAccess Data, DBASE file, Excel file.
Nội suy, phân tích không gian, ví dụ: từ đƣờng bình độ có thể tạo mô hình bề mặt không gian ba chiều; từ mô hình không gian 3 chiều nội suy ra hƣớng dòng chảy, hƣớng sƣờn, độ dốc. Hoặc, dựa vào giá trị đo đƣợc ở những trạm thủy văn trong một khu vực, bạn có thể nội suy bản đồ lƣợng mƣa, nhiệt độ tối cao, tối thấp… của khu vực đó.
Tạo ra những bản đồ thông minh đƣợc kết nối nhanh (hotlink) với nhiều nguồn dữ liệu khác nhau nhƣ: biểu đổ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác.
Phát triển những công cụ của ArcView bằng ngôn ngữ lập trình Avenue. c. Một số khái niệm cơ bản trong ArcView
Project: Là một căp tài liệu lớn, trong đó lƣu trữ 5 loại tài liệu tƣơng ứng với 5 cửa sổ làm việc: View, Tables, Charts, Layouts, Scripts. File Project là một file có
định dạng ASCII (mã nhị phân) mà thƣờng có đuôi (*.apr). hi Save Project là bạn ghi lại trạng thái làm việc hiện thời của tất cả các cửa sổ làm việc trên.
View: Là cửa sổ hiển thị và làm việc với dữ liệu không gian. Mỗi view có thể có nhiều lớp thông tin khác nhau (theme).
Theme: Là những lớp thông tin thể hiện hình dạng, phân bố không gian của các đối tƣợng. Mỗi một theme tƣơng ứng là một file dữ liệu của ArcView. Nó có thể là một shape file (*.shp); là một image (*.tif, *.jpg); là một GRID, là một TIN.
Shapefile: Là định dạng chuẩn của ArcVIew, lƣu trữ dữ liệu Vector. Mỗi một Shape file chứa một dạng dữ liệu duy nhất dƣới dạng điểm, đƣờng, hoặc vùng.
Image: Là file dữ liệu dạng ảnh. Các định dạng ảnh thông thƣờng của window nhƣ *.bmp, *.tif, *.jpg đều đƣợc mở trực tiếp trong ArcView
Grid: Là một dạng dữ liệu Raster mô tả một bề mặt mang giá trị liên tục. Giá trị mỗi ô lƣới(cell) là giá trị của bề mặt tại đó.
3.3. Thu thập dữ liệu địa lý của vùng nghiên cứu
Đây chính bƣớc chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho bài toán, bao gồm bản đồ nền của thành phố Nam Định và các số liệu liên quan đến các tiêu chí đánh giá [5].
3.3.1. Vị trí địa lý
Thành phố Nam Định nằm ở phía Bắc của tỉnh Nam Định, thuộc trung tâm khu vực phía Nam đồng bằng sông Hồng. Trong phạm vi tọa độ địa lý:
- Từ 24024’ đến 20027’ vĩ độ Bắc;
- Từ 106007’ đến 106012’ kinh độ Đông.
Đơn vị hành chính tiếp giáp thành phố Nam Định nhƣ sau: - Phía Bắc giáp huyện Mỹ Lộc;
- Phía Nam giáp huyện Vụ Bản và huyện Nam Trực; - Phía Đông giáp huyện Nam Trực và tỉnh Thái Bình; - Phía Tây giáp huyện Mỹ Lộc và huyện Vụ Bản,
Thành phố Nam Định nằm tại vị trí trung tâm của tiểu vùng phía Nam đồng bằng sông Hồng, có diện tích tự nhiên là 4.625 ha; dân số 244.017 ngƣời, trong đó dân số nội thành là 194.905 ngƣời. Thành phố gồm 25 đơn vị hành chính (20 phƣờng, 5 xã).
3.3.2. Địa hình
Địa hình của Thành phố Nam Định tƣơng đối bằng phẳng độ cao từ 0,3 ÷ 5,7m. Thềm phía Nam sông Đào thuộc một địa hình bãi bồi cao, trong khi phần phía Bắc sông thuộc địa hình bãi bồi thấp có niên đại cổ hơn.
3.3.3. Giao thông
* Đƣờng bộ:
Hệ thống đƣờng hƣớng tâm. đƣờng vành đai đã đƣợc nâng cấp. cải tạo. Cụ thể: - Quốc lộ 10 từ Hải Phòng, Thái Bình đi Ninh Bình chạy qua. QL 10 có vai trò giao thông liên tỉnh, chạy dọc vùng duyên hải Bắc Trung Bộ. Quốc lộ 10 mới đƣợc nâng cấp đạt tiêu chuẩn cấp III đồng bằng (Bn = 12m). đoạn tuyến tránh qua TP. Nam Định có mặt cắt ngang nền rộng 19m. mặt rộng 14m.
- Quốc lộ 21A nối Nam Định với Quốc lộ 1A và đƣờng Hồ Chí Minh. Ngoài ra còn có các tuyến QL21B đi các huyện Nam Trực, Trực Ninh, Xuân Trƣờng, Hải Hậu. QL 21 có vai trò chiến lƣợc, nối trung tâm hành chính, chính trị của tỉnh với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam tỉnh. Tuyến đã đƣợc nâng cấp đạt tiêu chuẩn cấp III, nền rộng 12m tuy nhiên khả năng thông xe trên đoạn Nam Định - Phủ Lý đã bị quá tải, gây ùn tắc giao thông.
- Quốc lộ 38 từ Hải Dƣơng. Hƣng Yên, Hà Nam xuống Nam Định, Ninh Bình. đang triển khai phóng tuyến năng cấp.
- Ngoài ra là hệ thống đƣờng tỉnh có dạng hƣớng tâm (ĐT 486, 487, 488, 490, 490B, 490C) hƣớng đi các huyện quy mô đạt cấp IV ÷ II đồng bằng.
* Đƣờng vành đai:
- Đọan 1: Nền đƣờng 19m, mặt đƣờng 14m, đáp ứng nhu cầu giao thông tuy nhiên chƣa có hệ thống đƣờng gom nên các đấu nối trực tiếp ảnh hƣởng đến an toàn
