Trong khoa học, thuật ngữ hệ thống thông tin tự động (Automatic Information System - AIS) được sử dụng rộng rãi. Mục tiêu của AIS là để tích hợp các loại thông tin có bản chất khác nhau. Nếu AIS được kết hợp với mô hình (model) thì khi đó hệ này được gọi là các Hệ thống thông tin - mô hình tự động (Automaitic Informational – Model System). Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của GIS đã mở đường cho nhiều ứng dụng GIS trong nhiều lĩnh vực, trong đó có AIMS. Về mặt thực tiễn, việc gắn số liệu đo đạc với bản đồ địa lý và mô hình tạo thành một hệ thống mà GS V.F.Krapivin, người Nga trong nhiều công trình của mình gọi
là GIMS (Geographical Information Monitoring System) để phân biệt với thuật ngữ đã trở nên rất quen thuộc là GIS. Một trong những chức năng quan trọng của GIMS là khả năng dự báo tình trạng môi trường dưới những tác động do hoạt động kinh tế của con người. Tùy thuộc vào các mô hình và mục tiêu sử dụng của mô hình mà cấu trúc của GIMS và CSDL của chúng sẽ khác nhau (ví dụ như bài toán đánh giá chất lượng môi trường không khí, đánh giá chất lượng nước mặt của con sông, đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông, của nước ngầm dẫn tới các hệ GIMS khác nhau). Về ý tưởng GIMS là sự kết hợp GIS, ngân hàng dữ liệu và tri thức (các hệ thống chuyên gia) và các hệ thống mô phỏng. GIMS được xem là công cụ có triển vọng để giải quyết các bài toán môi trường trong phạm vi vùng hay lớn hơn, cũng như giúp nâng cao chất lượng môi trường. /nguồn [7]./
Trên thế giới đã đưa ra nhiều cách tiếp cận tích hợp mô hình, CSDL với GIS thành một công cụ thống nhất. Từ năm 1995, nhóm nghiên cứu thuộc Phòng Tin học Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên đã nghiên cứu công nghệ tích hợp GIS, mô hình toán và CSDL môi trường. Các kết quả nghiên cứu này được thể hiện trong [7].[8]..
Hình 2-20: Công nghệ tích hợp ENVIM
Trong công nghệ ENVIM kết quả của mô hình được tích hợp trên GIS, GIS cung cấp dữ liệu và sau đó nhận kết quả của mô hình cho việc biểu diễn và xử lý. Mô hình môi trường được phát triển theo các nhóm về khí, nước, chất thải rắn và
được tính toán kiểm nghiệm trước khi tích hợp với GIS. Trên Hình 2 -20 thể hiện mô hình tích hợp GIS với mô hình môi trường. Trên hình này khối GIS và mô hình cũng độc lập nhau, nhưng cùng được thể hiện trên cùng một khối giao tiếp với người dùng.
Hệ thống ENVIM gồm có ba khối chính: khối GIS, khối CSDL Môi trường (gọi tắt là khối Môi trường) và khối Mô hình.
- Khối GIS có chức năng vẽ các lớp bản đồ đồng thời hỗ trợ các thao tác để làm việc trên bản đồ (phóng to, thu nhỏ, xem toàn màn hình, đo khoảng cách,…).
- Khối Môi trường quản lý toàn bộ các dữ liệu của tất cả đối tượng môi trường mà hệ thống cần quản lý, từ các đối tượng hành chính (như nhân viên, cơ quan, thông tin hành chính của tỉnh,…) cho đến các đối tượng có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường (như nhà máy, cơ sở sản xuất, bãi rác, ống khói, các trạm quan trắc,…).
- Khối Mô hình chịu trách nhiệm tính toán sự phân bố, lan truyền ô nhiễm theo các mô hình và kịch bản. Khối Mô hình còn có chức năng dự báo ô nhiễm.
Ba khối này không hoạt động độc lập mà chúng có mối liên hệ lẫn nhau. Khối GIS không chỉ vẽ các lớp bản đồ địa lý mà còn vẽ các lớp đối tượng môi trường từ dữ liệu của khối Môi trường. Nhờ đó chúng ta có thể mô phỏng các đối tượng môi trường một cách trực quan và sát với thực tế nhất (các đối tượng nằm trên lớp bản đồ ở tọa độ giống như tọa độ thực tế mà ta định vị bằng GPS). Khối Môi trường sẽ cung cấp dữ liệu để khối Mô hình tạo ra các kịch bản và có dữ liệu để tính toán theo mô hình. Sau khi tính toán xong, để hiển thị kết quả, khối Mô hình cần liên kết với khối GIS để thể hiện kết quả một cách trực quan lên bản đồ, giúp người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng đánh giá được mức độ ô nhiễm và phạm vi ô nhiễm. Ngoài ra, từ các số liệu được lưu trữ theo thời gian của khối Môi trường, khối Mô hình sẽ dự báo được sự ô nhiễm trong một khoảng thời gian ngắn trong tương lai.
Trong công trình [7]. đã trình bày chi tiết hơn mô hình lý luận của công nghệ ENVIM.
Hình 2-21: Mô hình lý luận của ENVIM.
Trên Hình 2 -21, hệ thống ENVIM gồm có 3 lớp chính:
Lớp cơ sở dữ liệu: tương ứng với 3 khối sẽ có ba nhóm CSDL tương ứng. Tuy phân ra làm ba nhóm CSDL nhưng thực chất cả ba nhóm CSDL này được tích hợp vào một CSDLduy nhất trên máy tính. Mặc dù tách ra làm ba nhóm CSDL để dễ quản lý hơn nhưng giữa ba nhóm CSDL này có sự liên quan mật thiết và tương tác qua lại với nhau. Khi hiện thực trên máy tính, các nhóm CSDL được lưu trữ trên hệ quản trị CSDL Microsoft Access hoặc Microsoft SQL Server.
Lớp chương trình điều khiển: là phần cốt lõi của hệ thống, ba khối chính sẽ được cấu thành bởi nhiều module như module Chuyển đổi (chuyển đổi bản đồ từ các chương trình bản đồ như MapInfo, ArcView,.. vào CSDL GIS), module Đồ họa
(vẽ các lớp bản đồ, các lớp đối tượng môi trường, kết quả mô phỏng mô hình), module Xuất nhập (quản lý xuất nhập dữ liệu cho các đối tượng môi trường vào CSDL Môi trường), module Thống kê (cung cấp chức năng truy vấn CSDL môi trường, vẽ biểu đồ, xuất file truy vấn, …), module Báo cáo (tạo báo cáo tự động dạng bảng biểu, dạng báo cáo web, biều đồ,…), module Tính toán mô hình (tính toán theo mô hình dựa trên dữ liệu từ CSDL và kịch bản). Các module chính này gồm nhiều module con khác, tất cả các module được hiện thực bằng ngôn ngữ lập trình C# trên nền Windows. Các module được xây dựng theo phong cách hướng đối tượng nên có tính bao đóng, dễ sửa đổi, có tính kế thừa và tính sử dụng lại rất cao.
Lớp giao diện: là phần giao tiếp với người dùng của hệ thống. Tất cả các chức năng của hệ thống đều được cung cấp cho người sử dụng thông qua giao diện thân thiện, đơn giản và dễ dùng. Người dùng ở đây có phân biệt người quản trị và người dùng bình thường. Đối với mỗi loại người dùng sẽ được phân quyền sử dụng các chức năng của hệ thống khác nhau, người dùng bình thường sẽ bị hạn chế một số chức năng quan trọng (ví dụ chỉ được xem, không được quyền thêm, xóa, chỉnh sửa dữ liệu,…).
Khối GIS hoạt động như sau:
Đầu tiên, dữ liệu bản đồ từ các chương trình số hóa bản đồ như MapInfo, ArcView,… sẽ được đưa qua module Chuyển đổi để chuyển thành dạng file theo format của hệ thống ENVIM. Đầu vào sẽ là các file bản đồ dạng *.tab, *.map, *.dat, … đầu ra sẽ là các file CSDL dạng *.mdb của MS Access hay MS SQL Server.
Các file sau khi chuyển đổi sẽ được đưa vào CSDL GIS của hệ thống ENVIM. Module Đồ họa sẽ dùng các dữ liệu trong CSDL GIS để vẽ bản đồ và thể hiện bản đồ lên lớp giao diện của hệ thống.
Khối Môi trường hoạt động như sau:
Dữ liệu của các đối tượng môi trường từ nhiều nguồn khác nhau như dữ liệu văn bản thô, dữ liệu từ file Word, Excel hay từ các cơ sở dữ liệu có sẵn,… sẽ được đưa qua module Xuất nhập để chuyển vào CSDL môi trường của hệ thống ENVIM.
CSDL Môi trường là nguồn cung cấp dữ liệu cho nhiều module khác như Thống kê, Báo cáo, Mô hình, Đồ họa. Kết quả xử lý của module Thống kê và module Báo cáo được xuất ra dạng text, dạng web, dạng file word, excel,… và nếu người dùng có nhu cầu thì các kết quả đó được lưu trở lại vào CSDL Môi trường và người sử dụng có thể xuất các kết quả đó ra các dạng file Word, Excel, dạng Text, dạng Web, hình ảnh nhờ vào module Xuất nhập. Sơ đồ hoạt động của Khối môi trường được thể hiện trên Error: Reference source not found.
Hình 2-22. Sơ đồ hoạt động Khối Môi trường trong công nghệ ENVIM
Khối Mô hình trong ENVIM hoạt động như sau:
- Từ dữ liệu của các đối tượng môi trường trong CSDL môi trường, lớp giao diện của hệ thống ENVIM cung cấp một công cụ để người dùng xây dựng nên các kịch bản. Các kịch bản này được lưu trữ vào CSDL Mô hình.
- Phần cốt lõi của khối Mô hình là module Tính toán theo các mô hình đã được nghiên cứu độc lập từ các đề tài khácnhau, module này nhận dữ liệu từ CSDL
Mô hình và tiến hành tính toán theo một mô hình nào đó (mô hình Qual2K, Berliand, Hana-Gifford,Gauss,…) cho một kịch bản được xây dựng trước. Sau khi tính toán xong, kết quả sẽ được lưu vào CSDL Mô hình đồng thời đưa qua module Đồ họa để thể hiện kết quả lên màn hình.
- Các kết quả mô hình đã được tính toán có thể được vẽ lại mà không cần tính toán lại kịch bản bằng cách cung cấp dữ liệu kết quả đã lưu trữ trong CSDL Mô
hình trực tiếp cho module Đồ họa. Module Đồ họa sẽ thể hiện lại kết quả mô hình trên bản đồ.
Module mô hình trong ENVIM cho phép người sử dụng :
- Tự xây dựng kịch bản tính toán : người dùng có thể chọn dữ liệu từ CSDL đã có sẵn hay tự tạo mới một CSDL khác. Người sử dụng được phép đưa vào một kịch bản những nguồn thải mà anh ta mong muốn;
- Chức năng vẽ đường đồng mức được tự động hóa. Với việc đưa ra các ngưỡng max, min, chương trình sẽ tự đồng vẽ ra các đường đồng mức. Trên đường đồng mức có ghi giá trị để người sử dụng tiện theo dõi và nhất là in ra làm báo cáo trong trường hợp không có máy in mầu.
Hình 2-23. Sơ đồ tích hợp mô hình toán môi trường trong ENVIM.
Các phần mềm GIS thông dụng trên thế giới như Mapinfo, ArcView, …. rất mạnh về xử lý các dữ liệu không gian nhưng chưa đưa ra giải pháp tích hợp mô hình toán với thông tin môi trường cũng như dữ liệu không gian, bên cạnh đó việc hiển thị thông tin thay đổi theo thời gian gặp nhiều khó khăn. Đây là lý do thúc đẩy
nhiều nhóm, Trung tâm nghiên cứu trên thế giới xây dựng các phần mềm tích hợp mô hình toán và GIS để giải quyết nhiều bài toán ứng dụng.
ENVIM cho phép tích hợp các mô hình toán khác nhau. Các CSDL cần thiết để chạy mô hình toán trong ENVIM được xây dựng riêng cho từng ứng dụng cụ thể nhưng có lưu ý tới khả năng tích hợp thông tin.
Trong các tài liệu [7]. đã trình bày một số kết quả liên quan tới vấn đề này. Mối liên hệ giữa module mô hình và CSDL khác trong ENVIM được thể hiện trên hình 2.4.
Theo [7]. khối module mô hình trong ENVIM hướng tới các mục tiêu: - quản lý tổng hợp và thống nhất các thông tin liên quan tới các phát thải, xả thải; - tính toán theo mô hình sự lan truyền và khuyếch tán tác nhân ô nhiễm trong môi
trường không khí và nước bề mặt;
- cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng các nguồn điểm theo các hoạt cảnh khác nhau.
Theo công trình [7]. ENVIM đã đưa ra hướng tiếp cận sau:
- Tổ chức dữ liệu thông tin địa lý theo mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ vì bản thân phần dữ liệu không gian của hệ thống thông tin địa lý cũng chỉ là các dữ liệu hình học với các mối quan hệ không gian nào đó.
- Sử dụng một khuôn dạng cơ sở dữ liệu chuẩn là Microsoft SQL Server để tận dụng sức mạnh của các công cụ thao tác trên cơ sở dữ liệu đó như cơ sở nền để phát triển các ứng dụng. Hướng tiếp cận này có tính mở cho các ứng dụng trong tương lai vì tính dễ chuyển đổi dữ liệu và tận dụng được các thế mạnh của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu trong các môi trường đa người sử dụng và có thể dễ dàng phát triển và nâng cấp các ứng dụng trong thời gian nhanh chóng.
Chương trình được viết trên công cụ là Microsoft C#, kết hợp với hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu SQL server 2000 nhằm hướng tới sự hỗ trợ lâu dài và phân bổ dữ liệu trên diện rộng. SQL server cung cấp các tính năng tương thích cho việc truy cập dữ liệu từ xa, bảo mật dữ liệu và phân tán dữ liệu.
− Dễ dàng chuyển đổi định dạng file từ ENVIM qua các phần mềm GIS chuyên dụng khác như MAPINFO, ARCGIS, MICROSTATION,.. và ngược lại
− Người dùng không cần mua các mềm hổ trợ như: MAPINFO, ARCGIS
− Hệ thống mở, dễ dàng chỉnh sửa, bổ sung các module.