đất và nước vựng ĐBSCL ứng phú với BĐKH
3.1. Cơ sở, hướng tiếp cận
Kiến trỳc hệ thống SDSS được dự kiến thiết kế và xõy dựng trờn cơ sở hệ thống “cỏc thành phần” mà nền tảng là hệ thống CSDL cỏc thành phần, hệ thống mụ hỡnh, hệ thống cụng cụ hỗ trợ quyết định (khung, kịch bản, cụng cụ) và giao diện người sử dụng cho phộp xõy dựng cỏc kịch bản, điều chỉnh cỏc tham số, để tớnh toỏn ra cỏc kết quả hỗ trợ cỏc quyết định theo mục tiờu của hệ thống.
Bộ phần mềm DSS được đề xuất bao gồm cỏc hợp phần sau:.
- Mụ hỡnh toỏn mụ phỏng và tối ưu
- Hệ thống thụng tin địa lớ (GIS và ngõn hàng dữ liệu);
- Tớch hợp GIS với cỏc mụ hỡnh bao gồm: mụ hỡnh toỏn thủy văn-thủy lực, nước ngầm, mụ hỡnh tuyến tớnh đa mục tiờu xỏc định diện tớch tối ưu cỏc loại đất nụng nghiệp, mụ hỡnh đỏnh giỏ đất đai ứng dụng, mụ hỡnh định giỏ đất đai ứng dụng hàm hồi quy, cõy hồi quy, mụ hỡnh CA chuyển đổi chức năng đất đai;
- Hệ thống chuyờn gia và tri thức;
- Cụng cụ hỗ trợ phõn tớch và ra quyết định; - Giao diện người-mỏy
Cỏc mụ đun của SDSS gồm: .
- Quản lớ thụng tin và dữ liệu. Đõy là chỡa khúa và trung tõm trong việc xõy dựng một SDSS. Nhiệm vụ đặt ra là xõy dựng được một khung cơ sở dữ liệu tổng hợp, cú sự liờn kết chặt chẽ để tạo thành một khối thống nhất với cỏc chế độ hiển thị tiện dụng, khả năng sắp xếp, tỡm kiếm và trỡnh bày một cỏch khoa học. Cơ sở dữ liệu và tri thức (Knowledge Base - KB) được mở rộng rất nhiều khụng cũn bú hẹp là ngõn hàng dữ liệu đơn thuần mà cả những sản phẩm chạy từ cỏc mụ hỡnh toỏn theo cỏc kịch bản khỏc nhau, cỏc bản đồ, cỏc phương ỏn quy hoạch sử dụng nước, cỏc văn bản cú liờn quan,… Đõy là kho thụng tin khổng lồ mà tất cỏc cỏc mụ hỡnh toỏn, mụ đun phõn tớch, đỏnh giỏ tỏc động, hỗ trợ ra quyết định đều truy cập vào. Sản phẩm tớnh toỏn,
phõn tớch lại được lư trữ trở lại vào KB để phục vụ cho cỏc nhà đưa ra quyết định. Một số ngõn hàng dữ liệu chớnh nằm trong KB như sau: Ngõn hàng cỏc kịch bản tớnh toỏn (Scenarios); ngõn hàng kết quả tớnh toỏn cỏc phương ỏn; ngõn hàng dữ liệu số; ngõn hàng bản đồ; ngõn hàng văn bản liờn quan.
- Phõn tớch và mụ hỡnh toỏn. Tựy thuộc vào từng bước, từng giai đoạn và yờu cầu cụ thể của một SDSS mà việc phõn tớch cú thể yờu cầu từ mức độ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cỏc mụ hỡnh thống kờ và mụ hỡnh số, mụ hỡnh phõn tớch kinh tế và chi phớ/lợi ớch và cỏc cụng cụ phự hợp với yờu cầu, thõn thiện với người sử dụng. Trong SDSS, hợp phần mụ hỡnh toỏn mụ phỏng và tối ưu là phần lừi, liờn kết chặt chẽ với cơ sở dữ liệu. Phục vụ cho việc quản lớ tài nguyờn đất và nước, bộ mụ hỡnh đi kốm theo là: Mụ hỡnh thủy văn (mưa-dũng chảy) tớnh toỏn tạo biờn vào cho cỏc mụ hỡnh tiếp theo, đỏnh giỏ được tỏc động của thay đổi sử dụng đất, BĐKH, … lờn tài nguyờn nước trờn lưu vực sụng; Mụ hỡnh mụ phỏng sử dụng nước trờn lưu vực, nhằm mụ phỏng việc sử dụng nước trờn lưu vực của cỏc hộ dựng nước, lấy nước từ sụng hồ, nước ngầm…Cỏc phương ỏn quy hoạch sử dụng nước đều cú thể thụng qua mụ hỡnh mụ phỏng để đỏnh giỏ tỏc động lờn dũng chảy trờn sụng; Mụ hỡnh thủy động lực để mụ phỏng diễn biến quỏ trỡnh thủy động lực nước trong sụng, nước dưới đất, xõm nhập mặn, chất lượng nước, mụ phỏng ngập lụt… Mụ hỡnh này hay dựng để đỏnh giỏ tỏc động sử dụng nước thượng nguồn đến hạ lưu cựng như việc khai thỏc nước ngầm đến động thỏi nước dưới đất.
- Quản lớ kịch bản và xõy dựng cỏc lựa chọn. Khung SDSS là một cụng cụ cú thể hỗ trợ và cung cấp thụng tin cho việc xõy dựng cỏc dự ỏn khả thi, cỏc dự ỏn quy hoạch cũng như thiết kế và thực hiện dự ỏn. Trong đú, xõy dựng cỏc kịch bản khỏc nhau và đề xuất cỏc phương ỏn hay cỏc lựa chọn khỏc nhau mụt cỏch phự hợp. Đối với việc quản lớ thực hiện dự ỏn thỡ SDSS cú thể cung cấp cỏc hợp phần vận hành dự ỏn theo thời gian thực và hỗ trợ ra quyết định trờn website một cỏch trực tuyến.
- Mụ đun phõn tớch, đỏnh giỏ tỏc động. Mụ đun này cú thể cú hai cấp: phõn tớch sơ cấp (Pri- mary Analysis) và thứ cấp (Secondary Analysis). Sự thành cụng hay khụng của một SDSS phụ thuộc nhiều vào mụ đun này. Phần giao diện rất mềm dẻo, phõn tớch thụng minh, trao đổi thụng tin hai chiều với cơ sở tri thức Thụng tin đưa cho người ra quyết định dưới dạng bảng biểu, đồ thị, bản đồ,…
- Ra quyết định. Cỏc giao diện GIS, web- site,... cú thể được thiết kế theo nhu cầu và yờu cầu đặc biệt của khỏch hàng, đảm bảo đỏp ứng yờu cầu sử dụng, cung cấp thụng tin một cỏch đầy đủ và cơ sở tin cậy nhất cho người ra quyết định đỳng thời điểm, hiệu quả, thuận lợi và nhanh chúng.
3.2. Quy trỡnh ra quyết định
Cỏc quy trỡnh ra quyết định sử dụng cỏc phương phỏp khỏc nhau trong việc thiết kế và xõy dựng cỏc tiờu chuẩn quyết định cũng như cỏc phương ỏn quyết định. Trong nhiều trường hợp, cỏc mụ hỡnh toỏn học, trong đú cú bài toỏn quy hoạch tuyến tớnh đa mục tiờu cú thể được ỏp dụng. Trong cỏc bài toỏn cụng nghệ, quản lớ... nảy sinh từ thực tế, chỳng ta thường phải xem xột để tối ưu hoỏ đồng thời một lỳc nhiều mục tiờu. Việc giải cỏc bài toỏn tối ưu đa mục tiờu, tức là tỡm ra một phương ỏn khả thi tốt nhất theo một nghĩa nào đú, thực chất chớnh là một bài toỏn ra quyết định. Bài toỏn quy hoạch tuyến tớnh (BTQHTT) đa mục tiờu cú dạng sau:
i = 1, 2, 3,…, n; Xj >= 0 ; j = 1, 2, 3,…., n Trong đú: Z là Tổng giỏ trị hoặc lợi tức từ cỏc hoặc động “j” trong lưu vực của mục tiờu xỏc định; Xj là cấp độ hoặc đơn vị của hoạt động “j”; cj là giỏ trị hoặc lợi tức đến từ những đơn vị hoạt động thứ “j”; aj là tổng số đầu vào “i” sử dụng
hoạt động “j”; bi là tổng cỏc giới hạn điều kiện đầu vào thứ “i” [4].
Trong vấn đề ra quyết định đa mục tiờu, bước đầu tiờn quan trọng nhất là xỏc định tập hợp cỏc phương ỏn cần để đỏnh giỏ. Tiếp theo, lượng húa cỏc tiờu chuẩn, xỏc định tầm quan trọng tương đối của những phương ỏn tương ứng với mỗi tiờu chuẩn.
Một cỏch tiếp cận để xỏc định tầm quan trọng tương đối của cỏc phương ỏn dựa vào sự so sỏnh cặp được đề xuất bởi Saaty (1977, 1980, 1994) [5] là phương phỏp phõn tớch thứ bậc riờng rẽ (AHP- IDM) trong ra quyết định đa tiờu chuẩn; kết quả thường mang tớnh chủ quan. Để khắc phục được điều ấy, nhiều nhà nghiờn cứu đó sử dụng phương phỏp phõn tớch thứ bậc trong ra quyết định nhúm (AHP-GDM) để xỏc định trọng số cỏc tiờu chuẩn. AHP kết hợp cả hai mặt tư duy của con người: Cả về định tớnh và định lượng. Định tớnh qua sự sắp xếp thứ bậc và định lượng qua sự mụ tả cỏc đỏnh giỏ và sự ưu thớch qua cỏc con số cú thể dựng để mụ tả nhận định của con người cả vấn đề vụ hỡnh lẫn vật lớ hữu hỡnh, nú cú thể mụ tả cảm giỏc, trực giỏc đỏnh giỏ của con người. Ngày nay AHP được sử dụng khỏ phổ biến trong cỏc lĩnh vực quản lớ tài nguyờn đất đai, thương mại… AHP dựa trờn ba nguyờn tắc : (1) Phõn tớch vấn đề ra quyết định, (2) Đỏnh giỏ so sỏnh cỏc thành phần, (3) Tổng hợp cỏc yếu tố ưu tiờn.
Phõn tớch đa tiờu chuẩn trong SDSS [5]. Cỏc bước quỏ trỡnh phõn tớch: (a) Xỏc định cỏc tiờu chuẩn; (b) Chuẩn húa dữ liệu; (c) Chồng lớp; (d) Đỏnh giỏ đa tiờu chuẩn.
1. Xỏc định cỏc tiờu chuẩn: Định ra cỏc tiờu chuẩn khỏc nhau đó được tớnh đến. Đa số cỏc tiờu chuẩn khụng phải là một biến đơn giản mà là tổ hợp cỏc dữ liệu thuộc tớnh và hỡnh học khỏc nhau. Những tiờu chuẩn này được tớnh bằng đại số bản đồ. Cỏc chỉ tiờu này phục vụ cho việc thu thập cỏc dữ liệu đầu vào.
2. Chuẩn húa dữ liệu: Cỏc chỉ tiờu cú tầm quan trọng khỏc nhau đối với một mục đớch nhất định và trong từng chỉ tiờu, mức độ thớch hợp cũng khỏc nhau. Vỡ vậy, mà chỳng phải được xếp theo thứ tự cho một mục đớch riờng biệt và làm
bi ijXj a n j t Ư 1 Ư n j cjXj MaximizeZ 1 bi ijXj a n j d Ư 1 ࡿൌ σୀࢃכ ࢄכ ςୀࢉ (1) (2) (3) (4)
Hỡnh 1. Giải thuật bố trớ sử dụng đất trong SDSS
cho cỏc tiờu chuẩn khỏc nhau cú thể so sỏnh được. Khi cỏc tiờu chuẩn cú mức độ ảnh hưởng khỏc nhau, gỏn trọng số (w) ảnh hưởng cho mỗi tiờu chuẩn (w cú thể xỏc định bằng phương phỏp phõn tớch thứ bậc AHP). Cỏc tiờu chuẩn cú thể được phõn loại theo thang điểm chuẩn cho tất cả cỏc tiờu chuẩn để cú thể so sỏnh được.
3. Chồng lớp (overlay): Sau khi cú được trọng số và giỏ trị cỏc tiờu chuẩn phõn cấp, chồng xếp cỏc lớp bản đồ để ra quyết định bố trớ sử dụng đất cho từng đơn vị đất đai. Ứng dụng mỗi yếu tố xõy dựng lớp thụng tin chuyờn đề trong GIS,
chồng xếp cỏc lớp thụng tin chuyờn đề, tớnh chỉ số thớch hợp (S) ứng với từng vị trớ, cụng thức tớnh như sau:
Trong đú: Silà chỉ số thớch số thớch ứng thớch hợp, Wilà trọng số toàn cục của tiờu chuẩn I, Xi là giỏ trị (điểm) của tiờu chuẩn I, CiBoolean.
4. Đỏnh giỏ đa tiờu chuẩn: Bản đồ bố trớ sử dụng đất đai (LUS) được xõy dựng theo kỹ thuật phõn tớch đa tiờu chuẩn.
ࡿൌ σ ࢃכ ࢄכ ς ࢉ
ୀ
ୀ (5)
4. Kết quả nghiờn cứu
Từ cỏc nghiờn cứu trờn chỳng tụi tiến hành xõy dựng hệ hỗ trợ ra quyết định trong quản lớ tài nguyờn đất và nước ĐBSCL thớch ứng với BĐKH, với tờn gọi DSSCLIM bao gồm:
- CSDL được thiết kế theo chuẩn dữ liệu khụng gian Geodatabase.
- Bộ phần mềm hỗ trợ ra quyết định được lập bằng ngụn ngữ C++, phỏt triển trền nền tảng Vi- sual Studio 2013, .Net FrameWork 4.0
- Hệ thống website trực truyến, lập trỡnh theo cụng nghệ MVC ASP.NET.
- Hệ thống quản trị nội dung trực tuyến Thao tỏc với bản đồ trờn hệ thống, bản đồ cú thể đưa hệ thống từ nhiều định dạng khỏc nhau: MapInfo, ArcGis, Microstation, Autocad,... Cỏc thao tỏc, cụng cụ trờn hệ thống đơn giản, dễ sử
dụng, được thiết kế hoàn toàn bằng tiếng Việt. Người sử dụng cú thể tiến hành chạy cỏc kịch bản ra quyết định bằng nỳt , sau khi đó tiến hành xỏc định cỏc tiờu chớ dựng để ra quyết định, xỏc định cỏc trọng số bằng phương phỏp chuyờn gia.
Hệ thống cũn cung cấp cụng cụ theo dừi và thống kờ, kết xuất bỏo cỏo cho cỏc số liệu đầu vào do hệ thống quản lớ.
Trang thụng tin trực tuyến cung cấp tin tức, cũng như cỏc kết quả đỏnh giỏ, kết quả chạy kịch bản ra quyết định, cũng như ngõn hàng số liệu, ngõn hàng bản đồ trực tuyến,...
5. Kết luận
Nghiờn cứu này đó trỡnh bày cỏc kết quả đạt được trong trong thiết kế và xõy dựng hệ hỗ trợ
Hỡnh 3. Thụng tin đầu vào cho SDSS
Hỡnh 4. Tiến hành chạy kịch bản ra quyết định Hỡnh 5. Truy cập ngõn hàng bản đồ trực tuyến
ra quyết định trong quản lớ tài nguyờn đất và nước ĐBSCL thớch ứng với BĐKH. Kết quả nghiờn cứu là bộ sản phẩm phần mềm và CSDL với tờn DSSCLIM, hệ hỗ trợ ra quyết định trong quản lớ tài nguyờn đất và nước ĐBSCL thớch ứng với biển đổi khớ hậu, bao gồm: (1) Ngõn hàng cỏc kịch bản tớnh toỏn (Scenarios); (2) Ngõn hàng kết quả tớnh toỏn cỏc phương ỏn; (3) Ngõn hàng dữ liệu số; (4)Ngõn hàng bản đồ; (5) Ngõn hàng văn bản liờn quan và (6) Bộ cụng cụ chạy cỏc kịch bản ra quyết định.
Kết quả của nghiờn cứu là hỗ trợ ra quyết định nhanh chúng, chớnh xỏc, định lượng, trỏnh mang tớnh chủ quan, định tớnh trong lựa chọn cỏc phương ỏn quản lớ, khai thỏc sử dụng tài nguyờn đất và nước theo cỏc kịch bản phỏ triển khỏc nhau. Hệ thống cú khả năng tham mưu cho cỏc cơ quan quản lớ, quy hoạch, đề ra chiến lược sỏt thực, chủ động đối phú với cho cỏc tỡnh huống
xảy ra trong thực tiễn đặc biệt là ứng phú BĐKH. Dựa trờn cơ sở và thực tiễn để chủ động đề xuất cơ chế, chớnh sỏch cơ bản Nhà nước cần ban hành về quản lớ tài nguyờn đất và nước cho ĐBSCL núi riờng và cả nước núi chung. Ngoài ra kết quả nghiờn cứu này cũng gúp phần củng cố và phỏt triển lớ thuyết về quản lớ tổng hợp tài nguyờn đất và nước; ứng dụng DSS để xõy dựng và quản lớ dữ liệu. Ứng dụng cỏc mụ hỡnh toỏn để tớnh toỏn định giỏ đất, tối ưu húa diện tớch đất nụng nghiệp, quản lớ đất đai, tớnh toỏn dũng đến, tớnh cõn bằng nước, tớnh thuỷ lực v.v… phục vụ cụng tỏc quy hoạch, quản lớ và phỏt triển tài nguyờn đất và nước ở lưu vực sụng. Hệ thống này được thiết kế theo cỏc tiờu chuẩn được quy định, với khả năng mở rộng rất cao, do đú dễ dàng ứng dụng được cho cỏc lĩnh vực khỏc cũng như cỏc địa phương khỏc, một khi đó thu thập được đầy đủ số liệu và cơ sở tri thức cần thiết.
Hỡnh 2. Giao diện chớnh
Lời cảm ơn: Bài bỏo này được thực hiện trong khuụn khổ đề tài cấp Nhà nước – BĐKH20, thuộc chương trỡnh Khoa học và Cụng nghệ phục vụ Chương trỡnh mục tiờu Quốc gia ứng phú với BĐKH. Cỏc tỏc giả chõn thành cảm ơn Chương trỡnh và đề tài đó hỗ trợ.
Tài liệu tham khảo
1. C. Pretorius, D.B.L.a.T.E.K. (2000), The development of a spatial decision support system to