Khối quan trắc môi trường
4.7.2 Phân tích một số công trình nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin – mô hình môi trường tích hợp
trường tích hợp
Vào những năm 80 của thế kỷ trước, nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đặt ra bài toán xây dựng một hệ thống kiểm soát môi trường tin cậy và hiệu quả ở qui mô vùng cũng như qui mô toàn cầu. Bài toán này bao gồm xây dựng các phương tiện kỹ thuật để thu thập, bảo quản và truyền số liệu quan trắc môi trường và mặt khác phát triển các phương pháp xử lý các dữ liệu này.
Sau 30 năm phát triển khoa học kỹ thuật, ngày nay các công nghệ mới, kỹ thuật mới cho phép trong một thời gian ngắn hình thành các mảng số liệu với dung tích rất lớn về trạng thái môi trường. Ở qui mô vùng, các phương pháp quan trắc từ xa (vệ tinh, viễn thám) đang tỏ ra rất có hiệu quả. Từ quan điểm thực tiễn việc tích hợp các hệ thống đo khác nhau là rất quan trọng. Các số liệu đo đạc được gắn với bản đồ địa lý và mô hình toán học tạo thành một hệ thống mà GS 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).
Trong các nghiên cứu của mình các nhà khoa học Nga chú trọng tới những bài toán mang tính thực tiễn quan trọng là xây dựng hệ thống thông tin trợ giúp cho công tác đánh giá tác động môi trường cho địa phương của mình. Để giải quyết bài toán này cần phải có những nghiên cứu kết hợp nhiều ngành khoa học khác nhau. Đặc điểm chung của các công trình này là các tác giả nghiên cứu, thiết kế và xây dựng công cụ tin học quản lý các đối tượng môi trường (nước, không khí, các nguồn thải, ...) và tin học hóa các mô hình toán học các quá trình lan truyền chất trong các môi trường nước và không khí. Sản phẩm cuối cùng là những phần mềm mang tính pháp lý giúp cho các nhà lãnh đạo quản lý có được công cụ thẩm định môi trường. Có thể nhận thấy rằng các nghiên cứu này không chỉ đưa ra những vấn đề mang tính lý luận mà còn giải quyết có hiệu quả những vấn đề thực tiễn. Các công trình này thường được hoàn thành khi tác giả của chúng tham gia trực tiếp vào các dự án môi trường tại một địa phương cụ thể.
Tại các nước phát triển, các hệ thống thông tin và mô hình được sử dụng trong công tác bảo vệ môi trường và tài nguyên đã có sẵn từ những năm cuối của thập niên 80. Các nhà ra quyết định trong lãnh vực tài nguyên môi trường mong muốn đưa ra các quyết định có tính toàn diện và đa mục đích, và trong đó cần tích hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, (các hệ CSDL khác nhau), hệ thông tin địa lý (GIS), các mô hình tối ưu, các hệ phân tích quyết định khác nhau. Mỹ là nước đi đầu trong xây dựng các hệ thống thông tin tích hợp phục vụ cho những nghiên cứu đa mục tiêu về môi trường. Các dự án, đề tài được tài trợ bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) có thể làm quen trên Web site của EPA: www.epa.gov.
83
Câu hỏi và bài tập
1. Thế nào là CSDL, hệ quản trị CSDL. Một số ưu điểm của phương pháp CSDL. Hãy nêu một số lý do cần thiết phải áp dụng phương pháp CSDL trong nghiên cứu môi trường.
2. Hãy trình bày định nghĩa Hệ thống thông tin môi trường và lý do vì sao cần phải xây dựng các Hệ thồng thông tin môi trường.
3. Thế nào là phát triển CSDL không gian trong một Hệ thống thông tin môi trường. Trình bày nội dung của tiến trình thiết kế CSDL không gian.
4. Thế nào là quản lý CSDL không gian trong một Hệ thống thông tin môi trường. 5. Trình bày nội dung công việc quản trị CSDL không gian.
6. Trình bày nội dung của tiến trình phân phối hệ CSDL không gian.
7. Trình bày (ngắn gọn) các nguyên lý xây dựng Hệ thống thông tin môi trường. 8. Trình bày nội dung khối cơ sở pháp lý cho đối tượng cần quản lý trong Hệ thống
thông tin môi trường.
9. Trình bày nội dung khối tra cứu thông tin môi trường cho đối tượng cần quản lý trong Hệ thống thông tin môi trường.
10. Trình bày nội dung khối tra cứu thông tin môi trường cho đối tượng cần quản lý trong Hệ thống thông tin môi trường.
11. Trình bày nội dung khối quan trắc môi trường trong Hệ thống thông tin môi trường. 12. Thế nào là hệ thống thông tin – mô hình môi trường thích hợp. Vì sao cần phải
xây dựng các hệ thống như vậy.
Tài liệu tham khảo
1. Bùi Tá Long, 1998. Phần mềm trợ giúp công tác quản lý, qui hoặch và đánh giá tác động môi trường không khí. Tạp chí Khí tượng –Thủy văn, Hà Nội, số 2, tr. 24-28.
2. Bùi Tá Long, Đoàn Văn Phúc, Nguyễn Hồ Nhất Khoa, 1999. Xây dựng công cụ tin học đánh giá tác động mang yếu tố con người lên môi trường không khí. Tạp chí Khí tượng –Thủy văn, Hà Nội, số 4, tr. 21-27.
3. Bùi Tá Long và CTV, 2002. Hệ thống thông tin trợ giúp công tác quản lý, qui hoạch và đánh giá tác động môi trường. Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài cấp Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia 1999 – 2000, 121 trang.
4. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004. Ứng dụng tin học môi trường phân tích ô nhiễm môi trường khu công nghiệp Hòa Khánh, Tp. Đà Nẵng, Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 11 (527), 2004, trang 12 – 24.
5. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, 2004. Xây dựng phần mềm hỗ trợ công tác giám sát chất lượng môi trường cho các tỉnh thành Việt Nam. Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 12 (517), 2004, trang 10 – 19.
6. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Ho Thi Ngoc Hieu, Luu Minh Tung, 2004. Integration of GIS, Web technology and model for monitoring surface water quality of basin river : a case study of Huong river. Proceedings of International symposium on Geoinformatics for spatial – infrastructure development in earth and allied sciences. Pp. 299 – 304.
84
7. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Võ Đăng Khoa, 2005. Xây dựng hệ thống thông tin môi trường hỗ trợ thông qua quyết định môi trường cấp tỉnh thành. Tạp chí Khí tượng – Thủy văn, số 5 (533), trang 31 – 40.
8. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Cao Duy Truong, Nguyen Thi Tin, 2005. Integration GIS and environment information system for environment management in central economic key region of VietNam. Proceedings of Asean Conference on Remote sensing, Ha Noi 7-11/11/2005. 10 p.
9. Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Bùi Tá Long, 2003. Xây dựng công cụ tích hợp trợ giúp công tác giám sát ô nhiễm không khí vùng kinh tế trọng điểm, Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 10 (514), 2003, trang 29 – 36.
10. Võ Văn Huy, Huỳnh Ngọc Liễu, 2001. Hệ thống thông tin quản lý. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 290 trang.
11. Ye Maggie Ruan, David R. Maidment, 1997. Preliminary Investigation of Implementing an Environmental Information System for the Pantex Facility, CRWR Online Report 97-2, http://www.ce.utexas.edu.
85
CHƯƠNG 5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
THÔNG TIN MÔI TRƯỜNG TẠI VIỆT NAM
Mặc dù có sự nỗ lực của các cấp chính quyền, môi trường nước ta vẫn tiếp tục bị xuống cấp nhanh, có nơi, có lúc đã tới mức báo động: đất đai bị xói mòn, thoái hóa; chất lượng các nguồn nước suy giảm mạnh; không khí ở nhiều đô thị, khu dân cư bị ô nhiễm nặng; khối lượng phát sinh và mức độ độc hại của các chất thải ngày càng tăng; tài nguyên thiên nhiên trong nhiều trường hợp bị khai thác quá mức, không có quy hoạch; đa dạng sinh học bị đe dọa nghiêm trọng; điều kiện vệ sinh môi trường, cung cấp nước sạch ở nhiều nơi không bảo đảm. Việc đẩy mạnh phát triển công nghiệp, dịch vụ, quá trình đô thị hóa, ... đang gây áp lực lớn lên tài nguyên và môi trường, đặt công tác bảo vệ môi trường nước ta trước những thách thức gay gắt.
Những yếu kém trong công tác bảo vệ môi trường trong thời gian qua không chỉ đơn thuần là thiếu các phương tiện kỹ thuật hiện đại, mà ở mức độ đáng kể là do chúng ta đã bỏ qua các phương pháp quản lý hiện đại, cụ thể là việc ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quản lý môi trường còn ở mức rất khiêm tốn. Có thể thấy điều này trên ví dụ công tác quản lí số liệu quan trắc môi trường trong thời gian qua ví dụ quan trắc môi trường. Như đã biết, hệ thống quan trắc môi trường hiện tại được thực hiện bởi rất nhiều cơ quan Trung ương lẫn địa phương. Hàng năm một khối lượng rất lớn các dữ liệu liên quan tới môi trường được thu thập ở các trạm quan trắc tại các tỉnh thành trong cả nước. Tuy nhiên hầu hết các số liệu này được quản lí theo công nghệ lạc hậu như ghi chép trên giấy, hay bằng những phần mềm không chuyên, …. Điều này gây ra sự khó khăn đáng kể cho việc khai thác sử dụng các số liệu quí giá như xây dựng các mô hình động lực học cho môi trường nước và không khí cũng như trong qui hoạch phát triển mức độ vùng.
Với những lý do trên việc xây dựng các Hệ thống thông tin môi trường hỗ trợ cho công tác thông qua quyết định là một việc làm cấp thiết. Trong chương này trình này một số kết quả nghiên cứu lý luận cũng như thực tiễn xây dựng Hệ thống thông tin môi trường mà tác giả đã có dịp thực hiện.
5.1Mởđầu
Chiến lược ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin tài nguyên và môi trường đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 vừa được thông qua có mục tiêu cụ thể là tin học hóa hệ thống quản lý hành chính nhà nước về tài nguyên và môi trường phù hợp với tiêu chuẩn Chính phủđiện tử, tạo điều kiện để các tổ chức, người dân tiếp cận thuận lợi các thông tin về tài nguyên và môi trường. Dự kiến, đến năm 2010, từ 50% đến 100% thiết bị điều tra, khảo sát, quan trắc, đo đạc được chuyển sang công nghệ số; hoàn thành việc xây dựng, tích hợp cơ sở dữ liệu của từng lĩnh vực thuộc ngành tài nguyên và môi trường với dữ liệu được chuẩn hóa theo chuẩn quốc gia và cập nhật thường xuyên; đến năm 2015, hoàn thiện mạng nội bộ tài nguyên và môi trường quốc gia trên cơ sở kết nối các mạng nội bộ chuyên ngành của từng lĩnh vực. Đây là những văn bản mang tính pháp lý quan trọng mở đường cho những dự án, đề tài ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quản lí môi trường tại nước ta.
Trong thời gian qua, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác quản lý môi trường đã được triển khai tại một số Viện, Trung tâm nghiên cứu và Trường Đại học lớn của đất nước. Dù mới chỉ là bước đầu nhưng nhiều kết quả nghiên cứu đã được đưa vào ứng
86
dụng trong công tác quản lý môi trường góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lí nhà nước về môi trường / www.envim.com.vn /. Công nghê thực hiện các phần mềm này có thể tóm tắt như là một sự tích hợp Hệ thống thông tin địa lý (GIS), cơ sở dữ liệu môi trường và các mô hình toán xử lý dữ liệu môi trường thành một công cụ duy nhất cho nguời sử dụng.
Xây dựng Hệ thống thông tin hỗ trợ phân tích dữ liệu môi trường là một hướng ưu tiên trong Tin học môi trường. Vân đề này đã được nghiên cứu từ khía cạnh lí luận cũng như thực tiễn /[1] – [6]/. Một Hệ thống thông tin hỗ trợ phân tích dữ liệu môi trường gồm 7 mức độ phụ thuộc sau đây đối với các dữ liệu :
- gom dữ liệu thành từng nhóm (heaping), sử dụng các công cụ đảm bảo lưu trữ các thông tin khác loại, xếp thông tin thành các nhóm « giá trị » (valuable hill), « làm việc » (work hill) và « linh tinh » (dung hill)
- sắp đặt dữ liệu (data warehousing DWH) và gián nhãn cho chúng, làm tiện lợi cho mô tả và trích ra những nhóm thông tin có chung ngữ nghĩa, kết quả của quá trình này là một hình hộp lập phương nhiều chiều, mỗi điểm của hình hộp là một bộ các đối tượng có cùng ngữ nghĩa.
- kết hợp (combining) dữ liệu – đây là giai đoạn xây dựng không gian nhiều chiều ở đó mỗi điểm tương ứng với một bộ hay một điểm của DWH
- phân tích hiển thị đa chiều (visual multidimensional analysis) – cho phép xây dựng hình dạng hai, ba chiều của mối quan hệ phức tạp giữa các dãy dữ liệu, quan sát sự thay đổi của chúng cũng như phát hiện ra những điều bất thường
- khai thác dữ liệu (data mining) – truy vấn thông tin với mục tiêu tìm ra những qui luật, những điều bất thường có trong chuỗi dữ liệu với việc cho trước các ngưỡng giới hạn.
- phục hồi dữ liệu (forecasting) theo các mẫu kinh nghiệm - xử lý toán học các dãy số liệu quan trắc nhiều chiều
- thông qua quyết định (deciding – computer aided engineering) – là quá trình quản lí và qui hoạch.
Bên cạnh đó, Hệ thống thông tin quan trắc môi trường là một khái niệm quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lí môi trường. Hệ thống thông tin quan trắc môi trường được định nghĩa như là một hệ tự động hóa đảm bảo cho các hoạt động bảo vệ môi trường, bao gồm: toàn bộ tổ hợp các phương tiện kỹ thuật được sử dụng để lấy thông tin sơ cấp và các vật lưu trữ thông tin, các hệ thống thu thập, xử lý, phân tích, bảo quản, xuất và quản lý các dòng thông tin; hệ thống các phương pháp và phương tiện đo đạc; các cơ cấu quản lý cùng các cơ cấu khác bảo đảm sự hoạt động và phát triển của toàn hệ thống và các mặt xích của nó. Hệ thống này gồm ba thành phần chính như sau :
- các hệ quản trị cơ sở dữ liệu, đảm bảo việc lưu trữ và xử lý nhanh chóng những thông tin cần thiết (gồm các giai đoạn gom, sắp đặt và kết hợp dữ liệu) ;
- hệ thống thông tin địa lí (GIS) biến đổi thông tin về lãnh thổ dưới dạng các lớp chuyên đề trên bản đồ số của vùng cần quan tâm và thực hiện phép ngoại suy các dữ liệu không gian các chỉ số được tính toán
- các bộ phần mềm đóng góp các mô hình toán tổng hợp các qui tắc nhằm đánh giá chất lượng các hệ sinh thái cũng như phân tích các mối phụ thuộc nhân - quả của đánh giá này với các yếu tố môi trường
Định nghĩa được dẫn ra ở trên về Hệ thống thông tin quan trắc môi trường dựa trên sự phân loại truyền thống đã được nghiên cứu trong các công trình nghiên cứu gần đây của các chuyên gia trong và ngoài nước. Hiện nay xu hướng trong công nghệ thông tin rất đa dạng và
87
có rất nhiều phương án khác nhau. Dưới đây là tên gọi một số phần mềm thường được sử dụng :
- các hệ quản trị CSDL : MS Access, MS Visual FoxPro, Paradox, Clarion, MS SQL Server, Oracle, SyBase ...
- các hệ thống thông tin địa lý : ArcInfo, ArcInfo, Ingeo, Manifold System, ObjectLand, GeoGraph,...
- các phần mềm đóng gói : SPSS, Statistica,....