Cỏc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ tài nguyờn-mụ

1.1 Hệ thống thụng tin địa lý(GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực

1.1.5 Cỏc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ tài nguyờn-mụ

1.1.5.1 Trờn thế giới

Cỏc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS liờn tục phỏt triển trong lĩnh vực bảo vệ tài nguyờn - mụi trƣờng. Từ chƣơng trỡnh kiểm kờ nguồn tài nguyờn thiờn nhiờn của Canada trong những năm 1960, đến cỏc chƣơng trỡnh GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, mụ hỡnh hoỏ quản lý cỏc sự cố mụi trƣờng hiện đang đƣợc phỏt triển mạnh mẽ.

Một số ứng dụng cụ thể là: Thành phố Brno, Cộng hồ Czech, đó sử dụng cơ sở dữ liệu GIS để phỏt triển qui hoạch tổng thể của thành phố và hiển thị thụng tin theo cơ sở dữ liệu GIS địa chớnh của thành phố. Mlada, cộng hoà Czech cũng sử dụng cơ sở dữ liệu GIS để hỗ trợ kế hoạch quy hoạch lại một khu sõn bói qũn sự, đỏnh giỏ và mụ phỏng loại tài nguyờn đất, đất nụng nghiệp, đất tự nhiờn.

Sở Phỏt triển Nhà và Đụ thị Adelaide, Australia sử dụng cơ sở dữ liệu GIS để phõn tớch xu hƣớng xõy dựng của thành phố, từ đú chỉ ra sự mở rộng của thành phố và ảnh hƣởng của nú đối với cơ sở hạ tầng;

Cỏc dự ỏn phỏt triển dọc theo biờn giới Mexico và Mỹ đƣợc hỗ trợ bởi cỏc thụng tin của cơ sở dữ liệu GIS, nhƣ dự ỏn để kiểm kờ, lập bản đồ cỏc nguồn tài nguyờn, chế độ thuỷ văn, tỏc động của con ngƣời, cơ sở hạ tầng dọc theo biờn giới [13].

Trƣờng Đại học Kỹ thuật Aachen, Đức đó xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS để kiểm soỏt mực nƣớc ngầm cho cỏc vựng khai thỏc than, tạo cỏc bản đồ mực nƣớc ngầm, kết hợp với cỏc dữ liệu khỏc nhƣ thổ nhƣỡng, địa hỡnh, quy mụ khai thỏc mỏ, cụng nghệ kỹ thuật đƣợc sử dụng, cung cấp cụng cụ đắc lực cho cỏc nhà phõn tớch. Chớnh vỡ vậy, đỏnh giỏ sự phục hồi mực nƣớc ngầm là rất khú khăn, nhƣng với cơ sở dữ liệu GIS, cụng việc này trở nờn dễ dàng hơn.

Umlandverband Frankfurt, Đức, đó dựng GIS để xõy dựng cỏc lớp bản đồ cho mỗi tớnh toỏn về sự phục hồi mực nƣớc ngầm, những lớp này sau đú đƣợc kết hợp lại để tạo nờn một bản đồ cuối cựng biểu diễn sự phục hồi của mỗi vựng [13].

Viện Địa chất ở Zagreb, Croatia, đó sử dụng cơ sở dữ liệu GIS để phõn tớch hệ thống sụng cũng nhƣ toàn bộ vựng lƣu vực sụng Drava [13].

Cụng ty Quản lý Chất thải và Năng lƣợng Hạt nhõn Thuỵ Điển và Nespak, Pakistan phối hợp sử dụng cơ sở dữ liệu GIS hỗ trợ quản lý vựng lƣu vực sụng Torrent ở Pakistan. GIS cũng đƣợc sử dụng để mụ hỡnh hoỏ sự cõn bằng nƣớc, quỏ trỡnh xúi mũn, và kiểm soỏt lũ cho khu vực; Hammon, Jensen, Wallen & Associates dựng cơ sở dữ liệu GIS để kiểm soỏt vựng lƣu vực sụng Santa Lucia Preserve. Mụ hỡnh khụng gian ba chiều đƣợc xõy dựng nhờ cụng nghệ GIS, đó giỳp cỏc nhà

nghiờn cứu tiếp cận chớnh xỏc về địa hỡnh và thổ nhƣỡng của khu vực, từ đú xõy dựng những quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ vựng lƣu vực sụng [13].

Tại Mỹ, cơ sở dữ liệu GIS đƣợc dựng để quản lý sự phõn bố của cỏc nguồn nƣớc, nhờ đú cỏc nhà khoa học cú thể dễ dàng xỏc định vị trớ cỏc nguồn nƣớc này trong toàn bộ hệ thống;

Tổ chức Bảo tồn quốc tế và Chớnh phủ Malagasy đó sử dụng GIS để kiểm soỏt sự phõn bố của cỏc loài thực vật ở Madagascar. Bản đồ này biểu diễn cỏc loài thực vật của miền nam Madagascar bằng cỏc màu khỏc nhau và biểu diễn cỏc khu bảo tồn bằng nền chộo. Với những thụng tin này, cú thể dễ dàng xỏc định cỏc vựng cần đƣợc bảo vệ hoặc cỏc vựng hiện đƣợc bảo vệ cú khả năng bị xõm hại [13].

Cơ sở dữ liệu GIS gồm 250 lớp thụng tin bao phủ toàn bộ vựng chõu thổ sụng Columbia đó đƣợc xõy dựng với mục đớch cung cấp cho cỏc nhà quản lý tài nguyờn - mụi trƣờng; Cỏc chuyờn gia ở Corvallis, Oregon đó sử dụng dữ liệu GIS để phỏt triển chiến lƣợc bảo tồn loài cỏ hồi Coho, một loài cỏ hồi màu hồng bạc sắp bị tuyệt chủng đƣợc tỡm thấy chủ yếu ở vựng cửa sụng của Oregon và Washington.

Chevron, một tập đồn dầu lửa quốc tế, đó sử dụng phần mềm ArcView GIS để định vị dầu mỏ trong vựng chõu thổ Niger. Cỏc nhà khoa học của Chervon đó nhập cỏc ảnh vệ tinh và dữ liệu quan trắc khụng gian vào hệ thống ArcView GIS để tạo bản đồ cơ sở của vựng. Họ kiểm tra và hiệu đớnh cỏc vị trớ của cỏc đối tƣợng cố định nhƣ cỏc giếng dầu và đƣờng giao thụng so với số liệu nhận đƣợc từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Những dữ liệu khỏc, chẳng hạn nhƣ vị trớ vựng đất ngập nƣớc, những loài bị đe doạ, dõn cƣ, đều đƣợc thờm vào cỏc bản đồ số. Tất cả những dữ liệu GIS này cựng với cỏc số liệu thăm dũ đó giỳp xỏc định vị trớ thớch hợp nhất để tạo một giếng khoan, đồng thời hỗ trợ tớch cực cho cỏc nhà quản lý tài nguyờn.

Năm 1994, Viện Tài nguyờn quốc tế (World Resources Institute, WRI) và Hệ thống quan trắc toàn cầu (Global environmental monitoring system, GEMS) đó sử dụng dữ liệu và cỏc phần mềm GIS để truy cập cỏc thụng tin về sự thay đổi mụi trƣờng cú tớnh toàn cầu, dự bỏo tỏc động của những xu hƣớng biến động nguy hiểm (hiệu ứng nhà kớnh, suy thoỏi tầng ụzụn, suy thoỏi tài nguyờn rừng, tài nguyờn đất, ụ

nhiễm biển và đại dƣơng, xúi mũn ven bờ…), từ đú vạch ra những giải phỏp mang tớnh chiến lƣợc sử dụng bền vững cỏc nguồn tài nguyờn, nhằm thiết lập mối cõn bằng ổn định bảo vệ mụi trƣờng trờn toàn cầu [13].

Cơ quan kiểm soỏt sự cố địa chấn của Portland, bang Oregon, Mỹ đó sử dụng cơ sở dữ liệu GIS để trợ giỳp dự bỏo thời gian và địa điểm cú thể xẩy ra cỏc sự cố nhƣ động đất, nỳi lửa và chuẩn bị đối phú với chỳng; Cơ quan bảo vệ mụi trƣờng Mỹ (EPA) đó sử dụng phần mềm ARC/INFO để xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS nghiờn cứu những ảnh hƣởng của ụ nhiễm khụng khớ đối với sự phỏt triển của cõy con và hậu quả lõu dài của khúi đối với rừng; Kiểm soỏt ụ nhiễm khụng khớ từ khúi bằng cỏch: miền đụng nƣớc Mỹ đƣợc phõn thành cỏc vựng khỏc nhau và ARC/INFO đƣợc dựng để tạo thành 1 lƣới ụ bao phủ toàn bộ vựng này, mỗi ụ cú diện tớch 20 km2. Cỏc dữ liệu về chất lƣợng khụng khớ đƣợc thu thập từ cỏc dạng quan trắc vựng và đƣợc lƣu vào cơ sở dữ liệu. Dựa vào cỏc cơ sở dữ liệu này, với cụng cụ GIS, cỏc nhà khoa học cú thể tạo ra cỏc bản đồ về phõn tỏn NOx, mõy, nhiệt độ hàng ngày, hƣớng giú, độ cao và khoảng cỏch khúi từ nguồn sỏt thải [13].

Ngoài ra, sử dụng GIS cỏc dữ liệu cũn đƣợc phõn tớch kết hợp với điều kiện địa hỡnh và khớ hậu của từng vựng; Mụ hỡnh chất lƣợng nƣớc đƣợc Đơn vị nghiờn cứu Nụng nghiệp vựng chõu thổ phỏt triển phục vụ cụng tỏc quan trắc, dự bỏo và quản lý chất lƣợng nƣớc tổng thể cho một số thành phố ở Nam Phi [13].

Viện địa lý "Agustin Codazzi" (IGAC) của Colombia đó dựng cụng nghệ GIS để hiện thị và kiểm soỏt hiện trạng sử dụng đất hiện nay và trong tƣơng lai của thành phố Ibague; Sở bảo vệ mụi trƣờng Alberta, trung tõm Đào tạo mụi trƣờng Alberta (Canada) đó dựng GIS để mụ hỡnh hoỏ cỏc quần hợp hệ sinh thỏi, cỏc điều kiện sống làm cơ sở cho phộp nõng cao chất lƣợng quản lý tài nguyờn rừng.

DORIS - Systemgruppe - ATM sử dụng GIS để mụ phỏng cỏc khu rừng của Đức bằng mụ hỡnh 3 chiều, hiển thị dữ liệu theo khụng gian giỳp cỏc nhà quản lý nắm bắt đƣợc cụ thể hơn về đối tƣợng.

Tại Mỹ, cụng nghệ GIS đó đƣợc ứng dụng trong dự bỏo thời tiết (nú đó mụ tả đƣợc bản chất, dự bỏo đƣờng đi, phạm vi ảnh hƣởng suốt hành trỡnh của cơn bóo Katrina) giỳp khỏ nhiều trong việc giải quyết hậu quả sau cơn bóo…

1.1.5.2 Ở Việt Nam

Việc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS ở Việt Nam cũng đƣợc thớ điểm khỏ sớm và đến nay đó đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành nhƣ quy hoạch nụng lõm nghiệp, quản lý rừng, lƣu trữ tƣ liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chớnh, quản lý đụ thị…

Nhận ra tầm quan trọng của việc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong cụng tỏc quản lý tài nguyờn - mụi trƣờng, Cục Mụi trƣờng, đƣợc sự trợ giỳp kỹ thuật của Dự ỏn "Tăng cƣờng năng lực cho cơ quan quản lý mụi trƣờng Việt Nam - SEMA", đó tiến hành xõy dựng cấu trỳc cơ sở dữ liệu GIS Quốc gia về tài nguyờn - mụi trƣờng.

Một số thành tựu đỏng kể về ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS thời gian gần đõy ở Việt Nam là: Xõy dựng bản đồ và xỏc định vựng thớch nghi cõy trồng cho dự ỏn qui hoạch vựng nguyờn liệu nhà mỏy giấy Tõn Mai - Đồng Nai; Xỏc định cấp xung yếu phũng hộ rừng đầu nguồn và xõy dựng bản đồ phõn cấp phũng hộ phục vụ chƣơng trỡnh 327 cho cỏc tỉnh Ninh Thuận, Bỡnh Phƣớc, Kiờn Giang, Bà Rịa - Vũng Tàu; Đỏnh giỏ diễn biến tài nguyờn rừng cõy họ dầu ở miền Đụng Nam Bộ,... Đỏnh giỏ mức độ ảnh hƣởng của bóo Linda đối với năng lực phũng hộ của thảm thực vật rừng quốc gia Cụn Đảo; Qui hoạch lõm phần ổn định cho 3 loại rừng phũng hộ, đặc dụng, sản xuất của chƣơng trỡnh 327; Đỏnh giỏ diễn biến tài nguyờn rừng ngập mặn Nam Đồng Bằng sụng Cửu Long; Phõn viện Điều tra Quy hoạch rừng (đề tài do thạc sỹ Ngụ An và cỏc cộng sự thực hiện) đó nghiờn cứu, đề xuất hƣớng ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS để điều tra, quản lý, quy hoạch rừng; Xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS nền địa lý khu vực Đồng Bằng sụng Cửu Long phục vụ phũng chống lũ lụt, thiờn tai trờn toàn bộ khu vực là một dự ỏn lớn vừa hồn thành, đó đỏp ứng đƣợc yờu cầu cấp bỏch của phỏt triển kinh tế - xó hội,... [13].

Theo đỏnh giỏ của cỏc nhà khoa học thỡ xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS là cụng nghệ mới, những nghiờn cứu về ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS tại Việt Nam mới chỉ bắt đầu, nhõn lực yếu và thiếu, phần lớn cỏc cơ sở đang ở giai đoạn tạo lập cơ sở dữ

liệu, phần mềm sử dụng khụng đồng nhất, mó hoỏ thụng tin khụng giống nhau, cơ sở dữ liệu cỏc vựng, cỏc ngành khụng giao tiếp đƣợc với nhau hoặc trựng lặp, ... Tuy nhiờn, vị trớ của GIS đó đƣợc khẳng định là một trong những mũi nhọn rất hiệu quả và nhu cầu ứng dụng GIS đang bựng nổ trong mọi lĩnh vực. Một trong những nơi cú đào tạo sử dụng cụng nghệ GIS tại Việt Nam là cụng ty VidaGIS, nhiều cơ quan ban ngành, địa phƣơng cú nghiờn cứu và ứng dụng GIS nhƣ trƣờng Đại học KHTN TPHCM, Bộ tài nguyờn mụi trƣờng … Chắc chắn khụng lõu nữa, GIS trở thành một phần khụng thể thiếu cho nhu cầu sử dụng của mỗi ngƣời dõn Việt Nam chỳng ta.

1.2 Nghiờn cứu lựa chọn giải phỏp xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyờn - mụi trƣờng hợp lý tài nguyờn - mụi trƣờng

Bảo vệ tài nguyờn - mụi trƣờng khụng chỉ là vấn đề cấp thiết với mỗi Quốc gia mà nú đũi hỏi sự nỗ lực của cả cộng đồng Quốc tế bằng những giải phỏp mang tớnh khu vực và toàn cầu. Trong những năm qua, cụng nghệ hệ thống thụng tin địa lý (GIS) đó đƣợc ỏp dụng rộng rói trong cỏc cơ quan nghiờn cứu và quản lý tài nguyờn - mụi trƣờng ở nƣớc ta. Mặc dự vậy, việc trao đổi dữ liệu GIS giữa cỏc cơ quan vẫn khú khăn vỡ chƣa cú một cấu trỳc cơ sở dữ liệu GIS thống nhất cho cả nƣớc

1.2.1 Cỏc giải phỏp cụng nghệ GIS.

Việc bảo vệ tài nguyờn mụi trƣờng phục vụ cho sự phỏt triển bền vững đũi hỏi tổng hợp, phõn tớch một lƣợng thụng tin lớn, đa dạng và toàn diện. Nếu khụng khai thỏc, phỏt triển và sử dụng cụng nghệ mới, thỡ tổng hợp và phõn tớch số liệu gặp rất nhiều khú khăn, thậm chớ cú những bài toỏn thực tế khụng thể giải đƣợc bằng phƣơng phỏp truyền thống. Vỡ vậy, GIS phải giải quyờ́t các nhiệm vụ cụ thể sau:

- Truy nhập và lƣu trữ thụng tin từ nhiều nguồn, nhiều dạng, nhiều kớch cỡ, tỷ lệ, thời gian khỏc nhau vào một cơ sở toỏn học.

- Thực hiện sắp xếp lại hàng loạt thụng tin trong một cơ sở toỏn học thống nhất nhằm phục vụ cho cụng tỏc tỡm kiếm, phõn tớch.

- Phõn tớch đỏnh giỏ tổng hợp thụng tin theo cỏc mụ hỡnh cụ thể, cỏc bài toỏn địa lớ đƣợc đặt ra cho mục đớch qui hoạch.

- Tổng hợp toàn bộ cỏc dữ liệu dẫn xuất, cỏc thử nghiệm thống kờ để đƣa ra kết quả bài toỏn.

- Trỡnh bày kết quả dƣới dạng dễ dàng tiếp cận và sử dụng.

Trong những năm đầu thập kỷ 90, ngƣời ta sử dụng AUTOCAD cựng với DBMS (Database Management System - Hệ thống quản trị dữ liệu) để giải quyết những bài toỏn đỏnh giỏ cú tớnh chất địa phƣơng. Khi qui mụ bài toỏn ngày càng lớn, cú thể phỏt triển thờm chức năng cho phần mềm bổ trợ hoặc khai thỏc sử dụng những phần mềm chuyờn dụng cho qui hoạch vĩ mụ (vớ dụ ARC/INFO). Sự đa dạng của cỏc bài toỏn địa lớ và cỏc phần mềm của GIS đũi hỏi tớnh linh hoạt trong ứng dụng, phự hợp với cỏc yờu cầu thực tế.

Gần đõy, cỏc quan điểm của hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu DBMS (Database Management System) càng thấm sõu trong tƣ tƣởng thiết kế và sử dụng phần mềm GIS bởi tớnh linh hoạt của cỏc mụ hỡnh trong Hệ quản trị dữ liệu phự hợp với dữ liệu đa dạng về cỏc đối tƣợng trong khụng gian.

1.2.2 Tớch hợp tƣ liệu viễn thỏm trong xõy dựng cơ sở dữ liệu GIS

Hiờ ̣n nay, viễn thỏm đƣợc sƣ̉ du ̣ng nhƣ một phƣơng tiện cung cấp thụng tin, sử dụng ảnh viễn thỏm mới nhất để cập nhật cỏc đối tƣợng địa lý mới xuất hiện, sau đú chồng nội dung chuyờn đề lờn nền bản đồ nhƣ một cơ sở để định vị và định lƣợng. Cỏc thụng tin về biến động của đối tƣợng tự nhiờn và mụi trƣờng đƣợc ghi nhận lại theo thời gian và khụng gian một cỏch liờn tục và đầy đủ. Sau đú, thụng tin đƣợc sắp đặt lại theo yờu cầu, đƣa vào cơ sở dữ liệu GIS và xử lý tiếp. Khi cụng việc cụ thể đƣợc tiến hành cho lónh thổ lớn, cỏc thụng tin viễn thỏm ở dạng raster chiếm nhiều bộ nhớ gõy ảnh hƣởng cho tiến hành đỏnh giỏ và làm cỏc bài toỏn địa lớ tiếp theo. Yờu cầu vector húa đƣợc đặt ra, cú thể bằng mỏy theo chƣơng trỡnh lập sẵn hoặc khoanh trực tiếp trờn màn hỡnh. Nhiều khi cụng nghệ giải đoỏn bằng mắt đƣợc ứng dụng phổ cập và cỏc thụng tin thu nhận đƣợc số húa lại để nhập vào

HTTĐL, đú là phƣơng phỏp đƣợc ứng dụng khỏ nhiều trong thực tế cỏc đơn vị sản xuất hiện nay.

Hỡnh 1.7 : Ảnh viễn thỏm SPOT

nguồn: Trung tõm Viễm Thỏm Quốc gia, năm chụp 2008

Ảnh viễn thỏm SPOT để cập nhật cỏc đối tƣợng địa lý mới xuất hiện trong quỏ trỡnh điều tra thực địa.

Sử dụng Bản đồ địa hỡnh dạng số kết hợp với tƣ liệu ảnh Viễn Thỏm giải đoỏn ảnh, sau đú điều tra thực địa, những đối tƣợng cũn thiếu bổ sung tiếp trờn bản đồ.

1.2.3 Nguyờn tắc gắn kết dữ liệu khụng gian và thuộc tớnh trong phõn tớch dữ liệu liệu

 Mụ hỡnh khụng gian đồng nhất:

Thống nhất về lƣới chiếu bản đồ, hệ toạ độ và độ cao Quốc gia, tớnh chặt chẽ trong topology dữ liệu hiển thị, tớnh thống nhất của format dữ liệu hiển thị

 Mụ hỡnh dữ liệu thuộc tớnh thống nhất:

Thống nhất vờ̀ dạng số, dạng kớ tự, dạng ngày thỏng, trƣờng dữ liệu, độ dài trƣờng