Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
2.3.3. Thiết kế lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên - môi trường
Bảo vệ tài nguyên - môi trường không chỉ là vấn đề cấp thiết với mỗi Quốc gia mà nó đòi hỏi sự nỗ lực của cả cộng đồng Quốc tế bằng những giải pháp mang tính khu vực và toàn cầu.Trong những năm qua, công nghệ Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được áp dụng rộng rãi trong các cơ quan nghiên cứu và quản lý tài nguyên - môi trường ở nước ta. Mặc dù vậy, việc trao đổi dữ liệu GIS giữa các cơ quan vẫn khó khăn vì chưa có một cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS thống nhất cho cả nước
2.3.3.1.Các giải pháp công nghệ GIS.
Công tác quản lý tài nguyên - môi trường cho sự phát triển bền vững đòi hỏi tổng hợp, phân tích một lượng thông tin lớn, đa dạng và toàn diện. Nếu không khai thác, phát triển và sử dụng công nghệ mới, việc tổng hợp và phân tích số liệu gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí có những bài toán thực tế không thể giải được bằng phương pháp truyền thống. Một nhiệm vụ thực tế hết sức có ý nghĩa là tiến hành chồng xếp và phân tích bản đồ, kết hợp đối sánh các tờ bản đồ khác nhau với các chuyên đề, tỷ lệ và thời gian khác nhau. Điều này chỉ có thể thực hiện được bằng công nghệ GIS .
GIS tiến hành những nhiệm vụ cụ thể sau:
- Truy nhập và lưu trữ thông tin từ nhiều nguồn, nhiều dạng, nhiều kích cỡ, tỷ lệ, thời gian khác nhau vào một cơ sở toán học.
- Thực hiện sắp xếp lại hàng loạt thông tin trong một cơ sở toán học thống nhất nhằm phục vụ cho công tác tìm kiếm, phân tích.
- Phân tích đánh giá tổng hợp thông tin theo các mô hình cụ thể, các bài toán địa lý được đặt ra cho mục đích qui hoạch.
- Tổng hợp toàn bộ các dữ liệu dẫn xuất, các thử nghiệm thống kê để đưa ra kết quả bài toán.
- Trình bày kết quả dưới dạng dễ dàng tiếp cận và sử dụng.
Là một công cụ hữu hiệu trong lưu trữ, quản lý và phân tích thông tin, việc sử dụng linh hoạt trong quản lý tài nguyên - môi trường là một trong những hướng phát triển của GIS. Các dạng phần mềm có thể chọn lựa, cộng sinh với nhau ứng dụng theo những ưu việt riêng, một bên là cơ sở dữ liệu không gian, một bên là cơ sở dữ liệu với các thuộc tính chuyên đề tương ứng. Trong những năm đầu thập kỷ 90, người ta sử dụng AUTOCAD cùng với DBMS (Database Management System - Hệ thống quản trị dữ liệu) để giải quyết những bài toán đánh giá có tính chất địa phương. Khi qui mô bài toán ngày càng lớn, ta có thể phát triển thêm chức năng cho phần mềm bổ trợ hoặc khai thác sử dụng những phần mềm chuyên dụng cho qui hoạch vĩ mô (ví dụ ARC/INFO). Sự đa dạng của các bài toán địa lý và các phần mềm của GIS đòi hỏi tính linh hoạt trong ứng dụng, phù hợp với các yêu cầu thực tế.
Thông tin tài nguyên - môi trường được biểu đạt dưới dạng bản đồ chuyên đề là một công cụ cần thiết cho công tác quản lý tài nguyên - môi trường, cũng như công tác nghiên cứu và bố trí qui hoạch cho các hoạt động kinh tế của con người.
Bản đồ có thể được coi như là phương tiện thông tin giữa các nhà nghiên cứu, các nhà lãnh đạo và những người làm công tác qui hoạch.
Từ những bước khởi đầu, GIS được coi như một phương tiện để lưu trữ đơn thuần thông tin đồ họa. Gần đây, các quan điểm của hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu DBMS (Database Management System) càng thấm sâu trong tư tưởng thiết kế và sử dụng phần mềm GIS, bởi tính linh hoạt của các mô hình trong Hệ quản trị dữ liệu phù hợp với dữ liệu đa dạng về các đối tượng trong không gian.
Bảng 2.4. Một số chức năng thường dùng trong GIS
Chức năng Ý nghĩa
1. Số hoá bản đồ các loại
2. Liên kết với cơ sở dữ liệu 3. Thay đổi tỷ lệ, hệ qui chiếu 4. Thêm bớt dữ liệu
Bản đồ được biểu diễn dưới dạng tập hợp của các đường, điểm, diện và các kí hiệu khác nhau
Biểu thị các tính năng chuyên đề của bản đồ Cho phép nhập vào máy mọi loại bản đồ Làm mới cơ sở dữ liệu
5. Biểu diễn và hiển thị lại số liệu, rà xét và hỏi đáp
6. Biến dạng hoặc chuyển đổi
7. Gây hoạt tính cho các đơn vị bản đồ
8. Phân loại, ghép nối bản đồ
9. Chồng xếp bản đồ theo các nguyên tắc: - Logic hoá
- Ma trận - Chỉ số hóa
- Mô hình không gian
10. Khả năng tiệm cận tới các đường, điểm, hoặc vùng ranh giới trên bản đồ 11. Phân tích về vùng được nghiên cứu
Bản đồ được biểu diễn cùng các tính năng chuyên đề
Thay đổi tỷ lệ từng phần hoặc toàn phần Các đường, điểm và diện có thể hoạt động thể hiện trạng thái động của đối tượng
Mô hình hoá cơ sở dữ liệu theo yêu cầu, mục đích nghiên cứu
Xác định mối liên quan giữa các bản đồ với nhau bằng cách sử dụng các hàm toán học hoặc hàm logic
Phân vị bản đồ theo các phần tử nhỏ nhất
Thể hiện các dạng bản đồ dẫn xuất từ quá trình phân tích
Các ưu điểm của Hệ thống quản trị dữ liệu (DBMS):
- Cập nhập và thống nhất các dữ liệu rời rạc trong một mô hình chung, giảm dần và loại trừ tính chất tản mạn của thông tin.
- Thường xuyên làm mới dữ liệu một cách thuận tiện, dễ dàng tổng hợp và tăng cường chất lượng của chúng.
- Dễ dàng lập trình để điều khiển và trình bày dữ liệu một cách tự động.
- Khắc phục được tình trạng lộn xộn thiếu nhất quán trong các tệp dữ liệu do mọi dữ liệu phải đưa về một mô hình, nguyên tắc và một chuẩn chung.
- Giảm giá thành phát triển phần mềm và hướng dẫn, đào tạo sử dụng.
- Đảm bảo tính an toàn trong lưu trữ số liệu.
Từ khái niệm cơ sở dữ liệu là một tập hợp các dữ liệu thống nhất và đa dạng nhằm phục vụ mọi hình thức sử dụng, ở đây, đã hình thành các quan điểm sau về xây dựng cơ sở dữ liệu GIS:
- Xây dựng dữ liệu trong mô hình biểu bảng và trình bày đơn thuần.
- Xây dựng dữ liệu theo cách phân cấp dần từ mức tập trung nhất đến mức các dữ liệu đơn trị (dạng hình cây).
- Xây dựng dữ liệu theo mạng liên quan trong thể thống nhất (mỗi một thông tin đơn được liên kết với nhiều hệ thông tin chủ và ngược lại, ví dụ như liên hệ giữa một loại đất với các loại cây trồng, với lớp đá mẹ, hoặc liên hệ giữa cây trồng với đất và nước, ...).
- Xây dựng dữ liệu theo kiểu kết nối trực tiếp giữa một đơn vị thông tin đồ họa với thật nhiều thông tin khác nhau trong cơ sở dữ liệu (trong trường hợp này, các hệ thống phần mềm lưu trữ dữ liệu như: INFO, DBMS, ORACLE, EMPRESS được phát huy sử dụng trong mối liên kết với thông tin đồ họa).
- Xây dựng dữ liệu theo kiểu kết nối giữa một thông tin đồ họa với nhiều thông tin khác nhau trong cơ sở dữ liệu thường được sử dụng để nắm bắt thông tin nhanh trên từng vùng lãnh thổ và quản lý tài nguyên - môi trường.
2.3.3.2. Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu Nguyên tắc bao gồm 2 điểm cơ bản sau:
Mô hình dữ liệu không gian đồng nhất:
+ Thống nhất về lưới chiếu bản đồ;
+ Thống nhất về hệ toạ độ và độ cao Quốc gia;
+ Khử sai số từ số liệu đầu vào;
+ Dạng dữ liệu cần có sự tương đương: điểm, đường hoặc diện dùng cho cùng một mô hình phân tích;
+ Tính chặt chẽ trong topology dữ liệu hiển thị;
+ Tính thống nhất của format dữ liệu hiển thị;
Mô hình dữ liệu thuộc tính thống nhất:
+ Dạng dữ liệu thuộc tính dùng cho mô hình phân tích cần thống nhất: dạng số, dạng kí tự, dạng ngày tháng hoặc dạng memo;
+ Số lượng trường dữ liệu thuộc tính cần tương đương;
+ Độ dài trường dữ liệu được xác định;
+ Mối liên kết giữa các trường dữ liệu rõ ràng;
2.3.3.3.Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.
Khi nói về tích hợp tư liệu Viễn thám và GIS (Integration of Remote Sensing and Geographic Information System), người ta dùng viễn thám như một phương tiện cung cấp thông tin, sử dụng ảnh viễn thám mới nhất để cập nhật các đối tượng địa lý mới xuất hiện, sau đó chồng nội dung chuyên đề lên nền bản đồ như một cơ sở để định vị và định lượng. Các thông tin về biến động của đối tượng tự nhiên và môi trường được ghi nhận lại theo thời gian và không gian một cách liên tục và đầy đủ. Sau đó, thông tin được sắp đặt lại theo yêu cầu, đưa vào cơ sở dữ liệu GIS và xử lý tiếp. Khi công việc cụ thể được tiến hành cho lãnh thổ lớn, các thông tin viễn thám ở dạng raster chiếm nhiều bộ nhớ gây ảnh hưởng cho tiến hành đánh giá và làm các bài toán địa lý tiếp theo. Yêu cầu vector hóa được đặt ra, có thể bằng máy theo chương trình lập sẵn hoặc khoanh trực tiếp trên màn hình. Nhiều khi công nghệ giải đoán bằng mắt được ứng dụng phổ cập và các thông tin thu nhận được số hóa lại để nhập vào HTTĐL, đó là phương pháp được ứng dụng khá nhiều trong thực tế các đơn vị sản xuất hiện nay.