6. Ý nghĩa khoa học của đề tài
2.3. Ứng dụng kỹ thuật đánh giá đa chỉ tiêu trong GIS (kết hợp MCE và GIS)
Hệ Thống tin địa lý - GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất, GIS sử dụng thông tin từ nhiều nguồn khác nhau. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược, phân tích địa chất, khí hậu,…). Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng GIS và MCE trong đánh giá đất đai. Có nhiều phương pháp MCE được sử dụng, trong đó phương pháp AHP với ưu điểm là chia nhỏ vấn đề thành cấu trúc thứ bậc, cho phép có sự tham gia của chuyên gia và các bên liên quan trong đánh giá được sử dụng nhiều nhất. Bên cạnh đó, phương pháp kết hợp trọng số tuyến tính và chồng lớp luận lý (AND, OR) thường được sử dụng bởi vì tính dễ hiểu và đơn giản của chúng nên cũng thường được sử dụng.
Ở Việt Nam, công nghệ GIS mới được biết đến vào đầu thập niên 90 cuối thế kỷ XX. Từ đó đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu, dự án về GIS với nhiều quy mô trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Riêng trong lĩnh vực đánh giá thích nghi hầu hết các nghiên cứu đều ứng dụng GIS, chủ yếu tập trung nghiên cứu các tiện ích sẵn có của GIS. Trong khi đó, việc sử dụng GIS và MCE trong đánh giá đất đai còn hạn chế ở Việt Nam. Kiến trúc hệ thống thông tin địa lý như đã được mô tả trong hình 1.1
(chương 1) bao gồm các thành phần cơ bản là CSDL và công cụ phần mềm với khả năng phân tích không gian. Thành phần phần mềm này có thể được mở rộng để sử dụng phương pháp MCE trong việc đánh giá đất đai. Hình 2.6 trình bày sơ đồ tổng quát tích hợp MCE trong GIS [4], [7].
49
Hình 2.6: Sơ đồ tổng quát MCE và GIS Lựa chọn khu vực tối ưu nhất
GIS và AHP AHP Thu thập tài liệu, số liệu khu vực cần đánh giá, chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Tính trọng số từng chỉ tiêu
GIS Xác định một số chỉ tiêu có thể đánh giá
Phân loại và tích điểm các lớp đầu vào
Xác định sơ bộ các khu vực tiềm năng Chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Xác định yêu cầu về địa điểm và chỉ tiêu giới hạn
Xác định các chỉ tiêu còn lại để đánh giá chính xác
Điều tra khảo sát đối chiếu thực địa
Đánh giá tổng hợp các khu vực tiềm năng
Lựa chọn khu vực phù hợp Đánh giáo lựa chọn sơ bộ
50
Đối với bài toán tìm kiếm vị trí chôn lấp bãi rác thải sinh hoạt thì nội dung các bước được thể hiện chi tiết như sau:
Bước 1: Thu thập tài liệu, số liệu khu vực cần đánh giá, chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Đây là bước đầu tiên trong quy trình lựu chọn địa điểm. Mục đích của bước này là tìm hiểu điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu. Đồng thời thu thập bản đồ nền, các số liệu thống kê, quy hoạch,… của khu vực nghiên cứu.
Bước 2: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào
Từ các nguồn bản đồ thu thập được ta chuyển qua định dạng Geodatabase của phần mềm ArcGIS. Cung cấp dữ liệu đầu vào đảm bảo mối quan hệ topology giữa các đối tượng.
Bước 3: Xác định yêu cầu về địa điểm và chỉ tiêu giới hạn
Nhiệm vụ của bước này là xác định yêu cầu của bãi chôn lấp (quy mô, loại bãi,…) và các chỉ tiêu giới hạn để làm cơ sở lựa chọn. Các chỉ tiêu giới hạn dựa trên các quy định, tiêu chuẩn xây dựng bãi chôn lấp rác thải đã được quy định.
Có rất nhiều yếu tố tác động đến việc lựa chọn bãi chôn lấp rác thải với những mức độ ảnh hưởng khác nhau. Do đó cần sắp xếp theo thứ tự và thể hiện bằng trọng số, như đã trình bày ở trên đề tài này sẽ sử dụng kỹ thuật AHP để tính trọng số cho các chỉ tiêu.
Bước 4: Đánh giá lựa chọn sơ bộ
Với một khu vực nghiên cứu rộng lớn vì vậy sẽ rất khó khăn cho các nhà quản lý khi lựa chọn vị trí bãi chôn lấp rác thải. Vì vậy cần phải sàng lọc để đưa ra những khu vực tiềm năng nhất, việc này sẽ được thực hiện theo trình tự sau:
+ Xác định một số chỉ tiêu có thể đánh giá ngay: Trong các chỉ tiêu đặt ra có các chỉ tiêu có thể đánh giá được ngay qua các quy định, tiêu chuẩn, giới hạn theo quy định. Ví dụ như bãi chôn lấp phải nằm cách xa nguồn nước mặt >3km.
+ Phân loại và tính điểm cho các yếu tố đầu vào: Mỗi chỉ tiêu đều có những mức độ thích hợp khác nhau vì vậy ta cần phải tính điểm cho từng chỉ tiêu riêng rẽ. Ví dụ
51
khoảng cách bãi chôn lấp đến khu dân cư thì càng xa càng tốt, còn khoảng cách đến đường giao thông thì càng gần càng tốt để giảm chi phí vận chuyển,…
+ Xác định các khu vực tiềm năng: Sau khi đánh giá sơ bộ các chỉ tiêu ta sẽ lọc được ra các địa điểm tiềm năng, thông thường sẽ lựa chọn 3 đến 4 địa điểm tiềm năng để lựa chọn chính xác.
Bước 5: Lựa chọn chính xác
Từ những khu vực tiềm năng ta tiến hành đánh giá và sàng lọc tiếp để chọn ra địa điểm phù hợp nhất
+ Xác định các tiêu chí còn lại để đánh giá: việc đánh giá này chỉ thực hiện trên các địa điểm tiềm năng với các tiêu chí còn lại sau khi đánh giá sơ bộ;
+ Điều tra khảo sát, lấy ý kiến cộng đồng: Sau khi đánh giá cho các địa điểm tìm năng ta cần tổng hợp dữ liệu, tiến hành khảo sát để xác minh số liệu. Quan trọng nhất là việc lấy ý kiến của chính quyền và nhân dân để biết mức độ chấp thuận của cộng đồng;
+ Đánh giá tổng hợp địa điểm tiềm năng theo từng tiêu chí để lựa chọn địa điểm phù hợp nhất. Với mỗi tiêu chí đánh giá tổng hợp ta đưa ra một ma trận so sánh mức độ yêu tiên của các địa điểm với nhau.
Thực hiện tuần tự các bước với những đánh giá cho từng chỉ tiêu cụ thể ta sẽ thu được địa điểm nào phù hợp nhất để bố trí bãi chôn lấp rác thải sinh hoạt.
52
Chương 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM 3.1. Giới thiệu bài toán:
Nền kinh tế càng phát triển, tốc độ đô thị hoá của các Thành phố ngày một nhanh, diện tích đất phi nông nghiệp ngày một nhiều, dẫn đến phát sinh lượng rác thải sinh hoạt ngày một lớn. Vậy việc xử lý rác thải sẽ diễn ra ở đâu? Đó là vấn đề mà các nhà quy hoạch sử dụng đất của mỗi thành phố cần tìm ra lời giải. Cụ thể ở đây là việc đi tìm địa điểm chôn lấp rác thải sinh hoạt cho một thành phố đảm bảo theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. TCXDVN 261: 2001 [3], [4].
Chọn địa điểm bãi chôn lấp rác thải cho một thành phố là bài toán phân tích không gian phức tạp [2]. Nó đòi hỏi phải đánh giá đồng thời nhiều chỉ tiêu khác nhau về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, môi trường. Để giải quyết bài toán này thì về phương pháp luận, phân tích đa chỉ tiêu là một cách tiếp cận thích hợp nhất, và hệ thông tin địa lý (GIS) là công cụ hỗ trợ quyết định tốt nhất. Hệ thống sẽ giúp nhà quản lý trong việc lựa chọn vùng đất làm bãi rác phù hợp nhất.
Thành phố Bắc Giang hiện đang là đô thị loại 3 và là một trong những Thành phố có tốc độ đô thị hóa nhanh nhất khu vực Đông Bắc. Nhiều khu công nghiệp được xây mới, diện mạo cơ sở hạ tầng của thành phố cũng thay đổi từng ngày,… cùng với sự thay đổi lớn đó là nỗi lo về rác thải sinh hoạt. Mặc dù đã có nhiều đổi mới và tích cực trong công tác thu gom rác thải nhưng với tốc độ đô thị hóa nhanh, khiến cho bãi rác của thành phố bị quá tải, dẫn đến xuất hiện ngày một nhiều các bãi rác tự phát không đảm bảo yêu cầu gây nên khó khăn cho công tác quản lý đất đai mà còn để lại nhiều nguy cơ tiềm ẩn về ô nhiễm môi trường, nguồn nước. Vì thế việc tìm vị trí và xây dựng một bãi rác thải đáp ứng đúng tiêu chuẩn với quy mô phù hợp là một vấn đề cấp thiết của thành phố ( dữ liệu sử dụng trong chương này được trích dẫn từ “Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Bắc Giang năm 2010” của sở tài nguyên môi trường tỉnh Bắc Giang [5].
Đối với bài toán tìm kiếm vị trí bố trí bãi chôn lấp rác thải mà đề tài nghiên cứu thì dữ liệu đầu vào bao gồm có bản đồ nền Thành phố Bắc Giang và các nhóm chỉ tiêu
53
đánh giá như môi trường, kinh tế, xã hội. Đầu ra là các bản đồ chỉ ra khu vực tiềm năng xây dựng bãi chôn lấp rác thải. Đề tài chọn giải pháp đề tài sẽ sử dụng là hệ GIS thương mại, trên cơ sở các công cụ có sẵn sau đó phát triển bổ sung mô đun chương trình có khả năng đánh giá đa chỉ tiêu MCE (hình 3.1).
3.2. Công nghệ sử dụng:
Với một hệ thống phần mềm xử lý kỹ thuật đồ họa nhiều, không phải máy tính nào, cấu hình nào cũng có thể cài đặt được. Vì vậy việc lựa trọn thiết bị cũng là công việc quan trọng, với hệ thống đang nghiên cứu cài đặt trên deskstop thì cần tối thiểu cấu hình Máy tính cấu hình : 1.5GHz intel pentium IV hoặc cao hơn, 512 MB Ram hoặc cao hơn, 1.5GHz, bộ nhớ trống, hệ điều hành Windows 2000 hoặc XP, Internet Explorer 6.0 hoặc cao hơn.
Với bài toán đề tài đặt ra thì có nhiều công cụ để giải quyết bài toán, trong luận văn này em xin được trình bày giải pháp là phần mềm AcrGIS, sử dụng công cụ Euclidean Distance trong bộ công cụ Spatial Analyst của hãng ESRI để phát triển giải quyết bài toán [6].
a. Giới thiệu ArcView GIS
Phần mềm ArcView GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI), ArcView cho phép: Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính); Truy vấn dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau; Hiển thị, truy vấn
ArcGIS
Tools MCE
Bản đồ nền và các tiêu chí đánh giá
Bản đồ tiềm năng
Đầu vào Đầu ra
54
và phân tích dữ liệu không gian; Tạo bản đồ chuyên đề và tạo ra các bản đồ in có chất lượng trình bày cao.
b. Với ArcGIS ta có thể
- Tạo dữ liệu trong ArcView từ các phần mềm khác như Mapinfo, ARC/INFO, MicroStation, AutoCAD, MSAccess Data, DBASE file, Excel file.
- Nội suy, phân tích không gian, ví dụ: từ đường bình độ có thể tạo mô hình bề mặt không gian ba chiều; từ mô hình không gian 3 chiều nội suy ra hướng dòng chảy, hướng sườn, độ dốc. Hoặc, dựa vào giá trị đo được ở những trạm thủy văn trong một khu vực, bạn có thể nội suy bản đồ lượng mưa, nhiệt độ tối cao, tối thấp… của khu vực đó.
- Tạo ra những bản đồ thông minh được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đổ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác.
- Phát triển những công cụ của ArcView bằng ngôn ngữ lập trình Avenue. c. Một số khái niệm cơ bản trong ArcView
Project: Là một căp tài liệu lớn, trong đó lưu trữ 5 loại tài liệu tương ứng với 5 cửa sổ làm việc: View, Tables, Charts, Layouts, Scripts. File Project là một file có định dạng ASCII (mã nhị phân) mà thường có đuôi (*.apr). hi Save Project là bạn ghi lại trạng thái làm việc hiện thời của tất cả các cửa sổ làm việc trên.
View: Là cửa sổ hiển thị và làm việc với dữ liệu không gian. Mỗi view có thể có nhiều lớp thông tin khác nhau (theme).
Theme: Là những lớp thông tin thể hiện hình dạng, phân bố không gian của các đối tượng. Mỗi một theme tương ứng là một file dữ liệu của ArcView. Nó có thể là một shape file (*.shp); là một image (*.tif, *.jpg); là một GRID, là một TIN.
Shapefile: Là định dạng chuẩn của ArcVIew, lưu trữ dữ liệu Vector. Mỗi một Shape file chứa một dạng dữ liệu duy nhất dưới dạng điểm, đường, hoặc vùng.
Image: Là file dữ liệu dạng ảnh. Các định dạng ảnh thông thường của window như *.bmp, *.tif, *.jpg đều được mở trực tiếp trong ArcView
55
Grid: Là một dạng dữ liệu Raster mô tả một bề mặt mang giá trị liên tục. Giá trị mỗi ô lưới(cell) là giá trị của bề mặt tại đó.
3.3. Thu thập dữ liệu địa lý của vùng nghiên cứu
Đây chính bước chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho bài toán, bao gồm bản đồ nền của thành phố Bắc Giang và các số liệu liên quan đến các tiêu chí đánh giá [5].
a. Dữ liệu về vị trí địa lý:
Thành phố Bắc Giang nằm ở tọa độ 21 độ 9 phút đến 21 độ 15 phút vĩ độ Bắc và 106 độ 7 phút đến 106 độ 20 phút kinh độ Đông; phía Bắc giáp huyện Tân Yên; phía Đông giáp huyện Lạng Giang; phía Nam giáp huyện Yên Dũng; phía Tây giáp huyện Việt Yên; diện tích tự nhiên 66,64 km2, gồm 16 đơn vị hành chính (10 phường: Đa Mai, Dĩnh Kế, Hoàng Văn Thụ, Lê Lợi, Mỹ Độ, Ngô Quyền, Thọ Xương, Trần Nguyên Hãn, Trần Phú, Xương Giang, 6 xã: Dĩnh Trì, Đồng Sơn, Song Khê, Song Mai, Tân Mỹ, Tân Tiến); dân số 148.172 nhân khẩu, trong đó khu vực thành thị 70.019, khu vực nông thôn 78.153 (số liệu Tổng điều tra Dân số và nhà ở năm 2011 theo số liệu của báo điện tử Bắc Giang theo số liệu của vụ dân số và lao động tỉnh).
b. Dữ liệu về địa hình địa chất:
Địa hình của Thành phố Bắc Giang tương đối bằng phẳng. Độ cao trung bình 10 đến 15m, điểm cao nhất là 17m và thấp nhất là 7m, với sông thương tự nhiên có hướng dốc dần theo chiều Tây Bắc - Đông Nam.
c. Dữ liệu về hệ thống giao thông
Bắc Giang có các trục giao thông quan trọng của Quốc Gia chạy qua như: đường cao tốc Hà Nội – Lạng Sơn, đường quốc lộ 1A, tuyến đường sắt Hà Nội - Lạng Sơn ra cửa khẩu quốc tế Đồng Đăng. Các trục giao thông liên vùng như: quốc lộ 31, quốc lộ 37 nối Bắc Giang với Lạng Sơn, Móng Cái (Quảng Ninh), với Hải Dương, Hải Phòng ra cảng Cái Lân (Quảng Ninh) và các tuyến đường thuỷ chạy dọc theo con sông Thương, tàu thuyền có thể đi lại quanh năm.
56
d. Dữ liệu về khí hậu:
Thành phố Bắc Giang có điều kiện khí hậu chung với tỉnh Bắc Giang, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa của vùng Đông Bắc. Đặc điểm chung của khí hậu là phân hoá theo mùa và lãnh thổ phụ thuộc vào chế độ hoàn lưu gió mùa và điều kiện địa hình địa phương. Các thông số liên quan đến khí hậu của khu vực dựa chủ yếu vào số liệu của Sở tài nguyên và môi trường tỉnh Bắc Giang:
+ Gió thổi theo mùa: Mùa đông (từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau) các hướng gió thịnh hành là Đông Bắc và Bắc; Mùa hè (từ tháng 3 đến tháng 8), là Đông Nam với tần suất dao động trong khoảng 20 – 40%;
+ Nhiệt độ trung bình năm từ 23- 24,10C;
+ Độ ẩm không khí trung bình năm đạt 80,4 – 82%;
+ Tổng lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.400 - 1.730mm;
+ Mưa tập trung chủ yếu vào các tháng 7, 8,9, lượng mưa mùa mưa chiếm tới 80 - 90% lượng mưa năm;
+ Lượng mưa thấp nhất là vào tháng 1 và tháng 12;
+ Lượng bốc hơi (PET) đạt 1.000 – 1.100 mm/năm, lớn nhất vào mùa hè.