Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

159
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn nhằm xác định các hệ số xói mòn đất để xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc bằng công nghệ GIS theo phương trình mất đất phổ dụng biến đổi của USLE; từ kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu xói mòn và đề xuất một số biện pháp hạn chế xói mòn đất của vùng Tây Bắc Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ TOAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DỰ BÁO XÓI MÒN ĐẤT VÙNG TÂY BẮC VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ TOAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG BẢN ĐỒ DỰ BÁO XÓI MÒN ĐẤT VÙNG TÂY BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành : Khoa học môi trường Mã số : 60 85 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN CỰ 2
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, Tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Khoa học đất – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: + PSG.TS Nguyễn Xuân Cự, Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN, thầy đã hết mức nhiệt tình, đã chỉ dạy cho tôi, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. + Th.S Nguyễn Quốc Việt , Bộ môn Khoa học đất Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện làm luận văn. Xin bày tỏ lòng biết ơn đến bố, mẹ, các thầy cô trong bộ môn Khoa học đất cũng như các thầy cô trong Khoa Môi trường, các anh, các chị và bạn bè đã động viên hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả luận văn 3
Nguyễn Thị Toan MỤC LỤC MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................10 1.1. Giới thiệu về hệ thông tin địa lý GIS..............................................................10 1.1.1 Khái niệm GIS..............................................................................................10 1.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thông tin địa lý GIS..............................................10 1.1.3 Các thành phần của hệ thông tin địa lý.........................................................11 1.1.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS...............................................................12 1.1.5 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS...................................................................14 1.1.6 Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và ở Việt Nam..................................15 1.2 Xói mòn, các phương pháp nghiên cứu và các biện pháp phòng chống xói mòn ................................................................................................................................. 18 1.2.1 Tổng quan về xói mòn đất.............................................................................18 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu xói mòn đất...........................................................30 1.3. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng Tây Bắc...................33 1.3.1. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Hòa Bình.................33 1.3.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Sơn La....................38 4
1.3.3. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Điện Biên...............42 1.3.4. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Lai Châu..................45 1.4. Hiện trạng sử dụng đất của các tỉnh vùng Tây Bắc Việt Nam......................49 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................52 2.1. Nội dung nghiên cứu........................................................................................52 2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN................................55 3.1 Quy trình xây dựng bản đồ xói mòn đất.........................................................55 3.1.1 Khái quát chung về phương trình mất đất phổ dụng (Universal Soil Loss Equation USLE)....................................................................................................55 3.1.2 Quy trình tiến hành thành lập bản đồ xói mòn đất.......................................56 3.1.3 Các bước tiến hành........................................................................................57 3.2 Xây dựng các bản đồ thành phần vùng Tây Bắc Việt Nam............................58 3.2.1 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố đất (K)...............................................58 3.2.2 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố mưa (R).............................................62 3.2.3 Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố thảm thực vật (C)....................................65 3.2.4 Bản đồ hệ số xói mòn đất do yếu tố địa hình (SL)......................................70 3.2.5 Bản đồ hệ số xói mòn do canh tác (P) ......................................................72 3.3 Xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc......................................73 3.3.1. Xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất tiềm năng vùng Tây Bắc và các tỉnh thuộc vùng Tây Bắc................................................................................................73 3.3.2. Xây dựng bản đồ xói mòn đất hiện trạng vùng Tây Bắc và các tỉnh thuộc vùng Tây Bắc..........................................................................................................81 3.4 Một số biện pháp kỹ thuật hạn chế xói mòn đất............................................89 3.4.1. Kỹ thuật canh tác nông nghiệp trên đất dốc................................................89 3.4.2. Một số biện pháp kỹ thuật khác...................................................................91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................93 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................96 5
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hưởng của lượng mưa đến xói mòn đất......................................23 Bảng 1.2: Mối quan hệ giữa độ dốc và xói mòn đất trong điều kiện trồng một số loại cây khác nhau...................................................................................................24 Bảng 1.3: Bảng phân loại độ dốc..........................................................................25 Bảng 1.4: Ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc tới lượng đất mất do xói mòn....25 Bảng 1.5: Ảnh hưởng của cây cà phê và độ dốc đến lượng đất mất do xói mòn 28 Bảng 1.6: Hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Lai Châu và tỉnh Điện Biên vùng Tây Bắc Việt Nam.........................................................................................................50 Bảng 1.7: Hiện trạng sử dụng đất của các tỉnh Hòa Bình và tỉnh Sơn La vùng Tây Bắc Việt Nam.........................................................................................................50 Bảng 3.1: Hệ số xói mòn đất của một số loại đất ở Việt Nam...........................59 Bảng 3.2. Hệ số xói mòn do yếu tố đất K của vùng Tây Bắc Việt Nam.............60 Bảng 3.3: Hệ số R của vùng Tây Bắc Việt Nam..................................................64 6
Bảng 3.4: Hệ số xói mòn đất do yếu tố lớp phủ thực vật theo tác giả Nguyễn Ngọc Lung và Võ Đại Hải.....................................................................................68 Bảng 3.5: Hệ số xói mòn đất do yếu tố lớp phủ thực vật theo tác giả Lại Vĩnh Cầm............................................................................................................................. ................................................................................................................................. 68 Bảng 3.6: Hệ số xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật vùng Tây Bắc Việt Nam (C)............................................................................................................................... ................................................................................................................................. 69 Bảng 3.7: Hệ số xói mòn đất do yếu tố địa hình ở vùng Tây Bắc Việt Nam (SL) 72 Bảng 3.8: Phân cấp xói mòn tiềm năng vùng Tây Bắc Việt Nam.........................74 Bảng 3.9: Phân cấp xói mòn tiềm năng tỉnh Hòa Bình..........................................76 Bảng 3.10: Phân cấp xói mòn tiềm năng tỉnh Điện Biên.......................................78 Bảng 3.11: Phân cấp xói mòn tiềm năng tỉnh Sơn La............................................79 Bảng 3.12: Phân cấp xói mòn tiềm năng tỉnh Lai Châu.........................................80 Bảng 3.13: Phân cấp hiện trạng xói mòn vùng Tây Bắc Việt Nam......................82 Bảng 3.14: Phân cấp xói mòn đất hiện trạng tỉnh Hòa Bình.................................84 Bảng 3.15: Phân cấp xói mòn đất hiện trạng tỉnh Điện Biên...............................86 Bảng 3.16: Phân cấp xói mòn đất hiện trạng tỉnh Sơn La....................................87 Bảng 3.17: Phân cấp xói mòn đất hiện trạng tỉnh Lai Châu.................................88 7
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các hợp phần cơ bản của GIS...............................................................12 Hình 1.2: Cấu trúc vector và raster.........................................................................12 Hình 3.1: Tiến trình xây dựng bản đồ xói mòn đất...............................................57 Hình 3.2: Bản đồ các loại đất vùng Tây Bắc Việt Nam.......................................58 Hình 3.3: Các bước thành lập bản đồ hệ số K......................................................61 8
Hình 3.4. Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố đất vùng Tây Bắc Việt Nam (K)......62 Hình 3.4. Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố đất vùng Tây Bắc Việt Nam (K)......62 Hình 3.5: Bản đồ lượng mưa trung bình của vùng Tây Bắc Việt Nam................63 Hình 3.6: Các bước bước xây dựng bản đồ hệ số R.............................................64 Hình 3.7: Bản đồ hệ số xói mòn do mưa vùng Tây Bắc Việt Nam (R)................65 Hình 3.8: Bản đồ rừng các các vùng sinh thái khác nhau của vùng Tây Bắc Việt Nam.........................................................................................................................66 Hình 3.9: Bản đồ xói mòn do yếu tố thảm phủ thực vật vùng Tây Bắc Việt Nam (C)............................................................................................................................... ................................................................................................................................. 70 Hình 3.10: Các bước xây dựng bản đồ hệ số LS..................................................71 Hình 3.11: Bản đồ hệ số xói mòn do yếu tố địa hình vùng Tây Bắc Việt Nam (SL)............................................................................................................................. ................................................................................................................................. 72 Hình 3.12: Bản đồ xói mòn đất tiềm năng vùng Tây Bắc Việt Nam (V).............74 Hình 3.13: Bản đồ xói mòn đất tiềm năng tỉnh Hòa Bình.....................................75 Hình 3.14: Bản đồ xói mòn đất tiềm năng tỉnh Điện Biên....................................77 Hình 3.15: Bản đồ xói mòn đất tiềm năng tỉnh Sơn La.........................................79 Hình 3.16: Bản đồ xói mòn đất tiềm năng tỉnh Lai Châu......................................80 Hình 3.17: Bản đồ xói mòn đất hiện trạng vùng Tây Bắc Việt Nam...................82 Hình 3.18: Bản đồ xói mòn đất hiện trạng tỉnh Hòa Bình.....................................83 Hình 3.19: Bản đồ xói mòn đất hiện trạng tỉnh Điện Biên...................................85 Hình 3.20: Bản đồ xói mòn đất hiện trạng tỉnh Sơn La........................................87 Hình 3.21: Bản đồ xói mòn hiện trạng tỉnh Lai Châu............................................88 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATGT : An toàn giao thông 9
CSDL : Cơ sở dữ liệu CK : Cùng kỳ BTS : Trạm thu phát sóng di động GIS : Hệ thống thông tin địa lý GD&ĐT : Giáo dục và đào tạo HCV : Huy chương vàng HCB : Huy chương bạc HCĐ : Huy chương đồng HIV/AIDS : Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải KH : Kế hoạch NXB Nhà xuất bản TP : Thành phố USD : Đô la Mỹ XDNTM : Xây dựng nông thôn mới XMTN Xói mòn đất tiềm năng XMHT Xói mòn đất hiện trạng MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tai biến môi trường đã và đang là hiểm họa lớn đối với loài người vì những tác động tiêu cực mà chúng gây nên, trong đó vấn đề xói mòn đất gây những tác động không nhỏ đến cuộc sống con người, đặc biệt là những nước có nền kinh tế chủ yếu phụ thuộc vào nông nghiệp. Ở đây, xói mòn đất không 10
chỉ là vấn đề riêng của một khu vực hay của một quốc gia nào đó mà đang là vấn đề có tính chất toàn cầu. Nghiên cứu để nắm vững quy luật của xói mòn đất nhằm tìm ra những giải pháp phòng tránh và giảm nhẹ những thiệt hại do xói mòn đất gây ra là một vấn đề hết sức quan trọng trong chiến lược ứng xử với môi trường của nhiều nước cũng như của Việt Nam. Trong những hướng nghiên cứu về xói mòn đất thì thành lập bản đồ để dự báo xói mòn đất là một trong những nội dung có tính chất tổng hợp nhất và đang được quan tâm chú ý. Có nhiều phương pháp nghiên cứu về xói mòn đất song phương pháp thành lập bản đồ xói mòn đất có ứng dụng hệ thống thông tin địa lý là một phương pháp nghiên cứu có sự kết hợp giữa phương pháp hiện đại và truyền thống của nhiều lĩnh vực thuộc về khoa học trái đất. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu có giá trị về xói mòn đất cũng như các hậu quả mà nó gây ra, điều đó cũng góp một phần không nhỏ trong việc phòng tránh, giảm nhẹ những thiệt hại do xói mòn đất gây ra. Hướng nghiên cứu này cũng đã được triển khai ở Việt Nam từ nhiều năm nay, song những đóng góp về mặt khoa học và giá trị thực tiễn của những đề tài đó vẫn còn bị hạn chế. Do đó còn có nhiều vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu, đặc biệt là vấn đề sử dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến. Như vậy, việc xây dựng bản đồ xói mòn đất có vai trò quan trọng trong công tác quản lý, bảo vệ và chống xói mòn. Cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, nhất là sự phát triển của công nghệ thông tin, việc thành lập bản đồ đã được tự động hóa cao và cập nhập thông tin nhanh chóng đáp ứng được yêu cầu thực tiễn. Việc thành lập bản đồ xói mòn ở đây không chỉ đưa ra nguyên nhân và thực tế của xói mòn mà còn có thể định hướng được các biện pháp phòng chống. Thực tiễn đã cho thấy sự cần thiết không thể thiếu được của các loại bản đồ khác nhau, bản đồ dự báo xói mòn đất cũng vậy, trong đó nó chứa cả một khối lượng công việc không nhỏ như tính toán 11
lượng đất mất hàng năm, ảnh hưởng của thảm thực vật, hệ thống thủy văn và yếu tố địa hình…. Theo phân vùng sinh thái nông nghiệp Việt Nam, các tỉnh vùng Tây Bắc Việt Nam gồm có: tỉnh Hòa Bình, tỉnh Điện Biên, tỉnh Lai Châu và tỉnh Sơn La. Các tỉnh có địa hình chủ yếu là đồi núi, bị chia cắt mạnh, địa hình dốc là tương đối lớn và lượng mưa trung bình từ 1.800 – 2.600 mm/năm. Các tỉnh này cũng có nhiều tai biến môi trường xảy ra, đặc biệt là xói mòn đất, đã gây thiệt hại và ảnh hưởng không nhỏ tới điều kiện môi trường và kinh tế xã hội của các tỉnh. Xói mòn đất đã và đang xảy ra, kèm theo đó là xói mòn đất tiềm năng là nguy cơ gây ra xói mòn đất rất cao mà hậu quả không thể lường hết được. Chính vì những lý do đó mà tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng GIS xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc Việt Nam” với hy vọng sẽ góp phần nhỏ trong việc phòng chống xói mòn đất trong cả nước nói chung và vùng Tây Bắc nói riêng. 2. Mục tiêu đề tài Xác định các hệ số xói mòn đất để xây dựng bản đồ dự báo xói mòn đất vùng Tây Bắc bằng công nghệ GIS theo phương trình mất đất phổ dụng biến đổi của USLE. Từ kết quả nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng GIS trong nghiên cứu xói mòn và đề xuất một số biện pháp hạn chế xói mòn đất của vùng Tây Bắc Việt Nam. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Khẳng định khả năng ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đánh giá xói mòn đất của vùng Tây Bắc Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn: 12
+ Xây dựng được cơ sở dữ liệu về đánh giá xói mòn đất, nguy cơ xói mòn theo phương trình mất đất phổ dụng biến đổi (USLE) của vùng Tây Bắc Việt Nam. Góp phần cung cấp thông tin dữ liệu bản đồ, số liệu thuộc tính về điều kiện tự nhiên của vùng. + Góp phần giúp cho các nhà khoa học nông, lâm nghiệp sử dụng các mô hình phòng chống xói mòn một cách hiệu quả. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Vùng Tây Bắc Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: + Về không gian: Vùng Tây Bắc Việt Nam gồm có 04 tỉnh là tỉnh Hòa Bình, tỉnh Điện Biên, tỉnh Sơn La và tỉnh Lai Châu. Ranh giới hành chính của các tỉnh được xác định trên bản đồ địa giới hành chính và bản đồ đất. + Về thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 3/2012 đến tháng 11/2012. 13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu về hệ thông tin địa lý GIS 1.1.1 Khái niệm GIS Hệ thống thông tin địa lý thường được gọi tắt là GIS do viết tắt của chữ tiếng Anh: Geographical Information System. “Hệ thống Thông tin Địa Lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian.” (National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) 1.1.2 Lịch sử phát triển của hệ thông tin địa lý GIS Sơ lược quá trình phá triển GIS trên thế giới: Đầu 60x: Hệ GIS đầu tiên của thế giới ra đời vào những năm 60 (1964) ở Canada với tên gọi CGIS (Canadian Geographic Information System) với mục đích điều tra và quản lý tài nguyên rộng lớn của đất nước. Song song đó các trường đại học và viện nghiên cứu của Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu về GIS. Đây là lần đầu tiên người ta số hoá các bản đồ, chồng ghép và dùng máy tính để đưa ra các thông tin phân tích, tổng hợp. Năm 1968: Hội Địa Lý Quốc tế thành lập "Uỷ ban thu nhận và xử lý dữ liệu Địa lý”. Ý tưởng đã hình thành và được chấp nhận nhưng còn nhiều hạn chế do công nghệ. Những năm 70x: Đứng trước sự gia tăng nhu cầu quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường nhiều hệ GIS ra đời và phát triển. Công nghệ máy tính đạt được nhiều tiến bộ cũng thúc đẩy việc phát triển GIS. Cũng vào những năm này, các hệ xử lý ảnh viễn thám ra đời và phát triển, đẩy mạnh một hướng nghiên cứu mới kết hợp GIS với viễn thám. 14
Bắt đầu xuất hiện các hệ GIS áp dụng với quy mô lãnh thổ nhỏ, các phần mềm GIS được thương mại hóa ESRI, GIMMS, SYNERCOM, INTERGRAPH, CALMA, COMPUTERVISION,… Những năm 80: Công nghệ máy tính phát triển là tiền đề cho sự phát triển GIS. Trong thời kỳ này, người ta bắt đầu tập trung giải quyết những vấn đề kỹ thuật sâu như sai số dữ liệu, chuyển đổi format. Hình thành các hệ GIS chuyên dụng: quản lý đất (LIS), quản lý cảng (PMIS Port MIS), quản lý đất và nước (ILWIS) và phát sinh thêm nhiều ứng dụng thực tế (quản lý xã hội, an ninh quốc phòng…). Đây thực sự là thời kỳ bùng nổ ứng dụng GIS trên thế giới. Những năm 90x và hiện nay: Việc đa dạng hóa nhu cầu dử dụng dẫn đến việc có rất nhiều phần mềm GIS với các quy mô, đặc điểm khác nhau. Mặt khác, dữ liệu được tích luỹ khá nhiều và xuất hiện yêu cầu bức xúc của việc chuẩn hóa dữ liệu, mở rộng địa bàn trao đổi phục vụ. Như vậy, trong vài thập kỷ vừa qua, GIS đã phát triển rất nhanh và trở thành công cụ chủ yếu để khai thác thông tin địa lý một cách hiệu quả. Bên cạnh GIS, Ngành Viễn thám (Remote SensingRS) và Hệ thống định vị toàn cầu (Global Position System GPS) đã cung cấp công cụ để thu thập thông tin địa lý nhanh chóng và chính xác. Sự kết hợp của bộ ba này đã tạo ra công nghệ mới (công nghệ 3S) và đây sẽ chính là một trong những mũi nhọn phát triển khoa học kỹ thuật trong thế kỷ mới. 1.1.3 Các thành phần của hệ thông tin địa lý Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là:  Thiết bị phần cứng: Máy vi tính, máy vẽ, máy in, bàn số hoá…  Phần mềm: ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS, SPANS…  CSDL địa lý tổ chức theo chuyên ngành, mục đích nhất định  Kiến thức chuyên gia, chuyên ngành 15
 Chính sách và cách thức quản lý Hình 1.1: Các hợp phần cơ bản của GIS 1.1.4 Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS [2] Một cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại dữ liệu cơ bản: Dữ liệu không gian và phi không gian. Mỗi loại có những đặc điểm riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu giữ số liệu, hiệu quả, xử lý và hiển thị. 1.1.4.1 Cấu trúc dữ liệu trong GIS Có hai dạng cấu trúc dữ liệu cơ bản trong GIS, đó là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Đặc điểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS là: Dữ liệu không gian (bản đồ) và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong cùng một cơ sở dữ liệu (CSDL) và có quan hệ chặt chẽ với nhau. Hình 1.2: Cấu trúc vector và raster 1.1.4.2. Các kiểu dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc, đó là dạng raster và dạng vector. Cấu trúc raster: Có thể hiểu đơn giản là một “ảnh” chứa các thông tin về một chuyên đề mô phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó bằng một lưới (đều hoặc không đều) gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ này gọi là những pixel hay cell. Giá trị của pixel là thuộc tính của đối tượng. Kích thước pixel càng nhỏ thì đối tượng càng được mô tả chính xác. Một mặt phẳng chứa đầy các pixel tạo thành raster. Cấu trúc này thường được áp dụng để mô tả các đối tượng, hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, dùng để lưu giữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, hàng không, vũ trụ...). Một số dạng mô hình biểu diễn bề mặt như DEM (Digital Elevation Model), DTM (Digital Terrain Model), TIN (Triangulated Irregular Network) trong CSDL cũng thuộc dạng raster . 16
Ưu điểm của cấu trúc dữ liệu dạng raster là dễ thực hiện các chức năng xử lý và phân tích. Tốc độ tính toán nhanh, thực hiện các phép toán bản đồ dễ dàng. Dễ dàng liên kết với dữ liệu viễn thám. Cấu trúc raster có nhược điểm là kém chính xác về vị trí không gian của đối tượng. Khi độ phân giải càng thấp (kích thước pixel lớn) thì sự sai lệch này càng tăng Cấu trúc vector: Cấu trúc vector mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng. Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng (region hay polygon). Điểm được xác định bằng một cặp tọa độ X,Y. Đường là một chuỗi các cặp tọa độ X,Y liên tục. Vùng là khoảng không gian được giới hạn bởi một tập hợp các cặp tọa độ X,Y trong đó điểm đầu và điểm cuối trùng nhau. Với đối tượng vùng, cấu trúc vector phản ảnh đường bao. Cấu trúc vector có ưu điểm là vị trí của các đối tượng được định vị chính xác (nhất là các đối tượng điểm, đường và đường bao). Cấu trúc này giúp cho người sử dụng dễ dàng biên tập bản đồ, chỉnh sửa, in ấn. Tuy nhiên cấu trúc này có nhược điểm là phức tạp khi thực hiện các phép chồng xếp bản đồ. Dữ liệu thuộc tính: Dữ liệu thuộc tính dùng để mô tả đặc điểm của đối tượng. Dữ liệu thuộc tính có thể là định tính mô tả chất lượng hay là định lượng. Về nguyên tắc, số lượng các thuộc tính của một đối tượng là không có giới hạn. Để quản lý dữ liệu thuộc tính của các đối tượng địa lý trong CSDL, GIS đã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các đối tượng thông qua các bảng số liệu. Mỗi bản ghi (record) đặc trưng cho một đối tượng địa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của đối tượng đó. 17
Các dữ liệu trong GIS thường rất lớn và lưu trữ ở các dạng file khác nhau nên tương đối phức tạp. Do vậy để quản lý, người ta phải xây dựng các cấu trúc chặt chẽ cho các CSDL, có các cấu trúc cơ bản sau: + Cấu trúc phân nhánh + Cấu trúc mạng + Cấu trúc quan hệ 1.1.5 Các lĩnh vực ứng dụng của GIS Nhờ khả năng phân tích không gian, và xử lý đa dạng thông tin, kỹ thuật GIS hiện nay được xem như là “công cụ hỗ trợ quyết định” và được ứng dụng phổ biến trong nhiều lãnh vực. Dưới đây, xin nêu ra một số ứng dụng của GIS trong các lĩnh vực chính như: + Trong lãnh vực điều tra và quản lý, và khai thác tài nguyên: GIS được sử dụng như là công cụ giám sát, phân tích, tìm hiểu nguyên nhân gây ra tai biến môi trường từ đó có cơ sở dự báo tai biến, rủi ro trong tương lai… + Trong lãnh vực lâm nghiệp: GIS được sử dụng trong điều tra và quản lý tài nguyên rừng, quản lý rừng đầu nguồn, phát triển cơ sở hạ tầng, trồng rừng, tái tạo và bảo vệ rừng. + Trong lĩnh vực nông nghiệp: Nghiên cứu điều tra đất đai, theo dõi hiện trạng sử dụng đất, đánh giá đất đai, quy hoạch và quản lý đất nông nghiệp, nghiên cứu năng suất cây trồng, nghiên cứu hệ thống canh tác… + Trong lĩnh vực nghiên cứu và bảo vệ môi trường: Bảo vệ động vật hoang dã, đánh giá tác động môi trường, quản lý tài nguyên nước mặt, nước ngầm… + Trong lĩnh vực địa chính : GIS được sử dụng như một công cụ để điều tra và xây dựng cơ sở dữ liệu về đất đai phục vụ cho mục đích quản lý. + Trong quản lý đô thị và các công trình công cộng: GIS được ứng dụng rất có hiệu quả như trong các ngành dịch vụ thông tin, giao thông công cộng, điện, nước, cung cấp khí đốt… 18
+ Trong lĩnh vực thương mại người ta cũng ứng GIS để quản lý và phân phối hàng hóa, nghiên cứu và phân vùng thị trường, mạng lưới tiếp thị…. 1.1.6 Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.6.1. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới Việc ứng dụng GIS phục vụ theo dõi, quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường đã được một số nước trên thế giới ứng dụng từ những năm 1970. Tuy nhiên, ở Việt Nam do thiếu kinh phí, các trang thiết bị thu phát vệ tinh nên viễn thám và GIS chỉ mới được đưa vào ứng dụng trong thập kỷ vừa qua. Tại Mỹ, GIS đã được ứng dụng khá rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường: trong đánh giá đất đai, trong quy hoạch không gian, quản lý đất đai khí tượng thủy văn, dự báo thời tiết, giám sát thay đổi môi trường [50]... Tại Đức đã sử dụng dữ liệu độ cao của GIS kết hợp với dữ liệu vệ tinh để dự báo đặc tính vật lí của đất. Tại Úc, Hệ thống Thông tin Tài nguyên Úc đã được thực hiện từ những năm 1970 nhằm hỗ trợ đưa ra những quyết định kiên quan đến các vấn đề về sử dụng đất, môi trường... Ở BangLadesh, Viện Nghiên cứu Nông nghiệp bắt đầu triển khai dự án GIS từ năm 1996, với mục tiêu là thiết lập hệ thống thông tin tài nguyên nông nghiệp dựa trên cơ sở GIS, sử dụng cơ sở dữ liệu thông tin địa lý vùng sinh thái nông nghiệp (AEZ/GIS) để phát triển công nghệ và chuyển giao vào sản xuất nông nghiệp. Từ khi giới thiệu GIS tại Viện nghiên cứu Nông nghiệp, nhiều hoạt động đã được thực hiện sử dụng hệ thống cở sở dữ liệu AEZ/GIS . Hệ thống cơ sở dữ liệu AEZ là cở sở thông tin cơ bản phục vụ ta quyết định, nhiều cơ quan tổ chức quy hoạch quốc gia thể hiện đang sử dụng hệ thống AEZ/GIS cho mục đích quy hoạch vĩ mô và vi mô [43]. 19
Ở Hà Lan, GIS và viễn thám được ứng dụng mạnh mẽ ở hầu hết tất cả các lĩnh vực trong đời sống. Bốn cơ quan nghiên cứu hàng đầu của Hà Lan: ITC Enschede, TU Delft, đại học Utrecht và Wageningen UR chuyên nghiên cứu những ứng dụng tiên tiến của GIS và viễn thám như quản lý các thông tin, dữ liệu không gian địa lý, không gian cơ sở hạ tầng, trong nông nghiệp....[42]. Ở Anh đã ứng dụng GIS và phương pháp đánh giá đất của FAO để đánh giá đất đai, xây dựng bản đồ đơn vị đất đai trên cơ sở các lớp thông tin chuyên đề: khí hậu, đất, độ dốc, pH và các thông tin về vụ mùa đối chiếu với yêu cầu sử dụng đất của khoai tây để lập bản đồ thích hợp đất đai. Ở Thái Lan, Đại học Yakohama – Nhật Bản và Viện Công nghệ Châu Á từ năm 1998 đã ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý nguồn tài nguyên. Đại học Khon ken cũng đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng GIS trong tìm đất thích hợp cho cây lúa. FAO cũng đã ứng dụng viễn thám và GIS trong nhiều lĩnh vực nghiên của đời sống, trong mô hình phân vùng sinh thái nông nghiệp (AgroEcological ZoneAZE) để đánh giá đất đai thế giới ở tỷ lệ 1/5.000.000 [46]. 1.1.6.2. Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam Ở Việt Nam, GIS đã có mặt ở rất nhiều các nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau và đã có những kết quả đáng kể. GIS đã được sử dụng trong các trường đại học, viện nghiên cứu trong các ứng dụng về quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường, trong quản lý tài nguyên rừng, tài nguyên nước và các quản lý hành chính khác. Các trường Đại học KHTN TP Hồ Chí Minh, trường Đại học Nông Lâm Thủ Đức, Đại học Huế, Đại học KHTN Hà Nội, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Quy hoạch rừng, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp,.... đã có nhiều thành tựu trong nghiên cứu phát triển ứng dụng GIS, như tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất với công cụ GIS và viễn thám; xây dựng CSDL phục vụ thị trường bất động sản, ứng dụng GIS trong đánh giá đất; ứng dụng GIS tính toán các tham số trong phương trình mất đất phổ dụng USLE để nghiên 20