Luận văn: Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ môi trường và phát triển bền vững : Luận văn ThS. Khoa học Môi trường và bảo vệ môi trường: 60 85 02
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Ngày: 2011
Chủ đề: Geographic Information System
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
Khoa học môi trường
Phú Thọ
Cơ sở dữ liệu
Miêu tả: 90 tr. + CD-ROM + Tóm tắt
Luận văn ThS. Khoa học môi trường -- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ bản tỉnh Phú Thọ. Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về sinh thái tài nguyên môi trường. Phát triển các ứng dụng GIS bằng việc cập nhật, truy cập, và xử lý thông tin nhằm phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trường của tỉnh theo hướng phát triển bền vững: thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tượng và phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS, nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trường, đánh giá khái quát tài nguyên - môi trường tỉnh Phú Thọ, xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ, xác định các chuyên đề về sinh thái tài nguyên - môi trường, xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trường
MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊNCỨU........................................ 4 1.1 Hệ thống thông tin địa lý(GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực tiễn............................................................................................................. 4 1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển............................................... 4 1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)...................................... 6 1.1.3 Các chức năng của GIS....................................................................... 8 1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS.......................................................................................... 10 1.1.4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS......................................................... 10 1.1.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS........................................................... 11 1.1.4.3 Cơ sở dữ liệu thuộc tính .............................................................. 14 1.1.4.4 Mối liên kết dữ liệu...................................................................... 14 1.1.4.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu................................................................... 15 1.1.4.6 Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS.............................................................. 17 1.1.5 Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ tài nguyên - môi trƣờng ……………………………………….……………………… 18 1.1.5.1 Trên thế giới…………………………………………………… 18 1.1.5.2 Ở Việt Nam …………….……………………………………… 22 1.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên - môi trƣờng......................................................... 23 1.2.1 Các giải pháp công nghệ GIS............................................................... 23 1.2.2 Tích hợp tƣ liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS............. 24
1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu................................................................................................... 25 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS trong lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng tỉnh Phú Thọ.................................................................................. 26 Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 28 2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 28 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 28 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................ 33 3.1 Đánh giá khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội.............................. 33 3.1.1 Vị trí địa lý....................................................................................... 33 3.1.2 Đặc điểm tự nhiên............................................................................ 34 3.1.3 Kinh tế - xã hội…………………………………………………… 35 3.2 Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ....................... 37 3.2.1 Tài nguyên môi trƣờng đất.............................................................. 37 3.2.2 Tài nguyên môi trƣờng nƣớc........................................................... 39 3.2.3 Tài nguyên môi trƣờng không khí................................................... 48 3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững............................................................................................................. 51 3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý................................................... 52 3.3.2 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý...................................... 61 3.3.3Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trƣờng................................................................................................................. 64 3.3.4 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái môi trƣờng.... 71 3.3.5 Phát triển ứng dụng GIS trong bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững.......................................................................................... 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………...….…….............................. 87 PHỤ LỤC........................................................................................................... 90
MỞ ĐẦU Ngày nay, trên thế giới cùng với sự bùng nổ về dân số, là sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng nhƣ việc khai thác tài nguyên thiên nhiên một cách quá mức, làm cho các nguồn tài nguyên dần dần cạn kiệt. Các quá trình đó thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn chất thải các loại làm cho môi trƣờng sống trên trái đất bị mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm nguồn nƣớc, không khí, ô nhiễm đất… gây nên tình trạng lũ lụt, lở đất, hạn hán trên toàn thế giới. Chính vì vậy, ô nhiễm môi trƣờng là vấn đề đang đƣợc sự quan tâm của toàn nhân loại. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặc biệt trong việc thu nhận và xử lý số, việc tích hợp từ dữ liệu Viễn thám (Remote Sensing-RS), hệ thống định vị toàn cầu (Global Possition System - GPS), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) đã và đang đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu tài nguyên môi trƣờng, nghiên cứu các tai biến, thiên tai…và thu đƣợc những kết quả đáng ghi nhận Phú Thọ là tỉnh thuộc vùng miền núi trung du Bắc Bộ, nằm trong khu vực giao lƣu giữa vùng Đông Bắc, đồng bằng sông Hồng và vùng Tây Bắc, Phú Thọ có vị trí địa lý mang ý nghĩa là trung tâm của tiểu vùng Tây - Đông - Bắc; cách trung tâm Hà Nội 80km, cách sân bay Nội Bài 60km, Phú Thọ nằm ở trung tâm các hệ thống giao thông đƣờng bộ, đƣờng sắt và đƣờng sông từ các tỉnh thuộc Tây - Đông - Bắc đi Hà Nội, Hải Phòng và các nơi khác, là nơi trung chuyển hàng hóa thiết yếu, cầu nối giao lƣu kinh tế - văn hóa - khoa học, kỹ thuật giữa các tỉnh của đồng bằng Bắc Bộ với các tỉnh Trung du miền núi Bắc Bộ. Ngoài ra, Phú Thọ còn có các yếu tố khác để phát triển kinh tế - xã hội nhƣ con ngƣời, tài nguyên, các khu công nghiệp, khu du lịch văn hoá lịch sử Đền Hùng, khu du lịch sinh thái Xuân Sơn… Trong những năm gần đây, cùng với việc tăng thêm các cơ sở sản xuất, các khu tập trung dân cƣ phát triển ngày càng nhiều, nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm vật chất cũng ngày càng lớn, những điều đó tạo điều kiện kích thích các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ mở rộng và phát triển nhanh chóng, nâng cao mức sống chung của xã hội; mặt khác cũng gây ra sự ô nhiễm, suy thoái các thành phần tài nguyên - môi trƣờng ngày một nghiêm trọng. Trong thời gian tới,
về bảo vệ môi trƣờng của Tỉnh Phú Thọ là tăng cƣờng công tác quản lý tài nguyên - môi trƣờng, ngăn ngừa ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, không khí, quản lý chất thải rắn ... cải thiện hiện trạng sử dụng đất, phục hồi và bảo tồn đa dạng sinh học, từng bƣớc nâng cao chất lƣợng môi trƣờng ở các khu công nghiệp, đô thị và nông thôn, góp phần phát triển bền vững. Muốn có các hoạt động bảo vệ môi trƣờng và sử dụng tài nguyên thiên nhiên hiệu quả, cần có một cơ sở dữ liệu đầy đủ và đƣợc xây dựng trong một hệ thống thông tin hiện đại, đáp ứng đƣợc các nhu cầu diễn biến mạnh mẽ trong thời đại hiện nay. Trong những năm gần đây, GIS đã đƣợc sử dụng phổ biến ở nƣớc ta. Với ƣu điểm nổi trội về khả năng cập nhật, lƣu trữ, phân tích, hiển thị và chia sẻ thông tin, GIS thực sự đã trở thành công cụ hiện đại và có hiệu quả nhất hỗ trợ công tác xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng. Với ý nghĩa khoa học và thực tiễn nêu trên, chúng tui lựa chọn đề tài nghiên cƣ́u khoa ho ̣c cho luận văn thạc sỹ của mình là: “ Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ môi trường và phát triển bền vững” Cơ sở dữ liệu GIS tỉnh Phú Thọ đƣợc xây dựng dựa trên nền cơ bản của bản đồ địa hình, kết hợp xƣ̉ lý tƣ liệu ảnh viễn thám, số liệu thống kê hiện trạng môi trƣờng và các nguồn tài liệu có liên quan, sẽ thể hiện đầy đủ và chi tiết tất cả các dữ liệu, thông tin phục vụ đắc lực cho công tác bảo vệ môi trƣờng và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên hiện tại và trong tƣơng lai, đảm bảo tính bền vững cho sự phát triển kinh tế - xã hội của Tỉnh. Đề tài luận văn nhằm đáp ứng các mục tiêu sau: -Nghiên cứu cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ bản tỉnh Phú Thọ - Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về sinh thái tài nguyên môi trƣờng
-Phát triển các ứng dụng GIS bằng việc cập nhật, truy cập, và xử lý thông tin nhằm phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng của tỉnh theo hƣớng phát triển bền vững. Trong quá trình thƣ̣c hiê ̣n luâ ̣n văn , chúng tui đã hoàn thành các nội dung chính là: - Thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. - Cơ sở khoa học và phƣơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng - Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ. - Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ. - Xác định các chuyên đề về sinh thái tài nguyên - môi trƣờng. - Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trƣờng Các tư liệu và thiết bị được sử dụng bao gồm: - Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000 tỉnh Phú Thọ - Ảnh viễn thám SPOT độ phân giải 5m và 2,5m toàn sắc và 10m đa phổ để cập nhật các đối tƣợng địa lý mới xuất hiện (nguồn Trung tâm Viễm Thám Quốc gia, năm chụp 2008). - Tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, dữ liệu hiện trạng môi trƣờng tỉnh Phú Thọ - Một số đề tài đã nghiên cứu có liên quan. Hy vo ̣ng nhƣ̃ng kết quả nghiên cƣ́u của đề tài không nhƣ̃ng đáp ƣ́ng các yêu cầu của luâ ̣n văn tha ̣c sỹ mà còn góp phầ n xây dƣ̣ng các cơ sở khoa ho ̣c cho viê ̣c biên tâ ̣p các chuyên khảo về tài nguyên môi trƣờng tỉnh Phú Tho ̣.
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực tiễn 1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển Theo ESRI (Enviromental System Reseach Institute - Viện Nghiên cứu hệ thống Môi trƣờng): Hệ thống thông tin địa lí (Geographic Information System - GIS) "Là một hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con ngƣời nhằm thu thập, lƣu trữ, cập nhật, xử lí, phân tích và hiển thị các thông tin địa lí trên bề mặt trái đất " . Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để thu thập, lƣu trữ và phân tích các sự vật, hiện tƣợng trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc 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, đoán tác động và hoạch định chiến lƣợc). Ở mỗi khía cạnh khác nhau GIS đƣợc nhìn nhận một cách khác nhau: - Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase): GIS là một cơ sở dữ liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mô hình dữ liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lƣới, raster,...). - Hình tƣợng hoá (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất. Dựa trên thông tin địa lý có thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng nhƣ là một cửa sổ vào trong cơ sở dữ liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thông tin. - Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra các thông tin mới từ thông tin đã có. Các chức năng xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ các tập dữ liệu đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một tập mới.
Những năm đầu của thập kỷ 60 (1963-1964), các nhà khoa học Canada đã xây dựng hệ GIS đầu tiên với tên gọi “Canada Geographic Information System”, đƣợc sử dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada. Ban đầu, GIS chủ yếu dùng để phục vụ công tác điều tra và quản lý tài nguyên. Đến giữa thập kỷ 60, GIS đã phát triển để phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị. Trong những năm của thập kỷ 70, công nghệ phần cứng máy tính phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của GIS (giá thành máy tính giảm, tốc độ xử lý và dung lƣợng bộ nhớ tăng lên…). Nhờ đó mà GIS dần đƣợc thƣơng mại hóa. Trong thời kỳ này, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả năng xử lý đồ họa trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện. Hàng loạt các chƣơng trình phần mềm xử lý đồ họa và các phiên bản đầu tiên của các phần mềm GIS ra đời nhƣ phần mềm ARC/INFOR. Trong những năm 80, là thời kỳ bùng nổ GIS, công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một công nghệ có tính thƣơng mại, đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạt động thực tiễn có sử dụng thông tin không gian. Đặc biệt ở Mỹ, Canada và châu Âu, ngƣời ta đã xây dựng và không ngừng hoàn thiện các chƣơng trình phần mềm có uy tín quốc tế nhƣ ARC/INFOR, PCI, ILWIS, SPAN, IDRISI,… Sang đến những năm 90, con ngƣời đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn trong kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Xu hƣớng tích hợp RS và GIS, tích hợp RS, GIS và GPS đã xuất hiện. Việc tích hợp ba công nghệ này đã hỗ trợ cho các nhà khoa học và các nhà quản lý trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau (quân sự, kinh tế, chính trị, văn hóa, khoa học tự nhiên, khoa học vũ trụ, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng, dự báo các tai biến…)[13]. Ở Việt Nam, công nghệ GIS đƣợc đƣa vào nghiên cứu và sử dụng khá sớm, vào khoảng những năm 90. Từ đó trở đi, công nghệ GIS đã đƣợc nhiều cá nhân và tập thể nghiên cứu, ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Các phần mềm GIS đƣợc sử dụng ở nƣớc ta rất đa dạng và chủ yếu là các phần mềm thƣơng mại ngoại
nhập nhƣ: Arc/Info, ArView, ArcGIS (của ESRI), MGE, Geomedia (của Intergraph), Mapinfo (của Mapinfo); GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổ chức phát triển)… Đến nay, ở nƣớc ta, GIS đã đƣợc ứng dụng trong khá nhiều ngành nhƣ quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lƣu trữ tƣ liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị… Tuy nhiên, các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lƣu trữ, in ấn các tƣ liệu bản đồ bằng công nghệ GIS. Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu nhƣ mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tƣ mới có thể đƣa vào ứng dụng chính thức. 1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Phần cứng (Hardware) Phần cứng của hệ thống GIS bao gồm các loại máy tính và các thiết bị ngoại vi để nhập dữ liệu, in ấn và truy xuất kết quả. Máy tính có thể đƣợc nối mạng cục bộ hay internet để chia sẻ thông tin. Trong số các thiết bị ngoại vi, bên cạnh máy in, máy vẽ, v.v…, trong trƣờng hợp cần chuyển đổi thông tin từ ảnh tƣơng tự, bản đồ sang dạng số cần có cả máy quét. Phần mềm (Software) Công cụ quan trọng trong công nghệ GIS là các phần mềm tin học. Mỗi loại phần mềm có những chức năng và công dụng riêng. Một cách gần đúng, có thể chia phần mềm GIS ra làm 3 nhóm: Nhóm phần mềm đồ hoạ (Microstation, Autocad, v.v…). Là nhóm các phần mềm đƣợc ứng dụng để biên tập, quản lý, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản đồ dạng số. Nhóm phần mềm quản trị bản đồ (Mapinfor, Arc/View, MGE, v.v…). Là những phần mềm mà ngoài chức năng đồ hoạ, thành lập bản đồ số, nắn chỉnh hình học, chuyển đổi toạ độ chúng có khả năng kết nối các thông tin bản đồ (thông tin không gian) với thông tin thuộc tính (thông tin phi không gian) và quản lý chúng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Lần đầu tiên đ ã xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu nền địa lý và cơ sở dữ liệu chuyên đề tài nguyên - môi trƣờng cho tỉnh Phú Thọ. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu đƣợc thực hiện dựa trên các thao tác chuyển đổi dữ liệu gốc từ khuôn dạng DGN sang ArcGIS. Kết quả của quá trình chuyển đổi đƣợc tổ chức theo Geodatabase, là một hệ tổ chức dữ liệu khoa học chuẩn thế giới trong GIS. 2. Bên cạnh các công cụ hữu hiệu nhƣ chính sách, pháp luật, kinh tế, cơ sở dữ liệu GIS là công nghệ và công cụ quan trọng hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý môi trƣờng. Đây là nội dung quan trọng, thể hiện hành động rõ ràng và cụ thể trong nỗ lực bảo vệ môi trƣờng của Nhà nƣớc và các cơ quan, ban ngành. 3. Cơ sở dữ liệu GIS cung cấp những thông tin quan trọng về sự biến đổi các thành phần tài nguyên và môi trƣờng của tỉnh Phú Thọ; cập nhật, lƣu trữ, chia sẻ và phân tích không gian, giúp các nhà lãnh đạo, các nhà quản lý có những quyết định đúng đắn và kịp thời. Là tài liệu thiết thực để góp phần bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững. 4. Từ các tổ chức cơ sở dữ liệu GIS, đã chọn lọc và tổng hợp các các lớp thông tin xây dựng một số bản đồ chuyên đề truyền thống thể hiện các đối tƣợng khác nhau của lãnh thổ nhƣ bản đồ lớp phủ thực vật, bản đồ hiện trạng sử dụng đất…cũng nhƣ các bản đồ chuyên đề thể hiện rất chi tiết các bản chất của đối tƣợng về định tính và định lƣợng nhƣ: mức độ ô nhiễm NH4 trong nƣớc ngầm, hàm lƣợng COD, BOD trong môi trƣờng nƣớc mặt...Cả hai kiểu trên đƣợc biểu diễn dƣới dạng bản đồ bằng thủ pháp mô hình hóa toán học các thông số thành một mặt cong liên tục, có thể phân chia các thông số ô nhiễm theo bảng màu, từ đó đánh giá đƣợc khu vực ô nhiễm dựa trên bản đồ. 5. Trên cơ sở dữ liệu Tài nguyên môi trƣờng đã đƣợc xây dựng, bằng cách sử dụng các chức năng chuyên dụng của ArGIS có thể đƣa ra yêu cầu để đƣợc cung cấp thêm một số chức năng, chiết xuất, trình bày dữ liệu, lập báo cáo đƣa ra giải pháp tối ƣu phục vụ mục đích bảo vệ môi trƣờng.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nhà xuất bản: ĐHKHTN
Ngày: 2011
Chủ đề: Geographic Information System
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
Khoa học môi trường
Phú Thọ
Cơ sở dữ liệu
Miêu tả: 90 tr. + CD-ROM + Tóm tắt
Luận văn ThS. Khoa học môi trường -- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ bản tỉnh Phú Thọ. Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về sinh thái tài nguyên môi trường. Phát triển các ứng dụng GIS bằng việc cập nhật, truy cập, và xử lý thông tin nhằm phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trường của tỉnh theo hướng phát triển bền vững: thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tượng và phạm vi nghiên cứu, cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS, nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trường, đánh giá khái quát tài nguyên - môi trường tỉnh Phú Thọ, xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ, xác định các chuyên đề về sinh thái tài nguyên - môi trường, xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trường
MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊNCỨU........................................ 4 1.1 Hệ thống thông tin địa lý(GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực tiễn............................................................................................................. 4 1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển............................................... 4 1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)...................................... 6 1.1.3 Các chức năng của GIS....................................................................... 8 1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS.......................................................................................... 10 1.1.4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS......................................................... 10 1.1.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS........................................................... 11 1.1.4.3 Cơ sở dữ liệu thuộc tính .............................................................. 14 1.1.4.4 Mối liên kết dữ liệu...................................................................... 14 1.1.4.5 Tổ chức cơ sở dữ liệu................................................................... 15 1.1.4.6 Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS.............................................................. 17 1.1.5 Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ tài nguyên - môi trƣờng ……………………………………….……………………… 18 1.1.5.1 Trên thế giới…………………………………………………… 18 1.1.5.2 Ở Việt Nam …………….……………………………………… 22 1.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên - môi trƣờng......................................................... 23 1.2.1 Các giải pháp công nghệ GIS............................................................... 23 1.2.2 Tích hợp tƣ liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS............. 24
1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu................................................................................................... 25 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS trong lĩnh vực tài nguyên môi trƣờng tỉnh Phú Thọ.................................................................................. 26 Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................... 28 2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 28 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 28 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................ 33 3.1 Đánh giá khái quát đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội.............................. 33 3.1.1 Vị trí địa lý....................................................................................... 33 3.1.2 Đặc điểm tự nhiên............................................................................ 34 3.1.3 Kinh tế - xã hội…………………………………………………… 35 3.2 Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ....................... 37 3.2.1 Tài nguyên môi trƣờng đất.............................................................. 37 3.2.2 Tài nguyên môi trƣờng nƣớc........................................................... 39 3.2.3 Tài nguyên môi trƣờng không khí................................................... 48 3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững............................................................................................................. 51 3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý................................................... 52 3.3.2 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý...................................... 61 3.3.3Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trƣờng................................................................................................................. 64 3.3.4 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái môi trƣờng.... 71 3.3.5 Phát triển ứng dụng GIS trong bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững.......................................................................................... 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………...….…….............................. 87 PHỤ LỤC........................................................................................................... 90
MỞ ĐẦU Ngày nay, trên thế giới cùng với sự bùng nổ về dân số, là sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng nhƣ việc khai thác tài nguyên thiên nhiên một cách quá mức, làm cho các nguồn tài nguyên dần dần cạn kiệt. Các quá trình đó thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn chất thải các loại làm cho môi trƣờng sống trên trái đất bị mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm nguồn nƣớc, không khí, ô nhiễm đất… gây nên tình trạng lũ lụt, lở đất, hạn hán trên toàn thế giới. Chính vì vậy, ô nhiễm môi trƣờng là vấn đề đang đƣợc sự quan tâm của toàn nhân loại. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặc biệt trong việc thu nhận và xử lý số, việc tích hợp từ dữ liệu Viễn thám (Remote Sensing-RS), hệ thống định vị toàn cầu (Global Possition System - GPS), hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) đã và đang đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu tài nguyên môi trƣờng, nghiên cứu các tai biến, thiên tai…và thu đƣợc những kết quả đáng ghi nhận Phú Thọ là tỉnh thuộc vùng miền núi trung du Bắc Bộ, nằm trong khu vực giao lƣu giữa vùng Đông Bắc, đồng bằng sông Hồng và vùng Tây Bắc, Phú Thọ có vị trí địa lý mang ý nghĩa là trung tâm của tiểu vùng Tây - Đông - Bắc; cách trung tâm Hà Nội 80km, cách sân bay Nội Bài 60km, Phú Thọ nằm ở trung tâm các hệ thống giao thông đƣờng bộ, đƣờng sắt và đƣờng sông từ các tỉnh thuộc Tây - Đông - Bắc đi Hà Nội, Hải Phòng và các nơi khác, là nơi trung chuyển hàng hóa thiết yếu, cầu nối giao lƣu kinh tế - văn hóa - khoa học, kỹ thuật giữa các tỉnh của đồng bằng Bắc Bộ với các tỉnh Trung du miền núi Bắc Bộ. Ngoài ra, Phú Thọ còn có các yếu tố khác để phát triển kinh tế - xã hội nhƣ con ngƣời, tài nguyên, các khu công nghiệp, khu du lịch văn hoá lịch sử Đền Hùng, khu du lịch sinh thái Xuân Sơn… Trong những năm gần đây, cùng với việc tăng thêm các cơ sở sản xuất, các khu tập trung dân cƣ phát triển ngày càng nhiều, nhu cầu tiêu dùng các sản phẩm vật chất cũng ngày càng lớn, những điều đó tạo điều kiện kích thích các ngành sản xuất, kinh doanh và dịch vụ mở rộng và phát triển nhanh chóng, nâng cao mức sống chung của xã hội; mặt khác cũng gây ra sự ô nhiễm, suy thoái các thành phần tài nguyên - môi trƣờng ngày một nghiêm trọng. Trong thời gian tới,
về bảo vệ môi trƣờng của Tỉnh Phú Thọ là tăng cƣờng công tác quản lý tài nguyên - môi trƣờng, ngăn ngừa ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, không khí, quản lý chất thải rắn ... cải thiện hiện trạng sử dụng đất, phục hồi và bảo tồn đa dạng sinh học, từng bƣớc nâng cao chất lƣợng môi trƣờng ở các khu công nghiệp, đô thị và nông thôn, góp phần phát triển bền vững. Muốn có các hoạt động bảo vệ môi trƣờng và sử dụng tài nguyên thiên nhiên hiệu quả, cần có một cơ sở dữ liệu đầy đủ và đƣợc xây dựng trong một hệ thống thông tin hiện đại, đáp ứng đƣợc các nhu cầu diễn biến mạnh mẽ trong thời đại hiện nay. Trong những năm gần đây, GIS đã đƣợc sử dụng phổ biến ở nƣớc ta. Với ƣu điểm nổi trội về khả năng cập nhật, lƣu trữ, phân tích, hiển thị và chia sẻ thông tin, GIS thực sự đã trở thành công cụ hiện đại và có hiệu quả nhất hỗ trợ công tác xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng. Với ý nghĩa khoa học và thực tiễn nêu trên, chúng tui lựa chọn đề tài nghiên cƣ́u khoa ho ̣c cho luận văn thạc sỹ của mình là: “ Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) tỉnh Phú Thọ phục vụ bảo vệ môi trường và phát triển bền vững” Cơ sở dữ liệu GIS tỉnh Phú Thọ đƣợc xây dựng dựa trên nền cơ bản của bản đồ địa hình, kết hợp xƣ̉ lý tƣ liệu ảnh viễn thám, số liệu thống kê hiện trạng môi trƣờng và các nguồn tài liệu có liên quan, sẽ thể hiện đầy đủ và chi tiết tất cả các dữ liệu, thông tin phục vụ đắc lực cho công tác bảo vệ môi trƣờng và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên hiện tại và trong tƣơng lai, đảm bảo tính bền vững cho sự phát triển kinh tế - xã hội của Tỉnh. Đề tài luận văn nhằm đáp ứng các mục tiêu sau: -Nghiên cứu cơ sở khoa học và phƣơng pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý cơ bản tỉnh Phú Thọ - Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về sinh thái tài nguyên môi trƣờng
-Phát triển các ứng dụng GIS bằng việc cập nhật, truy cập, và xử lý thông tin nhằm phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng của tỉnh theo hƣớng phát triển bền vững. Trong quá trình thƣ̣c hiê ̣n luâ ̣n văn , chúng tui đã hoàn thành các nội dung chính là: - Thu thập và tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. - Cơ sở khoa học và phƣơng pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên môi trƣờng - Đánh giá khái quát tài nguyên - môi trƣờng tỉnh Phú Thọ. - Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉnh Phú Thọ. - Xác định các chuyên đề về sinh thái tài nguyên - môi trƣờng. - Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề sinh thái tài nguyên môi trƣờng Các tư liệu và thiết bị được sử dụng bao gồm: - Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000 tỉnh Phú Thọ - Ảnh viễn thám SPOT độ phân giải 5m và 2,5m toàn sắc và 10m đa phổ để cập nhật các đối tƣợng địa lý mới xuất hiện (nguồn Trung tâm Viễm Thám Quốc gia, năm chụp 2008). - Tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, dữ liệu hiện trạng môi trƣờng tỉnh Phú Thọ - Một số đề tài đã nghiên cứu có liên quan. Hy vo ̣ng nhƣ̃ng kết quả nghiên cƣ́u của đề tài không nhƣ̃ng đáp ƣ́ng các yêu cầu của luâ ̣n văn tha ̣c sỹ mà còn góp phầ n xây dƣ̣ng các cơ sở khoa ho ̣c cho viê ̣c biên tâ ̣p các chuyên khảo về tài nguyên môi trƣờng tỉnh Phú Tho ̣.
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống thông tin địa lý (GIS), những ứng dụng trong khoa học và thực tiễn 1.1.1 Khái niệm về GIS và lịch sử phát triển Theo ESRI (Enviromental System Reseach Institute - Viện Nghiên cứu hệ thống Môi trƣờng): Hệ thống thông tin địa lí (Geographic Information System - GIS) "Là một hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con ngƣời nhằm thu thập, lƣu trữ, cập nhật, xử lí, phân tích và hiển thị các thông tin địa lí trên bề mặt trái đất " . Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để thu thập, lƣu trữ và phân tích các sự vật, hiện tƣợng trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc 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, đoán tác động và hoạch định chiến lƣợc). Ở mỗi khía cạnh khác nhau GIS đƣợc nhìn nhận một cách khác nhau: - Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase): GIS là một cơ sở dữ liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mô hình dữ liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lƣới, raster,...). - Hình tƣợng hoá (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất. Dựa trên thông tin địa lý có thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng nhƣ là một cửa sổ vào trong cơ sở dữ liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thông tin. - Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra các thông tin mới từ thông tin đã có. Các chức năng xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ các tập dữ liệu đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một tập mới.
Những năm đầu của thập kỷ 60 (1963-1964), các nhà khoa học Canada đã xây dựng hệ GIS đầu tiên với tên gọi “Canada Geographic Information System”, đƣợc sử dụng trong công tác quản lý tài nguyên ở Canada. Ban đầu, GIS chủ yếu dùng để phục vụ công tác điều tra và quản lý tài nguyên. Đến giữa thập kỷ 60, GIS đã phát triển để phục vụ cho công tác khai thác và quản lý đô thị. Trong những năm của thập kỷ 70, công nghệ phần cứng máy tính phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của GIS (giá thành máy tính giảm, tốc độ xử lý và dung lƣợng bộ nhớ tăng lên…). Nhờ đó mà GIS dần đƣợc thƣơng mại hóa. Trong thời kỳ này, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin mà những khả năng xử lý đồ họa trên máy tính trở thành dễ dàng và thuận tiện. Hàng loạt các chƣơng trình phần mềm xử lý đồ họa và các phiên bản đầu tiên của các phần mềm GIS ra đời nhƣ phần mềm ARC/INFOR. Trong những năm 80, là thời kỳ bùng nổ GIS, công nghệ GIS phát triển mạnh mẽ, trở thành một công nghệ có tính thƣơng mại, đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và hoạt động thực tiễn có sử dụng thông tin không gian. Đặc biệt ở Mỹ, Canada và châu Âu, ngƣời ta đã xây dựng và không ngừng hoàn thiện các chƣơng trình phần mềm có uy tín quốc tế nhƣ ARC/INFOR, PCI, ILWIS, SPAN, IDRISI,… Sang đến những năm 90, con ngƣời đã đạt đƣợc những thành tựu to lớn trong kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). Xu hƣớng tích hợp RS và GIS, tích hợp RS, GIS và GPS đã xuất hiện. Việc tích hợp ba công nghệ này đã hỗ trợ cho các nhà khoa học và các nhà quản lý trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau (quân sự, kinh tế, chính trị, văn hóa, khoa học tự nhiên, khoa học vũ trụ, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng, dự báo các tai biến…)[13]. Ở Việt Nam, công nghệ GIS đƣợc đƣa vào nghiên cứu và sử dụng khá sớm, vào khoảng những năm 90. Từ đó trở đi, công nghệ GIS đã đƣợc nhiều cá nhân và tập thể nghiên cứu, ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Các phần mềm GIS đƣợc sử dụng ở nƣớc ta rất đa dạng và chủ yếu là các phần mềm thƣơng mại ngoại
nhập nhƣ: Arc/Info, ArView, ArcGIS (của ESRI), MGE, Geomedia (của Intergraph), Mapinfo (của Mapinfo); GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổ chức phát triển)… Đến nay, ở nƣớc ta, GIS đã đƣợc ứng dụng trong khá nhiều ngành nhƣ quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lƣu trữ tƣ liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị… Tuy nhiên, các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lƣu trữ, in ấn các tƣ liệu bản đồ bằng công nghệ GIS. Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu nhƣ mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tƣ mới có thể đƣa vào ứng dụng chính thức. 1.1.2 Cấu trúc của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Phần cứng (Hardware) Phần cứng của hệ thống GIS bao gồm các loại máy tính và các thiết bị ngoại vi để nhập dữ liệu, in ấn và truy xuất kết quả. Máy tính có thể đƣợc nối mạng cục bộ hay internet để chia sẻ thông tin. Trong số các thiết bị ngoại vi, bên cạnh máy in, máy vẽ, v.v…, trong trƣờng hợp cần chuyển đổi thông tin từ ảnh tƣơng tự, bản đồ sang dạng số cần có cả máy quét. Phần mềm (Software) Công cụ quan trọng trong công nghệ GIS là các phần mềm tin học. Mỗi loại phần mềm có những chức năng và công dụng riêng. Một cách gần đúng, có thể chia phần mềm GIS ra làm 3 nhóm: Nhóm phần mềm đồ hoạ (Microstation, Autocad, v.v…). Là nhóm các phần mềm đƣợc ứng dụng để biên tập, quản lý, cập nhật và hiện chỉnh các loại bản đồ dạng số. Nhóm phần mềm quản trị bản đồ (Mapinfor, Arc/View, MGE, v.v…). Là những phần mềm mà ngoài chức năng đồ hoạ, thành lập bản đồ số, nắn chỉnh hình học, chuyển đổi toạ độ chúng có khả năng kết nối các thông tin bản đồ (thông tin không gian) với thông tin thuộc tính (thông tin phi không gian) và quản lý chúng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Lần đầu tiên đ ã xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu nền địa lý và cơ sở dữ liệu chuyên đề tài nguyên - môi trƣờng cho tỉnh Phú Thọ. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu đƣợc thực hiện dựa trên các thao tác chuyển đổi dữ liệu gốc từ khuôn dạng DGN sang ArcGIS. Kết quả của quá trình chuyển đổi đƣợc tổ chức theo Geodatabase, là một hệ tổ chức dữ liệu khoa học chuẩn thế giới trong GIS. 2. Bên cạnh các công cụ hữu hiệu nhƣ chính sách, pháp luật, kinh tế, cơ sở dữ liệu GIS là công nghệ và công cụ quan trọng hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý môi trƣờng. Đây là nội dung quan trọng, thể hiện hành động rõ ràng và cụ thể trong nỗ lực bảo vệ môi trƣờng của Nhà nƣớc và các cơ quan, ban ngành. 3. Cơ sở dữ liệu GIS cung cấp những thông tin quan trọng về sự biến đổi các thành phần tài nguyên và môi trƣờng của tỉnh Phú Thọ; cập nhật, lƣu trữ, chia sẻ và phân tích không gian, giúp các nhà lãnh đạo, các nhà quản lý có những quyết định đúng đắn và kịp thời. Là tài liệu thiết thực để góp phần bảo vệ môi trƣờng và phát triển bền vững. 4. Từ các tổ chức cơ sở dữ liệu GIS, đã chọn lọc và tổng hợp các các lớp thông tin xây dựng một số bản đồ chuyên đề truyền thống thể hiện các đối tƣợng khác nhau của lãnh thổ nhƣ bản đồ lớp phủ thực vật, bản đồ hiện trạng sử dụng đất…cũng nhƣ các bản đồ chuyên đề thể hiện rất chi tiết các bản chất của đối tƣợng về định tính và định lƣợng nhƣ: mức độ ô nhiễm NH4 trong nƣớc ngầm, hàm lƣợng COD, BOD trong môi trƣờng nƣớc mặt...Cả hai kiểu trên đƣợc biểu diễn dƣới dạng bản đồ bằng thủ pháp mô hình hóa toán học các thông số thành một mặt cong liên tục, có thể phân chia các thông số ô nhiễm theo bảng màu, từ đó đánh giá đƣợc khu vực ô nhiễm dựa trên bản đồ. 5. Trên cơ sở dữ liệu Tài nguyên môi trƣờng đã đƣợc xây dựng, bằng cách sử dụng các chức năng chuyên dụng của ArGIS có thể đƣa ra yêu cầu để đƣợc cung cấp thêm một số chức năng, chiết xuất, trình bày dữ liệu, lập báo cáo đƣa ra giải pháp tối ƣu phục vụ mục đích bảo vệ môi trƣờng.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: