BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG NƢỚC TẠI TỈNH ĐỒNG NAI Họ và tên sinh viên: TẠ THANH TÙNG
Ngành: Hệ thống Thông tin Môi trƣờng
Niên khóa: 2010 – 2014
Tháng 6/2014

ỨNG DỤNG GIS VÀ THUẬT TOÁN NỘI SUY ĐÁNH GIÁ


Tháng 6/2014
i
LỜI CẢM ƠN
c tiên, tôi xin gi li cm  chân thành n thy PGS.TS. Nguyn Kim Li,
thy KS. Nguyn Duy Liêm và thy KS. Lê Hoàng Tú  giúp , ng dn cho tôi
hoàn thành bài tiu lun này.
Tôi xin gi li tri ân sâu sc n tt c quý thy cô ng i hc Nông Lâm Tp.
H Chí Minh. Cm  quý thy cô v nhng kin thc và giúp  chân tình  dành cho
tôi trong bn  hc tp ti ng.
Tôi  trân trng cm  n cán b phòng Công ngh & Bn  ca s
TN&MT tnh ng Nai  to u kin  tôi c thc tp ti quý  quan. c bit,
tôi xin gi li cm  n anh Hoàng Hng Quang cán b công tác ti Phòng Công ngh
và Bn   trao i kin thc, kinh nghim quý báu   chia s tài liu, d liu.
Cui cùng, con xin nói li cm  sâu sc i vi Ba M, nhng i  
sóc, nuôi ng con thành i, ng viên con v tinh thn và vt cht  con có th yên
tâm hc tp.
TP. H Chí Minh, Tháng 6/2014
T Thanh Tùng
B môn Tài nguyên và GIS
Khoa Môi ng & Tài nguyên
ng i Hc Nông Lâm TP. H Chí Minh
ii
TÓM TẮT
Tnh ng Nai là mt tnh ln có dân s  và tc  phát trin kinh t nhanh
trong  công nghip là ngành ch o, hin trên a bàn tnh có nhiu khu công nghip
ln và nh, chính vì th mà to u kin cho các nhà u  trong và ngoài c tp

 2. TNG QUAN TÀI LIU 3
2.1. Tng quan v GIS 3
2.1.1. nh  GIS 3
2.1.2. Các thành phn  bn ca GIS 4
2.1.3. Mô hình d liu ca GIS 5
2.1.4. Chc  ca GIS 7
2.2. Tng quan v cht ng c 7
2.2.1. Khái nim 7
2.2.2. Thông s cht ng c 7
2.2.3. Quy chun k thut Vit Nam v cht lng c mt 8
iv
2.2.4. Quá trình lan truyn cht trong c 9
2.3. Thut toán ni suy 10
2.3.1. IDW 11
2.3.2. Spline 12
2.3.3. Kriging 13
2.3.4. Nhn xét chung v 3 thut toán 15
2.4. Tng quan nghiên cu 15
2.4.1. Th gii 15
2.4.2. Trong c 17
 3. TNG QUAN V KHU VC NGHIÊN CU 19
3.1. V trí a lý 19
3.2. u kin t nhiên 20
3.2.1. a hình 20
3.2.2. Khí hu 21
3.2.3. Ngun c 21
3.3. u kin kinh t - xã hi 25
3.3.1. Kinh t 25
3.3.2. Xã hi 27
 4.  PHÁP NGHIÊN CU 28

5.6.3. Bn  nng  BOD 57
5.7. Tho lun 59
 6. KT LUN VÀ KIN NGH 61
6.1. Kt lun 61
6.2. Kin ngh 61
TÀI LIU THAM KHO 63

vii
DANH MỤC VIẾT TẮT
TN&MT Tài nguyên và môi ng
GIS Geography Information System
SWAT Soil and Water Assessment Tool
QCVN Quy chun Vit Nam
viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bng 2.1 Giá tr gii hn ca DO, COD, BOD trong  giá cht ng c mt 9
Bng 3.1 Quy mô các mt s khu công nghip 26
Bng 4.1 Thông tin thành phn d liu 28
Bng 4.2 Thông tin các lp d liu nn 29
Bng 5.1 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW 37
Bng 5.2 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp Kriging
39
Bng 5.3 So sánh nng  DO ca m quan trc và ni suy theo  pháp Spline . 40
Bng 5.4 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW . 42
Bng 5.5 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo ng pháp Kriging
44
Bng 5.6 So sánh nng  COD ca m quan trc và ni suy theo  pháp Spline
46
Bng 5.7 So sánh nng  BOD ca m quan trc và ni suy theo  pháp IDW . 48
Bng 5.8 So sánh nng  BOD ca m quan trc và ni suy theo  pháp Kriging

Hình 5.11 Bn  nng  COD trong mùa  (trái) và mùa khô (phi) theo
 pháp Kriging 43
x
Hình 5.12 Bn  nng  COD trong mùa  (trái) và mùa khô (phi) theo
 pháp Spline 45
Hình 5.13 Bn  nng  BOD trong mùa  (trái) và mùa khô (phi) theo
 pháp IDW 47
Hình 5.14 Bn  nng  BOD trong mùa  (trái) và mùa khô (phi) theo
 pháp Kriging 49
Hình 5.15 Bn  nng  BOD trong mùa  (trái) và mùa khô (phi) theo
 pháp Spline 51
Hình 5.16 Bn  nng  DO vào mùa  (a) và mùa khô (b)54
Hình 5.17 Bn  nng  COD vào mùa  (c) và mùa khô (d) 56
Hình 5.18 Bn  nng  BOD trong mùa  (e) và mùa khô (f) 58
1
CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Hin nay, c ta là mt c  phát trin vì vy ngoài vic y mnh phát
trin kinh t thì vic bo v môi ng   là vn  mà nhà c ta quan tâm.
Ngun c là nhân t quan trng trong môi ng, do vy công tác bo v môi ng
cn chú trng ti bo v ngun c. Ô nhim c hay nói khác là s bin i cht
ng c, làm nhim bn c và gây nguy him cho con i, sinh vt và hot ng
sn xut công nghip, nông nghip. Ô nhim c có ngun gc t nhiên và ngun gc
nhân to.
Theo s liu ca B TN&MT Vit Nam cung cp thì  2013 trên a bàn tnh có
nhiu sông, rch, h b ô nhim do nhng hot ng sng và sn xut ca i dân gây
nên  sông Bé   ô  do   nuôi    công  nông
   sông  Nai   qua thành  Biên Hòa,     trí có
  ô     trong  khu  sông Cái có    kém 
do    toàn     khu   thành (thành  Biên Hòa) và 

thông tin    s d liu bao gm s quan sát t  phân b không gian, các hoat
ng s kin có th c xác nh trong khong không  ng, m, vùng".
Theo Goodchild (1985) là mt h thng s dng  s d liu  tr li các câu hi
v bn cht a lý ca các thc th a lý.
Theo Burrough (1986) nh  "GIS là mt công c mnh dùng   tr và
truy vn, bin i và hin th d liu không gian t th gii thc cho nhng mc tiêu khác
nhau".
Theo Aronoff (1993) nh  "GIS là mt h thng gm các chc  nhp
d liu, qun lý và  tr d liu, phân tích d liu, xut d liu".
Tóm li, GIS c nh   là mt h thng thông tin mà nó s dng d liu
u vào, các thao tác phân tích,  s d liu u ra liên quan v mt a lý không gian,
nhm tr giúp vic thu nhn,  tr, qun lý, x lý, phân tích và hin th các thông tin
không gian t th gii thc  gii quyt các vn  tng hp thông tin cho ra các mc
 ca con i t ra, chng hn   h tr vic ra các quyt nh ca vic quy
hoch và qun lý, s dng t, tài nguyên thiên nhiên, môi ng, giao thông, d dàng
trong vic quy hoch phát trin  th và nhng vic  tr d liu hành chính.
H thng thông tin a lý có th là mt h thng thông tin ln chy trên máy tính
Mini. Nó có th cha ng các chc  AM/FM (Automated Mapping/ Facilities
Mapping, T ng hóa bn /  tin d dàng thành lp bn ).

4
2.1.2. Các thành phần cơ bản của GIS
Nhng thành phn chính ca GIS là h thng máy tính,  s d liu không gian
a lý và i s dng  hình 2.1

Hình 2.1 Các thành phần của GIS
H thng máy tính bao gm các cu phn  phn cng, phn mm và các chui
phác ha  h tr cho vic nhp các  s d liu, tin trính, phân tích, mô hình hóa và
phô din s liu không gian.
Phn cng: là phn trông thy c ca h thng,  có th là h thng da trên


6

Hình 2.2 Chồng lớp các mô hình vector và raster
2.1.3.2. Dữ liệu thuộc tính
D liu thuc tính mô t v c tính, c m và các hin ng xy ra ti các v
trí a lý xác nh. Mt trong các chc  c bit ca công ngh GIS là kh  liên
kt và x lý ng thi gia d liu không gian và d liu thuc tính. Thông ng GIS
có 4 loi s liu thuc tính:
 c tính ca i ng: liên kt cht ch vi các thông tin không gian có th
thc hin SQL và phân tích.
 S liu hin ng, tham kho a lý: miêu t nhng thông tin, các hot ng
thuc v trí xác nh.
 Ch s a lý: tên, a ch, khi,  ng nh v,  quan n các i
ng a lý.
 Quan h gia các i ng trong không gian, có th  gin hoc phc tp
(s liên kt, khong  thích, mi quan h  hình gia các i ng).

7
2.1.4. Chức năng của GIS
GIS có chc  chính  qun lý,  tr, tìm kim, th hin, trao i và x lý
d liu không gian   các d liu thuc tính.
Nhng module này là các h thng con thc hin các công vic:
 Nhp và kim tra d liu (Data input)
  tr và x lý CSDL (Data Base)
 Bin i d liu (Data Transformation)
 Xut d liu (Display anh Reporting)
2.2. Tổng quan về chất lƣợng nƣớc
2.2.1. Khái niệm
Cht ng c là mt yu t nh ng ti tt c khía cnh ca h sinh thái và

BOD c ng dng trong vic ánh giá tính cht c thi sinh hot và c thi
công nghip.  là ch tiêu duy nht xác nh ng cht hu  có kh  phân hy
sinh hc và ánh giá kh  t làm sch ca ngun c.
2.2.3. Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lƣợng nƣớc mặt
Tiêu chun này quy nh gii hn các thông s và nng  cho phép ca các cht ô
nhim và  giá mc  ô nhim ca mt ngun c mt. Có nhiu thông s cht
ng c dùng   giá  trong  tài ch s dng 3 thông s có mc  thông
dng hp vi a bàn tnh ng Nai là DO, COD, BOD. Giá tr gii hn cho phép ca 3
thông s trên theo QCVN 08:2008/BTMT c th hin theo bng 2.1.

9
Bảng 2.1 Giá trị giới hạn của DO, COD, BOD trong đánh giá chất lượng nước mặt
Thông s
 v
Giá tr gii hn
A
B
A1
A2
B1
B2
BOD
5
(20
0
C)
mg/l
4
6
15


10
Kh  t làm sch (self purification) ca c c th hin qua 2 quá trình:
 Quá trình xáo trn (pha loãng) thun tuý lý hc gia c thi vi ngun c.
 Quá trình khoáng hoá các cht hu  nhim bn trong ngun c.
Nh hai quá trình trên mà nng  các cht ô nhim  vào ngun c sau mt
thi gian s gim xung mt mc nào  i vi h thng sông, sui, c thi c
pha loãng vi ngun c và theo dòng chy  ra bin hay mt  nào 
Kh  t làm sch ngun c ph thuc vào nhiu yu t:
 L ng ca ngun c.
 Mt thoáng ngun c.
  sâu ca ngun c.
 Nhit .
2.3. Thuật toán nội suy
Ni suy không gian là quá trình tính toán giá tr ca các m  bit t m 
bit trên min bao  ca tp giá tr  bit bng mt  pháp hay hàm toán hc
nào 
Hin nay, có nhiu thut toán ni suy khác nhau,  mi thut toán có m
mnh riêng. Có th phân loi theo cách sau:
 Ni suy m/ Ni suy b mt.
 Ni suy toàn din/ Ni suy a 
 Ni suy chính xác/ Ni suy gn 
Tuy nhiên trong  tài ch  cp n 3  pháp ni suy thông dng trong
ArcGIS  là IDW, Spline, Kriging.

11
2.3.1. IDW
 pháp IDW xác nh giá tr ca các m  bit bng cách tính trung
bình trng s khong cách các giá tr ca các m  bit giá tr trong vùng lân cn ca
mi pixel. Nhng im càng cách xa m cn tính giá tr càng ít nh ng n giá tr

th mô hình không dao ng nhiu  gia các m quan trc.
 Splines là mt  pháp phù hp  ni suy các yu t khí hu theo
khong thi gian hàng tháng hoc hàng   ít phù hp vi khong thi gian
hàng ngày và hàng gi.
2.3.3. Kriging
Kriging là mt nhóm các k thut s dng trong a thng kê,  ni suy mt giá
tr ca ng ngu nhiên   cao z ca a hình) ti m không c  c thc t
t nhng m c  c gn 
Công thc ca Kriging  sau:

Trong đó:
T* : giá trị cần ước lượng tại 1 tọa độ trong không gian.
u: giá trị trung bình.
W: trọng số phụ thuộc vào vị trí của dữ liệu.
gj: giá trị những điểm khác.
n: số dữ liệu xung quanh dùng để ước lượng giá trị T.

Trích đoạn Trong nƣớc Nguồn nƣớc Thực hiện nội suy và đánh giá cho thông số BOD Biên tập, thành lập bản đồ

---