ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ĐIỂU TRA, NGHIÊN cứu, XÂY DựNG
Cơ SỞ Dữ LIỆU ĐỊA LÝ PHỤC v ụ CÔNG TÁC GIÁO DỤC,
QUY HOẠCH SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN VÀ
BẢO VỆ MỒI TRƯỜNG Ở QUY MỒ CÂP HUYỆN
(LÂY VÍ DỤ HUYỆN BA vì, HÀ TÂY)
Mã số: QG.05.34
Chủ trì đề tài:
TS. Nguyễn Đình Minh
Các cán bộ tham gia:
TS. Nguyễn Thị Hải
ThS. Lương Hoàng Tùng
CN. Trịnh Thị Bích Duyên
CN. Hoàng Anh Huỳnh
Đ A I H O C Q U Ố C G I A h a n ò i I
T R U N G TAP'/ Th
' í
J•—(I r '
"ệ
-[\J I
3>T/ 6 d ì
-
—
_____
_
____
]
HÀ NỘI - 2007
dục, quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường ở
huyện Ba Vì, Hà Tây.
e. Các kết quả đạt được
1. Kết quả khoa học
> Hình thành cơ sở khoa học cho việc xây dựng CSDL địa lý tài nguyên và
môi trường.
> Thiết lập được quy trình công nghệ tiên tiến thích hợp cho việc xây dựng
cơ sở dữ liệu địa lý tài nguyên và mồi trường ở cấp huyện, và
> Xây dựng được cơ sở dữ liệu địa lý cho huyện Ba Vì, Hà Tây trên cơ sở
ứng dụng các công nghệ hiện đại như hệ thông tin địa lý (GIS), viễn thám
và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) phục vụ công tác giáo dục, quy hoạch
sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường theo hướng phát triển bền
vững.
2. Kết quả đào tạo
> Đã hỗ trợ 2 sinh viên làm khoá luận tốt nghiệp (Trịnh Thị Bích Duyên,
06/05; Hoàng Anh Huỳnh, 06/07),
> Đã hỗ trợ 1 HVCH làm luận văn thạc sĩ (Lương Hoàng Tùng, 12/05).
> Góp phần nâng cao chất lượng bài giảng, bài thực hành trong các giáo
trình về viễn thám, GIS và GPS ở bậc đại học và sau đại học ở ĐHQG Hà
Nội
3. Kết quả công bố
> Một bài báo đã được nhận đăng trong Tạp chí Khoa học, Các Khoa học
Trái Đất.nãm 2007
> Một bài báo đã được nhận dăng trong Tuyển tập các báo cáo khoa học tại
Hội nghị Khoa học quốc tế ở Huế năm 2007.
f. Tình hình kinh phí của đề tài
Đã thực hiện chi các khoản mục theo dự toán.
XÁC NHẬN CỦA BAN CHỦ NHIỆM KHOA CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI
NGUYỄN ĐÌNH MINH
XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG
e. Results
1. Science
> A scientific basis for development of resource and environmental
geographic database,
> An advanced procedure suitable for resource and environmenal geographic
database development at the district level, and
> A geographic database for Ba Vi district, Ha Tay province based on the
application of GIS, remote sensing and GPS for education, planning of
resource use and envừonmental protection for sustainable development.
2. Training
> Supported 2 BS theses (Trinh Thi Bich Duyen, 6/05; Hoang Anh Huynh,
06/07),
> Supported 1 MS thesis (Luong Hoang Tung, 12/05).
> Improved lectures and labs of undergaduate and graduate courses of
remote sensing, GIS and GPS at VNU, Hanoi
3. Publication
> One paper accepted for publication in Journal of Science, Earth Sciences,
2007,
> One paper accepted for publication in Proceedings of International
Symposium, 2007.
MỤC LỤC
Trang
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các hình
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. Tổng quan tình hình xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý tài 4
nguyên và môi trường trên thế giới và ở Việt Nam
1.1 Cơ sở ỉý luận 4
1.2 Thực tiễn trên thế giới 15
1.3 Thực tiễn ở Việt Nam 18
Cơ sở tiện ích lớp phủ đất toàn cầu
GLOVIS
Hệ thống hiển thị ảnh vệ tinh toàn cầu
GPS Hệ thống định vị toàn cầu
IKONOS
Vệ tinh lập bản đồ
Landsat Vệ tinh lục địa
MODIS
Thiết bị đo bức xạ phổ tạo ảnh phân giải trung bình
MSS
Máy quét đa phổ
NASA Cơ quan không gian và hàng không quốc gia Mỹ
NDVI Chỉ số thực vật chuẩn hoá
SPOT Vệ tinh quan sát trái đất
TM Bộ cảm ỉập bản đổ chuyên đề
TNMT Tài nguyên và môi trường
UNEP
Chương trình môi trường của Liên hợp quốc
USGS
Cục Địa chất Hoa Kỳ
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình số Tên hình Trang
1.1 Mô hình dữ liệu vector và raster 4
1.2 Vai trò của CSDL địa lý trong GIS 5
1.3 Dữ liệu không gian và thuộc tính 6
1.4 Các lớp dữ liệu điểm, đường và vùng trong CSDL địa lý 7
1.5 GPS và máy thu GPS 13
2.1 Các vùng, tỉnh, huyện, xã ở Việt Nam 21
2.2 So sánh độ phân giải không gian và diện phủ của ảnh SPOT 23
và Landsat
Bản đổ địa chất huyện Ba Vì
61
3.14
Bản đổ địa mạo huyện Ba Vì
62
3.15
Bản đồ đất huyện Ba Vì 63
3.16
Bản đồ thể hiện các địa điểm du lịch sinh thái ở Ba Vì
64
3.17 Kết quả tìm kiếm dữ liệu ảnh vệ tinh Ba Vì bằng Google
Earth
66
3.18
Dữ liệu ảnh vệ tinh khuôn dạng JPG huyện Ba Vì
66
3.19
Dữ liệu Landsat 7 ETM+ có thông tin bản đồ
67
3.20
Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat MSS huyện Ba Vì
68
3.21 Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat TM khu vực Ba Vì
68
3.22
Hình 3.22 Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ băng 4 khu
vực Ba Vì, 4/11/2000
69
3.23
Dữ liệu ảnh ASTER huyện Ba Vì
lớn về tài nguyên và môi trường. Để phát triển bền vững, các vấn đề tài nguyên
và môi trường ngay ở cấp huyện như nạn phá rừng, mất đa dạng sinh học, suy
thoái đất đai, cạn kiệt, ô nhiễm các nguồn nước phải được giải quyết một
cách kịp thời và thấu đáo. Sự phát triển bền vững của cấp huyện là cơ sở cho sự
phát triển bền vững của quốc gia. Tuy nhiên, hiện chưa có các công trình
nghiên cứu đề cập đến việc xây dựng cơ sở địa lý đầy đủ cho cấp huyện ở Việt
Nam trên cơ sở ứng dụng các tiến bộ mới về công nghệ viễn thám, GIS và GPS
nói riêng và công nghệ thông tin và truyền thông nói chung. Vì vậy, việc xây
dựng cơ sở dữ liệu địa lý thống nhất về không gian cho cả huyện từ đó có thể
lập bản đồ, tạo biểu đồ và báo cáo, phát hiện các xu thế, các sự phụ thuộc và
các mối liên quan giữa tài nguyên, môi trường và các hoạt động kinh tế xã hội
phục vụ giáo dục, quy hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường ở
quy mô cấp huyện là hết sức cần thiết.
Về hành chính, Việt Nam có 8 vùng, 61 tỉnh, 622 huyện và 10511 xã (Tổng
cục thống kê, 2001). Ba Vì là một huyện có nhiều loại cảnh quan thiên nhiên
và cảnh quan nhân sinh. Cũng như nhiều huyện khác trong cả nước, thách thức
đối với Ba Vì trong qúa trình phát triển chính là sự giảm sút độ che phủ và
chất lượng rừng, sự suy thoái đất đai, giảm diện tích đất canh tác, hạn hán, suy
kiêt và ô nhiễm nguồn nước, trươt lở đất, xói lở bờ sônơ . do những tác đỏnơ
V- • c 0 . 0
của tự nhiên và các hoạt động của con người. Điều đó cho thấy tính cấp thiết
của việc xây dựng cơ sỏ' dữ liệu địa lý phục vụ công tác giáo dục náng cao
1
nhận thức cho các thế hệ hôm nay và ngày mai cũng như tạo điều kiện cho
phân tích không gian hỗ trợ các quyết định quy hoạch bảo tổn và phát triển ở
huyện.
Xuất phát từ thực tế trên, đề tài nghiên cứu mang mã số QG-05-34: Điêu
tra, nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phụcvụ công tác giáo dục, quy
hoạch sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường ở quy mô cấp huyện
(Lấy ví dụ huyện Ba Vì, Hà Tây), đã được triển khai thực hiện tại khoa Địa lý,
Về không gian, các đối tượng địa lý tự nhiên và kinh tế-xã hội đều có
thể quy được về thành ba kiểu chính là điểm, đường và vùng. Chúng được xác
định bởi vị trí tuyệt đối, quan hộ không gian và thuộc tính. Dữ liệu địa lý ghi
lại vị trí, hình dạng và thuộc tính của các đối tượng địa lý. Như vậy, dữ liệu địa
lý sẽ bao gồm dữ liệu không gian và thuộc tính. Dữ liệu không gian thường
được biểu diễn trong máy tính theo hai mô hình là vector và raster. Dữ liệu
vector là dữ liệu dựa vào tọa độ, còn dữ liệu raster là dữ liệu dựa vào ô lưới
(Hình 1.1).
Analogue ( ^ V e c t o r (^ R a s t e r
(maps, drawings )
Hình 1.1 Mô hình dữ liệu vector và raster
Cả hai mô hình dữ liệu vector và raster đều có các ưu điểm và hạn chế
của chúng (Aronoff, 1993; Burrough, 1986).
Trong hệ thông tin địa lý (GIS), dữ liệu địa lý được tổ chức và lưu trữ
như một sưu tập các lớp chuyên đề có thể kết nối bởi địa lý. Mỗi lớp chứa các
đối tượns. có cùng thuộc tính, như đường giao thông, sông suối, rừnu tron”
cùng một phạm vi địa lý. Kiêu đối tượng, nhóm đối tượns, và mục đích sử
4
dụng dữ liệu địa lý là các nhân tố chính được dùng để tổ chức các lớp trong cơ
sở dữ liệu (CSDL) địa lý.
Cơ sở dữ liệu địa lý
CSDL địa lý là một tập hợp có cấu trúc các bản ghi hay dữ liệu địa lý
được lưu trữ trong hệ thống máy tính có thể truy cập được để trả lời các câu
hỏi không gian và thuộc tính được đặt ra. CSDL được tạo ra với các mục đích
nhất định. Các mục đích đó sẽ có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc của CSDL, Cấu
trúc của CSDL là căn bản đối với hoạt động và sử dụng thành công của hệ
thống. Do vậy, cần có tiếp cận hệ thống đối với việc thiết kế các khía cạnh của
CSDL. Pha thiết kế CSDL đòi hỏi xác định cấu trúc thực sự hay các tiết mục
cần đưa vào cũng như các file kết hợp như các bảng tra. Việc cấu trúc một
CSDL đòi hỏi soạn thảo một hệ thống phân loại dữ liệu đã thu thập. Điều này
w N Cen
IA
N Eng
ỈM
w NC en NE
M ơ All
NY
Hình l .3 Dữ liệu không gian và thuộc tính
Theo mô hình dữ liệu không gian, có thể phán biệt CSDL vector và
CSDL raster. CSDL raster thường được dùng để biểu diễn các đối tượng liên
tục, và CSDL vector được dùng để biểu diên các đối tượng không liên tục.
CSDL vector bao gồm các lớp dữ liệu không gian dưới dạng điểm,
đường và vùng (Hình 1.4). Như vậy, theo các thực thể không gian, có thể kể
đến CSDL điểm (ví dụ, thủ phủ bang, điểm du lịch, điểm quặng, điểm đỗ xe),
đường (ví dụ, đường giao thông, sông ngòi, đứt gãy), vùng (ví dụ, ranh giới
quốc gia, bang, tỉnh, huyện, xã).
6
Tỷ ỉệ và độ phân giải là các thuật ngữ dùng để mô tả đặc điểm của các
đối tượng cảnh quan trong CSDL địa lý. Thuật ngữ tỷ lệ đề cập đến đặc điểm
của CSDL vector. Thuật ngữ độ phân giải thường đề cập đến CSDL raster.
Phép chiếu bản đồ là phép biến đổi bề mặt cầu của trái đất sang bể mặt
phẳng. Ba phép chiếu bản đổ chính là nón, trụ và phương vị. Phép chiếu được
dùng rộng rãi nhất là Universal Transverse Mercator (UTM). Cùng với các
phép chiếu khác nhau, hệ tọa độ được thiết kế cho các tính toán và định vị chi
tiết và các bản đổ trên các hệ tọa độ chung được dóng tự động với nhau. Kinh
độ và vĩ độ là hệ tọa độ được dùng phổ biến trong các CSDL địa lý.
Nhìn chung, CSDL địa lý có thể được xây dựng và khai thác với các
mục đích và ở các quy mô khác nhau. CSDL địa lý phục vụ giáo dục, quy
hoạch và quản lý tài nguyên và môi trường được gọi chung là CSDL địa lý tài
nguyên và môi trường (TNMT). Loại CSDL địa lý này có thể được thiết lập ở
thống kê không gian, chồng ghép toán học, lôgic, tái phần loại là các phán tích
GIS được dùng phổ biến trong nghiên cứu tài nguyên.
Trong CSDL địa lý, dữ liệu từ đa nguồn được chuẩn hóa dựa trên khuôn
dạng và cấu trúc CSDL GIS. Phần mềm GIS sẽ sử dụng quyết định thiết kế vật
lý CSDL. Cấu trúc và khuôn dạng dữ liệu GIS như ARCVIEW, Maplnfo,
IDRISI v.v. do các nhà cung cấp quyết định.
Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về đối tượng,
khu vực hay hiện tượng thông qua việc phân tích dữ liệu thu được bằng thiết
bị không tiếp xúc với đối tượng, khu vực hay hiện tượng nghiên cứu (Lillesand
and Kiefer, 1994).
Dữ liệu viễn thám đóng vai trò quan trọng trong xây dựng CSDL địa lý
TNMT. Công nghệ viễn thám có khả năng thu được dữ liệu từ xa một cách hệ
thống ở nhiều quy mô không gian và thời gian, ở nhiều vùng khác nhau của
phổ điện từ từ nhìn thấy đến vi sóng, trong đó có các vùng phổ mà mắt người
không thể thấy được và ở tất cả các vùng địa lý, kể cả những vùng mà con
người khó, không thể tới được hay không thể tới được thường xuyên.
Cho đến nay nhiều loại dữ liệu tài nguyên và môi trường trái đất đã được
thu thập bằng bộ cảm đật trên các vệ tinh khác nhau như Landsat, SPOT,
NOAA, JERS, ERS, RADARSAT, IRS, Meteosat, Terra, Ikonos. Chi tiết về
một số ảnh vệ tinh quang học có độ phân giải không gian khác nhau được thể
hiện ở Bảng 1.1.
9
Bảng 1.1. Đặc điểm của các ảnh vệ tinh quang học
Vệ tinh Bộ cảm
Ngày
phóng
Độ
rộng
quét
(km)
30
120
16
Landsat
6-7
ETM+
05/10/93
27/04/99
185
1-5,7 (0.45-2.35),6 (10.40-12.50)
p (0.50-0.90)
30/60
15
16
SPOT
1-3
HRV
21/02/86
21/01/90
25/09/93
60 1-3 (0.50-0.89)
p (0.51-0.73)
20
10
26
SPOT 4
HRVIR
Vegetation
24/03/98 60
2250
10-14(8.125-11.65)
1-2 (0.62-0.87)
3-7 (0,45-2,15)
8-36(0,4-14,38)
15
30
90
250
500
1000
16
1-2
ỉkonos CATERRA
24/09/99
11
1-4(0.45-0.88), p (0.45-0.90)
4/1
1-3
QuickBird
QuickBird 18 10 01
16.5
1-4(0.45-0.88), p (0.45-0.90)
2,44/0.61
1-3.5
10
Với các bộ cảm vệ tinh hiện nay nhu cầu dữ liệu cho nghiên cứu tài
nguyên được đáp ứng nhanh hơn và thường xuyên hơn so với các phương pháp
truyền thống. Dữ liệu ảnh vệ tinh có thể được thu nhận hàng ngày, hàng tuần
và hàng tháng. Đặc biệt, dữ liệu ở nhiều độ phân giải khác nhau có thể thu
được tại cùng một thời điểm trên cùng một vệ tinh, Các bộ cảm khác nhau đặt
Băng
Bước sóng, mkm
Vị trí phổ
danh định Các ứng dụng chính
TM ETM +
1 0,45 - 0,52 0 ,45 -0 ,5 1 5
Lam
Lập bản dồ nước bờ, phân biệt đất/thực
vật, lập bản đổ kiểu rừng, và nhận biết các
đối tuợng văn hóa.
2 0,52 - 0.6 0,525 - 0,605
Lục Đo đỉnh phản xạ lục để phấn biệt và đánh
giá sức khoẻ thực vật và nhận biết các đối
tượng văn hóa.
3 0,63 - 0,69 0,63 - 0,69 Đỏ Nhận biết vùng hấp thụ diệp lục để phân
biệt loài cây; nhạn biết các đối tượng vãn
hóa.
4
0 ,7 6 -0 ,9 0,75 - 0,79 Cận hổng
ngoại
Xác định các kiểu, sức khoẻ và sinh khổi
thực vật, vạch định các thể nước, và phan
biệt độ ẩm đất.
5 1,55 - 1,75 1,55 - 1,75
Hổng ngoại
giữa
Chi thị độ ẩm thực vật và độ ẩm đất, phân
biệt tuyết với mây.
6
10 ,4 - 12,5 10 ,4- 12,5
số vệ tinh có thể tạo ra nhanh bản đổ về hiện trạng và biến động TNMT
nguyên bầng phương pháp phân loại số.
GPS bao gồm 24 vệ tinh định vị NAVSTAR (Navigation Satellite
Timing and Ranging) bay quanh quỹ đạo trái đất (Hình 1.5). Hệ thống này do
Bộ quốc phòng Mỹ quản lý và được theo dõi, điều khiển bởi một mạng lưới
trạm trên mặt đất.
GPS cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian ở
mọi nơi trên thế giới. Nhờ các tín hiệu thu được từ các vệ tinh định vị có thể
xác định vị trí của các điểm trên trái đất mà không cần đến các hệ thống mốc
trên trái đất. Độ chính xác của dữ liệu không gian thu được bằng GPS phụ
thuộc vào số vệ tinh, thời gian thu, vị trí thu và chất lượng thiết bị thu.
GPS cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian ở
mọi nơi trên thế giới, Nhờ các tín hiệu thu được từ các vệ tinh định vị có thể
xác định vị trí của các điểm trên trái đất mà khổng cần đến các hệ thống mốc
trên trái đất. Độ chính xác của dữ liệu không gian thu được bằng GPS phụ
thuộc vào số vệ tinh, thời gian thu, vị trí thu và chất lượng thiết bị thu.
13
Hình 1.5 GPS và máy thu GPS
Máy thu thu GPS là một radio có ăng ten do nhiều hãng khác nhau sản
xuất như hãng Trimble, Leica, Garmin, Sokia, v.v. Thiết bị thu GPS có thể đeo
theo người, cầm tay, gắn trên xe đạp, xe máy, ô tô, máy bay hay các phương
tiện đi lại khác. Việc định vị bằng GPS đạt kết quả tốt trong trường hợp không
có các vật cản như cây to, nhà cao v.v. cản trở đường ngắm trực tiếp giữa máy
thu và vệ tinh. Dữ liệu định vị thu được bằng máy thu GPS là tọa độ địa lý hay
UTM và độ cao. Chúng có thể được ghi lại dưới dạng bản cứng hay file dữ
liệu. Việc nhập dữ liệu GPS vào máy tính được thực hiện bằng bàn phím hay
qua phần mềm kết nối GPS. Cùng với viễn thám và GIS, GPS đóng vai trò quan
trọng trong việc xây dựng, cập nhật và khai thác CSDL địa lý TNMT.
Tóm lại, cơ sở dữ liệu địa ỉý đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp
thông tin không gian và thuộc tính phục vụ các quyết định quy hoạch, quản lý
giúp của GIS.
15
Copyright: Tài liệu đại học ©