Ứng dụng GIS xây dựng công cụ quản lý dữ liệu tài nguyên đất huyện nguyên bình, tỉnh cao bằng

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU1 AEZ Agro-Ecological Zone Vùng sinh thái nông nghiệp 2 AGL Land and Water Development Division Bộ phận phát triển tài nguyên ñất và nước 3 CNTT Công

==========o0o==========

VŨ THẾ CƯƠNG

ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CÔNG CỤ QUẢN LÝ

DỮ LIỆU TÀI NGUYÊN ðẤT HUYỆN NGUYÊN BÌNH,

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là hoàn toàn trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

LỜI CẢM ƠN

ðể có thể hoàn thiện ñược luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ rất tận tình của các thầy cô giáo, bạn bè, ñồng nghiệp và các cá nhân khác Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới những tập thể, cá nhân ñã dành cho tôi sự giúp ñỡ quý báu ñó

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Duy Bình - người ñã hướng dẫn và giúp ñỡ tôi trong việc thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Hoàng Lê Hường ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Tài Nguyên và Môi trường, khoa Công nghệ thông tin ñã ñóng góp ý kiến giúp luận văn hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn các ñồng chí lãnh ñạo, cán bộ của sở Tài nguyên và Môi trường, tỉnh Cao Bằng ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các ñồng nghiệp, bạn bè và gia ñình ñã giúp

ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2013

Tác giả luận văn

Vũ Thế Cương

2.3.4 Ứng dụng của GIS 20

3.1.1 ðiều tra về các hệ thống cơ sở dữ liệu và các công nghệ ñã ñược

3.1.2 ðiều tra, phân tích, tổng hợp và ñánh giá về ñiều kiện tự nhiên,

4.1.2 ðiều kiện thổ nhưỡng 45

4.2.1 Xây dựng CSDL thuộc tính về ñất 54

4.5.1 Những file và tập tin sử dụng ñể ñóng gói chương trình 78

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU

1 AEZ Agro-Ecological Zone

(Vùng sinh thái nông nghiệp)

2 AGL Land and Water Development Division

(Bộ phận phát triển tài nguyên ñất và nước)

3 CNTT Công nghệ thông tin

4 CSDL Cơ sở dữ liệu

5 DBMS Database Management System

(Hệ quản trị cơ sở dữ liệu)

6 ESRI Environmental Systems Research Institute

(Viện nghiên cứu hệ thống môi trường)

7 FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

(Tổ chức nông lương thế giới)

8 FOLES Forest land Evaluation System

(Hệ thống ñánh giá ñất lâm nghiệp)

9 GAEZ Global agro-ecological zones

(Phương pháp sinh thái nông nghiệp toàn cầu)

10 GCNQSDð Giấy chứng nhận quyền sử dụng ñất

11 GIS Geographic Information System

(Hệ thống thông tin ñịa lý)

12 GPS Global Positioning System

(Hệ thống ñịnh vị toàn cầu)

13 HTTT Hệ thống thông tin

14 ISSS International Society of Soil Science

(Hội khoa học ñất quốc tế)

15 LRIS Land Resource Information Systems

(Hệ thống thông tin tài nguyên ñất)

16 MCDS Multi-criteria decision-support systems

(Hệ thống hỗ trợ ra quyết ñịnh ña mục tiêu)

17 SOTER Global soil and terrain database

(Cơ sở dữ liệu ñất và ñịa hình toàn cầu)

18 SQL Structured Query Language (ngôn ngữ truy vấn cấu trúc)

19 UNEP United Nations Environment Programme

(Chương trình Môi trường Liên hợp quốc)

20 UNESCO United Nations Educational Scientific and Cultural Organization

(Tổ chức Khoa học Giáo dục và Văn hóa Liên hiệp quốc)

21 VILIS VietNam Land Information System

(Hệ thống thông tin ñất ñai Việt Nam)

22 WAICENT World Agriculture Information Centre

(Trung tâm Thông tin Nông nghiệp thế giới)

23 WDMS Hệ thống cấp nước ñô thị và giảm thất thoát nước

24 XML Extensible Markup Language (Ngôn ngữ ñánh dấu mở rộng)

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

4.10 Biểu ñồ luồng dữ liệu mức ngữ cảnh 59

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

“ðất ñai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất ñặc biệt không gì thay thế ñược của nông nghiệp, lâm nghiệp, là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, là ñịa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá, xã hội, an ninh và quốc phòng Trải qua nhiều thế hệ, nhân dân ta mới khai thác, cải tạo và bảo vệ ñược vốn ñất như ngày nay”. ðất ñai là tài nguyên hữu hạn, có vị trí cố ñịnh trong không gian Với tầm quan trọng và những tính chất ñặc biệt như vậy, ñất ñai cần ñược quản lý sử dụng chặt chẽ vào việc phát triển KT-XH một cách khoa học, tiết kiệm, ñạt hiệu quả cao là vô cùng quan trọng và có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển bền vững

Dưới tác ñộng của tốc ñộ công nghiệp hoá, ñô thị hoá ngày càng nhanh,

sự bùng nổ dân số áp lực ñối với ñất ñai là rất lớn Công tác quản lý Nhà nước về ñất ñai cũng vì vậy mà bộc lộ những tồn tại, nảy sinh nhiều vấn ñề mới Một trong những vấn ñề ñó là lượng dữ liệu, thông tin về tài nguyên ñất ñai rất lớn nhưng chủ yếu ñược lưu trữ thủ công trên dạng giấy tờ, các loại dữ liệu ñan xen nhau thiếu tính ñồng bộ gây khó khăn trong việc tìm kiếm, chỉnh

lý, cập nhật thông tin mới Làm tốn kém thời gian, nhân lực, chi phí cao nhưng hiệu quả ñem lại không tương xứng

Ngày nay với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin

và máy tính ñiện tử chúng ta có rất nhiều giải pháp ñể lựa chọn, ứng dụng vào việc xây dựng các hệ thống thông tin hiện ñại cho phép lưu trữ lượng dữ liệu rất lớn, dễ dàng và nhanh chóng truy xuất, chỉnh lý, cập nhật các loại dữ liệu

Hệ thống thông tin ñịa lý (Geographic Infomation System - gọi tắt là GIS) là công nghệ ñược áp dụng khá rộng rãi trên thế giới trong rất nhiều các lĩnh vực

kinh tế - xã hội, an ninh - Quốc phòng và ñặc biệt là trong việc quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường

Thực hiện Quyết ñịnh số 179/2004/Qð-TTg ngày 06/10/2004 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt Chiến lược ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin tài nguyên và môi trường ñến năm 2015 và ñịnh hướng ñến năm 2020 Do vậy, những năm gần ñây ngành Tài nguyên và Môi trường ñã

và ñang rất chú trọng phát triển rộng rãi việc ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quản lý nhà nước về ñất ñai

Nguyên Bình là một huyện nằm ở phía Tây Nam của tỉnh Cao Bằng Trong những năm gần ñây công tác quản lý ñất ñai ñược chính quyền ñịa phương rất quan tâm ñể nâng cao hiệu quả của công tác này Tuy nhiên, cũng giống như nhiều ñịa phương khác trên cả nước, các thông tin, dữ liệu của công tác quản lý ñất ñai trên ñịa bàn huyện chủ yếu ñược lưu trữ thủ công trên giấy gây khó khăn, tốn kém thời gian, nhân lực, chi phí trong quản lý xong hiệu quả công tác quản lý ñất ñai chưa cao

Từ những thực tiễn nêu trên, với mong muốn ñược tìm hiểu thêm ứng dụng của công nghệ thông tin GIS trong công tác quản lý dữ liệu ñất, tôi tiến

hành nghiên cứu và thực hiện ñề tài:

“Ứng dụng GIS xây dựng công cụ quản lý dữ liệu tài nguyên ñất

huyện Nguyên Bình tỉnh Cao Bằng” với sự hướng dẫn của TS Nguyễn

Duy Bình

1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài

1.2.1 Mục ñích nghiên cứu

- Tìm hiểu khả năng ứng dụng của công nghệ tin học và công nghệ GIS trong công tác quản lý dữ liệu tài nguyên ñất khu vực nghiên cứu

- Tìm hiểu cấu trúc CSDL trong GIS

- Ứng dụng công nghệ thông tin - GIS ñể xây dựng công cụ quản lý cơ

sở dữ liệu tài nguyên ñất huyện Nguyên Bình

1.2.2 Yêu cầu của ñề tài

- Nắm vững các văn bản do Nhà nước và ñịa phương ban hành có liên quan tới công tác quản lý, sử dụng tài nguyên ñất

- Tìm hiểu các công nghệ thông tin ñã ñược sử dụng ñể xây dựng và quản lý CSDL tài nguyên ñất

- Xây dựng công cụ ứng dụng mẫu về CSDL thông qua công nghệ thông tin và GIS (ArcGIS, ArcView, Mapinfo, Web,…) phục vụ việc quản lý tài nguyên ñất cho huyện Nguyên Bình – Cao Bằng

- Thu thập ñiều tra các tài liệu, số liệu, văn bản và bản ñồ có liên quan

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

- ðề xuất các công cụ quản lý dữ liệu tài nguyên ñất ñai cũng như ứng dụng của công nghệ thông tin ñối với công tác quản lý dữ liệu tài nguyên ñất

- Xác ñịnh các yêu cầu sử dụng thông tin bản ñồ của GIS ñể phục vụ công tác quản lý tài nguyên ñất

- Việc nghiên cứu thiết kế CSDL trên nền công nghệ GIS sẽ ñem lại hiệu quả tốt hơn cho công tác quản lý dữ liệu tài nguyên ñất trên ñịa bàn huyện Nguyên Bình – Cao Bằng

2 TỔNG QUAN VẤN đỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Nghiên cứu hệ thống thông tin ựất ở trong và ngoài nước

2.1.1 Ngoài nước

FAO ựã tổ chức một hội thảo mang tắnh kỹ thuật về hệ thống thông tin ựất và nước tại thành phố Rome, Italia trong 2 ngày từ ngày 15 ựến ngày 17 tháng 12 năm 1997 Tham dự cuộc hội thảo này có 40 chuyên gia ựến từ các nước khác nhau trên thế giới (FAO, 1998) [20]

Cuộc hội thảo ựược tổ chức ựể chuẩn bị cho dự án ỘHệ thống thông tin

và hệ thống hỗ trợ ra quyết ựịnh trong việc quản lý tổng hợp nguồn tài nguyên ựất và nướcỢ đó ựược coi như là những hoạt ựộng chắnh của tổ chức AGL (Land and Water Development Division) của FAO

Mục ựắch chắnh của cuộc hội thảo là tìm kiếm những lời khuyên từ các chuyên gia về việc dự án cần phải ựược thực hiện như thế nào thông qua những kinh nghiệm ựã có trước ựây và tình hình công nghệ hiện nay liên quan ựến các nguồn tài nguyên thiên nhiên Ngoài ra cuộc hội thảo cũng là bước khởi ựầu cho sự phát triển hợp nhất của các mối quan hệ và sự kết nối trong phương pháp luận về sự trao ựổi và phát triển của các thông tin về nguồn tài nguyên ựất và nước (FAO, 1998)

Hội thảo cũng ựưa ra những vấn ựề khó khăn sẽ gặp phải như kỹ thuật công nghệ, hệ thống và phương pháp thu thập dữ liệu, quá trình xử lý và phân phối nguồn thông tin tài nguyên ựất và tài nguyên nước

Theo một tài liệu khác của FAO, hệ thống thông tin ựất tập trung vào những phương pháp luận và những công cụ cho công tác ựịnh giá về tiềm năng của ựất ựai trên phạm vi toàn cầu, khu vực và quốc gia và các vùng trong quốc gia Cũng theo FAO, hệ thống thông tin nước liên quan ựến việc quản lý và sử dụng nước tại các lĩnh vực và việc ựánh giá nguồn tài nguyên

nước của khu vực và quốc gia (FAO and Regional Office for Asia and the Pacific, 2003)

Ở Italia, từ cuối những năm 1970, ñầu những năm 1980, hệ thống thông tin ñất và nước ñược phát triển cho những máy tính cỡ lớn và máy tính mini

Từ cuối những năm 1980, hệ thống thông tin này ñược thích nghi dần với máy vi tính Tại thời ñiểm này, những công cụ máy tính ñược ñưa ra ñể quản

lý các dữ liệu không gian gồm hệ thống thông tin ñịa lý (GIS), viễn thám và

hệ ñịnh vị toàn cầu (GPS) Một vài năm gần ñây trạm làm việc ñược kết nối mạng PC luôn sẵn sàng ñặc biệt phát triển nhanh ở GIS, các công cụ ña phương tiện và Internet ñã mở ra một thời ñại mới trong việc phát triển và ứng dụng hệ thống thông tin này

Theo quan ñiểm của Châu Âu, từ những năm 1950, thông tin ñất ñai ñược thu thập và quản lý bởi Hội ñồng các nước châu Âu Khoa học ñất, phân loại ñất và nguyên tắc phân loại, công nghệ thông tin,… ñã ñược phát triển một cách rộng rãi vào thời gian ñó Quan trọng hơn, những vấn ñề về thông tin ñất ñai thời gian ñó là cơ sở tri thức ñể ñánh giá và quản lý ñất ñai (FAO and The European Commission, 1999) [9]

2.1.2 Trong nước

Từ những năm 1990, Việt Nam mới dần tiếp cận và ứng dụng HTTT vào trong việc quản lý và sử dụng các nguồn tài nguyên Qua gần 20 năm nghiên cứu, ứng dụng và phát triển, Việt Nam ñã ñưa ra những chương trình quản lý và sử dụng tài nguyên ñất và nước thông qua GIS và một số hệ thống tương tự một cách có hiệu quả

Viện Thổ nhưỡng nông hoá trong giai ñoạn 2001 – 2005 ñã xây dựng Trung tâm thông tin tư liệu về ñất của Việt Nam; ñã tiến hành ñiều tra cơ bản

về tài nguyên ñất; xây dựng phương pháp phân loại và thành lập bản ñồ ñất của Việt Nam (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 2010)

Trong giai ñoạn 1999 cho ñến nay, viện Nghiên cứu ñịa chính ñã trở thành ñơn vị ñi ñầu trong công tác áp dụng công nghệ khoa học trong các lĩnh vực ño ñạc, thành lập bản ñồ bằng các công nghệ như công nghệ ảnh số, công nghệ ño sâu, công nghệ GPS, GIS; ñã xây dựng thành công phần mềm hệ thống thông tin ñất ñai của Việt Nam (VILIS), FOLES,…

2.2 Cơ sở lý luận về cơ sở dữ liệu và GIS

2.2.1 Tổng quan về cơ sở dữ liệu

2.2.1.1 Khái niệm chung

- Cơ sở dữ liệu (viết tắt là CSDL – Database) ñược hiểu theo nhiều cách

khác nhau Tuy nhiên theo cách ñịnh nghĩa kiểu kỹ thuật thì CSDL là một tập hợp thông tin có cấu trúc ñược lưu trữ trên các thiết bị thông tin thứ cấp [2] (như băng từ, ñĩa từ…) ñể có thể thỏa nãm các yêu cầu khai thác thông tin ñồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều trương trình ứng dụng với mục ñích khác nhau

Trong ngành công nghệ thông tin, thuật ngữ CSDL ñược sử dụng rất nhiều và nó thường ñược hiểu dưới dạng một tập liên kết các dữ liệu với nhau

và có ñộ lớn tương ứng Nó ñược duy trì dưới dạng một tập tin trong hệ ñiều hành hay một tập tin ñược lưu trữ trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Ưu ñiểm nổi bật của CSDL là:

+ Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất, do ñó bảo vệ ñược tính nhất quán và toàn vẹn của dữ liệu

+ ðảm bảo dữ liệu có thể ñược truy xuất theo nhiều cách khác nhau + Có khả năng chia sẻ cho nhiều người sử dụng và nhiều ứng dụng khác nhau

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (viết tắt là DBMS - Database Management System) là một phần mềm hay hệ thống ñược thiết kế một chương trình ứng

dụng trên máy vi tính cung cấp các công cụ ñể truy tìm, sửa chữa, xóa, nhập

thêm dữ liệu hoặc tổng hợp ra cơ sở dữ liệu mới theo yêu cầu của người sử dụng Hệ quản trị CSDL là một lĩnh vực rất quan trọng của công nghệ thông tin, nó có thể giúp con người giải quyết ñược nhiều vấn ñề một cách nhanh chóng, chính xác

Có rất nhiều loại hệ quản trị CSDL khác nhau Tuy nhiên chúng có một ñiểm chung là chúng ñều sử dụng ngôn ngữ truy vấn theo cấu trúc SQL

(Structured Query Language) Một số hệ quản trị thường ñược sử dụng như

MySQL, Oracle, PostgreSQL, SQL Server, DB2, …v.v… Với các hệ ñiều hành khác nhau, các hệ quản trị CSDL trên ñều chạy tốt, nhưng với hệ ñiều hành Windows thì chỉ có SQL Server của Microsoft [3].

2.2.2 Phân loại hệ quản trị CSDL

♦ Dữ liệu dạng phẳng (Flat file)

Dữ liệu dạng phẳng là một chuỗi dữ liệu hai chiều ñược tổ chức theo hàng và cột tương tự như một bảng tính (spreadsheet) ðây là dạng ñơn giản nhất trong quản lý CSDL Tất cả các dữ liệu của một loại ñối tượng ñược lưu trữ trong một file hay một bảng riêng

Quản lý CSDL dạng phẳng thường có giá thành thấp và dễ dàng sử dụng, nhưng sự phức tạp của dữ liệu thực tế ñòi hỏi cần phải có thêm khả năng ñể có thể cung ứng dữ liệu

♦ Dữ liệu dạng cây (Hierarchical)

Trong cấu trúc dữ liệu dạng cây, mối quan hệ một – nhiều giữa nhiều tập dữ liệu ñược hình thức hóa vào trong thiết kế cơ sở dữ liệu Thiết kế này thuận lợi trong những trường hợp có nhiều mẫu sản phẩm trong một lần thí nghiệm – dạng quan hệ 1– nhiều, nhưng có khó khăn với những trường hợp khác như là quan hệ nhiều – nhiều Dạng dữ liệu này ít ñược sử dụng hơn dữ liệu dạng phẳng hay dữ liệu quan hệ

Dữ liệu dạng cây khi thiết lập có thể ñược lưu trữ trong một hệ quản lý

CSDL quan hệ, và hệ quản lý CSDL quan hệ thường linh hoạt hơn, do ựó hệ quản lý CSDL dạng cây thường rất hiếm ựược sử dụng

♦Dữ liệu dạng mạng lưới (Network)

Trong mô hình dữ liệu dạng mạng, mối quan hệ phức hợp giữa các ựối tượng trong cùng một lớp ựược quản lý dễ dàng hơn Hệ thống Hypertext (như là mạng toàn cầu Ờ World Wide Web Ờ www) là một ựiển hình của phương thức quản lý dữ liệu này Hệ quản lý CSDL dạng mạng lưới không phải là phổ biến, nhưng nó thắch hợp trong một số trường hợp, nhất là trường hợp có khối lượng các mối quan hệ dữ liệu rất phức tạp

Dữ liệu dạng mạng có thể ựược lưu trữ trong một hệ quản lý CSDL

Bảng kết nối (join table) là cần thiết ựể xử lý mối quan hệ nhiều Ờ nhiều

♦ Dữ liệu dạng ựối tượng (Object oriented)

Dữ liệu dạng ựối tượng bắt ựầu ựược ứng dụng từ những năm 90 của thế kỷ XX đây tuy là dạng dữ liệu tương ựối phức tạp nhưng nó có khả năng thao tác nhiều dữ liệu cho nhiều mục ựắch khác nhau, và có khả năng sử dụng rộng rãi Một số ựặc tắnh của CSDL dạng ựối tượng bao gồm:

+ Khả năng bao trùm (Encapsulation): Lập trình hướng ựối tượng tập

trung vào ựối tượng với sự kết hợp giữa dữ liệu và mã nguồn Trong các ựối tượng có chứa các dữ liệu mà cho biết nó phải làm gì, nghĩa là các ựối tượng

có chứa các phương thức hoạt ựộng đó chắnh là khả năng bao trùm

+ Tắnh kế thừa (Inheritance): Tắnh kế thừa là khả năng ựịnh nghĩa một

lớp ựối tượng dựa trên một hoặc nhiều lớp ựối tượng khác ựã ựược ựịnh nghĩa trước ựó Lớp kế thừa thừa hưởng ựầy ựủ những tắnh chất ựược ựịnh nghĩa trong lớp cơ sở Do ựó nó cũng có thể ựóng vai trò như là lớp cơ sở cho những lớp kế thừa tiếp theo

+ Khả năng trao ựổi thông ựiệp (Message Passing): Một chương trình

hướng ựối tượng giao tiếp với các ựối tượng thông qua các thông ựiệp

(Message), và các ñối tượng có thể trao ñổi thông ñiệp cho nhau

+ Tính ña năng (Polymorphism): cho phép một chương trình sau khi ñã

biên dịch có thể có nhiều diễn biến xảy ra là một trong những thể hiện của tính ña hình, tính muôn màu muôn vẻ, của chương trình hướng ñối tượng, một thông ñiệp ñược gởi ñi (gởi ñến ñối tượng) mà không cần biết ñối tượng nhận thuộc lớp nào

♦ Dữ liệu quan hệ (Relational data)

Trong mô hình quan hệ, dữ liệu ñược lưu trong một hoặc nhiều bảng biểu, và các bảng biểu có liên quan với nhau, có nghĩa là, chúng có thể tham gia cùng với nhau, dựa trên các yếu tố dữ liệu trong những bảng biểu

ðiều này cho phép lưu trữ dữ liệu với nhiều thành phần của một loại thông tin liên quan ñến một ñối tượng (mối quan hệ 1– nhiều) Cách này có hiệu quả trong việc lưu trữ dữ liệu lớn, phức tạp, bởi nó cung cấp khả năng kết hợp dữ liệu một cách linh hoạt

Cách thức tương tác phổ biến nhất với hệ quản lý CSDL quan hệ là Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc SQL SQL cung cấp một cách thức mạnh mẽ và linh ñộng cho việc bổ sung và thay ñổi dữ liệu trong một hệ thống relational

♦ Ngôn ngữ ñánh dấu mở rộng (XML – Extensible Markup Language)

Các sản phẩm quản lý CSDL hiện nay cũng ñã bắt ñầu sử dụng XML như ñịnh dạng lưu trữ dữ liệu Nhưng chưa chắc chắn rằng nó có thể thay thế hoàn toàn cho các ñịnh dạng lưu trữ dữ liệu truyền thống hay không, nhất là trong các hệ thống quản lý dữ liệu dạng quan hệ Các nhà cung cấp ñang nghiên cứu thêm các khả năng cho XML ñể nó hoàn thiện và ñược chấp nhận nhiều hơn[3]

2.2.3 Mô hình và cấu trúc dữ liệu

♦ Mô hình dữ liệu

Mô hình dữ liệu (data module) của một hệ thống quản lý dữ liệu là cấu

trúc của các bảng (tables) và các cột (fields) ñể lưu trữ kết quả dữ liệu Quá trình tạo ra mô hình dữ liệu chặt chẽ và hợp lý là một trong bước quan trọng trong quá trình xây dựng một hệ thống CSDL có hiệu quả và thành công

Mô hình dữ liệu vật lý (physical data model) diễn tả chi tiết và chính xác dữ liệu sẽ ñược tích trữ như thế nào, nó bao gồm cả tên, loại dữ liệu, và kích cỡ cho tất cả các cột ở trong mỗi bảng, và các quan hệ (relationships) liên kết các bảng với nhau (cột khóa nối kết các bảng)

Hình 2.1 Bảng dữ liệu của mô hình dữ liệu vật lý

♦ Cấu trúc dữ liệu

Cấu trúc dữ liệu là một cách lưu dữ liệu trong máy tính sao cho nó có thể ñược sử dụng một cách hiệu quả Thông thường, một cấu trúc dữ liệu ñược chọn cẩn thận sẽ cho phép thực hiện thuật toán hiệu quả hơn

Việc chọn cấu trúc dữ liệu thường bắt ñầu từ chọn một cấu trúc dữ liệu trừu tượng

Các cấu trúc dữ liệu ñược triển khai bằng cách sử dụng các kiểu dữ liệu, các tham chiếu và các phép toán trên ñó ñược cung cấp bởi một ngôn ngữ lập trình

Mỗi loại cấu trúc dữ liệu phù hợp với một vài loại ứng dụng khác nhau, một số cấu trúc dữ liệu dành cho những công việc ñặc biệt

Vì cấu trúc dữ liệu có tính chất quyết ñịnh ñối với các chương trình chuyên nghiệp nên có rất nhiều hỗ trợ về cấu trúc dữ liệu trong các thư viện chuẩn của các ngôn ngữ lập trình hiện ñại, ví dụ thư viện mẫu chuẩn của C++, Java API, và Microsoft NET Framework

2.2.4 Tính bảo mật của hệ thống CSDL

♦ Tính chủ quyền của dữ liệu

- Thể hiện ở phương diện an toàn dữ liệu

- Khả năng biểu diễn mối liên hệ của dữ liệu và tính chính xác dữ liệu

- Người khai thác cơ sở dữ liệu phải cập nhật cho CSDL những thông tin mới nhất

♦ Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của người sử dụng

- Do ưu ñiểm CSDL có thể cho nhiều người khai thác ñồng thời nên cần phải có một cơ chế bảo mật, phân quyền quản lý và khai thác sử dụng CSDL

- Các hệ ñiều hành nhiều người sử dụng hay cục bộ ñều có thể cung cấp

- Cấp quyền ưu tiên cho từng người khai thác

♦ ðảm bảo an toàn dữ liệu khi có sự cố

- Khi CSDL nhiều và ñược quản lý tập trung, khả năng rủi ro mất dữ liệu rất cao Các nguyên nhân chính là mất ñiện ñột ngột hoặc hỏng thiết bị lưu trữ

- Hiện tại có một số hệ ñiều hành ñã có cơ chế tự ñộng sao lưu ổ cứng

và sửa lỗi khi có sự cố xảy ra Tuy nhiên, ta nên chủ ñộng sao lưu dự phòng cho dữ liệu ñề phòng trường hợp xấu xảy ra

♦ Quyền truy cập và phân quyền

Phần lớn các phần mềm quản lý CSDL ñều cung cấp hệ thống ñể hạn chế số lượng người sử dụng và phân quyền cho người sử dụng

Việc tiến hành công việc bảo mật và phân quyền sử dụng sẽ dễ dàng khi sử dụng hệ thống client – server hơn là khi sử dụng hệ thống riêng biệt Như vậy, nếu muốn ñộ an toàn cao cho CSDL thì lựa chọn phần mềm quản lý SQL Server hay Oracle cho hệ thống và phần mềm Access vào vị trí chọn lựa cuối cùng ở cấp cơ sở[3]

♦ Ghi nhận hoạt ñộng quản trị

Một ñiều rất quan trọng nhằm bảo ñảm chất lượng của CSDL là việc ghi nhận mọi hoạt ñộng làm thay ñổi CSDL, kể cả thời gian, nguời thực hiện

và tại sao phải thực hiện hoạt ñộng ñó

Một hệ thống ñơn giản ñể ghi nhận một hoạt ñộng là một bảng ghi nhận (ActivityLog table) nằm trong CSDL ñể người quản trị ghi chép các hoạt ñộng làm thay ñổi CSDL Khi người quản trị thoát khỏi bất cứ cửa sổ thay ñổi

dự liệu nào, kể cả cập nhập, chỉnh sữa, xem xét dữ liệu thì cửa sổ ghi nhận xuất hiện Phần mềm sẽ tự ñộng ghi nhận tên của người quản trị và thời gian diễn ra hoạt ñộng liên quan ñến dữ liệu

các file có ñịnh dạng DBase DBase bắt ñầu phát triển từ những ngày sơ khai của hệ ñiều hành DOS trên các thế hệ máy tính cũ

Hiện nay Microsoft Access ñã ñược sử dụng rất phổ biến Phần mềm này có ñầy ñủ chức năng cho cả người mới biết và những chuyên gia CSDL cùng sử dụng Nó có mặt ở khắp nơi cùng với phần mềm MS Office trong hệ ñiều hành Windows hoặc ñứng riêng biệt Microsoft Access tích hợp khá ñầy

ñủ những ñặc tính của một phần mềm CSDL, bao gồm cả ngôn ngữ lập trình

ñể người sử dụng có thể tự ñộng hóa các công việc lặp ñi lặp lại hoặc thậm chí ñể thành lập một phần mềm ứng dụng riêng biệt về CSDL

Do Access là phần mềm CSDL cho máy tính ñể bàn nên nó có những hạn chế khi sử dụng cho những CSDL to lớn Kinh nghiệm thực tế ñã chứng

tỏ là Access sẽ trục trặc khi sử dụng cho CSDL có bảng số chứa ñựng khoảng

½ triệu ñến 1 triệu dữ liệu Access cho phép nhiều nguời sử dụng ñồng thời một CSDL mà không cần kỹ năng lập trình nhưng khi số người sử dụng lên ñến con số lớn hơn 12 thì số người sử dụng cập nhật ñồng thời các kịch bản sẽ

bị hạn chế Access có thể sử dụng như là một phần mềm riêng biệt hay là một phần của phần mềm Microsoft Office Suite

Tương tự như Access là phần mềm Paradox của công ty Corel ðây là phần mềm cho phép lập trình hệ thống CSDL liên hệ và phần mềm này là một thành phần của bộ phần mềm Corel Office Suite Paradox là một phần mềm dành cho hệ thống CSDL phức tạp nhưng do Access ñang ñược thị trường chấp nhận rộng rãi nên Paradox ít ñược chú ý ñến

Bước chuyển tiếp lên mức ñộ cao hơn ở nhiều cơ sở ứng dụng hệ thống CSDL là phần mềm Microsoft SQL Server ðây là một hệ thống client– server ñầy ñủ với khả năng bảo mật chặt chẽ và mức ñộ mở rộng CSDL lớn hơn nhiều so với Access Hệ thống này có giá cả trung bình và tương ñối dễ

sử dụng (ñối với các nhà chuyên môn), và có thể tích hợp ñược với CSDL

chứa hàng triệu ñơn vị số liệu SQL Server cũng cho phép kết nối dễ dàng kho

dữ liệu của nó với giao diện của Access, nên việc chuyển ñổi sang SQL Server không có nhiều khó khăn khi CSDL ở Access ở mức quá lớn

Nếu cần thiết phải làm việc với các CSDL lớn hơn thì Oracle hoặc IBM’s DB2 là phương án hợp lý về khả năng to lớn tích trữ dữ liệu nhưng giá thành sẽ tăng cao và cần kiến thức chuyên sâu về các phần mềm này Những CSDL thiết kế trên Oracle hoặc IBM’s DB2 cũng có thể kết nối với CSDL trên Access hoặc trên các phần mềm máy ñể bàn khác

Một loại hình mới về phần mềm CSDL ñã xuất hiện gần ñây dưới dạng

phần mềm nguồn mở (open-source software) ðây là phần mềm mà ta có thể

tiếp xúc ñược với mã nguồn, ñồng thời ñể có ñược phần mềm thì người dùng không cần phải bỏ ra một chi phí nào Loại phần mềm này hiện nay ñang rất phổ biến và có xu hướng thay thế phần mềm thương mại Những phần mềm nguồn mở ñiển hình về quản lý CSDL như: PostgreSQL, MySQL và về GIS như Mapwindow, Ilwis và GRASS… hiện nay ñang ñược thế giới sử dụng rộng rãi [27] Những chương trình miễn phí này chưa ñạt ñược ñộ chặt chẽ như các phần mềm thương mại nhưng chúng ñang ñược cải tiến liên tục và nhanh chóng Chúng cũng ñược phát triển dưới dạng không miễn phí và miễn phí nên ñang ngày càng trở nên là những lựa chọn mới hấp dẫn cho các khách hàng cần quản lý CSDL, nhất là về mặt giá thành

Một loại phần mềm CSDL mới nữa là phần mềm CSDL trên nền Web Những chương trình này chạy trên các trình duyệt web hơn là chạy trên máy tính ñể bàn, và khách sử dụng phải trả một phí thuê bao hàng tháng Các chương trình này hiện vẫn sử dụng các CSDL phẳng nên không thích hợp với các CSDL phức tạp Nhưng do chạy trên nền Web nên việc chia sẻ dữ liệu sẽ dễ dàng hơn Ví dụ của các phần mềm loại này là QuickBase, phần mềm kế toán QuickBooks và phần mềm Caspio Bridge…

2.3 Tổng quan về hệ thống thông tin ựịa lý (GIS Ờ Geographic information system)

2.3.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin ựịa lý Ờ GIS

đã có nhiều ựịnh nghĩa khác nhau về GIS, nhưng nói chung hiện nay

ựã thống nhất quan niệm chung là ỘGIS là một hệ thống kết hợp giữa con

người và hệ thống máy tắnh cùng các thiết bị ngoại vi ựể lưu trữ, xử lý, phân tắch, hiển thị các thông tin ựịa lý ựể phục vụ một mục ựắch nghiên cứu, quản lý nhất ựịnhỢ [9]

Theo giáo sư Akhlaque Haque (đại học Alabama -Birmingham, USA),

hệ thống thông tin ựịa lý là những công cụ phân tắch và trợ giúp quyết ựịnh ựược tổ chức, so sánh và phân tắch những loại thông tin ựặc trưng trong một

hệ thống có tổ chức Khả năng hiển thị trực quan của hệ thống GIS qua kết quả phân tắch trên bản ựồ, và qua ựó, cung cấp một công cụ giúp giám sát các vấn ựề xã hội, kinh tế và chắnh trị GIS là công nghệ tốt nhất ựể hiểu và giải quyết các vấn ựề liên quan ựến không gian và ựịa ựiểm

Xét dưới góc ựộ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia

2.3.2 Cấu trúc và CSDL của GIS

2.3.2.1 Cấu trúc GIS

* Phần cứng (hardware): Bao gồm hệ thống máy tắnh và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng nhập thông tin (Input), xuất thông tin (Output) và xử lý thông tin của phần mềm Hệ thống này gồm có máy chủ (server), máy khách (client), máy quét (scanner), máy in (printer) ựược liên kết với nhau trong mạng LAN hay Internet

* Phần mềm (software): đi kèm với hệ thống thiết bị trong GIS ở trên

là một hệ phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau ựây:

- Nhập thông tin không gian và thuộc tắnh từ các nguồn khác nhau

- Lưu trữ, ñiều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thuộc tính

- Phân tích biến ñổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian - thời gian

- Hiển thị và trình bày thông tin dưới các dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau

Phần mềm ñược phân thành ba lớp: hệ ñiều hành, các chương trình tiện ích ñặc biệt và các chương trình ứng dụng

* CSDL (database): GIS phải bao gồm một CSDL chứa các thông tin không gian (thông tin ñịa lý: cặp tọa ñộ X,Y) và các thông tin thuộc tính liên kết chặt chẽ với nhau và ñược tổ chức theo một ý ñồ chuyên ngành nhất ñịnh Thời gian ñược mô tả như một kiểu thuộc tính ñặc biệt Quan hệ ñược biểu diễn

thông qua thông tin không gian và (hoặc) thuộc tính

* Cơ sở tri thức:

Cấu trúc của Cơ sở tri thức trong GIS ñược thể hiện thông qua hình sau:

Hình 2.2 Cơ sở tri thức trong GIS

2.3.2.2 CSDL của GIS

Mấu chốt của một hệ thống GIS là dữ liệu và cách tổ chức dữ liệu Dữ

liệu trong hệ thống GIS là các dữ liệu ñịa lý nhằm phản ảnh thế giới thực, cần trả

lời ñược các câu hỏi như: Cái gì? (dữ liệu thuộc tính); Ở ñâu? (dữ liệu không gian); Khi nào? (thời gian); Tương tác với các ñối tượng khác ra sao? (quan hệ)

Một ñối tượng của dữ liệu ñịa lý ñược coi là ñã xác ñịnh khi có thông tin về các lĩnh vực trên ðặc ñiểm quan trọng trong tổ chức dữ liệu của GIS

là: dữ liệu không gian (bản ñồ) và dữ liệu thuộc tính ñược lưu trữ trong cùng

một CSDL và có quan hệ chặt chẽ với nhau

* Dữ liệu không gian: Dữ liệu không gian bao gồm dữ liệu ñịa lý, bản

ñồ giấy, số liệu ño ñạc truyền thống, ảnh chụp từ máy bay, dữ liệu GPS, Viễn

thám (Remote Sensing), tệp dữ liệu số từ phân mềm khác,

Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc:

- Cấu trúc raster: có thể hiểu ñơn giản là một “ảnh” chứa các thông tin

về một chuyên ñề

Ảnh raster mô phỏng bề mặt trái ñất và các ñối tượng trên ñó bằng một lưới (ñều hoặc không ñều) gồm các hàng và cột Những phần tử nhỏ này gọi

là những pixel hay cell Giá trị của pixel là thuộc tính của ñối tượng Kích

thước pixel càng nhỏ thì ñối tượng càng ñược mô tả chính xác

Một mặt phẳng chứa ñầy các pixel tạo thành raster

- Cấu trúc vector: mô tả vị trí và phạm vi của các ñối tượng không gian bằng tọa ñộ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa chúng

Về mặt hình học, các ñối tượng ñược phân biệt thành 3 dạng: ñối tượng

dạng ñiểm (point), ñối tượng dạng ñường (line) và ñối tượng dạng vùng

(region hay polygon)

* Dữ liệu thuộc tính: Dữ liệu thuộc tính dùng ñể mô tả ñặc ñiểm của ñối tượng Dữ liệu thuộc tính có thể là ñịnh tính hoặc ñịnh lượng Nó có thể

gồm dữ liệu ñiều tra, phỏng vấn, số liệu thống kê, văn bản,…

ðể quản lý dữ liệu thuộc tính của các ñối tượng ñịa lý trong CSDL, GIS ñã sử dụng phương pháp gán các giá trị thuộc tính cho các ñối tượng thông qua các bảng số liệu Mỗi bản ghi ñặc trưng cho một ñối tượng ñịa lý, mỗi cột của bảng tương ứng với một kiểu thuộc tính của ñối tượng ñó

* Dữ liệu chung (Siêu dữ liệu – Metadata)

Dữ liệu chung bao gồm các thông tin về hệ quy chiếu và tỷ lệ bản ñồ

- Hệ quy chiếu (Projection):

Khoảng cách giữa các ñiểm, diện tích, hình dạng các khu vực trên trái ñất khi biểu thị lên mặt phẳng không tránh khỏi sự biến dạng, hay nói cách khác có sai số ðể biểu thị bề mặt Elipxoid lên mặt phẳng người ta sử dụng phép chiếu bản ñồ [7]

Tùy theo quy mô, tính chất của bản ñồ ñể chọn tỷ lệ thích hợp

Nội dung hoạt ñộng của một hệ thống GIS có thể ñược mô tả như sau :

Hình 2.4 Nội dung hoạt ñộng của một hệ thống GIS

Và từ ñó có mô hình ñơn giản thể hiện cho việc sử dụng hệ thống GIS :

Hình 2.5 Việc sử dụng hệ thống GIS

2.3.3 Chức năng của GIS

* Nhập dữ liệu

* Quản lý dữ liệu

* Sửa ñổi và phân tích dữ liệu không gian

* Sửa ñổi và phân tích dữ liệu phi không gian

* Tích hợp dữ liệu phi không gian và thuộc tính

ðây là các chức năng quan trọng nhất của GIS, ñể phân biệt với các các

hệ khác, nhất là các hệ vẽ bản ñồ tự ñộng và các hệ CAD (Computer-Added Design) là những hệ cũng làm việc với bản ñồ số trên máy tính:

- Chiết xuất thông tin: tách, lọc các thông tin quan tâm trong tập dữ liệu

- Nhóm các thông tin theo một tiêu chuẩn nhất ñịnh

- ðo ñạc: xác ñịnh nhanh các thông số hình học của ñối tượng ñược thể hiện như diện tích, ñộ dài, vị trí…

- Chồng ghép bản ñồ

- Các phép tính toán lân cận (quan hệ không gian): lọc, phân tích vùng ñệm, phân tích xu thế, tính toán ñộ dốc, hướng phơi, phân chia lưu vực, chiết xuất dòng chảy

- Các phép nội suy: từ ñiểm, từ ñường

- Dựng mô hình 3 chiều và phân tích trên mô hình 3 chiều (3D): tạo lát cắt, phân tích tầm nhìn…

- Tính toán mạng ñể tìm khoảng cách, ñường ñi

* Xuất bản

2.3.4 Ứng dụng của GIS

CSDL ñịa lý ñược tạo ra và quản lý bằng GIS cho phép các ứng dụng

ña ngành có thể ñược thực hiện trên cùng một nền dữ liệu thống nhất Do vậy,

kỹ thuật GIS hiện nay ñược ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, ñược coi

là "công cụ hỗ trợ việc ra quyết ñịnh” (decision – making support tools)

2.3.4.1 Một số bài toán ứng dụng công nghệ GIS

* Tính toán theo các mô hình ñể tạo ra các thông tin mới:

* Các bài toán mô phỏng:

* Các ứng dụng có liên quan ñến mô hình số ñộ cao:

* Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường:

* Nghiên cứu các ñiều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội:

* Nghiên cứu, hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển:

* Sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn: Thổ nhưỡng, trồng trọt, quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu, kinh tế nông nghiệp, phân tích khí hậu,

mô hình hoá nông nghiệp, chăn nuôi gia súc gia cầm

Các ứng dụng trên có thể coi là “cổ ñiển” và ñã ñược áp dụng thành công

Ngày nay GIS ñang phát triển mạnh theo hướng tổ hợp, phát triển GIS lớn,liên

kết mạng, ứng dụng thành quả của các ngành khoa học khác vào GIS, như ứng dụng trí tuệ nhân tạo, lý thuyết mờ vào trong việc xử lý dữ liệu GIS, tích hợp GIS với các thông tin chuyên ñề ñể hình thành hệ thông tin giải quyết một vấn

ñề cụ thể cũng như trợ giúp ra quyết ñịnh, nhất là trong quản lý lãnh thổ

2.3.4.3 Phân tích chồng xếp trong GIS

Việc chồng xếp các bản ñồ trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, ñể có thể xây dựng thành một bản ñồ mới mang các ñặc tính hoàn toàn khác với bản ñồ trước ñây

Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau Các thao tác phân tích ñòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải ñược liên kết vật lý

Hình 2.6 Mô hình chồng xếp trong GIS

Chồng ghép những lớp dữ liệu khác nhau là một quá trình bậc thang Hai lớp dữ liệu nhập vào ựược tổ hợp vào một lớp trung gian, sau ựó nó ựược

tổ hợp với lớp thứ ba ựể tạo ra một lớp trung gian khác điều này ựược thực hiện tới khi tất cả các lớp thông tin ựều ựược chồng xếp ựể tạo ra một lớp chuyên ựề mới chứa ựựng những thông tin mới

2.2.5 Lợi ắch và hạn chế của việc sử dụng kỹ thuật GIS

Kỹ thuật GIS là một công nghệ ứng dụng các tiến bộ của khoa học máy tắnh do ựó việc sử dụng GIS trong các mục tiêu nghiên cứu so với các phương tiện cổ ựiển có thể mang lại những hiệu quả cao do:

- Là cách tiết kiệm chi phắ và thời gian nhất trong việc lưu trữ số liệu,

- Có thể thu thập số liệu với số lượng lớn,

- Số liệu lưu trữ có thể ựược cập nhật hoá một cách dễ dàng,

- Chất lượng số liệu ựược quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt,

- Dễ dàng truy cập, phân tắch số liệu từ nhiều nguồn và nhiều loại khác nhau

- Tổng hợp một lần ựược nhiều loại số liệu khác nhau ựể phân tắch và tạo ra nhanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới

Tuy nhiên, có những trở ngại xuất hiện trong quá trình sử dụng kỹ thuật GIS Chúng cần ựược cân nhắc thận trọng trong quá trình phát triển GIS tại các nước kém và ựang phát triển như Việt Nam, ựó là:

- Chi phắ và những vấn ựề kỹ thuật ựòi hỏi trong việc chuẩn bị lại các

số liệu thô hiện có, nhằm có thể chuyển từ bản ựổ dạng giấy truyền thống sang dạng kỹ thuật số trên máy tắnh (thông qua việc số hoá, quét ảnh )

- đòi hỏi nhiều kiến thức của các kỹ thuật cơ bản về máy tắnh, yêu cầu lớn về nguồn tài chắnh ban ựầu

- Chi phắ của việc mua sắm, lắp ựặt thiết bị và phần mềm GIS khá cao

- Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chắnh thu lại thấp

ðặc biệt trong nông nghiệp, GIS có 3 ñiểm thuận lợi chính khi ñược so sánh với cách quản lý bản ñổ bằng tay trước ñây:

- Chúng là một công cụ khá mạnh trong việc lưu trữ và diễn ñạt các số liệu ñặc biệt là các bản ñồ

- Chúng có thể cho ra những kết quả dưới những dạng khác nhau như các bản ñổ, biểu bản, và các biểu ñổ thống kê,

- Chúng là một công cụ ñắc lực cho các nhà khoa học ñặc biệt về lãnh vực nghiên cứu hệ thống canh tác, ñánh giá ñất ñai, khả năng thích nghi của các kiểu sử dụng ñất, quản lý và xử lý các bản ñồ giai thửa trong quản lý ñất ñai, Nó giúp cho các nhà làm khoa học ñó khả năng phân tích các nguyên nhân và những ảnh hưởng và kiểm chứng những biến ñổi trong hệ thống sinh thái cũng như khả năng thích ứng của việc thay ñổi một chính sách ñối với người dân

Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng ñược thí ñiểm khá sớm ðến nay GIS ñã ñược ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu ñịa chất, ño ñạc bản ñồ, ñịa chính, quản

lý ñô thị

Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản ñồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, ñiều hành, trợ giúp quyết ñịnh hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và ñầu tư mới có thể ñưa vào ứng dụng chính thức

2.4 Cơ sở lý luận về ứng dụng GIS trong quản lý dữ liệu tài nguyên ñất

2.4.1 Tổng quan về công tác quản lý dữ liệu tài nguyên ñất

♦ CSDL tài nguyên ñất

Các thành phần cấu thành của CSDL tài nguyên ñất nói chung bao gồm: Thông tin về hệ thống quy chiếu; Thông tin về hệ toạ ñộ, ñộ cao Nhà

nước; Thông tin về hệ thống bản ñồ ñịa hình cơ bản; Thông tin về ñường biên giới và ñịa giới hành chính; Thông tin về mô hình ñộ cao ñịa hình; Thông tin

về các loại ñất phân theo tính chất ñất; Thông tin về các loại sử dụng ñất phân theo hiện trạng sử dụng; Thông tin về bản ñồ thửa ñất - bao gồm nhà cửa, tài sản trên ñất; Thông tin về chủ sử dụng ñất; và thông tin về các dữ liệu có liên quan khác

CSDL tài nguyên ñất ñược phân loại theo dạng thông tin gồm có CSDL không gian (ñồ họa) và CSDL thuộc tính (văn bản) Mỗi CSDL cần có những thông tin ñầu vào khác nhau, qua quá trình xử lý sẽ cho những thông tin ñầu

ra ứng dụng cho từng mục ñích khác nhau [1]

♦ Quản lý dữ liệu

Quản lý dữ liệu là quá trình chăm sóc, bảo trì các dữ liệu Nó bao gồm một loạt các hoạt ñộng từ khi nhập dữ liệu vào hệ thống, kiểm tra, sắp xếp và phân loại dữ liệu Dữ liệu có thể ñược lưu trữ một cách an toàn, hạn chế thấp nhất gặp phải những sự cố kỹ thuật gây phá hỏng thiết bị, hoặc do sự cạnh tranh không lành mạnh của con người, hay do thời gian gây ra

Quản lý dữ liệu không cho phép những cá nhân xâm phạm bản quyền

có thể thay ñổi nội dung của dữ liệu Khuôn dạng dữ liệu cho phép có khả năng phân tích và xử lý dữ liệu ñể tạo ra sản phẩm khi có các yêu cầu về thông tin

2.4.2 Một số ứng dụng CNTT trong việc quản lý tài nguyên ñất

2.4.2.1 Trên thế giới

Rất nhiều quốc gia, khu vực ñã tiến hành nghiên cứu ứng dụng CNTT

ñể quản lý dữ liệu tài nguyên ñất Vấn ñề tổ chức dữ liệu tài nguyên ñất và trình bầy dữ liệu sử dụng công cụ tin học ñã trở thành một chuyên ngành của khoa học ñất.[26] Tổ chức có ứng dụng lớn nhất hiện nay là FAO

Trong thời gian vừa qua, tổ chức AGL của FAO ñã dẫn ñầu về phát

triển và ứng dụng máy tính dựa trên sự phân tích dữ liệu và HTTT để hỗ trợ việc ra các quyết định về các vấn đề quản lý, sử dụng đất

Các hệ thống thơng tin đất đã được thiết lập, cĩ ba dạng hệ thống thơng tin trong AGL là: Hệ thống đánh giá tài nguyên đất đai; Hệ thống đánh giá tài nguyên nước; Hệ thống quản lý thủy lợi [3,5] Trọng tâm của các hệ thống thơng tin đất là các phương pháp và cơng cụ để đánh giá các tiềm năng, nguồn lực về đất và đất đai trên tồn cầu, hay cho từng quốc gia, khu vực Hệ thống thơng tin tài nguyên nước thì quan tâm tới các hệ thống thuỷ lợi, việc quản lý

và sử dụng nước với các mức độ canh tác ở từng khu vực và đánh giá tài nguyên nước của mỗi quốc gia

● Về quản lý nguồn tài nguyên đất:

Tổ chức AGL đã sử dụng một số cơng cụ tích hợp như: cơng cụ về CSDL, cơng cụ mơ hình, cơng cụ hỗ trợ việc ra quyết định, cơng cụ truyền thơng và các tài liệu ấn phẩm được xuất bản (FAO and The European Commission, 1999) [22]

1 Cơng cụ về CSDL:

Gồm các vỏ chương trình CSDL (database program shells) để tạo cơ

sở dữ liệu đất, địa hình, nước, khí hậu, mùa vụ và việc sử dụng đất; bên cạnh

đĩ cũng cĩ thể cĩ một số CSDL được tạo ra bằng các chương trình khác nhau trong đĩ cĩ CSDL GIS, các cơng cụ phân tích và tưởng tượng

2 Cơng cụ mơ hình: Một số mơ hình như:

- Các mơ hình tăng trưởng cây trồng, và dự đốn cả năng suất tiềm năng và năng suất thực

- Các mơ hình về các dự tốn rủi ro mất đất và đánh giá suy thối đất đai

- Các mơ hình cân bằng nước, yêu cầu nước tưới tiêu mùa vụ và các yêu cầu về thủy lợi Mơ hình cân bằng nước là cơng cụ bản chất của việc đánh giá số lượng nguồn tài nguyên nước phục vụ cho việc quản lý và lập kế hoạch

sử dụng nguồn tài nguyên này

- Các mô hình cân bằng dinh dưỡng cho cây trồng và các yêu cầu

3 Các công cụ hỗ trợ việc ra quyết ñịnh (FAO, 1998):

- Hệ thống các công cụ chuyên biệt ñể hỗ trợ cho việc ñánh giá ñất dựa trên các thông tin và kiến thức sẵn có

- Hệ thống hỗ trợ ra quyết ñịnh ña mục tiêu (Multi-criteria support systems - MCDS) ñể phân tích tối ưu phương án sử dụng nguồn tài nguyên ñất ñai và nguồn tài nguyên nước Các công cụ MCDS tương tác tạo

decision-sự so sánh về các ñiều kiện sử dụng ñất và nước Từ ñó tìm thấy một hiệu quả

và có thể chấp nhận ñược sự cân bằng giữa các yêu cầu của các bên liên quan ñối với tài nguyên ñất và tài nguyên nước[19]

4 Các tài liệu ấn phẩm ñược xuất bản:

Tổ chức AGL có một trung tâm tài liệu có nhiệm vụ thu thập và duy trì hai loại tài liệu: Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của FAO và ngoài FAO (thông tin quốc gia, tài liệu chuyên biệt); Bộ sưu tập hàng ngàn bản ñồ ñã ñược sử dụng trong việc biên soạn Bản ñồ ñất thế giới của FAO – UNESCO, và chúng luôn ñược làm phong phú với những bản ñồ mới hơn

5 Công cụ truyền thông:

Tổ chức AGL sử dụng cơ sở Internet và Intranet ñể phổ biến các thông

tin theo Trung tâm Thông tin Nông nghiệp thế giới (World Agriculture Information Centre – WAICENT là một hệ thống thành viên phổ biến thông

tin của FAO) Bằng cách này, AGL ñã ñạt ñược các mục tiêu tiếp cận khán giả hiệu quả hơn, giảm ñược chi phí trong tất cả các giai ñoạn tiếp nhận, xử lý

và phổ biến thông tin về tài nguyên ñất và nước

Tổ chức AGL có 3 công cụ về HTTT chính và hệ thống hỗ trợ việc ra quết ñịnh là: Hệ thống ñánh giá nguồn tài nguyên ñất, hệ thống ñánh giá nguồn tài nguyên nước và hệ thống quản lý việc tưới tiêu ñồng ruộng [19]

● Tổ chức AGL ựã sử dụng một chương trình phổ biến và cơ bản là Hệ

thống AEZ/LRIS (The AEZ/LRIS systems)

* Giới thiệu về AEZ/LRIS:

Các phương pháp nông nghiệp Ờ sinh thái (Agro Ờ Ecological Zone Ờ AEZ) của FAO là hệ thống chắnh trong công tác ựánh giá tài nguyên ựất và ựất ựai Phương pháp AEZ bắt ựầu phát triển vào năm 1975 Lúc này AEZ ựược

sử dụng như là một công cụ ựánh giá tài nguyên ựất tốt nhất cho việc lập quy hoạch, kế hoạch, quản lý và kiểm tra ựịnh lượng nguồn tài nguyên (FAO,

1998, 2000)

Trong cơ sở dữ liệu của AEZ, các loại dữ liệu ựịa lý tham chiếu ựược tắch hợp lại Chúng có thể bao gồm các dữ liệu về ựịa hình, giới hành chắnh, ựường giao thông, các thị trấn, sông ngòi, ựịa chất, ựất, xói mòn, mưa; nhiệt

ựộ và ựộ ẩm, chế ựộ sử dụng ựất, che phủ rừng, dân số,Ầv.vẦ(FAO, 1998) Ngoài ra, AEZ còn ựược sử dụng trong việc ựánh giá một số ứng dụng khác như:

- Kiểm kê tài nguyên ựất

- đánh giá mức ựộ phù hợp của tài nguyên ựất với việc sản xuất bao gồm cả lâm nghiệp và sản xuất chăn nuôi

- Quy hoạch, sử dụng tài nguyên ựất

- đánh giá sự thoái hoá ựất; hỗ trợ khả năng ựánh giá và sử dụng ựất theo mô hình tối ưu

* Cấu trúc CSDL của AEZ:

Cấu trúc CSDL của hệ thống AEZ/LRIS ựược thể hiện như trong hình 2.7

đó là một cấu trúc dữ liệu khép kắn theo hai hướng: một là từ người sử dụng ựến mô hình nhờ các công cụ chức năng; hai là từ mô hình ựến người sử dụng thông qua việc truyền ựạt thông tin (FAO, 1998)

Hình 2.7 Hệ thống luồng thông tin trong AEZ

* Các công cụ của AEZ/LRIS:

AEZ/LRIS ñã phát triển và ứng dụng rất nhiều công cụ khác nhau phục

vụ cho mục ñích của mình Chúng bao gồm các CSDL và một số phần mềm AEZ/LRIS có hai công cụ chính là GAEZ và SOTER

- GAEZ (Global agro-ecological zones 2000)

Công cụ này cung cấp một kho chứa toàn cầu về khí hậu; ñất và ñiều kiện ñịa hình; ñánh giá tiềm năng ñất ñai và các nguồn lực hạn chế ; khả năng

sản xuất cho hơn 250 sự kết hợp của cây trồng và cấp quản lý

Nội dung CSDL của công cụ này là:

+ ðất toàn cầu và khó khăn do ñịa hình ñối với sản xuất nông nghiệp + Dữ liệu khí hậu tham số trên toàn cầu

+ Tiềm năng sản xuất của ñất theo từng quốc gia

+ Tính phù hợp cho từng mùa vụ theo mỗi quốc gia

+ Hơn 100 bản ñồ và bảng biểu tương ứng với các báo cáo và yêu cầu của GIS (IDRISI/ARC/Info)

Phần mềm CSDL của công cụ: Hầu hết các bản ñồ ñều ở ñịnh dạng

“*.bnm” và có thể xem ñược trên màn hình Tất cả các bảng thì ñều trong Excel Tất cả các bản ñồ cũng tương thích với các ñịnh dạng Arc/Info và IDRISI

- CSDL ñất và ñịa hình toàn cầu : (The Global soil and terrain Database – SOTER)

Chương trình CSDL số về ñất và ñịa hình (SOTER) cung cấp một trật

tự sắp xếp các nguồn tài nguyên tự nhiên trong các dữ liệu theo cách mà các

dữ liệu có thể truy cập dễ dàng, kết hợp và phân tích từ các quan ñiểm về khả năng sử dụng và sản xuất, liên quan ñến các yêu cầu thực phẩm, tác ñộng môi trường và bảo tồn Vấn ñề cơ bản trong phương pháp tiếp cận SOTER là lập bản ñồ các khu vực riêng biệt, thường lặp ñi lặp lại khuôn mẫu của dạng ñất (landform), hình thái ñất, ñộ dốc, nguồn gốc hình thành ñất và các vật liệu ñất tại quy mô 1:1 triệu (ñơn vị SOTER) Mỗi ñơn vị SOTER ñược liên kết thông qua hệ thống thông tin ñịa lý với một CSDL trên máy tính có chứa tất cả các thuộc tính sẵn có về vị trí, dạng ñất và ñịa hình, loại ñất, khí hậu, thực vật và sử dụng ñất Vì vậy, mỗi loại thông tin hay mỗi sự kết hợp của các thuộc tính có thể ñược hiển thị dạng không gian như là một lớp riêng biệt hay trong dạng bảng

Khái niệm SOTER ñã ñược phát triển chủ yếu cho các ứng dụng ở quy