Ứng dụng gis và viễn thám xây dựng cơ sở dữ liệu không gian đánh giá biến động đường bờ tại khu vực bán đảo thanh đa quận bình thạnh, tp hồ chí minh từ năm 1991 đến năm 2017

Để đáp ứng những nhu cầu thực tiễn cấp bách này, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám xây dựng cơ sở dữ liệu không gian đánh giá biến động đường bờ tại khu vực bán đảo

KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ TẠI KHU VỰC BÁN ĐẢO THANH ĐA QUẬN BÌNH THẠNH, TP HỒ CHÍ MINH TỪ NĂM

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, bên cạnh nỗ lực của bản thân, em đã nhận rất nhiều sự động viên, hỗ trợ và giúp đỡ hết sức to lớn của gia đình, thầy cô và bạn bè Bằng tất cả tấm lòng của mình, em xin được gửi những lời tri ân chân thành nhất của mình đến mọi người

Đầu tiên, xin cảm ơn mọi người trong gia đình đã luôn sát cánh bên con, động viên con

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Khoa Môi trường – Đại học Tài nguyên

và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy em trong suốt những năm học vừa qua

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất của mình đến Thạc sĩ Nguyễn Thanh Ngân, giảng viên Khoa Môi trường – Đại học Tài nguyên và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh, người đã tận tình truyền đạt những kiến thức chuyên môn cũng như thực tế trong suốt quá trình làm đề tài, giúp em có thể hoàn thành tốt bài khóa luận tốt nghiệp của mình

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2017

TÓM TẮT

Trong một số năm qua, bán đảo Thanh Đa thực sự là điểm nóng về sạt lở bờ sông trên hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai Các vụ sạt lở liên tiếp xảy ra trong khoảng hơn chục năm trở lại đây đã làm thiệt hại rất lớn của cải và nhân mạng của dân

cư sống bên bờ sông Nguyên nhân sạt lở bờ tại khu vực Thanh Đa thì có nhiều và sự tác động đối với mỗi khu vực là khác nhau.Để giảm thiểu tình trạng trên, tác giả đã đưa ra cách quản lý đường bờ thông qua đề tài nghiên cứu: “Ứng dụng GIS và Viễn thám xây dựng CSDL không gian đánh giá biến động đường bờ tại bán đảo Thanh Đa

ảnh vệ tinh Landsat của các năm (1991, 1993, 1995, 2000, 2006, 2010, 2015, 2017), tài liệu tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh, TP HCM Trích xuất đường

bờ thong qua phần mềm ENVI, tính toán thống kê bằng phần mềm mở rộng DSAS trên phần mềm ArcGIS và từ đó tác giả đưa ra được kết luận và nhận xét về tình hình biến động tại khu vực nghiên cứu.Thông qua nghiên cứu này, tác giả cũng đề xuất được hai giải pháp về mặt kỹ thuật và về mặt quản lý để góp phần ngan ngừa và hạn chế biến động

ABSTRACT

In recent years, the Thanh Da peninsula is really a hotbed of riverbank erosion

on the Saigon - Dong Nai river system Continuous landslides that occurred over a dozen years ago have greatly damaged the wealth and lives of river dwellers The causes of land bank erosion in Thanh Da area are numerous and the impact on each area is different To mitigate this situation, the author has introduced the method of coastal management through the research topic: "Application of GIS and Remote Sensing to Develop Coastal Database for Evaluating Coastal Changes in Thanh Da Peninsula, HCMC from 1991 to 2017".In this topic, the author has collected Landsat satellite images of the years (1991, 1993, 1995, 2000, 2006, 2010, 2015, 2017), documents in the area of Thanh Da peninsula Binh Thanh Dist HCM Extracting the shoreline through ENVI software, statistical calculations using the DSAS software extension on ArcGIS software and from which the author draws conclusions and comments on the situation in the study area.Through this study, the author also proposed two technical and managerial solutions to help prevent and limit change

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 01 năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày… tháng 01 năm 2018

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v

NH MỤC ẢNG ix

NH MỤC H NH x

NH MỤC CHỮ VI T TẮT xi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

3 TÊN ĐỀ TÀI 1

4 NỘI UNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2

5 ĐỐI TƯỢNG V PH M VI NGHIÊN CỨU 2

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 3

7 Ý NGHĨ ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1ĐẶC ĐIỂM KINH T - XÃ HỘI CỦ KHU VỰC ÁN ĐẢO TH NH Đ 4

1.1.1 Vị trí địa lý 4

1.1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội 5

1.1.3 Văn hóa xã hội 6

1.2T NH H NH I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ KHU VỰC ÁN ĐẢO TH NH Đ 6

1.3HƯỚNG TI P CẬN I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ TẠI TH NH Đ 8

1.4 T NH H NH NGHIÊN CỨU IỂN ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ TRÊN TH GIỚI VÀ VIỆT N M 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUY T 12

2.1HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊ LÝ 12

2.1.1 Khái niệm về GIS 12

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 12

2.1.3 Thành phần của GIS 14

2.1.4 Chức năng của GIS 16

2.1.5 Mô hình dữ liệu GIS 17

2.1.6 Các ứng dụng của GIS trong quản lý môi trường 18

2.2 TỔNG QU N VỀ VIỄN THÁM 19

2.2.1 Khái niệm viễn thám 19

2.2.2 Thành phần viễn thám 19

2.2.3 Tính chất viễn thám 20

2.2.4 Phân loại viễn thám 21

2.2.5 Các loại chỉ số viễn thám 21

2.3 PHẦN MỀM VÀ Ữ LIỆU SỬ ỤNG 22

2.3.1 Phần mềm sử dụng 22

2.3.2 ữ liệu sử dụng 26

2.4 QUY TR NH NGHIÊN CỨU I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ 28

2.4.1 Sơ đồ quy trình 28

2.4.2 Thuyết minh quy trình 28

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬ ỤNG NGHIÊN CỨU I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ

29

2.5.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu 29

2.5.2 Phương pháp phân tích ảnh viễn thám 30

2.5.3 Phương pháp ứng dụng GIS 30

2.5.4 Phương pháp thống kê và phân tích số liệu 30

CHƯƠNG 3 K T QUẢ NGHIÊN CỨU 31

3.1 K T QUẢ KHẢO SÁT NGƯỜI ÂN VỀ ĐÁNH GIÁ I N ĐỘNG ĐƯỜNG

Ờ TH NH Đ 31

3.2 TI N TR NH XỬ LÝ Ữ LIỆU 33

3.3 K T QUẢ TRÍCH XUẤT ĐƯỜNG Ờ 39

3.3.1 Ảnh Landsat gốc 39

3.3.2 Ảnh chỉ số N WI 39

3.3.3 Kết quả trích xuất đường bờ trong tám năm 1991 – 2017 42

3.4 TI N TR NH XÂY ỰNG CƠ SỞ Ữ LIỆU KHÔNG GI N NGIÊN CỨU I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ 43

3.4.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng CS L không gian biến động đường bờ 43

3.4.2 Thuyết minh tiến trình xây dựng CS L nghiên cứu biến động đường bờ

44

3.5CƠ SỞ Ữ LIỆU I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ 46

3.6 ĐÁNH GIÁ I N ĐỘNG ĐƯỜNG Ờ QU CHỈ SỐ SCE, EPR, NSM 59

3.7ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 66

K T LUẬN VÀ KI N NGHỊ 67

1 K T LUẬN 67

2 I N NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 72

ANH MỤ ẢNG

ảng 3.1 ảng tổng hợp kết quả phiếu khảo sát 40 người dân 31

Bảng 3.2 Kết quả NDWI cho ảnh viễn thám của các năm 40

Bảng 3.2 Bảng thuộc tính xã 49

Bảng 3.3 Bảng thuộc tính của đường bờ các năm 59

ANH MỤ H NH

Hình 1.1 Bản đồ khu vực nghiên cứu 5

Hình 2.1 Các thành phần của GIS 14

Hình 2.2 Phần mềm của Arc GIS 15

Hình 2.3 Các thành phần trong hệ thống viễn thám 19

Hình 2.4 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám 21

Hình 2.5 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS 23

Hình 2.6 Ảnh minh họa đường bờ và các lát cắt đường bờ 25

Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn năm câu hỏi trong khiếu khảo sát 33

Hình 3.2 Tiến trình tính NDWI 35

Hình 3.3 Công cụ chuyển vùng thành đường 37

Hình 3.4 Tiến trình cắt bỏ những đường không liên quan 37

Hình 3.5 Tiến trình hợp nhất và trích xuất đường bờ 38

Hình 3.6 Ảnh Landsat khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh 39

Hình 3.7 Bản đồ đường bờ tám năm khu vực bán đảo Thanh Đa được trích xuất 43

Hình 3.8 Tiến trình thực hiện xây dựng CSDL không gian nghiên cứu biến động đường bờ 44

Hình 3.9 Các đường cơ sở, đường bờ và mặt cắt để đánh giá biến động đường 60

bờ 60

Hình 3.10 Bản đồ biểu diễn số thứ tự những mặt cắt tại khu vức nghiên cứu 61

Hình 3.11 Ảnh minh họa về chỉ số SCE 62

Hình 3.12 Ảnh minh họa về chỉ số NSM 62

Hình 3.13 Ảnh minh họa về chỉ số EPR 63

Hình 3.14 Biểu đồ chỉ số EPR theo mặt cắt ngang 63

Hình 3.15 Biểu đồ chỉ số SCE theo mặt cắt ngang 64

Hình 3.16 Biểu đồ chỉ số NSM theo mặt cắt ngang 65

ANH MỤ HỮ VI T TẮT

Tên viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt

DSAS: Digitar Shoreline Analysis System Hệ thống phân tích đường bờ

ENVI: Enviroment for Visualizing Images

NDVI: Normalized difference vegetation index Chỉ số thực vật chuẩn hóa

NDWI: Normalized difference water index Chỉ số mặt nước chuẩn hóa

ERSI: Environmental Remediation Services Inc.Viện nghiên cứu hệ thống môi trường

SCE: Shoreline Change Envelope Khoảng cách giữa đường bờ xa nhất

và gần nhất EPR: End Point Rate Tốc độ biến động đường bờ hàng năm NSM: Net Shoreline Movement Khoảng cách giữa đường bờ mới nhất

và cũ nhất

PHẦN MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Là một án đảo hay Cù lao, xung quanh là sông và các nhánh sông Sài gòn Lối vào duy nhất hiện nay, bằng đường bộ,

là qua Cầu Kinh (đường Thanh Đa), còn gọi là cầu Bình Quới

Trong một số năm qua, bán đảo Thanh Đa thực sự là điểm nóng về sạt lở bờ sông trên hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai Các vụ sạt lở liên tiếp xẩy ra trong khoảng hơn chục năm trở lại đây đã làm thiệt hại rất lớn của cải và nhân mạng của dân

cư sống bên bờ sông Nguyên nhân sạt lở bờ tại khu vực Thanh Đa thì có nhiều và sự tác động đối với mỗi khu vực là khác nhau

Để đáp ứng những nhu cầu thực tiễn cấp bách này, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám xây dựng cơ sở dữ liệu không gian đánh giá biến động đường bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa Quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh từ năm 1991 đến năm 2017.” được lựa chọn nhằm đưa ra những cơ sở khoa học chính xác nhất cho những biến động về mặt không gian của đường bờ Thanh Đa, qua đó đánh giá hiện trạng, tiềm năng của các tai biến xói lở, bồi tụ gây biến động luồng lạch trong khu vực phục vụ cho công tác quy hoạch và xây dựng những chính sách phát triển

Hiện nay, viễn thám và GIS là phương pháp hiện đại, là công cụ mạnh có khả năng giải quyết những vấn đề ở tầm vĩ mô trong thời gian ngắn nên được lựa chọn cho nghiên cứu này

2 MỤ TIÊU ĐỀ TÀI

Đề tài này có hai mục tiêu nghiên cứu chính sau đây:

- Đánh giá hiện trạng biến động đường bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa từ năm

1991 – 2017

- Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian hỗ trợ công tác quản lý đường bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa

3 TÊN ĐỀ TÀI

Ứng dụng GIS và Viễn thám xây dựng CS L không gian đánh giá biến động đường

bờ tại bán đảo Thanh Đa TP.HCM từ 1991 đến 2017

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Để thực hiện đề tài này thì cần phải có sáu nội dung chính như sau:

- Nội dung 1: Tìm hiểu về đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của bán đảo Thanh

Đa, quận Bình Thạnh

- Nội dung 2: Tìm hiểu ứng dụng GIS và viễn thám trong đánh giá biến động đường bờ

- Nội dung 3: Xử lý ảnh Lansad và trích xuất đường bờ trong tám năm

- Nội dung 4: Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian biến động đường bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh và xây dựng các bản đồ chuyên đề có liên quan

- Nội dung 5: Sử dụng phần mềm S S để đánh giá biến động đường bờ trong tám năm

- Nội dung 6: Đánh giá kết quả thu được và đề xuất giải pháp quản lý bền vững đường bờ khu vực bán đảo Thanh Đa, Quận Bình Thạnh

5 ĐỐI TƯỢNG VA PHAM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là biến động đường bờ khu vực bán đảo Thanh

Đa, quận Bình Thanh

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Phạm vi không gian: khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh

Điểm cực bắc:10°50'5,49" bắc,106°44'30,12" đông

Điểm cực nam: 10°48'30,39" bắc, 106°44'36,75" đông

Điểm cực đông: 10°49'15,94" bắc, 106°45'1,09" đông

Điểm cực tây: 10°49'11,79" bắc, 106°42'53,44" đông

Hình 1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

+ Phạm vi thời gian: từ năm 1991 đến năm 2017

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU ĐỀ TÀI

Để thực hiện đề tài này tác giả sử dụng sáu phương pháp sau:

- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa

- Phương pháp thu thập dữ liệu

 Ý nghĩa thực tiễn:

- Cung cấp tư liệu và báo cáo nghiên cứu về biến động đường bờ khu vực bán đảo Thanh Đa, quận Bình Thạnh

- Nâng cao năng lực và sự hiểu biết về biến động

- Đẩy mạnh các hoạt động về phòng chống và quản lý thiên tai

- Địa phương tại khu vực nghiên cứu có cơ sở khoa học để đưa ra các định hướng chính sách, kế hoạch hành động và giải pháp ứng phó khắc phục sự cố

HƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 ĐẶ ĐIỂM KINH T - XÃ HỘI CỦA KHU VỰ ÁN ĐẢO THANH ĐA [2]

1.1.1 Vị trí địa lý

Quận Bình Thạnh là một Quận thuộc Thành Phố Hồ Chí Minh, có tổng diện tích

là 20,76 km2 , gồm có 20 phường (1.2 3 5 6 7 11.12 13 14 15 17 19 21 22 24

25 26 27 28 ) Quận Bình Thạnh nằm về phía Đông ắc Thành Phố Hồ Chí Minh, ở

vị trí cửa ngõ thành phố, là vùng đất có vị trí chiến lược quan trọng

án đảo Thanh Đa ình Qưới có tổng diện tích là 518 ha nằm trên địa bàn quận Bình Thạnh bao gồm 2 phường 27 và 28 và một phần của phường 25,26 của quận Kinh Thanh Đa được được khởi đào vào năm 1897 đã khiến bán đảo Thanh Đa – Bình Qưới thành “ vùng sâu “ có 3 mặt được bao bọc bởi sông Sài Gòn

Vị trí địa lý của phường 27:

- Phía đông giáp ranh phường 28 quận Bình Thạnh

- Phía đông nam giáp phường An Phú, quận 2

- Phía Tây giáp ranh phường 26 quận Bình Thạnh

- Phía Nam giáp ranh phường 25 quận Bình Thạnh

- Phía Bắc giáp Hiệp Bình Chánh – quận Thủ Đức

Vị trí địa lý phường 28:

- Phía đông giáp phường Trường Thọ quận Thủ Đức

- Phía Tây giáp phường 27 quận Bình Thạnh

- Phía Nam giáp Thảo Điền quận 2

- Phía Bắc giáp Hiệp Bình Chánh quận Thủ Đức

Hình 1.1 ản đồ khu vực nghiên cứu

1.1.2 Đặc điểm kinh tế- xã hội [2]

a ơ cấu kinh tế

Địa phận khu vực sạt lở thuộc phường 28, quận Bình Thạnh, giá trị sản xuất

tiểu thủ công nghiệp đạt 1.395.028.987 đồng, tăng 12% so với cùng kỳ năm 2007

Doanh thu sản xuất đạt 1.953.379.873 đồng, tăng 15% so với cùng kỳ năm 2007 Thực

hiện thu thuế công thương nghiệp đạt 1.504.200.000 đồng, chiếm tỷ lệ 50%

Trong công tác xóa đói giảm nghèo, tổng vốn hiện có là 990.498.758 đồng, thu

hồi trong 9 tháng 113 hộ được 264.000.000 đồng, trợ vốn cho 58 hộ dân 362.000.000

đồng

Xét 12 dự án vay vốn với tổng số tiền cần hỗ trợ là 110.000.000 đồng, theo

thống kê phường 28, 303 hộ nghèo trong diện, kết quả nâng chuẩn lên 10 triệu đồng/1

Diện tích bán đảo Thanh Đa khoảng 518 ha, là đất nông nghiệp, sông rạch hoang hóa, và đất thổ cư ân cư sống dọc đường ình Qưới và dường nội bộ, diện tích thổ cư chiếm khoảng 24.3 ha.Đất nông nghiệp, vườn cây, ao, chiếm 384.4 ha, còn lại là đất rạch hoang hóa

- Tình hình phát triển kinh tế:

Vài năm trở lại đây, kinh tế bắt đầu phát triển, bán đảo Thanh Đa được xem như vùng du lịch, nghỉ ngơi với điều kiện vị trí thuận lợi nằm gần trung tâm thành phố nhất Hàng loạt các nhà hoàng khách sạn, khu du lịch bắt đầu mọc lên So với trước nay chỉ chủ yếu sinh sống bằng nghề nông Ngày nay trong khu vực bắt đầu hình thành nhiều lại hình sản xuất, kinh doanh như: du lịch, khu giải trí, khách sạn , nhà hàng, các cơ sở nhỏ kinh doanh ăn uống

1.1.3 Văn hóa xã hội

- Y tế:

Do khu vực thường hay ngập úng, rất dễ nguy cơ mắc bệnh sốt xuất huyết Càn tăng cường phòng chống bệnh theo mùa Đẩy mạnh công tác tuyên truyền giáo dục sức khỏe cho người dân

- Giáo dục:

Tiếp tục thực hiện chủ trương xã hội hóa giáo dục Phấn đấu 100% các em đến tuổi vào lớp một và lớp 6, 95% trẻ trong độ tuổi vào mẫu giáo Phấn đâu năng cao chất nượng giảng dạy và học tập Tỷ lệ tốt nghiệp cấp 1 và cấp 2 đạt 100% Duy trì và nâng cao kết quả học phổ cập

1.2 TÌNH HÌNH BI N ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ KHU VỰ ÁN ĐẢO THANH ĐA [3]

Theo tạp chí phát triển công nghệ khoa học – Đại học Quốc gia TP.HCM tập 11,

số 11 – 2008: Đoạn bờ tại khu vực bán đảo Thanh Đa thuộc phường 27, 28 - quận Bình Thạnh có chiều dài tổng cộng khoảng 1km trong những năm gần đây bị trượt lở nghiêm trọng Đây là khu vực rất đông dân cư nên nhà cửa và hàng quán mọc san sát nhau Có thể điểm qua một số vụ trượt lở đáng chú ý như sau:

- Tháng 7/1989, một căn nhà hai tầng thuộc họ đạo Lasan Mai Thôn bị sụp xuống

sông làm 05 người chết và 01 người bị thương nặng, gây ra thiệt hại rất lớn về tài sản của nhân dân

- Ngày 30/07/1996, trượt lở đã xảy ra tại ấp Bình Quới 2 làm sập 01 căn nhà và

01 phân xưởng sản xuất của xí nghiệp Liên Thành phải di dời

- Trong các năm 1999 và 2000 liên tiếp 04 trượt lở đã xảy ra tại khu vực phân xưởng PS của Công ty Mỹ phẩm Sài Gòn có diện tích khoảng 300m2, tại khu vực nhà hàng Mũi Tàu có diện tích khoảng 200 m2, tại khu vực hợp tác xã Tiền Phong thuộc địa bàn phường 28 - quận Bình Thạnh với diện tích khoảng 300m2, tại khu vực khách sạn sông Sài Gòn một hồ bơi với diện tích 180m2 đã

bị sụp hoàn toàn xuống sông

- Ngày 20/06/2001, trượt lở đã xảy ra tại Hội Quán APT, trung tâm cai nghiện

ma túy thành phố số 1049 và 1051 Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 28, quận Bình Thạnh làm cuốn trôi toàn bộ 02 dãy nhà xây vật liệu nhẹ và một phần nhà diện tích khoảng 200m2

- Ngày 05/07/2001, trượt lở đã xảy ra tại quán Hoàng Ty 1 số 691B/9 Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 27, quận Bình Thạnh đã cuốn trôi toàn bộ dãy nhà diện tích khoảng hơn 800m2, cuớp đi sinh mạng của 02 người, gây thiệt hại nặng về tài sản

- Ngày 05/4/2002, trượt lở đã xảy ra tại chân cầu kinh, địa chỉ số 4/1 Xô Viết Nghệ Tĩnh, phường 27, quận Bình Thạnh với chiều dài khoảng 5m và từ bờ sông vào 3m, đã sập 01 căn hộ và 03 căn hộ khác bị nghiêng tường, nứt vách

- Ngày 29/6/2002, trượt lở đã xảy ra tại địa chỉ số 559/11 Xô Viết Nghệ Tĩnh (Tầm Vu), phường 26, quận Bình Thạnh có chiều dài khoảng 25m, từ bờ sông vào 3m, có nguy cơ ảnh hưởng dãy nhà 02 tầng có 08 phòng của kho tang vật Công an quận Bình Thạnh

- Ngày 08/7/2002, trượt lở đã xảy ra tại địa chỉ số 02 Xô Viết Nghệ Tĩnh (Ung Văn Khiêm), phường 25, quận Bình Thạnh có chiều dài khoảng 50m, từ bờ sông vào 12.5m, làm đỗ bãi than khoảng 5000 tấn của Công ty Than miền Nam

và sập 02 căn nhà gác gỗ ước tính thiệt hại trên 1 tỷ đồng

- Ngày 14/07/2004, trượt lở đã xảy ra tại chân cầu kinh, địa chỉ số 1002A Xô Viết Nghệ Tĩnh phường 27, quận Bình Thạnh có chiều dài khoảng 20m, từ bờ sông vào 5m, quán cháo vịt Bích Liên bị sụp đổ hoàn toàn xuống sông, kéo theo một căn nhà sâu vào bên trong đang bị lún và nứt tường

- Ngày 26/05/2003 đến 24/07/2003, các đợt trượt lở liên tiếp xảy ra tại khu biệt thự Lý Hoàng số 762B Bình Quới, phường 27, quận Bình Thạnh và lân cận đã cuốn đi gần 1000m2 và sụp xuống sông 04 căn nhà

- Ngày 26/5/2004, trượt lở tiếp tục xảy ra tại khu vực cạnh sân Tennis Lý Hoàng làm sụp xuống sông khối đất có chiều dài gần 40m và sâu vào trong bờ khoảng

10 m

1.3 HƯỚNG TI P CẬN BI N ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ TẠI THANH ĐA

Để thực hiện nghiên cứu biến động đường bờ ta thực hiện hai phương pháp chính

đó là:

- Phương pháp viễn thám và GIS: Phương pháp viễn thám và GIS là phương pháp hữu ích trong nghiên cứu, đánh giá hiện trạng và dự báo biến động môi trường, trong đó rất có ý nghĩa đối với nghiên cứu xói lở - bồi tụ đới ven biển Các thế hệ ảnh vệ tinh, ảnh máy bay được chụp và các hệ thống bản đồ đo vẽ trong các thời gian khác nhau là cơ sở quan trọng trong công tác nghiên cứu Đặc trưng của GIS có khả năng lưu trữ và xử lý một tập hợp lớn lượng thông tin không gian và thuộc tính của nó, tập hợp thông tin từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau về nội dung, định dạng, lưới chiếu, tỷ lệ, khả năng chồng chập tạo nên một cơ sở dữ liệu thống nhất và sử dụng chúng dễ dàng Việc giải đoán hiện trạng đường bờ được tiến hành dựa vào khả năng tách biệt hoàn toàn các đối tượng thực vật, đất và nước trên tư liệu viễn thám nhờ độ phản xạ hoặc bức

xạ của đối tượng Phương pháp chủ đạo được sử dụng trong luận văn là giải đoán bằng mắt trên máy tính với sự trợ giúp của các dữ liệu liên quan đến đường bờ như: địa hình, thuỷ văn, được lưu trữ trên cơ sở dữ liệu và có thể hiện thị đồng thời với ảnh vệ tinh Theo đó, nếu bờ dịch chuyển về phía lục địa thì

bờ bị xói, nếu bồi thì đường bờ sẽ dịch chuyển ra phía biển Ảnh Landsat bao gồm các ảnh thành phần của 7 băng tần, mỗi băng ứng với 1 khoảng giá trị của bước song ánh sang

- Xây dựng bản đồ biến động đường bờ: Bản đồ biến động đường bờ được xây

dựng cho mục đích đánh giá hiện trạng xói lở, bồi tụ tại khu vực Chọn ảnh Landsat có hình ảnh rõ nét (năm 1991, 1993, 1995, 2000, 2006, 2010, 2015, 2017) Sử dụng phần mềm ENVI để xử lý ảnh, chiết tách dữ liệu không gian đường bờ, chỉnh sửa, cắt ảnh và số hóa đường bờ khu vực nghiên cứu Dữ liệu sau khi đã chiết tách được sẽ được chồng chập và quản lý trên phần mềm rcGIS để tính toán tốc độ biến động và hiện trạng biến động hay thành lập bản

đồ biến động

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BIỂN ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ TRÊN TH GIỚI

VÀ VIỆT NAM

a Tại Việt Nam

Ở Việt Nam nghiên cứu về chỉnh trị sông, ổn định lòng dẫn… và công trình bảo

vệ bờ đã được tiến hành trong nhiều thập kỷ qua, được đánh giá cao về ý nghĩa khoa học và thực tế Các trung tâm nghiên cứu chủ yếu về chỉnh trị sông và công trình bảo

vệ bờ ở miền ắc và miền Trung bao gồm Viện Khoa học Thuỷ lợi Hà Nội, trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Cơ học, Công ty tư vấn Xây dựng công trình thủy, Cục đê điều và phòng chống lụt bão Đối với hệ thống sông ở

Đ SCL, một số cơ quan chuyên nghiên cứu về xói lở và giải pháp phòng tránh phải

kể đến viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, đã có nhiều đề tài, dự án nghiên cứu về xói bồi lòng dẫn và công trình bảo vệ bờ trên hệ thống sông ở Đ SCL Để đối phó với hiện tượng sạt lở bờ sông, hàng năm Nhà nước đã ph ải đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình bảo vệ bờ sông trên khắp cả nước Tuy nhiên về công nghệ sử dụng để xây dựng các công trình này vẫn chủ yếu dựa vào giải pháp truyền thống, thiên

về các loại hình kết cấu vật liệu cổ điển như kè lát mái, kè mỏ hàn bằng đá hộc, đá xây, tấm bê tông đơn giản Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều nghiên cứu mới ứng dụng các thành tự khoa học công nghệ tiên tiến trong các ngành vật liệu, kết cấu xây dựng để tăng cường hiệu quả bảo

vệ bờ sông, cửa sông và bờ biển đã được tiến hành, thử nghiệm và đưa vào sử dụng rộng rãi, thay thế, bổ sung cho các giải pháp truyền thống Vì vậy việc nghiên cứu cập nhật, ứng dụng các công nghệ mới trong công trình bảo vệ bờ sông chống lũ vào điều kiện thực tế ở Việt Nam là một yêu cầu cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn cao

Ở Việt Nam việc xác định đường bờ ổn định trong thời gian dài cũng đã được quan tâm trong công tác thiết kế thi công cầu, tuy nhiên với các phương pháp truyền thống là đo đạc trực tiếp từ đường bờ bên này sang đường bờ bên kia và đo đạc ở nhiều thời điểm khác nhau rất khó khăn, tốn kém và thiếu độ chính xác Mặt khác không có thể đo đạc trực tiếp biến động đường bờ trong một thời gian dài (vài chục năm) sẽ dẫn đến những sai sót tạo ra những quyết định sai trong khảo sát, thiết kế và thi công cầu Với việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến biến động đường bờ sông từ đó trợ giúp ra quyết định tìm vị trí xây dựng cầu giao thông vượt sông có ý nghĩa thực tiễn và rất cần được ứng dụng rộng rãi

b Trên thế giới

Ở các nước tiên tiến đi đầu trong lĩnh vực viễn thám như: Mỹ, Nga, Ấn Độ, Canada, Nhât, và mới đây có thêm Trung Quốc … việc ứng dụng kết hợp công nghệ viễn thám và GIS đã trở thành công nghệ hoàn chỉnh, được sử dụng rộng rãi không chỉ để theo dõi, kiểm kê, dự báo, quản lý các tài nguyên trên đất liền mà còn

hướng dần ra biển và đại dương Khuynh hướng sử dụng tư liệu viễn thám đa phổ,

đa thời gian để theo dõi biến động bề mặt địa lý tự nhiên trên mặt đất đã được hình thành trên thế giới ngay từ khi các vệ tinh quan sát Trái Đất đầu tiên được đưa lên

vũ trụ Trên thế giới, đã có rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này và đã rất thành công

Khả năng sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS không chỉ áp dụng nghiên cứu bề mặt địa lý nói chung hay sự sạt lở đường bờ sông, biển nói riêng mà nó còn được áp dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như quản lý tài nguyên và môi trường, cảnh báo ngập lụt Từ những năm 70 của thể kỷ XX, khi ảnh vệ tinh và phương pháp viễn thám được sử dụng ngày càng rộng rãi thì nó cũng được ứng dụng trong các lĩnh vực cầu đường - từ khâu khảo sát, tìm, chọn vị trí đến khâu quy hoạch lưới giao thông - cầu đường Tuy nhiên việc ứng dụng viễn thám và GIS vào vấn đề giao thông nói chung là rất khó khăn vì nó đòi hỏi đội ngũ chuyên gia của nhiều ngành nghề Chính vì vậy, xu thế của nhiều nước phát triển hiện nay là phối hợp nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào các chuyên ngành và lĩnh vực cụ thể

Nhiều nước trong khu vực Đông Nam Á cũng có nhiều đề tài nghiên cứu về sự biến động đường bờ như Thái lan, Malaysia, Singapore, Indonesia Thái Lan cũng là một trong những quốc gia phải chịu thiệt hại rất nhiều do sạt lở đường bờ gây ra, và cũng đã sử dụng công nghệ này để xây dựng hệ thống cảnh báo sớm

Ba tác giả Blodget H W., Taylor P T và Roark J H đã nghiên cứu về tính hiệu quả của dữ liệu vệ tinh cho việc theo dõi biến động đường bờ tại mũi đất Rosetta của đồng bằng Nile, Egypt khi nhận thấy rằng xu hướng biến động chung trong khu vực có thể được theo dõi bằng ảnh Landsat sau khi hiệu chính bởi vùng phủ sóng lặp đi lặp lại của nó và độ tương phản tốt về mặt đất và biển [9]

Ông Ouma Y O Đã dùng một loại chỉ số mặt nước mới (WI) dựa trên ssuwj kết hợp giữa chỉ số TCW và N WI để định lượng những thay đổi trong năm của hồ nước thung lũng Rift ở Kenya bằng cách sử dụng dữ liệu Landsat Thematic Mapper (TM)

và Enhanced Thematic Mapper (ETM +) [13 ]

Trong nghiên cứu của Kuleli T về bờ biển Địa Trung Hải, Thổ Nhĩ Kỳ, những thay đổi của đường bờ được ông phát hiện bằng cách sử dụng dữ liệu ảnh đa phổ MSS, bản đồ chuyên đề và bản đồ chuyên đề nâng cao cùng với các kỹ thuật xử lý ảnh [17] Hai tác giả Mujabar S và Chandrasekhar N đã khảo sát sự thay đổi đường bờ dọc theo bờ biển Kanyakumari và Tuticorin ở miền Nam Ấn Độ bằng cách sử dụng DSAS, một phần mở rộng của ArcGIS và dữ liệu vệ tinh IRS và Landsat từ xa giai đoạn từ

1999-2009 để trích xuất các đường bờ Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm ERDAS IMAGINE 9.1 và được phân tích bởi ArcGIS 9.2 Tỷ lệ thay đổi bờ biển được ước tính bằng ba phương pháp thống kê, đó EPR, LRR và LMS,bằng phần mềm DSAS [11] Các nhà nghiên cứu Mahendra R S., Mohanty P C., Bisoyi H., Srinivasa Kumar T., Nayak S đã tiến hành bằng việc sử dụng các dữ liệu tại vùng ven biển của các huyện Cuddalore, Pondicherry và Villupuram của Tamil Nadu dọc theo bờ biển phía đông nam Ấn Độ về chiều cao sóng, nước biển dâng trong tương lai, xói mòn ven biển

và địa hình duyên hải có độ phân giải cao với công cụ RS và GIS [18]

Tác giả Chen L C ở Trung Quốc đã sử dụng DTM và bộ ảnh vệ tinh SPORT được chụp trong khoảng thời gian ngắn để xác định sự thay đổi đường bờ trong vùng đất ngập nước sử dụng ảnh vệ tinh đa thời gian [16]

Các tác giả Bouchahma M., Yan W đã sử dụng ảnh NDWI và phần mềm DSAS của AcrGIS (gồm các thông số là EPR và LRR) để tính toán sự biến động đường bờ đảo Djerbar từ năm 1984-2009 để đánh giá được khu vực có xu hướng với tốc độ bồi

tụ và xói lở trung bình trên mỗi năm [15]

HƯƠNG 2

Ơ SỞ LÝ THUY T

2.1 HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

2.1.1 Khái niệm về GIS

GIS có nền tảng từ 3 ngành khoa học: Khoa học máy tính, khoa học Trái đất và khoa học ứng dụng, do vậy, GIS có thể được áp dụng cho đa dạng các lĩnh vực dẫn đến có rất nhiều khái niệm theo góc nhìn của từng lĩnh vực đó

Nhằm mục đích chuẩn hóa và để có khái niệm nhất quán về GIS, khái niệm sau được áp dụng:

“Hệ thống thông tin địa lý (Geography Information System – viết tắt GIS) là một hệ thống thông tin áp dụng cho dữ liệu địa không gian (Geospatial data), và được xem như là một hệ thống gồm phần cứng, phần mềm với các chức năng được thiết kế

để thu thập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu tham chiếu đến

vị trí trên mặt Trái đất, nhằm hỗ trợ giải quyết các bài toán quy hoạch và quản lý phức tạp [5].”

2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển [20, 4]

Tiến sĩ Roger F Tomlinson (17/11/1993 – 09/02/2014) là người đầu tiên đặt ra GIS trong những thập niên 60 khi đang làm việc tại máy tính đầu tiên của chính phủ Canada về xây dựng CS L địa lý cho quy hoạch đất đai cho đất nước này

Các thời kỳ phát triển của GIS chia thành 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn năm 1960-1970: Kỷ nguyên của sự sáng tạo (The Era of Innovation) Giai đoạn năm 1975-1990: Kỷ nguyên của sự thương mại hóa (The Era of Commercialization)

Giai đoạn năm 1990-nay: Kỷ nguyên của sự khai thác (The Ers of Exploitstion)

Cụ thể, thời kỳ phát triển GIS chia thành bốn giai đoạn nhỏ sau:

 Giai đoạn 1:

Từ năm 1960s-1970s, GIS được sử dụng mang tính đơn lẻ, cá nhân, hệ thống thiếu tính linh hoạt Có thể kể ra một số tác giả và hệ GIS đầu tiên trong giai đoạn

này như R Tomlinson & Canada Geographic Information System (CGIS), H Fisher & SYMAP mapping package

 Giai đoạn 2:

Từ giữa 1970s đến đầu những năm 1980s, chủ yếu là sự truyền bá về GIS, ít phát kiến mới, tập trung chủ yếu ở các cơ quan nghiên cứu Nhà nước

 Giai đọan 3: Từ năm 1980-1990

Do sự phát triển của kinh tế thị trường, các phần mềm GIS nổi tiếng như ArcInfo

in 1982 by ESRI (Environmental Systems Research Institute) Mapinfo ra đời sự phát triên của GIS được chấp nhận

 Giai đoạn 4:

Từ cuối 1980s đến nay đánh dấu sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ sản xuất máy tính điện tử Cấu hình máy vi tính ngày càng mạnh và giá thành của cả phần cứng

và phần mềm đều hạ Sự tiến bộ vượt trội của bản đồ vẽ trên máy tính so với bản

đồ giấy(nhanh hơn, đẹp hơn, chứa nhiều thông tin hơn,dễ cập nhật, lưu trữ tiện lợi, giá trị sử dụng cao, sai số kỹ thuật và ngẫu nhiên thấp

Xu hướng hiện nay của GIS: Trong tương lai GIS sẽ được phát triển một cách toàn diện hơn về các nội dung sau:

- Thay đổi cộng đồng sử dụng GIS từ cơ quan chính phủ sang thành phần kinh doanh (mang tính thị trường)

- Các phần cứng và phần mềm GIS xuất hiện ngày càng nhiều với giá thành ngày càng hạ, dung lượng lớn, cấu hình cao, tính độc lập của hệ thống cao hơn

- Mối quan hệ dữ liệu đuợc tăng cường về mặt bản quyền dữ liệu, Sở hữu và phân phối dữ liệu (Data copyrights, ownerships, and privacy)

- Chất lượng số liệu được chú ý ( Census data, demographic data )

- Ứng dụng các mô hình không gian ngày càng nhiều

- Sự tích hợp của các sách lược phát triển và các kỹ thuật ngoại vi

- Cách thể hiện dữ liệu (Data visualization) và Web GIS

- Môi trường máy tính (Computer environment): Windows vs UNIX và PCs

vs Workstation

Tương lai không xa, khi mà giá thành và tốc độ đường truyền internet, kể cả mạng không dây, được cải tiến vượt bậc thì khả năng ứng dụng GIS trên cơ sở

web sẽ có thể lại bùng nổ Các công nghệ Mobile như WiFi, và 2.5 và 3G cellular,

sẽ đem lại khả năng mới cho GIS

2.1.3 Thành phần của GIS [5]

Một hệ GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp Năm thành phần này phải cân bằng, hoàn chỉnh để GIS có thể hoạt động hiệu quả

- àn số hóa: thiết bị dùng để chuyển đổi thông tin ở dạng giấy vào thành dạng

số và đưa vào máy tính

- Máy vẽ và thiết bị hiển thị trên màn hình: dùng biểu diễn kết quả tính toán tử máy tính

- Đĩa cứng và tệp lưu trữ: lưu trữ dữ liệu hoặc chương trình trên băng từ hoặc để nối với hệ thống khác

- Máy tính có thể nối với nhau, chia sẻ tài nguyên và lập thành mạng thông tin qua cáp hay đường điện thoại với modem

b Phần mềm (Software)

Phần mềm GIS rất đa dạng và do nhiều hãng khác nhau sản xuất Các phần

mềm GIS có thể giống nhau ở chức năng, song khác nhau về tên gọi, hệ điều hành hay môi trường hoạt động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị

cơ sở dữ liệu Theo thời gian, phần mềm GIS phát triển ngày càng thân thiện với người dùng, toàn diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu hiệu quả hơn Tuy nhiên, sự gia tăng mạnh mẻ về số lượng người bán phần mềm cũng như năng lực quản lý của GIS đã khiến cho sự lựa chọn phần mềm GIS trở thành một quyết định không đơn giản Sự lựa chọn đó cần phải căn cứ vào mục đích sử dụng, năng lực tài chính và trình độ cán bộ Về quy mô hay mục đích sử dụng, GIS có thể

được dùng ở cấp địa phương, cấp quốc gia, khu vực hay toàn cầu, cho giáo dục,

nghiên cứu khoa học, quy hoạch và quản lý Do vậy, có thể chọn phần mềm tổng quát hay chuyên dụng

Hình 2.2 Phần mềm của Arc GIS

(Nguồn: Trần Thị Băng Tâm, 2006)

Để tạo thuận lợi cho việc kết nối, chia sẻ dữ liệu, nên chọn dùng các hệ

đã được tin dùng ở nhiều nơi, các hệ mở dễ thích ứng với những thay đổi và dễ xuất nhập, trao đổi dữ liệu với các hệ khác

c ữ liệu ( Data)

Có thể coi thành phần quan trọng nhất của một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ liệu để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu

- Cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý có hai loại: dữ liệu nền và dữ liệu chuyên biệt:

- Cơ sở dữ liệu nền: bao gồm những lớp dữ liệu mà hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành nào cũng có thể sử dụng được như: dữ liệu về lưới tọa độ, đường giao thông, mạng lưới sông ngòi, khu dân cư…

- Cơ sở dữ liệu chuyên biệt: bao gồm dữ liệu của các yếu tố chuyên ngành được biểu diễn theo mô hình dữ liệu không gian và phi không gian liên kết và được thiết kế hay xây dựng theo mục tiêu sử dụng của từng chuyên ngành khác nhau Nhưng khi thiết kế cơ sở dữ liệu chuyên ngành cần chú ý đến những quan hệ giữa các yếu tố đơn tính trong một chuyên ngành đồng thời trong mối quan hệ giữa các ngành với nhau

d on người (People)

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý

hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS

có thể là:

- Những chuyên gia kỹ thuật: người thao tác trực tiếp trên các thiết bị phần cứng, phần mềm để thu thập, nhập, tổ chức lưu trữ và hiển thị dữ liệu hay thực hiện các thao tác khác khi có yêu cầu của người sử dụng cấp cao hơn

- Người quản trị hệ thống: người sử dụng hệ thống để thực hiện các bài toán phân tích, đánh giá, giải quyết những vấn đề theo mục tiêu xác định nhằm trợ giúp ra quyết định

- Những người dùng các kết quả, báo cáo của GIS để ra quyết định Nhóm này đặt ra mục tiêu, yêu cầu hoạt động cho hệ thống

e Phương pháp (Methods)

Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức

2.1.4 hức năng của GIS [5]

Mục đích chung của các hệ thống thông tin địa lý là thực hiện sáu chức năng sau:

- Nhập dữ liệu

Nhập dữ liệu là một chức năng của GIS qua đó dữ liệu dưới dạng tương tự hay dạng số được biến đổi sang dạng số có thể sử dụng được bằng GIS Việc nhập dữ liệu được thực hiện nhờ vào các thiết bị như bàn số hóa, máy quét, bàn phím và các chương trình hay môđun nhập và chuyển đổi dữ liệu của GIS

- Quản lý dữ liệu

Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu GIS lớn bằng các phương pháp nhập dữ liệu khác nhau thường rất tốn kém về thời gian, công sức và tiền bạc Số chi phí bằng tiền cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu có thể lớn hơn hẳn chi phí phần cứng và phần mềm GIS ðiều đó phần nào nói lên ý nghĩa của việc quản lý dữ liệu, một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thống thông tin địa lý Chức năng này bao gồm việc tổ chức lưu trữ

và truy cập dữ liệu sao cho hiệu quả nhất

- Phân tích dữ liệu

Phân tích dữ liệu là chức năng quan trọng nhất của GIS GIS cung cấp các công cụ cần thiết để phân tích dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và phân tích tổng hợp cả hai loại dữ liệu đó ở trong cơ sở dữ liệu để tạo ra thông tin mới trợ giúp các quyết định mang tính không gian

- Xuất dữ liệu

Chức năng xuất dữ liệu hay còn gọi là chức năng báo cáo của GIS cho phép hiển thị, trình bày các kết quả phân tích và mô hình hóa không gian bằng GIS dưới dạng bản đồ, bảng thuộc tính hay văn bản trên nàm hình hay trên các vật liệu truyền thống khác ở các tỷ lệ và chất lượng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng và khả năng của các thiết bị xuất dữ liệu như màn hình, máy in và máy vẽ

Sức mạnh của các chức năng của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau Kỹ thuật xây dựng các chức năng cũng rất khác nhau Sơ đồ sau đây mô tả quan hệ giữa các nhóm chức năng và cách biểu diễn thông tin khác nhau của GIS

Chức năng thu thập dữ liệu tạo ra dữ liệu từ các quan sát hiện tượng thế giới thực

và từ các tài liệu, bản đồ giấy, đôi khi chúng có sẵn dưới dạng số Kết quả ta có tập dữ liệu thô, có nghĩa là dữ liệu này không được phép áp dụng trực tiếp cho chức năng truy nhập và phân tích của hệ thống Chức năng xử lý sơ bộ dữ liệu sẽ biến đổi dữ liệu thô thành dữ liệu có cấu trúc để sử dụng trực tiếp các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian Kết quả tìm kiếm và phân tích được xem như diễn giải dữ liệu, đó là tổ hợp hay biến đổi đặc biệt của dữ liệu có cấu trúc Hệ thống thông tin địa lý phải có phần mềm công cụ để tổ chức và lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau, từ dữ liệu thô đến

dữ liệu diễn giải Phần mềm công cụ này phải có các thao tác lưu trữ, truy nhập đồng thời có khả năng hiển thị, tương tác đồ họa với tất cả các loại dữ liệu

2.1.5 Mô hình dữ liệu GIS

GIS sử dụng mô hình dữ liệu không gian vector và raster để chuyển đổi thế giới thực thành mô hình dữ liệu Mô hình dữ liệu không gian của GIS được phân thành hai loại:

Mô hình Raster: Trong mô hình này các dữ liệu không gian được tổ chức thành các

Pixel Một điểm được mô tả bởi một Pixel Một đường được mô tả bởi một chuỗi các Pixel Một đa giác được mô tả bởi một nhóm các Pixel

Mô hình Vector: Vị trí của đối tượng được xác định bởi các cặp tọa độ X,Y Một

điểm được xác định bởi một cặp tọa độ Một đường là tập hợp của các điểm được xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ Một vùng là tập hợp của các đường và khép kín, do

đó được xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ nhưng cặp tọa độ đầu và cuối là trùng nhau

Việc lựa chọn loại mô hình làm cơ sở tùy thuộc vào bản chất của dữ liệu và mục đích của người sử dụng Thông thường, mô hình raster thường dùng cho lĩnh vực về tài nguyên tự nhiên, mô hình vector được ứng dụng nhiều trong quản lý đô thị

2.1.6 Các ứng dụng của GIS trong quản lý môi trường

ước vào thế kỷ XXI, Công nghệ thông tin đã và đang phát triển như vũ bão với các ứng dụng khoa học vào các ngành và lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là về công nghệ thông tin địa lý Theo Phó giáo sư Tiến sĩ Trần Vĩnh Phước, nếu thế kỹ XX được gọi

là thế kỷ bùng nổ của công nghệ thông tin thì có thể nói thế kỷ XXI được nhận định là

“ Thế kỷ của Công nghệ thông tin địa lý” Với những đột phá về thành tựu trong việc nghiên cứu, chuyển giao công nghệ và phát triển kỹ thuật, GIS ngày càng trở thành một công cụ hổ trợ đắc lực cho các nhà quản lý trong việc phát triển kinh tế, xã hội Một số nghiên cứu mới từ năm 2004 đến nay như:

- Dr David Fraser (RMIT) Mô hình hóa thủy học hệ thống nước tự nhiên của Việt Nam và Úc

- r avid Fraser và r Trần Vĩnh Phước Mô hình hóa môi trường về khả năng duy trì nông nghiệp tại tỉnh ến Tre

- Nguyễn Mạnh Hùng Ưng dụng công nghệ GIS và Viễn thám trong quản lý, phát triển nuôi trồng thuỷ sản

- Nguyễn Thị Hồng Điệp Ưng dụng phương pháp thống kê địa lý và thuật nội suy trong nghiên cứu rsenic trong nước ngầm tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng

- Nguyễn Minh Tùng Ưng dụng GIS phục vụ cho công tác điều chỉnh quy hoạch chung thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2025

- TS Nguyễn Văn Nhân cùng các cộng tác Ưng dụng GIS vào công tác quản lý

đô thị thành phố Phan Thiết

- Viện Điạ lý, viện KH&CNVN Hệ thống thông tin địa lý – Những ứng dụng trong nghiên cứu tai biến thiên nhiên

- Ths Võ Khiếm trung tâm ứng dụng KHCN&Tin học Lâm Đồng Ưng dụng viễn thám trong nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất thị xã ảo Lộc, tỉnh Lâm Đồng

2.2 TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM

2.2.1 Khái niệm viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều từ ngữ khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất theo quan điểm chung “viễn thám là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu thập đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng” (Lê Văn Trung, 2010)

2.2.2 Thành phần viễn thám [14]

Hình 2.3 ác thành phần trong hệ thống viễn thám

(Nguồn: Nguyễn Khắc Thời, 2011)

Viễn thám bao gồm 7 thành phần chính:

lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng cần được nghiên cứu

nghiên cứu sẽ phải tương tác qua lại với khí quyển nơi nó đi qua

lượng sẽ tương tác với đối tượng tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là sự truyền qua, sự hấp thụ hay bị phản xạ trở lại khí quyển

- Thu nhận năng ư ng b ng bộ cảm biến ) sau khi năng lượng được phát ra hoặc

bị phản xạ từ đối tượng, cần có bộ cảm biến để tập hợp lại và thu nhận sóng điện

từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm sẽ mang thông tin của đối tượng

được truyền tải (thường dưới dạng điện từ) đến một trạm thu nhận dữ liệu để xử lý sang dạng ảnh Ảnh này là dữ liệu thô

mục đích khác nhau Để nhận biết được các đối tượng trên ảnh cần phải giải đoán chúng Ảnh được phân loại bằng việc kết hợp các phương pháp khác nhau (phân loại bằng mắt, phân loại thực địa, phân loại tự động )

hiện khi ứng dụng thông tin thu nhận được trong qúa trình xử lý ảnh vào các lĩnh vực, bài toán cụ thể

2.2.3 Tính chất viễn thám [6]

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám là thu nhận năng lượng phản hồi của sóng điện từ chiếu tới vật thể, thông qua bộ cảm biến (sensor) giá trị phản xạ phổ này

sẽ được chuyển về giá trị số

Hình 2.4 Nguyên l thu nh n dữ liệu viễn thám

(Nguồn Vũ anh Tuyên, 2013)

2.2.4 Phân loại viễn thám [17]

Có hai phương thức phân loại viễn thám chính, bao gồm:

 Theo nguồn tín hiệu:

- Viễn thám chủ động (active): nguồn tia tới là tia sáng phát ra từ các thiết bị

nhân tạo, thường là các máy phát đặt trên các thiết bị bay

- Viễn thám bị động (passive): nguồn phát bức xạ là mặt trời hoặc từ các vật

chất tự nhiên

 Theo đặc điểm quỹ đạo:

- Vệ tinh địa tĩnh: vệ tinh có tốc độ góc quay bằng tốc độ góc quay của trái

đất, nghĩ là vị trí tương đối của vệ tinh so với trái đất là đứng yên

- Vệ tinh quỹ đạo cực (hay gần cực): vệ tinh có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc

hoặc gần vuông góc so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất Tốc độ quay của vệ tinh khác với tốc độ quay của trái đất và được thiết kế riêng sao cho thời gian thu ảnh trên mỗi vùng lãnh thổ trên mặt đất là cùng giờ địa phương

và thời gian thu lặp lại là cố định đối với 1 vệ tinh (Ví dụ: LANDSAT là 18 ngày, SPOT là 26 ngày )

2.2.5 ác loại chỉ số viễn thám

a hỉ số thực v t N VI (Normalized difference vegetation index) [ 6 ]

Được sử dụng nhiều nhất và có hiệu quả nhất trong nghiên cứu lớp phủ thực vật Chỉ số N VI được xác định bởi tỉ số giữa hiệu số giá trị phổ kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ trên tổng của chúng

REDNIR

REDNIR

Chỉ số thực vật chuẩn hóa N VI dùng để xác định ranh giới thực vật/đất không

có thực vật, đánh giá biến động lớp phủ thực vật, sử dụng trong nghiên cứu độ ẩm đất đai, hiệu chỉnh nhiệt độ mặt đất

b [12, 10]

Chỉ số mặt nư c chuẩn hóa - NDWI (Normalized Difference Water Index) là chỉ

số dùng để phân biệt các đối tượng mặt nước, mặt đất và thực vật trên ảnh Landsat Chỉ số này được thiết kế nhằm tối đa hóa khả năng phản xạ đặc trưng của các đối tượng mặt nước bằng việc sử dụng bước sóng xanh lá cây, tối thiểu hóa khả năng phản xạ thấp của các đối tượng mặt nước đối với bước sóng cận hồng ngoại và tối đa hóa khả năng phản xạ cao của các đối tượng mặt đất và thực vật đối với bước sóng cận hồng ngoại

Chỉ số NDWI được đề xuất lần đầu tiên trong bài báo “The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features” của ông McFeeters vào năm 1996

Chỉ số N WI được xác định bởi tỉ số giữa hiệu số giá trị phổ kênh xanh và kênh cận hồng ngoại trên tổng của chúng

NIRGREEN

NIRGREEN

NDWI



Trong đó: Green đại diện cho kênh phổ xanh lá cây

NIR đại diện cho kênh phổ cận hồng ngoại trong ảnh Landsat Chỉ số thực vật N WI nhận giá trị trong khoảng từ -1 - 1 Trong trường hợp NDWI tiến tới 1, khu vực bị phủ kín bởi nước Đối với đất trống không có nước bao phủ, N WI 0 Đối với thực vật, N WI nhận giá trị âm

2.3 PHẦN MỀM VÀ DỮ LIỆU SỬ DỤNG

2.3.1 Phần mềm sử dụng

b. ArcGIS Desktop [5]

ArcGIS Desktop là một sản phẩm của Viện Nghiên cứu hệ thống môi trường

(Environmental Remediation Services Inc - ERSI) Có thể nói đây là một hệ thống về GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CS L địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp

Hình 2.5 ộ phần mềm ứng dụng ArcGIS

(Nguồn: Environmental Remediation Services Inc - ERSI)

ArcGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ArcGIS 10.3) bao gồm những công cụ

rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép:

- Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet

- Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau

- Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính

- Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp

ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu

c. Phần mềm ENVI [4]

Phần m m ENVI (Enviroment for Visualizing Images) là một hệ thống xử lý ảnh

khá mạnh Ngay từ đầu, ENVI được thiết kế để đáp ứng yêu cầu của các nhà nghiên cứu có nhu cầu sử dụng dữ liệu ảnh viễn thám (Remote Sensing – RS), bao gồm các loại ảnh vệ tinh và ảnh máy bay

ENVI hỗ trợ hiển thị dữ liệu và phân tích các dữ liệu ảnh ở mọi kích thước và ở nhiều kiểu định dạng khác nhau – tất cả trong một môi trường thân thiện với người dùng

ENVI có một thư viện khá đầy đủ các thuật toán xử lý dữ liệu ảnh cùng với giao diện cửa sổ đồ họa tương tác thân thiện vời người sử dụng Phần mềm đã hỗ trợ các công cụ để thực hiện một số chức năng chính như: chuyển đổi dữ liệu (Transforms), lọc ảnh (Filtering), phân loại ảnh(Classification), đăng ký ảnh (ReGIStration), hiệu chỉnh hình học (Geometric corrections), các công cụ để phân tích ảnh có độ phân giải cao, các công cụ sử dụng cho ảnh radar

ENVI cũng hỗ trợ cho phép xử lý những dữ liệu không phải dữ liệu chuẩn, hiển thị

và phân tích các ảnh lớn, cho phép mở rộng khả năng phân tích dữ liệu bởi các hàm của người dùng (Plug-in functions)

ENVI được thiết kế trên ngôn ngữ lập trình IDL (Interactive Data Language) IDL

là một ngôn ngữ lập trình có cấu trúc và hỗ trợ cho xử lý ảnh tích hợp Tính mềm dẻo

và linh hoạt của ENVI là nhờ phần lớn vào khả năng của IDL

ENVI làm việc với các loại dữ liệu đa dạng:

 Dữ liệu ảnh (dữ liệu Raster)

ENVI có thể làm việc với các file dữ liệu đầy đủ hoặc chỉ là tập hợp con của chúng Phần mềm có các công cụ để xử lý ảnh toàn sắc (Panchromatic images), ảnh đa phổ (Multispectral images), ảnh siêu cao tần, dữ liệu Landsat MSS, dữ liệu Landsat TM,

dữ liệu của hệ thống SAR

Các công cụ AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) cho phép hiển thị các dữ liệu thiên văn, hiệu chỉnh dữ liệu, nắn chỉnh hình học, tính toán nhiệt độ bề mặt

ENVI cũng hỗ trợ xử lý các dữ liệu ảnh có định dạng chuẩn như: SCII, MP, JPEG,TIFF/Geo TIFF, HDF, PDS, PNG, SRF

 Dữ liệu đồ họa (dữ liệu Vector)

ENVI có khả năng tích hợp và làm việc với dữ liệu đồ họa từ các định dạng khác nhau như: rcView Shape flie, rc/Infor, MapInfo, Microstation, utocad…

Dữ liệu đồ họa của ENVI được lưu thành tệp *.evf

d. Phần mềm DSAS [4]

Phần m m DSAS (The Digital Shoreline Analysis System) là một ứng dụng miễn

phí trong ArcGIS Hệ thống phân tích đường bờ (DSAS) phiên bản 4.3 là một phần mềm mở rộng của ESRI ArcGIS10 có thể sử dụng để tính toán tỷ lệ biến động đường

bờ biển được thống kê từ một trong những vị trí đường bờ lịch sử

Hình 2.6 Ảnh minh họa đường bờ và các lát cắt đường bờ

DSAS dựa vào đường cơ sở dọc theo đường bờ tạo ra các lát cắt vuông góc, nhằm xác định khoảng cách giữa đường cơ sở và mỗi điểm giao cắt với đường bờ biển trên mặt cắt ngang Từ đó, tính toán tỷ lệ biến động đường bờ biển sau khi tổng hợp vị trí khu vực nghiên cứu qua các giai đoạn, tác giả sử dụng phần mềm DSAS phân tích biến động đường bờ thông qua các thông số EPR, SCE, NSM

Kết quả của việc tính toán này được xuất ra vào một bảng có thể được liên kết đến các

dữ liệu lát cắt bởi một trường thuộc tính DSAS nhằm tạo thuận lợi cho quá trình tính toán đường bờ, cung cấp thông tin về tỷ lệ thay đổi và các dữ liệu thống kê cần thiết để xác định độ tin cậy của các kết quả tính toán Phần mềm này cũng phù hợp với bất kỳ ứng dụng chung nào cho việc tính toán sự thay đổi vị trí theo thời gian, chẳng hạn như đánh giá sự thay đổi giới hạn của sông băng trên các ảnh chụp liên tục, ranh giới đường sông hoặc thay đổi độ che phủ đất

2.3.2 ữ liệu sử dụng

a Bản đồ số

Nguồn bản đồ số được cung cấp bởi trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TP

Hồ Chí Minh Khu vực bán đảo Thanh Đa nằm trên 8 mảnh bản đồ, bao gồm các lớp

dữ liệu như: lớp dữ liệu về cơ sở, dân cư, địa hình, giao thông, ranh giới, thực vật và thủy hệ Các bản đồ thu thập dưới dạng Design File, sử dụng trong bộ phần mềm MicroStation

b Ảnh vệ tinh Landsat

Landsat 5 và Landsat 8 là ảnh viễn thám có độ phân giải trung bình, được sử dụng miễn phí từ nguồn website ( http://earthexplrer.usgs.gov/) của URGS thuộc NASA hợp tác cùng cơ quan Địa chất Hoa Kỳ của Bộ nội vụ Hoa Kỳ (USGS) Trong

đề tài nghiên cứu này, tác giả dựa trên việc giải đoán ảnh vệ tinh của các năm 1991,

1993, 1995, 2000, 2006, 2010, 2015,2017

Phần mềm ENVI (ENviroment for Visualizing Images) là bộ sản phẩm phần mềm của hãng EXELIS Visual Information Solutions (Mỹ) kết hợp với các kỹ thuật chuyên sâu về xử lý dữ liệu ảnh số (bao gồm dữ liệu viễn thám, DEM và GIS/GPS) với công nghệ phân tích địa không gian đã khai thác tốt các thông tin từ loại ảnh vệ tinh, trong

đó có loại ảnh Landsat 5 và Landsat 8 là đề tài sử dụng

Bảng 2.1 Thông số của các ảnh Landsat được thực hiện trong đề tài

thu

Vật mang

Hệ toạn

độ

1 LT05_L1TP_125052_19911122_20170125_01_T

1

22/11/1991

Landsat

5

WGS

1984 UTM Zone 48N

2 LT04_L1TP_125052_19930204_20170120_01_T

1

04/02/1993

Landsat

4

WGS

1984 UTM Zone 48N

3 LT05_L1TP_125052_19950202_20170110_01_T

1

02/02/1995

Landsat

5

WGS

1984 UTM Zone 48N

4 LT05_L1TP_125052_20000927_20161213_01_T

1

27/09/2000

Landsat

5

WGS

1984 UTM Zone 48N

5 LT05_L1TP_125052_20061217_20161117_01_T

1

17/12/2006

Landsat

5

WGS

1984 UTM Zone 48N

6 LT05_L1TP_125052_20100211_20161016_01_T

1

12/02/2010

Landsat

5

WGS

1984 UTM Zone 48N

7 LC08_L1TP_125052_20150124_20170413_01_T

1

24/01/2015

Landsat

8

WGS

1984 UTM Zone 48N

8 LC08_L1TP_125052_20170214_20170228_01_T

1

14/02/2017

Landsat

8

WGS

1984 UTM Zone 48N

c Máy ảnh

ữ liệu khảo sát thực địa tại khu vực bán đảo Thanh Đa, quận ình Thạnh đƣợc thu thập bằng máy ảnh ( máy ghi hình)

2.4 QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU BI N ĐỘNG ĐƯỜNG BỜ

2.4.1 Sơ đồ quy trình

2.4.2 Thuyết minh quy trình

 Thu thập dữ liệu

Nguồn tài liệu:

- Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh

- USGS của NASA hợp tác cùng cơ quan Đo đạc Địa chất

 Tổng h p và đánh giá thực trạng khu vực

Tổng hợp các nguyên nhân gây ra biến động đường bờ

Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hiện trạng nghiên cứu ở khu vực