NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN TỈNH HÒA BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

MỤC LỤCMỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU31.1. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS31.1.1. Khái niệm về GIS31.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lí41.1.3. Các thành phần của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)61.1.4. Cơ sở dữ liệu GIS71.1.5. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong khoa học và thực tiễn.141.2. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng CSDL GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học trên nền địa lý tỷ lệ 125.000161.2.1. Các giải pháp công nghệ GIS161.2.2. Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS191.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu191.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu20 1.3.1. Đặc điểm tự nhiên20 1.3.2. Các đặc điểm kinh tế xã hội24CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU272.1. Đối tượng nghiên cứu272.2. Phạm vi nghiên cứu272.3. Phương pháp nghiên cứu272.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu272.3.2. Phương pháp điều tra thực địa272.3.3. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS28CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN323.1. Xây dựng CSDL GIS huyện Lương Sơn tỷ lệ 125.000323.1.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ 125.000333.1.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ sinh thái tỷ lệ 125.000413.2. Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các HST...61 3.2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ GIS………………………..…...………623.2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ 125.000………………………………………………………………….. 643.2.3. Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các HST huyện Lương sơn, tỉnh Hòa Bình tỷ lệ 125.000…………………..66KẾT LUẬN…………………………………………………………………75TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………7

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Hoàng Thị Kim Quý

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN TỈNH HÒA BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI

NGUYÊN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-Hoàng Thị Kim Quý

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS) HUYỆN LƯƠNG SƠN

TỈNH HÒA BÌNH PHỤC VỤ SỬ DỤNG HỢP LÝ

TÀI NGUYÊN VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Văn Thụy

TS Phạm Thị Thu Hà

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, cán bộ của

bộ môn sinh thái Môi trường nói riêng và Khoa Môi trường nói chung đã tạođiều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn này

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Trần Văn Thụy và TSPhạm Thị Thu Hà, thầy và cô là người đã đưa ra định hướng và tận tìnhhướng dẫn về mặt khoa học cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoànthành luận văn

Xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Trung tâm viễn thám Quốc giacùng các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi trong suốt quátrình hoàn thiện khóa luận

Xin chân thành cảm ơn các cán bộ thuộc Sở Tài nguyên Môi trườngtỉnh Hòa Bình đã giúp tôi về tài liệu, phục vụ quá trình nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã thườngxuyên động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

Học viên cao học

Hoàng Thị Kim Quý

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS 3

1.1.1 Khái niệm về GIS 3

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lí 4

1.1.3 Các thành phần của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 6

1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS 7

1.1.5 Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong khoa học và thực tiễn 14

1.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng CSDL GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học trên nền địa lý tỷ lệ 1/25.000 16

1.2.1 Các giải pháp công nghệ GIS 16

1.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 19

1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích dữ liệu 19

1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu 20

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên 20

1.3.2 Các đặc điểm kinh tế xã hội 24

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.2 Phạm vi nghiên cứu 27

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu 27

2.3.2 Phương pháp điều tra thực địa 27

2.3.3 Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 28

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Xây dựng CSDL GIS huyện Lương Sơn tỷ lệ 1/25.000 32

3.1.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ 1/25.000 .33

3.1.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ sinh thái tỷ lệ 1/25.000 41

3.2 Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các HST 61

3.2.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ GIS……… … ………62

3.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý huyện Lương Sơn tỷ lệ 1/25.000……… 64

3.2.3 Xây dựng bản đồ định hướng phục hồi và sử dụng hợp lý các HST huyện Lương sơn, tỉnh Hòa Bình tỷ lệ 1/25.000……… 66

KẾT LUẬN………75

TÀI LIỆU THAM KHẢO………76

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Phương pháp thể hiện dữ liệu địa lý theo truyền thống (bản đồ giấy)

và GIS……….………16

Bảng 2 Một số chức năng thường dùng trong GIS……….…… 17

Bảng 3 Hiện trạng dân số, lao động huyện Lương Sơn năm 2016…….……25

Bảng 4: Bảng qui định số hóa lớp thủy văn……… 35

Bảng 5: Bảng qui định thành lập lớp địa hình……… 36

Bảng 6: Bảng qui định số hóa lớp giao thông………37

Bảng 7: Bảng qui định số hóa lớp dân cư……… 38

Bảng 8: Bảng qui định số hóa lớp ranh giới……… 39

Bảng 9: Các bảng qui định của các nhóm lớp thuộc tính……… 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Các hợp phần của GIS……….…….7

Hình 2: Cấu trúc dữ liệu GIS……….……9

Hình 3: Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector……… 9

Hình 4: Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector…… 10

Hình 5: Cấu trúc dữ liệu Raster……….10

Hình 6: Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase……… 12

Hình 7: Minh họa cấu trúc dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính………20

Hình 8: Mẫu giải đoán sông, suối và ao hồ……… 30

Hình 9: Mẫu giải đoán các đường giao thông………30

Hình 10: Mẫu giải đoán các vùng dân cư……… 31

Hình 11: Mẫu giải đoán các vùng hiện trạng hệ sinh thái……….31

Hình 12: Mô hình tổ chức dữ liệu trong CSDL GIS……… ……… 32

Hình 13: Dữ liệu ảnh vệ tinh trên MicroStation SE………… ………34

Hình 14: Kết quả xây dựng nhóm lớp thủy văn trên MicroStation SE…….35

Hình 15: Kết quả xây dựng nhóm lớp địa hình trên MicroStation SE…… 36

Hình 16: Kết quả xây dựng nhóm lớp giao thông trên MicroStation SE… 37

Hình 17: Kết quả xây dựng nhóm lớp dân cư trên MicroStation SE………38

Hình 18: Kết quả xây dựng nhóm lớp ranh giới trên MicroStation SE….…39 Hình 19: Kết quả xây dựng nhóm lớp hiện trạng HST trên Mapinfo………42

Hình 20: Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập bản đồ chuyên đề…….……43

Hình 21: Bản đồ hiện trạng HST huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình………43

Hình 22: Mô hình tổ chức dữ liệu trong cơ sở dữ liệu GIS……….… 64

Hình 23: Bản đồ định hướng sử dụng hợp lý HST huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình……….69

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CSDL: Cơ sở dữ liệu

HTTĐL: Hệ thông tin địa lý

DBMS (Database Management System): Hệ thống quản trị dữ liệu ESRI(Enviromental System Reseach Institute): Viện Nghiên cứu hệ thống Môitrường

GIS (Geographic Information System): Hệ thống thông tin địa lý

GPS (Global positioning system): Hệ thống định vị toàn cầu

MỞ ĐẦU

Huyện Lương Sơn là cửa ngõ của tỉnh miền núi Hoà Bình và miền ΤâyâyBắc Việt Nam, cách thủ đô Hà Nội khoảng 40 km, nằm ở phần phía nam củadãy núi Ba Vì Lương Sơn có địa hình phổ biến là núi thấp và đồng bằng, độcao trung bình của toàn huyện so với mực nước biển là 251m Nền nhiệt trungbình cả năm 22,9o-23,3oC, lượng mưa trung bình từ 1520,7-2255,6mm/năm,nhưng phân bố không đều trong năm Các điều kiện tự nhiên ở trên rất thuậnlợi cho các hệ sinh thái với giá trị đa dạng sinh học phong phú phát triển [34]

Lương Sơn được xem là một trong những vùng có diện tích các thảmthực vật tự nhiên còn sót lại có giá trị đa dạng sinh học phong phú với 13 hệsinh thái đặc trưng cơ bản trong đó có 07 hệ sinh thái tự nhiên và 06 hệ sinhthái nhân tạo [5] Với địa hình là những dãy núi đá vôi Lương Sơn mangtrong mình những hệ sinh thái đại diện điển hình mang tính toàn cầu về hệsinh thái rừng trên núi đá vôi được các nhà khoa học trong nước và quốc tếxác định là khu vực cần ưu tiên cho việc bảo tồn đa dạng sinh học trên núi đávôi Nơi đây đã được các cấp chính quyền của tỉnh Hòa Bình, các tổ chức, cánhân quan tâm thực hiện nhiều nghiên cứu về đa dạng sinh học, quản lý tàinguyên thiên nhiên và phát triển sinh kế cho cộng động xung quanh

Trong cuộc sống tất bật hiện nay, mọi việc đều được đơn giản và tối

ưu hóa thời gian thông qua việc ứng dụng công nghệ thông tin vào xử lý cáccông việc hàng ngày Ứng dụng tin học trong quản lý tài nguyên thiên nhiênnói chung, trong việc bảo vệ và sử dụng hợp lý các hệ sinh thái và đa dạngsinh học nói riêng là một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng củacông nghệ thông tin - đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều quốc giatrên thế giới, ở cả những nước phát triển và đang phát triển, nhằm tăngcường tính hiệu quả trong các hoạt động quản lý

Hệ thống thông tin địa lý là kết quả tích hợp, phát triển công nghệ bản

đồ và công nghệ máy tính Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệuthông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tíchđịa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từcác bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tinkhác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khácnhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) [1]

Xuất phát từ thực tiễn và sự phát triển của công nghệ thông tin, đề tài

luận văn “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý (GIS) huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và

đa dạng sinh học” nhằm nghiên cứu đánh giá thực trạng từ đó có những biện

pháp sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học bằng phương pháp xâydựng cơ sở dữ liệu GIS

Như vậy, mục tiêu nghiên cứu của đề tài là sử dụng phương pháp xâydựng cơ sở dữ liệu GIS để xây dựng bản đồ chuyên đề nhằm phục vụ sửdụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học huyện Lương Sơn

Để đáp ứng những mục tiêu của đề tài, luận văn thực hiện các nộidung chính sau:

- Nghiên cứu cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữliệu nền địa lý cơ bản huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình;

- Xây dựng các lớp cơ sở dữ liệu chuyên đề về tài nguyên và đa dạngHST huyện Lương Sơn tỉnh Hòa Bình;

- Đánh giá khái quát hiện trạng đa dạng sinh học huyện Lương Sơn

+ Hiện trạng đa dạng các kiểu hệ sinh thái

+ Hiện trạng đa dạng thành phần loài sinh vật

- Xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề định hướng sử dụng hợp lý tàinguyên và đa dạng sinh học huyện Lương Sơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý GIS

1.1.1 Khái niệm về GIS

Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) làmột nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế

kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây Từ năm 1980 đếnnay đã có rất nhiều các định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên không có địnhnghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trênkhía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực [8]

Từ các tiếp cận khác nhau, nhiều nhà khoa học đã cho những địnhnghĩa khác nhau về GIS:

- Những nhà khoa học trong các lĩnh vực địa chất, môi trường, tàinguyên, sử dụng GIS như là những công cụ phục vụ cho những công trìnhnghiên cứu của mình đã định nghĩa GIS: “GIS là một hộp công cụ mạnh đượcdùng để lưu trữ và truy vấn tùy ý, biến đổi và hiển thị dữ liệu không gian từ thếgiới thực cho những mục tiêu đặc biệt” [20] “Hệ thống thông tin địa lý là một

hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch,trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn nhất định” [21]

- Từ những chức năng cần có của một hệ thống thông tin địa lý, một sốnhà khoa học đã định nghĩa: “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứahàng loạt chức năng phức tạp dựa vào khả năng của máy tính và các toán tử

xử lý thông tin không gian” [22] “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống

tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian”[23] “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằngmáy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích, và hiển thị dữ liệu không gian” [24]

“Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống bao gồm bốn khả năng xử lý dữ

liệu địa lý sau: (1) nhập dữ liệu, (2) quản lý dữ liệu (bao gồm lưu trữ và truyxuất), (3) gia công và phân tích dữ liệu, (4) xuất dữ liệu” [25]

- Theo quan điểm hệ thống thông tin, một số nhà khoa học đã địnhnghĩa: “GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với dữ liệu cótham chiếu tọa độ địa lý Nói cách khác, GIS là hệ thống gồm hệ cơ sở dữ liệuvới những dữ liệu có tham chiếu không gian và một tập những thuật toán đểlàm việc trên dữ liệu đó” [26] “GIS là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ

sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bốtrong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệthống máy tính Hệ thống thông tin địa lý xử lý, truy vấn dữ liệu theo điểm,đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt” [27]

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lí

Hệ thống địa lí được sử dụng sớm nhất vào năm 1854 bởi một người Anhtên là John Snow Ông đã mô tả sự lây lan của bệnh dịch tả ở Luân Đôn bằngcách đánh dấu các điểm dịch lên bản đồ, và cách làm của ông đã mang lại hiệuquả trong việc xác định hướng lây lan của dịch bệnh và kịp thời ngăn chặn [35]

Năm 1962, hệ thống thông tin địa lí đầu tiên hoạt động thực sự trên thếgiới được ra đời tại Canada, được phát triển bởi cục phát triển nông lâmnghiệp Canada Đó là công trình nghiên cứu của tiến sĩ Roger Tomlinson cótên là Canada Geographic Information System (CGIS) Hệ thống này được sửdụng để lưu trữ, phân tích và quản lý các dữ liệu được thu thập cho CanadaLand Inventory (CLI), một tổ chức xác định tiềm năng đất đai cho nền nôngnghiệp Canada bằng cách ánh xạ các thông tin về đất, rừng, các loại động vật,sông suối, đất nông nghiệp… vào bản đồ với tỉ lệ 1:50.000

Năm 1964, Howard T Fisher thành lập phòng thí nghiệm đồ họa máytính và phân tích không gian tại trường Harvard Graduate School of Design,nơi mà một số khái niệm lý thuyết quan trọng về vận dụng dữ liệu không gian

được phát triển Vào năm 1970, họ đã đưa ra code của hệ thống còn sơ khai

và các hệ thống như 'SYMAP', 'GRID', 'ODYSSEY' như là một sự phát triểnthương mại đến các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu và các tổ chứctrên thế giới Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ banthu thập và xử lý dữ liệu địa lý

Trong những năm 70, với các tiến bộ trong công nghệ chế tạo máy tính

đã làm tăng khả năng hoạt động của các hệ GIS và hậu thuẫn cho việc nghiêncứu, thiết kế và thương mại hoá các phần mềm GIS Đứng đầu trong lĩnh vựcthương mại là các công ty: ESRI, GIMMS, Synercom, Intergraph, Calma,Computervision

Những năm 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu ngày càng cao về điều tra,khai thác, quản lý tài nguyên cùng việc bảo vệ môi trường v.v với các quy

mô lãnh thổ khác nhau Ngoài việc vẫn tiếp tục nghiên cứu giải quyết một sốvấn đề còn tồn tại từ những năm trước đây, một hướng được phát triển tươngđối mạnh, đó là xây dựng các hệ GIS chuyên dụng cho một số lĩnh vực quantrọng trong sử dụng, quản lý tài nguyên, môi trường: LIS (Land InformationSystem), LRIS (Land Resource Information System), PMIS (Port ManagementInformation System), ILWIS (Intergreted Land and Water InformationSystem) Nhìn chung đây là một thời kỳ bùng nổ các ứng dụng của GIS

Sang đến những năm 90, con người đã đạt được những thành tựu to lớntrong kỹ thuật viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống định vị toàn cầu GPS(Global Positioning System) Xu hướng tích hợp RS và GIS, tích hợp RS, GIS

và GPS đã xuất hiện Việc tích hợp ba công nghệ này đã hỗ trợ cho các nhàkhoa học và các nhà quản lý trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau (quân sự, kinh

tế, chính trị, văn hóa, khoa học tự nhiên, khoa học vũ trụ, quản lý tài nguyênthiên nhiên và môi trường, dự báo các tai biến…)

Vào cuối thế kỷ 20, sự phát triển nhanh chóng trên các hệ thống khácnhau đã hợp nhất và chuẩn hóa trên một vài platforms và người sử dụng bắtđầu có khái niệm về sử dụng GIS trên Internet Thời kỳ này đánh dấu sự pháttriển thật sự của GIS

Những năm đầu của thập kỷ 90, các phần mềm GIS của nước ngoàiphát triển trên máy PC có tính thương mại cao đã dần dần được đưa vào ViệtNam, tiêu biểu là các phần mềm MAPINFO, ILIWS, SPAN, PAMAP, PCARC/INFO, INTERRAPH, GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều tổchức phát triển) … Những năm 1993 – 1996 là thời kỳ phát triển nhanh cácứng dụng của GIS thông qua các dự án quốc tế tại Việt Nam

GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thếgiới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của

sự kết hợp công việc của họ và GIS

1.1.3 Các thành phần của Hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thông tin địa lý bao gồm các thành phần cấu thành cơ bản sau:

* Phần cứng máy tính: Bao gồm các thành phần vật lý của máy tính vàcác thiết bị ngoại vi khác (máy in, máy scanner, máy vẽ, …)

* Phần mềm GIS: Gồm các chương trình máy tính thực hiện các côngviệc chuyên môn của GIS, thực hiện các chức năng thu nhận và lưu trữ các

dữ liệu không gian cũng như thuộc tính, các thao tác xử lý số liệu, mô hình

số độ cao, …

* Dữ liệu GIS: Bao gồm các dữ liệu không gian (ảnh, bản đồ…) và dữliệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất, các quá trình, hiện tượng…) của cácđối tượng được nghiên cứu

* Người sử dụng: Đây là yếu tố mang tính chất quyết định, là người thiết

kế và thực hiện các thao tác kỹ thuật để có được kết quả theo các yêu cầu khácnhau

W o r k s t a t i o n

Hình 1: Các hợp phần của GIS [36]

Các hợp phần trên nằm trong mối quan hệ tương tác chặt chẽ với nhau tạothành GIS Nếu thiếu một trong các hợp phần trên thì GIS sẽ ngừng hoạt độnghoặc chỉ là một hệ thống chết Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật, bốnhợp phần trên cũng được phát triển mạnh mẽ, tạo nên một GIS ngày càng pháttriển hơn, thực hiện được các chức năng ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn,tiện lợi và dễ dàng hơn trong vận hành và sử dụng

1.1.4 Cơ sở dữ liệu GIS

Theo cách tiếp cận truyền thống, hệ thống thông tin địa lý (GIS) là mộtcông cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trêntrái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (nhưcấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đóphép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ.Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiếncho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tíchcác sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

- Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị trithức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin:

- Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trìnhbày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực

- Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng Cơ sở dữliệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính

- Các mô hình xử lý: Tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động

- Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một Cơ sở

dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thôngtin khác Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò quantrọng

- Metadata: Tài liệu mô tả dữ liệu Cho phép người sử dụng tổ chức,tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý

1.1.4.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS

Cơ sở dữ liệu là tập hợp các thông tin được thu thập theo mục đích sửdụng nào đó, được lưu trữ trong máy tính theo những quy tắc nhất định Đó làtập hợp dữ liệu mà ta có thể điều khiển, lưu trữ một số lượng lớn dữ liệu và

dữ liệu có thể chia sẻ giữa các ứng dụng khác nhau Cơ sở dữ liệu viết tắtCSDL, tiếng Anh là Database [7]

1.1.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS

Cấu trúc dữ liệu GIS gồm 2 phần cơ bản là dữ liệu không gian (dữ liệubản đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian) Mỗi một loại dữ liệu

có đặc trưng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ, xử lý và hiển thị[4]

Hình 2: Cấu trúc dữ liệu GIS [36]

* Dữ liệu không gian

Cơ sở dữ liệu không gian chứa đựng những thông tin định vị của cácđối tượng, cho biết vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đốitượng Các đối tượng không gian được định dạng về 3 loại: đối tượng dạngđiểm, dạng đường và dạng vùng Dữ liệu không gian có hai mô hình lưutrữ: mô hình dữ liệu raster và mô hình dữ liệu vector

Hình 3: Cấu trúc dữ liệu Raster và Vector [36]

- Mô hình dữ liệu Vector: thông tin về điểm, đường, vùng được mã hóa và lưu

dưới dạng tập hợp các tọa độ x, y Đối tượng dạng điểm lưu dưới dạng tọa độ(x, y) Đối tượng dạng đường như đường giao thông, sông suối… được lưudưới dạng tập hợp các toạ độ điểm x1y1, x2y2, …, xnyn hoặc là một hàmtoán học, tính được chiều dài Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn bán,nhà cửa, thủy hệ… được lưu như một vòng khép kín của các điểm tọa độ, tínhđược chu vi và diện tích vùng

Hình 4: Biểu diễn thông tin điểm, đường, vùng theo cấu trúc vector [36]

Line

M

- Mô hình dữ liệu Raster: Trong cấu trúc dữ liệu Raster, đối tượng được

biểu diễn thông qua các ô (cell) hay ô ảnh (pixel) của một lưới các ô

Hình 5: Cấu trúc dữ liệu Raster [36]

Để tiện phân tích và tổng hợp, dữ liệu không gian thường được tổ chứcthành các lớp (layer/theme); cũng thường được gọi là các lớp dữ liệu chuyên đề(thematic layer) Mỗi lớp dữ liệu thường biểu diễn một tính chất liên quan đến vịtrí trên mặt đất

Mối quan hệ logic giữa vị trí của các đối tượng trong cấu trúc dữ liệuđược gọi là TOLOGY

Cấu trúc dữ liệu thuộc topology có lợi vì chúng cung cấp một cách tựđộng hóa để xử lý việc số hóa, xử lý lỗi; giảm dung lượng lưu trữ dữ liệu chocác vùng vì các ranh giới giữa những vùng nằm kề nhau được lưu trữ chỉ mộtlần; và cho phép chúng ta cấu trúc dữ liệu dựa trên các nguyên lý về tính kềcận (adjacency) và kết nối (connectivity) để xác định các quan hệ không gian.Phần lớn cấu trúc dữ liệu mang tính topology là mô hình dữ liệu vectơ kiểucung/nút (arc/node)

Cung: là 1 chuỗi các đoạn thẳng nối giữa các nút, có nút đầu và nút cuối.Nút: là nơi hai cung gặp nhau

Điểm: là các nút độc lập

Vùng: là chuỗi khép kín các cung

Quan hệ không gian của các đối tượng trong các phần mềm GIS được xâydựng theo khuôn dạng thích hợp Thường được lập thành 3 bảng (table) cóquan hệ, tương ứng với 3 kiểu đối tượng: điểm, đường và vùng do phần mềmtạo ra sau khi kiểm tra lỗi số hóa (ví dụ: ArcInfo, AutoCAD Maps 3D, …)

* Dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu thuộc tính lưu trữ các số liệu mô tả các đặc trưng, tínhchất, … của đối tượng nghiên cứu Các dữ liệu thuộc tính chủ yếu được tổchức thành các bảng dữ liệu, gồm có các cột dữ liệu (trường dữ liệu): mỗi cộtdiễn đạt một trong nhiều thuộc tính của đối tượng; và các hàng tương ứng vớimột bản ghi: gồm toàn bộ nội dung thuộc tính của một đối tượng quản lý

* Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS

Cơ sở dữ liệu là một gói dữ liệu được tổ chức dưới dạng các Layer.Các Layer có thể được tạo ra từ nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau như:Shape files, personal geodatabase, ArcInfo cover datasets, CAD drawings,SDE databases, photo, image Hiện nay, theo các chuẩn dữ liệu ISO-TC

211 và chuẩn dữ liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường, dữ liệu được tổchức theo khuôn dạng chuẩn là GeoDatabase

GeoDatabase: là một cơ sở dữ liệu được chứa trong một file có đuôi

là *.mdb Khác với shape file, GeoDatabase cho phép lưu giữ topology củacác đối tượng Cấu trúc của GeoDatabase như sau:

Hình 6: Tổ chức cơ sở dữ liệu – GeoDatabase [36]

Feature dataset là tập dữ liệu đối tượng nằm ở bên trong của geodatabase

cá nhân và chứa các feature class có cùng phần mở rộng và cùng hệ tọa độ.Feature class (nhóm đối tượng) là một trong các dữ liệu thường hay sửdụng nhất Mỗi feature class bao gồm tập hợp nhiều đối tượng địa lý(geographic feature) có cùng kiểu hình học (point, line, polygon) và có cùngthuộc tính Các feature class chứa đặc trưng topology được xếp trong cácfeature dataset nhằm đảm bảo duy trì hệ tọa độ chung cho dữ liệu bên trong.Dưới feature class sẽ là các feature data

Feature (đối tượng địa lý) là các spatial object (đối tượng không gian), có

vị trí địa lý (tọa độ xác định) và có quan hệ không gian

Attribute Table là thuộc tính của từng lớp đối tượng, được lưu giữ dướidạng các bảng Trong đó, các thuộc tính được thể hiện trong từng cột, mỗi đốitượng địa lý ở trong mỗi hàng

* Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS

ISO (International Standard Organization): Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế

đã đưa ra tiêu chuẩn ISO/TC211, bao gồm 32 tiêu chuẩn trong đó có các tiêuchuẩn về hệ thông tin địa lý, một số chuẩn thường dùng như sau:

- Chuẩn định dạng dữ liệu (data format);

- Chuẩn lưới chiếu (projection);

- Chuẩn topology;

- Chuẩn phân loại dữ liệu (data classification standards);

- Chuẩn nội dung dữ liệu (data content standards);

- Chuẩn ký hiệu (data symbology standards): chuẩn ký hiệu hoặc hiển thị

dữ liệu chuẩn hóa ngôn ngữ mô tả ký hiệu;

- Chuẩn trao đổi dữ liệu (data transfer standards): làm dễ dàng chuyển đổi

dữ liệu giữa các hệ thống Có thể được hiểu là chuẩn khuôn dạng dữ liệu;

- Chuẩn khả dụng dữ liệu (data useability standards): bao gồm chất lượng

dữ liệu, đánh giá, độ chính xác, v.v…

Theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môitrường về việc ban hành áp dụng chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia [2],trong đó có đưa ra các qui định cụ thể về các chuẩn thông tin địa lý sau:

- Quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý;

- Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian;

- Quy chuẩn mô hình khái niệm thời gian;

- Quy chuẩn phân loại đối tượng địa lý;

- Quy chuẩn hệ quy chiếu tọa độ;

- Quy chuẩn siêu dữ liệu địa lý;

- Quy chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý;

- Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý;

- Quy chuẩn mã hóa trong trao đổi dữ liệu địa lý

1.1.5 Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong khoa học và thực tiễn

Khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay được ứngdụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là "công cụ hỗ trợ quyết định”(decision - making support tool) Một số lĩnh vực được ứng dụng chủ yếu ởnhiều nơi trên thế giới là:

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

+ Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại )

+ Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã

+ Quản lý và quy hoạch đồng bằng ngập lũ, lưu vực sông

+ Bảo tồn tài nguyên đất, nghiên cứu các vấn đề về đất, xây dựng bản đồ

và thống kê chất lượng thổ nhưỡng

+ Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn và các tác động môi trường + Quản trị sở hữu ruộng đất, quy hoạch và đánh giá sử dụng đất đai + Quản lý chất lượng nước

+ Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh

- Nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội:

+ Quản lý dân số

+ Quản trị mạng lưới giao thông (thuỷ - bộ)

+ Quản lý mạng lưới y tế, giáo dục, quản lý đô thị và các công trình công cộng.+ Điều tra, quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng và có hiệu quả cao trong lĩnhvực địa chính

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

+ Đánh giá khả năng thích nghi cây trồng, vật nuôi và động vật hoang dã + Định hướng và xác định các vùng phát triển tối ưu trong sản xuất nông nghiệp.+ Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn thiên nhiên

+ Đánh giá khả năng và định hướng quy hoạch các vùng đô thị, côngnghiệp lớn

- Trong nghiên cứu sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn, các lĩnhvực ứng dụng của kỹ thuật GIS rất rộng rãi Do vậy, GIS trở thành công cụđắc dụng cho việc quản lý và tổ chức sản xuất nông nghiệp - nông thôn trêncác vùng lãnh thổ Các lĩnh vực ứng dụng của GIS trong sản xuất nông nghiệp

và phát triển nông thôn:

+ Thổ nhưỡng: Xây dựng các bản đồ đất, bản đồ nông hóa thổ nhưỡng,bản đồ đất thích hợp…, đặc trưng hoá các lớp phủ thổ nhưỡng

+ Trồng trọt: Xác định khả năng thích nghi của các loại cây trồng, sự thayđổi của việc sử dụng đất, xây dựng các đề xuất về sử dụng đất, khả năng bềnvững của sản xuất nông nghiệp cũng như Nông - Lâm kết hợp, theo dõi mạnglưới khuyến nông, khảo sát nghiên cứu dịch - bệnh cây trồng (côn trùng và cỏdại), suy đoán hay nội suy các ứng dụng kỹ thuật

+ Quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu: Xác định hệ thống tưới tiêu, lập thờibiểu tưới nước, tính toán sự xói mòn/bồi lắng trong hồ chứa nước, nghiên cứuđánh giá ngập lũ

+ Kinh tế nông nghiệp: Điều tra dân số/nông hộ, thống kê, khảo sát kỹthuật canh tác, xu thế thị trường của cây trồng, nguồn nông sản hàng hoá.+ Phân tích khí hậu: Hạn hán, lũ lụt và các yếu tố thời tiết, thống kê + Mô hình hoá nông nghiệp: Ước lượng, tiên đoán năng suất cây trồng,chăn nuôi gia súc, gia cầm, thống kê, xác định vùng phân bố, khảo sát và theodõi diễn biến, dự báo dịch bệnh

1.2 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ sử dụng hợp lý tài nguyên và đa dạng sinh học trên nền địa lý tỷ lệ 1/25.000

1.2.1 Các giải pháp công nghệ GIS

GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian(bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch vàquản lý các hoạt động theo lãnh thổ

Bảng 1 Phương pháp thể hiện dữ liệu địa lý theo truyền thống

(bản đồ giấy) và GIS

Có hai chức năng lưu trữ và hiển thị

dữ liệu;

Tỉ lệ và mức độ chi tiết hiển thị trên

bản đồ;

Thỏa hiệp giữa yêu cầu thông tin và

giới hạn vật lý của bản đồ giấy;

Bản chất động của thông tin và giới

Hai cải tiến quan trọng nhất của GIS

là dữ liệu luôn mang tính hiện hành

và khả năng tích hợp các nguồn dữ liệu một cách hiệu quả

Việc bảo vệ tài nguyên môi trường phục vụ cho sự phát triển bền vữngđòi hỏi tổng hợp, phân tích một lượng thông tin lớn, đa dạng và toàn diện.Nếu không khai thác, phát triển và sử dụng công nghệ mới, thì tổng hợp vàphân tích số liệu gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí có những bài toán thực tếkhông thể giải được bằng phương pháp truyền thống Một nhiệm vụ thực tếhết sức có ý nghĩa là tiến hành chồng xếp và phân tích bản đồ kết hợp, đốisánh các tờ bản đồ khác nhau với các chuyên đề, tỷ lệ và thời gian khác nhau

GIS tiến hành những nhiệm vụ cụ thể sau:

- Truy nhập và lưu trữ thông tin từ nhiều nguồn, nhiều dạng, nhiều kích

cỡ, tỷ lệ, thời gian khác nhau vào một cơ sở toán học

- Thực hiện sắp xếp lại hàng loạt thông tin trong một cơ sở toán họcthống nhất nhằm phục vụ cho công tác tìm kiếm, phân tích

- Phân tích đánh giá tổng hợp thông tin theo các mô hình cụ thể, các bàitoán địa lí được đặt ra cho mục đích quy hoạch

- Tổng hợp toàn bộ các dữ liệu dẫn xuất, các thử nghiệm thống kê đểđưa ra kết quả bài toán

- Trình bày kết quả dưới dạng dễ dàng tiếp cận và sử dụng

Bảng 2 Một số chức năng thường dùng trong GIS

Chức năng Ý nghĩa

1 Số hoá bản đồ các loại

2 Liên kết với cơ sở dữ liệu

3 Thay đổi tỷ lệ, hệ qui chiếu

4 Thêm bớt dữ liệu

5 Biểu diễn và hiển thị lại số liệu,

rà xét và hỏi đáp

6 Biến dạng hoặc chuyển đổi

7 Gây hoạt tính cho các đơn vị

- Mô hình không gian

10 Khả năng tiệm cận tới các

đường, điểm, hoặc vùng ranh giới

Biểu thị các tính năng chuyên đề của bản đồCho phép nhập vào máy mọi loại bản đồLàm mới cơ sở dữ liệu

Bản đồ được biểu diễn cùng các tính năng chuyên đề

Thay đổi tỷ lệ từng phần hoặc toàn phầnCác đường, điểm và diện có thể hoạt động thể hiện trạng thái động của đối tượng

Mô hình hoá cơ sở dữ liệu theo yêu cầu, mục đích nghiên cứu

Xác định mối liên quan giữa các bản đồ với nhau bằng cách sử dụng các hàm toán học hoặc hàm logic

Phân vị bản đồ theo các phần tử nhỏ nhất

Thể hiện các dạng bản đồ dẫn xuất từ quá trình phân tích

* Các ưu điểm của Hệ thống quản trị dữ liệu (DBMS):

- Cập nhập và thống nhất các dữ liệu rời rạc trong một mô hình chung,giảm dần và loại trừ tính chất tản mạn của thông tin

- Thường xuyên làm mới dữ liệu một cách thuận tiện, dễ dàng tổng hợp

và tăng cường chất lượng của chúng

- Dễ dàng lập trình để điều khiển và trình bày dữ liệu một cách tự động

- Khắc phục được tình trạng lộn xộn thiếu nhất quán trong các tệp dữliệu do mọi dữ liệu phải đưa về một mô hình, nguyên tắc và một chuẩn chung

- Giảm giá thành phát triển phần mềm và hướng dẫn, đào tạo sử dụng

- Đảm bảo tính an toàn trong lưu trữ số liệu.

Từ khái niệm cơ sở dữ liệu là một tập hợp các dữ liệu thống nhất và đadạng nhằm phục vụ mọi hình thức sử dụng, ở đây đã hình thành các quanđiểm sau về xây dựng cơ sở dữ liệu GIS:

- Xây dựng dữ liệu trong mô hình biểu bảng và trình bày đơn thuần

- Xây dựng dữ liệu theo cách phân cấp dần từ mức tập trung nhất đếnmức các dữ liệu đơn trị (dạng hình cây)

- Xây dựng dữ liệu theo mạng liên quan trong thể thống nhất (mỗi mộtthông tin đơn được liên kết với nhiều hệ thông tin chủ và ngược lại, ví dụ nhưliên hệ giữa một loại đất với các loại cây trồng, với lớp đá mẹ, hoặc liên hệgiữa cây trồng với đất và nước, )

- Xây dựng dữ liệu theo kiểu kết nối trực tiếp giữa một đơn vị thông tin

đồ họa với thật nhiều thông tin khác nhau trong cơ sở dữ liệu (trong trường hợpnày, các hệ thống phần mềm lưu trữ dữ liệu như: INFO, DBMS, ORACLE,EMPRESS được phát huy sử dụng trong mối liên kết với thông tin đồ họa)

- Xây dựng dữ liệu theo kiểu kết nối giữa một thông tin đồ họa với nhiềuthông tin khác nhau trong cơ sở dữ liệu thường được sử dụng để nắm bắt thôngtin nhanh trên từng vùng lãnh thổ và quản lý tài nguyên - môi trường

1.2.2 Tích hợp tư liệu viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

Khi nói về tích hợp công nghệ Viễn thám và GIS (Integration ofRemote Sensing and Geographic Information System), người ta dùng viễnthám như một phương tiện cung cấp thông tin, sử dụng ảnh viễn thám mớinhất để cập nhật các đối tượng địa lý mới xuất hiện, sau đó chồng nội dungchuyên đề lên nền bản đồ như một cơ sở để định vị và định lượng Các thôngtin về biến động của đối tượng tự nhiên và môi trường được ghi nhận lại theothời gian và không gian một cách liên tục và đầy đủ Sau đó, thông tin đượcsắp đặt lại theo yêu cầu, đưa vào cơ sở dữ liệu GIS và xử lý tiếp Khi công

việc cụ thể được tiến hành cho lãnh thổ lớn, các thông tin viễn thám ở dạngraster chiếm nhiều bộ nhớ gây ảnh hưởng cho tiến hành đánh giá và làm cácbài toán địa lí tiếp theo Yêu cầu vector hóa được đặt ra, có thể bằng máy theochương trình lập sẵn hoặc khoanh trực tiếp trên màn hình Nhiều khi côngnghệ giải đoán bằng mắt được ứng dụng phổ cập và các thông tin thu nhậnđược số hóa lại để nhập vào HTTĐL, đó là phương pháp được ứng dụng khánhiều trong thực tế các đơn vị sản xuất hiện nay.

1.2.3 Nguyên tắc gắn kết dữ liệu không gian và thuộc tính trong phân tích

dữ liệu

Nguyên tắc bao gồm 2 điểm cơ bản sau:

- Mô hình không gian đồng nhất:

+ Thống nhất về hệ toạ độ và độ cao Quốc gia

+ Khử sai số từ số liệu đầu vào

+ Dạng dữ liệu cần có sự tương đương: điểm, đường hoặc diện dùngcho cùng một mô hình phân tích

+ Tính chặt chẽ trong topology dữ liệu hiển thị

+ Tính thống nhất của format dữ liệu hiển thị

- Mô hình dữ liệu thuộc tính thống nhất:

+ Dạng dữ liệu thuộc tính dùng cho mô hình phân tích cần thống nhất:dạng số, dạng kí tự, dạng ngày tháng hoặc dạng memo

+ Số lượng trường dữ liệu thuộc tính cần tương đương

+ Độ dài trường dữ liệu được xác định

+ Mối liên kết giữa các trường dữ liệu rõ ràng

Hình 7: Minh họa cấu trúc dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên

* Vị trí địa lý

Huyện Lương Sơn nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Hòa Bình, cửa ngõ phíaTây Hà Nội, phía Bắc giáp huyện Quốc Oai và Thạch Thất, phía Đông giáphuyện Mỹ Đức, Chương Mỹ (Hà Nội), phía Nam giáp huyện Kim Bôi, phíaTây giáp huyện Kỳ Sơn (tỉnh Hòa Bình) Trung tâm huyện là thị trấn LươngSơn, cách trung tâm thủ đô Hà Nội khoảng 40km Trên địa bàn Lương Sơn cóđường Quốc lộ 6 (QL6) chạy qua theo hướng Đông - Tây, cắt ngang quahuyện từ khu Năm Lu đến Dốc Kẽm, đi qua thị trấn trung tâm huyện, nối HàNội với Thành phố Hoà Bình, đi lên các tỉnh phía Tây bắc; Quốc lộ 21A (nay

là đường Hồ Chí Minh) chạy qua rìa một số xã phía Đông Nam huyện [34]

Xét về mặt vị trí, Lương Sơn được gọi là cửa ngõ phía Tây của Thủ đô

Hà Nội, là điểm cầu nối, giao thoa giữa Hoà Bình với các tỉnh vùng Tây Bắc

và Thành phố Hà Nội, lan toả ra toàn vùng Hà Nội rồi tới các tỉnh đồng bằngsông Hồng Vị trí này tạo ra những lợi thế đặc biệt cho huyện trong phát triển

kinh tế, nhất là thương mại dịch vụ, giao thông vận tải, hậu cần, khoa họccông nghệ, du lịch, giáo dục, giao lưu hàng hoá đa dạng, phong phú.

* Địa hình của huyện Lương Sơn

Về địa hình, Lương Sơn là huyện vùng thấp bán sơn địa, có địa hìnhphổ biến là núi thấp và đồng bằng Độ cao trung bình của toàn huyện so vớimực nước biển là 251 m, có địa thế nghiêng đều theo chiều từ Tây Bắc xuốngĐông Nam Như vậy, địa hình của Lương Sơn có thể hệ thống thành nhữngdạng: (1) vùng địa hình đồi núi: bao gồm vùng núi cao xen kẽ đồi thấp thuộcdãy Trường Sơn, có độ dốc trung bình 20-30%, trong đó có nhiều dãy núithấp chạy dài xen kẽ các khối núi đá vôi với những hang động hoặc có nhiềukhe suối, hồ tự nhiên, hồ nhân tạo đan xen tạo nên cảnh sắc đẹp (2) Vùng địahình bằng phẳng, bao gồm chủ yếu ở phía Bắc QL6, các xã phía Nam huyện,

độ dốc khoảng 3-5%, cao độ trung bình khoảng 15-30m (3) Khu vực trũngthấp ven sông Bùi, phía Nam quốc lộ 6 có cao độ dao động từ 10-12m

Dựa trên yếu tố địa hình kết hợp với vị trí địa lý, Lương Sơn có thểchia thành 4 tiểu vùng:

(1)Tiểu vùng phía Bắc huyện bao gồm Thị trấn Lương Sơn và các xã:Lâm Sơn, Hoà Sơn, Tân Vinh, Nhuận Trạch: có địa hình cao nhất, gồmnhững dãy núi cao xen kẽ đồi thấp hình bát úp, ở giữa là thung lũng rộngbằng phẳng, có hệ thống sông (sông Bùi) và hồ, tạo nên cảnh quan thiênnhiên đẹp, phong phú Vùng này có vị trí địa lý thuận lợi, gần Hà Nội, cóđường quốc lộ 6 chạy qua, là đầu mối giao thông quan trọng của tỉnh HoàBình và vùng Tây Bắc với vùng Hà Nội

(2)Tiểu vùng Đông Nam huyện, bao gồm các xã: Thành Lập, TrungSơn, Liên Sơn, Tiến Sơn, Cao Thắng, Cao Dương, Thanh Lương: địa hìnhcao, có nhiều núi đã vôi, núi đất, xen kẽ hang động nhũ đá; vị trí địa lý giáp

Hà Nội, có trục đường quốc lộ 21 (nay là đường Hồ Chí Minh chạy dài men

theo các xã.

(3)Vùng Tây Nam huyện bao gồm 4 xã: Trường Sơn, Cao Răm, CưYên, Hợp Hoà: địa hình cao, nhiều đồi núi thấp; đây thuộc vùng sâu, xa củahuyện, hệ thống giao thông không thuận lợi Không những thế, phía cuốivùng (cao Răm, Trường Sơn) gần như bị “chặn” do bị che chắn bởi hệ thốngnúi đất

(4) Vùng phía Nam huyện bao gồm các xã: Tân Thanh, Hợp Châu,Long Sơn, và Hợp Thanh: vùng đất thấp, đồng bằng; đây là vùng có vị trí địa

lý quan trọng về an ninh quốc phòng

Yếu tố địa hình nói trên đã tạo cho Lương Sơn khả năng phát triển mộtnền kinh tế tổng hợp cả nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi), lâm nghiệp, kinh

tế vườn đồi, công nghiệp vật liệu xây dựng, thương mại dịch vụ, dụ lịch sinhthái, nghỉ dưỡng

* Khí hậu thủy văn

Lương Sơn nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trungbình là 23°C.Lượng mưa trung bình năm khoảng 1.769,50 mm nhưng phân

bổ không đều, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10, tập trung vào các tháng 7,

8, 9 Từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau lượng mưa thường không đáng kế Độ

ẩm trung bình năm là 84,5%, và sự chênh lệch giữa các tháng khá lớn, thángcao nhất (tháng 3) là 90% và tháng thấp nhất (tháng 12) là 30%

Chế độ thuỷ văn trên địa bàn huyện được chi phối bởi hệ thống sông,suối và hồ đập Sông Bùi là con sông nhỏ, ngắn, lại dốc, có chiều dài 12km,bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn, chảy qua xã Cao Răm, Tân Vinh, và Thịtrấn, sau đó chảy vào sông Đáy tại huyện Chương Mỹ (Hà Nội) Sông Bùiảnh hưởng quan trọng đối với hiện tượng thuỷ văn của các xã phía Bắchuyện Phía Nam huyện có sông Song Huỳnh chảy qua địa phận hai xã CaoThắng, Cao Dương, có độ dài khoảng 6 km, góp phần cung cấp nguồn nước

mặt cho các xã khu vực này Trên địa bàn huyện có 6 hồ và khoảng 15 consuối, đây là nguồn thuỷ văn quan trọng cung cấp cho sản xuất và đời sốngsinh hoạt của dân cư.

Điều kiện khí hậu, thuỷ văn, sông ngòi đã tạo cho Lương Sơn nhữngthuận lợi trong phát triển nông nghiệp, đa dạng hoá các loại vật nuôi, câytrồng, thâm canh tăng vụ và phát triển lâm nghiệp Hệ thống sông suối, hồđập không những là nguồn tài nguyên cung cấp nước cho sản xuất và đờisống nhân dân mà còn có tác dụng điều hoà khí hậu, cải thiện môi trường sinhthái và phát triển nguồn lợi thuỷ sản

* Đất đai, tài nguyên

• Đất đai

Xét về tính chất đất: đất đai của huyện Lương Sơn được chia làm nhiềuloại có nguồn gốc phát sinh khác nhau, trong đó, các loại chính là:

- Đất đỏ vàng phát triển trên đá phiến thạch sét, đất đỏ vàng biến đổi

do trồng lúa Loại đất này chiếm tỷ trọng cao nhất và phân bố ở khắp các xãtrong huyện, trừ 5 xã vùng phía Nam huyện, nhiều nhất là ở các xã vùng TâyNam Loại đất này phù hợp với cây ăn quả, cây công nghiệp và trồng rừng

- Đất đồng bằng, đất phù sa sông Bùi, sông Song Huỳnh và các consuối nhỏ; đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ Loại đất này chủ yếu tập trung ởvùng thấp phía Bắc, Nam Loại đất này thích hợp trồng lúa, rau và hoa mầu

- Đất xói mòn trơ sỏi đá do hậu quả của chặt phá rừng trước đây, chủyếu tập trung các xã vùng Tây Nam, Đông Nam Loại đất này tầng canh tácmỏng, khó khai thác để sản xuất nông nghiệp

• Tài nguyên

- Trên địa bàn huyện Lương Sơn có các loại khoáng sản trữ lượng lớn

đó là: đá vôi, đá xây dựng, đất sét, đá Bazan, quặng đa kim Lương Sơn đượccung cấp chủ yếu bằng 3 nguồn chính: nước ngầm, nước mặt, và nước mưa tựnhiên Bên cạnh đó huyện cũng là nơi có tiềm năng phát triển du lịch danh

lam thắng cảnh, tiềm năng du lịch văn hoá, lịch sử huyện có nhiều danh lamthắng cảnh, di chỉ khảo cổ học, hệ thống hang động, núi đá tự nhiên, đa dạngnhư: hang Trầm, hang Rồng, mái đá Diềm, núi Vua Bà, động Đá Bạc, ĐộngLong Tiên, động Mầu Lương Sơn cũng là một huyện có nguồn tài nguyên

du lịch văn hoá vật thế và phi vật thế lớn

1.3.2 Các đặc điểm kinh tế xã hội

* Dân số, lao động

Dân số toàn huyện (năm 2016) là 99.658 người, tổng số hộ là 22.551

hộ Số người trong độ tuổi lao động là 46.768 người, trong đó lao động trong

độ tuổi trong lĩnh vực nông nghiệp là 43.118 người Dân tộc sinh sống chủyếu là dân tộc Mường, Kinh, Dao Bình quân mỗi hộ có từ 4 -5 người, tuynhiên số lao động bình quân trong mỗi hộ toàn xã chỉ là 2 lao động/hộ

Chi tiết của từng xã được thể hiện ở bảng 3

Lương Sơn là huyện đông dân, tốc độ tăng trưởng dân số nhanh hơnmức chung của tỉnh Đây là một thuận lợi về khả năng cung cấp lực lượng laođộng cho phát triển kinh tế xã hội của huyện, cũng như tạo ra một thị trườngtiêu thụ hàng hoá tiêu dùng rộng lớn so với các địa phương khác trong tỉnh.Tuy vậy, nó cũng là một thách thức lớn cho huyện trong việc phát triển khudân cư, nhà ở, khu đô thị, cũng như vấn đề an ninh, trật tự an toàn xã hội

Bảng 3 Hiện trạng dân số, lao động huyện Lương Sơn năm 2016

(người)

Lao động(người)

Số HGĐ(hộ)

(Nguồn: Chi cục thống kê huyện, năm 2016, [34])

Trình độ dân trí và tay nghề của người lao động hiện tại chưa cao, tỷ lệlao động qua đào tạo đạt thấp, chưa bảo đảm nhu cầu cho một huyện thuộcvùng động lực tăng trưởng của tỉnh Hoà Bình và đang có xu hướng chuyếndịch cơ cấu kinh tế mạnh sang các ngành công nghiệp và dịch vụ

* Đặc điểm hệ thống cơ sở hạ tầng

- Hệ thống cơ sở hạ tầng bao gồm: giao thông, thuỷ lợi, điện, bưu chínhviễn thông (kinh tế - kỹ thuật); trường học, bệnh viện, trạm y tế, nhà văn hoá,trung tâm học tập cộng đồng (xã hội), … đã được trang bị mạng lưới khá rộngkhắp và phủ kín trên toàn địa bàn huyện Một số nét phản ánh đặc điểm rõ nétnhất của hệ thống cơ sở hạ tầng trên địa bàn huyện thể hiện như sau:

- Hệ thống giao thông: Trên địa bàn huyện chỉ có duy nhất một loạihình giao thông đường bộ; hệ thống sông suối trên địa bàn huyện có độ dốc

lớn, lòng hẹp và ngắn nên không thể sử dụng được cho giao thông thuỷ Hệthống đường bộ giữ vai trò chủ đạo trong vận chuyển hàng hoá và hànhkhách, hai tuyến đường quốc lộ chạy qua huyện có chất lượng tốt Hệ thốngđường tỉnh lộ và giao thông nông thôn vừa thiếu, bị chia cắt và vừa kém chấtlượng: ngắn, hẹp, đường cấp phối là chủ yếu (khoảng 70% tổng số độ dài củacác tuyến đường)

- Hệ thống cơ sở hạ tầng cấp thoát nước hiện nay nhìn chung chưa phùhợp và không đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội của huyện hiệntại và trong tương lai: hệ thống cấp nước chủ yếu theo phương thức tự chảy, chỉ

có khoảng 60% dân số huyện được hưởng lợi từ hệ thống cấp nước huyện,nhiều xã, nhất là vùng Tây Nam huyện rất khó khăn về nguồn nước kể cả chođời sống và cho sản xuất Hệ thống thoát nước chủ yếu vẫn là tự chảy, tự thấm

và thoát theo địa hình tự nhiên ra các khu vực trũng (trừ khu vực thị trấn)

- Hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác như điện, bưu chính viễn thông,

hệ thống xử lý rác thải và vệ sinh môi trường nhìn chung đã được trang bịtheo diện rộng và hiện đang hoạt động tốt, tuy vậy nếu tương lai, kinh tế, xãhội phát triển theo hướng trở thành vùng động lực của toàn tỉnh thì cần phảiđược bổ sung thêm về số lượng và hoàn chỉnh chất lượng

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Toàn bộ lớp thông tin về địa hình tỷ lệ 1/25.000 như mô hình số độ cao,

hệ thống giao thông, hệ thống thủy văn, dân cư cơ sở hạ tầng, ranh giớihuyện, xã và các lớp phủ thực vật Từ những dữ liệu trên là cơ sở để xây dựngtiếp các lớp thông tin chuyên đề về các hệ sinh thái và đa dạng sinh học

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu trong phạm vi lãnh thổ huyện Lương Sơn, được chiathành 20 đơn vị hành chính, bao gồm 19 xã và 1 thị trấn (Cao Răm, Cư Yên,Hòa Sơn, Hợp Hòa, Lâm Sơn, Liên Sơn, Nhuận Trạch, Tân Vinh, Thành Lập,Tiến Sơn, Trường Sơn, Trung Sơn, Tân Thành, Cao Dương, Hợp Châu, CaoThắng, Long Sơn, Thanh Lương, Hợp Thanh và Thị trấn Lương Sơn) Trungtâm huyện đóng tại thị trấn Lương Sơn- Là trung tâm kinh tế, chính trị, vănhóa của huyện; cách Thủ đô Hà Nội khoảng 40 km về phía Tây và cách thànhphố Hòa Bình khoảng 30 km về phía Đông Có đường quốc lộ số 6A, đường

Hồ Chí Minh đi qua, có tài nguyên phong phú và nguồn lao động dồi dào

Trong giới hạn của phạm vi nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu nền địahình và bản đồ định hướng sử dụng hợp lý HST với tỷ lệ 1/25.000 cho huyệnLương Sơn, tỉnh Hòa Bình

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu thứ cấp

- Thu thập các tài liệu có liên quan đến nội dung nghiên cứu; kế thừa chọnlọc các tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu trong phạm vi nghiên cứu;

- Phân tích, tổng hợp tài liệu để hỗ trợ cho việc xây dựng bản đồchuyên đề

2.3.2 Phương pháp điều tra thực địa

Tiến hành điều tra, khảo sát tại thực địa nhằm:

- Thu thập các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội; thu thập dữliệu, tài liệu, có liên quan đến luận văn và kế thừa tài liệu của PGS TS Trần VănThụy trong thời gian từ 2015 đến 2016 Ô tiêu chuẩn với diện tích 1600m2 -2000m2 được xác định để đo đạc tất cả các cây gỗ cây bụi và dây leo có đườngkính ngang ngực (vùng cơ bản cao khoảng 1,37m tính từ mặt đất lên) lớn hơn10cm, độ cao được đo theo phương pháp chuẩn mực thực tế với những cây

dưới 10m và được đo theo phương pháp tam giác đồng dạng với những câycao trên 10m Ðộ cao từ mặt đất tới cành phân nhánh đầu tiên cũng được quantâm để sử dụng tính sinh khối

Ô tiêu chuẩn có kích thuớc nhỏ hơn 31,5m x 31,5m (0,1 ha) được thiếtlập để: - Thống kê chi tiết các cá thể của tầng cây bụi, cây gỗ tái sinh, tầng trenứa, định loại tất cả các loài có trong ô

Từ ô này thiết lập các ô 10m x 10m dể do tất cả các cá thể cây bụi về mật

độ, sinh khối

Ô tiêu chuẩn 2m x 2m đo sinh khối cỏ dưới tán

- Thu thập, làm sáng tỏ các thông tin, đối tượng trong phạm vi nghiên cứutrong quá trình giải đoán ảnh viễn thám Dùng bản đồ và ảnh vệ tinh để tăngcuờng khả năng phân tích lập vùng điều tra chuẩn trên thực địa Các điểm khảosát và tuyến khảo sát được thiết lập trải rộng qua tất cả các đơn vị của các hệ sinhthái khác nhau Các điểm khảo sát được định vị toạ độ bằng GPS trên bản đồ Từ

đó thiết lập hệ thống tuyến khảo sát và các hệ thống điểm quan sát lấy mẫu.Tuyến khảo sát được thiết lập qua tất cả hệ sinh thái

2.3.3 Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS

Download ảnh Google Earth năm 2017 để phân tích giải đoán dựa trêncác tài liệu kế thừa và tư liệu của quá trình điều tra thực địa Trong phân tích,cấu trúc CSDL GIS, sử dụng phần mềm Mapinfo 15.0 để phân tích chồng xếpcác lớp thông tin cũng như định dạng các lớp thông tin để liên kết với cácphần mềm chuyên nghiệp khác như ArcGIS, MicroStation SE Đây là nguyêntắc sử dụng các phần mềm tương thích nhằm xây dựng CSDL và phân tíchtổng hợp dữ liệu theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa lí Xây dựng cáctrường dữ liệu trong phần mềm Mapinfo 15.0, hoàn chỉnh dữ liệu và liên kếtđược trong bộ phần mềm ArcGIS Thông tin các hệ sinh thái được biểu đạtdưới dạng bản đồ chuyên đề là một công cụ cần thiết cho công tác quản lý hệ

sinh thái (HST), bảo vệ tài nguyên một cách có hiệu quả, từ đó định hướngbảo tồn và phát triển bền vững

Bước 1: Thiết kế Geodatabase: CSDL của đề tài được thiết kế chungcho cả hai phần: CSDL nền và CSDL chuyên đề hệ sinh thái

Việc quản lý dữ liệu được thao tác trên phần mềm Mapinfo 15.0Geodatabase Các đối tượng trong Feature Dataset thuộc nhóm cơ sở dữ liệunền cần thống nhất về project, chuẩn project của Việt Nam là VN-2000 của

Bộ Tài nguyên và Môi trường Import hệ tọa độ chuẩn VN-2000 có các thông

Scale reduction Factor: 0.99990000

Geographic Coordinate System: GCS_WGS_1984

Datum: D_WGS_1984

Angular Unit: Degree

Bước 2: Đưa ảnh về đúng hệ tọa độ VN2000

Bước 3: Tạo file seed chuẩn hệ tọa độ VN2000

Bước 4: Tiến hành số hóa các đối tượng theo Quy định kỹ thuật số hóabản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000 ban hành theo quyết định số 70/2000/QĐ-ĐCngày 25 tháng 2 năm 2000 của Tổng cục trưởng Tổng cục Địa chính trên phầnmềm MicroStation SE

1 File cơ sở: LuongSon_CS: khung, lưới tọa độ được chạy trên phầnmềm MGE Grid Generation

2 File thủy văn: LuongSon_TH

Hình 8: Mẫu giải đoán sông, suối và ao hồ

3 File địa hình: LuongSon_DH: được chạy từ DEM trên phần mềmArcGIS

4 File giao thông: LuongSon_GT

Hình 9: Mẫu giải đoán các đường giao thông

5 File dân cư: LuongSon_DC

Hình 10: Mẫu giải đoán các vùng dân cư

6 File ranh giới: LuongSon_RG: kế thừa từ các mảnh bản đồ địa hình

tỷ lệ 1/50.000 (FA79b, FA80a và FA80c)

7 File thực vật: LuongSon_TV

Hình 11: Mẫu giải đoán các vùng hiện trạng hệ sinh thái

Bước 5: Xuất các file đã số hóa từ phần mềm MicroStation SE sangphần mềm Mapinfo

Bước 6: Xây dựng CSDL cho các lớp thông tin

Bước 7: Biên tập bản đồ hiện trạng các HST và bản đồ định hướng sửdụng hợp lý các HST theo tỷ lệ 1/25.000

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý (GIS) huyện Lương Sơn tỷ

lệ 1/25.000

Hệ CSDL GIS được thiết kế thành hai phần: Hệ CSDL nền địa lý baogồm: ranh giới hành chính, địa hình, dân cư cơ sở hạ tầng, giao thông, thủyhệ; Hệ CSDL hệ sinh thái là hiện trạng các hệ sinh thái và định hướng sửdụng hợp lý các hệ sinh thái

CSDL nền GIS bao gồm những dữ liệu mà hệ thống thông tin địa lýtrong cùng một địa bàn đều cần đến và có thể sử dụng chung Như vậy, tập dữliệu nền GIS của hệ thống thông tin địa lý là phần giao của các tập dữ liệuchuyên ngành trong cùng hệ thống

CSDL GIS hệ sinh thái được tổ chức theo mô hình như hình sau:

Hình 12: Mô hình tổ chức dữ liệu trong CSDL GIS

* Quy định phân lớp, nhóm lớp trong Mapinfo

- Tên của CSDL: LUONGSON

- Tên của mỗi nhóm lớp chuyên đề bắt đầu bằng tên của CSDL rồi đếntên của từng nhóm lớp chuyên đề:

Địa hình Giao thông Thủy hệ Dân cư

CSDL

GIS

CSDL Hệ sinh thái

CSDL nền

Hiện trạng các hệ sinh thái Định hướng sử dụng hợp lý HST Ranh giới hành chính