Bài viết thông qua công cụ ArcGIS, bản đồ hiện trạng môi trường đất được biên tập, thành lập và in ra với chất lượng cao và đúng về mặt khoa học phục vụ tốt cho việc nghiên cứu và quản lý môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu.
Trang 1ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ARCGIS
ðỂ THÀNH LẬP BẢN ðỒ HIỆN TRẠNG MƠI TRƯỜNG ðẤT,
THÍ ðIỂM Ở TỈNH HỒ BÌNH
NGUYỄN NGỌC ÁNH Khoa ðịa lý, Trường ðHSP Hà Nội
I ðẶT VẤN ðỀ
Vấn đề nghiên cứu mơi trường hiện nay đang được nhiều nhà khoa học quan tâm, việc ứng dụng cơng nghệ tin học vào quá trình nghiên cứu ấy đang dần được cải thiện ở Việt Nam ðối với việc thành lập bản đồ hiện trạng mơi trường, ứng dụng cơng nghệ GIS là một yêu cầu cần thiết để khẳng định kết quả nghiên cứu của mỗi cơng trình
Trong quá trình tham gia đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng bảnđồ hiện trạng mơi trường thành phần và ứng dụng để xây dựng bản đồ hiện trạng mơi trường đất, nước tỉnh Hịa Bình" chúng tơi đã nghiên cứu và lựa chọn hệ thống phần mềm ArcGIS để xây dựng bản đồ hiện trạng mơi trường đất tỉnh Hịa Bình Sự lựa chọn các phần mềm này cĩ nhiều ưu điểm và thực sự hiệu quả khi biên tập bản đồ hiện trạng mơi trường các địa phương trong phạm vi tồn quốc Sau đây chúng tơi xin được trình bày sâu hơn về việc ứng dụng hệ thống phần mềm ArcGIS trong xây dựng bản đồ hiện trạng mơi trường đất
II GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ARC GIS
ArcGIS là một hệ thống các phần mềm hồn thiện nhất của cơng nghệ GIS hiện nay, được cung cấp bởi tập đồn Esri (Hoa Kỳ), nĩ phục vụ cho nghiên cứu, ứng dụng trong nhiều ngành, nhiều nghề với khả năng cập nhật nhanh và chính xác ArcGIS đặc biệt thích hợp khi nghiên cứu về địa lý, mơi trường với những đặc điểm nổi trội như: khả năng tích hợp thơng tin từ nhiều nguồn, lưu trữ, phân tích và xử lý thơng tin rất mạnh, chính xác, khả năng xuất thơng tin cũng tốt, xuất ra nhiều nguồn khác nhau và đặc biệt cĩ khả năng chạy kết hợp, tương thích với nhiều phần mềm khác
Cĩ thể nhận định tồn bộ hệ thống ArcGIS thơng qua sơ đồ sau:
Sơ đồ hệ thống ArcGIS
Trang 2Căn cứ vào sơ ñồ trên chúng ta thấy môi trường làm việc chính của hệ thống ArcGIS là ArcView với các modul chạy ñồng thời như: ArcMap, ArcCatalog, ArcToobox với nhiều công cụ tiện ích nằm trong mục Extensions trực thuộc trong chương trình ñiều hành của ArcView, các tiện ích này là phần rất mở, có thể cập nhật chạy các công cụ ñược lập trình trên nhiều môi trường khác nhau cho những mục ñích ứng dụng khác nhau ví dụ như: nắn ảnh (Imagewarp), phân tích không gian 3 chiều (3D Analyst), Geoprocessing Sau ñây chúng ta sẽ ñi sâu tìm hiểu môi trường làm việc của phần mềm ArcView
1 Về chức năng
Chức năng của hệ thống phần mềm ArcGIS có thể khái quát thành sơ ñồ cấu trúc sau:
2 Về dữ liệu
a Dữ liệu không gian
Dữ liệu không gian ñóng vai trò then chốt trong mọi ứng dụng của ArcView,
nó lưu trữ vị trí và ñặc ñiểm hình học của các ñối tượng không gian ArcViewGis 3.2
hỗ trợ các ñịnh dạng dữ liệu không gian sau: + ArcView shapefiles; + ARC/INFO coverages; + ARC/INFO GRID data; + Image data; + CAD drawings ( computer aided design); + SDE data (If Database Access is installed); + StreetMap data (If StreetMap is installed); + TINs (If 3D Analyst is installed): triangular irregulated network; + VPF data
b Dữ liệu ảnh
Dữ liệu ảnh dùng trong ArcView 3.2 có thể là ảnh vệ tinh (Remote sensing Image), ảnh máy bay, ảnh quét ArcView có thể sử dụng rất nhiều các file ảnh với ñịnh dạng dữ liệu khác nhau như: *.bmp, *.tiff, *.Jpeg, *.dat, *.lan
c Dữ liệu dạng bảng ghi
ArcView 3.2 cho phép liên kết dữ liệu bảng ghi này với các phần mềm quản trị
dữ liệu như: Fox, Oracle, InfoMix
d Dữ liệu không gian dạng shapefile
ðể mô tả ñầy ñủ các thông tin về ñối tượng, cấu trúc shape file gồm 5 file với phần mở rộng khác nhau và có thể lưu vào cùng một project workspace
Thu thập
dữ liệu
(Capture)
Lưu trữ (Store)
Thực hiện các lệnh hỏi ñáp (Query)
Phân tích (Analyze)
Hiển thị (Display)
Xuất dữ liệu (Output) Các chức năng của ArGIS
(ArcGIS functions)
Trang 3+ shp: mô tả ñặc ñiểm hình học của ñối tượng
+ shx: lưu trữ chỉ sô (index) của ñối tượng
+ dbf: lưu trữ thông tin thuộc tính về ñối tượng
+ sbn sbx: lưu chỉ số không gian của các ñối tượng Các file này chỉ xuất hiện khi ta thực hiện 1 số lệnh như "select by theme", "joint and link data"
+ apr: lưu trữ trạng thái làm việc
3 Công cụ của ArcView
*Số hóa trong ArcView Các công cụ số hóa (draw point) sẽ gồm:
4 Một số phép toán xử lý bằng ArcView
Các phép toán xử lý không gian trong ArcView giữa các lớp dữ liệu với Geo Processing Wizard ðây là một trong những chức năng chính ñể xử lý các lớp dữ liệu theo yêu cầu nghiên cứu Các phép toán gồm: +) Disolve features based on an attribute, cho phép gộp các ñối tượng (features) theo một trường dữ liệu nào ñó; +) Merge themes together ñể thực hiện ghép các ñối tượng thuộc hai hay nhiều theme khác nhau thành một theme Các theme có ñối tượng có cùng dạng hình học (point, line hay polygone) ñược gộp thành một theme, các trường thuộc tính sẽ ñược giữ lại nếu chúng có tên trường giống nhau, nếu tên trường khác nhau các trường rỗng sẽ ñược tạo ra; +) Clip one theme base on anothem Tiến hành sử dụng một theme (clip theme) ñể cắt theme khác (input theme) theo ñường biên của clip theme Theme kết quả sẽ có cấu trúc và ñặc ñiểm hình học cũng như trường thuộc tính giống input theme, biên ngoài lấy theo clip theme +) Intersect two themes ðây cũng là lệnh cắt tương tự như clip theme chỉ khác là theme kết quả sẽ chưa có các ñối tượng mang ñặc tính hình học của cả theme ñầu vào và theme dùng ñể cắt (trong lệnh này gọi là overlay theme) Chức năng này cho phép tạo ra một theme mới có ñặc tính hình học của cả theme ñầu vào và overlay theme Bảng thuộc tính của theme kết quả bao gồm các trường thuộc tính của cả input theme và overlay theme +) Kết nối dữ liệu theo vị trí - (assigning data by location) Lệnh này cho phép kết nối dữ liệu của bảng thuộc tính theo vị trí không gian của các ñối tượng trên các theme khác nhau Các tiện ích trên cho phép chúng ta chồng xếp các lớp bản ñồ ñược thành lập
từ các chỉ tiêu riêng lẻ và cho ra một bản ñồ hiện trạng môi trường ñất tổng hợp
Vẽ ñiểm
Vẽ ñường thẳng
Vẽ ñường gấp khúc
Vẽ polygon vuông, chữ nhật
Vẽ polygon tròn
Vẽ ña giác bất kỳ
Cắtñường Cắt polygon Thêm 1 polygon
Trang 4III PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, đÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG NHẰM THÀNH LẬP BẢN đỒ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG đẤT
1 Phương pháp ựánh giá chất lượng môi trường
Phương pháp ựánh giá chất lượng môi trường ựất theo chỉ tiêu riêng lẻ ựối với từng thông số (từng chất Ci) ựược chia thành ba mức sau:
Ớ Hệ số quy ựổi q > 1: ứng với mức nghèo - không ựáp ứng ựầy ựủ của cây trồng
Ớ Hệ số quy ựổi q = 1: ứng với mức trung bình - ựáp ứng ựủ nhu cầu cho cây trồng
Ớ Hệ số quy ựổi q < 1: ứng với mức tốt ựáp ứng ựầy ựủ cho sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Dựa trên hệ số quy ựổi của từng thông số có thể xây dựng ựược các bản ựồ về mức ựộ phù hợp của từng yếu tố ựối với cây trồng theo chỉ tiêu riêng lẻ
để ựánh giá tác ựộng tổng hợp của nhiều yếu tố ựến chất lượng ựất ảnh hưởng trực tiếp ựến cây trồng, ta cần sử dụng chỉ tiêu tổng hợp ựược xác ựịnh bởi công thức sau:
∑
=
=
n
i i
q P
1
=
=
m
i i
q P
1
,
*
(2) Trong ựó P - là giá trị trung bình của nhóm chất qi ≤ 1
Và *
P - là giá trị trung bình của nhóm chất qi > 1; n + m = k,
k - là tổng số các thông số khảo sát
Sử dụng (1) và (2) có thể tiến hành thành lập các bản ựồ hiện trạng môi trường theo chỉ tiêu riêng lẻ, sau ựó tiến hành chồng xếp chúng ựể nội suy bản ựồ tổng hợp
về hiện trạng chất lượng ựất
Bảng 1 Các chỉ tiêu ựánh giá chất lượng môi trường ựất về mặt hóa học
(ựược dùng ở nhiều nước và ở Việt Nam)
đánh giá Nội dung
Nghèo Trung bình Khá giàu Giàu Rất giàu
Mùn trong ựất <1% 1 - 2% 2 - 4% x 4 - 8%
Nitơ tổng số
(PP Kjeldahl) x <0,08%
0,08 - 0,15% 0,15 - 0,2% > 0,2%
Photpho tổng số: x <0,06% 0,06 - 0,1% x >0,1% Kali tổng số x <0,8% 0,8 - 2% x >2% Nitơ thủy phân
(PP Kjeldahl): x
< 4 mg/100g
4 - 6 mg/100g x > 6 mg/100g
Trang 5đánh giá Nội dung
Nghèo Trung bình Khá giàu Giàu Rất giàu
pHKCL Không chua
>5,5
Chua ắt 5,0 - 5,5
Chua 4,5 - 5,0
Chua nhiều 4,0 - 4,5
Rất chua
<4,0 Photpho dễ tiêu
(PP oniani) x
< 10 mg
P 2 O 5 /100g
10 - 15 mg
P 2 O 5 /100g x
> 15 mg
P 2 O 5 /100g Kali dễ tiêu (PP
Kiecxanop)
< 4 mg
K 2 O/100g
4 - 8
K 2 O/100g
8 - 14
K 2 O/100g x
> 14 mg
K 2 O/100g
Ghi chú: (vị trắ x là không ựánh giá)
2 Nội dung bản ựồ hiện trạng môi trường ựất
Chúng ta biết rằng bản ựồ hiện trạng môi trường thành phần là bản ựồ biểu diễn chất lượng môi trường của thành phần ựó trên cơ sở ựánh giá các yếu tố riêng lẻ
Ci và so sánh với tiêu chuẩn cho phép trên một phạm vi không gian khảo sát ở thời ựiểm nhất ựịnh
Căn cứ vào nguồn dữ liệu khảo sát, phân tắch thông qua các mẫu nghiên cứu
ựể xác ựịnh ựược ựặc ựiểm chất lượng môi trường của không gian khảo sát, từ ựó lập
mô hình nội suy ựể xác ựịnh sự phân biệt ranh giới nhận ựịnh chất lượng môi trường Thành lập bản ựồ hiện trạng môi trường thành phần cần ựảm bảo ựược tắnh khoa học, tắnh ựúng ựắn của việc ựánh giá chất lượng môi trường
Dưới ựây là thang ựánh giá về mặt hóa học ựối với chất lượng ựất ựược sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam
Dựa trên số liệu quan trắc tại 67 ựiểm và phân tắch mẫu trong phòng thắ nghiệm, ựã tắnh toán các trị số trung bình P (theo các hệ số quy ựổi) của nhóm yếu
tố OM, N, P, K; Kết quả trình bày ở bảng 2
Bảng 2 Bảng các giá trị P và P∗
Loại ựất OM Nitơ Photpho Kali P
< 1
P =
1
∗
1
đất thường xuyên ựược bồi, trung tắnh 1 0,83 1 1,99 0,83 1 1,99 đất feralit trên ựá sét, phiến sét 1 1 1,19 1,6 1 1,40 đất feralit trên ựá vôi 1 1,14 1 2,27 1 1,71 đất feralit trên ựá biến chất 1 1 6,45 0,86 0,86 1 6,45 đất feralit trên ựá cát 1,23 1 2,66 2,7 1 2,20 đất feralit trên phù sa cổ 1,09 1 1 4,9 1 3,00 đất feralit biến ựổi do trồng lúa 0,94 2 0,52 1,5 0,73 1,75 đất ựen trên sản phẩm phong hóa ựá vôi 1 1 1 4,47 1 4,47 đất dốc tụ 1,2 0,83 2,92 8,1 0,83 4,07 đất phù sa sông suối 1 1 2,36 3,83 1 3,10 Thổ cư 1 1 2,07 2,6 1 2,34 Núi ựá vôi có lớp phủ rừng 1 1 1,91 1,23 1 1,57 đất thường xuyên ựược bồi, glây 1 0,94 1,24 1,3 0,94 1 1,27 đất feralit mùn trên ựá sét xen ựá vôi 1 1 2,09 2,38 1 2,24 đất feralit mùn trên ựá macma, bazơ 1 1 4,83 1 1 4,83
Trang 63.3 Quy trình thành lập bản ñồ hiện trạng môi trường ñất
Sử dụng quy trình công nghệ thành lập bản ñồ môi trường (gồm 9 bước) này năm 2003 nhóm tác giả ñã tiến hành xây dựng bản ñồ hiện trạng môi trường ñất tỉnh Hòa Bình Kết quả thí ñiểm ñược thể hiện trong bản ñồ hiện trạng môi trường ñất tỉnh Hòa Bình này ñược ñánh giá theo bốn yếu tố: OM, N, P, K như trang sau Công cụ ArcGIS là một phương tiện ña năng, tạo nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu thành lập bản ñồ nói chung và bản ñồ hiện trạng môi trường ñất nói riêng, với môi trường làm việc chính là ArcView
Thu thập dữ liệu
Nội, ngoại suy các yếu tố Ci theo không gian và thời gian
ðồng nhất chuỗi số liệu
Xây dựng ngân hàng dữ liệu trên máy
Xác ñịnh giá trị P và P ∗
Sử dụng công cụ GIS
ñể số hoá và nội suy và biên tập bản ñồ hiện trạng môi trường thành phần
Chồng xếp các bản ñồ thành phần
Sử dụng công cụ GIS biên tập bản ñồ hiện trạng môi trường
Kiểm tra, duyệt in bản ñồ
Trang 7Hiện nay, công tác nghiên cứu và quản lý môi trường ở Việt Nam là rất quan trọng và cần thiết Việc ứng dụng phương pháp ựánh giá chất lượng ựất theo các chỉ tiêu riêng lẻ, từ ựó tổng hợp ựể tiến hành ựánh giá chất lượng môi trường ựất thông qua chỉ số trung bình P và P∗ đây cũng chắnh là chỉ số cơ bản ựể biên tập nội dung bản ựồ hiện trạng môi trường ựất
Bằng công cụ ArcGIS, bản ựồ hiện trạng môi trường ựất ựược biên tập, thành lập và in ra với chất lượng cao và ựúng về mặt khoa học phục vụ tốt cho việc nghiên cứu và quản lý môi trường
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu hướng dẫn sử dụng ArcGIS Công ty VIDA-GIS, 2003
[2] Phạm Ngọc Hồ và nnk Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng bản ựồ hiện trạng môi trường thành phần và ứng dụng ựể xây dựmg bản ựồ hiện trạng môi trường ựất, nước tỉnh Hòa Bình đề tài khoa học mã số QGTđ.02.03
[3] Lưu đức Hải Cơ sở khoa học môi trường NXB đHQG HN, 2001
[4] Phạm Ngọc Hồ, Hoàng Xuân Cơ đánh giá tác ựộng môi trường NXB đHQG
HN, 2000
Trang 8[5] David Briggs, Peter Smithson, Kenneth Addison and Ken Atkinon Fundamentals of The Physical Environment London and New York
[6] Bộ hướng dẫn trực thuộc trong phần mềm ArcGIS (help) Thuộc phần mềm ArcGIS có bản quyền của hãng ESRI
SUMMARY APPLING ARCGIS SYSTEM FOR ESTABLISHMENT MAPS OF SOIL ENVIRONMENTAL STATUS PILOT STUDY IN HOA BINH PROVINCE
NGUYEN NGOC ANH The software Arc GIS is multipurpose intrument, it creates a lot of advantage for establishment maps of soil enviromental status
Quality of soil environment is firstly assessed with specific criterion, and synthesized, basinged on which quality of evironmental soil will be evaluated by P and ∗
P
The results can serve as basic data on which actual status of environmental soil can be mapped The new application has helped to map the present status of Hoa Binh province in the scale of 1:100.000 which has productively met the real need of research and soil environment management