Ứng dụng phương pháp gis và viễn thám trong đánh giá biến động đất rừng khu vực sơn trà – tp đà nẵng

Đề tài này đã giải quyết được những vấn đề như chiết xuất các thông tin về biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám đa phổ và đa thời gian thông qua một số phương pháp phân tích và xử

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐÀ NẴNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ĐÀ NẴNG

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này và có kiến thức như ngày hôm nay, em xin gửi lời cảm

ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường cùng toàn thể quý thầy, cô trong khoa Địa lí - Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu ở trường

Em xin bày tỏ lòng biết ơn, sự tri ân sâu sắc đến Cô TS Trần Thị Ân là người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để em nghiên cứu và hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp

Xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và những đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2019

Tác giả khóa luận

Hà Thị Uyên

MỤC LỤC

Trang

A PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 3

2.1 Mục tiêu của đề tài 3

2.2 Nhiệm vụ của đề tài 3

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

5 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 4

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

6.1 Phương pháp thu thập số liệu 4

6.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu 5

6.3 Phương pháp bản đồ và GIS 5

6.4 Phương pháp Viễn thám 5

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

7.1 Ý nghĩa khoa học 6

7.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

B PHẦN NỘI DUNG 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS 7

1.1.1 Cơ sở dữ liệu nền địa lý 7

1.1.2 Cơ sở dữ liệu chuyên đề 10

1.2 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 11

1.2.1 Tổng quan về Viễn thám 11

1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS) 15

1.2.3 Ứng dụng của Viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu 17

1.2.4 Ứng dụng của GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu 18

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 19

1.3.1 Trên Thế giới 19

1.3.2 Ở Việt Nam 21

1.4 RỪNG VÀ PHÂN LOẠI RỪNG 23

1.4.1 Khái niệm, phân loại 23

1.4.2 Rừng Sơn Trà Đà Nẵng 24

1.5 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 24

1.5.1 Đặc điểm về vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên 24

1.5.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 31

CHƯƠNG 2: THÀNH LẬP CÁC BẢN ĐỒ RỪNG TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH 32

2.1 NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN DỮ LIỆU 32

2.2 THU THẬP VÀ LỰA CHỌN DỮ LIỆU ẢNH 33

2.2.1 Thu thập và lựa chọn ảnh vệ tinh 33

2.2.2 Dữ liệu ảnh 36

2.3 TẠO TỔ HỢP MÀU RGB VÀ TÍNH CHỈ SỐ NDVI NĂM 2000 38

2.3.1 Tạo tổ hợp màu RGB 38

2.3.2 Tính toán chỉ số thực vật NDVI 42

2.4 TẠO TỔ HỢP MÀU RGB VÀ TÍNH CHỈ SỐ NDVI NĂM 2018 45

2.4.1 Tạo tổ hợp màu RGB 45

2.4.2 Tính toán chỉ số thực vật NDVI 45

2.5 BẢN ĐỒ RỪNG CỦA SƠN TRÀ NĂM 2000, 2018 47

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG ĐẤT RỪNG 50

3.1 THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BIẾN ĐỘNG ĐẤT RỪNG SƠN TRÀ 2000-2018 50

3.2 BIẾN ĐỘNG DIỆN TÍCH ĐẤT RỪNG SƠN TRÀ 52

3.3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 52

C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

1 Kết luận 55

2 Kiến nghị 55

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình dữ liệu raster 9

Hình 1.2 Mô hình dữ liệu vector 9

Hình 1.3 So sánh 2 mô hình Raster và Vector 10

Hình 1.4 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám 14

Hình 1.5 Các thành phần của GIS 15

Hình 1.7 Bản đồ vị trí khu vực nghiên cứu (thu nhỏ từ tỉ lệ 1:75.000) 26

Hình 2.1 Đăng kí tài khoản trên USGS 33

Hình 2.2 Đăng kí người sử dụng 33

Hình 2.3 Đăng nhập tài khoản trên USGS 34

Hình 2.4 Lựa chọn tiêu chí cho ảnh 34

Hình 2.5 Lựa chọn lo ại dữ liệu ảnh 35

Hình 2.6 Hiển thị kết quả tìm kiếm 35

Hình 2.7 Chọn dữ liệu dạng file tiff 36

Hình 2.8 Mở dữ liệu ảnh trên ARCGIS 38

Hình 2.9 Tìm kiếm công cụ Composite Bands 39

Hình 2.10 Chọn dữ liệu đầu vào 39

Hình 2.11 Kết quả sau khi tổ hợp màu 39

Hình 2.12 Xuất dữ liệu 40

Hình 2.13 Công cụ cắt dữ liệu theo ranh giới 40

Hình 2.14 Hộp thoại Clip 41

Hình 2.15 Kết quả cắt tổ hợp màu theo ranh giới Sơn Trà năm 2000 41

Hình 2.16 Tìm kiếm công c ụ Float 42

Hình 2.17 Float cho kênh 4, kênh 3 43

Hình 2.18 Nhập công thức tính NDVI vào Raster Calculator 43

Hình 2.19 Kết quả tính NDVI 44

Hình 2.20 Kết quả phân loại NDVI bán đ ảo Sơn Trà năm 2000 44

Hình 2.21 Kết quả tổ hợp màu bán đảo Sơn Trà năm 2018 45

Hình 2.22 Kết quả phân loại NDVI bán đ ảo Sơn Trà năm 2018 46

Hình 2.23 Công cụ Reclassify 46 Hình 2.24 Công cụ Feature to Polygon 47 Hình 2.26 Bản đồ rừng Bán đảo Sơn Trà năm 2018 (thu nhỏ từ tỉ lệ 1:50.000) 48 Hình 3.1 Hộp công cụ Intersect 50 Hình 3.2 Bản đồ biến động diện tích đất rừng giai đoạn 2000-2018 (thu nhỏ từ tỉ

lệ 1:50.000) 51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc điểm các dải phổ 14 Bảng 1.2 Bảng đ ặc trƣng độ phân giải không gian ảnh Landsat 37 Bảng 1.3 Bảng đ ặc trƣng độ phân giải không gian ảnh Sentinel 38 Bảng 1.4 Bảng so sánh dữ liệu phân loại ảnh Viên thám với Google Earth 2000-

2018 48 Bảng 1.5 Bảng biến động diện tích đất rừng Sơn Trà 2000-2018 52

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) Chỉ số thực vật

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Rừng là một tài nguyên vô cùng quý giá và quan trọng đối với xã hội loài

người, là lá phổi xanh của nhân loại Theo thống kê, mỗi năm rừng hấp thụ khoảng

1/12 lượng trong khí quyển của Trái Đất và hệ sinh thái rừng tích lũy khoảng

72% trữ lượng các bon của Trái Đất (Malhi và cộng sự, 2002) Trên thế giới đã

xuất hiện nhiều khu bảo tồn thiên nhiên, nhiều vườn quốc gia đã thành lập với

mục đích bảo tồn và giữ gìn nhiều nguồn tài nguyên phong phú đang bị đe doạ

Hiện nay, tài nguyên rừng trên thế giới, cũng như Việt Nam nói chung và khu

vực Sơn Trà - Thành phố Đà Nẵng nói riêng đang bị giảm sút một cách báo động

cả về diện tích và chất lượng Năm 1992, khu bảo tồn thiên nhiên Sơn Trà với tổng

diện tích 4.439 ha Tuy nhiên, theo Quyết định 6758/QĐ-UBND ngày 20/08/2008

của Ủy ban Nhân dân Thành phố Đà Nẵng về việc phê duyệt quy hoạch 3 loại

rừng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng giai đoạn 2008 – 2020 thì diện tích rừng ưu

tiên bảo vệ hay rừng đặc dụng Sơn Trà chỉ còn 2.591,1 ha bao gồm rừng tự nhiên,

rừng trồng, đất trống và đồi núi trọc Như vậy rừng đa dạng sinh học tại tại Bán

đảo Sơn Trà đã giảm tới 1.847,9 ha hay tương đương 41% so với diện tích Khu

bảo tồn thiên nhiên Sơn Trà được công nhận năm 1992 Tính riêng ở bán đảo Sơn

Trà, đến 2016, Thành phố Đà Nẵng đã cấp phép đầu tư và giao đất rừng cho 14

doanh nghiệp xây dựng các khu du lịch, biệt thự, khách sạn, khu nghỉ dưỡng cao

cấp…với tổng diện tích khoảng 1.225,45 ha, chiếm gần 30% tổng diện tích toàn

khu bảo tồn Phần lớn các dự án này được cấp phép đầu tư từ những năm 2000

-2010

Thành phố Đà Nẵng đứng thứ hai cả nước về chuyển đổi rừng đặc dụng sang

làm du lịch và dịch vụ Với 1.086 ha rừng đặc dụng bị chuyển đổi trong giai đoạn

2006 – 20136, riêng Đà Nẵng chiếm tới 20% tổng diện tích rừng đặc dụng của cả

nước bị chuyển đổi Đáng lưu ý rằng, toàn bộ 1.086 ha rừng đặc dụng và 140 ha

rừng sản xuất bị chuyển đổi này phải thực hiện trồng rừng thay thế Tuy nhiên, câu

hỏi đặt ra rằng Đà Nẵng là một thành phố với tốc độ đô thị hóa nhanh và diện tích

cây xanh bình quân trên đầu người chỉ bằng 1/10 quy chuẩn xây dựng của Việt

Nam thì liệu Đà Nẵng còn có đất cho việc trồng rừng thay thế? Tiếp tục, cuối năm

2016, Bán đảo Sơn Trà được quy hoạch thành khu du lịch cấp quốc gia với diện

tích ưu tiên tập trung phục vụ du lịch lên tới 1.056ha và phát triển ở đai độ cao

dưới 200m so với mực nước biển, vốn là một phần sinh cảnh sống của loài Voọc

chà vá chân nâu và nhiều loài động, thực vật khác Như vậy, từ rừng cấm hay khu

bảo tồn thiên nhiên Sơn Trà với hơn 4.000 ha, diện tích bảo tồn của Sơn Trà ngày

càng bị thu hẹp dần để nhường cho các dự án phát triển Điều này không chỉ ảnh

hưởng đến chất lượng cuộc sống con người mà còn ảnh hưởng đến rất nhiều các

loài động thực vật

Nhận thức được tầm quan trọng của tài nguyên rừng, Đảng và Nhà nước ta đã

có những chính sách đổi mới, quan tâm hơn tới công tác bảo vệ và phát triển

nguồn tài nguyên này Vì vậy, quản lý rừng bền vững đã, đang và sẽ là chủ đề

nóng được nhiều quốc gia, nhiều tổ chức và toàn nhân loại quan tâm

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi các thông tin phải nhanh

chóng, chính xác và kịp thời Trong khi đó việc sử dụng, lưu giữ các loại giấy tờ,

bản đồ giấy truyền thống hay sử dụng các phương pháp truyền thống như đo đạc,

thông qua số liệu xây dựng để thống kê, đo vẽ bản đồ theo chu kì đang dần bộc lộ

những yếu điểm không còn phù hợp, gây tốn kém về tài chính con người và thời

gian Do đó, chúng ta cần phải có sự thay đổi trong cách quản lý tài nguyên rừng

sao cho thông tin luôn được cập nhật liên tục, đầy đủ và chính xác nhất Việc sử

dụng công nghệ viễn thám (Remote sensing) và hệ thống thông tin địa lý

(Geographic Infomation System) viết tắt là GIS đang được sử dụng rộng rãi trên

thế giới đó là phương pháp tìm hiểu, thu thập và quản lý thông tin theo ý muốn, nó

giúp chúng ta lập cơ sở dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác nhất

Việc sử dụng ảnh viễn thám trong việc quản lý tài nguyên đã và đang là một

hướng đi mới phục vụ cho công tác quy hoạch tài nguyên thiên nhiên nói chung

cũng như tài nguyên rừng nói riêng

GIS được thiết kế như một hệ thống quản lý dữ liệu không gian có nhiều ứng

dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như quy hoạch đô thị,

quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu,

bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật

Việc tích hợp công nghệ GIS với viễn thám đã mở ra rất nhiều ứng dụng thực tế

trong nhiều lĩnh vực Đặc biệt đối với lĩnh vực quản lý tài nguyên rừng và môi

trường

Xuất phát từ những lí do trên, đề tài “Ứng dụng phương pháp GIS và Viễn thám

trong đánh giá biến động đất rừng khu vực Sơn Trà – TP Đà Nẵng” thực hiện

nhằm hỗ trợ công tác quản lí quy hoạch đất đai của Thành phố Đà Nẵng

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chung của đề tài là đánh giá biến động diện tích rừng giai đoạn

2000-2018 của thành phố Đà Nẵng nhằm cung cấp tài liệu hỗ trợ các nhà quy hoạch xây

dựng kế hoạch quản lí và phát triển trong tương lai

2.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Khái quát những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đế đề tài

- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ở khu vực Sơn Trà Thành phố Đà

Nẵng

- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Viễn thám và công nghệ GIS xây dựng cơ sở dữ

liệu phục vụ công tác đánh giá

- Xây dựng bản đồ hiện trạng đất rừng các năm 2000, 2018 và bản đồ biến động

đất rừng giai đoạn 2000, 2018

- Phân tích ảnh hưởng của biến động đất rừng đến sự phát triển KTXH TP Đà

Nẵng

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu những vấn đề lý luận liên quan đến ứng dụng Viễn thám và GIS

trong công tác quản lí dữ liệu không gian Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đất

rừng tại khu vực Sơn Trà Đà Nẵng

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Về không gian: Khu vực Bán đảo Sơn Trà thuộc phường Thọ Quang, quận Sơn

Trà, Thành phố Đà Nẵng

- Thời gian: Nghiên cứu biến động diện tích đất giai đoạn năm 2000-2018

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các nội dung chính sau:

- Khái quát cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu thực trạng đất rừng khu vực Bán đảo Sơn Trà – Thành phố Đà Nẵng

- Các bài toán liên quan đến ảnh viễn thám (sử dụng ảnh Sentinel, ảnh Landsat 7),

bản đồ đất rừng, bản đồ biến động diện tích đất rừng, phân tích xu hứng biến động

và tìm giải pháp

- Xây dựng các bản đồ hiện trạng và biến động đất rừng

5 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Một số đề tài của các tác giả khác nhau trong nước về ứng dụng Sau đây là một

số đề tài tôi thu thập được:

Đề tài: “Ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất huyện Nhà Bè Thành phố

Hồ Chí Minh đến năm 2010” của tác giả Huỳnh Thị Mộng Thu Đề tài đã đưa ra

được bản đồ quy hoạch sử dụng đất và đưa ra các giải pháp tối ưu trong công tác

quy hoạch đất huyện Nhà Bè TP.Hồ Chí Minh

Đề tài: “Ứng dụng công nghệ GIS đánh giá biến động sử dụng đất Thành phố

Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2014” của tác giả Võ Thị Thanh

Lam Đề tài đã đánh giá được tình hình sử dụng đất Thành phố Thủ Dầu Một tỉnh

Bình Dương ở 2 thời điểm 2010, 2014 Thành lập bản đồ và đánh giá biến động sử

dụng đất giai đoạn 2010-2014

Đề tài: “Nghiên cứu biến động một số loại hình sử dụng đất vùng ven đô huyện

Từ Liêm thành phố Hà Nội trên cơ sở phương pháp viễn thám kết hợp GIS” của

tác giả Nguyễn Thị Thúy Hằng Đề tài này đã giải quyết được những vấn đề như

chiết xuất các thông tin về biến động sử dụng đất từ dữ liệu viễn thám đa phổ và

đa thời gian thông qua một số phương pháp phân tích và xử lí ảnh số, tích hợp các

kết quả phân tích dữ liệu viễn thám với các dữ liệu khác để đánh giá mối tương

quan giữa biến động sử dụng đất và các hiện tượng kinh tế xã hội

Đề tài: “Nghiên cứu biến động lớp phủ mặt đất huyện Từ Liêm trên cơ sở ứng

dụng công nghệ Viễn thám và GIS” của tác giả Bùi Thị Ánh Dương Đề tài đã

chọn ra phương pháp tối ưu cho việc thành lập các bản đồ từ ảnh viễn thám Phân

tích biến động lớp phủ mặt đất khu vực Từ Liêm và so sánh, đánh giá biến động

qua 2 thời kì (2003-2008)

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để thực hiện tốt bài nghiên cứu, trong đề tài này tôi đã chọn những phương

pháp nghiên cứu sau:

6.1 Phương pháp thu thập số liệu

Là phương pháp thu thập tất cả những số liệu, thông tin có liên quan đến đề tài,

sau đó sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá các số liệu, thông tin thu thập được

Những số liệu và các thông tin này chúng tôi thu thập ở các cơ quan đó là: Phòng

Thống kê dân số - văn hóa xã hội - Cục Thống kê Đà Nẵng; Chi cục quản lí đất đai

Thành phố Đà Nẵng Mục đích nhằm làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu một

cách khoa học, để đạt được hiệu quả cao nhất cho đề tài Mặt khác, giảm bớt thời

gian thực hiện và công sức cũng như làm tăng tính logic của đề tài Ngoài các số

liệu thu thập ở các cơ quan, tôi còn khai khác những thông tin qua các kênh thông

tin, đặc biệt là internet, sách báo

6.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu

Với các số liệu thu thập được cần phải tổng hợp, xử lý và phân tích để nghiên

cứu đề tài Xử lý và phân tích số liệu hay dữ liệu là một trong các bước cơ bản của

một nghiên cứu Bản thân số liệu chỉ là các số liệu thô, qua xử lý, phân tích trở

thành thông tin và sau đó trở thành tri thức

Xử lý và phân tích số liệu bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu; thu thập số

liệu; xử lý số liệu; phân tích số liệu và báo cáo kết quả Để có cơ sở phân tích số

liệu tốt thì trong quá trình thu thập số liệu phải xác định trước các yêu cầu của

phân tích để có thể thu thập đủ và đúng số liệu như mong muốn của đề tài hướng

đến

6.3 Phương pháp bản đồ và GIS

Phương pháp này được sử dụng chủ yếu trong đề tài, từ việc xây dựng, trình

bày, hỏi đáp đến truy xuất dữ liệu, sử dụng để biểu diễn đồ họa, hiển thị thông tin

và xem xét chúng một cách toàn diện Các chuẩn dữ liệu và những nguyên tắc xây

dựng dữ liệu và cùng với nhiều kỹ thuật GIS khác sẽ được tích hợp để xây dựng

CSDL phục vụ nghiên cứu của đề tài

Các số liệu, ảnh vệ tinh và bản đồ thu thập được từ Google Earth trong quá

trình nghiên cứu Với sự hỗ trợ của phần mềm GIS (ArcGIS) để xử lý và thiết lập

các bản đồ ranh giới hành chính, đường giao thông, sông ngòi, xây dựng các

trường dữ liệu trong phần mềm ArcGIS, hoàn chỉnh dữ liệu trong bộ phần mềm

ARC/INFO (ArcCatalog - ArcMap)

6.4 Phương pháp Viễn thám

Viễn thám (Remote sensing ) là khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về

một đối tượng, hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu về các đối tượng bằng

các phương tiện mà không có sự tiếp xúc trưc tiếp với các đối tượng đó

Dựa vào tính chất phản xạ sóng điện từ của các đối tượng tự nhiên trên bề mặt

trái đất mà sử dụng kĩ thuật viễn thám có thể phân tích, so sánh và nhận diện

chúng từ các thông tin phổ phản xạ (cường độ, dạng đường cong ở các dải sóng

khác nhau)

7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

7.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài cho thấy tính hiệu quả của việc kết hợp công nghệ Viễn thám và GIS để

nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cũng nhƣ các bản đồ chuyên

đề khác Tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng Viễn thám và GIS vào giải quyết

các vấn đề về quản lí, quy hoạch, sử dụng đất rừng cho Thành phố Đà Nẵng

7.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu và ứng dụng Viễn

thám, GIS phục vụ lĩnh vực quản lí sử dụng đất đai nói riêng và các lĩnh vực kinh

tế - xã hội khác nói chung Đồng thời góp phần giúp cho các nhà quy hoạch có

những quyết định đúng đắn trong việc quản lý, quy hoạch đất đai trên địa bàn

B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS

1.1.1 Cơ sở dữ liệu nền địa lý

Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý là một tập hợp các dữ liệu có chuẩn cấu trúc

trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu, được lưu trữ trên máy tính và các thiết bị lưu

trữ thông tin thứ cấp, có thể thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của

nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác

nhau

Là những mô tả số của hình ảnh bản đồ Chúng bao gồm toạ độ, quy luật và các

ký hiệu dùng để xác định hình ảnh cụ thể của bản đồ trong một khuôn dạng hiểu

được của máy tính Hệ thống thông tin địa lý dùng các dữ liệu không gian để tạo

ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy thông qua thiết bị

ngoại vị

Đặc trưng thông tin của CSDL nền địa lý là có khả năng mô tả “vật thể ở đâu”

nhờ vị trí tham chiến, đơn vị đo và quan hệ không gian Chúng còn khả năng mô tả

“hình dạng hiện tượng” thông qua mô tả chất lượng, số lượng của hình dạng và

cấu trúc Cuối cùng, đặc trưng thông tin mô tả “quan hệ và tương tác’’ giữa các

hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức biểu

diễn thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống

Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm:

- Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng)

- Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh)

- Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát

nước, lưới điện )

- Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác

- Dữ liệu đo đạc

- Dữ liệu dạng địa chỉ

Các bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian, được

liên kết với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau

Về khía cạnh công nghệ, hình thể, vị trí không gian của các đối tượng cần quản

lý, được miêu tả bằng các dữ liệu đồ hoạ Trong khi đó, tính chất các đối tượng

này được miêu tả bằng các dữ liệu thuộc tính

Đối với từng lĩnh vực, có thể xây dựng CSDL trên nền GIS một cách hiệu quả,

ví dụ:

- Hệ thống GIS quản lý cáp viễn thông

- Hệ thống GIS giao thông

- Hệ thống GIS thủy lợi

- Hệ thống GIS nông lâm nghiệp

- Hệ thống GIS công nghiệp…

Hầu như mọi lĩnh vực thông tin đều có thể triển khai xây dựng CSDL trên nền

GIS Đối với một địa phương (ví dụ một tỉnh) có thể tích hợp các hệ thống GIS

chuyên ngành thành một hệ thống GIS toàn tỉnh đảm bảo thống nhất yếu tố nền,

kế thừa được dữ liệu của nhau từ đó sẽ giảm kinh phí đầu tư xây dựng, giảm kinh

phí duy trì vận hành và việc khai thác sẽ trở nên hiệu quả hơn

CSDL nền địa lý có hai mô hình lưu trữ là Raster và Vector

a Mô hình Raster

Raster là một ma trận của những ô vuông, dùng để thể hiện chủ đề, phổ ánh

sáng hoặc dữ liệu hình ảnh Dữ liệu raster có thể dùng để biểu diễn mọi thứ từ độ

cao của mặt đất, loại cây cỏ cho tới ảnh vệ tinh, ảnh quét bản đồ Kích thước của

pixel càng nhỏ thì thể hiện chính xác và hình ảnh nó thể hiện càng chi tiết và sắc

nét nhưng dữ liệu lưu trữ rất lớn

Hình 1.1 Mô hình dữ liệu raster

b Mô hình Vector

Mô hình Vector có một số đặc điểm sau:

- Thể hiện vị trí chính xác trong không gian

- Mức độ chính xác được giới hạn bởi số chữ số dùng để thể hiện một giá trị trong

máy tính, tuy nhiên nó chính xác hơn rất nhiều so với mô hình dữ liệu raster

- Một đối tượng dạng điểm (point feature) được xác định bởi cặp tọa độ x, y

- Một đối tượng dạng đường (line feature) được xác định bởi một chuỗi cặp tọa độ

x, y

- Một đối tượng dạng vùng (polygon feature) được xác định bởi một chuỗi các cặp

tọa độ x, y trong đó cặp đầu tọa độ trùng với cặp tọa độ cuối

Hình 1.2 Mô hình dữ liệu vector

Hình 1.3 So sánh 2 mô hình Raster và Vector

1.1.2 Cơ sở dữ liệu chuyên đề

Cơ sở dữ liệu chuyên đề là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện

tượng xảy ra tại vị trí địa lý xác định mà chúng khó hoặc không thể biểu thị trên

bản đồ được (Non - Spatial Data hay Attribute) (trả lời cho câu hỏi nó là cái gì?) là

những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác

định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó

trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính

Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Ðặc tính của đối tượng: liên kết chặt chẽ với các thông tin đồ thị, các dữ liệu

này được xử lí theo ngôn ngữ hỏi đáp cấu trúc (SQL) và phân tích Chúng được

liên kết với các hình ảnh đồ thị thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường

gọi là mã địa lý và được lưu trữ trong cả hai mảng đồ thị và phi đồ thị Hệ thống

thông tin địa lý còn có thể xử lí các thông tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản

đồ chuyên đề trên cơ sở các giá trị thuộc tính Các thông tin thuộc tính này cũng

có thể được hiển thị như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển

cho việc lựa chọn hiển thị các thuộc tính đó như là các ký hiệu bản đồ

- Dữ liệu tham khảo địa lý: Mô tả các sự kiện hoặc hiện tượng xảy ra tại một vị

trí xác định Không giống các thông tin đặc tính, chúng không mô tả về bản thân

các hình ảnh bản đồ, thay vào đó chúng mô tả các danh mục hoặc các hoạt động

như cho phép xây dựng các khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế, báo cáo hiểm

họa môi trường liên quan đến các vị trí địa lý xác định Các thông tin tham khảo

địa lý đặc trưng được lưu trữ và quản lí trong các file độc lập và hệ thống không

thể trực tiếp tổng hợp với các hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống

Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện

tượng

- Chỉ số địa lý: là các chỉ số về tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị, liên

quan đến các đối tượng địa lý, được lưu trữ trong Hệ thông tin địa lý để chọn, liên

kết và tra cứu dữ liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ

số địa lý xác định Một chỉ số địa lý có thể bao gồm nhiều bộ xác định cho các

thực thể sử dụng từ các cơ quan khác nhau như là lập danh sách các mã địa lý mà

chúng xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh hay

thực thể địa lý

- Quan hệ không gian giữa các đối tượng: rất quan trọng cho các chức năng xử

lý của hệ thống thông tin địa lý Các mối quan hệ này có thể đơn giản hay phức

tạp như sự liên kết, khoảng cách tương thích, mối quan hệ topo giữa các đối

Viễn thám là một ngành khoa học có lịch sử phát triển lâu đời, nghiên cứu

thông tin về sự vật, hiện tượng, gián tiếp trên dữ liệu ảnh hàng không, ảnh vệ tinh

và ảnh radar Sự phát triển của khoa học viễn thám được bắt đầu từ mục đích quân

sự, qua việc nghiên cứu ảnh chụp sử dụng phim và giấy ảnh, được thực hiện lúc

đầu từ khinh khí cầu và sau đó là trên máy bay ở các độ cao khác nhau Ngày nay,

viễn thám ngoài việc tách lọc thông tin từ không ảnh, còn áp dụng các kỹ nghệ

hiện đại trong thu nhận và xử lý thông tin ảnh số thu được từ các bộ cảm có độ

phân giải khác nhau được đặt trên vệ tinh thuộc quỹ đạo Trái Đất, và dữ liệu ảnh

radar Trên thực tế, có nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám được đưa ra theo

quan niệm của các tác giả khác nhau

Theo Ficher và những người khác (1976): Viễn thám là một nghệ thuật, khoa

học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó

Theo D.A.Land Grete (1978): Viễn thám là một khoa học về lấy thông tin từ

một đối tượng, được đo từ một khoảng cách cách xa vật không cần tiếp xúc với

nó Năng lượng được đo trong các hệ viễn thám hiện nay là năng lượng điện từ

phát ra từ vật quan tâm

Theo Lillesand và Kiefer (1986): Viễn thám là khoa học và nghệ thuật thu nhận

thông tin về một vật thể, một vùng, hoặc một hiện tượng, qua phân tích dữ liệu thu

được bởi phương tiện không tiếp xúc với vật, vùng, hoặc hiện tượng khi khảo sát

Theo Janes B Capbell (1996): Viễn thám là ứng dụng vào việc lấy thông tin về

mặt đất và mặt nước của Trái Đất, bằng việc sử dụng các ảnh thu được từ một đầu

chụp ảnh sử dụng bức xạ phổ điện từ, đơn kênh hoặc đa phổ, bức xạ hoặc phản xạ

từ bề mặt Trái Đất

Ở Việt Nam, Theo Nguyễn Ngọc Thạch và nhóm người khác (1997): Viễn

thám là sự thu thập và phân tích thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc

trực tiếp đến vật thể Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng bức xạ điện

từ (ánh sáng nhiệt, sóng cực ngắn) như một phương tiện để điều tra và đo đạc

những đặc tính của đối tượng

Theo Nguyễn Văn Đài (2002): Viễn thám là một khoa học, nghệ thuật sử dụng

phương tiện thông tin bằng máy tính, công nghệ vũ trụ và kinh nghiệm của các

chuyên gia, nhằm thu nhận các thông tin có ích về một vật hoặc một hiện tượng,

xảy ra trên Trái Đất và quyển khí, bằng cách sử dụng các ảnh chụp về vật, hiện

tượng dưới dạng ảnh photo, và ảnh số thu được từ các bộ cảm trên vệ tinh và kỹ

nghệ radar, mà không cần tiếp xúc trực tiếp vào các vật và các hiện tượng đó

Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng mọi định nghĩa

đều có nét chung "Viễn thám là khoa học thu nhận thông tin về các thực thể, hiện

tượng trên Trái Đất từ xa"

Các loại viễn thám được sử dụng hiện nay:

- Viễn thám chủ động: là các thiết bị viễn thám trực tiếp tạo ra tín hiệu tới vật thể

và thu lại các sóng phản xạ từ đối tượng đó: viễn thám sóng radar…

- Viễn thám bị động : là các thiết bị thu nhận tín hiệu phổ phản xạ của các vật thể

do sự chiếu sáng của ánh sáng mặt trời hoặc chính bản thân đối tượng

Trong viễn thám quang học, nguồn năng lượng chính là bức xạ mặt trời và ảnh

viễn thám nhận được dựa vào sự đo lường năng lượng ánh sáng vùng khả kiến và

hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất

Viễn thám sử dụng 4 tính chất cơ bản của bức xạ điện từ: tần số hay bước sóng,

hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực để thu nhận thông tin từ đối

tượng

Kỹ thuật viễn thám là kỹ thuật đa ngành, nó liên kết nhiều lãnh vực khoa học và

kỹ thuật khác nhau trong các công đoạn khác nhau: thu nhận thông tin, tiền xử lý

thông tin, phân tích và giải đoán thông tin, đưa ra sản phẩm dưới dạng bản đồ

chuyên đề và tổng hợp

1.2.1.2 Nguyên lí cơ bản của Viễn thám

Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin

chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về các vật

thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định Đo

lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép

tách thông tin hữu ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức

xạ điện từ và vật thể

Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ảnh viễn thám thu nhận

và xử lí tự động trên máy hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa trên kinh nghiệm của

chuyên gia Cuối cùng, các dữ liệu hoặc thông tin liên quan đến các vật thể và hiện

tượng khác nhau trên mặt đất sẽ được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khác

nhau như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, môi trường…

Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần cơ

bản như sau:

- Nguồn cung cấp năng lượng

- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển

- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất

- Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh

- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí

Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị các

phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào từng bước sóng cụ

thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ

trong khí quyển, vì các hiện tưọng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí

quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được Khí

quyển có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có

bước sóng khác nhau Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng cung cấp

chủ yếu là do mặt trời và sự có mặt cũng như thay đổi các các phân tử nước và khí

(theo không gian và thời gian) có trong lớp khí quyển là nguyên nhân gây chủ yếu

gây nên sụ biến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến Khoảng 75%

năng lượng mặt tròi khi chạm đến lớp ngoài của khí quyển được truyền xuống mặt

đất và trong quá trình lan truyền sóng điện từ luôn bị khí quyển hấp thụ, tán xạ và

khúc xạ trước khi đến bộ cảm biến Các loại khí như oxy, nitơ, cacbonic, ôzôn,

hơinước… và các phân tử lơ lửng trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưỏng

đến sự suy giảm năng lưọng sóng điện từ trong quá trình lan truyền

Hình 1.4 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật viễn thám là dựa vào đặc trưng phản xạ hay bức

xạ của các đối tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau., thông qua

bộ cảm biến giá trị phản xạ phổ này sẽ được chuyển về giá trị số Những thông tin

về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên

môn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu,

đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng,

tiến tới phân loại chúng

Để hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển và việc chọn phổ

điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, đặc điểm của dải phổ điện từ

thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám được thể hiện:

Bảng 1.1 Đặc điểm các dải phổ

1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (GIS)

1.2.2.1 Khái niệm

Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) là một tập hợp có

tổ chức, bao gồm hệ thống phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con

người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân

tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý

1.2.2.2 Các thành phần và chức năng của GIS

a Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý gồm 5 bộ phận cấu thành:

Hình 1.5 Các thành phần của GIS

- Phần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi

- Phần mềm: là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thể chia

làm 3 nhóm (nhóm phần mềm quản đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản đồ và

nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian)

- Dữ liệu: bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính

(dữ liệu phi không gian) Dữ liệu không gian miêu tả vị trí địa lý của đối tượng

trên bề mặt Trái đất Dữ liệu thuộc tính miêu tả các thông tin liên quan đến đối

tượng, các thông tin này có thể được định lượng hay định tính

- Phương pháp quản lý: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục

và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng

- Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan trọng nhất

bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ

sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu …) Có 2 nhóm người quan trọng là

người sử dụng và người quản lý GIS

b Các chức năng của GIS

GIS có 5 chức năng chủ yếu:

- Thu thập dữ liệu: là công việc khó khăn và nặng nề nhất trong quá trình xây

dựng một ứng dụng GIS Các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như

dữ liệu đo đạc từ thực địa, dữ liệu từ các loại bản đồ, dữ liệu thống kê…

- Thao tác dữ liệu: vì các dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn có định dạng

khác nhau và có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và

thao tác theo một số cách để tương thích với hệ thống Ví dụ: các thông tin địa lý

có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (lớp dân cư trên bản đồ địa

chính được thể hiện chi tiết hơn trong bản đồ địa hình) Trước khi các thông tin

này được tích hợp với nhau thì chúng phải được chuyển về cùng một tỷ lệ (cùng

mức độ chi tiết hoặc mức độ chính xác) Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm

thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích

- Quản lý dữ liệu: là một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thông tin địa

lý Hệ thống thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của

dữ liệu đồng thời quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu với một trật tự rõ

ràng Một yếu tố quan trọng của GIS là khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự

động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu (sự liên kết giữa dữ liệu không gian và

thuộc tính của đối tượng) Các dữ liệu thông tin mô tả cho một đối tượng bất kỳ có

thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng Sự liên kết đó là

một ưu thế nổi bật của việc vận hành GIS

- Hỏi đáp và phân tích dữ liệu: GIS cung cấp khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy

vấn đơn giản “chỉ nhấn và nhấn” và các công cụ phân tích dữ liệu không gian

mạnh mẽ để cung cấp thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ

ra quyết định cho những nhà quản lý và quy hoạch

- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép hiển thị dữ liệu tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc

biểu đồ Ngoài ra còn có thể xuất dữ liệu thuộc tính ra các bảng excel, tạo các bản

báo cáo thống kê, hay tạo mô hình 3D, và nhiều dữ liệu khác

c Ứng dụng của GIS

GIS hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, cụ thể ở một số ngành

như sau:

- Khí tượng, thủy văn: Hệ thông tin địa lý GIS có thể nhanh chóng đáp ứng

phục vụ cho các công tác dự báo thiên tai lũ lụt cũng như các công tác dự báo vị

trí của bão và các dòng chảy, dự báo tâm bão …

- Nông nghiệp: GIS có thể phục vụ cho các công tác quản lý sử dụng đất,

nghiên cứu về đất trồng, có thể kiểm tra được nguồn nước

- Dịch vụ tài chính: GIS được ứng dụng trong việc xác định các chi nhánh mới

của ngân hàng…

- Y tế: Ứng dụng GIS trong quản lý bệnh dịch, GIS có thể dẫn đường nó có thể

đưa ra được lộ trình giữa xe cấp cứu và bện nhân cần cấp cứu qua đó giúp xe cấp

cứu có thể nhanh nhất đến với vị trí của bệnh nhân làm tăng cơ hội sống sót của

người bện, ngoài ra nó còn được dùng trong nghiên cứu các dịch bệnh nó có thể

phân tích nguyên nhân bùng phát và lan truyền của bệnh dịch

- Giao thông: Ứng dụng GIS trong quy hoạch giao thông Hệ thông tin địa lý

GIS có thể được ứng dụng trong định vị trong vận tải hàng hóa, cũng như việc xác

định lộ trình đường đi ngắn nhất, cũng như việc quy hoạch giao thông

1.2.3 Ứng dụng của Viễn thám trong xây dựng cơ sở dữ liệu

Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển

nhưng đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực và được phổ biến rộng

rãi ở các nước phát triển Công nghệ viễn thám đã trở thành phương tiện chủ đạo

cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường ở cấp độ từng nước,

từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám

ngày càng được nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này

Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên

không của trái đất để nhận biết được các thông tin về đối tượng trên bề mặt trái đất

mà không cần tiếp xúc nó Như vậy, viễn thám là phương pháp thu nhận thông tin

khách quan về bề mặt trái đất và các hiện tượng trong khí quyển nhờ các máy thu

(sensor) được đặt trên máy bay, vệ tinh nhân tạo, tầu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm

quỹ đạo Công nghệ viễn thám có những ưu việt cơ bản sau:

- Độ phủ trùm không gian của tư liệu bao gồm các thông tin về tài nguyên, môi

trường trên diện tích lớn của trái đất gồm cả những khu vực rất khó đến được như

rừng nguyên sinh, đầm lầy và hải đảo

- Có khả năng giám sát sự biến đổi của tài nguyên, môi trường trái đất do chu

kỳ quan trắc lặp và liên tục trên cùng một đối tượng trên mặt đất của các máy thu

viễn thám Khả năng này cho phép công nghệ viễn thám ghi lại được các biến đổi

của tài nguyên, môi truờng giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên

và môi trường

- Sử dụng các dải phổ đặc biệt khác nhau để quan trắc các đối tượng (ghi nhận

đối tượng), nhờ khả năng này mà tư liệu viễn thám được ứng dụng cho nhiều mục

đích, trong đó có nghiên cứu về khí hậu, nhiệt độ của trái đất

- Cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao và siêu cao, là dữ liệu

cơ bản cho việc thành lập và hiện chỉnh hệ thống bản đồ quốc gia và hệ thống

CSDL địa lý quốc gia

1.2.4 Ứng dụng của GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu

Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc

hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích không gian Những khả năng

này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi

ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, điển hình như:

- Môi trường: Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều

ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trường Với mức

đơn giản nhất thì người dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trường, ví dụ như vị trí

và thuộc tính của cây rừng Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng

phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sư lan truyền ô nhiễm

trong môi trường khí hay nước, hoặc sự phản ứng của một lưu vực sông dưới sự

ảnh hưởng của một trận mưa lớn Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối

tượng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ

liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hướng chiếm ưu thế

- Khí tượng thuỷ văn: Trong lĩnh vực này GIS được dùng như là một hệ thống

đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai như lũ quét ở vùng hạ lưu, xác định tâm

bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đưa ra các biện pháp

phòng chống kịp thời… vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên

mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ưu thế Những ứng dụng đặc

trưng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về hàng hoá, nghiên cứu

về đất trồng, kế hoạch tưới tiêu, kiểm tra nguồn nước

- Dịch vụ tài chính: GIS được sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tương tự

như là một ứng dụng đơn lẻ Nó đã từng được áp dụng cho việc xác định vị trí

những chi nhánh mới của Ngân hàng Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên

trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác

định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất

Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau như là hình thức vi phạm luật

pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản

- Y tế: Ngoại trừ những ứng dụng đánh gía, quản lý mà GIS hay được dùng, GIS

còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế Ví dụ như, nó chỉ ra được lộ trình nhanh

nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu và bệnh nhân cần cấp cứu, dựa trên cơ sở

dữ liệu giao thông GIS cũng có thể được sử dụng như là một công cụ nghiên cứu

dịch bệnh để phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng

- Dịch vụ bán lẻ: Phần lớn siêu thị vùng ngoại ô được xác định vị trí với sự trợ

giúp của GIS GIS thường lưu trữ những dữ liệu về kinh tế-xã hội của khách hàng

trong một vùng nào đó Một vùng thích hợp cho việc xây dựng môt siêu thị có thể

được tính toán bởi thời gian đi đến siêu thị, và mô hình hoá ảnh hưởng của những

siêu thị cạnh tranh GIS cũng được dùng cho việc quản lý tài sản và tìm đường

phân phối hàng ngắn nhất

- Giao thông: GIS có khả năng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vận tải Việc

lập kế hoạch và duy trì cở sở hạ tầng giao thông rõ ràng là một ứng dụng thiết

thực, nhưng giờ đây có sự quan tâm đến một lĩnh vực mới là ứng dụng định vị

trong vận tải hàng hải, và hải đồ điện tử Loại hình đặc trưng này đòi hỏi sự hỗ trợ

của GIS

- Các dịch vụ phục vụ sinh hoạt, tiêu dùng: Những công ty trong lĩnh vực này là

những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng những cơ sở

dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến lược công nghệ thông tin của các công

ty trong lĩnh vự này Dữ liệu vecto thường được dùng trong các lĩnh vực này

Những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility

Management (AM-FM) AM-FM được dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của

các cáp, valve… Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác

cao

Một tổ chức dù có nhiệm vụ là lập kế hoạch và bảo dưỡng mạng lưới vận

chuyền hay là cung cấp các dịch vụ về nhân lực, hỗ trợ cho các chương trình an

toàn công cộng và hỗ trợ trong các trường hợp khẩn cấp, hoặc bảo vệ môi trường,

thì công nghệ GIS luôn đóng vai trò cốt yếu bằng cách giúp cho việc quản lý và sử

dụng thông tin địa lý một cách hiệu quả nhằm đáp ứng các yêu cầu hoạt động và

mục đích chương trình của tổ chức đó

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM

TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.3.1 Trên Thế giới

Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ GIS việc ứng dụng công nghệ GIS (Hệ

thống thông tin địa lý - Geographic Information System) trong lĩnh vực quản lý hạ

tầng giao thông với nhiều mục tiêu khác nhau: Lập kế hoạch phát triển hệ thống

giao thông, quản lý và bảo dưỡng hệ thống giao thông (các tuyến đường, đường

cao tốc, đường xe lửa), giảm ùn tắc giao thông, tích hợp và chia sẻ thông tin về hạ

tầng giao thông cho tất cả các đơn vị lập kế hoạch, thiết kế và thi công nhằm đạt

được hiệu quả cao nhất trong quản lý và duy tu hệ thống giao thông, cung cấp

thông tin về tình trạng giao thông (ùn tắc giao thông, thời tiết…) cho người dân

Một số hệ thống điển hình có thể kể đến ở đây như: Hệ thống của Sở giao thông

bang Pennsylvania (PENNDOT), Mỹ Mục tiêu của hệ thống: Giúp cho việc lập

kế hoạch phát triển hệ thống giao thông và bảo dưỡng các tuyến đường cao tốc

ngày càng nhanh hơn và hiệu quả hơn Từng bước xây dựng CSDL hệ thống giao

thông hoàn chỉnh, sau đó kết nối trực tiếp và chia sẻ dữ liệu cho 11 quận huyện

thuộc các bang nhằm phục vụ công tác lập kế hoạch, thiết kế và thi công các công

trình giao thông trở nên đồng bộ và hiệu quả hơn

Ngày nay công nghệ viễn thám có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác

nhau:

Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về

sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; Vẽ bản đồ thực vật; Nghiên cứu các quá trình

sa mạc hoá và phá rừng; Giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa

đá, sương mù, sương muối,…); Nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí

Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các

vùng thổ nhưỡng; Đánh giá mức độ thoái hoá đất, tác hại của xói mòn, quá trình

muối hoá

Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phân loại

rừng, diễn biến của rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng,

cháy rừng

Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ sử

dụng đất; Điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

Ứng dụng viễn thám trong địa chất bao gồm: Thành lập bản đồ địa chất; Lập

bản đồ phân bố khoáng sản; Lập bản đồ phân bố nước ngầm; Lập bản đồ địa mạo

Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tài nguyên

nước; Bản đồ phân bố tuyết; Bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; Bản đồ các vùng

đất thấp

Viễn thám trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát cho xây dựng

các công trình; Nghiên cứu các hiện tượng trượt đất

Viễn thám trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay

các di khảo cổ khác

Viễn thám trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa, bão và lũ

lụt, hạn hán; Đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu, phân vùng

khí hậu

Viễn thám trong khí tượng nông nghiệp

1.3.2 Ở Việt Nam

Tại Việt Nam, việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào các hoạt động

quản lý nhà nước đã được triển khai từ khá lâu, trong đó nổi bật là tại các thành

phố lớn như TP.HCM, Hà Nội và Đà Nẵng Tuy nhiên, các dự án thường dùng các

phần mềm GIS thương mại - tức phải mua bản quyền - với chi phí rất cao nên rất

khó khăn trong việc triển khai trên diện rộng

Hiện nay tại Việt Nam, một số cơ quan cấp Bộ, Sở Ngành đã và đang có những

ứng dụng GIS chuyên ngành nhằm đáp ứng được đòi hỏi ngày càng cao của công

việc Những ứng dụng này bước đầu đã mang lại một số hiệu quả đáng kể trong

các công việc chuyên môn Riêng trong lĩnh vực quản lý giao thông phải kể đến

một số hệ thống điển hình sau:

Hệ thống Thông tin Quản lý Đường sông (RMIS) Mục tiêu của hệ thống là:

Phát triển một Hệ thống thông tin địa lý (GIS) hiện đại (phần cứng, phần mềm,

mạng, CSDL, ứng dụng) trong công tác quản lý đường sông của Chi Cục Đường

sông phía Nam; Thiết lập hệ thống phân phối thông tin theo cơ chế GIS - Web

Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên đất:

Nói đến tài nguyên đất cần đề cập đến hai khía cạnh: Lớp phủ thổ nhưỡng và

tình hình sử dụng đất Để điều tra, giám sát hai khía cạnh này, ở những mức độ

khác nhau, đều có thể ứng dụng công nghệ viễn thám

Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1 000 000 được

thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh vệ tinh Landsat - TM Bản đồ

hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long,

Đồng bằng sông Hồng,… được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều

tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính

Như vậy, cho đến nay nhiều cơ quan ở nước ta đã sử dụng ảnh vệ tinh để thành

lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất nhằm phục vụ các mục đích khác nhau Kế

hoạch sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất một

cách hệ thống theo quy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính cũng như

để giám sát và cập nhật biến động về sử dụng đất đai một cách liên tục theo các

chu kì ngắn hạn, đang được Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường

nghiên cứu đưa vào thực hiện trong thời gian tới

Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh có thể được sử dụng trong công tác điều tra,

thành lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu, giám sát quá trình suy thoái đất do nhiều

nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh

vệ tinh mới được sử dụng như tài liệu hỗ trợ để thành lập một số bản đồ thổ

nhưỡng như bản đồ thổ nhưỡng Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000, bản đồ thổ nhưỡng

đồng bằng sông Cửu Long tỉ lệ 1: 250 000 thuộc các chương trình điều tra tổng

hợp các vùng này

Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước:

Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về

các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm Các thông tin về chất lượng nước và về

nước ngầm cũng cần được nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh Khả năng

sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước là một phương pháp cho

kết quả nhanh và kịp thời nhất

Một trong những công trình đầu tiên về mặt này ở nước ta là bản đồ nước ngầm

Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000 được thành lập trong khuôn khổ chương trình điều tra

tổng hợp vùng Tây Nguyên

Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát môi trường:

Điều tra, giám sát môi trường là một lĩnh vực rất lớn, rất khó khăn, trong đó có

những vấn đề có thể sử dụng ảnh vệ tinh như một công cụ hữu hiệu Xét về góc độ

công nghệ viễn thám, việc phân tích, suy giải phổ cho phép phát hiện những thay

đổi của môi trường ở mức độ tổng thể, việc nghiên cứu môi trường ở mức độ chi

tiết cần có các nghiên cứu, đo đạc của nhiều bộ môn khác Điều tra, giám sát môi

trường là nhiệm vụ liên quan đến nhiều ngành

Ảnh vệ tinh đã được sử dụng để điều tra và thành lập bản đồ các hệ sinh thái

nhạy cảm như: Rừng ngập mặn, đất ngập nước (phạm vi cả nước), rạn san hô

(Quảng Ninh, miền Trung), các loại habitat (đảo Bạch Long Vĩ),…Các bản đồ

rừng ngập mặn được thành lập ở tỉ lệ 1: 100 000, phủ trùm toàn dải ven biển và ở

tỉ lệ lớn hơn cho từng vùng Bản đồ đất ngập nước toàn quốc được thành lập ở tỉ lệ

1: 250 000

Như vậy, trong những năm qua nhiều cơ quan của nước ta đã tiếp cận với công

nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra, giám sát môi trường Tuy nhiên, những kết

quả thu được mới đề cập đến một số khía cạnh môi trường một cách rời rạc, tản

mạn và được thực hiện trong khuôn khổ của các đề tài, các dự án với các mục tiêu

khác nhau Nhiều vấn đề môi trường có nhu cầu khai thác thế mạnh của công nghệ

viễn thám nhưng chưa được đáp ứng

1.4 RỪNG VÀ PHÂN LOẠI RỪNG

1.4.1 Khái ni ệm, phân loại

Rừng là quần xã sinh vật trong đó cây rừng là thành phần chủ yếu Quần xã

sinh vật phải có diện tích đủ lớn Giữa quần xã sinh vật và môi trường, các thành

phần trong quần xã sinh vật phải có mối quan hệ mật thiết để đảm bảo khác biệt

giữa hoàn cảnh rừng và các hoàn cảnh khác

Phân loại rừng là một công tác rất quan trọng trong quản lý tài nguyên rừng của

mỗi quốc gia Hiện nay tại Việt Nam phân loại rừng được tiến hành dựa vào nhiều

tiêu chí, mỗi loại tiêu chí có một bảng phân loại phù hợp riêng

Phân loại rừng trên quan điểm sinh thái học: Phân loại dựa vào các yếu tố sinh

thái của môi trường và tính chất của quần xã sinh vật Tại Việt Nam dựa vào các

quan điểm về sinh thái học, người ta đã phân thành 12 kiểu phụ rừng

Phân loại theo chức năng sử dụng: Tại Việt Nam, để thuận tiện cho công tác

quản lý và quy hoạch cho công tác lâm nghiệp, chính phủ đã sử dụng hệ thống

phân loại rừng và đất sản xuất trong lâm nghiệp theo các chức năng:

- Rừng đặc dụng: Là loại rừng được thành lập với mục đích chủ yếu để bảo tồn

thiên nhiên, mẫu chuẩn hệ sinh thái rừng của quốc gia, nguồn gen sinh vật rừng,

nghiên cứu khoa học, bảo vệ di tích lịch sử, danh lam thắng cảnh phục vụ nghỉ

ngơi du lịch kết hợp với phòng hộ bảo vệ môi trường sinh thái

- Rừng phòng hộ: Là rừng được sử dụng chủ yếu để bảo vệ nguồn nước, bảo vệ

đất, chống xói mòn, chống sa mạc hóa, hạn chế thiên tai, điều hòa khí hậu, bảo vệ

môi trường Xem thêm Rừng phòng hộ

- Rừng sản xuất: Là rừng được dùng chủ yếu trong sản xuất gỗ, lâm sản, đặc sản

Trên thực tế, các cộng đồng địa phương đặc biệt đối với đồng bào dân tộc thiểu

qua nhiều thế hệ vẫn đang duy trì các khu đất rừng tâm linh

Phân loại rừng theo trữ lượng: Đối với rừng gỗ

- Rừng rất giàu: trữ lượng cây đứng trên 300 m³/ha

- Rừng giàu: trữ lượng cây đứng từ 201– 300 m³/ha

- Rừng trung bình: trữ lượng cây đứng từ 101 – 200 m³/ha

- Rừng nghèo kiệt: trữ lượng cây đứng từ 10 đến 100 m³/ha

- Rừng chưa có trữ lượng: rừng gỗ đường kính bình quân <8 cm, trữ lượng cây

đứng dưới 10 m³/ha

Phân loại rừng dựa vào tác động của con người: Rừng nguyên sinh; Rừng

nhân tạo

Phân loại dựa vào nguồn gốc: Rừng chồi; Rừng hạt

Phân loại rừng theo tuổi: Rừng non; Rừng sào; Rừng trung niên; Rừng già

1.4.2 Rừng Sơn Trà Đà Nẵng

Sơn Trà được che phủ bởi thảm thực vật thuộc kiểu rừng kín thường xanh vào

mùa mưa nhiệt đới Là khu rừng nguyên sinh tương đối nguyên vẹn

Sơn Trà là hệ sinh thái khép kín với 4 kiểu rừng phân theo độ cao từ trên xuống

dưới Ở trên là rừng mưa ẩm nhiệt đới, lưng chừng là rừng nửa khô hạn rồi đến

rừng còi và đới thực vật ven biển Phía dưới là thảm cỏ và san hô Bên cạnh đó, cả

vùng Đà Nẵng kéo dài đến Hội An (Quảng Nam) chỉ có bán đảo Sơn Trà được coi

là nơi đa dạng sinh học Đây là túi chứa nước ngọt cung cấp cho thành phố và hệ

nước ngầm toàn bộ Đà Nẵng, Hội An nên có giá trị môi trường rất cao, là lá phổi

xanh

Mỗi ngày rừng ở đây tái tạo lượng oxy đủ cung cấp cho hơn 4 triệu người

Ngoài giá trị về đa dạng sinh học, hệ nước ngầm, Sơn Trà còn đóng vai trò quan

trọng trong quốc phòng Từ bán đảo Sơn Trà có thể phóng tầm mắt quan sát toàn

bộ quân cảng Vùng 3 Hải quân - nơi neo đậu tàu chiến, tàu Kiểm ngư, Cảnh sát

biển Trên đỉnh Sơn Trà là hệ thống radar của quân đội và ngành hàng không với

khả năng bao quát vùng trời và biển Đông

Các nhà nghiên cứu thống kê ở Sơn Trà có gần 1.000 loài thực vật bậc cao,

trong đó 57 loài cho củ, quả làm thức ăn cho người và động vật Bán đảo cũng là

nơi sinh sống của hàng trăm loài động vật, trong đó có 22 loài quý hiếm, nguy cấp

thuộc Sách Đỏ như mèo rừng, chồn bạc má Nổi bật nhất là quần thể linh trưởng

đặc hữu của Đông Dương - Voọc chà vá chân nâu - với số lượng 300 - 400 cá thể

1.5 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.5.1 Đặc điểm về vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên

1.5.1.1 Vị trí địa lý

Bán đảo Sơn Trà nằm cách trung tâm thành phố Ðà Nẵng chừng 10 km về

hướng Ðông Bắc Sơn Trà có diện tích 60 km2

chiều dài 13 km2, chiều rộng 5 km2nơi hẹp nhất 2 km2