Xây dựng cơ sở dữ liệu gis phục vụ quản lý môi trường khu vực thị xã cẩm phả, quảng ninh

Các vấn đề môi trường trong khu vực Sự phát triển dân số nói chung và dân số đô thị cùng với những tiến trình tạo lập đô thị mới và mở rộng của đô thị cũ trong thời kỳ công nghiệp hoá h

PHẠM NGỌC THANH

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KHU VỰC THỊ XÃ CẨM PHẢ, QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2010

PHẠM NGỌC THANH

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa

Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Phạm Công Khải

Hà Nội – 2010

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là đúng sự thật và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả đề tài Phạm Ngọc Thanh

Lời cảm ơn Lời đầu tiên tác giả luận văn xin gửi tới thầy giáo TS Phạm Công Khải lời cảm ơn sâu sắc, thầy là người đã tận tình hướng dẫn về mặt khoa học cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu

Tác giả cũng xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô giáo Bộ môn Trắc địa mỏ, khoa Trắc địa đã có những đóng góp ý kiến đầy bổ ích trong quá trình làm luận văn Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu, phòng Đại học và Sau Đại học trường Đại học Mỏ - Địa Chất, đã tạo điều kiện thuận lợi tôi trong quá trình hoàn thành khóa học Cao học

Tác giả cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến Ban Giám đốc, Phòng Trắc địa – Địa chất Công ty CP than Cao Sơn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành khóa học Xin cảm ơn Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh đã hỗ trợ và cung cấp dữ liệu cho luận văn

Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã thường xuyên động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn

Hà Nội, tháng 11 năm 2010

Phạm Ngọc Thanh

MỤC LỤC

Mở đầu 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG KHU VỰC THỊ XÃ CẨM PHẢ 4

1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên, xã hội và môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả 4

1.1.1 Vị trí địa lý 4

1.1.2 Đặc điểm tự nhiên 4

1.1.3 Đặc điểm kinh tế - xã hội và các vấn đề môi trường 8

1.1.3.1 Đặc điểm kinh tế xã hội 8

1.1.3.2 Các vấn đề môi trường trong khu vực 9

1.2 Công tác quản lý tài nguyên môi trường khu vực thị xã vì mục tiêu phát triển bền vững 12

1.2.1 Khái niệm quản lý môi trường 13

1.2.2 Các công cụ quản lý môi trường 14

Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS 15

2.1 Hệ thống thông tin địa lý 15

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lý GIS 15

2.1.2 Định nghĩa và Quản lý môi trường bằng công nghệ GIS (Geographic Information System) 17

2.1.2.1 Đinh nghĩa GIS……… 17

2.1.2.2 Quản lý môi trường bằng công nghệ GIS (Geographic Information System)………18

2.1.3 Các chức năng của GIS .20

2.1.3.1 Thu thập và xử lý dữ liệu 20

2.1.3.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu 22

2.1.3.3 Hỏi đáp và phân tích 23

2.1.4.Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường 24

2.1.4.1 Trên thế giới 24

2.1.4.2 Ở Việt Nam và khu vực thị xã Cẩm Phả 28

2.2 Cơ sở dữ liệu GIS 30

2.2.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS 30

2.2.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS 31

2.2.2.1 Dữ liệu không gian 31

2.2.2.2 Dữ liệu thuộc tính 36

2.2.2.3 Quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính 36

2.2.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS (Geodatabase) 37

2.2.3.1 Khái niệm 37

2.2.3.2 Tổ chức dữ liệu không gian 38

2.2.3.3 Tổ chức dữ liệu thuộc tính 39

2 3 Các loại chuẩn dữ liệu GIS (Data standards) 40

2 4 Các phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 41

2 5 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 43

2.6 Các phần mềm ứng dụng 44

Chương 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG THỊ XÃ CẨM PHẢ, QUẢNG NINH……… 47

3.1 Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường khu vực Cẩm Phả 47

3.1.1 Cơ sở thiết kế 47

3.1.2 Mô hình cấu trúc và nội dung dữ liệu 48

3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý 52

3.2.1 Thu thập và khảo sát dữ liệu 52

3.2.2 Nhập dữ liệu vào Geodatabase 53

3.2.3 Chạy sửa lỗi Topology 55

3.2.4 Nhập dữ liệu thuộc tính 59

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường 60

3.3.1 Thu thập, khảo sát dữ liệu môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả 60

3.3.2 Nhập dữ liệu môi trường vào Geodatabase 66

3.4 Ứng dụng hệ cơ sở dữ liệu GIS trong công tác quản lý môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

Công trình khoa học đã công bố 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT

EMAC (Environmental Monitoring

and Analyzing Division)

TT Quan trắc và Phân tích Môi trường

Demand)

Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày

Domains Miền xác định giá trị

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

ISO (International Organization for

Standardization)

Tổ chức Quốc tế về tiêu chuẩn hoá

TKV Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản

Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Tên bảng Trang

Bảng 3.1 Các lớp dữ liệu nền địa lý và môi trường 49

Bảng 3.2 Thuyết minh nội dung dữ liệu 50

Bảng 3.6 Kết quả quan trắc môi trường nước 64

Bảng 3.8 Khối lượng rác thải rắn khu vực thị xã Cẩm Phả 66

Bảng 3.9 Thuyết minh cấu trúc mô hình dữ liệu môi trường 67

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ

Hình 1.2 Các hoạt động kinh tế xã hội tại khu vực Cẩm Phả 9

Hình 2.1 Mô hình tổ chức cơ sở dữ liệu quản lý môi trường 19

Hình 2.2 Phân tích liền kề Phân tích chồng xếp 24

Hình 3.1 Cơ sở dữ liệu nền 47

Hình 3.5 Kết quả cập nhật dữ liệu nền địa lý khu vực thị xã Cẩm Phả 54

Hình 3.11 Ô nhiễm môi trường không khí khu vực thị xã Cẩm Phả 62

Hình 3.12 Cấu trúc Geodatabase chuyên đề môi trường 66

Hình 3.13 Dữ liệu thuộc tính rác thải rắn 71

Hình 3.15 Dữ liệu thuộc tính thành phần môi trường nước 72

Hình 3.16 Bản đồ môi trường thị xã Cẩm Phả 72 Hình 3.17 Bản đồ tiếng ồn thị xã Cẩm Phả 73 Hình 3.18 Bản đồ ô nhiễm nguồn nước khu vực Cẩm Phả 73

Hình 3.20 Qui trình xác định vị trí của điểm có độ ồn lớn nhất trong khu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Kinh tế phát triển mạnh, một mặt mang lại sự đầy đủ về vật chất cho con người, mặt khác tạo ra sức ép lớn đến môi trường, gây suy thoái, ô nhiễm môi trường sống và vô hình chung ảnh hưởng ngược trở lại tới cuộc sống của con người

Sự phát triển kinh tế mà vẫn đảm bảo sự ổn định, cần bằng của môi trường thực sự đang là định hướng mục tiêu phát triển của các quốc gia trên Thế giới, trong đó Việt Nam không phải là một ngoại lệ

Ở Việt Nam, Công nghiệp nặng vẫn đang là cánh chim đầu đàn, là ngành kinh tế chủ đạo của đất nước Ngoài những lợi ích về kinh tế lớn mà nó mang lại thì đây cũng là ngành có sức phá hủy môi trường dữ dội nhất Thị xã Cẩm Phả, Quảng Ninh là một trong những vùng công nghiệp phát triển mạnh của cả nước Nơi đây, qui tụ rất nhiều ngành kinh tế mũi nhọn như: Công nghiệp mỏ, sản xuất xi măng, nhiệt điện, cơ khí chế tạo, … Sự tác động của các hoạt động công nghiệp tại đây tới môi trường là rất rõ ràng, trực tiếp và sâu rộng, làm biến động và suy thoái nhiều yếu tố tài nguyên - môi trường: đất, nước, không khí, thế giới sinh vật, tác động trực tiếp đến sức khỏe và môi trường sống của con người Cẩm Phả

Để làm tốt công tác bảo vệ môi trường, theo đúng tinh thần của định hướng mục tiêu phát triển bền vững, thì cần phải làm tốt công tác quản lý môi trường Các

dữ liệu môi trường khá phong phú và đa dạng, lại có mối quan hệ phức tạp Việc quản lý theo phương pháp truyền thống có nhiều nhược điểm như: dữ liệu không gian nghèo, khả năng cập nhật chậm, không kịp thời, độ chính xác của dữ liệu và thông tin không cao, không được chuẩn hóa, khó xử lý mối quan hệ không gian giữa các lớp thông tin, không có khả năng chia sẻ GIS là công cụ hiện đại và hiệu quả trong lĩnh vực quản lý, giám sát tài nguyên môi trường Với ưu điểm là dữ liệu được chuẩn hóa, được can thiệp và cập nhật dễ dàng và nhanh chóng, có khả năng truy vấn, phân tích và xử lý thông tin; hiển thị, kết xuất và chia sẻ thông tin GIS là công cụ hiệu quả trong quản lý môi trường Từ đó, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản

lý tài nguyên và bảo vệ môi trường trong khu vực, đảm bảo thực hiện mục tiêu phát triển kinh tế bền vững Xuất phát từ phân tích trên đây, có thể khẳng định rằng: Việc lựa

chọn đề tài luận văn thạc sỹ: “Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường khu

vực thị xã Cẩm Phả, Quảng Ninh” là định hướng đúng, xuất phát từ yêu cầu của thực tế về

quản lý môi trường trên khu vực Cẩm Phả hiện nay

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

*Mục tiêu chính của đề tài là:

- Thông qua kết quả nghiên cứu để minh chứng luận chứng và cơ sở khoa học xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý môi trường trong GIS

- Minh chứng tính hiệu quả của cơ sở dữ liệu GIS trong công tác quản lý môi trường

- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu về nền địa lý và một số các chuyên đề về các thành phần môi trường trên khu vực thị xã Cẩm Phả

*Để hoàn thành mục tiêu đề ra, đề tài phải giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Tổng quan tình hình kinh tế xã hội và các vấn đề môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả

- Tổng quan công tác quản lý môi trường vì mục tiêu phát triển bền vững

- Tổng quan hệ thống thông tin địa lý, lập qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu

- Thu thập, khảo sát, phân tích đánh giá các dữ liệu về các thành phần môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả

3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

*Nội dung nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi sau:

- Về không gian: khu vực thị xã Cẩm Phả

- Về thời gian: các dữ liệu môi trường thu thập đầu năm 2010

- Phạm vi nội dung: Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý tỉ lệ 1:5000 với các lớp: Địa hình, giao thông, thủy hệ, phủ bề mặt, cơ sở hạ tầng dân cư, ranh giới hành chính và cơ sở toán học Dữ liệu chuyên đề môi trường gồm 3 lớp: Môi trường nước, môi trường không khí và chất thải rắn

*Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu thực địa: Thu thập các mẫu quan trắc môi trường, trao đổi với các cán bộ phân tích môi trường về các kết quả thu được Nhằm tìm hiểu về tính chất và đặc điểm của dữ liệu môi trường, từ đó nghiên cứu mô hình dữ liệu môi trường cho phù hợp

- Phương pháp GIS: Sử dụng các phần mềm tương thích nhằm xây dựng cơ

sở dữ liệu và phân tích tổng hợp dữ liệu theo các nguyên tắc tổ hợp không gian địa

lý Xây dựng các trường dữ liệu và hoàn thiện dữ liệu trong ArcGIS

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Kết quả nghiên cứu sẽ mang lại cái nhìn thấu đáo về sự tác động của hoạt động công nghiệp nặng đến các thành phần môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả

- Khẳng định tính ưu việt của hệ thống thông tin địa lý trong quản lý môi trường

- Kết quả của đề tài sẽ là mô hình ứng dụng cho các khu vực khác

5 Cơ sở tài liệu thực hiện luận văn

- Bản đồ địa hình, địa chính khu vực thị xã Cẩm Phả

- Tài liệu quan trắc môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả

6 Cấu trúc luận văn

Luận văn được trình bày trong 80 trang, trên khổ giấy A4, bao gồm có phần

Mở đầu, 3 chương và phần kết luận, kiến nghị, công trình khoa học được công bố, tài liệu tham khảo Trong luận văn có 10 bảng biếu, 36 hình Bố cục luận văn:

- MỞ ĐẦU

- Chương 1 Tổng quan về sự phát triển kinh tế, xã hội và các vấn đề môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả, Quảng Ninh

- Chương 2 Hệ thống thông tin địa ly và cơ sở dữ liệu GIS

- Chương 3 Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý môi trường khu vực thị xã Cẩm Phả, Quảng Ninh

- Kết luận và kiến nghị

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN KINH TẾ, XÃ HỘI VÀ CÁC VẤN

ĐỀ MÔI TRƯỜNG KHU VỰC THỊ XÃ CẨM PHẢ

về phía Đông, có 16 đơn vị hành chính là: Quang Hanh, Cẩm Thạch, Cẩm Thủy, Cẩm Trung, Cẩm Thành, Cẩm Tây, Cẩm Bình, Cẩm Đông, Cẩm Sơn, Cẩm Phú, Cẩm Thịnh, Cửa Ông, Dương Huy, Cẩm Hải, Cộng Hòa và Mông Dương Thể hiện

ở Hình (1.1)

- Phía Đông giáp Huyện Vân Đồn,

- Phía Tây giáp với Thành phố Hạ Long,

- Phía Nam giáp Vịnh Bái Tử Long,

- Phía Bắc giáp với Huyện Hoành Bồ và Huyện Bã Chẽ

Cửa Ông và dãy Quạt Mo – Cửa Ông, với độ cao trung bình từ 200 đến 300 m, cao nhất là đỉnh Cao Sơn (436m), thấp nhất là các đỉnh có độ cao 20 đến 50 m Tạo thành một dải, kéo dài từ Tây sang Đông Địa hình kiểu bóc mòn, xâm thực điển

đó là vùng đồi chạy song song với các dãy núi Địa hình đồi núi chiếm 55,4% diện tích toàn vùng Các thung lũng nhỏ nằm rải rác trong vùng như thung lũng Quang Hanh, thung lũng Mông Dương Vùng bờ bãi Cẩm Phả - Cửa Ông, có bề mặt

có diện tích khác nhau và là một nét đặc trưng của địa hình Các đảo có diện tích khác nhau và phát triển trên các đá lục nguyên, đá vôi

Mạng lưới sông suối trong vùng khá phát triển Sông Mông Dương là sông chính được nhiều nhánh suối bổ cấp, đổ ra biển tại Phường Mông Dương Đây là con sông đảm bảo sự tiêu thoát nước cho cả khu vực về mùa mưa

* Khí hậu và thảm thực vật:

Cẩm Phả chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa ven biển Khí hậu ở đây thể hiện theo mùa khá rõ rệt Mùa mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, số ngày mưa đạt từ 10 đến 12 ngày/1 tháng, với lượng mưa trung bình 150 đến 200 mm/tháng Mưa nhiều nhất vào tháng 7 và tháng 8, nhiệt độ trung bình từ 25 đến

khô kéo dài từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa ít nhất trung bình từ 22 đến 26 mm/tháng Do ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới, cho nên trong vùng có nhiều rừng và nhiều cây cối có giá trị Thành phần thực vật khá phong phú, chỉ tính riêng các loài cây gỗ và một số cây bụi đã có trên dưới 50 họ và trên 200 loài Trong những năm qua, việc khai thác gỗ rừng, chặt gỗ chống lò, chặt đốt rừng làm nương rẫy dẫn đến thành phần thực vật cũng như diện tích rừng, trữ lượng, chất lượng gỗ rừng ngày càng suy giảm, biến động theo chiều hướng xấu Diện tích ngày càng thu hẹp Rừng nguyên sinh không còn, hầu hết đã bị tác động và tàn phá, nay

được thay thế bằng rừng thứ sinh ở trạng thái rừng trung bình và rừng nghèo với loài cây chủ yếu như: dung, đào, bánh xe, dẻ, chẹo, kôm, ngát, v.v… Chúng là các loài gỗ tạp, phát triển không đều và phân bố thưa thớt Rừng chỉ còn lại ở các sườn

và các đỉnh núi cao, các thung lũng hẹp, dốc, hiểm trở hoặc rất khó khăn đi lại Chất lượng rừng ngày càng suy giảm, phân lớn trong rừng chỉ còn lại cây gỗ tạp, kích thước nhỏ, cong queo, sâu bệnh, ít giá trị sử dụng, do nạn khai thác than, chặt gõ vv…gây nên

TP HẠ LONG

BẢN ĐỒ HÀNH CHÍNH THỊ XÃ CẨM PHẢ

TỶ LỆ: 1: 200.000

Hình 1 1 Bản đồ hành chính Thị xã Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh

1.1.3 Đặc điểm kinh tế - Xã hội và các vấn đề môi trường

1.1.3.1 Đặc điểm kinh tế xã hội

Thị xã Cẩm Phả là một trong những đầu tàu kinh tế của tỉnh Quảng Ninh, nơi được biết đến như là một trong ba đỉnh của tam giác kinh tế miền bắc Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh Cẩm Phả có rất nhiều tiềm năng về phát triển kinh tế như du lịch, công nghiệp khai thác than, đá, cơ khí, chế tạo máy và công nghiệp đóng tàu Đặc biệt, Cẩm phả có cảng than Cửa Ông tiếp nhận tàu trọng tải hàng vạn tấn Cẩm Phả có vùng núi đá vôi rộng lớn, là nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc phát triển các ngành sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng Thể hiện ở hình (1.2)

Tài nguyên lớn nhất ở Cẩm Phả là than Chất lượng tốt, trữ lượng lớn, tiện đường chuyên chở ra cảng nước sâu Ðây là trung tâm sản xuất than của tỉnh Quảng Ninh và của cả nước Ngoài các khu vực khai thác khoáng sản còn có những nhà máy cơ khí lớn, nhà máy sàng tuyển than và bến cảng, công ty địa chất và các xí nghiệp xây lắp, nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi măng, vận tải Ngoài ra còn có đá vôi, nước khoáng ở Quang Hanh, đều là những tài nguyên quí hiếm

Trong tương lai Thị xã Cẩm Phả sẽ trở hành một khu công nghiệp điện Tổng công suất đạt trên 3.000 MW Hiện nay, nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả (khu vực Cầu

20, phường Cẩm Thịnh) có công suất 300 MW đã được xây dựng từ năm 2006 và đến tháng 4 năm 2009 đã phát điện Tiếp theo là dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả có công suất tương đương trên cơ sở mở rộng Nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả đã được khởi công xây dựng vào cuối năm 2007 Ngoài ra, tại phường Mông Dương sẽ xây dựng 02 nhà máy điện khác có tổng công suất 2400MW, tại Phường Cẩm Thịnh sẽ có dự án Nhà máy nhiệt điện Cẩm Thịnh với công suất 400MW-450MW

Nhà máy xi măng Cẩm Phả được xây dựng tại Km6, đây là nhà máy có công suất lớn nhất trong nước hiện nay Nhà máy này sẽ sản xuất Clanh ke phục vụ sản xuất

xi măng tại Cẩm Phả và tại Vũng Tàu để phục vụ nhu cầu xây dựng trong nước

Các nhà máy chế tạo thiết bị điện, Cơ khí trung tâm là các trung tâm cơ khí sản xuất, sửa chữa thiết bị phục vụ cho ngành than và công nghiệp mỏ trong cả

nước Cảng Cửa Ông là cảng nước sâu và có thể tiếp nhận các tàu có sức chứa 5-7 vạn tấn vào cảng tiếp nhận hàng Ngoài biển, Cẩm Phả còn có cảng nối như Hòn Nét, là điểm bốc rót hàng triệu tấn than hàng năm phục vụ cho xuất khẩu Ngoài ra, còn có các cảng lẻ như Km6, 10-10, Đá Bàn, Khe Dây, Cẩm Y cũng là các cảng lẻ phục vụ việc vận chuyển cho nội địa và vật liệu xây dựng như cát, đá,

xi măng, v.v…

Hình 1.2 Các hoạt động kinh tế xã hội tại khu vực Cẩm Phả

Tài nguyên đất đai nông nghiệp của thị xã Cẩm Phả có khoảng 1.196 ha, trong đó đất trồng rau màu và cấy lúa 434ha, đất có mặt nước có thể nuôi trồng thuỷ sản 315ha Cẩm Phả có 2 khu đất làm muối nhưng nay chỉ còn một khu và ngày càng thu hẹp Ðất lâm nghiệp khá rộng, trong đó rừng tự nhiên 12.094 Xưa có nhiều lâm sản nay rừng đã kiệt quệ Cẩm Phả có nghề khai thác hải sản với hơn 50km bờ biển, nhưng chủ yếu là đánh bắt gần bờ, sản lượng không đáng kể

1.1.3.2 Các vấn đề môi trường trong khu vực

Sự phát triển dân số nói chung và dân số đô thị cùng với những tiến trình tạo lập đô thị mới và mở rộng của đô thị cũ trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước và của vùng đã ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Đặc trưng chủ yếu

của đô thị là nơi tập trung dân với mật độ cao, mà hoạt động là phi nông nghiệp, là nơi tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên, năng lượng, sản phẩm của xã hội tính trên đầu người cao hơn nhiều lần so với mức trung bình của đất nước, nhưng cũng là nơi phát sinh nhiều chất thải nhất gây ô nhiễm môi trường

"Công nghiệp hoá" và "đô thị hoá" được coi là bạn đồng hành Thông thường bên cạnh các khu công nghiệp mới sẽ hình thành các khu đô thị mới Vì vậy, khi xem xét những biến đổi môi trường cần lưu ý cả hai khía cạnh: môi trường tự nhiên

và môi trường xã hội do công nghiệp hoá, đô thị hoá

* Áp lực của dân số và đô thị hoá, công nghiệp hoá đến môi trường

Tác động của dân cư và đô thị hoá đến môi trường là hết sức phức tạp, đa dạng và mâu thuẫn Bên cạnh những mặt lợi do đô thị hoá mang lại, thì sự phát triển theo chiều thẳng đứng với xu hướng dân cư tập trung ngày càng đông ở các đô thị, cùng với sự phát triển mạnh của các ngành công nghiệp, đã làm thay đổi tính chất của mối quan hệ qua lại giữa xã hội và tự nhiên thông qua các yếu tố: Môi trường đất, môi trường nước, môi trường không khí, chất thải rắn, tiếng ồn, hệ sinh thái đô thị Điều đó thường gây ra ô nhiễm môi trường, tác động xấu đến sức khoẻ, tuổi thọ của cộng đồng dân cư thị xã Cẩm Phả

- Đối với môi trường nước, phát triển đô thị, công nghiệp làm tăng tỷ lệ đất

bị bê tông hoá, giảm khả năng thẩm thấu của đất, giảm diện tích mặt nước ao hồ, sông ngòi và do đó giảm khả năng điều hoà nước mưa và làm tăng khả năng ngập úng ở vùng đô thị và ảnh hưởng đến cung cấp nước sạch cho đô thị Dân số đông, nguồn nước thiếu không những ảnh hưởng đến sinh hoạt, sản xuất của vùng mà thậm chí còn tạo mâu thuẫn, xung đột do tranh giành nguồn nước sinh hoạt Nguồn cấp nước cho đô thị lại được lấy từ nguồn nước mặt (70%), nước ngầm (30%) tác động xấu đến môi trường

- Đối với môi trường không khí đô thị, đô thị hoá với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng nhà máy, các khu công nghiệp, hoạt động giao thông, hoạt động của ngành xây dựng, khai thác đã là nguồn phát sinh các loại ô nhiễm không khí

giao thông, công nghiệp khai thác, ) Các kết quả quan trắc nồng độ bụi ở các khu dân cư cạnh khu công nghiệp với nồng độ bụi của khu dân cư thông thường cho thấy cao gấp 3 -5 lần

- Ô nhiễm tiếng ồn đô thị, cùng với sự phát triển của đô thị là sự gia tăng đáng kể của các phương tiện giao thông Đây là nguồn chính gây ô nhiễm tiếng ồn

đô thị Theo tiêu chuẩn TCVN 5949-1995 thì mức tiếng ồn cho phép ở các khu thương mại - dịch vụ là 70 dBA Với mức tiêu chuẩn này thì phần lớn các đô thị ở Việt Nam nói chung và Cẩm phả nói riêng đều có mức tiếng ồn xấp xỉ hoặc vượt tiêu chuẩn cho phép

Chất thải rắn ở các đô thị đang là một vấn đề bức xúc Quá trình đô thị hoá diễn ra càng nhanh, dân số thành thị tăng lên thì lượng chất thải rắn càng nhiều và tính chất độc hại càng tăng Tuỳ đặc điểm và quy mô của từng đô thị thì lượng chất thải rắn cũng khác Theo kết quả quan trắc môi trường (năm1998) cho kết quả như sau: ở Cẩm Phả, lượng chất thải rắn sinh hoạt bình quân / người / ngày: 0,35 - 0,8 kg

Xử lý nơi chứa đựng rác thải cũng là một vấn đề hết sức phức tạp, hiện tại ở nước ta chủ yếu là chôn lấp Vì vậy, nguy cơ các bãi rác chôn lấp cũng là nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường và đây cũng là nguyên nhân gây xung đột môi trường Những năm gần đây, một số dự án về xử lý chất thải rắn và vệ sinh môi trường đã được triển khai ở một số thành phố, thị xã, thị trấn Tuy nhiên, do khó khăn về vốn nên phương án thu gom, phân loại, vận chuyển, chôn lấp vẫn là chủ yếu

* Môi trường do các ngành sản xuất vận chuyển và khai thác than, đá: Môi trường Cẩm Phả do khai thác đá, than và sàng tuyển than những năm trước là rất phức tạp cho công tác quản lý tài nguyên và môi trường tỉnh cũng như thị xã

Khai thác vận chuyển và sàng tuyển khoáng sàng là nguyên nhân chính dẫn tới môi trường xuống cấp nghiêm trọng

Đặc biệt là khai thác lộ thiên Với lượng đất đá bóc phải cần có khối lượng thuốc nổ lớn mỗi năm, chính vì vậy đã phá vỡ nghiêm trọng đến sự cân bằng động vật và thảm thực vật

Khai thác hầm lò cũng tập trung nhiều ở Cẩm Phả, tuy nhiên tác động của khai thác hầm lò đến môi trường là không rõ nét Đối với môi trường không khí, hoạt động này chủ yếu gây bụi, và khí dễ cháy nổ trong các đường

lò, sự phát tán ra môi trường là không đáng kể Với môi trường nước, nước thoát ra từ các đường lò có chứa nhiều các chất gây ô nhiễm, làm biến đổi thành phần hóa học trong cả nước mặt và nước ngầm Hiện tượng dịch chuyển

và biến dạng bề mặt đất do ảnh hưởng của khai thác hầm lò cũng rất đáng quan tâm Quá trình khai thác lấy đi một phần đất đá nguyên trong lòng đất, tạo nên khoảng trống, ở độ sâu không lớn gây ra sụt lún lan lên trên mặt đất, tạo thành bồn dịch chuyển và gây biến dạng các công trình tự nhiên và nhân tạo trên bề mặt

Sự phối hợp giữa tập đoàn Than và khoáng sản Việt Nam với các ban ngành của Tỉnh cũng như Thị xã, đã đóng góp đáng kể trong việc khắc phục môi trường Thị xã Ví dụ như vận chuyển khoáng sàng từ các mỏ ra các bến bãi tập kết, trước năm 2008 vận chuyển chủ yếu trên đường quốc lộ 18A cũng gây ảnh hưởng rất lớn tới môi trường đô thị như bụi, tiếng ồn, nhưng nay, khoáng sàng đã được vận chuyển trên những con đường riêng, không đi qua thị

xã đã giảm lượng ô nhiễm đáng kể

1.2 Công tác quản lý tài nguyên môi trường khu vực thị xã vì mục tiêu phát triển bền vững

Hiện nay, phát triển bền vững không còn là một khái niệm mới lạ Tuy nhiên, việc thực hiện phát triển kinh tế xã hội đạt được cả mục tiêu phát triển bền vững thì lại vẫn đang là nỗ lực hướng tới của từng quốc gia Trong định hướng phát triển bền vững, Nhà nước luôn luôn quan tâm, chú trọng đến công tác quản lý môi trường Thể hiện ở các yêu cầu pháp luật về môi trường ngày càng chặt chẽ, áp dụng nhiều công cụ chính sách pháp luật, kinh tế, khoa học kỹ thuật nhằm khuyến khích bảo vệ môi trường, kiểm soát tốt hơn các tác động tới môi trường của các doanh nghiệp, tổ chức thuộc mọi thành phần kinh tế Như đã đề cập ở trên, ngành khai thác khoáng sản có những tác động phá hủy môi trường vô cùng mạnh mẽ Vấn đề môi trường

nảy sinh tại mọi khâu của quá trình khai thác, vận chuyển và chế biến khoáng sản, sản xuất xi măng cũng như nhiệt điện Vì vậy, quản lý môi trường thị xã đã trở thành vấn đề cấp bách đối với ngành Tài nguyên – Môi trường của thị xã Cẩm Phả

và của từng doanh nghiệp trong điạ bàn

1.2.1 Khái niệm quản lý môi trường

Quản lý môi trường là tổng hợp các biện pháp, luật pháp, chính sách kinh tế,

kỹ thuật, xã hội thích hợp nhằm bảo vệ chất lượng môi trường sống và phát triển bền vững kinh tế xã hội quốc gia

Các mục tiêu chủ yếu của công tác quản lý nhà nước về môi trường bao gồm: Khắc phục và phòng chống suy thoái, ô nhiễm môi trường phát sinh trong hoạt động sống của con người

Phát triển bền vững kinh tế và xã hội quốc gia theo 9 nguyên tắc của một xã hội bền vững do hội nghị Rio-92 đề xuất Các khía cạnh của phát triển bền vững bao gồm: Phát triển bền vững kinh tế, bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên, không tạo ra ô nhiễm và suy thoái chất luợng môi trường sống, nâng cao sự văn minh và công bằng xã hội

Xây dựng các công cụ có hiệu lực quản lý môi trường quốc gia và các vùng lãnh thổ Các công cụ trên phải thích hợp cho từng ngành, từng địa phương và cộng đồng dân cư

Các nguyên tắc của công tác quản lý môi trường:

- Hướng công tác quản lý môi trường tới mục tiêu phát triển bền vững kinh tế

xã hội đất nước, giữ cân bằng giữa phát triển và bảo vệ môi trường

- Kết hợp các mục tiêu quốc tế - quốc gia - vùng lãnh thổ và cộng đồng dân

cư trong việc quản lý môi trường

- Quản lý môi trường cần được thực hiện bằng nhiều biện pháp và công cụ tổng hợp thích hợp

- Phòng chống, ngăn ngừa tai biến và suy thoái môi trường cần được ưu tiên hơn việc phải xử lý, hồi phục môi trường nếu để gây ra ô nhiễm môi trường

- Người gây ô nhiễm phải trả tiền cho các tổn thất do ô nhiễm môi trường gây

ra và các chi phí xử lý, hồi phục môi trường bị ô nhiễm Người sử dụng các thành phần môi trường phải trả tiền cho việc sử dụng gây ra ô nhiễm đó

1.2.2 Các công cụ quản lý môi trường

Công cụ quản lý môi trường là các biện pháp hành động thực hiện công tác quản lý môi trường của nhà nước, các tổ chức khoa học và sản xuất Mỗi một công

cụ có một chức năng và phạm vi tác động nhất định, liên kết và hỗ trợ lẫn nhau

Công cụ quản lý môi trường có thể phân loại theo chức năng gồm: Công cụ điều chỉnh vĩ mô, công cụ hành động và công cụ hỗ trợ Công cụ điều chỉnh vĩ mô

là luật pháp và chính sách Công cụ hành động là các công cụ có tác động trực tiếp tới hoạt động kinh tế - xã hội, như các quy định hành chính, quy định xử phạt v.v

và công cụ kinh tế Công cụ hỗ trợ là vũ khí quan trọng của các tổ chức môi trường trong công tác bảo vệ môi trường Thuộc về loại này, có các công cụ kỹ thuật như GIS, mô hình hoá, đánh giá tác động môi trường, kiểm toán môi trường, quan trắc môi trường Công cụ quản lý môi trường có thể phân loại theo bản chất thành các loại cơ bản sau:

- Công cụ luật pháp chính sách bao gồm các văn bản về luật quốc tế, luật quốc gia, các văn bản khác dưới luật, các kế hoạch và chính sách môi trường quốc gia, các ngành kinh tế, các địa phương

- Các công cụ kinh tế gồm các loại thuế, phí đánh vào thu nhập bằng tiền của hoạt động sản xuất kinh doanh Các công cụ này chỉ áp dụng có hiệu quả trong nền kinh tế thị trường

- Các công cụ kỹ thuật quản lý thực hiện vai trò kiểm soát và giám sát nhà nước về chất lượng và thành phần môi trường, về sự hình thành và phân bố chất ô nhiễm trong môi trường Các công cụ kỹ thuật quản lý có thể gồm các đánh giá môi trường, monitoring môi trường, xử lý chất thải, tái chế và tái sử dụng chất thải Các công cụ kỹ thuật quản lý có thể được thực hiện thành công trong bất kỳ nền kinh tế nào

Chương 2

HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS

2.1 Hệ thống thông tin địa lý

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống thông tin địa lý GIS

Hệ thống thông tin địa lý là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành từ những năm 1960 và được phát triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây Có thể nói hệ thống thông tin địa lý được hình thành dựa trên nền tảng hệ thống địa lý (hệ thống các bản đồ có hiển thị thông tin và thuộc tính của các vị trí) trước đó trong lịch sử

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

Năm 1962, hệ thống thông tin địa lý đầu tiên hoạt động thực sự trên thế giới được ra đời tại Canada, được phát triển bởi cục phát triển nông lâm nghiệp Canada

Đó là công trình nghiên cứu của tiến sĩ Roger Tomlinson có tên là Canada Geographic Information System (CGIS) Hệ thống này được sử dụng để lưu trữ, phân tích và quản lý các dữ liệu được thu thập cho Canada Land Inventory (CLI), một tổ chức xác định tiềm năng đất đai cho nền nông nghiệp 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

GIS là hệ thống thông tin địa lý đầu tiên trên thế giới và là một sự cải tiến các ứng dụng Mapping, các cơ chế overlay, đo đạc và số hóa, … Nó hỗ trợ các thông tin về hệ thống tọa độ quốc tế, các thông tin về thuộc tính và địa điểm được lưu trữ trong các file tách biệt Chính vì thế, Tomlinson được xem như là cha đẻ của GIS, đặc biệt khi ông sử dụng overlay trong việc đề xướng sự phân tích không gian của sự hội tụ dữ liệu hình học Đến năm 1990, CGIS đã xây dựng được một cơ sở

dữ liệu số về tài nguyên đất lớn nhất ở Canada Nó được phát triển như một hệ thống khung chính, quản lý việc sử dụng và hoạch định các tài nguyên đất ở các bang

Năm 1964, Howard T Fisher thành lập phòng thí nghiệm đồ họa máy tính 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 triển thương mại đến các trường đại học, các trung tâm nghiên cứu và các tổ chức trên thế giới

Vào năm 1980, M&S Computing (sau này là Intergraph), Environmental Systems Research Institute (ESRI) và CARIS đã nổi lên với vai trò là những nhà cung cấp phần mềm GIS Vào cuối những năm 1980 và đầu năm 1990, ngành công nghiệp này rất phát triển do nhu cầu sử dụng gia tăng của GIS trên các Unix workstations cũng như máy tính cá nhân Vào cuối thế kỷ 20, sự phát triển nhanh chóng trên các hệ thống khác nhau đã hợp nhất và chuẩn hóa trên một vài platforms

và người sử dụng bắt đầu có khái niệm về sử dụng GIS trên internet Gần đây đã có

sự xuất hiện nhanh chóng của các gói phần mềm GIS miễn phí và mã nguồn mở chạy trên những hệ điều hành khác nhau, người dùng có thể tùy biến để thực hiện những tác vụ cụ thể

Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là

hệ thống thông tin hiện đại, được phát triển và ứng dụng rộng rãi Ngày nay, GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động về kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào

Ở Việt Nam, công nghệ GIS được đưa vào nghiên cứu và sử dụng khá sớm, vào khoảng những năm 90 Từ đó trở đi, công nghệ GIS đã được nhiều cá nhân và

tập thể nghiên cứu, ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau Các phần mềm GIS được sử dụng ở nước ta rất đa dạng và chủ yếu là các phần mềm thương mại ngoại nhập như: Arc/Info, ArcView, ArcGIS, (của ESRI); MGE, Geomedia (của Intergraph); MapInfor (của MapInfor); GRASS (phần mềm mã nguồn mở do nhiều

tổ chức phát triển)

Đến nay ở nước ta GIS đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị Tuy nhiên, các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư, mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

Ngày nay hệ thống thông tin địa lý-GIS ngày càng được ứng dụng rộng rãi và

đã thực sự trở thành công cụ không thể thiếu trong các lĩnh vực khoa học và đời sống của con người

2.1.2 Định nghĩa và Quản lý môi trường bằng công nghệ GIS (Geographic Information System)

2.1.2.1 Định nghĩa GIS

Ngày nay, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát triển song song tự động hóa công tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình bày dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn như trắc địa bản đồ, địa chất, quy hoạch phát triển, môi trường, … Do có nhiều công việc phải xử lý các thông tin liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau nên cần phải có hệ thống quản lý, liên kết các dữ liệu từ nguồn vào khác nhau như bản đồ, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu quan trắc, điều tra, khảo sát,… Hay nói cách khác là cần phải phát triển một hệ thống các công cụ để thu thập, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện những mục đích cụ thể Tập hợp các công cụ trên đã tạo lập ra hệ thông tin địa lý, đó là hệ thống thể hiện các đối tượng

từ thế giới thực thông qua các dữ liệu cơ bản Tuy nhiên không có định nghĩa nào khái quát đầy đủ về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể trong từng lĩnh vực Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhất:

* GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu trong một hệ tọa độ quy chiếu GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các phương thức để thao tác với dữ liệu đó

* GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao tác, phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất

* GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu bản đồ

Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống thông tin hiện đại, được phát triển và ứng dụng rộng rãi Ngày nay, GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động về kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS

có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các

cá nhân, đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế

- xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các

dữ liệu đầu vào

2.1.2.2 Quản lý môi trường bằng công nghệ GIS (Geographic Information System)

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Chính vì vậy, các tổ chức chính phủ và phi chính phủ dùng GIS như là một công cụ hành động trong quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, đánh giá các sự cố môi trường thông qua chức năng xử lý, phân tích dữ liệu GIS có thể được dùng để tạo bản đồ phân bố tài nguyên, kểm kê đánh giá trữ lượng tài nguyên, v.v

Các ứng dụng của GIS trong tài nguyên, môi trường như:

- Điều tra và quản lý môi trường: Bảo tồn đất ướt, xây dựng bản đồ và thống kê chất lượng thổ nhưỡng, đánh giá sử dụng đất, quản lý tài nguyên rừng, đất, nước, v.v…

- Hỗ trợ quy hoạch và quản lý các vùng bảo tồn

- Phân tích theo dõi ô nhiễm

- Đánh giá, dự báo các tai biến môi trường, v.v

Mô hình quản lý môi trường bằng công cụ GIS được thể hiện ở (hình 2.1)

Hình 2.1 Mô hình tổ chức cơ sở dữ liệu quản lý dữ liệu môi trường

Hiện trạng môi trường

Hiện trạng tài nguyên

Suy thoái môi trường

Tai biến môi trường

Quản

lý môi trường

Qui hoạch môi trường

Giáo dục Kinh tế

2.1.3 Các chức năng của GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

- Capture: Thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số, …

- Store: Lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster

- Query: Truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa hiển thị trên bản đồ

- Analyze: Phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

- Display: Hiển thị Hiển thị bản đồ

- Output: Xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định dạng: giấy in, Web, ảnh, file, …

Bản đồ vẽ bằng tay, trên giấy phải được số hóa sang dạng raster Việc sử dụng ảnh vệ tinh hay ảnh chụp từ máy bay được xem là nguồn dữ liệu quan trọng khi nghiên cứu tài nguyên thiên nhiên và đo vẽ bản đồ địa hình

Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫu tương tự Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hoá Ở mức thủ công thì chỉ có thể số hoá các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả các đặc trưng đó Còn ở mức tự động hoá cao hơn là số hoá bản đồ

bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ Đầu ra của máy quét là ma trận của các giá trị điểm ảnh 2D, có thể được sử dụng cho công việc vector hoá để tạo ra bản đồ mã hoá dữ liệu, kiểm chứng và sửa lỗi để có được dữ liệu phù hợp

Nói chung, công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS Quá trình thu thập

dữ liệu luôn gắn liền với quá trình xử lý dữ liệu Chúng ta có ba mô hình quan niệm của thông tin không gian là: mô hình hướng đối tượng, mạng và bề mặt Quá trình phân tích trên cơ sở các cách nhìn khác nhau đòi hỏi dữ liệu phải được biểu diễn và

tổ chức cho phù hợp Vì vậy, cần cung cấp phương tiện cho người sử dụng GIS thay đổi cấu trúc dữ liệu để thích nghi với các yêu cầu khác nhau Điều này đòi hỏi cần phải có các chức năng thay đổi cách biểu diễn, thay đổi phân lớp, làm đơn giản hoá hay tổng quát hoá dữ liệu, biến đổi giữa hệ thống trục tọa độ khác nhau và biến đổi các phép chiếu bản đồ Các thao tác này được xem là tiền phân tích không gian Mức độ xử lý dữ liệu thô khác nhau phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng GIS

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào các mô hình dữ liệu raster, do đó nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang dữ liệu raster, quá trình này được gọi là raster hoá Một số công cụ phân tích khác lại làm việc chủ yếu với mô hình vector, nên đòi hỏi quá trình biến đổi ngược từ raster sang vector, hay còn gọi là vector hoá Raster hoá là quá trình phân tích đường (line) hay miền (polygon) thành các điểm ảnh (pixel) Ngược lại, vector hoá là quá trình tập hợp các điểm ảnh để tạo thành đường hay miền Dữ liệu ban đầu thông thường là dưới dạng raster nên nếu dữ liệu không có cấu trúc tốt thì việc nhận dạng mẫu sẽ rất phức tạp

Khi so sánh dữ liệu từ các nguồn khác nhau, vấn đề thường nảy sinh là sử dụng hai hay nhiều phân lớp để mã hoá cho cùng hiện tượng Để nhận ra các khía cạnh khác nhau của hiện tượng với mức độ chi tiết khác nhau, cần phải có tiến trình xấp xỉ hóa để biến đổi về cùng một phân lớp

Trong việc tích hợp dữ liệu bản đồ, vấn đề nảy sinh là hệ thống tọa độ của chúng được đo, vẽ trên cơ sở nhiều phép chiếu bản đồ khác nhau Các dữ liệu này không thể tích hợp trên cùng bản đồ nếu không biển đổi chúng về cùng một hệ trục tọa độ

2.1.3.2 Lưu trữ và truy cập dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu liên quan đến tạo lập cơ sở dữ liệu không gian (đồ họa, bản đồ) Nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm tổ hợp dữ liệu vector hoặc dữ liệu raster, dữ liệu thuộc tính để nhận diện hiện tượng tham chiếu không gian Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa khoá chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục dữ liệu thuộc tính khác Chỉ danh đối tượng không gian duy nhất được dùng để liên kết giữa dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian tương ứng Trong bảng thuộc tính cũng có thể bao gồm cả giá trị không gian như độ dài đường, diện tích vùng mà chúng đã được dẫn xuất từ biểu diễn dữ liệu hình học

Với dữ liệu raster thì các tệp thuộc tính thông thường chứa dữ liệu liên quan đến lớp hiện tượng tự nhiên thay cho các đối tượng rời rạc Việc lựa chọn mô hình raster hay mô hinh vector để tổ chức dữ liệu không gian được thực hiện khi thu thập

dữ liệu vì mỗi mô hình tương ứng với các tiếp cận khác nhau Thông thường cơ sở

dữ liệu GIS cho khả năng quản trị cả hai mô hình không gian nói trên, khi xây dựng

cơ sở dữ liệu không gian thì nhất thiết phải liên kết bảng dữ liệu liên quan đến hiện tượng tương ứng

Theo thuật ngữ của hệ quản trị cơ sở dữ liệu thì các mô hình vector và raster được xem như những thí dụ của mô hình quan niệm Chúng mô tả các quan niệm liên quan đến ứng dụng thế giới thực được biểu diễn trong cơ sở dữ liệu Các mô hình quan niệm được mô tả theo nhiều cấp bậc trừu tượng, trong đó các mô hình vector và raster

là ở mức trừu tượng thấp nhất Chúng gần với biểu diễn dữ liệu máy tính hơn các mô hình trên cơ sở dữ liệu đối tượng, mạng và bề mặt Khái niệm mô hình dữ liệu lôgic được sử dụng để đề cập đến cách mà DBMS (Database Management System) tổ chức

mô hình quan niệm thành tệp, bản ghi, chỉ số Ngày nay, công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống không còn thích hợp với việc quản lý dữ liệu địa lý Một số hệ GIS được

sử dụng rộng rãi đã xây dựng cơ sở dữ liệu trên cơ sở tổ hợp mô hình quan hệ quản lý thuộc tính phi hình học và lựợc đồ chuyên dụng, phi quan hệ để lưu trữ, xử lý dữ liệu không gian Một vài GIS khác đã lợi dụng các phương tiện của lược đồ lưu trữ cơ sở

dữ liệu quan hệ để quản lý cả hai loại: dữ liệu hình học và phi hình học

Phương tiện truy nhập trong cơ sở dữ liệu GIS bao gồm cả phương tiện có sẵn của cơ sở dữ liệu quan hệ chuẩn và khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ tọa độ nào đó và theo các quan hệ không gian Do nhu cầu khai thác thông tin trên cơ sở dữ liệu không gian thường bao gồm phương pháp chỉ

số không gian đặc biệt Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như là nền tảng của thâm nhập cơ sở dữ liệu GIS

2.1.3.3 Hỏi đáp và phân tích

Một khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi các câu hỏi đơn giản như:

+ Ai là chủ mảnh đất ở góc phố?

+ Hai vị trí cách nhau bao xa?

+ Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu?

Và các câu hỏi phân tích như:

+ Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?

+ Kiểu đất ưu thế cho rừng sồi là gì?

+ Nếu xây dựng một đường quốc lộ mới ở đây, giao thông sẽ chịu ảnh hưởng như thế nào?

GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt:

Phân tích liền kề

+ Tổng số khách hàng trong bán kính 10 km khu hàng?

+ Những lô đất trong khoảng 60 m từ mặt đường?

Ðể trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để xác định mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng (hình 2.2)

Hình 2.2 Phân tích liền kề Phân tích chồng xếp Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau (hình 2.2) Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế

Hình 2.3 Phân tích chồng xếp Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện)

2.1.4.Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở

dữ liệu môi trường

2.1.4.1 Trên thế giới

Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi trường Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada

trong những năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm 1970, mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển, công nghệ GIS đã cung cấp các phương tiện quản lý và phân tích các yếu

tố ảnh hưởng đến môi trường ngày càng hữu hiệu hơn Trên thế giới, chuẩn cơ sở

dữ liệu hệ thông tin địa lý là vấn đề cũng được nhiều nước và tổ chức quốc tế đầu tư xây dựng Tổ chức Tiêu chuẩn quốc tế ISO/TC211 - tiêu chuẩn về các thông tin địa

lý, Dự án "Hệ thống Thông tin và Quan trắc môi trường Tiểu vùng Mêkông mở rộng" (SEMIS) đã đưa ra cấu trúc chuẩn hệ thông tin địa lý cho các nước thuộc Tiểu vùng Mêkông mở rộng Một số nước như Mỹ, Canada, Thái Lan, đã thiết kế các chuẩn dữ liệu hệ thông tin địa lý về môi trường cho riêng mình Xu hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS Sự phát triển của phần cứng làm cho máy tính có nhiều khả năng hơn, mạnh hơn và các ứng dụng GIS cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi các khả năng hiển thị

dữ liệu ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuỳ biến

Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý môi trường Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS

GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản

lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc

GIS cũng được sử dụng để đánh giá các sự cố môi trường Các cơ quan chính phủ và địa phương phải đối phó nhanh chóng với thiên tai, các rủi ro trong công nghiệp và các sự cố môi trường Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương thích của các dữ liệu địa lý dạng số Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS Các nguồn

dữ liệu tăng thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám, đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn

Xu hướng hiện nay trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch môi trường là sử dụng tối đa những khả năng cho phép của GIS GIS cho phép hiển thị những dữ liệu

ba chiều, phân tích không gian, giao diện tuỳ biến, do đó những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này là rất đa dạng

* Quản lý dữ liệu môi trường

Dự án Lưu vực sông Santa Ana ở California đã sử dụng GIS làm công cụ quản lý và giám sát mực nước, chất lượng nước, và các nguồn lợi từ vùng lưu vực nhờ công cụ quản lý cơ sở dữ liệu và tạo bản đồ của GIS Nhờ đó việc quản lý một lượng dữ liệu đồ sộ trở nên hiệu quả hơn nhiều so với sử dụng một hệ thống phi GIS

* Xây dựng dữ liệu môi trường

Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích và tinh lọc dữ liệu phục vụ công việc quan trắc, đánh giá các đối tượng môi trường và nghiên cứu tính khả thi Các dữ liệu, chẳng hạn ảnh trắc địa, ảnh thuỷ học, ảnh không gian, có thể được tổ chức và đánh giá nhờ GIS Một nguồn dữ liệu rất quan trọng là sự kết hợp giữa GIS với GPS (hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám Giám sát, dự báo những biến đổi môi trường toàn cầu

WRI (World Resources Institute) đã sử dụng dữ liệu và phần mềm GIS từ năm 1994 để biên dịch các thông tin về sự thay đổi môi trường có tính toàn cầu, dự báo tác động của những xu hướng biến động nguy hiểm (mất rừng, ô nhiễm đại dương, xói mòn ven bờ), từ đó vạch ra những chiến lược sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên, nhằm thiết lập mối cân bằng ổn định của môi trường trên toàn cầu

* Quy hoạch các nhân tố môi trường

Sử dụng khả năng phân tích của GIS, bạn có thể quản lý được mối quan hệ giữa các nhân tố môi trường tự nhiên cũng như xã hội Từ những phân tích này, các chiến lược quy hoạch cho từng đối tượng và cho tổng thể chung được xây dựng Chẳng hạn, GIS được sử dụng để xây dựng mô hình kiểm soát động vật hoang dã ở California trong cơ cấu kế hoạch chung của thành phố

* Quản lý chất thải

GIS cho phép các nhà quản lý chất thải đánh giá hiện trạng chất thải hiện nay

và dự đoán trong tương lai Ngoài ra, các nhà quản lý có thể chia xẻ thông tin giữa

các tổ chức và kết hợp với các cơ quan điều chỉnh để cải thiện vấn đề kiểm soát, vận chuyển và chôn lấp rác thải

Sở Đo đạc Địa chất bang Georgia (GGS) đã dùng GIS để quản lý cơ sở dữ liệu về 118 bãi chôn lấp chất thải rắn cho phép Các thông tin trong cơ sở dữ liệu bao gồm tên bãi chôn lấp, vị trí, kinh độ, vĩ độ, đường vào bãi chôn lấp, dung tích bãi, vùng châu thổ sông chính và mã đơn vị thuỷ văn của vùng châu thổ này

* Hỗ trợ quản lý các sự cố môi trường

Với GIS bạn có thể đánh giá chiến lược đối phó và nỗ lực chống chịu trước các sự cố môi trường Ví dụ khi xảy ra ô nhiễm do rò rỉ khí độc, bạn có thể xác định các vùng liền kề chịu ảnh hưởng, các vùng chịu ảnh hưởng do phát tán, và các vị trí

bị ảnh hưởng nghiêm trọng

* Nghiên cứu và Quản lý hệ sinh thái

Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích toàn bộ hệ sinh thái GIS được sử dụng

để mô phỏng hệ sinh thái như một đơn vị hoàn chỉnh; hiển thị hình ảnh của các vùng nhạy cảm

Cục Quản lý Đất đai Mỹ sử dụng GIS để quản lý các hệ sinh thái vùng châu thổ sông Columbia: đánh giá tác động môi trường, phát triển quy hoạch chiến lược, xây dựng bản đồ mô tả toàn bộ hệ thống

* Đánh giá tình trạng vệ sinh của hệ thống cống rãnh

Có thể sử dụng GIS để đánh giá nhu cầu hiện tại và tương lai trong vấn đề nước và thoát nước Black & Veatch dùng GIS để quản lý hệ thống cống rãnh của thành phố Garland GIS tính toán dòng chảy kết hợp dữ liệu sử dụng đất, tổng dân

số, số lượng lao động của mỗi khu vực thoát nước Sau đó GIS sẽ chạy các mô hình khác nhau và hiển thị các kết quả đánh giá tình trạng vệ sinh

Tỉnh Louisville và Jefferson đã dùng GIS hỗ trợ thiết lập chương trình nước thải điển hình GIS được sử dụng để định vị các trạm chắn, trạm bơm nước thải, ống dẫn chính và các dự án nước thải hiện tại Để nhận dạng, các đặc tính, các dự án đều được Bản đồ hoá trong toàn bộ hệ thống

* Kiểm kê và giám sát hệ thống nước và nước thải

Board of Public Works (BPW) for Holland, Michigan, đã thay thế hệ thống kiểm soát nước/nước thải thủ công cũ bằng GIS GIS cho phép mỗi đơn vị cập nhật

số liệu của mình và bảo quản tính toàn vẹn một cách tự động

* Đánh giá chất lượng nước

Tỉnh King, Washington, đã sử dụng GIS để đánh giá chất lượng nước trong toàn tỉnh GIS cung cấp cho người sử dụng khả năng tập hợp tất cả các mẫu chất lượng nước hoặc chỉ một số mẫu được lựa chọn trong quá trình phân tích Sau đó các mẫu được phân tích và hiển thị nhờ GIS

* Xác định ảnh hưởng sự cố trên đường nước và nước thải

GIS có thể hỗ trợ định vị và xác định những ảnh hưởng của các sự cố như động đất Thành phố Los Angeles dùng GIS để định vị những đường cống bị hư hại trong vụ động đất ở Northridge năm 1994 để đưa vào dự án sửa chữa

Quản lý các lưu vực sông: là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp Quản lý lưu vực sông đòi hỏi lưu đầy đủ, duy trì sự ổn định của các hệ sinh thái, kiểm soát lũ Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển và Nespak, Pakistan phối hợp

hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent ở Pakistan GIS được sử dụng để sự cân bằng nước, quá trình xói mòn, và kiểm soát lũ cho khu vực Wallen & Associates dùng GIS để xây dựng lưu vực sông Santa Lucia Preserve Mô hình không gian ba chiều được xây dựng nhờ trợ giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận chính thổ nhưỡng của khu vực, từ đó xây dựng quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ sông

2.1.4.2 Ở Việt Nam và khu vực thị xã Cẩm Phả

Tại Việt Nam, công nghệ GIS cũng được ứng dụng khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như môi trường, quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị, Tuy nhiên, các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức

Những thành tựu khoa học trong thế kỷ 20 đã làm thay đổi những hiểu biết vốn có của chúng ta về không gian và thời gian, về vật chất và vũ trụ, về sự sống và con người, về kinh tế và xã hội, và thông qua những tiến bộ của công nghệ, những thành tựu khoa học đó đã in đậm dấu ấn lên mọi mặt của cuộc sống

Việt Nam đã trải qua nhiều năm để tiếp thu, kế thừa và phát triển những giá trị của công nghệ mới này từ các nước sớm hơn trong việc ứng dụng và phát triển công nghệ GIS phục vụ quản lý hành chính nhà nước, phát triển kinh tế- xã hội của đất nước Chúng ta đã đi từ những cái chưa có gì để đến được những cái có được như ngày hôm nay trong lĩnh vực GIS, từ khái niệm GIS là gì đó hoàn toàn xa lạ với mọi người, thông qua các hội thảo về GIS, các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GIS, GPS, RS, v.v trong công tác quản lý, quy hoạch, phát triển kinh tế

xã hội, đến nay Việt Nam chúng ta đã không còn xa lạ với GIS nữa, các nghiên cứu, ứng dụng ngày càng nhiều, mở rộng về không gian, phát triển trên nhiều lĩnh vực, nhiều loại hình; đội ngũ cán bộ khoa học, chuyên viên, kỹ thuật viên về GIS tăng lên nhanh, đáp ứng nhu cầu phát triển ứng dụng GIS ngày càng nhiều ở Việt Nam

GIS và các ứng dụng của nó đang phát triển nhanh chóng: các dịch vụ gắn với địa điểm, kết hợp GIS và GPS hiển thị vị trí nhà hàng, khách sạn, tìm đường, được cài vào thiết bị cầm tay (PDA, laptop, mobilephone); các ứng dụng bản đồ trên web (Google Maps, MapQuest, Yahoo! Maps, …), truy cập tự do đến kho dữ liệu địa lý, cho phép tạo lập các ứng dụng của riêng mình; nghiên cứu sự biến động các quá trình trên trái đất qua năm tháng (sự mở rộng bờ cõi trong lịch sử, biến động đường bờ, độ che phủ rừng), tác động của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng

Khu vực thị xã Cẩm Phả là nơi tập trung của nhiều ngành công nghiệp và đây cũng là nơi có tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa cao của cả nước Công tác quản

lý môi trường bằng công nghệ GIS đã được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp mỏ Công nghiệp mỏ phát triển đã kéo theo những vấn đề về môi trường khá nghiêm trọng Công tác quản lý môi trường bằng công nghệ GIS đã cho thấy tính hiệu quả của nó Hệ cơ sở dữ liệu môi trường mỏ đã đáp ứng được các yêu cầu của công tác quản lý môi trường ngành mỏ Mang lại cái nhìn thấu đáo về công