Xây dựng bản đồ và cơ sở dữ liệu gis phục vụ quản lý môi trường do tác động của quá trình khai thác mỏ khu vực bể than đông triều uông bí

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT GIS Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý HTTTĐL: Hệ thống thông tin địa lý CSDL: Cơ sở dữ liệu Megadata: Siêu dữ liệu Feature D

NGUYỄN THỊ HẠNH

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG DO TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH

KHAI THÁC MỎ KHU VỰC BỂ THAN

ĐÔNG TRIỀU - UÔNG BÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2010

NGUYỄN THỊ HẠNH

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG DO TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH

KHAI THÁC MỎ KHU VỰC BỂ THAN

ĐÔNG TRIỀU - UÔNG BÍ

Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa

Mã số : 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS KIỀU KIM TRÚC

HÀ NỘI - 2010

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, 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

Nguyễn Thị Hạnh

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

1.1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về môi trường và quản lý môi trường 13

1.1.1 Khái niệm môi trường 13

1.1.2 Ảnh hưởng của quá trình khai thác than đến môi trường 14

1.1.3 Quản lý môi trường 18

1.1.4 Cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý môi trường 19

1.2 Khả năng ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý môi trường 20

1.2.1 Định nghĩa về Hệ thông tin địa lý (GIS) 20

1.2.2 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS 21

1.2.3 Các chức năng cơ bản của GIS 24

1.2.4 Mô hình dữ liệu của GIS 24

1.2.5 Công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu bằng GIS 25

1.3 Quản lý môi trường khu vực Đông Triều – Uông Bí bằng công nghệ hệ Thông tin địa lý 28

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG 29

2.1 Tổng quan về cơ sở dữ liệu 29

2.1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu GIS 29

2.1.2 Cấu trúc dữ liệu GIS 31

2.1.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS 38

2.1.4 Các phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu 40

2.2 Yêu cầu đối với Cơ sở dữ liệu quản lý môi trường 41

2.2.1 Chuẩn về hệ thống tọa độ 41

2.2.2 Chuẩn về các sai số 41

2.2.3 Chuẩn về phân lớp thông tin 41

2.2.4 Chuẩn về mô hình dữ liệu lưu trữ và mô tả không gian 42

2.3 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS 42

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VÙNG THAN UÔNG BÍ,QUẢNG NINH 45

3.1 Tổng quan về quá trình khai thác mỏ khu vực Đông Triều – Uông Bí 45

3.1.1 Đặc điểm địa hình khu vực Đông Triều – Uông Bí 45

3.1.2 Đặc điểm kinh tế và dân cư khu vực Đông Triều – Uông Bí 49

3.2 Hiện trạng môi trường và tình hình quản lý môi trường khu vực Đông Triều – Uông Bí 51

3.2.1 Ô nhiễm môi trường không khí 51

3.2.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước 53

3.2.3 Hiện trạng tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên sinh vật 54

3.2.4 Giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu và bảo vệ môi trường cho khu vực khai thác than vùng Đông Triều – Uông Bí 54

3.2.5 Giải pháp quản lý nhằm giảm thiểu và bảo vệ môi trường cho khu vực khai thác than vùng Đông Triều – Uông Bí 57

3.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS môi trường 58

3.3.1 Nguồn dữ liệu 59

3.3.2 Phần mềm sử dụng 59

3.4 Cơ sở dữ liệu thông tin địa hình: CSDL_nen 59

3.4.1 Cơ sở thiết kế 59

3.4.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu 60

3.4.3 Nhập dữ liệu vào Geodatabase 61

3.4.4 Xây dựng ràng buộc toàn vẹn dữ liệu không gian (quan hệ Topology) 61

3.4.5 Nhập dữ liệu thuộc tính 63

3.5 Cơ sở dữ liệu thông tin môi trường 67

3.5.1 Cơ sở thiết kế 67

3.5.2 Nguồn dữ liệu 67

3.5.3 Thiết kế Geodatabase 67

3.5.4 Xây dựng ràng buộc toàn vẹn dữ liệu không gian (quan hệ Topology) 67

3.5.5 Nhập dữ liệu thuộc tính 68

3.5.6 Sử dụng phần mềm EQWIN 72

3.6 Kết quả xây dựng và quản lý CSDL môi trường, phân tích và đánh giá dữ liệu môi trường vùng than Uông Bí, Quảng Ninh 78

3.6.1 Kết quả xây dựng và quản lý CSDL môi trường vùng than Uông Bí, Quảng Ninh 78

3.6.2 Kết quả phân tích và đánh giá dữ liệu môi trường vùng than Uông Bí, Quảng Ninh 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 93

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT

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

CSDL: Cơ sở dữ liệu

Megadata: Siêu dữ liệu

Feature Dataset: Nhóm lớp

Feature Class: Lớp đối tượng

Topology: Cấu trúc hình học không gian

MT: Môi trường

TKV: Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam

BTNMT: Bộ Tài nguyên Môi trường

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ

Bảng 3.3 Mối quan hệ Topology của các đối tượng trong cơ sở dữ liệu thông

tin địa hình

62

Bảng 3.12 Mối quan hệ Topology của các đối tượng trong CSDL môi trường 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ

Hình 3.6 Bảng thông số môi trường (Parameters): Nhập và hiển thị thuộc

tính

77

Hình 3.7 Bảng tiêu chuẩn môi trường (Standards): Nhập và hiển thị thuộc tính 78 Hình 3.8 Bảng tiêu chuẩn môi trường (Samlpe): Hiển thị dữ liệu quan trắc 78

Hình 3.11 Bản đồ ô nhiễm môi trường theo chuyên đề ô nhiễm kim loại

nặng sắt tổng Fe-T

82

Hình 3.15 Đồ thị ô nhiễm môi trường thông số BOD 85

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong nhiều năm qua, do nhu cầu than trong nước và trên thế giới ngày càng tăng nhanh nên ngành than đã tổ chức lại sản xuất, tăng cường đầu tư trang thiết bị máy móc hiện đại, sản lượng khai thác than không ngừng tăng nhanh từ 12 triệu tấn năm 2000 đã tăng lên 45 triệu tấn năm 2009, góp phần làm tăng trưởng kinh tế của tỉnh Mặt khác, theo tính toán để khai thác 1 tấn than phải bóc từ 6 – 8 m3 đất đá và thải ra 1 – 3 m3 nước thải Do vậy, hàng năm sẽ thải vào môi trường khoảng 160 triệu m3 đất đá và khoảng 60 triệu m3 nước gây tích tụ, bồi lắng, rửa trôi đất đá, làm ảnh hưởng đến các khu dân cư đô thị và các cửa sông, ven biển, làm suy thoái nghiêm trọng tài nguyên đất đai, rừng biển… Có thể nói, do hoạt động khai thác than với tốc độ cao và vấn đề môi trường chưa được đầu tư tương xứng là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường về đất, nước, không khí và sức khoẻ cộng đồng dân cư Ô nhiễm ở nhiều khu vực đã đến mức nghiêm trọng, như Mạo Khê, thị xã Uông Bí, thị xã Cẩm Phả… Vì vậy vấn đề kiểm soát ô nhiễm môi trường trở nên hết sức cấp bách và cần được chú trọng đặc biệt

Khoa học công nghệ ngày càng phát triển và tiến bộ vượt bậc Tin học hóa trong công tác quản lý đã và đang được triển khai một cách toàn diện, và mang lại một hiệu quả to lớn, thiết thực trong công cuộc tái thiết đất nước Việc ứng dụng các công nghệ mới vào quản lý sẽ giúp giảm bớt gánh nặng cho con người trong quản lý, làm tăng năng

suất và hiệu quả lao động Do vậy, đề tài: “Xây dựng bản đồ và cơ sở dữ liệu GIS

phục vụ quản lý môi trường do tác động của quá trình khai thác mỏ khu vực vùng than Uông Bí, Quảng Ninh” là hết sức cần thiết Cơ sở dữ liệu của đề tài có thể cập

nhật, trao đổi thông tin và chuyển giao dữ liệu một cách nhanh chóng, chính xác

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu bằng công nghệ GIS phục vụ trực tiếp công tác giám sát, dự báo, cảnh báo và cập nhật bản đồ môi trường do ảnh hưởng của khai thác than khu vực vùng than Đông Triều – Uông Bí tỉnh Quảng Ninh

- Phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội khu vực

Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu các nội dung quản lý sự ô nhiễm của môi trường nước mặt

- Nghiên cứu cơ sở khoa học và công nghệ GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu

- Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý ô nhiễm môi trường nước mặt

3 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi khoa học: Ứng dụng phần mềm GIS thành lập cơ sở dữ liệu phục

vụ quản lý môi trường

- Phạm vi lãnh thổ: khu vực vùng than Đông Triều, Uông Bí được chọn để nghiên cứu

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được các mục đích đề ra, luận văn tập chung vào các nội dung chính sau:

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về GIS, cơ sở dữ liệu

- Thu thập số liệu thực tế về môi trường và các thông số môi trường khu vực Đông Triều – Uông Bí

- Xây dựng cơ sở dữ liệu

- Xử lý, phân tích kết quả quan trắc môi trường và báo cáo

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu, tác giả chọn cách tiếp cận và các phương pháp nghiên cứu vừa truyền thống vừa hiện đại phù hợp với yêu cầu phân tích, đánh giá thực trạng về chất lượng môi trường cũng như dự báo những diễn biến về môi trường trong tương lai, trong quan hệ với nguồn thải gây ô nhiễm do hoạt động khai thác than khu vực vùng than Đông Triều – Uông Bí Trong luận văn tác giả xây dựng cụ thể cho các yếu tố ô nhiễm môi trường nước mặt theo các phương pháp sau:

Phương pháp thu thập, thống kê, phân tích và tổng hợp dữ liệu

Dựa vào tài liệu đã có tiến hành thống kê các nguồn thải, phân tích đánh giá các tác nhân gây ô nhiễm môi trường

Phương pháp này giúp thu thập được những thông tin và các vấn đề có liên quan, xử lý chúng để đưa ra nhận xét, kết luận và kiến nghị giải pháp cho phù hợp Các tư liệu sử dụng trong luận văn này gồm các công trình nghiên cứu trước đó, các bài viết, báo cáo trên các phương tiện thông tin đại chúng, sách báo và internet Phương pháp này tiết kiệm được thời gian và kinh phí nhưng vẫn có tầm nhìn khái quát về vấn đề cần nghiên cứu

Phương pháp điều tra thực địa

Để đảm bảo chính xác, độ tin cậy của các thông tin thể hiện trên bản đồ ta tiến hành công tác điều tra thực địa nhằm kiểm tra, chỉnh sửa các đối tượng còn nghi ngờ hoặc đã thay đổi và bổ sung các đối tượng được xây mới

Sử dụng bản đồ hành chính, bản đồ địa hình và bản đồ hiện trạng sử dụng đất các tỷ lệ để so sánh, đối chiếu, hiện chỉnh các yếu tố đã bị sai cũ và bổ sung các yếu

tố về địa hình, dân cư, kinh tế - văn hóa - xã hội, giao thông mới

Phương pháp viễn thám, bản đồ và hệ thông tin địa lý

Phương pháp viễn thám, bản đồ và hệ thông tin địa lý nhằm theo dõi, đánh giá hiện trạng và diễn biến môi trường toàn khu vực Lưu trữ, cập nhật các thông tin kể

cả dữ liệu bản đồ Công nghệ GIS giúp cho việc lưu trữ, cập nhật và sử dụng có hiệu quả các dữ liệu về môi trường trên toàn lưu vực Phương pháp bản đồ (mô hình không gian, trực quan) giúp cho việc thể hiện trực quan nhất các kết quả nghiên cứu, các điểm nóng về môi trường

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài là tạo ra hướng quản lý mới về kiểm soát ô nhiễm môi trường dựa trên công nghệ GIS

Nguồn dữ liệu sẽ được chia sẻ, trao đổi rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực và các ngành liên quan

Ý nghĩa thực tiễn lớn của đề tài tạo ra là tăng năng suất lao động, tổng hợp đánh giá được mức độ ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới kinh tế – xã hội khu vực nghiên cứu Dựa vào đó đưa ra các biện pháp hạn chế, xử lý ô nhiễm môi trường thích hợp

7 Kết quả đạt được của đề tài

Xây dựng cơ sở dữ liệu:

Cơ sở dữ liệu nền địa lý: ranh giới mỏ, thủy văn, dân cư, hành chính…

Cơ sở dữ liệu chuyên đề:

+ Hệ thống các bảng biểu, bài viết, qui định, được đưa vào trong CSDL

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu thành lập bản đồ quản lý môi trường do tác động của quá trình khai thác than

8 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 2: Phương pháp xây dựng CSDL quản lý môi trường bằng GIS

Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường khu vực vùng than Đông Triều, Uông Bí

Kết luận và kiến nghị

9 Lời cảm ơn

Lời đầu tiên tác giả luận văn xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Kiều Kim Trúc, thầy là người đã đưa ra định hướng và tận tình hướng dẫn về mặt khoa học cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu

Tác giả xin trân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Bộ môn Trắc địa Mỏ, khoa Trắc địa đã có những ý kiến đóng góp 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 cho tôi trong quá trình hoàn thành khoá học cao học

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các cán bộ phòng Môi trường của Viện

trường-TKV (VITE) đã hỗ trợ và cung cấp dữ liệu cho luận văn

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

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về môi trường và quản lý môi trường

1.1.1 Khái niệm môi trường

1 Môi trường là gì?

Môi trường theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự sinh sống, sản xuất của con người, như tài nguyên thiên nhiên, không khí, đất, nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội

Môi trường theo nghĩa hẹp không xét tới tài nguyên thiên nhiên, mà chỉ bao gồm các nhân tố tự nhiên và xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống con người Ví dụ: môi trường của học sinh gồm nhà trường với thầy giáo, bạn bè, nội quy của trường, lớp học, sân chơi, phòng thí nghiệm, vườn trường, tổ chức xã hội như Đoàn, Đội với các điều lệ hay gia đình, họ tộc, làng xóm với những quy định không thành văn, chỉ truyền miệng nhưng vẫn được công nhận, thi hành và các cơ quan hành chính các cấp với luật pháp, nghị định, thông tư, quy định

Tóm lại, môi trường là tất cả những gì có xung quanh ta, cho ta cơ sở để sống và phát triển

2 Ô nhiễm môi trường là gì?

"Ô nhiễm môi trường là sự thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm Tiêu chuẩn môi trường"

Trên thế giới, ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hóa chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ

Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu

1.1.2 Ảnh hưởng của quá trình khai thác than đến môi trường

Khai thác than là nguyên nhân chính khiến môi trường Quảng Ninh bị ô nhiễm nghi êm trọng Hoạt động sản xuất (khai thác, vận chuyển, chế biến, kho bãi, bến xuất) xen lẫn các khu dân cư, lân cận với các đô thị, các khu kinh tế trọng điểm, thượng nguồn sông suối, các hệ sinh thái nhạy cảm cửa sông ven biển và nhiều nguồn tài nguyên thiên nhiên, văn hoá, lịch sử quan trọng (Di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long, Di tích lịch sử văn hoá Yên Tử) đã bị ảnh hưởng nghiêm trọng trong suốt thời gian qua Đặc biệt là giai đoạn 2003 đến nay do việc tăng sản lượng khai thác trong khi đó hạ tầng kỹ thuật và các công trình bảo vệ môi trường chưa được quan tâm đầu tư thích đáng

Hình 1.1 Moong khai thác than

1 Không khí

Ô nhiễm không khí là ô nhiễm mà bất kì chất nào đó (quan sát được hoặc không quan sát được) được tìm thấy trong không khí, không phải là thành phần không khí hoặc là thành phần của không khí nhưng ở một nồng độ nào đó trong một thời gian nhất định sẽ gây hại cho sinh vật và tài sản

Có hai nguồn gây ONMT không khí là do tự nhiên và nhân tạo:

+ ONMT không khí do tự nhiên: Bụi, khói và một số khí do cháy rừng, sự phân huỷ của các chất ở sông, phát tán phấn hoa…

+ ONMT không khí do nhân tạo: Đây là nguồn ô nhiễm lớn nhất thường tập chung ở các thành phố lớn và đông dân cư Trong sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp (khí thải do nhà máy và các khu công nghiệp, sử dụng xăng dầu, khai thác khoáng sản…), giao thông (khí thải do xe cộ đi lại), sinh hoạt (đun nấu, đốt than, máy điều hoà…)… Các chất có trong không khí bị ô nhiễm như: Bụi lơ lửng,

SO2, CO, NO2, H2S, hơi axit, chì…

Môi trường không khí các khu vực khai thác khoáng sản và lân cận thường xuyên bị ô nhiễm do bụi, khí độc, khí nổ và tiếng ồn phát sinh ở hầu hết các khâu sản xuất Nguồn phát sinh bụi lớn nhất là từ các khâu sàng, chế biến vận chuyển than Ngoài ra bụi còn sinh ra từ các bãi thải chưa từng đổ thải hoặc những bãi thải

đã từng đổ thải nhưng chưa được cải tạo, phủ thảm thực vật Hàm lượng bụi tại các khu vực khai thác than, chế biến than đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 1,2 – 5,2 lần (trung bình trong 24h); hàm lượng bụi tại các khu dân cư lân cận các khu vực sản xuất, chế biến than tại Quảng Ninh vượt tiêu chuẩn cho phép 3.3 lần (trung bình 24h)

Hiện nay huyện Đông Triều và thị xã Uông Bí đã triển khai nhiều giải pháp quản lý bảo vệ môi trường, đặc biệt là việc cấm vận chuyển than trên quốc lộ 18A, các phương tiện vận chuyển theo đường chuyên dụng, quy hoạch, sắp xếp lại các cảng, bến cảng đã hạn chế được ô nhiễm môi trường trong vận chuyển than đến khu dân cư tập chung Tuy nhiên, theo kết quả quan trắc môi trường tại khu vực này năm 2009, tình trạng ô nhiễm bụi do hoạt động khai thác, chế biến, vận chuyển than vẫn còn tồn tại

2 Môi trường đất đai

Môi trường đất là nơi trú ngụ của con người và hầu hết các sinh vật cạn, là nền móng cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và văn hoá của con người Đất là nguồn tài nguyên quý giá, con người sử dụng tài nguyên đất

vào hoạt động sản xuất nông nghiệp đảm bảo nguồn cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người

Ô nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hoá học độc hại hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường do các hoạt động của con người như: khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sản xuất phân bón hoá học thuốc trừ sâu Các chất làm ô nhiễm môi trường đất như: dầu, kim loại nặng, chất phóng xạ, chất hữư

cơ (từ các bã hữu cơ, vượt quá khả năng tự làm sạch môi trường đất ô nhiễm CH4,

H2S và quá dư thừa vi sinh vật yếm khí), vi sinh vật môi trường đất

Ngành công nghiệp than đã ra đời và trải qua phát triển hơn 120 năm, hiện nay hàng năm ngành than khai thác trên 13-14 triệu tấn than sạch, đào bình quân trên 100km đường lò, bóc và đổ thải trên 50 triệu m3 đất đá, sử dụng trên 160m3 gỗ, khoảng 15 ngàn tấn thuốc nổ và hàng chục ngàn tấn nhiên liệu các loại Việc khai thác than đã tạo một lượng đất đá thải lớn, đất bị nhiễm kim loại nặng, đất nhiễm than và đá do đó việc cải tạo tái sử dụng đất này là rất khó khăn thậm chí là không thể tái sử dụng được Ngoài ra việc khai thác than hầm lò còn gây ra sụt lún bề mặt

3 Môi trường nước

Ô nhiễm môi trường nước (ONMT) là nồng độ các chất ô nhiễm vượt quá mức an toàn, vượt khả năng tự làm sạch của môi trường nước Các nguồn gây ONMT là do nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, do mưa tuyết, bão lũ đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật, vi sinh vật có hại… đã đưa vào nguồn nước các chất gây ô nhiễm như: pH, hàm lượng cặn lơ lửng, độ đục, độ dẫn điện, tổng độ khoáng hoá, oxi hoà tan DO, BOD5, COD, NH4+,

NO-3, PO-4, Cl-, tổng lượng Fe, tổng số colifrom, kim loại nặng Khai thác than đã đưa vào môi trường một lượng lớn nước thải mỏ, theo thống kê nộp phí bảo vệ môi trường đối với nước thải mỏ năm 2009 là 38.914.075m3, lượng nước thải này chưa tính tới nước rửa trôi từ các bãi thải mỏ Hai thông số điển hình tác động đến môi trường là tính axit và cặn lơ lửng, bên cạnh đó là hàm lượng Fe và Mn Độ pH của nước thải mỏ dao động từ 1,7 – 2,4 lần, cá biệt có nơi vượt đến 8.09 lần Nước thải

mỏ gây nhiều ảnh hưởng đến hệ thống sông suối, hồ, vùng ven biển như gây bồi lấp, làm mất nguồn sinh thủy, suy giảm chất lượng nước… Do tác động lâu ngày,

trong đó có tác động của khai thác than trái phép trong một thời gian dài, một số hồ thủy lợi vùng Đông Triều đã bị chua hóa, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước phục

vụ nông nghiệp

Ô nhiễm môi trường nước gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đối với sức khoẻ con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ nghơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã Đối với sức khoẻ con người có thể gây ra các bệnh như:

+ Nước nhiễm Cd: gây ra bệnh phù phổi, rối loạn chức năng thận, thoái hoá xương, và gây tử vong cao ở trẻ em sơ sinh

+ Nước nhiễm Pb: ảnh hưởng đến hệ thống máu, thận, gan

+ Nước nhiễm Hg: ảnh hưởng đến quá trình lọc máu, ức chế trao đổi chất, rối loạn trí nhớ và bệnh trầm cảm

+ Nước nhiễm Asen: gây bệnh ung thư

4 Tiếng ồn

Tiếng ồn là tập hợp những âm thanh có cường độ và tần xuất khác nhau, được sắp xếp một cách không có trật tự Gây ra những cảm giác khó chịu cho người nghe, làm ảnh hưởng xấu tới tinh thần và năng xuất lao động Những âm thanh này

có tần số vượt quá khả năng chịu đựng của con người

Ô nhiễm tiếng ồn là khi những âm thanh này có tác dụng kích thích quá mạnh, xảy ra không đúng lúc đúng chỗ ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người

Các nguồn gây ô nhiễm môi trường như: phương tiện giao thông, xây cất công trình, hoạt động công nghiệp (dệt, cưa xẻ gỗ…), tiếng ồn xã hội…

Trong công nghiệp khai thác than cũng gây ra tiếng ồn do khoan nổ mìn, các phương tiện vận chuyển than và đất đá đổ thải

Ô nhiễm tiếng ồn sẽ gây ra những hậu quả đáng lo ngại như: gây ức chế thần kinh, giảm sự chú ý dẫn tới năng suất lao động giảm, hạn chế khả năng phát huy sáng kiến và có thể gây tai nạn Ô nhiễm tiếng ồn làm ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người gây choáng váng ù tai, thính giác giảm, đôi khi bị thủng điếc… nếu phải chịu đựng lâu dài thì sẽ bị điếc nghề nghiệp

Mức tiếng ồn cho phép là 40dB – 50dB, ở mức 58dB – 60dB – 63dB làm giảm sức người nghe

1.1.3 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 lượng 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

* Nguyên tắc chủ yếu của công tác quản lý môi trường bao gồm:

- Hướng công tác quản lý môi trường với 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 hịên 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 nhiễm môi trường gây

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

* Công cụ quản lý môi trường

- 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, chi phí đánh vào các hoạt động sản xuất kinh doanh

- Các công cụ kỹ thuật quản lý thực hiện vai trò kiểm soát và giám sát 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 đánh giá môi trường, xử lý chất thải, tái chế và tái sử dụng chất thải

1.1.4 Cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý môi trường

Cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, hệ thông tin địa lý GIS, thì việc xử lý thông tin và tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau nhằm quản lý tổng hợp môi trường thực sự trở thành nhu cầu cấp thiết ở Việt Nam trong nhiều năm qua Những dữ liệu đầu ra ở dạng số lưu, trong các phần mềm máy tính khác nhau, khi được tích hợp trong một mô hình toán học chung sẽ giúp ích nhiều cho việc lưu trữ và quản lý, tiến tới những khả năng dự báo nguy cơ tai biến và hạn chế

ô nhiễm môi trường Khu vực than Đông Triều – Uông Bí thời gian qua có nhiều vấn đề môi trường như tình trạng ô nhiễm các nguồn nước, không khí, đất đai, tiếng

ồn do bị ảnh hưởng của quá trình khai thác than và các chất thải công nghiệp, sinh hoạt Trên cơ sở đó thì Tập đoàn Than – Khoáng sản Việt Nam – TKV cũng đã chú

ý tới việc bảo vệ môi trường, tại các mỏ cũng tiến hành quan trắc môi trường nhằm theo dõi, giảm thiểu và ngăn chặn sự ô nhiễm môi trường nước, môi trường đất, không khí trong khu vực, đòi hỏi sự nghiên cứu sâu về khả năng ứng dụng công nghệ mới cho truy cập, quản lý, theo dõi và đánh giá dự báo những biến động xấu trong tương lai Việc ứng dụng một mô hình quản lý tổng thể có sự tham gia của dữ liệu viễn thám giúp ích nhiều cho khả năng dự báo và hạn chế các tác động gây ô nhiễm sau này

Trên thế giới đã ứng dụng viễn thám và GIS trong phòng chống thiên tai, bảo

vệ môi trường, đánh giá tài nguyên thiên nhiên

Tại Việt Nam cũng có một số nghiên cứu khoa học về quản lý môi trường nhưng chủ yếu là đề xuất về xây dựng hệ thống thông tin và chuẩn dữ liệu Những nghiên cứu mang tính thực nghiệm chủ yếu là sử dụng tư liệu viễn thám và GIS để giám sát biến động sử dụng đất, tính toán và dự báo lũ trong lưu vực sông…, mà chưa có hệ thống thông tin thống nhất chung cho các ngành, các địa phương

1.2 Khả năng ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý môi trường

1.2.1 Định nghĩa về Hệ thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) đã ra đời và phát triển từ những năm 1960 và có một số định nghĩa như sau:

Định nghĩa chung:

“ GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm , dữ liệu địa lý và người thiết kế để thực hiện có hiệu quả việc thu thập, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích và thể hiện các thông tin địa lý”

- Burrough, 1986: GIS là những công cụ mạnh để tập hợp, lưu trữ, truy cập, khôi phục, biểu diễn dữ liệu không gian từ thế giới thực, đáp ứng những yêu cầu đặc biệt

- Lord chorley, 1987: GIS là hệ thống thu nạp, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, vận dụng, phân tích và biểu diễn dữ liệu tham chiếu tới mặt đất Những dữ liệu này thông thường là cơ sở dữ liệu tham chiếu không gian dựa trên những phần mềm ứng dụng

- Michael Zeiler: Hệ thông tin địa lý GIS là sự kết hợp giữa con người thành thạo công việc, dữ liệu mô tả không gian, phương pháp phân tích, phần mềm và phần cứng máy tính- tất cả được tổ chức quản lý và cung cấp thông tin thông qua sự trình diễn địa lý

- David Cowen, NCGIA, Mỹ: GIS là hệ thống phần cứng, phần mềm và các thủ tục được thiết kế để thu thập, quản lý, xử lý, phân tích, mô hình hoá và hiển thị

các dữ liệu quy chiếu không gian, để giải quyết các vấn đề quản lý và lập kế hoạch phức tạp

Mặc dù có sự khác nhau về mặt tiếp cận, nhưng nhìn chung các định nghĩa

về GIS đều có các đặc điểm giống nhau như sau: bao hàm khái niệm dữ liệu không gian (Spatial Data) Phân biệt giữa hệ thông tin địa lý (Management Information System – MIS) và GIS Về khía cạnh của bản đồ học thì GIS là kết hợp của lập bản

đồ trợ giúp máy tính và công nghệ cơ sở dữ liệu So với bản đồ thì GIS có lợi thế là lưu trữ dữ liệu và biểu diễn chúng là hai công việc tách biệt nhau Vì vậy, có nhiều cách quan sát từ các góc độ khác nhau trên cùng tập dữ liệu

GIS là hệ thông tin địa lý trong đó có chức năng thành lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất 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 địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược)

GIS là hệ thông tin địa lý cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp và phát triển các giải pháp hiệu quả mà trước đây không thực hiện được GIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề

Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kĩ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ

1.2.2 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS

Hệ thống thông tin địa lý GIS có hai khả năng chính là phân tích không gian

và chồng xếp thông tin GIS được kiến trúc từ các thành phần cơ bản là:

Phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, con người sử dụng Thể hiện:

Hình 1.2 Các thành phần cơ bản của công nghệ GIS

1 Phần cứng

Bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi

- Máy tính có thể là máy tính lớn, máy tính mini hay máy vi tính do các hãng khác nhau sản xuất với các cấu hình khác nhau

- Các thiết bị ngoại vi chính bao gồm: bàn số hoá, máy quét, máy in, máy vẽ

… Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng về kích cỡ, kiểu dáng, tốc độ

+ Nhóm phần mềm quản trị bản đồ (Mapinfor, Arc/View, Mge…) Là những phần mềm mà ngoài chức năng tành lập bản đồ số, nắn chỉnh hình học , chuyển đổi toạ độ chúng có khả năng quản trị các thông tin bản đồ và thông tin thuộc tính của chúng

+ Nhóm phần mềm quản trị và phân tích không gian (Arc/Infor, Arc/View, MGE, Softdesk, Arc GIS… ) Là các phần mềm mà ngoài khả năng cập nhật và quản lý thông tin chúng có thêm chức năng phân tích dữ liệu không gian

+ Các phần mềm GIS rất đa dạng có nhiều tính năng khác nhau Các Modul phần mềm phải thực hiện được các nhiện vụ, bao gồm:

- Nhập và kiểm tra dữ liệu

- Phân tích và biến đổi dữ liệu

- Lưu trữ và quản trị dữ liệu

- Hỏi đáp về dữ liệu và tương tác với người sử dụng

- Xuất và in ấn dữ liệu

3 Dữ liệu

Thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu Các dữ liệu không gian địa lý và dữ liệu thuộc tính được tổ chức trong một cơ cấu của một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu GIS

Mô hình cơ sở dữ liệu của GIS

Sè liÖu kh«ng gian

C¬ së d÷ liÖu

thöa 101 A JOIN Sè liÖu phi kh«ng gian pipe 12c 1969

Hình 1.3: Sơ đồ mô hình cơ sở dữ liệu của GIS

Dữ liệu hệ thông tin địa lý có thể chia ra làm 2 loại:

- Dữ liệu không gian: là dữ liệu về vị trí và hình dạng của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu nhất định (toạ độ)

- Dữ liệu phi không gian: là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý, dữ liệu này có thể là định lượng hoặc định tính…

Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian trong GIS là cơ

sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS

d Con người

Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế Người sử dụng GIS có thể là những chuyên gia kĩ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc

1.2.3 Các chức năng cơ bản của GIS

* Các chức năng cơ bản của GIS gồm:

- Nhập và biến đổi dữ liệu địa lý (dữ liệu không gian và phi không gian) từ dạng thực tế (bản đồ, biểu đồ, bảng số liệu) sang dạng số thích hợp để tạo một cơ sở

dữ liệu làm nguồn thông tin cơ bản cho các GIS

- Quản lý dữ liệu với các chức năng: lưu trữ, hiển thị, cập nhật và truy xuất

dữ liệu (chức năng của một hệ quản trị CSDL)

- Xử lý phân tích dữ liệu: là chức năng quan trọng của GIS, là khả năng kết nối, phân tích các dữ liệu không gian và phi không gian, phân tích tổng hợp để giải quyết các yêu cầu của bài toán (chức năng của một hệ thông tin địa lý thực thụ)

- Xuất dữ liệu theo các dạng sử dụng thông thường như bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, các dạng lưu trữ mới như đĩa mềm, đĩa quang, đĩa CD, ổ cứng…

1.2.4 Mô hình dữ liệu của GIS

Mô hình hoá dữ liệu là phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Nhiều loại phần mềm máy tính và các thiết bị ngoại vi đã trợ giúp, tạo điều kiện dễ dàng và hiệu quả cho sự phát triển của mô hình hoá dữ liệu Trong lĩnh vực tổ chức dữ liệu các yếu tố địa lý – môi trường thì mô hình chồng xếp được

coi là thông dụng nhất Các đối tượng tự nhiên được thể hiện như một tập hợp các thông tin riêng rẽ, tách biệt Ví dụ về mô hình dữ liệu được thể hiện ở Hình 1.4

Các thông tin trong hệ thống thông tin địa lý sẽ được tổ chức theo các lớp (layer) dưới dạng bản đồ chuyên đề Như vậy, lớp thông tin là các dữ liệu địa lý cần thể hiện, lưu trữ và quản lý

Đối tượng địa lý có thể là: sông ngòi, sự phân bố khoáng sản, địa hình, địa mạo, hiện trạng sử dụng đất, các đứt gãy kiến tạo, mật độ dân cư…

Tuỳ vào mục đích sử dụng, yêu cầu quản lý, các lớp thông tin sẽ được tổng hợp, chọn lọc, khái quát và tổ chức hợp lý để sự thể hiện của các lớp đạt hiệu quả cao nhất

Hình 1.4 Phân tích lớp thông tin trong mô hình chồng xếp GIS

1.2.5 Công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu bằng GIS

Trong xây dựng CSDL việc ứng dụng công nghệ GIS là một yêu cầu cấp thiết Công nghệ GIS đã tạo ra những lợi ích quan trọng trong quá trình xây dựng các loại bản đồ, nâng cao hiệu quả cho việc giải quyết bài toán về môi trường Công nghệ GIS giúp các nhà quản lý lưu trữ, phân tích và hệ thống hoá được mọi thông tin cần

thiết về các loại bản đồ trên máy tính trong một thời gian dài và thường xuyên có thể bổ sung, cập nhật, tra cứu một cách dễ dàng phục vụ cho công tác phân tích và quản lý

Công nghệ GIS có thế mạnh đó là khả năng truy vấn (query), hỏi đáp không gian, tìm kiếm thông tin kết hợp giữa thông tin về không gian và thông tin về thuộc tính, xử lý dữ liệu địa lý (phân tích không gian) cho kết quả nhanh chóng, chính xác

và hiệu quả Trong GIS mỗi modul đều có chức năng chuyên biệt và cho ra kết quả

ở nhiều dạng khác nhau Kết quả truy vấn có thể tính toán, phân tích và xử lý tùy theo mục đích sử dụng Công nghệ GIS đã giúp cho việc giải quyết các bài toán quy hoạch đơn giản đi rất nhiều và người sử dụng có thể trao đổi các thông tin hoặc dựa trên nền tảng này để phát triển thêm các modul khác đáp ứng các yêu cầu chuyên biệt

* Vai trò của CSDL trong quản lý môi trường

Với khả năng quản lý thông tin trong hệ tọa độ địa lý, GIS giữ vai trò:

• Cập nhật - tích hợp - phân tích thông tin không gian đa lĩnh vực (bao gồm phân tích yếu tố kinh tế xã hội, sinh thái,…)

• Thành lập mô hình dữ liệu mở rộng, tạo ra một hệ dữ liệu không gian thống nhất, quản lý các dữ liệu

• Quản lý và xây dựng dữ liệu thông tin chuyên đề, cho phép đánh giá xu thế biến động, phục vụ công tác quy hoạch khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên Database: lưu trữ, cập nhật, hiển thị các thông tin, số liệu, dữ liệu Database được xem là cầu nối thông tin vì nó vừa lưu trữ thông tin từ kết quả vận hành của các phần mềm khác đồng thời vừa cung cấp thông tin để cho các phần mềm khác vận hành.Với hệ thông tin dữ liệu về các thông số môi trường thì đây là công cụ hỗ trợ cho việc ra các quyết định liên quan đến sử dụng và bảo vệ môi trường sống cho con người, khai thác sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên

- Công nghệ GIS, quản lý dữ liệu một cách thống nhất hợp lý, tạo ra nguồn dữ liệu địa lý duy nhất, chính thống, có cơ chế quản lý và sử dụng cho mỗi loại dữ liệu địa lý môi trường

- Từng bước nâng cao độ tin cậy và phong phú của dữ liệu địa lý: dữ liệu địa lý phải theo chuẩn thống nhất, đồng bộ không mâu thuẫn Bản đồ được gắn với nguồn

dữ liệu thuộc tính ngày càng phong phú

- Hình thành hệ thống CSDL môi trường đồng bộ với các hệ thống thông tin,

cơ sở dữ liệu môi trường khác, phát triển các ứng dụng khác để khai thác thông tin bản đồ

Thực hiện các quyền của cộng đồng được biết các thông tin về môi trường Bản đồ luôn là công cụ trực quan cho người sử dụng khai thác, tra cứu và nắm bắt các thông tin về môi trường

* Các nghiên cứu ứng dụng của GIS trong quản lý môi trường

Quản lý tổng hợp môi trường có rất nhiều nội dung trong đó có một số nội dung có thể áp dụng được công nghệ GIS:

• Quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên:

Để có thể quản lý tốt các nguồn tài nguyên trong khu vực như tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản… cần có đầy đủ các loại bản đồ cần thiết như bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ lớp phủ, bản đồ địa hình, địa giới

• Bảo vệ môi trường nước:

Đánh giá được tác động của ngành công nghiệp khai thác than đối với hệ sinh thái và hậu quả của nó đối với đời sống con người

• Phòng chống thiên tai:

Hệ thông tin địa lý là công cụ hữu hiệu giúp cho các nhà khoa học và quản lý, đặc biệt là các nhà địa lý nghiên cứu, điều tra tài nguyên môi trường và nắm bắt thông tin nhanh chóng và đồng bộ trên diện rộng Hệ thông tin địa lý sẽ là nguồn tư liệu khách quan mang tính kế thừa và đổi mới liên tục trong bản đồ số, thực sự trở thành những tư liệu đáng tin cậy cho các nhà chuyên môn và quản lý tham khảo trong nhiều lĩnh vực và cũng giúp cho các nhà quản lý dễ dàng tiếp cận với sự phát triển của công nghệ tin học hiện nay

1.3 Quản lý môi trường khu vực Đông Triều – Uông Bí bằng công nghệ hệ Thông tin địa lý

Công tác quản lý môi trường cho sự phát triển bền vững đòi hỏi sự tổng hợp, phân tích một lượng thông tin lớn, đa dạng và toàn diện Nếu không khai thác, phát triển và sử dụng công nghệ mới, việc tổng hợp và phân tích số liệu gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí có những bài toán thực tế không thể giải được bằng phương pháp thông thường Một nhiệm vụ thực tế hết sức to lớn và không thể thực hiện được bằng phương pháp truyền thống là tiến hành chồng xếp và phân tích bản đồ kết hợp, đối sánh các tờ bản đồ khác nhau với các chuyên đề, tỷ lệ và thời gian khác

nhau Điều này chỉ có thể thực hiện được trong phần mềm HTĐL

Trong thực tế, HTTĐL tiến hành nhiệm vụ cụ thể sau:

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

lệ, thời gian khác nhau vào một cơ sở toán học: phần mềm máy tính

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

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

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

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

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ

MÔI TRƯỜNG

2.1 Tổng quan về cơ sở dữ liệu

2.1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu GIS

1 Khái niệm

Cơ sở dữ liệu (Database): Là tập hợp các thông tin được thu thập theo mục đích sử dụng nào đó, được lưu trữ trong máy tính theo những quy tắc nhất định Đó

là tập hợp dữ liệu mà có thể điều khiển và lưu trữ một số lượng dữ liệu lớn và các

dữ liệu này có khả năng trao đổi hoặc biến đổi để phục vụ cho đa ngành, đa mục đích, cho nhiều người sử dụng

Trong GIS, cơ sở dữ liệu được mở rộng và đa dạng hóa Ngoài các dữ liệu ở dạng thống kê hay mô tả cho đối tượng, được lưu trữ dưới dạng các bảng dữ liệu hoặc các tập tin văn bản (mà được gọi là dữ liệu thuộc tính), còn có dạng dữ liệu đồ họa dùng để biểu diễn các dữ liệu địa lý (còn được gọi là dữ liệu không gian)

Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý là tập hợp các bản đồ, hình ảnh địa lý được chuyển hóa thành các đối tượng toán học như: điểm, đường thẳng, đường cong, vùng… cùng với các thông tin số, chữ, thuộc tính của chúng, tất cả các

dữ liệu đó được lưu trữ, quản lý theo một cơ chế liên kết thống nhất Nhờ sự liên kết

dữ liệu không gian (bản đồ) với dữ liệu thuộc tính của nó sẽ cho ta một cơ sở dữ liệu với các hình ảnh sinh động, có đầy đủ các thông tin liên quan một cách tổng thể toàn bộ hiện trạng các nguồn tài nguyên thông tin quản lý, từ đó xác định được phương thức sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên đó

Dữ liệu hệ thống thông tin địa lý là những dữ liệu luôn thay đổi và phức hệ Chúng bao gồm những mô tả số của hình ảnh bản đồ, mối quan hệ logic giữa các hình ảnh đó, những dữ liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các hiện tượng xảy

ra tại các vị trí địa lý xác định Nội dung của cơ sở dữ liệu được xác định bởi các ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin địa lý trong một hoàn cảnh cụ thể

Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý gồm hai thành phần cơ bản là dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ) và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian) Mỗi một loại dữ liệu có đặc trưng riêng và chúng khác nhau về yêu cầu lưu trữ, xử lý và hiển thị

2 Mô hình cơ sở dữ liệu GIS

Hệ thống cơ sở dữ liệu được phân loại theo cấu trúc dữ liệu cơ bản bao gồm:

+ Mạng lưới (Network)

Sơ đồ 2.2 Mô hình mạng lưới (Network)

+ Quan hệ (Relational)

Sơ đồ 2.3 Mô hình quan hệ (Relational)

2.1.2 Cấu trúc dữ liệu GIS

Dữ liệu trong GIS có hai dạng là: dạng không gian và dạng phi không gian

1 Cơ sở dữ liệu không gian

Dữ liệu là trung tâm của hệ thống GIS, hệ thống GIS chứa càng nhiều thì chúng càng có ý nghĩa Dữ liệu của hệ GIS được lưu trữ trong CSDL và chúng được thu thập thông qua các mô hình thế giới thực Dữ liệu trong hệ GIS còn được gọi là

thông tin không gian Đặc trưng thông tin không gian là có khả năng mô tả “vật thể

ở đâu” nhờ vị trí tham chiếu, 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 không gian mô tả “quan hệ và tương tác” giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đặc biệt quan trọng vì cách thức thông tin sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện phân tích dữ liệu và khả năng

hiển thị đồ hoạ của hệ thống

Các loại thông tin không gian cơ sở thường được dùng để thể hiện hình ảnh bản đồ và ghi chú của nó trong các hệ thống thông tin địa lý như sau:

- Đối tượng điểm: Thể hiện các vị trí rời rạc nhằm xác định các đối tượng bản đồ mà hình dạng của chúng quá nhỏ để có thể thể hiện thành đường hoặc miền Thông thường dùng các kí hiệu đặc biệt hoặc các nhãn (Lable) để thể hiện đối tượng này

- Đối tượng đường: Là một tập hợp toạ độ điểm nối với nhau, thể hiện hình ảnh bản đồ có dạng tuyến tính

- Đối tượng vùng: Ví dụ như: hồ, xã, huyện.v.v Nó là một tập hợp các đối tượng đường kết nối với nhau tạo ra miền đóng kín

- Đối tượng chữ: Thể hiện các mô tả văn bản hay ghi chú bản đồ như tên sông, tên địa danh

Dữ liệu không gian có thể lưu trữ ở dạng vector hay dạng raster

Dữ liệu vector là những toạ độ của các điểm (x, y) hoặc các quy luật tính toán toạ

độ và nối chúng thành các đối tượng trong một hệ toạ độ xác định

Raster là dữ liệu được tạo thành bởi các ô lưới (chấm điểm) với độ phân giải xác định Đó là một ma trận các ô lưới và độ lớn của các ô lưới phụ thuộc độ phân giải cho trước Sau đây ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu dạng vector và dạng raster

Hình 2.1. Cấu trúc dữ liệu vector và raster

* Cấu trúc dữ liệu vector

Cấu trúc vector thể hiện toàn bộ thông tin thông qua các phần tử cơ bản là điểm, đường, vùng và quan hệ giữa các đối tượng với nhau (hình 2.4) Trong mô hình vector người ta trừu tượng hoá các sự vật hiện tượng và gọi chúng là các feature Các feature được biểu diễn bằng các đối tượng hình học: point, line, polygon Các biểu diễn này áp dụng cho những đối tượng đơn có hình dạng và đường bao cụ thể

Hình 2.2 Mô hình dữ liệu vecter

- Points biểu diễn các feature không có miền bao hay độ dài, hoặc biểu diễn

các feature có kích thước quá nhỏ so với tỷ lệ của bản đồ Vị trí của các đối tượng điểm như lỗ khoan có thể được biểu diễn bởi một toạ đơn x, y

Hình 2.3 Đối tượng Point

- Lines dùng để biểu diễn các feature có chiều dài xác định nhưng không có

miền bao hay những feature rất hẹp so với tỷ lệ bản đồ Đối tượng dạng đường như đường giao thông, sông suối có thể được lưu dưới dạng tập hợp các toạ điểm

Hình 2.4 Đối tượng Line

- Polygons được dùng để biểu diễn các feature có miền bao xác định: ruộng

đất, ao, hồ hay các đơn vị hành chính Đối tượng dạng vùng như khu vực buôn bán hay vùng lưu vực sông được lưu như một vòng khép kín của các điểm toạ độ

Hình 2.5 Đối tượng vùng Các đối tượng trong mô hình cấu trúc dữ liệu Vector phải tuân theo một ràng buộc không gian nhất định gọi là Topology

* Khái niệm Geodatabaes Topology: Topology trong Geodatabase cho phép người dùng mô tả sự chia sẻ hình học giữa các đối tượng trong cùng một Feature Class hoặc giữa các Feature class khác nhau Người dùng có thể tổ chức các đối

tượng trong Geodatabase để tạo ra Topology phẳng hoặc mạng lưới hình học (Geometric net work)

Khi mô hình hóa các đối tượng có các quan hệ không gian với các đối tượng khác xung quanh chúng Ví dụ, một vùng có quan hệ hàng xóm với các vùng khác

có sử dụng chung đường ranh giới và hai vùng này không bao giờ được đè lên nhau Trong công nghệ GIS, Topology là mô hình được sử dụng để mô tả làm thế nào các đối tượng chia sẻ hình học với nhau Và cũng là cơ chế để xây dựng và duy trì quan

hệ Topology giữa các đối tượng ArcGIS thực thi quan hệ Topology thông qua một tập các quy tắc, định nghĩa các đối tượng chia sẻ hình học với nhau theo cách nào

và một tập các công cụ chỉnh sửa các đối tượng vi phạm quy tắc đề ra Một Topology được lưu trong Geodatabase như một hoặc nhiều các quan hệ định nghĩa làm thế nào các Feature class có thể chia sẻ hình học với nhau

Topology duy trì chất lượng cao cho dữ liệu không gian bằng cách đảm bảo rằng các đối tượng tuân thủ các quy tắc nào đó Khi cài đặt geodatabase với topology, người dùng chỉ định các feature class tham gia vào topology và chỉ định nghĩa các quy tắc điều khiển các đối tượng chia sẻ hình học như thế nào

* Cấu trúc Raster

Cấu trúc dữ liệu raster trong đó dữ liệu được thể hiện thành một mảng gồm các Pixel và mỗi Pixel đều mang giá trị có thông số đặc trưng cho đối tượng

Mô hình raster có các đặc điểm:

+ Các điểm được xếp liên tiếp từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

+ Mỗi một điểm ảnh (pixcel) chứa một giá trị

+ Một tập các ma trận điểm và các giá trị tương ứng tạo thành một lớp (layer) + Cơ sở dữ liệu có thể có nhiều lớp

Trong mô hình dữ liệu Raster các yếu tố điểm được xác định tương ứng với một Pixel độc lập, trong thế giới thực, điểm có thể là một ngôi nhà nằm trên vài Pixel có cùng giá trị (raster) Các yếu tố đường được coi là tập hợp các Pixel liên tiếp với nhau có cùng giá trị Các yếu tố vùng được xác định bởi một tập hợp các Pixel có cùng giá trị liên tục nhau theo các hướng

Mô hình dữ liệu raster là mô hình dữ liệu GIS được dùng tương đối phổ biến trong các bài toán về môi trường, quản lý tài nguyên thiên nhiên

Mô hình dữ liệu raster chủ yếu dùng để phản ánh các đối tượng dạng vùng là ứng dụng cho các bài toán tiến hành trên các loại đối tượng dạng vùng: phân loại; chồng xếp

* Ưu nhược điểm của mô hình vecter

+ Ưu điểm:

- Việc lưu trữ được đòi hỏi ít hơn hệ thống cơ sở dữ liệu raster

- Bản đồ gốc có thể được hiện diện ở sự phân giải gốc của nó

- Đặc tính phương pháp như là các kiểu từng, đường sá, sông suối, đất đai có thể được khôi phục lại và tiến triển một cách đặc biệt

- Điều này dễ hơn để kết hợp trạng thái khác nhau của phương pháp mô tả dữ liệu với 1 đặc tính phương pháp đơn

- Hệ số hoá các bản đồ không cần được khôi phục lại từ hình thức raster

- Dữ liệu lưu trữ có thể được tiến triển trong bản đồ kiểu dạng đường thẳng mà không 1 raster để sự khôi phục vector

+ Nhược điểm:

- Cấu trúc dữ liệu phức tạp

- Vị trí của điểm đỉnh cần được lưu trữ một cách rõ ràng

- Mối quan hệ của những điểm này phải được định dạng trong một cấu trúc thuộc về địa hình học, mà nó có lẽ khó để hiểu và điều khiển

- Thuật toán cho việc hoàn thành chức năng thì hoàn toàn tương đương trong

hệ thống cơ sở dữ liệu raster là quá phức tạp và việc hoàn thành có lẽ là không xác thực

- Sự thay đổi một cách liên tiếp dữ liệu thuộc về không gian không thể được hiện diện như raster Một sự khôi phục để raster được yêu cầu tiến hành dữ liệu kiểu này

- Các bài toán phân tích và các phép lọc là rất khó thực hiện

* Ưu nhược điểm của mô hình Raster

+ Ưu điểm:

- Vị trí địa lý của mỗi ô được xác định bởi vị trí của nó trong ô biểu tượng, hình ảnh có thể được lưu trữ trong một mảng tương xứng trong máy vi tính cung cấp đủ dữ liệu bất kỳ lúc nào Vì vậy mỗi ô có thể nhanh chóng và dễ dàng xác định được địa chỉ trong máy theo vị trí địa lý của nó

- Những vị trí kế cận được hiện diện bởi các ô kế cận, vì vậy mối liên hệ giữa các ô có thể được phân tích một cách thuận tiện

- Dễ dàng sử dụng các phép toán chồng xếp và các phép toán xử lý ảnh viễn thám

- Đơn vị bản đồ ranh giới thửa được trình bày một cách tự nhiên bởi giá trị ô khác nhau, khi giá trị thay đổi, việc chỉ định ranh giới thay đổi

+ Nhược điểm:

- Khả năng lưu trữ đòi hỏi lớn hơn nhiều so với hệ thống cơ sở dữ liệu vector

- Kích thước ô định rõ sự quyết định ở phương pháp đại diện Điều này đặc biệt khó dễ cân xứng với sự hiện diện đặc tính thuộc về đường thẳng

- Độ chính xác có thể giảm nếu không sử dụng hợp lý kích thước cell

- Bản đồ hiện thị không đẹp

- Các bài toán mạng rất khó thực hiện

Như vậy, cả mô hình vector và raster đều được dùng để lưu trữ dữ liệu địa lý với những ưu điểm, nhược điểm riêng, các hệ GIS hiện đại có khả năng quản lý cả hai mô hình này

2 Cơ sở dữ liệu phi không gian

Số liệu phi không gian hay còn gọi là thuộc tính là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:

- Đặc tính của đối tượng: Liên kết chặt chẽ với các thông tin không gian có thể thực hiện tìm và phân tích

- Số liệu hiện tượng, tham khảo địa lý: Miêu tả những thông tin, các hoạt động thuộc vị trí xác định Chúng không mô tả về bản thân các hình ảnh bản đồ, mà

mô tả các danh mục hoặc các hoạt động như cho phép xây dựng, báo cáo tai nạn, nghiên cứu y tế, … liên quan đến các vị trí địa lý xác định

- Chỉ số địa lý: Tên, địa chỉ, khối, phương hướng định vị.v.v liên quan đến các đối tượng địa lý Được lưu trong hệ thống thông tin địa lý để chọn, liên kết và tra cứu số liệu trên cơ sở vị trí địa lý mà chúng đã được mô tả bằng các chỉ số địa lý xác định

- Quan hệ giữa các đối tượng trong không gian, có thể đơn giản hoặc phức tạp (sự liên kết, khoảng tương thích, mối quan hệ đồ hình giữa các đối tượng)

Số liệu thuộc tính phi không gian mô tả các thông tin về đặc tính của các hình ảnh bản đồ Chúng được liên kết với các hình ảnh không gian thông qua các chỉ số xác định chung, thông thường gọi là mã hoá địa lý (Geocode) được lưu trữ trong cả hai bản ghi dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian Trong môi trường GIS các thông tin thuộc tính như trên đã nêu là những mô tả về đặc tính, đặc điểm của các đối tượng và các hiện tượng xảy ra tại vị trí địa lý xác định Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng đặc biệt của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ với dữ liệu thuộc tính

2.1.3 Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS

1 Khái niệm

- Geodatabase (geographic database), mô hình thông tin địa lý cốt lõi để tổ chức dữ liệu GIS vào trong các lớp chủ đề, có các tính năng mở rộng cho việc lưu trữ, truy vấn và thao tác với các thông tin địa lý và dữ liệu không gian

Cấu trúc dữ liệu Geodatabase được mô tả như sau:

- Personal Geodatabase (cơ sở dữ liệu cá nhân) được thiết lập để lưu trữ cơ

sở dữ liệu không gian của cá nhân Với Personal Geodatabase, nhiều người có thể đọc được dữ liệu nhưng chỉ có một người có quyền biên tập dữ liệu

- Geodatabase feature dataset (tập dữ liệu đối tượng) nằm ở bên trong của Geodatabase cá nhân và chứa các feature class có cùng phần mở rộng và hệ tọa độ Feature dataset tương đương với một bản đồ