CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG THÔNG TIN MÔI TRƯỜNG
4.7 Hệ thống thông tin – mô hình môi trường tích hợp như sự mở rộng hệ thống thông tin môi trường
Trước khi trỡnh bày ta thống nhất một số thuật ngữ ủược sử dụng rộng rói trong nhiều cụng trỡnh khoa học gần ủõy. Như ủó biết, sự liờn kết giữa kỹ thuật tớnh toỏn và thụng tin là lý do hỡnh thành hệ thống thụng tin tự ủộng (Automatic Information System - AIS). Nột ủặc trưng của xó hội chỳng ta ngày nay khụng chỉ là sự tăng ủều khối lượng thụng tin thu thập ủược mà cũn là sự phỏt triển nhanh chúng việc sử dụng cỏc thụng tin này. Cỏc trung tõm thụng tin ủó trở nờn rất cần thiết trong nhiều hoạt ủộng khoa học thực tiễn hàng ngày, hoạt ủộng giống như chức năng của một thư viện.
Cỏc hệ thống thụng tin tự ủộng (Automatic Information System - AIS) ủược xõy dựng ủể tớch hợp cỏc loại thụng tin cú bản chất khỏc nhau. Nếu AIS ủược kết hợp với mụ hỡnh (model) thỡ khi ủú hệ này ủược gọi là cỏc Hệ thống thụng tin - mụ hỡnh tự ủộng (Automaitc Informational – Model System). Sự ra ủời và phỏt triển mạnh mẽ của GIS ủó mở ủường cho nhiều ứng dụng GIS trong nhiều lĩnh vực, trong ủú cú AIMS. Về mặt thực tiễn, việc gắn số liệu ủo ủạc với bản ủồ ủịa lý và mụ hỡnh tạo thành một hệ thống mà GS Krapivin, người Nga trong nhiều công trình của mình gọi là GIMS (Geographical Information Monitoring System) ủể phõn biệt với thuật ngữ ủó trở nờn rất quen thuộc là GIS. Một trong những chức năng quan trọng của GIMS là khả năng dự bỏo tỡnh trạng mụi trường dưới những tỏc ủộng do hoạt ủộng kinh tế của con người. Tùy thuộc vào các mô hình và mục tiêu sử dụng của mô hình mà cấu trỳc của GIMS và CSDL của chỳng sẽ khỏc nhau (vớ dụ như bài toỏn ủỏnh giỏ chất lượng mụi trường khụng khớ, ủỏnh giỏ chất lượng nước mặt của con sụng, ủỏnh giỏ chất lượng nước vùng cửa sông, của nước ngầm dẫn tới các hệ GIMS khác nhau). Về ý tưởng GIMS là sự kết hợp GIS, ngân hàng dữ liệu và tri thức (các hệ thống chuyên gia) và các hệ thống mô phỏng.
GIMS ủược xem là cụng cụ cú triển vọng ủể giải quyết cỏc bài toỏn mụi trường trong phạm vi vùng hay lớn hơn, cũng như giúp nâng cao chất lượng môi trường.
4.7.1 Sự cần thiết phải xây dựng hệ thống thông tin – mô hình tích hợp
Những quan tõm về phỏt triển bền vững tại nhiều nơi trờn thế giới ủó dẫn tới sự cần thiết phải ứng dụng CNTT ủể ủỏnh giỏ ảnh hưởng cỏc hoạt ủộng kinh tế lờn mụi trường. Hiện nay mục tiờu ủược ủặt ra cho nhiều ủề tài khoa học là: cần phải ủỏnh giỏ bức tranh tổng hợp dựa trờn một số ủiểm ủo ủạc rời rạc theo khụng gian và thời gian. ðể ủạt ủược mục tiờu này ủũi hỏi phải xõy dựng cụng cụ mới. Cụng nghệ thụng tin ủược sử dụng ủể xõy dựng một hệ thống dựa trên Internet giúp truy cập dữ liệu và thông tin môi trường, tri thức cũng như các mụ hỡnh mụ phỏng và giỳp ủỏnh giỏ cỏc tiờu chớ trong một mụi trường tớch hợp cỏc CSDL.
Cụng nghệ thụng tin ủược xõy dựng và sử dụng ở ủõy tập trung vào việc thiết kế CSDL, thu thập và xử lý số liệu, phát triển và tổ chức tri thức, mô phỏng quá trình lan truyền chất , biểu diễn kết quả tính toán dưới dạng thuận lợi cho người sử dụng.
Thực tiễn của cụng tỏc quản lý mụi trường cho thấy ủể ủỏnh giỏ mụi trường cần thiết phải quan trắc chất lượng mụi trường cũng như quan trắc chế ủộ khớ tượng thủy văn cỏc vựng, miền khác nhau. Tuy nhiên do sự giới hạn của các vị trí này cũng như tính rời rạc theo không gian và thời gian của số liệu cho nờn cỏc phương phỏp khỏc cũng ủược ỏp dụng như mụ phỏng, ứng dụng phương phỏp chuyờn gia. Những cụng cụ này ủược ứng dụng ủể sinh ra cỏc số liệu tại cỏc ủiểm khụng thể quan trắc ủược. Cỏc hệ tri thức kết hợp sức mạnh của phương
81
pháp mơ phỏng (simulation modeling) với ĩc phán đốn của chuyên gia cho phép đưa ra một cách tiếp cận mạnh hơn so với mơ phỏng hay phán đốn được tách nhau ra.
Tuy nhiờn cỏc mụ hỡnh mụ phỏng rất khú khăn trong sử dụng và ủũi hỏi phải nghiờn cứu thớch nghi cũng như ủơn giản húa và diễn giải. Kiến thức chuyờn gia cũng cú một số giới hạn như sự thiếu vắng khả năng chuyển dời cũng như cơ sở của nú chỉ là kinh nghiệm. Từ ủú rừ ràng là cần phải nghiờn cứu và phỏt triển cụng nghệ ủể tớch hợp sức mạnh của mụ hỡnh mụ phỏng với tớnh ủặc thự cú nhiều kinh nghiệm và ủào tạo bài bản của cỏc chuyờn gia. Kinh nghiệm thực tiễn xõy dựng cỏc hệ tớch hợp như vậy tại nhiều nước trờn thế giới ủó chỉ ra sự cần thiết phải phỏt triển cỏc nghiờn cứu sau ủõy :
Xây dựng hệ thống thông tin tích hợp
Hệ thống thụng tin tớch hợp (tớch hợp ở ủõy cú nghĩa là kết nối cỏc thành phần và cỏc hệ con) ủề xuất một cơ sở nền cho phộp phỏt triển cỏc hệ thống của mỏy tớnh nhằm hỗ trợ cho người quản lý sử dụng thông tin một cách có hiệu quả nhất. Các hệ thống này cho phép kết hợp sức mạnh của mô hình mô phỏng với thông tin từ CSDL, tri thức chuyên gia và công nghệ hiển thị một cỏch trực quan. Cỏc cụng trỡnh [1] - [9] ủược thực hiện theo hướng này.
Cỏc phần mềm ENVIMNT, ENVIMWQ, ENVIMAP ủược trỡnh bày trong phần dưới ủõy là hệ thống thông tin tích hợp CSDL môi trường, CSDL GIS, mô hình mô phỏng (có chứa tri thức).
Như một cơ chế lưu trữ và truy cập thông tin, CSDL là nền tảng thông tin chứa trong hệ thống thụng tin tớch hợp. Cỏc dữ liệu thu thập ủược, thụng tin, cơ sở tri thức và mụ hỡnh mụ phỏng ủược chứa trong format cú cấu trỳc. ðiều này cho phộp truy cập chỳng một cỏch có hiệu quả. Các module khi phát triển cho phép bổ sung thêm và hệ chuyên gia nhằm diễn giải output của mô hình.
Phát triển hệ thống quan trắc môi trường
Cụng việc quản lý mụi trường phải ủược thực hiện dựa trờn cơ sở thụng tin về trạng thỏi ủối tượng cần quản lý và thụng tin chớnh là nhiờn liệu cho cụng tỏc quản lý. Chớnh vỡ vậy những vấn ủề liờn quan tới quản lý mụi trường, cấu trỳc và chức năng của nú là những vấn ủề ủược quan tõm ủặc biệt.
Quan trắc môi trường là một hệ thống quan trắc thường xuyên các chỉ tiêu về thủy văn, thủy văn - ủịa chất và thủy húa - ủịa chất của nước, khụng khớ, ủất cho phộp thu thập, truyền và xử lý thụng tin nhận ủược vào mục tiờu làm sỏng tỏ kịp thời cỏc quỏ trỡnh tiờu cực, dự bỏo sự phỏt triển của chỳng, ngăn ngừa cỏc hậu quả cú hại cũng như xỏc ủịnh mức ủộ hiệu quả của các biện pháp bảo vệ môi trường. Hệ thống quan trắc môi trường là một hệ cho phép thu thập, xử lý, ủỏnh giỏ và truyền thụng tin về hiện trạng mụi trường cũng như giỳp dự bỏo tỡnh trạng mụi trường. Quan trắc mụi trường ủược thực hiện ở cỏc mức toàn cầu, mức vựng và mức ủịa phương. Một số vấn ủề về thụng tin mụi trường cũng như vấn ủề quan trắc mụi trường từ khớa cạnh cụng nghệ thụng tin ủược trỡnh bày trong phần trờn của tài liệu này.
Phát triển và chuyển giao công nghệ dựa trên công nghệ Internet
Cỏc cụng cụ quản lý mụi trường sẽ nõng cao hiệu quả ủỏng kể nếu chỳng ủược truy cập một cỏch dễ dàng. Internet cung cấp một diễn ủàn tiện lợi và dễ dàng tỡm kiếm ủể phỏt
82
triển cụng nghệ và chuyển giao cụng nghệ. Việc phỏt triển và chuyển giao cụng nghệ dễ ủược tiện lợi thông qua sự truy cập dễ dàng tới hệ chuyên gia, tài liệu, báo cáo khoa học và tiếp xúc trực tiếp với các nhà khoa học và những người phát triển hệ thống. ðể phát triển mảng này cần thiết phải cú giải phỏp ủưa GIS lờn mạng cũng như chuyển ủổi cỏc module viết trước ủõy cho mạng cục bộ thành các module co thể chạy trên Internet.
4.7.2 Phân tích một số công trình nghiên cứu xây dựng hệ thống thông tin – mô hình môi trường tích hợp
Vào những năm 80 của thế kỷ trước, nhiều nhà nghiờn cứu trờn thế giới ủặt ra bài toỏn xây dựng một hệ thống kiểm soát môi trường tin cậy và hiệu quả ở qui mô vùng cũng như qui mụ toàn cầu. Bài toỏn này bao gồm xõy dựng cỏc phương tiện kỹ thuật ủể thu thập, bảo quản và truyền số liệu quan trắc môi trường và mặt khác phát triển các phương pháp xử lý các dữ liệu này.
Sau 30 năm phát triển khoa học kỹ thuật, ngày nay các công nghệ mới, kỹ thuật mới cho phép trong một thời gian ngắn hình thành các mảng số liệu với dung tích rất lớn về trạng thỏi mụi trường. Ở qui mụ vựng, cỏc phương phỏp quan trắc từ xa (vệ tinh, viễn thỏm) ủang tỏ ra rất cú hiệu quả. Từ quan ủiểm thực tiễn việc tớch hợp cỏc hệ thống ủo khỏc nhau là rất quan trọng. Cỏc số liệu ủo ủạc ủược gắn với bản ủồ ủịa lý và mụ hỡnh toỏn học tạo thành một hệ thống mà GS Krapivin, người Nga trong nhiều công trình của mình gọi là GIMS (Geographical Information Monitoring System) ủể phõn biệt với thuật ngữ ủó trở nờn rất quen thuộc là GIS. Một trong những chức năng quan trọng của GIMS là khả năng dự báo tình trạng mụi trường dưới những tỏc ủộng do hoạt ủộng kinh tế của con người. Tựy thuộc vào cỏc mụ hình và mục tiêu sử dụng của mô hình mà cấu trúc của GIMS và CSDL của chúng sẽ khác nhau (vớ dụ như bài toỏn ủỏnh giỏ chất lượng mụi trường khụng khớ, ủỏnh giỏ chất lượng nước mặt của con sụng, ủỏnh giỏ chất lượng nước vựng cửa sụng, của nước ngầm dẫn tới cỏc hệ GIMS khác nhau).
Trong các nghiên cứu của mình các nhà khoa học Nga chú trọng tới những bài toán mang tớnh thực tiễn quan trọng là xõy dựng hệ thống thụng tin trợ giỳp cho cụng tỏc ủỏnh giỏ tỏc ủộng mụi trường cho ủịa phương của mỡnh. ðể giải quyết bài toỏn này cần phải cú những nghiờn cứu kết hợp nhiều ngành khoa học khỏc nhau. ðặc ủiểm chung của cỏc cụng trỡnh này là cỏc tỏc giả nghiờn cứu, thiết kế và xõy dựng cụng cụ tin học quản lý cỏc ủối tượng mụi trường (nước, không khí, các nguồn thải, ...) và tin học hóa các mô hình toán học các quá trình lan truyền chất trong các môi trường nước và không khí. Sản phẩm cuối cùng là những phần mềm mang tớnh phỏp lý giỳp cho cỏc nhà lónh ủạo quản lý cú ủược cụng cụ thẩm ủịnh mụi trường. Cú thể nhận thấy rằng cỏc nghiờn cứu này khụng chỉ ủưa ra những vấn ủề mang tớnh lý luận mà cũn giải quyết cú hiệu quả những vấn ủề thực tiễn. Cỏc cụng trỡnh này thường ủược hoàn thành khi tỏc giả của chỳng tham gia trực tiếp vào cỏc dự ỏn mụi trường tại một ủịa phương cụ thể.
Tại cỏc nước phỏt triển, cỏc hệ thống thụng tin và mụ hỡnh ủược sử dụng trong cụng tỏc bảo vệ mụi trường và tài nguyờn ủó cú sẵn từ những năm cuối của thập niờn 80. Cỏc nhà ra quyết ủịnh trong lónh vực tài nguyờn mụi trường mong muốn ủưa ra cỏc quyết ủịnh cú tớnh toàn diện và ủa mục ủớch, và trong ủú cần tớch hợp thụng tin từ nhiều nguồn khỏc nhau, (cỏc hệ CSDL khỏc nhau), hệ thụng tin ủịa lý (GIS), cỏc mụ hỡnh tối ưu, cỏc hệ phõn tớch quyết ủịnh khỏc nhau. Mỹ là nước ủi ủầu trong xõy dựng cỏc hệ thống thụng tin tớch hợp phục vụ cho những nghiờn cứu ủa mục tiờu về mụi trường. Cỏc dự ỏn, ủề tài ủược tài trợ bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) có thể làm quen trên Web site của EPA: www.epa.gov.
83 Câu hỏi và bài tập
1. Thế nào là CSDL, hệ quản trị CSDL. Một số ưu ủiểm của phương phỏp CSDL. Hóy nêu một số lý do cần thiết phải áp dụng phương pháp CSDL trong nghiên cứu môi trường.
2. Hóy trỡnh bày ủịnh nghĩa Hệ thống thụng tin mụi trường và lý do vỡ sao cần phải xõy dựng các Hệ thồng thông tin môi trường.
3. Thế nào là phát triển CSDL không gian trong một Hệ thống thông tin môi trường.
Trình bày nội dung của tiến trình thiết kế CSDL không gian.
4. Thế nào là quản lý CSDL không gian trong một Hệ thống thông tin môi trường.
5. Trình bày nội dung công việc quản trị CSDL không gian.
6. Trình bày nội dung của tiến trình phân phối hệ CSDL không gian.
7. Trình bày (ngắn gọn) các nguyên lý xây dựng Hệ thống thông tin môi trường.
8. Trỡnh bày nội dung khối cơ sở phỏp lý cho ủối tượng cần quản lý trong Hệ thống thông tin môi trường.
9. Trỡnh bày nội dung khối tra cứu thụng tin mụi trường cho ủối tượng cần quản lý trong Hệ thống thông tin môi trường.
10. Trỡnh bày nội dung khối tra cứu thụng tin mụi trường cho ủối tượng cần quản lý trong Hệ thống thông tin môi trường.
11. Trình bày nội dung khối quan trắc môi trường trong Hệ thống thông tin môi trường.
12. Thế nào là hệ thống thông tin – mô hình môi trường thích hợp. Vì sao cần phải xây dựng các hệ thống như vậy.
Tài liệu tham khảo
1. Bựi Tỏ Long, 1998. Phần mềm trợ giỳp cụng tỏc quản lý, qui hoặch và ủỏnh giỏ tỏc ủộng mụi trường khụng khớ. Tạp chớ Khớ tượng –Thủy văn, Hà Nội, số 2, tr. 24-28.
2. Bùi Tá Long, ðoàn Văn Phúc, Nguyễn Hồ Nhất Khoa, 1999. Xây dựng công cụ tin học ủỏnh giỏ tỏc ủộng mang yếu tố con người lờn mụi trường khụng khớ. Tạp chớ Khớ tượng –Thủy văn, Hà Nội, số 4, tr. 21-27.
3. Bùi Tá Long và CTV, 2002. Hệ thống thông tin trợ giúp công tác quản lý, qui hoạch và ủỏnh giỏ tỏc ủộng mụi trường. Bỏo cỏo tổng hợp kết quả ủề tài cấp Trung tõm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia 1999 – 2000, 121 trang.
4. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004. Ứng dụng tin học môi trường phân tắch ô nhiễm môi trường khu công nghiệp Hòa Khánh, Tp. đà Nẵng, Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 11 (527), 2004, trang 12 – 24.
5. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, 2004. Xây dựng phần mềm hỗ trợ công tác giám sát chất lượng môi trường cho các tỉnh thành Việt Nam. Tạp chí Khi tượng Thủy văn, N 12 (517), 2004, trang 10 – 19.
6. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Ho Thi Ngoc Hieu, Luu Minh Tung, 2004.
Integration of GIS, Web technology and model for monitoring surface water quality of basin river : a case study of Huong river. Proceedings of International symposium on Geoinformatics for spatial – infrastructure development in earth and allied sciences. Pp. 299 – 304.
84
7. Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Võ ðăng Khoa, 2005. Xây dựng hệ thống thụng tin mụi trường hỗ trợ thụng qua quyết ủịnh mụi trường cấp tỉnh thành.
Tạp chí Khí tượng – Thủy văn, số 5 (533), trang 31 – 40.
8. Bui Ta Long, Le Thi Quynh Ha, Cao Duy Truong, Nguyen Thi Tin, 2005.
Integration GIS and environment information system for environment management in central economic key region of VietNam. Proceedings of Asean Conference on Remote sensing, Ha Noi 7-11/11/2005. 10 p.
9. Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng, Bùi Tá Long, 2003. Xây dựng công cụ tích hợp trợ giỳp cụng tỏc giỏm sỏt ụ nhiễm khụng khớ vựng kinh tế trọng ủiểm, Tạp chớ Khi tượng Thủy văn, N 10 (514), 2003, trang 29 – 36.
10. Võ Văn Huy, Huỳnh Ngọc Liễu, 2001. Hệ thống thông tin quản lý. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 290 trang.
11. Ye Maggie Ruan, David R. Maidment, 1997. Preliminary Investigation of Implementing an Environmental Information System for the Pantex Facility, CRWR Online Report 97-2, http://www.ce.utexas.edu.
12. Web site: WWW.ENVIM.COM.VN.
85