Khái lược về gis và một số ứng dụng của gis

PHẦN I: KHÁI LƯỢC VỀ GIS VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA GIS SƠ LƯỢC VỀ GIS ĐỊNH NGHĨA VỀ GIS: GIS ( Geography information systems ) – hệ thống thông tin địa lý, đồng thời vừa là kính viễn vọng, kính hiểm vi, vừa là máy photocopy trong việc phân tích và tổng hợp dữ liệu không gian của một khu vực.( GISs are simultaneously the telescope, the microscope, the computer, and the Xerox, and machine of regional analysis and synthesis of spatial data. Ron Abler, 1988 ) đây là định nghĩa cơ bản nhất của GIS. Cũng có một số định nghĩa khác nhau như: - “ GIS là tập hợp đa dạng các công cụ dùng để thu thập, lưu trữ truy cập, biến đổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận được từ thế giới thực” ( Burroughs – 1996 ). -“ GIS là hệ thống ủng hộ lập quyết định có chức năng tích hợp dữ liệu không gian và giải quyết các vấn đề thực tiễn” ( Cowen – 1988 ) Từ các định nghĩa đó chúng ta thấy có một định nghĩa sau đây được sử dụng nhiều: “ GIS là hệ thống các công cụ nền máy tính dùng lưu trữ , truy cập và biến đổi, phân tích và biểu hiện dữ liệu liên quan đến vị trí trên bề mặt trái đất và tích hợp thông tin này vào quá trình lập quyết định”. 1.2. Thành phần của GIS: GIS gồm 5 thành phần chính: 1.2.1. Phần cứng: Máy tính được kết nối với các đơn vị lưu trữ dữ liệu và các chương trình máy tính. 1.2.2. Phần mềm: Gồm 5 phần cơ bản: + Nhập và kiểm chứng dữ liệu: chuyển dữ liệu dạng bản đồ, quan sát thực địa, dữ liệu từ thiết bị giám sát thành dạng số tương ứng. + Lưu trữ và xử lý dữ liệu: liên quan đến lưu trữ vị trí, topology và thuộc tính của các đối tượng. + Xuất và xử lý dữ liệu: Xuất dữ liệu, giải quyết các dữ liệu được thực hiện và kết quả phân tích được, sau đó báo cáo cho người sử dụng. Dữ liệu có thể được biểu hiện trên máy tính, trên giấy, trên bản đồ…. + Biến đổi dữ liệu: gồm có hai nhóm, nhóm một dùng để loại trừ sai số dữ liệu, cập nhật dữ liệu, hoặc ghép chúng lại với các dữ liệu khác, nhóm 2 là nhóm phương pháp phân tích áp dụng vào dữ liệu để trả lời các câu hỏi đặt ra cho GIS. + Giao tiếp với người sử dụng bằng tiếng Anh hoặc hệ thống các mệnh lệnh điều khiển sử dụng cursor máy hoặc kết hợp menu. 1.2.3. Phần ứng dụng: Trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống. 1.2.4. Phần dữ liệu: gồm các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. 1.2.5. Phần con người: nguồn nhân lực được xem như yếu tố hàng đầu không chỉ trong GIS mà trong tất cả các ngành. 1.3. Quá trình hình thành và phát triển của GIS: 1.3.1. Trên thế giới: Tính có ích của không gian được thừa nhận từ rất sớm và các bản đồ ứng dụng thông tin không gian trở thành một bộ phận không thể thiếu của quá trình quy hoạch và lập quyết định. Với sự đa dạng trong các loại bản đồ thể hiện các đối tượng khác nhau trên bề mặt Trái Đất, các nhà quy hoạch nhận thức được sự cần thiết trong xử lý đồng thời nhiều bản đồ hơn một bản đồ. Năm 1963, Charles Colby trình bày một báo cáo nêu lên sự cấn thiết và pháp họa các phương pháp lượng hóa trong giải quyết vấn đề bản đồ. Những năm 1960-1970, khuynh hướng xử lý và xử dụng dữ liệu không gian trong đánh giá, quy hoạch và giám sát phát triển nổi trội. Đến năm 1962, hệ thống thông tin địa lý được phát triển và bắt đầu ứng dụng tại Canada, chủ yếu là dùng để lưu trữ dữ liệu và các thuộc tính các thuộc tính thửa đất có liên quan, điều tra và quản lý môi trường. Đầu năm 1970 một sản phẩm của trường Đại học Harvard ( Hoa Kỳ) đã sử dụng máy tính trong việc thành lập và khởi đầu với sự ra đời của Synap. Bắt đầu từ đó đã có nhiều phương pháp xử lý bản đồ một cách tự động được phát triển. Tuy nhiên, các mô hình đồ họa cổ điển đã không còn chính xác và trở nên lỗi thời làm cho xử lý thông tin bản đồ gặp nhiều khó khăn nhất là xử lý đồng thời dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian. Điều đó là động lực dẫn đến sự phát triển của các phương pháp và kỹ thuật xử lý tổng hợp thông tin nhằm phục vụ tốt hơn cho công tác quy hoạch và ra quyết định. 1.3.2. Ở Việt Nam: Ở Việt Nam, công nghệ GIS được du nhập đầu tiên do TS Trần Tiến Sơn và một nhóm lập trình viên chuyển tiếp thành lập vào năm 1990. Vào năm 1991, phiên bản đầu tiên WIN-GIS 1.0 được tung ra với những khái niệm mới về cấu trúc hình thành GIS. WIN-GIS hoạt động rất ổn định với tốc độ nhanh trên máy tinh cá nhân. Trong thời kì này, hầu hết các phần mềm GIS đều có yêu cầu về phần cứng rất phức tạp. WIN-GIS đã mở ra một hướng mới cho vấn đề khảo sát dữ liệu bằng cách xây dựng kỹ thuật nhận dạng hình ảnh và tự động chuyển đổi ảnh quét từ máy scanner sang dạng vector. Đến năm 1992-1996, các phần mềm GIS đã được phát triển không ngừng và áp dụng vào nhiều dự án tầm cỡ quốc tế. Phần mềm này được tham dự vào nhiều cuộc triển lãm tại Châu Âu, Châu Á. Từ năm 1978 – 1998 WIN-GIS được đổi tên thành DO2-GIS và chuyển đổi giao diện theo các ngôn ngữ Pháp, Anh, Tây Ban Nha,…. Cho tới nay, hệ thống này vẫn được tiếp tục phát triển và hoàn thiện dần cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa hoc kĩ thuật và nhu cầu của con người. Và bước đầu có những thành công nhất định khi ứng dụng ở Việt Nam. 2. ỨNG DỤNG CỦA GIS: 1.2 Giới thiệu chung: Từ khi ra đời tới nay, GIS đã được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau trên thế giới vì GIS được thiết kế nhu một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian. Trong các lĩnh vực đó GIS phần lớn đóng vai trò như một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động. Nó có mặt ở hầu hết các lĩnh vực khoa học công nghệ, đời sống xã hội từ những thập niên 70 và phổ biến trên thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. 2.2. Các lĩnh vực ứng dụng GIS: ( Lập chính sách, quy hoạch, quản lý thành phố. ( Khoa học môi trường. ( Kỹ thuật công chánh ( Hành chính giáo dục ( Y tế PHẦN II: ỨNG DỤNG GIS XÁC ĐỊNH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG BÃI RÁC Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.1. Lý do chọn đề tài: Thành phố Hồ Chí Minh ngày nay cùng với sự chuyển mình của đất nước thì ngày càng thu hút một nhiều lao động từ các nơi khác tới. Công nghiệp ngày càng phát triển và mật độ dân số ngày càng cao. Môi trường bị ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng như: ô nhiễm nguồn nước sông ngòi, ô nhiễm mạch nước ngầm, ô nhiễm bầu không khí,…Mà nguyên nhân lớn dẫn đến ô nhiễm môi trường ở nhiều nơi cũng như ở Tp HCM là rác thải. Dân số Tp HCM rất đông lượng rác thải hàng ngày từ các khu công nghiệp, các khu dân cư thải ra môi trường là rất lớn, đặc biệt là có những loại rác gây độc hại cao (rác thải y tế). Nếu không có biện pháp thu gom, vận chuyển và xử lí đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, sinh ra nhiều căn bệnh, dịch bệnh mới mà ghánh chịu hậu quả trực tiếp không ai khác chính là con người. Nhưng việc xử lý, thu gom khoảng 4000 tấn rác hằng ngày của Tp HCM đã và đang là bài toán hóc búa. Gần đây công ty môi trường đô thị đã đưa vào hoạt động một số trạm ép rác kín nhưng gặp phải phản ứng của người dân (sau 4 ngày hoạt dộng thí điểm ngày 5/8 công trường xử lý rác Gò Cát đã phải ngưng tiếp nhận rác). Hiện Tp có 400 điểm lấy rác, 8 trạm trung chuyển và bô rác, mà việc xác định vị trí đặt các điểm lấy rác trong khu dân cư tùy thuộc theo phân bố dân cư, đặc điểm của khu vực, tuyến đường,… Theo kết quả qui tắc khu vực có trạm trung chuyển rác ở một số quận, huyện (quận 1, 3, 8, 10, Gò Vấp, Bình Chánh) của viện khoa học công nghệ và quản lý môi trường Tp HCM thì 5 tháng đầu năm 2008, mức độ ô nhiễm vi sinh trong không khí ở nhiều nơi đang ở mức báo động. Hiện mức ô nhiễm CO tăng 1.44 lần, ô nhiễm bụi tăng 1.07 lần, tình trạng ô nhiễm hữu cơ gần như “mãn tính”. GIS có nhiều ứng dụng trong khoa học và đới sống. Nhằm giúp các cơ quan chức năng bớt khó khăn trong công việc ra quyết định chúng tôi đã chọn công nghệ GIS nhằm đưa ra một số khuyến nghị giúp các cơ quan chức năng có những quyết định nhanh và chính xác nhất về việc chọn và phân bố bãi rác sao cho phù hợp. Hạn chế tối đa ô nhiễm môi trường tạo môi trường xanh, sạch, đẹp, lành mạnh để con người sống và phát triển tốt dựa trên việc ứng dụng GIS. 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ: 1.2.1. Mục tiêu: Sử dụng công cụ của GIS để tìm kiếm vị trí có những đặc tự nhiên, xã hội phù hợp các tiêu chuẩn để xây bãi rác ở Tp HỒ CHÍ MINH. 1.2.2. Nhiệm vụ: Thu thập các dữ liệu không gian và các dữ liệu thuộc tính, sử dụng phần mềm Arcview để xây dựng, tổ chức các lớp không gian cần thiết, thiết lập bản đồ chuyên đề. Lựa chọn các lệnh để chọn ra các địa điểm phù hợp với yêu cầu bài toán đặt ra. 1.2.3. Giới thiệu và một số chức năng chính của phần mềm Arcview ( Arcview là gì? Phần mềm Arcview GIS là phần mềm ứng dụng công nghệ hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Viện nghiên cứu hệ thống môi trường (ESRI). Arcview cho phép bạn: ( Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính). ( Truy vấn dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách khác nhau. ( Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian. ( Tạo ra bản đồ chuyên đề và tạo các bản in có chất lượng trình bày cao. ( Bạn có thể làm gì với ArcView? ( Tạo dữ liệu trong Arcview từ các phần mềm khác như: Mapinfo, Microstation, AutoCAD, MS Access Data, Excel file. ( Nội suy, phân tích không gian, ví dụ: từ đường bình độ có thể tạo mô hình bề mặt không gian ba chiều; từ mô hình không gian ba chiều nội suy ra hướng dòng chảy, hướng sườn, độ dốc. Hoặc, dựa vào giá trị đo được ở những trạm thủy văn trong một khu vực, bạn có thể nội suy bản đồ lượng mưa, nhiệt độ tối đa, tối thiểu….của khu vực đó. ( Tạo ra những bản đồ thông minh được kết nối nhanh (hotlink) với nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như: biểu đồ, bảng thuộc tính, ảnh và các file khác. 2. PHÂN TÍCH VẤN ĐỀ: Để lựa chọn một vị trí thích hợp đặt vị trí xây dựng bãi rác cần phải hội tụ đủ những yêu cầu về kĩ thuật công trình cũng như đảm bảo các yêu cầu về môi trường như sau: 2.1. Yếu tố về kĩ thuật công trình: + Vị trí xây dựng cần nằm ở khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc không quá 30 . Đây là điều kiện cơ bản để xây dựng bất kì một công trình nào. + Vị trí xây dựng cần nằm khu vực thuận tiện về đường giao thông, nhưng phải đảm bảo khoảng cách tiêu chuẩn được quy định bởi các văn bản pháp luật như cách trục lộ chính tối thiểu là 1km nhưng không xa quá 2km. + Vị trí xây dựng cần nằm cách các mạch nước ngầm đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn, có trữ lượng lớn và có độ sâu mực nước trên 10m. Đây là điều kiện cần thiết để tránh tình trạng khi chất thải bị ngấm vào đất thì sẽ ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm. + Vị trí xây dựng phải nằm cách khu vực hệ thống sông chính là 150m để đảm bảo sự an toan cho chất lượng nước sông. 2.2. Yếu tố về môi trường: + Vị trí xây dựng phải nằm xa các khu dân cư và các trung tâm về chính trị và kinh tế để đảm bảo sức khỏe cho người dân và mĩ quan của thành phố. + Vị trí xây dựng phải ít tàn phá tới môi trường tự nhiên nhất khi xây dựng. + Vị trí xây dựng thuận lợi cho việc vận chuyển và thu gom một cách nhanh nhất. 3.CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ XÂY DỰNG BÃI RÁC Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: 3.1. Thu thập các tài liệu và dữ liệu liên quan đến vấn đề rác thải và xử lý rác ở Thành Phố HỒ CHÍ MINH: Trên cơ sở phân tích bài toán ta có những nhận xét và xác định các thông tin các dữ liệu thu thập: + Liên hệ với Sở tài nguyên và môi trường Tp. HỒ CHÍ MINH, Nhà xuất bản Bản đồ để thu thập bản đồ cần thiết. + Liên hệ với Sở quy hoạch và đầu tư Tp. HỒ CHÍ MINH để xin các dữ liệu về quy hoạch để thực hiện việc khảo sát thực tế và sử dụng phương pháp định vị GPS để thu thập các dữ liệu sơ cấp. 3.2. Nhập và liên kết dữ liệu: + Số hóa các hình ảnh và nhập dữ liệu thu thập được vào máy tính dựa vào phần mềm Arcview. Trong dữ liệu đó có dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. a) Dữ liệu không gian: ( Dữ liệu nền gồm: Bản đồ hành chính của Tp. Hồ Chí Minh với các lớp thủy hệ, giao thông, các bệnh viện, các khu công nghiệp và các điểm phân bố dân cư. ( Dữ liệu chuyên đề: - Lớp nước ngập úng: khi xây dựng hay lựa chọn vị trí ta sẽ loại bỏ khu vực này vì khi xảy ra tình trạng ngập úng thì nước thải sẽ không tràn ra ngoài hay gây ra những mùi ảnh hưởng tới môi trường. - Lớp nước ngầm: Tránh xây dựng nơi gần nguồn nước ngầm sẽ ảnh hưởng tới chất lượng nước b) Dữ liệu thuộc tính: - Các thông số về độ dốc của địa hình. - Tên các trục đường với các cấp đường, chiều rộng và chiều dài của các con đường. - Chỉ số về độ sâu của các mạch nước ngầm - Các thông tin liên quan đến tình trạng ngập úng ( do triều cường, do mưa ) - Quy mô tập trung dân cư ở các khu vực cùng với đó là các dữ liệu về quy mô các khu công nghiệp. 3.3. Xử lý dữ liệu: + Sử dụng các phép phân tích lân cận, phép truy vấn để chọn ra vị trí thích hợp với các yêu cầu đặt ra cho từng lớp dữ liệu ( quy định nơi được chọn là màu trắng, màu đen là vị trí ta không chọn ). - Điều kiện 1: Vị trí xây dựng cần nằm ở khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc không quá 30 . Sử dụng bản đồ địa hình, dùng chức năng Select để chọn khu vực có độ dốc nhỏ hơn 30 và loại bỏ những nơi có vị trí với độ dốc lớn hơn 30 . - Điều kiện 2: Cách hệ thống sông chính tối thiểu là 150km. Sử dụng bản đồ thủy hệ : phân bố mạng lưới sông ngòi, kênh rạch của Thành Phố, sử dụng chức năng Buffer để tạo vùng đệm có bán kính 150m từ hệ thống sông chính. - Điều kiện 3: Cách trục lộ chính là 1000m và không quá 2000m sử dụng bản đồ trục giao thông chính, mạng lưới trục lộ chính dùng chức năng Ring Buffer để tạo vùng đệm có bán kính là từ 1000m đến 2000m. - Điều kiện 4: Độ sâu mực nước ngầm phải lớn hơn 10m. Sử dụng bản đồ có độ sâu mạch nước ngầm, sử dụng chức năng Select để lọc ra các vùng có độ sâu mạch nước ngầm lớn hơn 10m. - Điều kiện 5: Cách xa khu vực dân cư để đảm bảo sức khỏe cho cộng đồng và môi trường. Sử dụng chức năng Select để lựa chọn vùng hợp lý. + Sử dụng chức năng overlay chồng các lớp bản đồ để tổng hợp các thông tin qua đó lựa chọn ra nơi có màu trắng là hợp yêu cầu. 4. KẾT QUẢ THU ĐƯỢC: Sau khi thực hiện các bước xử lí và phân tích, chúng ta thu được một bản đồ với vị trí thuận lợi và thích hợp nhất cho việc xây dựng một bãi rác ở Tp. Hồ Chí Minh. PHẦN III: PHẦN KẾT LUẬN: Hiện nay GIS được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong rất nhiều ngành khoa học công nghệ khác nhau và đem lại hiệu quả và tính năng ưu việt. Thông qua việc sử dụng dữ liệu không gian và thuộc tính, qua các thao tác của con người như đưa dữ liệu, phân tích sử dụng các chức năng nút lệnh chúng tôi đã xác định ra được vị trí thỏa mãn yêu cầu đặt ra. Đó là vị trí thích hợp nhất cho việc xây dựng bãi rác. Việc áp dụng công nghệ GIS vào việc xác định vị trí thích hợp xây dựng một bãi rác đủ tiêu chuẩn và đảm bảo những yêu cầu về kĩ thuật công trình giúp các cơ quan lãnh đạo có những quyết định nhanh chóng và chính xác nhất. Với những tính năng vượt trội như vậy thi chúng tôi có một khuyến nghị nên phát triển mạnh mẽ hơn công nghệ GIS đặc biệt đấu tư sâu rộng vào phần mềm và chú trọng tới việc đào tạo nguồn nhân lực.