PHẦN MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Rừng là tài nguyên quý giá và thiết yếu cho con người, được ví như lá phổi xanh của trái đất Hằng năm, rừng đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ khí carbon, góp phần bảo vệ môi trường và duy trì sự sống trên hành tinh.
1/12 lƣợng trong khí quyển của Trái Đất và hệ sinh thái rừng tích lũy khoảng
72% trữ lượng carbon của Trái Đất được lưu giữ trong các khu bảo tồn thiên nhiên và vườn quốc gia, nhằm bảo tồn và bảo vệ những nguồn tài nguyên phong phú đang bị đe dọa (Malhi và cộng sự, 2002).
Tài nguyên rừng trên thế giới, đặc biệt là tại khu vực Sơn Trà - Thành phố Đà Nẵng, đang giảm sút nghiêm trọng về cả diện tích và chất lượng Khu bảo tồn thiên nhiên Sơn Trà, được thành lập năm 1992 với diện tích 4.439 ha, đã bị thu hẹp xuống còn 2.591,1 ha theo Quyết định 6758/QĐ-UBND ngày 20/08/2008 của Ủy ban Nhân dân Thành phố Đà Nẵng Sự suy giảm này tương đương với 1.847,9 ha, tức khoảng 41% so với diện tích ban đầu, cho thấy sự bức thiết trong việc bảo vệ rừng đa dạng sinh học tại Bán đảo Sơn Trà.
Tính đến năm 2016, Thành phố Đà Nẵng đã cấp phép đầu tư và giao đất rừng cho 14 doanh nghiệp để xây dựng các khu du lịch, biệt thự, khách sạn và khu nghỉ dưỡng cao cấp, với tổng diện tích khoảng 1.225,45 ha, chiếm gần 30% tổng diện tích khu bảo tồn Đa số các dự án này được cấp phép từ những năm 2000.
Thành phố Đà Nẵng xếp thứ hai toàn quốc về việc chuyển đổi rừng đặc dụng sang mục đích du lịch và dịch vụ, với 1.086 ha rừng đặc dụng đã được chuyển đổi trong giai đoạn này.
Từ năm 2006 đến 2013, Đà Nẵng đã chiếm tới 20% tổng diện tích rừng đặc dụng bị chuyển đổi trên toàn quốc, với 1.086 ha rừng đặc dụng và 140 ha rừng sản xuất phải được trồng rừng thay thế Tuy nhiên, điều đáng lưu ý là Đà Nẵng, với tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, có diện tích cây xanh bình quân trên đầu người chỉ bằng 1/10 quy chuẩn xây dựng của Việt Nam.
Nam thì liệu Đà Nẵng còn có đất cho việc trồng rừng thay thế? Tiếp tục, cuối năm
Năm 2016, Bán đảo Sơn Trà đã được quy hoạch thành khu du lịch cấp quốc gia với diện tích ưu tiên cho du lịch lên tới 1.056ha, phát triển ở độ cao dưới 200m so với mực nước biển Khu vực này là sinh cảnh quan trọng của loài Voọc chà vá chân nâu cùng nhiều loài động, thực vật khác Với hơn 4.000 ha, rừng cấm và khu bảo tồn thiên nhiên Sơn Trà đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo tồn đa dạng sinh học của khu vực.
Sự thu hẹp không gian sống để phục vụ cho các dự án phát triển đang ngày càng gia tăng, điều này không chỉ tác động tiêu cực đến chất lượng cuộc sống của con người mà còn gây ảnh hưởng đến nhiều loài động thực vật.
Nhận thức rõ giá trị của tài nguyên rừng, Đảng và Nhà nước ta đã triển khai các chính sách đổi mới nhằm bảo vệ và phát triển nguồn tài nguyên này Do đó, quản lý rừng bền vững đang trở thành một chủ đề quan trọng được nhiều quốc gia, tổ chức và toàn nhân loại chú ý.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về thông tin nhanh chóng, chính xác và kịp thời ngày càng cao Việc sử dụng giấy tờ truyền thống và các phương pháp đo đạc cũ đã bộc lộ nhiều hạn chế, gây tốn kém về tài chính, nhân lực và thời gian Do đó, cần thiết phải thay đổi cách quản lý tài nguyên rừng để đảm bảo thông tin luôn được cập nhật đầy đủ và chính xác Công nghệ viễn thám và hệ thống thông tin địa lý là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này.
Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) đang ngày càng phổ biến trên toàn cầu, là công cụ hữu ích cho việc thu thập, quản lý và phân tích thông tin địa lý GIS cho phép người dùng xây dựng cơ sở dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác, hỗ trợ trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Việc áp dụng công nghệ ảnh viễn thám trong quản lý tài nguyên là một xu hướng mới, góp phần quan trọng vào quy hoạch tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là trong lĩnh vực tài nguyên rừng.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là công cụ quản lý dữ liệu không gian quan trọng, được áp dụng rộng rãi trong phát triển đô thị và bảo vệ môi trường GIS hỗ trợ quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lập lộ trình, phân tích nhân khẩu, tạo bản đồ, giám sát vùng biển, cũng như trong công tác cứu hỏa và phòng chống bệnh tật.
Tích hợp công nghệ GIS với viễn thám đã mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn quan trọng, đặc biệt trong quản lý tài nguyên rừng và môi trường.
Đề tài “Ứng dụng phương pháp GIS và Viễn thám trong đánh giá biến động đất rừng khu vực Sơn Trà – TP Đà Nẵng” được thực hiện nhằm hỗ trợ công tác quản lý quy hoạch đất đai tại Đà Nẵng, giúp theo dõi và đánh giá sự biến động của đất rừng trong khu vực này.
MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung của đề tài là đánh giá biến động diện tích rừng giai đoạn 2000-
2018 của thành phố Đà Nẵng nhằm cung cấp tài liệu hỗ trợ các nhà quy hoạch xây dựng kế hoạch quản lí và phát triển trong tương lai
2.2 Nhiệm vụ của đề tài
- Khái quát những vấn đề lý luận và thực tiễn liên quan đế đề tài
- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ở khu vực Sơn Trà Thành phố Đà
- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Viễn thám và công nghệ GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đánh giá
- Xây dựng bản đồ hiện trạng đất rừng các năm 2000, 2018 và bản đồ biến động đất rừng giai đoạn 2000, 2018
- Phân tích ảnh hưởng của biến động đất rừng đến sự phát triển KTXH TP Đà
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tập trung vào các vấn đề lý luận liên quan đến việc ứng dụng Viễn thám và GIS trong quản lý dữ liệu không gian Đối tượng nghiên cứu là khu vực đất rừng tại Sơn Trà, Đà Nẵng.
- Về không gian: Khu vực Bán đảo Sơn Trà thuộc phường Thọ Quang, quận Sơn
Trà, Thành phố Đà Nẵng
- Thời gian: Nghiên cứu biến động diện tích đất giai đoạn năm 2000-2018.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các nội dung chính sau:
- Khái quát cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu thực trạng đất rừng khu vực Bán đảo Sơn Trà – Thành phố Đà Nẵng
Các bài toán liên quan đến ảnh viễn thám, bao gồm việc sử dụng ảnh Sentinel và Landsat 7, nhằm xây dựng bản đồ đất rừng và bản đồ biến động diện tích đất rừng Phân tích xu hướng biến động này giúp xác định những thay đổi trong môi trường rừng và tìm ra các giải pháp hiệu quả để bảo vệ và quản lý tài nguyên rừng.
- Xây dựng các bản đồ hiện trạng và biến động đất rừng.
LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
Nhiều tác giả trong nước đã nghiên cứu các đề tài liên quan đến ứng dụng GIS Một trong những đề tài tiêu biểu là "Ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh".
Bài viết "Hồ Chí Minh đến năm 2010" của tác giả Huỳnh Thị Mộng Thu trình bày bản đồ quy hoạch sử dụng đất và đề xuất các giải pháp tối ưu cho công tác quy hoạch đất huyện Nhà Bè, TP Hồ Chí Minh Đề tài cũng tập trung vào việc ứng dụng công nghệ GIS để đánh giá biến động sử dụng đất tại Thành phố, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và phát triển bền vững.
Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương giai đoạn 2010-2014” của tác giả Võ Thị Thanh
Lam Đề tài đã đánh giá đƣợc tình hình sử dụng đất Thành phố Thủ Dầu Một tỉnh
Bình Dương đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá biến động sử dụng đất trong giai đoạn 2010-2014, tập trung vào việc thành lập bản đồ và phân tích sự thay đổi của các loại hình sử dụng đất tại vùng ven đô huyện Nghiên cứu này nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình sử dụng đất trong khu vực, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả hơn trong tương lai.
Đề tài nghiên cứu về biến động sử dụng đất và lớp phủ mặt đất tại huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội, được thực hiện bởi Nguyễn Thị Thúy Hằng và Bùi Thị Ánh Dương, đã áp dụng phương pháp viễn thám kết hợp với GIS Nghiên cứu của Hằng tập trung vào việc chiết xuất thông tin từ dữ liệu viễn thám đa phổ và đa thời gian, sử dụng các phương pháp phân tích ảnh số để đánh giá mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và các hiện tượng kinh tế xã hội Trong khi đó, Dương đã phát triển phương pháp tối ưu để tạo lập bản đồ từ ảnh viễn thám, phân tích và so sánh biến động lớp phủ mặt đất qua hai thời kỳ 2003-2008.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để thực hiện tốt bài nghiên cứu, trong đề tài này tôi đã chọn những phương pháp nghiên cứu sau:
6.1 Phương pháp thu thập số liệu
Phương pháp này bao gồm việc thu thập toàn bộ số liệu và thông tin liên quan đến đề tài, sau đó tiến hành xử lý và đánh giá những dữ liệu đã thu thập được.
Những số liệu và các thông tin này chúng tôi thu thập ở các cơ quan đó là: Phòng
Thống kê dân số - văn hóa xã hội - Cục Thống kê Đà Nẵng; Chi cục quản lí đất đai
Thành phố Đà Nẵng Mục đích nhằm làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu một
Để đạt hiệu quả cao nhất cho đề tài, có 5 cách khoa học giúp giảm thời gian thực hiện và công sức, đồng thời tăng tính logic của nghiên cứu Bên cạnh việc thu thập số liệu từ các cơ quan, tôi cũng khai thác thông tin từ nhiều kênh khác, đặc biệt là internet và sách báo.
6.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu
Để nghiên cứu đề tài, việc tổng hợp, xử lý và phân tích số liệu thu thập được là rất quan trọng Xử lý và phân tích dữ liệu là bước cơ bản trong nghiên cứu, giúp biến các số liệu thô thành thông tin có giá trị, từ đó phát triển thành tri thức.
Xử lý và phân tích số liệu là quy trình quan trọng bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu, thu thập, xử lý và phân tích số liệu, cùng với việc báo cáo kết quả Để đạt được kết quả phân tích chính xác, cần xác định rõ yêu cầu phân tích ngay từ giai đoạn thu thập số liệu, nhằm đảm bảo thu thập đủ và đúng thông tin phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.
6.3 Phương pháp bản đồ và GIS
Phương pháp này chủ yếu áp dụng trong việc xây dựng, trình bày, hỏi đáp và truy xuất dữ liệu, nhằm biểu diễn đồ họa và hiển thị thông tin một cách toàn diện Các chuẩn dữ liệu cùng nguyên tắc xây dựng dữ liệu sẽ được tích hợp với nhiều kỹ thuật GIS khác để nâng cao hiệu quả trong quá trình xử lý thông tin.
CSDL phục vụ nghiên cứu của đề tài
Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã thu thập số liệu, ảnh vệ tinh và bản đồ từ Google Earth Sử dụng phần mềm GIS (ArcGIS), chúng tôi tiến hành xử lý và thiết lập các bản đồ về ranh giới hành chính, hệ thống giao thông và sông ngòi Qua đó, chúng tôi xây dựng và hoàn thiện các trường dữ liệu trong bộ phần mềm ArcGIS.
Viễn thám là một lĩnh vực khoa học và nghệ thuật, cho phép thu thập thông tin về các đối tượng và hiện tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp Thông qua việc phân tích dữ liệu từ các phương tiện khác nhau, viễn thám cung cấp cái nhìn sâu sắc về các đối tượng mà ta nghiên cứu.
Dựa vào tính chất phản xạ sóng điện từ của các đối tượng tự nhiên trên bề mặt trái đất, kỹ thuật viễn thám cho phép phân tích, so sánh và nhận diện chúng thông qua thông tin phổ phản xạ, bao gồm cường độ và dạng đường cong ở các dải sóng khác nhau.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
7.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài cho thấy tính hiệu quả của việc kết hợp công nghệ Viễn thám và GIS để nghiên cứu thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất cũng nhƣ các bản đồ chuyên đề khác Tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng Viễn thám và GIS vào giải quyết các vấn đề về quản lí, quy hoạch, sử dụng đất rừng cho Thành phố Đà Nẵng
Kết quả của đề tài cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu và ứng dụng Viễn thám, GIS trong quản lý sử dụng đất đai và các lĩnh vực kinh tế - xã hội khác Đồng thời, nó hỗ trợ các nhà quy hoạch đưa ra những quyết định chính xác trong quản lý và quy hoạch đất đai tại địa phương.
PHẦN NỘI DUNG
1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
1.1.1 Cơ sở dữ liệu nền địa lý
Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có cấu trúc chuẩn trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu, được lưu trữ trên máy tính và thiết bị lưu trữ thứ cấp Nó cho phép nhiều người dùng và ứng dụng khai thác thông tin đồng thời với các mục đích khác nhau.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng dữ liệu không gian để tạo ra bản đồ hoặc hình ảnh bản đồ, giúp hiển thị thông tin một cách trực quan trên màn hình hoặc giấy Các mô tả số của hình ảnh bản đồ bao gồm tọa độ, quy luật và ký hiệu, cho phép xác định vị trí cụ thể trong khuôn khổ dễ hiểu cho máy tính Cơ sở dữ liệu nền địa lý có khả năng mô tả "vật thể ở đâu" thông qua vị trí tham chiến, đơn vị đo và mối quan hệ không gian, cung cấp thông tin chi tiết về các đối tượng địa lý.
Hình dạng hiện tượng được mô tả qua chất lượng, số lượng và cấu trúc, đồng thời thể hiện mối quan hệ và tương tác giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đóng vai trò quan trọng, vì cách thức biểu diễn thông tin ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống.
Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm:
- Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng)
- Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh)
- Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát nước, lưới điện )
- Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác
- Dữ liệu dạng địa chỉ
Các bảng dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong cơ sở dữ liệu không gian, liên kết chặt chẽ với các thành phần đồ họa thông qua nhiều kiểu liên kết khác nhau.
Về mặt công nghệ, hình thể và vị trí không gian của các đối tượng cần quản lý được thể hiện qua dữ liệu đồ họa, trong khi các thuộc tính của những đối tượng này được mô tả bằng dữ liệu thuộc tính.
TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
1.1.1 Cơ sở dữ liệu nền địa lý
Cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có cấu trúc chuẩn trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu, được lưu trữ trên máy tính và thiết bị lưu trữ thứ cấp Nó cho phép nhiều người sử dụng và chương trình ứng dụng khai thác thông tin đồng thời với các mục đích khác nhau.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng các dữ liệu không gian để tạo ra bản đồ hoặc hình ảnh bản đồ, giúp xác định vị trí và đặc điểm của các đối tượng trong không gian Các mô tả số của hình ảnh bản đồ bao gồm tọa độ, quy luật và ký hiệu, cho phép máy tính hiểu rõ hình ảnh cụ thể Cơ sở dữ liệu nền địa lý có khả năng mô tả "vật thể ở đâu" thông qua vị trí tham chiến, đơn vị đo và mối quan hệ không gian, mang lại cái nhìn tổng quan và chính xác về các đối tượng địa lý.
Hình dạng hiện tượng được mô tả qua chất lượng, số lượng và cấu trúc, đồng thời nhấn mạnh mối quan hệ và tương tác giữa các hiện tượng tự nhiên Mô hình không gian đóng vai trò quan trọng, vì cách thức biểu diễn thông tin ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hiển thị đồ họa của hệ thống.
Các thành phần của cơ sở dữ liệu không gian bao gồm:
- Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng)
- Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh)
- Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát nước, lưới điện )
- Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác
- Dữ liệu dạng địa chỉ
Các bảng dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong cơ sở dữ liệu không gian, chúng được kết nối với các thành phần đồ họa thông qua nhiều kiểu liên kết khác nhau.
Trong lĩnh vực công nghệ, các đối tượng cần quản lý được thể hiện thông qua dữ liệu đồ họa, phản ánh hình thể và vị trí không gian của chúng Đồng thời, tính chất của các đối tượng này được mô tả bằng dữ liệu thuộc tính, giúp cung cấp cái nhìn toàn diện về đặc điểm và chức năng của chúng.
8 Đối với từng lĩnh vực, có thể xây dựng CSDL trên nền GIS một cách hiệu quả, ví dụ:
- Hệ thống GIS quản lý cáp viễn thông
- Hệ thống GIS giao thông
- Hệ thống GIS thủy lợi
- Hệ thống GIS điện lực
- Hệ thống GIS cấp thoát nước
- Hệ thống GIS y tế, dịch bệnh
- Hệ thống GIS giáo dục
- Hệ thống GIS du lịch
- Hệ thống GIS nông lâm nghiệp
- Hệ thống GIS công nghiệp…
Hầu nhƣ mọi lĩnh vực thông tin đều có thể triển khai xây dựng CSDL trên nền
Hệ thống GIS (Hệ thống Thông tin Địa lý) có thể được tích hợp tại một địa phương, chẳng hạn như một tỉnh, để tạo thành một hệ thống GIS toàn tỉnh Việc này đảm bảo sự thống nhất trong các yếu tố nền và cho phép kế thừa dữ liệu giữa các hệ thống chuyên ngành, từ đó giảm thiểu chi phí đầu tư xây dựng và duy trì vận hành, đồng thời nâng cao hiệu quả trong việc khai thác thông tin.
CSDL nền địa lý có hai mô hình lưu trữ là Raster và Vector a Mô hình Raster
Raster là một ma trận ô vuông dùng để thể hiện các chủ đề, phổ ánh sáng và dữ liệu hình ảnh Dữ liệu raster có khả năng biểu diễn nhiều loại thông tin, từ độ cao mặt đất, loại cây cỏ đến ảnh vệ tinh và bản đồ quét Kích thước pixel nhỏ giúp tăng độ chính xác và độ chi tiết của hình ảnh, tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc yêu cầu dung lượng lưu trữ lớn.
Hình 1.1 Mô hình dữ liệu raster b Mô hình Vector
Mô hình Vector có một số đặc điểm sau:
- Thể hiện vị trí chính xác trong không gian
Mức độ chính xác của giá trị trong máy tính bị ảnh hưởng bởi số chữ số được sử dụng để biểu diễn, nhưng vẫn vượt trội hơn nhiều so với các mô hình dữ liệu raster.
- Một đối tƣợng dạng điểm (point feature) đƣợc xác định bởi cặp tọa độ x, y
- Một đối tượng dạng đường (line feature) được xác định bởi một chuỗi cặp tọa độ x, y
- Một đối tƣợng dạng vùng (polygon feature) đƣợc xác định bởi một chuỗi các cặp tọa độ x, y trong đó cặp đầu tọa độ trùng với cặp tọa độ cuối
Hình 1.2 Mô hình dữ liệu vector
Hình 1.3 So sánh 2 mô hình Raster và Vector
1.1.2 Cơ sở dữ liệu chuyên đề
Cơ sở dữ liệu chuyên đề cung cấp mô tả chi tiết về các đặc tính và hiện tượng tại các vị trí địa lý cụ thể, những điều này thường khó thể hiện trên bản đồ (dữ liệu phi không gian hay thuộc tính) Một trong những chức năng quan trọng của công nghệ GIS là khả năng liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính, giúp nâng cao hiệu quả phân tích không gian.
Thông thường hệ thống thông tin địa lý có 4 loại số liệu thuộc tính:
Đối tượng trong hệ thống thông tin địa lý có đặc tính liên kết chặt chẽ với dữ liệu đồ thị, được xử lý qua ngôn ngữ SQL và phân tích Các dữ liệu này được kết nối với hình ảnh đồ thị thông qua các mã địa lý, lưu trữ trong cả mảng đồ thị và phi đồ thị Hệ thống cũng có khả năng xử lý thông tin thuộc tính riêng lẻ và tạo ra bản đồ chuyên đề dựa trên các giá trị thuộc tính Thông tin thuộc tính có thể được hiển thị dưới dạng ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển để lựa chọn hiển thị các thuộc tính như ký hiệu bản đồ.
Dữ liệu tham khảo địa lý mô tả các sự kiện và hiện tượng xảy ra tại vị trí cụ thể, không giống như thông tin đặc tính, chúng không đề cập đến các hình ảnh bản đồ Thay vào đó, chúng liên quan đến các hoạt động như xây dựng khu công nghiệp mới, nghiên cứu y tế và báo cáo hiểm họa môi trường tại các vị trí địa lý xác định Thông tin tham khảo địa lý được lưu trữ và quản lý trong các file độc lập, không thể trực tiếp tổng hợp với hình ảnh bản đồ trong cơ sở dữ liệu của hệ thống.
Tuy nhiên các bản ghi này chứa các yếu tố xác định vị trí của sự kiện hay hiện tƣợng
Chỉ số địa lý là các chỉ số liên quan đến tên, địa chỉ, khối và phương hướng định vị của các đối tượng địa lý, được lưu trữ trong Hệ thống thông tin địa lý Những chỉ số này cho phép người dùng chọn, liên kết và tra cứu dữ liệu dựa trên vị trí địa lý đã được mô tả Một chỉ số địa lý có thể bao gồm nhiều bộ xác định từ các cơ quan khác nhau, như danh sách mã địa lý, nhằm xác định mối quan hệ không gian giữa các vị trí hoặc giữa các hình ảnh và thực thể địa lý.
Quan hệ không gian giữa các đối tượng là yếu tố quan trọng trong các chức năng xử lý của hệ thống thông tin địa lý Những mối quan hệ này có thể đơn giản hoặc phức tạp, bao gồm sự liên kết, khoảng cách tương thích và mối quan hệ topo giữa các đối tượng.
ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU
1.2.1 Tổng quan về Viễn thám
Viễn thám là một ngành khoa học lâu đời, nghiên cứu thông tin về sự vật và hiện tượng thông qua dữ liệu từ ảnh hàng không, vệ tinh và radar Bắt đầu với mục đích quân sự, viễn thám phát triển từ việc nghiên cứu ảnh chụp bằng phim và giấy ảnh, sử dụng khinh khí cầu và máy bay ở các độ cao khác nhau Hiện nay, viễn thám không chỉ tách lọc thông tin từ không ảnh mà còn áp dụng công nghệ hiện đại trong việc thu nhận và xử lý ảnh số từ các bộ cảm biến có độ phân giải khác nhau trên vệ tinh quỹ đạo Trái Đất và dữ liệu ảnh radar Nhiều định nghĩa về viễn thám đã được đưa ra, phản ánh quan niệm đa dạng của các tác giả khác nhau.
Theo Ficher và những người khác (1976): Viễn thám là một nghệ thuật, khoa học, nói ít nhiều về một vật không cần phải chạm vào vật đó
Viễn thám, theo D.A Land Grete (1978), là một khoa học chuyên nghiên cứu việc thu thập thông tin từ các đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp, thông qua việc đo lường từ khoảng cách xa Năng lượng được ghi nhận trong các hệ thống viễn thám hiện nay chủ yếu là năng lượng điện từ phát ra từ các vật thể quan tâm.
Viễn thám, theo Lillesand và Kiefer (1986), là khoa học và nghệ thuật thu thập thông tin về đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng thông qua việc phân tích dữ liệu từ các phương tiện không tiếp xúc trong quá trình khảo sát.
Viễn thám, theo Janes B Capbell (1996), là phương pháp thu thập thông tin về mặt đất và mặt nước của Trái Đất thông qua các ảnh chụp sử dụng bức xạ điện từ, bao gồm cả đơn kênh và đa phổ Tại Việt Nam, Nguyễn Ngọc Thạch và cộng sự (1997) định nghĩa viễn thám là việc thu thập và phân tích thông tin về đối tượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp Phương pháp này sử dụng bức xạ điện từ, như ánh sáng nhiệt và sóng cực ngắn, để điều tra và đo đạc các đặc tính của đối tượng.
Viễn thám là một lĩnh vực khoa học và nghệ thuật, sử dụng công nghệ thông tin, công nghệ vũ trụ và kinh nghiệm chuyên gia để thu thập thông tin hữu ích về các vật thể và hiện tượng xảy ra trên Trái Đất và trong khí quyển Phương pháp này dựa vào việc sử dụng hình ảnh chụp từ vệ tinh và công nghệ radar, cho phép thu thập dữ liệu mà không cần tiếp xúc trực tiếp với các đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Viễn thám là một lĩnh vực khoa học chuyên thu thập thông tin về các thực thể và hiện tượng trên Trái Đất từ xa, mặc dù có nhiều định nghĩa khác nhau, nhưng tất cả đều nhất trí về khái niệm cốt lõi này.
Các loại viễn thám đƣợc sử dụng hiện nay:
Viễn thám chủ động là công nghệ sử dụng các thiết bị phát tín hiệu trực tiếp tới vật thể và thu thập sóng phản xạ từ chúng, như trong trường hợp viễn thám sóng radar.
Viễn thám bị động là công nghệ sử dụng thiết bị để thu nhận tín hiệu phản xạ từ các vật thể, nhờ vào ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng phát ra từ chính các đối tượng đó.
Trong viễn thám quang học, bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng chính, và ảnh viễn thám được thu nhận thông qua việc đo lường năng lượng ánh sáng trong vùng khả kiến và hồng ngoại, phản xạ từ các vật thể và bề mặt trái đất.
Viễn thám dựa vào bốn tính chất cơ bản của bức xạ điện từ, bao gồm tần số hay bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phẳng phân cực, để thu thập thông tin từ các đối tượng.
Kỹ thuật viễn thám là một lĩnh vực đa ngành, kết hợp nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật trong các giai đoạn như thu nhận thông tin và tiền xử lý.
13 thông tin, phân tích và giải đoán thông tin, đưa ra sản phẩm dưới dạng bản đồ chuyên đề và tổng hợp
1.2.1.2 Nguyên lí cơ bản của Viễn thám
Sóng điện từ phản xạ và bức xạ từ vật thể là nguồn thông tin chính về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp dữ liệu liên quan đến các vật thể dựa trên năng lượng bức xạ ở từng bước sóng xác định Việc đo lường và phân tích năng lượng phản xạ từ ảnh viễn thám cho phép tách biệt thông tin hữu ích về các lớp phủ mặt đất khác nhau, nhờ vào sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.
Năng lượng phản xạ của các vật thể được thu nhận qua ảnh viễn thám và xử lý tự động hoặc giải đoán trực tiếp từ ảnh nhờ vào kinh nghiệm của chuyên gia Dữ liệu liên quan đến các vật thể và hiện tượng trên mặt đất sẽ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng và môi trường.
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lí ảnh viễn thám có thể chia thành 5 phần cơ bản nhƣ sau:
- Nguồn cung cấp năng lƣợng
- Sự tương tác của năng lượng với khí quyển
- Sự tương tác với các vật thể trên bề mặt đất
- Chuyển đổi năng lƣợng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh
- Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lí
Năng lượng sóng điện từ khi đi qua khí quyển sẽ bị hấp thụ bởi các phân tử khí theo từng bước sóng cụ thể Trong viễn thám, khả năng truyền sóng điện từ trong khí quyển là rất quan trọng, vì sự tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển ảnh hưởng lớn đến thông tin thu nhận từ bộ cảm biến Khí quyển có đặc điểm tương tác khác nhau với bức xạ điện từ tùy thuộc vào bước sóng Đối với viễn thám quang học, nguồn năng lượng chính là ánh sáng mặt trời cùng với sự hiện diện và biến đổi của các phân tử nước và khí.
Trong lớp khí quyển, các yếu tố không gian và thời gian ảnh hưởng đáng kể đến quá trình biến đổi năng lượng phản xạ từ mặt đất đến bộ cảm biến Khoảng 75% năng lượng mặt trời khi tiếp xúc với lớp ngoài của khí quyển được truyền xuống bề mặt đất Tuy nhiên, trong quá trình lan truyền sóng điện từ, khí quyển sẽ hấp thụ, tán xạ và khúc xạ năng lượng này trước khi nó đến bộ cảm biến, với sự tham gia của các loại khí như oxy, nitơ, cacbonic và ôzôn.
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Việc ứng dụng công nghệ GIS (Hệ thống thông tin địa lý) trên toàn cầu đang đóng vai trò quan trọng trong quản lý hạ tầng Công nghệ này giúp tối ưu hóa quy trình quản lý, phân tích dữ liệu không gian và hỗ trợ ra quyết định hiệu quả hơn Sự phát triển của GIS đã mang lại nhiều lợi ích cho các lĩnh vực như quy hoạch đô thị, quản lý tài nguyên thiên nhiên và phát triển bền vững.
Hệ thống giao thông bao gồm 20 tầng với nhiều mục tiêu khác nhau, nhằm lập kế hoạch phát triển, quản lý và bảo trì các tuyến đường, cao tốc và đường sắt Mục tiêu chính là giảm ùn tắc giao thông, tích hợp và chia sẻ thông tin về hạ tầng giao thông giữa các đơn vị lập kế hoạch, thiết kế và thi công Điều này giúp nâng cao hiệu quả trong quản lý và duy tu hệ thống giao thông, đồng thời cung cấp thông tin về tình trạng giao thông và thời tiết cho người dân.
Hệ thống của Sở giao thông bang Pennsylvania (PENNDOT) tại Mỹ được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả trong việc lập kế hoạch phát triển và bảo trì hệ thống giao thông Mục tiêu chính là xây dựng cơ sở dữ liệu giao thông hoàn chỉnh, kết nối và chia sẻ dữ liệu với 11 quận huyện, từ đó cải thiện quy trình lập kế hoạch, thiết kế và thi công các công trình giao thông một cách đồng bộ và hiệu quả hơn.
Ngày nay công nghệ viễn thám có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong quản lý sự biến đổi môi trường, bao gồm việc điều tra sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ, vẽ bản đồ thực vật, nghiên cứu các quá trình sa mạc hoá và phá rừng Ngoài ra, công nghệ này cũng được sử dụng để giám sát thiên tai như hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa đá, sương mù và sương muối, cũng như nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí.
Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc điều tra đất, bao gồm việc xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng, đánh giá mức độ thoái hóa đất, cũng như tác hại của xói mòn và quá trình muối hóa.
Viễn thám trong lâm nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc theo dõi diễn biến của rừng, bao gồm điều tra phân loại rừng và phân tích sự thay đổi của hệ sinh thái rừng Đồng thời, công nghệ này cũng hỗ trợ nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh gây hại cho rừng, cũng như đánh giá tình trạng cháy rừng, từ đó giúp đưa ra các biện pháp quản lý và bảo vệ rừng hiệu quả.
Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong quản lý sử dụng đất, bao gồm việc thống kê và lập bản đồ sử dụng đất, cũng như điều tra và giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật Ngoài ra, viễn thám cũng được ứng dụng trong lĩnh vực địa chất, giúp thành lập bản đồ địa chất, bản đồ phân bố khoáng sản, bản đồ phân bố nước ngầm và bản đồ địa mạo.
Viễn thám đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu tài nguyên nước, bao gồm việc lập bản đồ phân bố tài nguyên nước, bản đồ phân bố tuyết, bản đồ phân bố mạng lưới thủy văn và bản đồ các vùng đất thấp Những bản đồ này giúp xác định và quản lý hiệu quả các nguồn nước, đồng thời hỗ trợ trong việc theo dõi biến đổi khí hậu và các hiện tượng thiên nhiên liên quan.
Viễn thám trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát cho xây dựng các công trình; Nghiên cứu các hiện tƣợng trƣợt đất
Viễn thám trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay các di khảo cổ khác
Viễn thám trong khí tượng thủy văn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá định lượng lượng mưa, bão và lũ lụt, cũng như hạn hán Công nghệ này giúp dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu và phân vùng khí hậu một cách chính xác, từ đó hỗ trợ quản lý tài nguyên nước và ứng phó với thiên tai hiệu quả hơn.
Viễn thám trong khí tƣợng nông nghiệp
Tại Việt Nam, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được áp dụng trong quản lý nhà nước từ lâu, đặc biệt tại các thành phố lớn như TP.HCM, Hà Nội và Đà Nẵng Tuy nhiên, việc sử dụng phần mềm GIS thương mại với chi phí bản quyền cao đã gây khó khăn cho việc triển khai rộng rãi.
Hiện nay, nhiều cơ quan cấp Bộ và Sở Ngành tại Việt Nam đã triển khai ứng dụng GIS chuyên ngành nhằm đáp ứng nhu cầu công việc ngày càng cao Những ứng dụng này đã mang lại hiệu quả đáng kể trong các lĩnh vực chuyên môn, đặc biệt trong quản lý giao thông với một số hệ thống điển hình nổi bật.
Hệ thống Thông tin Quản lý Đường sông (RMIS) Mục tiêu của hệ thống là:
Phát triển một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hiện đại bao gồm phần cứng, phần mềm, mạng, cơ sở dữ liệu và ứng dụng, nhằm nâng cao công tác quản lý đường sông của Chi Cục Đường sông phía Nam Đồng thời, thiết lập hệ thống phân phối thông tin theo cơ chế GIS - Web để tối ưu hóa việc chia sẻ và truy cập dữ liệu.
Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên đất:
Tài nguyên đất bao gồm hai yếu tố quan trọng: lớp phủ thổ nhưỡng và tình hình sử dụng đất Công nghệ viễn thám có thể được áp dụng để điều tra và giám sát hai khía cạnh này ở các mức độ khác nhau.
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 với tỉ lệ 1:1.000.000 được xây dựng từ nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh vệ tinh Landsat - TM đóng vai trò quan trọng Các bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, và Đồng bằng sông Hồng cũng được hình thành thông qua các chương trình điều tra tổng hợp, sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính.
Nhiều cơ quan tại Việt Nam đã áp dụng công nghệ ảnh vệ tinh để xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất phục vụ cho các mục đích đa dạng Việc sử dụng ảnh vệ tinh trong điều tra và lập bản đồ hiện trạng đất đai được thực hiện một cách hệ thống, theo quy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính.
RỪNG VÀ PHÂN LOẠI RỪNG
1.4.1 Khái ni ệm, phân loại
Rừng là một quần xã sinh vật chủ yếu bao gồm cây cối, với diện tích đủ lớn để duy trì sự sống Các thành phần trong quần xã sinh vật này có mối quan hệ chặt chẽ với môi trường xung quanh, giúp tạo ra sự khác biệt rõ rệt giữa rừng và các môi trường khác.
Phân loại rừng là một nhiệm vụ quan trọng trong quản lý tài nguyên rừng của mỗi quốc gia Tại Việt Nam, việc phân loại rừng được thực hiện dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, với mỗi tiêu chí có bảng phân loại riêng biệt phù hợp.
Phân loại rừng theo quan điểm sinh thái học dựa vào các yếu tố môi trường và đặc điểm của quần xã sinh vật Tại Việt Nam, dựa trên các nguyên tắc sinh thái học, rừng được chia thành 12 kiểu phụ khác nhau.
Tại Việt Nam, chính phủ đã áp dụng hệ thống phân loại rừng và đất sản xuất trong lâm nghiệp dựa trên chức năng sử dụng, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và quy hoạch cho công tác lâm nghiệp.
Rừng đặc dụng là loại rừng được thiết lập nhằm bảo tồn thiên nhiên và duy trì mẫu chuẩn hệ sinh thái rừng của quốc gia Nó đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn gen sinh vật rừng, phục vụ nghiên cứu khoa học, bảo vệ di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh Bên cạnh đó, rừng đặc dụng còn hỗ trợ hoạt động nghỉ ngơi, du lịch, đồng thời góp phần phòng hộ và bảo vệ môi trường sinh thái.
Rừng phòng hộ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước, đất đai, và chống xói mòn, đồng thời hạn chế hiện tượng sa mạc hóa và thiên tai Ngoài ra, rừng phòng hộ còn giúp điều hòa khí hậu và bảo vệ môi trường.
- Rừng sản xuất: Là rừng đƣợc dùng chủ yếu trong sản xuất gỗ, lâm sản, đặc sản
Các cộng đồng địa phương, đặc biệt là các dân tộc thiểu số, đã duy trì các khu đất rừng tâm linh qua nhiều thế hệ.
Phân loại rừng theo trữ lượng: Đối với rừng gỗ
- Rừng rất giàu: trữ lƣợng cây đứng trên 300 m³/ha
- Rừng giàu: trữ lƣợng cây đứng từ 201– 300 m³/ha
- Rừng trung bình: trữ lƣợng cây đứng từ 101 – 200 m³/ha
- Rừng nghèo kiệt: trữ lƣợng cây đứng từ 10 đến 100 m³/ha
- Rừng chưa có trữ lượng: rừng gỗ đường kính bình quân
