CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Công nghệ địa không gian (RS, GIS và GPS) 1. Công nghệ địa không gian Hình 1. Công nghệ địa không gian Công nghệ không gian địa lý hay còn gọi là công nghệ địa không gian (Geotechnology) có thể được hiểu là công nghệ thu thập, tổng hợp, phân tích, trình diễn, diễn giải, chia sẻ và quản lý các dữ liệu không gian và các các dữ liệu thuộc tính có liên quan.
Thông thường, công nghệ không gian địa lý bao gồm 3 hệ thống cơ bản đó là Hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Hệ thống viễn thám (RS) và Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Mặc dù, khi xét về bản chất ứng dụng trong thực tiễn, ba hệ thống cơ bản đó có tính độc lập tương đối nhưng chúng có mối liên hệ chặt chẽ và bổ sung cho nhau, tuỳ theo từng ứng dụng trong mỗi trường hợp nhất định [2],[13]. Hiện nay, công nghệ địa không gian đã và đang là một trong những công nghệ thu hút sự quan tâm lớn nhất trên thế giới, bởi những công dụng và tính năng vượt trội của nó phục vụ quá trình phát triển kinh tế - xã hội, nhất là lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên, quản lý lưu vực và an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia [2],[13]. Công nghệ viễn thám (RS) 1.
Khái niệm công nghệ viễn thám Viễn thám được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện tượng được nghiên cứu [1],[21]. Công nghệ viễn thám Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế.
Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Vì vậy viễn thám được sử dụng như là một công nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay [1],[2]. Ứng dụng của công nghệ viễn thám Hiện nay, viễn thám được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó bao gồm [1]: (1) Nghiên cứu địa chất, (2) Nghiên cứu môi trường, (3) Nghiên cứu khí hậu và quyển khí (đặc điểm tầng ozon, mây, mưa, nhiệt độ, quyển khí), dự báo bão và nghiên cứu khí hậu qua dữ liệu thu từ vệ tinh khí tượng, (4) Nghiên cứu thực vật, rừng, (5) Nghiên cứu thủy văn, (6) Nghiên cứu các hành tinh khác [1],[2]. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.
Khái niệm hệ thống thông tin địa lý: Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây [1]. 8 GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ. Có nhiều định nghĩa về GIS, nhưng nói chung đã thống nhất quan niệm chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định [1]. Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.
Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS. Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý. Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia.
GIS Trừu tượng Phần hóa CSDL mềm công cụ + Thế giới thực Người sử dụng Kết quả Hình 1. Hệ thống thông tin địa lý [2] 1. Các công cụ của GIS: GIS là CSDL số chuyên dụng trong đó hệ trục tạo độ không gian là phương tiện tham chiếu chính. GIS bao gồm các công cụ để thực hiện các công việc sau đây: (1) Nhập dữ liệu từ bản đồ giấy, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, số liệu điều tra và các nguồn khác, (2) Lưu trữ dữ liệu, khai thác, truy vấn CSDL, (3) Biến đổi dữ liệu, phân tích, mô hình hóa, bao gồm các dữ liệu thống kê và dữ liệu không gian, (4) Lập báo cáo, bao gồm các bản đồ chuyên đề, các bảng biểu, biểu đồ và kế hoạch [1].
9 Ý nghĩa chủ yếu của tin học hóa thông tin địa lý là khả năng tích hợp các kiểu và nguồn dữ liệu khác biệt. Mục tiêu của GIS là cung cấp cấu trúc một cách hệ thống để quản lý các thông tin địa lý khác nhau và phức tạp, đồng thời cung cấp các công cụ, các thao tác hiển thị, truy vấn, mô phỏng. Cái GIS cung cấp là cách thức suy nghĩ mới về không gian. Phân tích không gian không chỉ là truy cập mà còn cho phép khai thác các quan hệ và tiến trình biến đổi của chúng.
GIS lưu trữ thông tin thế giới thực thành các tầng bản đồ chuyên đề mà chúng có khả năng liên kết địa lý với nhau [1],[2]. Hệ thống định vị toàn cầu 1. Khái niệm hệ thống định vị toàn cầu (GPS) Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, ở cùng một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó [2],[9],[23].
Thành phần cơ bản của hệ thống định vị toàn cầu [9] Ngày nay, hệ thống định vị toàn cầu được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như điều tra nguồn tài nguyên, lập các loại bản đồ, giao thông, xây dựng.Đặc biệt từ sau khi Bộ quốc phòng Mỹ bỏ sai số cố ý gây nhiễu thì độ chính xác của các dữ liệu thu thập được là rất cao, đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng. Ứng dụng của GPS: Dựa trên các nguyên lý hoạt động và các chức năng cơ bản của hệ thống GPS cho thấy khả năng ứng dụng thiết bị GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới với nhiều mục đích khác nhau [9]: (1) Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự. (2) Ứng dụng trong lĩnh vực giao thông. (3) Ứng dụng trong dịch vụ, thương mại.
(4) Ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học; giải trí. (5) Đối với lĩnh vực Quản lý tài nguyên thiên nhiên, công nghệ GPS chứng tỏ được tính cần thiết và hữu hiệu nhờ vào khả năng định vị tọa độ các điểm, dẫn đường.làm tăng hiệu suất lao động; giảm chi phí; nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo Phùng Văn Khoa và Đỗ Xuân Lân (2013) [13] ứng dụng của GPS trong quản lý tài nguyên và môi trường lưu vực, chẳng hạn như có thể dung thiết bị này để: + Xác định vị trí và độ cao tuyệt đối của điểm đầu ra của lưu vực, các điểm ô nhiễm môi trường, các khu vực hay xảy ra tai biến môi trường, cháy rừng. Ngoài ra, trong những điều kiện nhất định, nếu sử dụng GPS có độ chính xác cao có thể xác định được độ sâu của mặt nước thuộc một khu vực nào đó trên cơ sở kết hợp với bản đồ đường đồng mức.
+ Xác định các điểm điều tra mẫu, xây dựng khóa giải đoán ảnh viễn thám phục vụ công tác phân loại bề mặt thảm phủ và đánh giá độ chính xác của kết quả đó trên hiện trường. + Khoanh vẽ và xây dựng bản đồ dưới dạng điểm, đường và vùng cho các đối tượng quan tâm, chẳng hạn như chiều dài của sông, suối, diện tích và ranh giới của lưu vực trong thực tiễn. Tổng quan các nghiên cứu dự báo cháy rừng 1. Nghiên cứu về dự báo cháy rừng trên thế giới Nghiên cứu về dự báo cháy rừng trên thế giới được tập trung vào thế kỷ 20.
Thời kỳ đầu chủ yếu tập trung ở các nước có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Nga, Đức, Thuỵ điển, Canada, Pháp, Úc v. Sau đó là ở hầu hết các nước có hoạt động lâm nghiệp. Người ta phân chia 5 lĩnh vực chính của nghiên cứu 11 phòng cháy chữa cháy rừng: bản chất của cháy rừng, phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng, các công trình phòng cháy chữa cháy rừng, phương pháp chữa cháy rừng và phương tiện chữa cháy rừng. Các kết quả nghiên cứu đều khẳng định mối liên hệ chặt giữa điều kiện thời tiết, mà quan trọng nhất là lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm không khí với độ ẩm vật liệu và khả năng xuất hiện cháy rừng.
Vì vậy, hầu hết các phương pháp dự báo nguy cơ cháy rừng đều tính đến đặc điểm diễn biến hàng ngày của lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm không khí [20],[29]. Ở một số nước, khi dự báo nguy cơ cháy rừng ngoài căn cứ vào yếu tố khí tượng người ta còn căn cứ vào một số yếu tố khác, chẳng hạn ở Đức và Mỹ người ta sử dụng thêm độ ẩm của vật liệu cháy [30], ở Pháp người ta tính thêm lượng nước hữu hiệu trong đất và độ ẩm vật liệu cháy, ở Trung Quốc có bổ sung thêm cả tốc độ gió, số ngày không mưa và lượng bốc hơi v.
