MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Công nghệ viễn thám là một phần của công nghệ vũ trụ, tuy mới phát triển nhƣng đã nhanh chóng đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực và đƣợc phổ biến rộng rãi ở các nƣớc phát triển. Công nghệ viễn thám đã trở thành phƣơng tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng ở cấp độ từng nƣớc, từng khu vực và trong phạm vi toàn cầu. Khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám ngày càng đƣợc nâng cao, đây là lý do dẫn đến tính phổ cập của công nghệ này.
Viễn thám là khoa học thu nhận, xử lý và suy giải các hình ảnh thu nhận từ trên không của Trái Đất để nhận biết đƣợc các thông tin về đối tƣợng trên bề mặt Trái Đất mà không cần tiếp xúc nó. Nhƣ vậy, viễn thám là phƣơng pháp thu nhận thông tin khách quan về bề mặt Trái Đất và các hiện tƣợng trong khí quyển nhờ các máy thu đƣợc đặt trên các thiết bị bay chụp nhƣ máy bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ hoặc đặt trên các trạm quỹ đạo. 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 đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nƣớc 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 trƣờng ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế.
Những kết quả thu đƣợc từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách đƣa ra các phƣơng án lựa chọn có tính chiến lƣợc về quản lý sử dụng tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng. Vì vậy viễn thám đƣợc sử dụng nhƣ là một công nghệ đi đầu rất có ƣu thế hiện nay. Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ 2 quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng đóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển đất nƣớc ta hiện nay. Nhận thấy tầm quan trọng của công nghệ viễn thám cũng nhƣ tiềm năng của việc áp dụng ảnh viễn thám vào trong xây dựng bản đồ nói chung bản đồ hiện trạng nói riêng và cũng là để nâng cao kỹ năng và trình độ chuyên môn, đồng thời đƣợc sự cho phép của Ban lãnh đạo Khoa QLTN với sự ủng hộ hƣớng dẫn nhiệt tình của Thầy giáo PGS TS.
Đàm Xuân Vận, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: ‘‘Ứng dụng GIS thành lập bản đồ hiện trạng lƣu vực thủy điện Sơn La từ ảnh viễn thám”. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu của đề tài 1. Mục đích củ đề tài - Sử dụng các phần mềm GIS nhƣ ArcGIS, MAPINFO và phần mềm giải đoán ảnh vệ tinh ENVI 4.7, với nguồn dữ liệu là ảnh vệ tinh và các loại bản đồ lƣu vực thủy điện Sơn La xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ hiện trạng. - Xây dựng đƣợc sơ đồ các bƣớc xây dựng bản đồ hiện trạng từ khâu đầu tiên đến thành sản phẩm bản đồ.
- Tìm ra đƣợc các điểm mạnh và hạn chế của việc tích hợp GIS và viễn thám trong thành lập bản đồ hiện trạng. Yêu cầu của đề tài Phải có ảnh viễn thám chụp khu vực lƣu vực thủy điện Sơn La với độ phân giải thích hợp cho công tác xử lý đoán đọc. Thời điểm ảnh đƣợc chụp không quá 1 năm so với thời điểm thành lập bản đồ. Biết sử dụng thành thạo phần mềm xử lý và giải đoán ảnh viễn thám ENVI Nắm vững kiến thức chuyên môn ở các môn học nhƣ Trắc địa ảnh viễn thám, trắc địa đại cƣơng, bản đồ học, các phần mềm tin học chuyên ngành… 3 đồng thời tìm hiểu kỹ các quy trình quy phạm thành lập bản đồ nói chung bản đồ hiện trạng nói riêng.
Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Nắm vững các văn bản do Nhà nƣớc và địa phƣơng ban hành có liên quan đến quản lý và sử dụng tài nguyên đất. - Nắm bắt đƣợc công nghệ và ứng dụng công nghệ trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ. - Góp phần đƣa công nghệ GIS và viễn thám vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác.
- Đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên về GIS và viễn thám để phát triển mạng lƣới trung tâm GIS và viễn thám trên toàn quốc trong tƣơng lai. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất - Xây dựng đƣợc cơ sở dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính cho lƣu vực thủy điện Sơn La một cách chính xác và dễ quản lý trong phần mềm thích hợp. - Tạo dựng hệ CSDL phục vụ công tác bảo tồn và phát triển tài nguyên bền vững. - Bản đồ kết quả sẽ là cơ sở để tìm ra các vùng ƣu thế phục vụ phát triển sản xuất nông lâm ngƣ nghiệp và xây dựng các phƣơng án quy hoạch chiến lƣợc từ tổng thể tới chi tiết.
- Tiết kiệm thời gian và sức ngƣời trong việc khai thác và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. 4 Phần 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2. Cơ sở khoa học 2. Hệ thống thông tin địa lý GIS 2.
Quan điểm Về GIS Quan điểm chung Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin đƣợc hình thành vào những năm 1960 trong các cơ quan địa chính ở Canada, và suốt thời gian hai thập niên 60 - 70 GIS cũng chỉ đƣợc một vài cơ quan chính quyền khu vực Bắc Mỹ quan tâm nghiên cứu, cho mãi đến đầu thập niên 80, khi phần cứng máy tính phát triển mạnh với những tính năng cao, giá lại rẻ; đồng thời sự phát triển nhanh về lý thuyết và ứng dụng cơ sở dữ liệu cùng với nhu cầu cần thiết về thông tin đã làm cho công nghệ GIS càng ngày đƣợc quan tâm hơn và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm trở lại đây. GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích sự vật, hiện tƣợng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (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 đƣợc 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 trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động, hoạch định chiến lược,…) (Hà Văn Thuân, 2010)[5].
Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đƣa ra những quyết định nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lƣợng, giá trị và tính tƣơng thích của các dữ liệu địa lý dạng số. Việc chia sẻ dữ liệu sẽ kích thích sự phát triển các nhu cầu về sản phẩm và dịch vụ GIS. Các nguồn dữ liệu tăng 5 thêm nhờ sự kết hợp của GIS với GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) và công nghệ viễn thám đã cung cấp các công cụ thu thập dữ liệu hiệu quả hơn.
GIS 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 trƣớc đây không thực hiện đƣợc. GIS là một công cụ đƣợc các cá nhân, tổ chức, trƣờng học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hƣớng tới các phƣơng thức mới giải quyết vấn đề. Nhờ khả năng xử lý các tập hợp dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp nên GIS thích hợp với các nhiệm vụ quản lý tài nguyên và môi trƣờng. Các mô hình phức tạp cũng dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS (Trần Thị Băng Tâm, 2006)[7].
Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp công nghệ cao với doanh thu hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn ngƣời trên toàn thế giới. GIS đƣợc dạy trong các trƣờng phổ thông, trƣờng đại học trên toàn thế giới. Các chuyên gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức đƣợc những ƣu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS. Chức năng của GIS trong các ngành Môi trường Theo những chuyên gia GIS kinh nghiệm nhất thì có rất nhiều ứng dụng đã phát triển trong những tổ chức quan tâm đến môi trƣờng.
Với mức đơn giản nhất thì ngƣời dùng sử dụng GIS để đánh giá môi trƣờng. Ứng dụng GIS với mức phức tạp hơn là dùng khả năng phân tích của GIS để mô hình hóa các tiến trình xói mòn đất sƣ lan truyền ô nhiễm trong môi trƣờng khí hay nƣớc, hoặc sự phản ứng của một lƣu vực sông dƣới sự ảnh hƣởng của một trận mƣa lớn. Nếu những dữ liệu thu thập gắn liền với đối tƣợng vùng và ứng dụng sử dụng các chức năng phân tích phức tạp thì mô hình dữ liệu dạng ảnh (raster) có khuynh hƣớng chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng viễn thám, 2009)[9]. 6 Khí tượng thuỷ văn Trong lĩnh vực này GIS đƣợc dùng nhƣ là một hệ thống đáp ứng nhanh, phục vụ chống thiên tai nhƣ lũ quét ở vùng hạ lƣu, xác định tâm bão, dự đoán các luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt, từ đó đƣa ra các biện pháp phòng chống kịp thời.
vì những ứng dụng này mang tính phân tích phức tạp nên mô hình dữ liệu không gian dạng ảnh (raster) chiếm ƣu thế (Hội thảo ứng dụng viễn thám, 2009)[9]. Nông nghiệp Những ứng dụng đặc trƣng: Giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về sản lƣợng, nghiên cứu về đất trồng, kế hoạch tƣới tiêu, kiểm tra nguồn nƣớc (Hội thảo ứng dụng viễn thám 2009)[9]. Dịch vụ tài chính GIS đƣợc sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ tài chính tƣơng tự nhƣ là một ứng dụng đơn lẻ. Nó đã từng đƣợc áp dụng cho việc xác định vị trí những chi nhánh mới của Ngân hàng.
Hiện nay việc sử dụng GIS đang tăng lên trong lĩnh vực này, nó là một công cụ đánh giá rủi ro và mục đích bảo hiểm, xác định với độ chính xác cao hơn những khu vực có độ rủi ro lớn nhất hay thấp nhất. Lĩnh vực này đòi hỏi những dữ liệu cơ sở khác nhau nhƣ là hình thức vi phạm luật pháp, địa chất học, thời tiết và giá trị tài sản. Y tế Ngoại trừ những ứng dụng đánh giá, quản lý mà GIS hay đƣợc dùng, GIS còn có thể áp dụng trong lĩnh vực y tế.