Đề tài Tìm hiểu bước đầu ứng dụng ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng ngập lụt – áp dụng điển hình tại tỉnh Quảng Nam

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GIS Hệ thống thông tin địa lý KTTV Khí tượng thủy văn PCLB Phòng chống lụt bão TKCN Tìm kiếm cứu nạn UBND Ủy ban nhân dân TW Trung ương ATNĐ Áp thấp nhiệt đới TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission SRTM Shuttle Radar Topography Mission NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration DEM Mô hình số độ cao MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer NDVI Normalized Difference Vegetation Index DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống thông tin địa lý 14 Hình 1.2: Cách nhìn trong cơ sở dữ liệu địa lý 16 Hình 1.3: Chồng lớp đất, độ dốc và thảm thực vật 18 Hình 1.4: Phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường 19 Hình 1.5. Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt lục địa theo MODIS 25 Hình 1.6: Phân tích không gian mạnh mẽ 29 Hình 1.7: Cải thiện khả năng truy cập ảnh 30 Hình 1.8: Phương thức mới để chia sẻ 31 Hình 1.9: ArcGIS Mobile…………….. 32 Hình 1.10: Sử dụng ArcGIS Desktop 10 khi đi thực địa 32 Hình 1.11: Thiết bị đầu cuối GPS 34 Hình 1.12: Nhiệt độ bề mặt nước biển phân tích từ ảnh NOAA 37 Hình 1.13: Sai số thể tích càng lớn khi spacing càng lớn 52 Hình 1.14: Nguyên tắc tính thể tích Cut and Fill 53 Hình 2.1: Ảnh radar trước và sau khi lọc bằng phin lọc Lee 91 Hình 2.2: Giá trị max, min, trung bình và độ lệch chuẩn 92 Hình 2.3: Kết quả chiết tách vùng ngập 92 Hình 3.1: Độ cao địa hình………. . 93 Hình 3.2: Độ dốc………………... 93 Hình 3.3: Đường bình độ ………. 94 Hình 3.4: Hướng dòng chảy…….. 94 Hình 3.5: Hướng sườn địa hình 95 Hình 3.6: Lưu vực-ngưỡng diện tích 1000m 96 Hình 3.7: Lưu vực- ngưỡng diện tích 10000m 96 Hình 3.8: Lưu vực- ngưỡng diện tích 50000m 96 Hình 3.9: Ảnh lưu vực thể hiện 3 chiều 97 Hình 3.10: Giá trị lượng mưa được thể hiện dạng điểm 98 Hình 3.11: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên ArcGIS 100 Hình 3.12: Chồng lớp DEM và lượng mưa trên Surfer 100 Hình 3.13: Bản đồ hiện trạng ngập lụt khu vực tỉnh Quảng Nam ngày 20/11/2010 101 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mối tương quan giữa nhiệt độ mây và lượng mưa ……………………….. 27 Bảng 3.1: Lượng mưa trung bình hàng tháng trong năm 2010 ……………………… 98 Bảng 3.2 Thống kê thiệt hại do lũ gây ra trên địa bàn tỉnh Quảng Nam năm 2010 . .102 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngập lụt là một hiện tượng tai biến thiên nhiên, kết quả của quá trình tập trung nước với khối lượng lớn và tràn vào các vùng địa hình thấp, gây ngập lụt trên diện rộng, không chỉ gây tổn hại nặng nề về người và của ở thời điểm đó mà còn tác động tiêu cực rất lâu dài đến môi trường sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và các hoạt động kinh tế xã hội con người. Trong khoảng chục năm trở lại đây, những trận lũ lụt xảy ra ngày càng tăng với cường độ mạnh như ở Trung Quốc (1998), Tây Âu (1998, 2000), CH Séc (2002), Bangladesh (2001), vùng Viễn Đông thuộc nước Nga (2002), Italia (2006), Philippin (2007). Việc nghiên cứu các giải pháp phòng lũ lụt được nhiều Quốc gia quan tâm và hướng tiếp cận là sự kết hợp giữa giải pháp công trình và phi công trình. Giải pháp công trình thường được sử dụng là xây dựng các hồ chứa, đê điều, cải tạo lòng sông…Các giải pháp phi công trình là trồng rừng, bảo vệ rừng; xây dựng và vận hành các phương án phòng tránh lũ và di dân lúc cần thiết khi có thông tin dự báo và cảnh báo chính xác. Việc dự báo và cảnh báo ngập lụt sẽ là một biện pháp rất cần thiết có thể giảm thiểu tối đa thiệt hại về người và tài sản. Nước ta là một nước có nhiều đồi núi, địa hình phức tạp (độ cao, độ dốc, hướng, khe suối thung lũng…), điều kiện khí tượng, khí hậu, thuỷ văn diễn biến khó lường. Cùng với sự ấm lên của khí hậu toàn cầu các hiện tượng thời tiết bất thường như hạn hán, lũ lụt ngày càng gia tăng, mức độ gây tổn hại ngày càng lớn, nhiệt độ tăng cao kết hợp với hạn hán dẫn tới nguy cơ cháy rừng, sự phát sinh phát triển của sâu bệnh đối với mùa màng ngày càng trầm trọng. Quảng Nam là một tỉnh ven biển thuộc vùng phát triển kinh tế trọng điểm miền Trung. Phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng; phía Đông giáp biển Đông với trên 125 km bờ biển; phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi; phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hoà dân chủ nhân dân Lào. Địa hình tỉnh Quảng Nam tương đối phức tạp, thấp dần từ Tây sang Đông, hình thành 3 vùng sinh thái: vùng núi cao, vùng trung du, vùng đồng bằng và ven biển; mặt khác bị chia cắt theo các lưu vực sông Vu Gia, Thu Bồn, Tam Kỳ,... đã tạo nên các tiểu vùng có những nét đặc thù như:   ►    Vùng đồng bằng nhỏ, hẹp thuộc hạ lưu các sông Vu Gia, Thu Bồn, Tam Kỳ, được phù sa bồi đắp hàng năm, nhân dân có truyền thống thâm canh lúa nước và cây công nghiệp ngắn ngày, cây thực phẩm. ►     Vùng ven biển đa phần là đất cát, sản xuất chủ yếu là hoa màu, trồng  rừng chống cát bay, nuôi trồng và đánh bắt hải sản,... Trong quá trình công nghiệp hoá thì vùng này có lợi thế về mặt bằng xây dựng thuận lợi,  gần các sân bay, bến cảng, các hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt và lưới điện quốc gia. Hiện tại, công tác quản lý lũ lụt, đưa ra các chương trình phòng ngừa, ứng phó khi có lũ xảy ra của các nhà quản lý vẫn còn nhiều bất cập do thiếu thông tin, thiếu sự liên kết giữa các ngành và đặc biệt là thiếu các công cụ hỗ trợ. Ngày nay, với kỹ thuật GPS và GIS, Viễn thám càng ngày càng có rất nhiều ứng dung thực tế cụ thể trong nhiều lĩnh vực. Trong đó, không thể không kể đến các ứng dụng của Viễn thám trong nghiên cứu các lĩnh vực thuộc Khoa học Trái Đất, đặc biệt là Môi trường. Trong lĩnh vực quản lý môi trường, công nghệ viễn thám được coi như một công cụ quan trắc hữu ích nhằm theo dõi những biến động của môi trường theo thời gian, phát hiện kịp thời những ảnh hưởng bất lợi của các hiện tượng thiên nhiên và tác động của con người lên môi trường: lũ lụt, phát hiện cháy rừng, nghiên cứu động đất.... và thành lập bản đồ chuyên đề (đặc biệt là các bản đồ biến động môi trường). Trong thành lập bản đồ, viễn thám cung cấp thông tin bao quát trên diện rộng, chi phí lại thấp, giảm bớt được một khối lượng lớn công việc mà trước đây khi xây dựng bản đồ lũ phải đo đạc, quan trắc và khảo sát thực địa nhưng kết quả lại không cao. Vì vậy việc sử dụng các thông tin viễn thám tích hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cùng với các quan trắc thu được từ bề mặt sẽ đáp ứng khách quan và đa dạng các thông tin cần thiết phục vụ công tác lập bản đồ chuyên đề nghiên cứu giám sát và dự báo khí tượng thuỷ văn, khí tượng nông nghiệp và môi trường mà đặc biệt là phục vụ cho công tác giám sát và cảnh báo tác hại của thiên tai để có các biện pháp phòng tránh và ứng cứu kịp thời. Từ những lý do trên mà đề tài: “Bước đầu ứng dụng ảnh viễn thám để xây dựng bản đồ hiện trạng ngập lụt- áp dụng điển hình tại tỉnh Quảng Nam” được hình thành nhằm góp một phần vào việc kiểm soát lũ, giảm bớt được thiệt hại do lũ gây ra đồng thời cung cấp một công cụ hỗ trợ các nhà quản lý trong quá trình ra quyết định, lên kế hoạch phòng ngừa ứng phó và từ đó nâng cao tầm của công tác quản lý môi truờng, thiên tai nhằm hướng đến phát triển bền vững. Tình hình nghiên cứu Nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Nghiên cứu trong nước Ở nước ta đã có nhiều dự án, đề tài nghiên cứu khoa học về lũ lụt và cách phòng tránh trên các lưu vực ở các sông lớn như đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long và các hệ thống sông ở Trung Bộ Việt Nam.. Có thể kể ra một số đề tài dự án đã được thực hiện như sau: Đề tài 1: “Điều tra nghiên cứu và cảnh báo ngập lụt phục vụ phòng tránh thiên tai ở các lưu vực sông miền Trung” do Viện Khí tượng Thủy văn thực hiện năm 1999-2002. Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho 4 lưu vực sông chính: Hương (Thừa Thiên-Huế), Thu Bồn (Quảng Nam), Vệ (Quảng Ngãi) và Kôn-Thanh (Bình Định). Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ 1999 và các bản đồ ngập úng với các chu kỳ tái hiện khác nhau. Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung sau đó sử dụng mô hình DEM để xây dựng bản đồ ngập. Nhược điểm: Số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập. Chưa được kiểm tra thực địa. Đề tài 2: “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp tổng thể dự báo phòng tránh ngập lụt ở các tỉnh miền Trung” do Viện Địa lý, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia thực hiện năm 2000-2001. Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông chính: Hương (Thừa Thiên-Huế), Thu Bồn (Quảng Nam), Vệ (Quảng Ngãi) và Kôn-Thanh (Bình Định), sông Cái (Khánh Hòa). Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 và một số bản đồ ngập úng với các chu kỳ tái hiện. Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung. Nhược điểm: Số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập. Đề tài 3: “Nghiên cứu xây dựng tập bản đồ ngập lụt tỉnh Thừa Thiên-Huế” do Viện Địa lý, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia thực hiện năm 1999-2001. Nội dung: Lập bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa Thiên-Huế). Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:50.000 và bản đồ cảnh báo ngập cho khu vực sông Hương. Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung. Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập. Đề tài 4: “Xây dựng bản đồ phân vùng ngập lụt và phương án cảnh báo nguy cơ ngập lụt hạ lưu sông Hương, sông Bồ tỉnh Thừa Thiên-Huế” do Đài Khí tượng Thủy văn Khu vực Trung Trung Bộ thực hiện năm 1999-2001. Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:20.000, 1:10.000 và bản đồ nguy cơ ngập lụt với các tần suất cho lưu vực sông Hương. Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực địa và điều tra bổ sung. Nhược điểm: Sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ, số liệu các vết lũ ít nên không phản ánh chi tiết các khu vực ngập. Dự án: “Lập bản đồ ngập lụt cho 7 tỉnh miền Trung” do Trung tâm Tư vấn và hỗ trợ công nghệ KTTV (UNDP tài trợ) thực hiện từ 2001 đến nay. Nội dung: Đã lập được bản đồ ngập lụt cho các lưu vực sông Hương (Thừa Thiên-Huế), Thu Bồn-Vu Gia (TP Đà Nẵng, Quảng Nam). Loại bản đồ đã lập: Bản đồ hiện trạng lũ năm 1999 tỷ lệ 1:25.000, 1:10.000 và bản đồ nguy cơ ngập lụt ứng với các chu kỳ tái hiện. Phương pháp lập: Sử dụng số liệu đo thực và điều tra bổ sung có kết hợp với mô hình số độ cao để lập bản đồ ngập. Dự án: “Xây dựng CSDL hệ thống thông tin địa hình thủy văn cơ bản phục vụ phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế-xã hội vùng Đồng bằng sông Cửu Long” do Trung tâm Viễn thám – Bộ Tài nguyên và Môi trường làm chủ đầu tư. Đây là một trong những dự án lớn áp dụng nhiều công nghệ hiện đại trong lĩnh vực đo đạc bản đồ, quản lý dữ liệu, hệ thống thông tin địa lý và hệ thống thông tin thủy văn. Các sản phẩm của dự án góp phần quan trọng trong công cuộc phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế xã hội vùng đông bằng sông Cửu Long theo chủ trương “Sống chung với lũ” mà Đảng và Nhà nước đã đưa ra. Nhìn chung cách thức tiếp cận và thực hiện các đề tài trong nước chủ yếu dựa trên cơ sở các phương pháp truyền thống là sử dụng số liệu thực đo và điều tra thực địa bổ sung rồi kết hợp với mô hình số độ cao để chiết tách vết lũ. Các kết quả thu được hầu hết chỉ là bản đồ ngập lụt, bản đồ hiện trạng lũ ở các chu kỳ khác nhau, chưa có những số liệu chi tiết về vùng ngập và đánh giá nhanh những ảnh hưởng và thiệt hại mà lũ lụt gây ra. 2. Nghiên cứu ngoài nước Bangladesh đã xây dựng thành công hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt trên cơ sở ứng dụng mô hình thủy văn và thủy lực MIKE-11 (của Đan Mạch) dưới sự trợ giúp của UNDP/WMO kết hợp với sử dụng tư liệu viễn thám GMS, NOAA-12 và NOAA-14. Hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt này được áp dụng cho vùng lãnh thổ rộng 82.000 km2, trên đoạn dài 7.270km sông, 195 nhánh, sử dụng 30 trạm giám sát. Trung Quốc đã xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo ngập lụt trên cơ sở sử dụng tư liệu viễn thám FY-II, OLR, GPCP, ERS-II, SSM/I. Ấn Độ bắt đầu xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt từ năm 1959 cho khu vực sông Hằng. Hiện nay, ở Ấn Độ có 145 trung tâm dự báo, 500 trạm khí tượng, 350 trạm thủy văn phục vụ cho vùng lưu vực rộng 240.000km2, sử dụng khả năng thông tin của các tư liệu ảnh vệ tinh IRS, TM Landsat-5, ERS, RADARSAT. Một số nước thuộc Châu Phi sử dụng mô hình thủy văn FEWS NET kết hợp với hệ thống thông tin địa lý GIS để xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo lũ lụt cho 5.600 vùng hạ lưu với sự trợ giúp xây dựng của tổ chức USGS/EROS. Cơ quan hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) thực hiện chương trình Sentinel Asia, đây là chương trình chia sẻ thông tin về thiên tai giữa các nước trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Các thông tin được chia sẻ thông qua mạng Web-GIS, tạo ra một cơ sở dữ liệu ảnh vệ tinh trong việc giám sát thiên tai. Chương trình Sentinel Asia là sự khởi đầu cho việc thành lập một điểm phân phối thông tin quan trọng dựa trên nền tảng Internet, thông tin được phân phối ở đây là dữ liệu ảnh vệ tinh không gian về thảm họa thiên nhiên trong khu vực Châu Á-Thái Bình Dương. Thái Lan là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Châu Á, có nhiều điểm tương đồng về điều kiện tự nhiên với Việt Nam. Thái Lan đặc biệt quan tâm đến việc xây dựng hệ thống giám sát thiên tai nói chung và lũ lụt nói riêng. Thái Lan cũng là nước có tiềm lực về công nghệ và có các công cụ hữu hiệu áp dụng trong việc phòng chống thiên tai về lũ lụt, Thái Lan đã đưa ra đánh giá rằng: đây là hiện tượng thiên tai có tần suất cao, mức độ gây thiệt hại trung bình, mức độ quản lý và ứng phó cũng mới chỉ đạt mức trung bình và tính rủi ro là rất cao. Trong bảng ưu tiên quan tâm các hiện tượng thiên tai thường xảy ra ở Thái Lan thì lũ lụt là hiện tượng chiếm ưu tiên số 1. Một trong những hướng được Thái Lan quan tâm là ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc quản lý thiên tai Mục tiêu nghiên cứu Thành lập mô hình số độ cao DEM bằng ứng dụng SRTM, thu thập cơ sở dữ liệu vũ lượng mưa từ ảnh viễn thám TRMM sau đó tích hợp vào phần mềm Arc View để tạo bản đồ hiện trạng ngập lụt tại Quảng Nam. Nhiệm vụ nghiên cứu: Tổng quan các nghiên cứu, ứng dụng ảnh viễn thám trong công tác quản lý môi trường và tài nguyên, quản lý thiên tai trên thế giới cũng như ở nước ta trong những năm gần đây. Thu thập các dữ liệu cần thiết cho luận văn như: bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu, các thống kê về lưu luợng mưa hằng năm, luợng mưa trung bình hàng tháng tại khu vực nghiên cứu, các ảnh viễn thám về luợng mưa và về địa hình khu vực nghiên cứu. Sử dụng ArcGIS 10.0 để xử lý ảnh viễn thám về lượng mưa từ NASA Chỉnh sửa các hình ảnh viễn thám để loại bỏ các điểm gây nhiễu. Xây dựng mô hình số độ cao DEM, thu thập dữ liệu vũ lượng mưa từ ảnh viễn thám TRMM. Sử dụng công cụ Arc View tích hợp, chồng lớp các bản đồ với nhau. Xây dựng cơ sở dữ liệu về cho bản đồ dựa vào các thông tin đã thu thập đuợc. Tích hợp các tiêu chí để đánh giá thiệt hại do lũ lụt với đất vào bản đồ, sự dụng các chức năng của Arc View để phân tích, đánh giá các thông tin về vùng đất bị ngập lụt . Chồng các lớp bản đồ với nhau để tạo ra được bản đồ hiện trạng ngập lụt tại tỉnh Quảng Nam. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu các cơ sở lý thuyết: Phân tích các tài liệu liên quan tới đề tài. Phương pháp kế thừa: kế thừa các nghiên cứu lý thuyết, các số liệu quan trắc về lượng mưa tại Bình Định, kế thừa các phuơng pháp xử lý trên ảnh viễn thám. Phương pháp phân tích thống kê: được sử dụng để phân tích, xử lý các số liệu thu thập được. Phương pháp điều tra khảo sát thực tế: xây dựng các biểu mẫu và tiến hành điều tra khảo sát thực tế. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu: thu thập thông tin, số liệu về luợng mưa, thiệt hại do lũ lụt…để làm CSDL cho đề tài. Phương pháp chuyên gia: nhằm thu thập các ý‎ kiến của chuyên gia am hiểu về lĩnh vực đang xem xét. Phương pháp so sánh: được sử dụng trong đánh giá các kết quả nghiên cứu: đánh giá mức độ thiệt hại ở các lưu luợng mưa khác nhau, đánh giá hiệu quả của các biện pháp ứng phó, độ tin cậy của mô hình thiết lập… Phương pháp nghiên cứu bản đồ: tích hợp các bản đồ với nhau trên nền Arc View, thao tác trên bản đồ để phân tích, đánh giá kết quả. Phương pháp phân tích, tổng hợp: Phân tích là chia các tổng thể hay các vấn đề phức tạp ra thành những phần đơn giản để giải quyết. Phương pháp tổng hợp là liên kết, thống nhất các bộ phận các yếu tố đã được phân tích, khái quát hóa lại các vấn đề. Dự kiến kết quả nghiên cứu Việc thực hiện đề tài sẽ giúp nâng cao năng lực quản lý bằng những tư duy mới mang tính đột phá. Tạo ra một sự thay đổi về chất trong công tác quản lý môi trường. Hỗ trợ các cơ quan, tổ chức làm công tác quản lý thiên tai, hỗ trợ quá trình ra quyết định, lên các kế hoạch phòng ngừa, ứng phó với các cơn mưa lũ lớn, lên kế hoạch di dời dân những vùng ngập khi có lũ xảy ra. Lập đuợc bản đồ quản lý lũ lụt, đánh giá thiệt hại do lũ gây ra, dự báo các ảnh huởng đối với đất đai, dân cư khu vực nghiên cứu. Tính mới của đề tài Liên kết đa ngành giữa viễn thám, GIS và môi truờng để tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng cao trong thực tiễn. Thu thập cơ sở dữ liệu lượng mưa từ ảnh viễn thám TRMM Tài liệu tham khảo: Bùi Tá Long, 2008, Mô hình hóa môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 441 trang. Bùi Tá Long, 2006, Hệ thống thông tin môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 334 trang. Trần Trọng Đức, Kỹ thuật viễn thám, Bài giảng môn trắc địa bản đồ, Đại học Bách Khoa Tp. HCM. Engineer Manual, 2003, Remote Sensing, USA Army Corps of Engineers. Kết cấu của ĐA/KLTN Sơ đồ phương pháp luận của đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Hệ thống thông tin địa lý 1.2 Viễn thám 1.3 Tích hợp GIS, GPS, viễn thám và triển vọng tại Việt Nam 1.4 Một số nghiên cứu liên quan 1.5 Dữ liệu và các phần mềm sử dụng CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Điều kiện tự nhiên tỉnh Quảng Nam Điều kiện kinh tế - xã hội tỉnh Quảng Nam Phương pháp thực hiện Các bước thực hiện với ảnh SRTM Tính toán lượng mưa Thiết kế và xây dựng cơ sở toán học bản đồ ngập lut ở Quảng Nam CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các kết quả phân tích địa hình của Quảng Nam 3.2 Các kết quả phân tích lượng mưa của tỉnh Quảng Nam 3.3 Chồng lớp dữ liệu DEM và lượng mưa 3.4 Đánh giá ảnh hưởng thiệt hại do lũ gây ra 3.5 Xây dựng kịch bản phòng ngừa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Kế hoạch thực hiện đồ án/ khóa luận tốt nghiệp trong ........ tuần: Ý kiến giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) TP. HCM, ngày 12 tháng 7 năm 2011. Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây. GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân... đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào. Có nhiều cách tiệm cận khác nhau khi định nghĩa GIS. Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình-kiến thức chuyên gia?, nơi tập hợp các quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin. Khi xây dựng một hệ thống GIS ta phải quyết định xem GIS sẽ được xây dựng theo mô hình ứng dụng nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện nào. Chỉ trên cơ sở đó người ta mới quyết định xem GIS định xây dựng sẽ phải đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể có các quyết định về nội dung, cấu trúc các hợp phần còn lại của hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển hệ thống GIS. Với một xã hội có sự tham gia của người dân và quá trình quản lý thì sự đóng góp tri thức từ phía cộng đồng đang ngày càng trở nên quan trọng và càng ngày càng có vai trò không thể thiếu. Hình 1.1: Hệ thống thông tin địa lý 1.1.1. Ứng dụng Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích không gian. 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 và hoạch định chiến lược). Việc áp dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực dữ liệu không gian đã tiến những bước dài: từ hỗ trợ lập bản đồ (CAD mapping) sang hệ thống thông tin địa lý (GIS). Cho đến nay cùng với việc tích hợp các khái niệm của công nghệ thông tin như hướng đối tượng, GIS đang có bước chuyển từ cách tiếp cận cơ sở dữ liệu (database aproach) sang hướng tri thức (knowledge aproach). Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin: * * * * *  Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực  Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữ liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính  Các mô hình xử lý: tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động  Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một cơ sở dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông tin khác. Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò quan trọng  Metadata: hay tài liệu miêu tả dữ liệu, cho phép người sử dụng tổ chức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý.. 1.1.2. Các cách nhìn Khi làm việc với hệ thống GIS có thể tiếp cận dưới các cách nhìn nhận như sau: Cơ sở dữ liệu địa lý (Geodatabase - theo cách gọi của ESRI): GIS là một cơ sở dữ liệu không gian chuyển tải thông tin địa lý theo quan điểm gốc của mô hình dữ liệu GIS (yếu tố, topology, mạng lưới, raster,...)  Hình tượng hoá (Geovisualization): GIS là tập các bản đồ thông minh thể hiện các yếu tố và quan hệ giữa các yếu tố trên mặt đất. Dựa trên thông tin địa lý có thể tạo nhiều loại bản đồ và sử dụng chúng như là một cửa sổ vào trong cơ sở dữ liệu để hỗ trợ tra cứu, phân tích và biên tập thông tin.  Xử lý (Geoprocessing): GIS là các công cụ xử lý thông tin cho phép tạo ra các thông tin mới từ thông tin đã có. Các chức năng xử lý thông tin địa lý lấy thông tin từ các tập dữ liệu đã có, áp dụng các chức năng phân tích và ghi kết quả vào một tập mới. 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 (bản đồ) để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý. Hình 1.2: Cách nhìn trong cơ sở dữ liệu địa lý Do các ứng dụng GIS trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét cả về khía cạnh tự nhiên, xã hội lẫn khía cạnh quản lý, những năm gần đây GIS thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ. Tuỳ thuộc vào nhu cầu của các người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là ở các tỷ lệ khác nhau, nói cách khác là tuỳ thuộc vào các định hướng do cơ sở tri thức đưa ra. 1.1.3. Cơ sở dữ liệu địa lý Hệ thống thông tin địa lý (GIS) sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý (geodatabase) làm dữ liệu của mình. 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 đo đạc  Dữ liệu dạng địa chỉ  Các bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu không gian, được liên kết với các thành phần đồ họa với nhiều kiểu liên kết khác nhau. Về khía cạnh công nghệ, hình thể, vị trí không gian của các đối tượng cần quản lý, được miêu tả bằng các dữ liệu đồ hoạ. Trong khi đó, tính chất các đối tượng này được miêu tả bằng các dữ liệu thuộc tính. Mô hình cơ sở dữ liệu không gian không những quy định mô hình dữ liệu với các đối tượng đồ hoạ, đối tượng thuộc tính mà còn quy định liên kết giữa chúng thông qua mô hình quan hệ và định nghĩa hướng đối tượng bao gồm các tính chất như thừa kế (inherit), đóng gói (encapsulation) và đa hình (polymorphism). Ngoài ra, cơ sở dữ liệu không gian hiện đại còn bao gồm các ràng buộc các đối tượng đồ hoạ ngay trong cơ sở dữ liệu, được gọi là topology. Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ. Trước công nghệ GIS, chỉ có một số ít người có những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định. GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản và các công cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và phân tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó có hai công cụ quan trọng đặc biệt là phân tích liền kề và phân tích chồng xếp. Nhóm này tạo nên ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tính phân tích. Quá trình chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh ra thông tin mới và các đối tượng mới. Trong nhiều trường hợp topology mới sẽ được tạo lại. Phân tích chồng xếp khá tốn thời gian và thuộc vào nhóm các ứng dụng có tính chất sâu, khi hệ thống được khai thác sử dụng ở mức độ cao hơn là được sử dụng cho từng vùng cụ thể hoặc cả nước với tỷ lệ bản đồ phù hợp. Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý. Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá thuế. Hình 1.3: Chồng lớp đất, độ dốc và thảm thực vật Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện). 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 môi trường. Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS. Các lớp dữ liệu GIS có thể như hình sau: GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà hoạch định chính sách. Các cơ quan chính phủ dùng GIS trong quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong các hoạt động quy hoạch, mô hình hoá và quan trắc. Thông tin địa lý là những thông tin quan trọng để đưa ra những quyết định một cách nhanh chóng. Các phân tích GIS phụ thuộc vào chất lượng, giá trị và tính tương 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 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 đã được công nhận là một hệ thống với nhiều lợi ích không chỉ trong các công tác thu thập đo đạc địa lý mà còn trong các công tác điều tra tài nguyên thiên nhiên, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường. Hình 1.4: Phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng diễn biến tài nguyên môi trường Tại Việt Nam công nghệ GIS cũng được thí điểm khá sớm, và đến nay đã được ứng dụng trong khá nhiều ngành như quy hoạch nông lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính, quản lý đô thị... Tuy nhiên các ứng dụng có hiệu quả nhất mới giới hạn ở các lĩnh vực lưu trữ, in ấn các tư liệu bản đồ bằng công nghệ GIS. Các ứng dụng GIS thuộc lĩnh vực quản lý, điều hành, trợ giúp quyết định hầu như mới dừng ở mức thử nghiệm, còn cần thời gian và đầu tư mới có thể đưa vào ứng dụng chính thức. 1.2 Viễn thám. 1.2.1. Giới thiệu khái quát về viễn thám Viễn thám là một khoa học và là một nghệ thuật nghiên cứu các thông tin thu nhận được thông qua sự phân tích các dữ liệu nhận được bằng các công cụ kỹ thuật mà không tiếp xúc với đối tượng, một vùng hay một hiện tượng nào đó. Thông tin viễn thám thu nhận được nhờ các công cụ thiết bị khác nhau từ một khoảng cách nhất định đối với đối tượng nghiên cứu thông qua năng lượng điện từ phản xạ từ bề mặt trái đất. Tuỳ thuộc vào các trang thiết bị thu nhận thông tin từ mặt đất mà người ta chia ra làm 2 loại: - Hệ thống thông tin ảnh ( photographic information); - Hệ thống thông tin không ảnh ( nonphotographic information). 1.2.1.1. Hệ thống thông tin ảnh  Là phổ biến nhất trong kỹ thuật viễn thám nó được phân ra làm 3 loại sau: 1. Hệ thống khung (Framing system), thu nhận liên tục hình ảnh của một vùng hay một khung liền địa hình, cho phép chụp được ảnh trên nhiều giải phổ khác nhau, tư liệu thu được ở dạng số, độ ổn định hình học tốt, nhưng khó chụp ở vùng rộng lớn. 2. Hệ thống quét (Scanning system), các hệ thống quét thực hiện quét các trường nhìn của các biến đổi (detector) theo địa hình tạo nên một giải các tia song song. Có 4 kiểu quét là quét dọc, quét ngang, vòng cung, và quét bên sườn. 3. Hệ thống đa phổ: các hệ thống khung và quét nêu trên chỉ ghi đơn điệu hình ảnh của một băng phổ. Đối với viễn thám còn phải thu ở nhiều băng phổ khác nhau trên các hướng khác nhau, vì vậy mà các máy ảnh đa phổ đồng thời ghi hình ảnh ở 3 hoặc 4 băng khác nhau ở khoảng nhìn thấy (blue 0,4-0,5 mµ, green 0,5-0,6 mµ. Red 0,6-0,7 mµ và hồng ngoại gần 0,7-0,8 mµ). Ngày nay với công nghệ tiên tiến các máy quét có thể thu được các băng phổ rộng hơn thậm chí đến 14 mµ. Các thông tin thu được do thiết bị quét có thể xử lý bằng các phương pháp tổng hợp màu hoặc xử lý bằng máy tính điện tử sẽ cho biết kết quả về các tư liệu phân tích. 1.2.1.2. Hệ thống thông tin không ảnh gồm: - Các thông tin về phổ là loại thông tin viễn thám hết sức quan trọng và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật viễn thám. Nó được xác định thông qua các giá trị phản xạ phổ tự nhiên của các đối tượng nghiên cứu ở mặt đất để suy ra bản chất và phát hiện trực tiếp không cần thông qua ảnh. - Các thông tin về trường vật lý quả đất như từ trường, trọng lực, phóng xạ… 1.2.2. Xử lý thông tin viễn thám Là một trong những khâu quan trọng nhất của kỹ thuật viễn thám. Một trong những cơ sở của việc xử lý thông tin viễn thám là căn cứ vào đặc điểm phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên. Một bức ảnh là hình ảnh được ghi lại ở bước sóng khác nhau, ở đó sự tương tác giữa các chất hoá học nhạy cảm với ánh sáng trên phim chụp. Các hình ảnh này được mô tả dưới dạng các đặc tính chủ yếu, những tính chất thông thường đó là: tỷ lệ, độ sáng và tông ảnh, độ tương phản, độ phân giải. Về giải đoán ảnh: có 3 bước: đọc ảnh để nhận dạng ảnh (vùng núi, rừng, sông, hồ…), phân tích ảnh, và đánh giá ảnh. Các yếu tố cần giải đoán ảnh bao gồm: dạng ảnh, kích thước ảnh, bóng ảnh, tông ảnh, màu ảnh, kiến trúc ảnh và tần suất biến đổi tông trên ảnh. Các yếu tố tự nhiên cần chú ý khi giải đoán: địa hình, thảm thực vật, các kiểu mạng lưới sông suối và mật độ, các dạng xói mòn, sử dụng đất-đất canh tác, hệ thống khe nứt và hình dạng, tổ hợp các yếu tố giải đoán giúp hiệu chỉnh và loại bỏ những sai sót do lầm lẫn để nâng cao độ chính xác. Các phương pháp và thiết bị xử lý thông tin viễn thám: Có 2 phương pháp chính là phương pháp xử lý bằng mắt và phương pháp bằng máy tính. Xử lý bằng mắt: Chủ yếu dựa vào sự phân biệt của mắt người trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các dụng cụ quang học mang tính chất định tính. Phương pháp xử lý bằng máy tính bao gồm: Kỹ thuật chỉnh khôi phục hình ảnh: Khôi phục sự bỏ sót các đường quét, lọc những nhiễu xuất hiện tản mạn trên hình ảnh, hiệu chỉnh sự tán xạ của khí quyển, hiệu chỉnh sự méo hình học. Tăng cường chất lượng ảnh: Tăng cường độ tương phản, chuyển mật độ và tone màu, làm đều mật độ trên ảnh, tăng cường đường biên, ghép nối số hóa ảnh, tạo ảnh lập thể. Chiết tách thông tin của ảnh. Nhận dạng phân loại các pixel, tạo ảnh thành phần chính, tạo ảnh tỷ số, phân loại đa phổ trên cơ sỏ các tín hiệu số của chúng. Để xử lý hoá ảnh cần thiết phải có những chương trình phần mềm chuyên dụng: ERDAS, FERICOLOR, ILWIS, ARCVIEW, PCI,…với các phiên bản khác nhau thường xuyên được cải tiến và nâng cao. Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng phương pháp sử lý bằng máy tính 1.2.3. Giới thiêu một số vệ tinh 1.2.3.1. Các đặc trưng kỹ thuật của vệ tinh Landsat Một ảnh của vệ tinh landsat chụp vùng có diện tích 185x185km thu nhận có 4 kênh phổ khác nhau: · MSS – 4 từ 0,5 đến 0,6 mµ ; · MSS – 5 từ 0,6 đến 0,7 mµ; · MSS – 6 từ 0,7 đến 0,8 mµ; · MSS – 7 từ 0,8 đến 1,1 mµ. Độ phân giải mặt đất của các băng từ MSS–4 đến MSS–7 là 80m Vệ tinh landsat 4 và 5 có thiết bị thu nhận gồm MSS và TM. Thiết bị thu TM gồm 7 băng với bước sóng như sau: · Băng 1 : 0,45 – 0.52 mµ; · Băng 2: 0,52 – 0,60 mµ; · Băng 3: 0,63 – 0,69 mµ; · Băng 4 ; 0.76 – 0,90 mµ; · Băng 5: 1,55 – 1,75 mµ; · Băng 6: 10,40 – 12,5 mµ; · Băng 7: 2,089 – 2,35 mµ. Độ phân giải các băng1- 5 và 7 là 30m với băng 6 là 126m. Độ phân giải không gian của Landsat cao nhưng độ phân giải thời gian thấp (16 ngày) ngoài ra giá thành của ảnh vệ tinh landsat rất cao lên chủ yếu chỉ được dùng cho việc thành lập bản đồ và một số nghiên cứu khác mà rất ít được ứng dụng rộng rãi trong nghiệp vụ. 1.2.3.2. Vệ tinh TERRA-MODIS Vệ tinh TERRA và đầu đo là phổ kế bức xạ MODIS với 36 băng phổ từ 0,4 đến 14 mµ và độ phân giải không gian từ 250m (băng1, 2), 500m (băng 3 đến 7) và 1000m (băng 8 đến 36). Các dữ liệu MODIS đã được đưa vào sử dụng để theo dõi mây, chất lượng khí quyển, chỉ số thực vật, phân loại lớp phủ, cháy rừng, hàm lượng diệp lục (chlorophyll) trong nước biển, nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ bề mặt lục địa bốc thoát hơi bề mặt lớp phủ, diễn biến lớp phủ băng lục địa và đại dưong. Với tính năng như vậy, các dữ liệu MODIS được sử dụng ở nhiều tỷ lệ khác nhau: tỷ lệ trung bình và nhỏ, hoặc về phương diện lãnh thổ, từ quy mô cấp vùng, khu vực đến quy mô toàn cầu. Vệ tinh TERRA mang đầu đo MODIS ban ngày đi từ bắc xuống nam, qua xích đạo khoảng 10h30’ giờ địa phương, thời gian bay hết một vòng quanh trái đất xấp xỉ 1h40’. Còn về ban đêm thì chiều bay của vệ tinh ngược lại. Như vậy vệ tinh TERRA sẽ bay lãnh thổ Việt Nam một ngày hai lần vào lúc 10h30 sáng và 10h30 tối, do đó ở Việt Nam sẽ thu được ảnh MODIS hai lần trong một ngày. Do độ phân giải không-thời gian và độ phân giải phổ của vệ tinh TERRA cao nên rất được ứng dụng rộng rãi trong nghiệp vụ. 1.2.4. Các tham số chính của viễn thám về các quá trình xảy ra trên bề mặt trái đất 1.2.4.1. Các đặc trưng quang phổ thực vật Bất kỳ vật thể nào trên bề mặt đất đều có tác dụng điện từ . Đồng thời bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ không tuyệt đối (nhiệt độ k =-273,160C) đều liên tục phát ra sóng điện từ (nhiệt bức xạ). Do thành phần cấu tạo của các vật thể trên bề mặt trái đất khác nhau nên sự hấp thu hoặc phát xạ các sóng điện từ là khác nhau, ngay như thảm thực vật mỗi loại thực vật khác nhau cũng hấp thu và phát xạ các sóng điện từ cũng khác nhau. Vì vậy trên cơ sở các dữ liệu viễn thám ta có thể xác định được các đặc trưng quang phổ khác nhau của của bề mặt trái đất. Trong đó một trong những đặc trưng quang phổ quan trọng nhất của viễn thám là quang phổ thực vật. Từ những đặc trưng này làm cơ sở để xây dựng lên các chỉ số thực vật, là những thông tin quan trọng trong nghiên cứu và phục vụ khí tượng nông nghiệp. Các chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng cận hồng ngoại, hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: sinh khối, chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp, tổng các sản phẩm sinh khối theo mùa mà thực vật có thể tạo ra. Những đặc tính đó có liên quan và phụ thuộc rất lớn vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hoá và sâu bệnh…Công nghệ gần đúng để giám sát đặc tính các hệ sinh thái khác nhau là phép nhận dạng chuẩn và phép so sánh giữa chúng. Đặc trưng cho bề mặt trái đất bao gồm các chỉ số thực vật như sau: 1. Chỉ số thực vật NDVI (normalized difference vegetation index) NDIV = (IR-R)/(IR+R) Trong đó IR là giá trị bức xạ của bước sóng cận hồng ngoại (near infrared), R là giá trị bức xạ của bước sóng nhìn thấy (visible).Chỉ số thực vật được dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng, làm cơ sở số liệu để dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích năng suất và sản lượng cây trồng…Hình1 là bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt trái đất theo MODIS Hình 1.5. Bản đồ chỉ số thực vật (NDVI) bề mặt lục địa theo MODIS 2. Tỷ số chỉ số thực vật RVI (ratio vegetion index) RIV = IR/R RVI thường dùng để xác định chỉ số diện tích lá, sinh khối khô của lá và hàm lượng chất diệp lục trong lá. Vì vậy chỉ số RVI được dùng để đánh giá mức độ che phủ và phân biệt các lớp thảm thực vật khác nhau nhất là những thảm thực vật có độ che phủ cao. 3. Chỉ số thực vật sai khác DVI (difference vegetion index) hay còn gọi là chỉ số thực vật môi trường EVI (environmental vegetion index), chỉ số thực vật cây trồng CVI (crop vegetion index). DVI =IR −R 4. Chỉ số màu xanh thực vật GVI (green vegetation index) GVI=1.6225CH2– 2.2978CH1 + 11.0656 Trong đó CH2 và CH1 là quang phổ của các bước sóng cận hồng ngoại và bước sóng nhìn thấy của vệ tinh NOAA/AVHRR. Hệ số GVI có ưu điểm là giảm được mức tối thiểu sự ảnh hưởng của đất đai đến chỉ số thực vật. 5. Chỉ số màu sáng thực vật LVI (light vegetation index) Năm 1976 R. J. Kauth và G. S Thomas đã tìm được mối liên hệ giữa chỉ số hạn hán thực vật và số liệu vệ tinh TM: LVI=0.3037b1+0.2793b2+0.4743b3+0.5585b4+0.5082b5+0.1863b7 Trong đó b1-b7 là quang phổ của các bước sóng khác nhau của ảnh vệ tinh TM. 6. Chỉ số úa vàng thực vật YVI (yellow vegetation index) YVI = (R+G)/2 Trong đó R là quang phổ bước sóng nhìn thấy (0.63-0.69), G bước sóng xanh (0.52-0.60). Chỉ số này chỉ mức độ hạn hán của thực vật 7. Chỉ số màu nâu thực vật BVI (brown vegetation index) BVI=(b5+b7)/2 Chỉ số này phản ánh mức độ thiếu nước của thực vật. Chỉ số này còn được dùng để đánh giá tác hại của sâu bệnh đối với cây trồng. Do các chỉ số viễn thám thực vật rất phong phú vì vậy hoàn toàn có khả năng sử dụng các thông tin viễn thám để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau trong sản xuất nông nghiệp. 2.1.4.2. Bức xạ bề mặt và phản xạ (Albedo) Phân loại các giải phổ của mỗi hệ đo bức xạ cho phép biết được tất cả các thông tin về phổ. Nhận biết được phản xạ Albedo có thể đánh giá được bức xạ quang hợp và tổng lượng ánh sáng mặt trời trên bề mặt trái đất- đó là điều kiện tiên quyết cho cây trồng sinh trưởng và phát triển. 2.1.4.3. Bốc thoát hơi Trên 3 cơ sở sau đây có thể xác định được bốc thoát hơi: Phương trình năng lượng, mô hình lớp biên khí quyển và tổng khối lượng. Nghiệp vụ đánh giá bốc thoát hơi các chỉ số thực vật cần biết là mùa sinh trưởng, dạng đất và tốc độ gió. 2.1.4.4. Nhiệt độ bề mặt đất Đánh giá nhiệt độ bề mặt đất từ số liệu viễn thám là vấn đề tổng hợp của việc tính toán các thành phần của cán cân năng lượng và bốc thoát hơi. Đo nhiệt độ bề mặt là rất quan trọng để giám sát cháy rừng. 2.1.4.5. Độ ẩm đất Đo độ ẩm đất phải sử dụng máy phân tích phổ hồng ngoại AVHRR , song phải được nâng cao độ chính xác. Dùng MIMR và khai thác ERS – 1 (dải băng C) và JERS-1 (dải bang L) từ số liệu của SAR có thể đánh giá được độ ẩm đất với sai số cho phép. 2.1.4.6. Xác định lượng mưa Để xác định được lượng mưa cần phân tích mối tương quan giữa lượng mưa và nhiệt độ mây. Sử dụng đặc trưng của dải phổ hồng ngoại nhiệt của mây để xác định trạng thái nhiệt độ của mây theo màu sắc ảnh vệ tinh. Thông thường mây càng cao nhiệt độ càng thấp lượng mưa càng lớn. ở Trung Quốc đã nghiên cứu và xác định được mối tương quan giữa lượng mưa và nhiệt độ mây theo bảng 1.1: Bảng 1.1: Mối tương quan giữa nhiệt độ mây và lượng mưa Màu sắc ảnh vệ tinh Phạm vi nhiệt độ của mây (0C) Nhiệt độ trung bình của mây (oC) Lượng mưa 3 giờ (mm) Lượng mưa 6 giờ (mm) Màu đen - 54~ - 60 - 57 1~5 5 ~ 10 Màu tối nhạt - 60~ - 70 - 66 5~10 10~25 Màu sáng nhạt - 70~ - 78 - 74 10~25 25~50 Màu trắng < - 78 < - 78 > 25 > 50 Như vậy căn cứ vào màu sắc của ảnh viễn thám trong dải quang phổ nhiệt hồng ngoại ta có thể xác định được lượng mưa theo các ngưỡng khác nhau của thời gian. Tóm lại: Trên đây chỉ là một vài nét cơ bản về công nghệ viễn thám và GIS mà tác giả muốn giới thiệu nhằm cung cấp những thông tin ban đầu giúp người đọc có sự nhìn tổng quan về công nghệ này. Để có những hiểu biết sâu sắc và làm chủ được công nghệ viễn thám và GIS, biết sử dụng các sản phẩm viễn thám và GIS trong nghiên cứu và ứng dụng để giám sát, quản lý tài nguyên khí hậu, đất đai, nguồn nước và môi trường cần có những đầu tư thích hợp về đào tạo con người, trang thiết bị và những phần mềm tương thích. 1.3. Tích hợp GIS, GPS, viễn thám và triển vọng tại Việt Nam  1.3.1. Điểm mới của ArcGIS 10.0 1.3.1.1. Tăng năng suất - Tìm kiếm theo từ khóa hoặc loại dữ liệu để tìm dữ liệu, biểu tượng và bản đồ một cách nhanh chóng. - Duyệt và thêm dữ liệu trực tiếp từ cửa sổ Catalog trong ArcMap - Đơn giản hóa việc thành lập và tạo các sản phẩm bản đồ bằng công cụ sketch được bố trí hợp lý trên Desktop (2D/3D) và biên tập Web. - Tự động hóa việc tạo các sản phẩm bản đồ bằng Python và Map books. -  Tiết kiệm thời gian thông qua khả năng hiển thị nhanh hơn, chuyển hướng dễ dàng hơn, và khả năng xử lý dữ liệu chạy ở chế độ nền. 1.3.1.2.  Phân tích không gian mạnh mẽ - Tự động hóa các thao tác và phân tích phổ biến với Python scripting. - Kết hợp ArcGIS với các chương trình khoa học khác để đưa ra câu trả lời thích hợp nhất. - Tận dụng được các ưu điểm của các công cụ phân tích mới như fuzzy overlay và  location /allocation. - Tạo, quản lý, và hiển thị dữ liệu biến đổi theo thời gian cho nhiều phân tích có chiều sâu. - Thực hiện trong môi trường 3D hầu hết mọi thao tác bạn có thể làm trong một môi trường 2D: tạo mô hình, chỉnh sửa, hiển thị, và phân tích Hình 1.6: Phân tích không gian mạnh mẽ 1.3.1.3.  Cải thiện khả năng truy cập ảnh - Sử dụng và quản lý ảnh (dữ liệu dạng ảnh) hiệu quả hơn trên Desktop và trên Server. - Trải nghiệm tốc độ làm việc nhanh hơn với khả năng hiển thị ảnh nhanh.· Tiết kiệm thời gian bằng cách sử dụng cửa sổ phân tích ảnh để giải đoán và xử lý ảnh.· Dễ dàng quản lý các bộ ảnh có dung lượng lớn bằng tính năng ghép ảnh và xử lý on-the-fly. - Cung cấp khả năng ghép ảnh linh động cho rất nhiều ứng dụng Hình 1.7: Cải thiện khả năng truy cập ảnh 1.3.1.4.  Phương thức mới để chia sẻ -  Tăng cường khả năng cộng tác thông qua việc tích hợp chặt chẽ với công cụ tìm kiếm ArcGIS Online và khả năng chia sẻ. - Dễ dàng tạo ra và phân phối các dự án có thể bao gồm dữ liệu, các lớp, bản đồ, công cụ, scenes, globes, sơ đồ, và add-ins. - Khám phá và sắp xếp dữ liệu địa lý trên toàn tổ chức thông qua dịch vụ tìm kiếm mới trong ArcGIS Server. - Cho phép thực hiện tính năng biên tập đến từng đối tượng (feature - level) thông qua các ứng dụng Web. Hình 1.8: Phương thức mới để chia sẻ 1.3.1.5.  Mở rộng GIS ngoài thực địa. - Mở rộng các dự án thiết bị di động dựa trên máy tính bảng sử dụng ArcGIS Mobile tùy biến, sẵn sàng để triển khai các ứng dụng. - Đơn giản hóa việc triển khai ArcGIS Mobile bằng việc sử dụng Mobile Project Centre mới. - Đẩy mạnh khả năng của streaming GPS, đính kèm ảnh, và theo dõi vị trí. - Truy cập IPhone với các ứng dụng bản đồ có thể tải trực tiếp từ Apple iTunes App Store. - Xây dựng các ứng dụng iPhone của riêng bạn bằng cách sử dụng ArcGIS API cho iPhone. Hình 1.9: ArcGIS Mobile 1.3.1.6.  Triển khai linh hoạt hơn - Dễ dàng cài đặt và quản lý licenses của ArcGIS Desktop -  Mượn license của ArcGIS Desktop 10 để sử dụng tạm thời khi không có mặt tại văn phòng (ví dụ như đi thực địa, làm việc tại nhà, đi công tác). - Tận dụng GIS ở khắp nơi: thông qua Web-extended destops, Web lưu trữ các ứng dụng, và GIS điện toán đám mây. - Mở rộng khả năng sử dụng của ArcGIS thông qua khả năng lưu trữ linh hoạt Amazon Machine Image (AMI) Hình 1.10: Sử dụng ArcGIS Desktop 10 khi đi thực địa 1.3.1.7.  Tốt hơn cho các lập trình viên - Các ứng dụng của Desktop được mở rộng nhờ việc dễ dàng chia sẻ và triển khai các add-ins hoặc Python. - Dễ dàng xây dựng các ứng dụng bằng Web APIs bổ sung và bộ công cụ phát triển phần mềm sắp xếp hợp lý. - Công việc của các lập trình viên được đơn giản hóa thông qua ArcObject.Net SDK cũng như ArcObject Java SDK cho ArcGIS Desktop, ArcGIS Engine, và ArcGIS erver. 1.3.2. GPS – Hệ thống định vị toàn cầu qua vệ tinh Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu hiện nay đang nổi lên như một trong nhưng công nghệ mới, hiện đại, mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống.  Giải pháp tổng thể GPS mà tôi cung cấp bao gồm: Thiết bị đầu cuối GPS: nhỏ gọn, dễ dàng gắn lên các phương tiện vận chuyển cần giám sát, có thể hoạt động liên tục với thời gian cập nhật 10 giây – nhanh nhất ở Việt Nam hiện nay. Sản phẩm có PIN dự phòng có sẵn của thiết bị với chế độ hoạt động riêng, tiết kiệm khi dùng PIN đồng thời cảnh báo đang dùng đến PIN dự phòng.  Hình 1.11: Thiết bị đầu cuối GPS Tiện ích Thích hợp cho hoạt động theo dõi và giám sát phương tiện vận chuyển. Các tính năng được thiết kế và giá cả của thiết bị đủ để đáp ứng mọi đối tượng. Ứng dụng - Chống trộm trong thuê xe tự lái, quản lý phương tiện vận tải. - Quản lý tài sản. - Ghi lại lộ trình cho các chuyến công tác đi xa hay đi dã ngoại. - Theo dõi và điều tra dấu vết tội phạm. Tính năng kỹ thuật - Theo dõi thời gian thực (realtime) cập nhật liên tục 10 giây 1 lần sử dụng băng tần GPRS. - Theo dõi theo nhu cầu. - Quản lý ra / vào khu vực cần giám sát (GEOFENCE). - Sạc pin tự động. - Lưu lại hành trình khi qua vùng mất sóng. -Tính quãng đường đi với độ chính xác 3D(kể cả độ cao). - Cổng giao tiếp mở rộng như đếm người,đo nhiệt độ,giám sát nhiên liệu,cửa xe … Thông số kỹ thuật - Kênh (Channel): 20. - Độ nhạy thiết bị (Sensitivity): 159dBm. - Độ chính xác trong vòng 2.5 mét. (Precision: within 2.5 meters) Phụ kiện đi kèm Bộ thiết bị định vị bao gồm: - 1 thiết bị định vị GPS (GPS tracker) - 1 sách hướng dẫn sử dụng bằng tiếng Việt Yêu cầu: Gắn DT10 vào phương tiện, sử dụng Máy tính kết nối InternetTheo dõi tức thời: vị trí; trạng thái chuyển động; vận tốc, ,lộ trìnhQuản lý: Theo dõi lại lộ trình đã đi; tổng thời gian chạy, lộ trình dừng xe; quãng đường di chuyển; định mức tiêu thụ nguyên liệu … Tính năng: - Sử dụng GPS chipset với độ nhậy cao. - Kết hợp giữa mạng không dây: GPS, GSM/GPRS. - Được thiết kế hoạt động định vị liên tục và không thấm nước. - Dễ dàng cài đặt hay giấu trong xe hơi. - Thiết kế đặc biệt để theo dõi phương tiện vận chuyển. - Độ chính xác trong vòng nhỏ hơn 3m Thông số kỹ thuật:- GSM module: Tri-Band GSM 900/1800/1900MHz, or Quad-Band GSM 850/900/1800/1900 MHz• GPRS multi-slot class 10/8• GPRS mobile station class B• Compliant to GSM phase 2/2+- Class 4(2W @ GSM850/900MHz)- Class 1(1W @ GSM1800/1900MHz)-Low power consumption- GPS Chipset: High sensitivity GPS chipset- Frequency: L1, 1575.42 MHz- C/A code: 1.023 MHz chip rate- Channels: 20 channel all-in-view tracking- Accuracy Position 2.5m CEP- without SA/Velocity 0.1m/s- without SA/Time 1μs synchronized to GPS time- Position with DGPS/SBAS: 2.0m CEP- Default datum: WGS-84.- Hot start: 1 sec., average.- Warm start: 38 sec., average.- Cold start: 42 sec., average.- Altitude Limit: 18,000 meters (60,000 feet) max.- Velocity Limit: 515 meters/second (1000 knots) max.- Low power consumption about 160mW at 3.3 V(full power).Protocols- NMEA-0183- SiRF binary- RTCM SC-104• Crystal oscillator (TCXO), temperature compensated with frequency stability of ±0.5ppm• Memory: On-chip 4Mbit FLASH and 1Mbit SRAM 1.3.3. Triển vọng của viễn thám ở Việt Nam Đảng và Nhà nước ta đã khẳng định phát triển khoa học công nghệ là quốc sách hàng đầu, là nền tảng và động lực đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đẩy mạnh công nghiệp hoá đất nước là nội dung cơ bản của quá trình phát triển đất nước ta giai đoạn 2005 - 2020 với mục tiêu cụ thể là nước ta sẽ trở thành nước công nghiệp vào năm 2020. Để thực hiện mục tiêu trên, vấn đề có tính chất quyết định là đẩy mạnh ứng dụng và phát triển khoa học công nghệ, đưa khoa học công nghệ thực sự trở thành nền tảng và động lực đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ viễn thám nói riêng phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường đóng vai trò quan trọng cho sự nghiệp phát triển đất nước ta hiện nay. Mầu nước biển phân tích từ ảnh MERIS Hình 1.12: Nhiệt độ bề mặt nước biển phân tích từ ảnh NOAA Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý tài nguyên thiên nhiên trước hết là tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên rừng,...và giám sát môi trường ngày càng trở nên bức xúc và trở thành một trong các nhiệm vụ chủ đạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Trong khi đó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát tài nguyên và môi trường ở nước ta trong thời gian qua tuy đã thu được một số kết quả song còn ít, tản mạn và trên thực tế chưa đáp ứng được nhu cầu. Các ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu mới tập trung vào lĩnh vực hiện chỉnh bản đồ địa hình, thành lập một số bản đồ chuyên đề, bước đầu đề cập đến ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý đất đai và một số khía cạnh của môi trường. Thực tế đó đòi hỏi phải đẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn thám phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên và giám sát môi trường. Để đạt được nhiệm vụ trên việc đầu tư công nghệ mới nhằm xây dựng đồng bộ hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu và áp dụng tư liệu ảnh vũ trụ là yêu cầu cần thiết và bức xúc với nước ta hiện nay. Năm 2003 Thủ tướng Chính phủ đã đồng ý cho sử dụng nguồn vốn ODA của Cộng hòa Pháp để xây dựng Dự án Xây dựng Hệ thống Giám sát Tài nguyên thiên nhiên và Môi trường ở Việt Nam và giao cho Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức thực hiện. Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường được giao chủ trì thực hiện. Tháng 6 năm 2005 Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường được sự uỷ quyền của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ký hợp đồng với Công ty Hàng không Vũ trụ Châu Âu (EADS) tiến hành thực hiện dự án trong thời gian 3 năm. Hệ thống giám sát Tài nguyên thiên nhiên và Môi trường bao gồm 3 thành phần: - Trạm thu mặt đất cho phép thu trực tiếp từ vệ tinh ảnh Spot 2, 4 và 5 (các ảnh có độ phân giải từ 2,5m, 5m, 10m và 20m), ảnh Envisat ASAR (radar) độ phân giải 30m và ảnh MERIS độ phân giải thấp 300m phục vụ cho nghiên cứu nhiệt độ và độ mặn nước biển. - Trung tâm Dữ liệu Quốc gia có khả năng xử lý, phân tích, lưu trữ và phân phối các dữ liệu thu nhận được; Hệ thống ứng dụng dữ liệu (gồm 15 đơn vị) cho phép sử dụng các dữ liệu đã được xử lý ở Trung tâm dữ liệu vào các mục đích riêng của từng cơ quan, tổ chức.Việc xây dựng Hệ thống Giám sát Tài nguyên và Môi trường đã mở ra thời kỳ phát triển mới của công nghệ viễn thám. Trước mắt sẽ thu nhận các ảnh vệ tinh thông dụng đã nêu ở trên đáp ứng rộng rãi, kịp thời các nhu cầu cơ bản về tư liệu viễn thám cho các ngành. Sau một thời gian ứng dụng sẽ tiến hành nâng cấp để thu các vệ tinh đời mới có độ phân giải siêu cao đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực và trong nhiều ngành kinh tế của đất nước. Thực tế đó đòi hỏi Trung tâm Viễn thám phải đẩy mạnh ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý tài nguyên và giám sát môi trường trên cơ sở phối hợp chặt chẽ với các đơn vị có liên quan trong và ngoài Bộ. 1.4. Một số nghiên cứu liên quan: 1.4.1. Một số nghiên cứu trên Thế giới Ngày nay công nghệ viễn thám có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: 1. Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra về 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; Giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy rừng, bão, mưa đá, sương mù, sương muối,…); Nghiên cứu ô nhiễm nước và không khí. 2. Viễn thám ứng dụng trong điều tra đất bao gồm: Xác định và phân loại các vùng thổ nhưỡng; Đánh giá mức độ thoái hoá đất, tác hại của xói mòn, quá trình muối hoá. 3. Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phân loại rừng, diễn biến của rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng, cháy rừng. 4. Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lập bản đồ sử dụng đất; Điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật. 5. ứng dụng viễn thám trong địa chất bao gồm: Thành lập bản đồ địa chất; Lập bản đồ phân bố khoáng sản; Lập bản đồ phân bố nước ngầm; Lập bản đồ địa mạo. 6. Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tài nguyên nước; Bản đồ phân bố tuyết; Bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; Bản đồ các vùng đất thấp. 7. Viễn thám trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát cho xây dựng các công trình; Nghiên cứu các hiện tượng trượt đất. 8. Viễn thám trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòng sông cổ hay các di khảo cổ khác. 9.Viễn thám trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa, bão và lũ lụt, hạn hán; Đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu, phân vùng khí hậu 10. Viễn thám trong khí tượng nông nghiệp (KTNN) ứng dụng của viễn thám trong KTNN có thể phân thành 3 loại chính: a/ Điều tra và đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp, sự biến đổi tình hình sử dụng đất và lớp đất phủ, và sự thay đổi của chúng theo từng thời gian nhất định. b/ Đánh giá những tác động của ngoại cảnh liên quan đến sản xuất nông nghiệp. Bao gồm điều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh phát triển (diện tích, mức độ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết, khí hậu và môi trường đến sản xuất nông nghiệp. c/ Tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt như: bức xạ, phát xạ, nhiệt độ, độ ẩm, bốc thoát hơi…làm cơ sở cho việc phân vùng khí hậu nông nghiệp d/ Dự báo KTNN bao gồm dự báo năng suất cây trồng, sâu bệnh, hạn hán, úng lụt…Do số liệu viễn thám được cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vì vậy đáp ứng kịp thời và chính xác trong nghiệp vụ dự báo KTNN. e/ Những ứng dụng của GIS Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề thực tiễn chỉ dựa đơn thuần trên tư liệu viễn thám là một việc hết sức khó khăn và trong nhiều trường hợp không thể thực hiện nổi. Vì vậy cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp trong đó tư liệu viễn thám giữ một vai trò quan trọng và kèm theo các thông tin truyền thông khác như số liệu thống kê, quan trắc, số liệu thực địa. Cách tiếp cận đánh giá, quản lý tài nguyên như vậy được các nhà chuyên môn đặt tên là hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems – GIS). GIS là công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm đất đai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khí tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệp v.v xảy ra trên trái đất. Công nghệ GIS dựa trên các cơ sở dữ liệu quan trắc, viễn thám đưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích thống kê được thể hiện qua phép phân tích địa lý. Những sản phẩm của GIS được tạo ra một cách nhanh chóng, nhiều tình huống có thể được đánh giá một cách đồng thời và chi tiết. Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng không những trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc tế. Tiềm năng kỹ thuật GIS trong lĩnh vực ứng dụng có thể chỉ ra cho 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. 1.4.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam: 1. Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên đất: Nói đến tài nguyên đất cần đề cập đến hai khía cạnh: Lớp phủ thổ nhưỡng và tình hình sử dụng đất. Để điều tra, giám sát hai khía cạnh này, ở những mức độ khác nhau, đều có thể ứng dụng công nghệ viễn thám. Cho đến nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Những bản đồ này phủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp đến tỉnh, vùng và toàn quốc. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc năm 1990 tỉ lệ 1: 1 000 000 được thành lập bằng nhiều nguồn tài liệu, trong đó ảnh vệ tinh Landsat - TM. Bản đồ này do Tổng cục Quản lý Ruộng đất (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), cùng một số các cơ quan khác thực hiện. Bên cạnh đó, năm 1993 Tổng cục Quản lý Ruộng đất, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước (nay thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường), Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Điều tra Quy hoạch rừng, Viện Thiết kế và Quy hoạch Nông nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) đã thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất toàn quốc tỉ lệ 1: 250 000 bằng ảnh Landsat – TM Bản đồ hiện trạng sử dụng đất của các vùng như Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng sông Hồng,… được thành lập trong khuôn khổ các chương trình điều tra tổng hợp, đều đã sử dụng ảnh vệ tinh như một nguồn tài liệu chính. Những bản đồ này được thành lập trong những năm 1989, 1990 của thế kỉ trước và do các cơ quan nghiên cứu khoa học và điều tra cơ bản thực hiện. Bản đồ được thành lập chủ yếu ở tỉ lệ 1: 250 000. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất cấp tỉnh và các khu vực hẹp hơn của một số địa phương cũng được thành lập bằng ảnh vệ tinh. Những bản đồ này thường được thành lập ở các tỉ lệ 1:100 000 (cấp tỉnh) đến 1: 25 000 (khu vực cụ thể) và do các Viện thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Trung tâm Viễn thám thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường và một số Trường Đại học thực hiện trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu và các dự án.Nhằm đưa công nghệ viễn thám về các Sở Tài nguyên và Môi trường, phục vụ công tác quản lý tài nguyên đất vào dịp tổng kiểm kê đất năm 2000 Trung tâm Viễn thám đã có những cố gắng ban đầu để một số Sở tiếp cận với công nghệ viễn thám, đã xây dựng quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất bằng ảnh vệ tinh và tiến hành thử nghiệm ở một số địa phương. Trung tâm Viễn thám đã thành lập bình đồ ảnh vũ trụ tỷ lệ 1: 10 000 phục vụ kiểm kê đất đai của 13 tỉnh trong đợt kiểm kê đất năm 2005.Như vậy, cho đến nay nhiều cơ quan ở nước ta đã sử dụng ảnh vệ tinh để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất nhằm phục vụ các mục đích khác nhau. Kế hoạch sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất một cách hệ thống theo quy định của tổng kiểm kê đất thuộc ngành địa chính cũng như để giám sát và cập nhật biến động về sử dụng đất đai một cách liên tục theo các chu kì ngắn hạn, đang được Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường nghiên cứu đưa vào thực hiện trong thời gian tới. Về mặt thổ nhưỡng, ảnh vệ tinh có thể được sử dụng trong công tác điều tra, thành lập bản đồ thổ nhưỡng, nghiên cứu, giám sát quá trình suy thoái đất do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra như xói mòn, nhiễm mặn, cát lấn,… ở nước ta, ảnh vệ tinh mới được sử dụng như tài liệu hỗ trợ để thành lập một số bản đồ thổ nhưỡng như bản đồ thổ nhưỡng Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000, bản đồ thổ nhưỡng đồng bằng sông Cửu Long tỉ lệ 1: 250 000 thuộc các chương trình điều tra tổng hợp các vùng này. Bên cạnh đó, một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh và GIS để thành lập bản đồ xói mòn đất ở tỉ lệ nhỏ cũng đã được thực hiện. Như vậy, kết quả sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát lớp phủ thổ nhưỡng ở nước ta đã được áp dụng tuy vậy còn ít. 2. Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước Từ góc độ chức năng và nhiệm vụ của Bộ Tài nguyên và Môi trường, khái niệm tài nguyên nước bao hàm nước mặt và nước ngầm. Để phục vụ các mục đích quản lí và khai thác tài nguyên nước phải điều tra và giám sát sự phân bố các đối tượng thủy văn và các nguồn nước ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến động lòng sông, lòng hồ,… Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực tiếp và gián tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm. Các thông tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần được nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh. Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất. Ảnh vệ tinh được sử dụng chuyên cho mục đích kiểm kê các nguồn nước mặt, qua công tác hiện chỉnh bản đồ địa hình, ảnh vệ tinh là tài liệu chính dùng để cập nhật mạng lưới thủy văn bao gồm sông, suối, kênh mương, các hồ chứa nước và hồ, đầm, ao. ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng để khảo sát, thành lập bản đồ biến động lòng sông ở các tỉ lệ khác nhau, từ 1: 100 000 đến 1: 25 000 cho hệ thống sông Cửu Long, một số sông ở miền Trung và sông Hồng. Phần lớn những bản đồ này do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường lập. Ngoài ra, ảnh vệ tinh đã được một số đơn vị thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia và Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng để thành lập bản đồ ngập lụt đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh miền Trung. ảnh vệ tinh hiện nay có khả năng sử dụng để điều tra giám sát chất lượng nước như độ mặn, mức độ ô nhiễm do chất thải công nghiệp và để điều tra, quản lí tổng hợp các lưu vực sông. Về mặt nước ngầm, các nhà địa chất - thuỷ văn đã tiến hành một số thử nghiệm sử dụng ảnh vệ tinh kết hợp với các phương pháp truyền thống để điều tra, thành lập bản đồ nước ngầm. Một trong những công trình đầu tiên về mặt này ở nước ta là bản đồ nước ngầm Tây Nguyên tỉ lệ 1: 250 000 được thành lập trong khuôn khổ chương trình điều tra tổng hợp vùng Tây Nguyên. 3. Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát môi trường Điều tra, giám sát môi trường là một lĩnh vực rất lớn, rất khó khăn, trong đó có những vấn đề có thể sử dụng ảnh vệ tinh như một công cụ hữu hiệu. Xét về góc độ công nghệ viễn thám, việc phân tích, suy giải phổ cho phép phát hiện những thay đổi của môi trường ở mức độ tổng thể, việc nghiên cứu môi trường ở mức độ chi tiết cần có các nghiên cứu, đo đạc của nhiều bộ môn khác. Điều tra, giám sát môi trường là nhiệm vụ liên quan đến nhiều ngành. Vì vậy, trong những năm qua, ngoài cơ quan quản lý môi trường, nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học, điều tra cơ bản của nhiều ngành cũng như một số Trường Đại học ở nước ta đã quan tâm đến ứng dụng công nghệ viễn thám để thực hiện nhiệm vụ này như các Viện Địa lý, Địa chất, Vật lý, Nghiên cứu biển thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Trung tâm Viễn thám, Liên đoàn Bản đồ Địa chất thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường, Viện Điều tra và Quy hoạch rừng thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội),… Các cơ quan này đã tiến hành nhiều thử nghiệm, dưới dạng các đề tài nghiên cứu, các dự án về sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra khảo sát các đối tượng, hiện tượng liên quan đến môi trường (hoặc từ góc độ môi trường) và đã thu được những kết quả ban đầu quan trọng.Ảnh vệ tinh đã được sử dụng để điều tra và thành lập bản đồ các hệ sinh thái nhạy cảm như: Rừng ngập mặn, đất ngập nước (phạm vi cả nước), rạn san hô (Quảng Ninh, miền Trung), các loại habitat (đảo Bạch Long Vĩ),… Các bản đồ rừng ngập mặn được thành lập ở tỉ lệ 1: 100 000, phủ trùm toàn dải ven biển và ở tỉ lệ lớn hơn cho từng vùng. Bản đồ đất ngập nước toàn quốc được thành lập ở tỉ lệ 1: 250 000. Những bản đồ này do Trung tâm Viễn thám - Bộ Tài nguyên và Môi trưòng và một số cơ quan khác thực hiện theo chương trình của Cục Bảo vệ Môi trường. ảnh vệ tinh đa thời gian đã được sử dụng như một công cụ hữu hiệu nhất để khảo sát biến động của nhiều hợp phần môi trường thiên nhiên, như biến động bờ biển, lòng sông, biến động rừng ngập mặn, diễn biến rừng, biến động lớp phủ mặt đất và sử dụng đất (ở một số vùng). Một trong những bản đồ đó là bộ bản đồ biến động bờ biển thời kì 1965 - 1995 tỉ lệ 1: 100 000 phủ trùm cả dải ven biển, do Trung tâm Viễn thám và Viện nghiên cứu Biển Nha Trang thực hiện. ảnh vệ tinh đã được một số cơ quan sử dụng thử nghiệm để nghiên cứu và theo dõi một vài hiện tượng thiên tai như ngập lụt, cháy rừng, tai biến địa chất. Bên cạnh đó, ảnh vệ tinh đã được sử dụng để khảo sát và thành lập bản đồ nhạy cảm môi trường dải ven biển với mục đích phòng chống dầu tràn. Tuy mới là bước đầu, nhưng cũng đã xuất hiện công trình nghiên cứu “áp dụng viễn thám và GIS để nghiên cứu hiện trạng và biến động môi trường tỉnh Ninh Thuận” (TS. Nguyễn Ngọc Thanh và nnk, Hà Nội - 1999). Trong đó, ảnh vệ tinh đa thời gian là nguồn tư liệu để phân tích sự thay đổi về vị trí và diện tích các đơn vị môi trường, sự biến đổi thảm thực vật, biến đổi hình thức sử dụng môi trường, biến đổi về diện tích và vị trí các loại tai biến. Đồng thời, với mục đích mở rộng ứng dụng công nghệ viễn thám Viện Địa lý và Cục Bảo vệ Môi trường đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tư liệu viễn thám độ phân giải trung bình phục vụ giám sát, quản lý môi trường và tài nguyên” (Hà Nội 2002). Trong đó những người thực hiện đã thử nghiệm sử dụng ảnh MODIS để thành lập bản đồ lớp phủ bề mặt và sử dụng đất, bản đồ phân bố rừng và thảm thực vật tỉ lệ 1: 500 000 vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ và một số bản đồ dẫn xuất khác. Như vậy, trong những năm qua nhiều cơ quan của nước ta đã tiếp cận với công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra, giám sát môi trường. Tuy nhiên, những kết quả thu được mới đề cập đến một số khía cạnh môi trường một cách rời rạc, tản mạn và được thực hiện trong khuôn khổ của các đề tài, các dự án với các mục tiêu khác nhau. Nhiều vấn đề môi trường có nhu cầu khai thác thế mạnh của công nghệ viễn thám nhưng chưa được đáp ứng. 1.5. Dữ liệu và các phần mềm sử dụng 1.5.1. Các khái niệm cơ bản 1.5.1.1. Bề mặt (Surface) Bề mặt là sự phân bố liên tục các đặc tính trong không gian 2 chiều. Đây là một dải liên tục các giá trị biến thiên trên một số điểm không giới hạn. Những giá trị này có thể biểu diễn trên trục Z trong không gian 3 chiều X, Y, Z. Hiện nay khái niệm này rất rộng. 1.5.1.2. Mô hình hóa bề mặt (Terrain Model) Đây là một quá trình thu thập thông tin về các đặc tính bề mặt, tiến hành xử lý thông tin và biểu diễn bằng các bề mặt giả lập nhân tạo thể hiện qua các mô hình hình học hay các biểu thức toán học. 1.5.1.3. Mô hình DEM DEM là viết tắt của Digital Elevation Model, đây là một mô hình số biểu diễn sự biến thiên độ cao liên tục của bề mặt địa hình trên một vùng không gian của trái đất. mô hình này được lưu trữ, phân tích và thể hiện trên máy tính bằng hệ thống GIS 1.5.1.4. TRMM tính toán lượng mưa TRMM là được đưa vào để đo lường định lượng mưa từ không gian. Nó bao gồm các radar mưa đầu tiên (PR), cùng với 9 kênh SSM / I, màn hình vi sóng thụ động (TMI), một hồng ngoại khả kiến (AVHRR) giống như bức xạ (VIRS), cảm biến tia chớp và cảm biến mây. Các thiết bị PR, TMI, và các VIRS được thiết kế để có được lượng mưa và các thông tin liên quan khác . 1.5.2. Các phép tính trong công cụ CALCULUS cua Sufer 1.5.2.1. Phép tính độ dốc (Terrain Slope) Tính toán độ dốc là phép tính độ dốc tại mọi điểm trên bề mặt địa hình, độ dốc tính toán sẽ nằm trong khoảng từ 0o (phương ngang) đến 90o (phương thẳng đứng). Đối với một số điểm địa hình tại một số vị trí đặc biệt, độ dốc địa hình sẽ được xác định dựa trên hướng sườn (Aspect) của bề mặt địa hình. Phép tính độ dốc tương tự như Phép Đạo Hàm Bậc 1 Có Định Hướng cũng xác định hướng độ dốc tại mỗi điểm trên bản đồ, nhưng nó mạnh hơn ở chỗ tự xác định được chiều gradient tại mỗi điểm trên bản đồ. Độ dốc S tại điểm P được xác định là độ lớn của gradient tại điểm đó: Sử dụng ký hiệu compass-based grid, phương trình được viết lại: Độ dốc địa hình được hiểu diễn dưới dạng góc độ dốc ST theo Moore như sau: 1.5.2.2. Phép tính hướng sườn (Terrain Aspect) Hướng sườn địa hình phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh lệch độ cao giữa các điểm trên bề mặt địa hình. Hướng sườn chính là hướng thẳng đứng từ bề mặt đến các đường đồng mức, nó khác biệt hoàn toàn hướng gradient. Phép tính hướng sườn tính toán hướng sườn của mọi điểm trên bề mặt địa hình. Giá trị hướng sườn được biểu diễn dưới dạng góc phương vị, từ 0o đến 360o theo chiều kim đồng hồ. Công thức tính: Hoặc: 1.5.2.3. Phép tính độ cong bề mặt theo phương ngang (Plan Curvature) Độ cong bề mặt theo phương ngang cho ta biết được tỉ lệ của sự thay đổi góc của hướng địa hình theo phương ngang tại mỗi nút lưới. Các giá trị âm thể hiện đường chia nước (divergent water flow), các giá trị dương thể hiện đường tụ nước (convergent water flow). Độ cong KH tính theo công thức sau: 1.5.2.4. Phép tính độ cong bề mặt theo phương thẳng đứng (Profile Curvature) Độ cong bề mặt theo phương thẳng đứng cho ta biết được tỉ lệ sự thay đổi lồi lõm của địa hình theo phương đứng tại mỗi nút lưới. Các giá trị âm thể hiện vùng lồi, các giá trị dương thể hiện vùng lõm. Độ cong Kp tính theo công thức sau: 1.5.2.5. Phép tính độ cong bề mặt tiếp tuyến (Tangential Curvature) Độ cong tiếp tuyến là độ cong trong mối quan hệ giữa bề mặt thẳng đứng trực giao với hướng gradient, hay là tiếp tuyến với đường contour. Các giá trị âm thể hiện đường đi xuống, các giá trị dương thể hiện đường đi lên tính từ trái sang phải. Độ cong KT tính theo công thức sau: 1.5.2.6. Toán tử Laplacian (Tangential Curvature) Toán tử Laplacian cung cấp cho ta một thang đo dòng vào (recharge) và dòng ra (discharge) trên một bề mặt. Các giá trị âm thể hiện dòng ra, các giá trị dương thể hiện dòng vào. Công thức sử dụng trong Surfer: 1.5.3. Phép tính thể tích của Surfer Về mặt toán học, thể tích được tính theo công thức phân tích: Surfer thực hiện tính toán với X (số cột) cho ra diện tích sau đí mới thực hiện phép tính trên Y (số hàng) để cho ra kết quả cuối cùng là thể tích. Trong Surfer, thể tích được tính toán bằng 3 phương pháp: Extended Trapezoidal Rule: Công thức: is the grid column spacing is the grid row spacing is the grid node value in row i and j Extended Simpson`s Rule Công thức: is the grid column spacing is the grid row spacing is the grid node value in row i and j Extended Simpson`s 3/8 Rule: Công thức: is the grid column spacing is the grid row spacing is the grid node value in row i and j Sự khác nhau trong kết quả tính toán Volumn của 3 phương pháp thể hiện sự chính xác của phép tính: Nếu 3 pp cho ra 3 kết quả gần nhau thì thể tích thực hiện của miền tính gần nhất với kết quả của 3 pp. Nếu 3 pp cho ra 3 kết quả sai khác nhau đáng kể thì thể tích thực của miền tính được lấy trung bình cộng của 3 pp,khi đó sai số của phép tính sẽ lớn.Cách khắc phục : sử dụng ô lưới dày hơn để kích thước ô lưới nhỏ. Kết quả thể tích bao gồm Positive và Negative Volumn. Positive Volumn (cut): tạm dịch thể tích phần dương .Là thể tích được giới hạn bởi bề mặt trên và bề mặt dưới khi bề mặt trên nằm phía trên bề mặt dưới Negative Volumn (Fill): Tạm dịch thể tích phần âm. Là thể tích được giới hạn bởi bề mặt trên và bề mặt dưới khi bề mặt trên nằm phía dưới bề mặt dưới ảnh hưởng của kích thước ô lưới đến tính Volumn: Kích thước ô lưới càng lớn thì tính Volumn cho ra sai số càng lớn và ngược lại. Ví dụ để tính thể tích của 1 khối lập phương sau: Hình 1.13: Sai số thể tích càng lớn khi spacing càng lớn Hình 1.14: Nguyên tắc tính thể tích Cut and Fill 1.5.4. Cơ sở khoa học thành lập bản đồ ngập lụt 1.5.4.1. Khái niệm về bản đồ ngập lụt Bản đồ ngập lụt là một loại bản đồ chuyên đề trên đó thể hiện các vùng ngập lụt ở một thời điểm nhất định. Thực chất đây là bản đồ hiện trạng ngập lụt vì chỉ chụp được hình ảnh vùng ngập lụt tại thời điểm chụp ảnh. Nội dung của bản đồ ngập lụt bao gồm yếu tố cơ sở toán học, các yếu tố nền cơ sở địa lý và yếu tố chuyên đề mà cụ thể ở đây là các vùng ngập lụt ở một thời điểm. 1.5.4.2 . Yêu cầu khi thành lập bản đồ ngập lụt Việc thành lập bản đồ ngập lụt phải thoả mãn được các yêu cầu sau đây: a. Phản ánh được tính chất cùng thời gian đặc trưng của các đối tượng, hiện tượng. Các đối tượng, hiện tượng luôn biến động theo không gian và thời gian. Vì vậy chỉ tiêu, chỉ số đưa lên bản đồ càng cập nhật thì bản đồ càng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Các chỉ tiêu đó phải thống nhất về thời gian. b. Tài liệu sử dụng để thành lập bản đồ phải bảo đảm sự thống nhất và đầy đủ đối với toàn bộ lãnh thổ được biểu hiện trên bản đồ. Sự không đồng nhất và khác nhau về chất lượng của những tài liệu để thành lập bản đồ sẽ dẫn đến sự không đồng nhất của bản đồ trên những lãnh thổ khác nhau, cũng như làm sai lệch tính khách quan và mối tương quan của các hiện tượng, đối tượng. Vì vậy, cần phải chọn và dựa trên nguồn tài liệu cơ bản và đáng tin cậy nhất, có tham khảo các tài liệu khác để chỉnh lý và bổ sung. c. Phương pháp biểu hiện bản đồ phải gần gũi nhất với đặc tính địa lý của các đối tượng, hiện tượng. Mỗi loại đối tượng, hiện tượng có đặc điểm phân bố khác nhau (như theo điểm, đường, diện, phân bố phân tán,…). Để bản đồ có tính địa lý cao, phản ánh tốt nhất đặc trưng hiện tượng, phải vận dụng những phương pháp biểu hiện phù hợp nhất và phối hợp các phương pháp thể hiện một cách khoa học. d. Bố cục bản đồ phải chặt chẽ, khoa học. Các đối tượng, hiện tượng biều hiện trên bản đồ không những được phản ánh về sự phân bố, mà còn cả những đặc tính về số lượng, chất lượng, cơ cấu và động lực. 1.5.4.3. Nguyên tắc thành lập bản đồ ngập lụt Ngập lụt là những yếu tố động và thuộc phạm trù tự nhiên có ảnh hưởng của yếu tố xã hội. Sự nhận xét, đánh giá chúng có thể theo những góc độ khác nhau, vì thế trên những nguyên tắc chung thành lập bản đồ, việc thành lập bản đồ ngập lụt cần phải đặc biệt chú ý đến những nguyên tắc sau: Mục đích của bản đồ phải được xác định cụ thể, rõ ràng. Phải xác định rõ bản đồ được thành lập nhằm mục đích gì?, phục vụ đối tượng nào? và muốn nhấn tới ý tưởng gì? để từ đó có hướng cho nội dung, cho việc lựa chọn những chỉ tiêu, chỉ số ký hiệu bản đồ và phương pháp thành lập. Bản đồ được thành lập trên cơ sở các thành tựu hiện đại của khoa học kĩ thuật về nội dung cũng như hình thức, theo những nguồn tài liệu chính xác và hiện đại. Vì vậy, khi thành lập bản đồ cần phải khảo sát, kiểm tra về độ chính xác, tính đầy đủ và sự xác thực của những đối tượng, hiện tượng được biểu hiện trên bản đồ. Nội dung bản đồ phải đáp ứng đầy đủ và sâu sắc những đặc trưng của các đối tượng họa đồ như số lượng, cấu trúc, động lực cũng như các mối quan hệ của các đối tượng theo mục đích và chủ đề mà bản đồ đặt ra. Các đối tượng trên bản đồ phải được phân loại một cách khoa học, đúng đắn về phương pháp, liên tục về hệ thống và thống nhất về nguyên tắc phân loại. Sự biểu hiện chúng trên bản đồ phải được bảo đảm nguyên tắc thống nhất và tương ứng của hệ thống phân loại đã xác định. Đã chọn dấu hiệu nào cho các đối tượng cùng thuộc hệ phân loại phải đảm bảo tính nhất quán, chúng được thể hiện thông qua phương pháp và hệ thống ký hiệu thể hiện và được trình bày đầy đủ, và hệ thống trong bản chú giải bản đồ. Các đối tượng trên bản đồ phải bảo đảm tính chính xác địa lý. Tính chính xác địa lý là một nguyên tắc quan trọng của bản đồ địa lý. Tất cả những chỉ số làm nội dung đưa lên bản đồ phải được quy về những điểm và vùng cụ thể. Phá nguyên tắc này sẽ dẫn đến sự sơ đồ hoá bản đồ, mất hết ý nghĩa khoa học và thực tiễn của bản đồ. 1.5.4.4. Nội dung và các phương pháp thể hiện nội dung bản đồ ngập lụt 1.5.4.4.1. Nội dung bản đồ ngập lụt Bản đồ ngập lụt là một loại bản đồ chuyên đề nên gồm hai nhóm nội dung: nhóm nội dung nền cơ sở địa lý và nhóm nội dung chuyên đề (ngành). Mức độ chi tiết của từng nội dung phụ thuộc tỷ lệ bản đồ và đặc điểm địa lý khu vực lãnh thổ mà bản đồ thể hiện. - Nhóm nội dung nền cơ sở địa lý: Ÿ Dáng đất - đây là một nội dung ảnh hưởng trực tiếp đến mức ngập, nên được thể hiện chi tiết, được biểu thị bằng đường bình độ và điểm ghi chú độ cao. Ÿ Thuỷ hệ: là nguồn tiêu thoát nước khi lũ, lụt, cần thể hiện chi tiết hệ thống sông, hồ. Ÿ Hệ thống giao thông: Hệ thống giao thông thể hiện: đường sắt, đường bộ và các công trình giao thông có liên quan. Ÿ Biểu thị đường địa giới hành chính các cấp Ÿ Biểu thị các yếu tố nội dung khác như: các điểm địa vật độc lập quan trọng có tính định hướng và các công trình kinh tế, văn hóa - xã hội; Ÿ Ghi chú địa danh, tên các đơn vị hành chính giáp ranh và các ghi chú cần thiết khác. - Nhóm nội dung chuyên đề: Thể hiện nền màu phân biệt vùng ngập lụt. 1.5.4.4.2. Phương pháp thể hiện Để biểu thị nội dung cho bản đồ ngập lụt, có thể áp dụng các phương pháp thể hiện nội dung bản đồ sau: - Phương pháp ký hiệu: để thể hiện các đối tượng dạng điểm như các điểm khống chế trắc địa, các ký hiệu thể hiện các đối tượng kinh tế, văn hoá, xã hội,... - Phương pháp ký hiệu tuyến: để thể hiện các đối tượng dạng tuyến: đường giao thông, các đối tượng thuỷ hệ hình tuyến, ranh giới các cấp hành chính,... - Phương pháp đường đẳng trị: để thể hiện độ cao bằng đường bình độ, khoanh vùng các vùng có cùng mức độ ngập lụt. 1.5.4.5. Các phương pháp thành lập bản đồ ngập lụt 1.5.4.5.1. Phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa Bằng phương pháp trắc địa có thể đo độ sâu ngập lụt, đánh dấu các điểm đã bị ngập lụt thông qua các dấu vết của các trận ngập lụt đã xẩy ra để lại. Rồi từ đó khoanh vùng ngập lụt trên bản đồ địa hình. Và từ đó thành lập ra bản đồ chuyên đề về ngập lụt. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi tốn nhiều công sức, kinh phí và thời gian. Do vậy không hiệu quả. 1.5.4.5.2. Phương pháp nghiên cứu cơ chế và biến trình lũ thông qua các mô hình dự báo lũ dưới góc nhìn của thuỷ văn học Phương pháp này dựa vào quy luật chuyển động của nước trong sông và vào quy luật tập trung nước của lưu vực từng nhánh sông và phân phối nó dọc theo để tính toán và dự báo. Các nhà Thuỷ văn học đã sử dụng các mô hình diễn toán lũ để tính toán dự báo. Hiện nay có rất nhiều mô hình dự báo khác nhau như: DHM, SWAT, MIKE 11, 21 …. Các mô hình và phương pháp thuỷ văn có ưu điểm cho kết quả tính toán tương đối chính xác về các thông số ngập lũ (độ ngập sâu, lưu lượng, tốc độ lan truyền …) dọc theo các tuyến đất canh tác nhạy cảm với lũ, các công trình dân sinh có nguy cơ bị phá hỏng bởi lũ, đồng thời cho phép đưa ra nhiều kịch bản dự báo khác nhau. Tuy nhiên, để tính toán cần nhiều các tham số đầu vào và địa hình thường bị khái quát đi nhiều. 1.5.4.5.3. Phương pháp dựa vào nghiên cứu tai biến lũ lụt trên quan điểm địa mạo Các nhà Địa mạo học trên cơ sở nghiên cứu lũ lụt xác định phạm vi ảnh hưởng của chúng, những đặc điểm của chúng đã diễn ra, dự báo mức độ tác động và những thiệt hại mà chúng gây ra trong tương lai. Các nhà Địa mạo cho rằng các đơn vị địa hình của đồng bằng sẽ quy định dòng chảy của lũ, sự lưu thông cũng như sự dồn ứ nước vào những chỗ trũng, v.v, các bậc thềm sông trên những vùng đồng bằng thấp và các thành phần vật chất của chúng trong quá khứ có quan hệ mật thiết lũ lụt trong hiện tại và tương lai. 1.5.4.5.4. Phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS Đây là hướng nghiên cứu và cảnh báo lũ lụt hiện đại và trực quan, xuất hiện khá phổ biến từ cuối những năm 70, đầu những năm 80 sau khi viễn thám vệ tinh ra đời và đặc biệt là có sự trợ giúp của hệ thông tin địa lý GIS. Đặc điểm của ảnh viễn thám là cho phép thu nhận đồng thời đặc điểm của các đối tượng trên một diện tích rộng lớn tại thời điểm bay chụp. Việc chiết xuất các lớp thông tin liên quan đến lũ lụt từ ảnh có thể giúp các nhà nghiên cứu thành lập được bản đồ hiện trạng lũ lụt hay đặc điểm của vùng ngập lụt ở các thời điểm khác nhau một cách thuận lợi và kinh tế. Từ những tấm ảnh hiện trạng ở những thời điểm khác nhau của cùng một khu vực, cho phép người sử dụng có thể so sánh được những thay đổi của các đối tượng theo thời gian, cùng với sự trợ giúp của các phần mềm GIS trong phân tích, tính toán các dữ liệu không gian và liên kết các dữ liệu viễn thám với mô hình số độ cao thể đưa ra những nhận định về các khu vực nhạy cảm lũ lụt và những vùng có nguy cơ tai biến. Ảnh máy bay, ngoài ưu điểm có tỷ lệ lớn, người sử dụng còn có thể thu được những tấm ảnh chụp liên tục trong suốt thời gian diễn ra lũ, từ thời điểm bắt đầu xuất hiện lũ, trong thời gian lũ diễn ra, khi lũ rút và cả sau khi lũ, đó là những tài liệu quý giá trong việc theo dõi và nghiên cứu diễn biến của lũ lụt. Tuy nhiên, như ở Việt Nam cho đến hiện nay, để có trong tay những tài liệu như vậy là rất khó, thậm chí là những tấm ảnh chụp hiện trạng sau khi xảy ra lũ. Điều này một phần do cách quản lý, điều quan trọng là kinh phí phải chi quá cao cho mỗi lần bay chụp. Cùng với ảnh hàng không, công nghệ bay chụp ảnh vệ tinh cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ và đạt được những thành tựu to lớn. Ra đời vào những năm đầu của thập kỷ 70, ảnh vệ tinh thực sự là một ứng dụng thành công của một loại ảnh viễn thám mới, thêm vào đó là khả năng tiếp cận dữ liệu số trong phương pháp phân tích và hiển thị ảnh. Cho đến nay đã có hàng nghìn vệ tinh bay chụp đã được phóng lên quỹ đạo Trái Đất với những mục đích khác nhau: các vệ tinh quan sát Trái Đất, các vệ tinh theo dõi tài nguyên – môi trường, các vệ tinh theo dõi biến đổi khí hậu toàn cầu, các vệ tinh phục vụ mục đích quân sự, ... trong đó ảnh của các vệ tinh LANDSAT, SPOT và RADARSAT thường được sử dụng nhất trong nghiên cứu lũ lụt ở quy mô vùng, ở quy mô lớn hơn có ảnh NOAA, MOS-1 hay MESSR... Một trong những tấm bản đồ lũ lụt được điều vẽ từ ảnh vệ tinh đầu tiên là bản đồ phân bố diện ngập lũ của sông San-Kan Ho ở phía nam Beijing, Trung Quốc vào tháng 3 năm 1975 có tỷ lệ rất nhỏ 1: 500000. Điểm hạn chế của ảnh vệ tinh trong nghiên cứu lũ lụt không phải là ở độ phân giải của ảnh, cũng không phải của độ cao bay chụp, mà là thời gian chụp lặp của vệ tinh, ví dụ thời gian chụp lặp của vệ tinh Landsat MSS là 18 ngày (tức là phải sau 18 ngày mới có thể nhận thêm được một cảnh chụp cùng vị trí đã chụp lần trước), của Landsat TM là 16 ngày, còn của SPOT là 26 ngày. Một điểm hạn chế nữa là vào thời điểm có lũ thời tiết thường xấu và nhiều mây, ảnh hưởng tới chất lượng của ảnh chụp. Sự ra đời của vệ tinh RADARSAT (Canada) năm 1989 đã khắc phục được những mặt hạn chế này của ảnh vệ tinh. Nhờ các anten thu phát sóng chủ động ở các dải sóng dài nên các vệ tinh RADARSAT có thể chụp được cả ảnh vào ban đêm, trong cả thời tiết xấu, và có thể thu được ảnh từng ngày từng giờ về biến động của lũ lụt trên một vùng nào đó. Nhờ vậy có thể quan trắc được diễn biến của lũ lụt, làm cơ sở cho công tác cảnh báo chúng. Để khắc phục nhược điểm nói trên của ảnh viễn thám có thể kết hợp chúng với các phương pháp khác như: Sử dụng công nghệ GIS để xây dựng mô hình số độ cao từ ảnh vệ tinh hoặc bản đồ địa hình để mô phỏng địa hình, xác định các dấu vết ngập lụt ngoài thực địa trên mô hình số độ cao hoặc ảnh ngập lụt ở một thời điểm nào đó kết hợp mô hình số độ cao để xây dựng các kịch bản ngập lụt khác nhau. Luận văn đã áp dụng phương pháp này để thành lập bản đồ ngập lụt và đánh giá thiệt hại do ngập lụt một số khu vực tỉnh Quảng Nam. 1.5.5. Nhu cầu thành lập bản đồ ngập lụt Cũng như một số quốc gia khác, ở nước ta lũ lụt được xem là một trong những thiên tai chủ yếu tác động tiêu cực đến hoạt động sản xuất và đời sống. Do nằm ở khu vực nhiệt đới gió mùa và chịu tác động của sự hình thành và hoạt động của bão ở Thái Bình Dương nên thiên tai do bão, lũ, lụt có tính lặp đi lặp lại và hàng năm Việt Nam chịu khá nhiều tổn thất về người và tài sản làm ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế, xã hội không chỉ đối với một vài lưu vực nhỏ mà có khi còn tác động đến cả một khu vực tương đối rộng. Trong số các biện pháp tổng thể nhằm giảm thiểu nguy cơ thiệt hại do lũ lụt, bên cạnh các biện pháp công trình thì biện pháp phi công trình cũng được xem là quan trọng, trong đó, đặc biệt là công tác dự báo, cảnh báo lũ, lụt. Nếu công tác cảnh báo được thực hiện tốt, dự báo có độ bảo đảm cao, kịp thời và người dân hiểu rõ mức độ lũ, lụt đã và sẽ xảy ra sẽ góp phần quyết định để giảm thiệt hại về người, tài sản của nhà nước và của người dân. Bản đồ ngập lụt được thành lập sẽ xác định được các yếu tố như mức độ ngập lụt, diện tích ngập lụt v.v. Từ các thông tin này, có thể tính toán, dự đoán ra những khu vực có nguy ngập lụt ở các cấp độ khác nhau, nguy cơ lở đất, bị lũ quét cao, ước tính được với lưu lượng mưa bao nhiêu, thời gian bao lâu thì có nguy cơ xảy ra lũ. Từ các dự đoán đó, địa phương sẽ có thể di dời các khu dân cư ra khỏi vùng nguy hiểm, hoặc dự báo sớm về các khả năng thiên tai xảy ra, quy hoạch lãnh thổ, v.v. Bản đồ ngập lụt cho phép nắm được khả năng ngập lụt khi dự báo được diễn biến mực nước ở một vị trí nào đó trong khu vực ngập. Điều này rất cần thiết cho các nhà quản lý khi quyết định xử lý tình huống khẩn cấp. Mục đích xây dựng bản đồ ngập lụt nhằm: - Cho biết trước diện ngập, mức ngập tại bất kỳ điểm nào trong vùng ngập khi biết được cấp mực nước lũ tại điểm chốt. - Tạo cơ sở lựa chọn và phối hợp các biện pháp phòng lụt, ngập úng. Như đã biết, quy hoạch phòng ngập úng đô thị bao gồm nhiều biện pháp như đê bao, kè, hồ hoặc hầm chứa nước, đường thoát nước .v.v. đến các biện pháp phi công trình như phân vùng ngập lụt, quy hoạch quản lý sử dụng đất và quy chế xây dựng trong khu vực có nguy cơ ngập úng. - Trợ giúp thực hiện phân vùng quản lý sử dụng đất trong khu vực thường xuyên ngập úng. Các công trình phòng ngập không thể bảo đảm hoàn toàn để loại trừ nguy cơ ngập úng; quy mô và mức bảo vệ của các công trình đó bao giờ cũng có giới hạn nhất định. Thêm vào đó, hậu quả của việc xây dựng là nhiều khu vực đất tự nhiên như ruộng lúa, đầm trước đây là nơi thấm và trữ nước nay đã và sẽ trở thành các khu vực không thấm nước do đó nguy cơ ngập lụt lại được tăng cường. Cho nên cần nghiên cứu tính toán quy mô các công trình khống chế ngập úng cho phù hợp với cao độ san nền hợp lý. - Tạo cơ sở nghiên cứu biện pháp phòng ngập trong xây dựng cơ bản. Khi bắt buộc phải chấp nhận việc xây dựng công trình trong vùng có nguy cơ ngập úng thì ngoài biện pháp công trình cần có các giải pháp kỹ thuật nhằm tăng cường sức chịu đựng của công trình đối với ngập úng. Trong trường hợp như vậy các thông số thủy văn như độ sâu ngập, thời gian ngập, tốc độ dòng chảy và cả lượng cát bùn là những thông tin rất cần thiết để xác định các giải pháp kỹ thuật tăng cường nói trên. - Thiết kế các công trình khống chế ngập úng. Việc thiết kế các công trình khống chế ngập như hồ chứa, trạm bơm phải dựa vào nhiều tài liệu nghiên cứu, tính toán thủy văn, thủy lực trong đó bản đồ nguy cơ ngập lụt (NCNL) là tài liệu không thể thiếu. Nó giúp việc đánh giá nguy c thiệt hại trung bình hàng năm và việc phân tích chi phí - lợi ích của những dự án công trình phòng ngập. 1.5.6. Phương pháp ước tính thiệt hại Để ước tính thiệt hại do ngập lụt, đề tài sử dụng phương pháp đánh giá thiệt hại ECLAC. Phương pháp ECLAC là một phương pháp được áp dụng để tính thiệt hại do tai biến thiên nhiên khá phổ biến trên thế giới, như Thái Lan, Trung Quốc, v.v . Phương pháp ECLAC là sử dụng các lớp thông tin về nước ngập lụt theo các mức ngập khác nhau chồng phủ lên các lớp thông tin về hiện trạng sử dụng đất của cùng khu vực để từ đó tính ra diện tích ngập lụt của từng loại hình sử dụng đất. Khi biết các thông tin giá trị của các đối tượng sử dụng đất trên diện tích ngập lụt ta có thể ước tính ra tiền thiệt hại đối với đối tượng đó. 1.5.7. Các quan điểm và phương pháp nghiên cứu 1.5.7.1. Những quan điểm khoa học vận dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt - Quan điểm hệ thống: Quan điểm hệ thống là một quan điểm khoa học được áp dụng rất rộng rãi trong nghiên cứu. Khi thành lập bản đồ cần lựa chọn và lập luận một cách khoa học tổng thể các hiện tượng, đối tượng được thể hiện trên bản đồ. Khi thành lập bản đồ bằng GIS, quan điểm hệ thống được thể hiện rõ trong phân tích lớp đối tượng, phân cấp các đối tượng, xây dựng các hệ thống ký hiệu, đặc biệt là khái quát hóa nội dung các bản đồ. - Quan điểm tổng hợp: Con người sống và hoạt động trong lớp vỏ địa lý. Lớp vỏ địa lý được hình thành bởi nhiều yếu tố, nhiều thành phần tự nhiên và kinh tế - xã hội. Các yếu tố, các thành phần này có mối quan hệ qua lại chặt chẽ với nhau. Khi xây dựng bản đồ phải được xây dựng trên quan điểm hệ thống và tổng hợp. Quan điểm này được thể hiện ở sự lựa chọn các chủ đề và nội dung của mỗi bản đồ, ở sự lựa chọn các chỉ số, chỉ tiêu biểu hiện, ở tổng quát hóa các yếu tố nội dung bản đồ, ở sự phân cấp các đối tượng: chung bao hàm riêng, nhỏ nằm trong lớn, chi tiết và bao quát, ở phương pháp thành lập và sử dụng bản đồ. - Quan điểm lãnh thổ: Sự khác biệt về điều kiện tự nhiên của lãnh thổ, dẫn đến sự khác biệt về đặc trưng kinh tế - xã hội. Trong xây dựng bản đồ cần quán triệt quan điểm lãnh thổ khi tiến hành tổng quát hóa các đối tượng nội dung bản đồ cho phù hợp với đặc điểm địa phương và làm rõ được những đặc trưng địa lý của địa phương. 1.5.7.2. Các phương pháp khoa học sử dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ ngập lụt - Phương pháp thống kê, hệ thống và điều tra thực địa: Tập hợp và kế thừa các tài liệu đã có, phân tích đánh giá tổng hợp các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu. Xử lý, hệ thống hoá các thông tin theo cấu trúc của hệ thông tin địa lý, tìm ra mối quan hệ, sự liên kết và phụ thuộc lẫn nhau giữa các điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội, chọn ra các chỉ tiêu thể hiện trên bản đồ. Phương pháp này được áp dụng để phân tích và tổng hợp hàng loạt sự kiện, sau đó chuyển thành ngôn ngữ bản đồ. Điều tra thực địa nhằm bổ sung, kiểm tra nguồn tài liệu, nâng cao độ tin cậy của những thông tin làm cơ sở cho việc giải thích, lý giải các số liệu, tài liệu hiện có, cho phép nghiên cứu những cấu trúc không gian và những đặc điểm của môi trường xung quanh, góp phần nâng cao chất lượng nội dung các bản đồ. Thu thập, phân tích, đánh giá các ảnh vệ tinh, bản đồ đã xuất bản để từ đó đề xuất các chỉ tiêu, phương pháp thể hiện, quy trình xây dựng bản đồ. - Phương pháp bản đồ - viễn thám - hệ thông tin địa lý: Bản đồ với chức năng mô hình không gian lãnh thổ, là công cụ nghiên cứu, lưu trữ thông tin và những kết quả nghiên cứu, do đó trong quá trình xây dựng bản đồ, các nhà bản đồ có nhiệm vụ xác định mối quan hệ không gian của các đối tượng để đưa lên bản đồ. Ảnh viễn thám là tư liệu tối ưu trong khai thác các thông tin hiện chỉnh bản đồ hiện trạng sử dụng đất, các diện ngập lụt. Để nâng cao hiệu quả trong xử lý, thể hiện, phân tích các dữ liệu thông tin ở dạng mô hình không gian, dạng số, phục vụ cho nhiều mục đích tiếp theo, khi thành lập bản đồ cần ứng dụng phương pháp hệ thông tin địa lý. Phương pháp này được sử dụng ngay từ đầu cho đến khi kết thúc. - Phương pháp chuyên gia: Khi thực hiện đề tài nên hỏi ý kiến chuyên gia về luận cứ khoa học, giải pháp tổng thể trong quá trình thiết kế, xây dựng bản đồ và phương pháp đánh giá thiệt hại. 1.5.8. Các phần mềm sử dụng 1.5.8.1. ArcGIS 10 ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) của ESRI. Các phiên bản ban đầu là ArcInfo, được cài đặt dưới dạng DOS, ngày nay các sản phẩm này được phát triển lên nhiều phiên bản cao cấp hợp dùng chạy trên nhiều hệ điều hành khách nhau như: Windows, Unix... ArcInfo là phần mềm GIS đầy đủ nhất. ArcInfo bao gồm tất cả các chức năng của ArcView lẫn ArcEditor, các tính năng cao cấp trong xử lý dữ liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu. Người dùng GIS chuyên nghiệp sử dụng ArcInfo để thực hiện toàn bộ các mảng công việc như xây dựng dữ liệu, mô hình hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính và xuất bản bản đồ ra các phương tiện khác nhau. ArcInfo còn cung cấp tất cả các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS thông minh. Với chức năng này, người dùng có thể truy nhập dễ dàng thông qua giao diện đơn giản đã được mô hình một cách tùy biến và mở rộng hoặc thông qua các script và các ứng dụng khác. Với ArcInfo bạn có thể: Xây dựng một mô hình xử lý không gian rất hữu dụng cho việc tìm ra các mối quan hệ, phân tích dữ liệu và tích hợp dữ liệu. + Thực hiện chồng lớp các véc tơ, tính xấp xỉ và phân tích thống kê + Tạo ra các đặc tính cho sự kiện và chồng xếp các đặc tính của các sự kiện đó + Chuyển đổi dữ liệu và các định dạng của dữ liệu theo rất nhiều loại định dạng + Xây dựng những dữ liệu phức tạp, các mô hình phân tích và các đoạn mã để tự động hóa các quá trình GIS Sử dụng các phương pháp trình diễn, thiết kế, in ấn và quản lý bản đồ để xuất bản bản đồ 1.5.8.2 . Idrisi Các tính chất cơ bản của IDRISI - Có cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính: IDRISI có khả năng quản lý cơ sở dữ liệu không gian và các thuộc tính của tập hợp các lớp bản đồ dưới dạng thông tin địa lý (hình dạng và vị trí) của các đặc điểm bề mặt cùng các thuộc tính mô tả về tính chất hoặc chất lượng của các thuộc tính đó dưới dạng dữ liệu thuộc tính. - Chức năng hiển thị bản đồ: IDRISI sử dụng chức năng hiển thị bản đồ lên màn hình hoặc theo nguyên tắc hiển thị phần trung tâm của cơ sở dữ liệu. Nguyên tắc này cũng cho phép dễ dàng in ấn bằng các máy in thông dụng như printer hoặc plotter trong chế độ Window. IDRISI cho phép hiển thị nhiều lớp thông tin như ảnh, bản đồ, chú giải, hệ thống màu và ký hiệu. - Chức năng số hóa: IDRISI cho phép số hóa bằng bàn số hoặc màn hình với dữ liệu nhập từ định dạng TIF hoặc BMP rồi chuyển sang GIS - IDRISI. Chức năng số hóa được lập theo nguyên tắc CAD (COmputer Aided Design) và COGO (Coordinate Geometry) nghĩa là tổ chức theo hệ tọa độ chuẩn. - Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu: IDRISI có khả năng nhập thuộc tính dữ liệu như dạng số liệu thống kê và tạo nên các bảng mới. IDRISI cho phép quản lý và hiển thị đồng thời cả dữ liệu không gian của các lớp cùng các thuộc tính của các lớp đó. - Chức năng phân tích địa lý và thống kê: Phân tích cơ sở dữ liệu với vị trí tọa độ của chúng với chức năng chồng xếp (overlay) theo các thuật toán - Xử lý ảnh: Chức năng xử lý ảnh với nguồn dữ liệu 8 bit, 10 bit, 16 bit, 32 bit, cụ thể là tư liệu ảnh NOAA - AVHRR, ảnh LANDSAT, ảnh SPOT, ERS (ảnh RADAR). Dữ liệu có thể lưu giữ ở định dạng ASCII và biểu diễn dưới dạng integer (-32768 đến 32767), byte (0 - 255) hoặc số thực (16 triệu màu).  Các thông tin dạng ảnh: lưu giữ dạng ASCII và có thể tra cứu ở lệnh DESCRIBE.Các thông tin dạng vector thể hiện ở dạng điểm, đường, vùng và dạng text.Các tạo lập thuộc tính cho vector: lưu giữ ở định dạng DVL, FXL và có thể chuyển đổi với địng dạng DBF của DBase IV hoặc MDB của ACCESS 2.0 IDRISI là một phần mềm tổng hợp cả viễn thám và GIS, có thể giao diện với các phần mềm khác. Khả năng phân tích xử lý thông tin của IDRISI là phong phú với nhiều chức năng khác nhau, song chỉ thực hiện với số lượng thông tin nhỏ. IDRISI có thể phục vụ tốt cho việc giảng dạy, đào tạo với các bài tập thực hành có lượng thông tin ít. 1.5.9. Các dữ liệu sử dụng * Ảnh vệ tinh SPOT: Hệ thống vệ tinh viễn thám SPOT do Trung tâm Nghiên cứu Không gian (Centre National d’Etudes Spatiales - CNES) của Pháp chế tạo và phát triển. Vệ tinh đầu tiên SPOT- 1 được phóng lên quỹ đạo năm 1986, tiếp theo là SPOT- 2, SPOT- 3, SPOT- 4 và SPOT- 5 lần lượt vào các năm 1990, 1993, 1998 và 2002. Các thế hệ vệ tinh SPOT 1, 2, 3 có đầu thu HRV với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ có độ phân giải 20m. Mỗi cảnh có độ bao phủ mặt đất là 60 km x 60km. Vệ tinh SPOT 4 với kênh toàn sắc độ phân giải 10m; ba kênh đa phổ của HRVIR tương đương với 3 kênh phổ truyền thống của HRV có độ phân giải 20m và đầu thu ảnh kênh thực vật (Vegetation Instrument). Vệ tinh SPOT- 5, được trang bị một cặp đầu thu HRG (High Resolution Geometric) là loại đầu thu ưu việt hơn các loại trước đó. Mỗi một đầu thu HRG có thể thu được ảnh với độ phân giải 5m đen - trắng và 10m mầu. Với kỹ thuật xử lý ảnh đặc biệt, có thể đạt được ảnh độ phân giải 2,5m, trong khi đó dải chụp phủ mặt đất của ảnh vẫn đạt 60km đến 80km. Đây chính là ưu điểm của ảnh SPOT-5, điều mà các loại ảnh vệ tinh cùng thời khác ở độ phân giải này đều không đạt được. * Ảnh vệ tinh LANDSAT: LANDSAT là vệ tinh tài nguyên của Mỹ do Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (National Aeronautics and Space Administration- NASA) quản lý. Cho đến nay đã có 7 thế hệ vệ tinh LANDSAT được nghiên cứu phát triển. Vệ tinh LANDSAT 1 được phóng năm 1972, lúc đó đầu thu cung cấp tư liệu chủ yếu là MSS. Từ năm 1985 vệ tinh LANDSAT 3 được phóng và mang đầu thu TM. Vệ tinh LANDSAT 7 mới được phóng vào quỹ đạo tháng 4/1999 với đầu thu TM cải tiến gọi là ETM (Enhanced Thematic Mapper). Trên vệ tinh LANDSAT đầu thu có ý nghĩa quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất là Thematic Mapper gọi tắt là TM có độ phân giải 28m, 1 kênh toàn sắc độ phân giải 15m và 1 kênh hồng ngoại nhiệt. Vệ tinh LANDSAT bay ở độ cao 705km, mỗi cảnh TM có độ bao phủ mặt đất là 185km x 170km với chu kỳ chụp lặp là 16 ngày. Có thể nói, TM là đầu thu quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường. * Ảnh vệ tinh QuickBird: Được cung cấp bởi Công ty Digital Globe, ảnh QuickBird hiện nay là một trong những loại ảnh vệ tinh thương mại có độ phân giải cao nhất. Hệ thống thu ảnh QuickBird có thể thu được đồng thời các tấm ảnh toàn sắc lập thể có độ phân giải từ 67cm đến 72cm và các tấm ảnh đa phổ có độ phân giải từ 2,44m đến 2,88m. Với cùng một cảnh, Công ty Digital Globe có thể cung cấp cho khách hàng 3 loại sản phẩm, ảnh QuickBird được sử dụng các cấp độ xử lý khác nhau là Basic, Standard và Orthorectified. Một ảnh QuickBird chuẩn có kích thước 16,5km x 16,5km. Với ảnh viễn thám QuickBird, có thể làm được nhiều việc mà trước đây chỉ có thể thực hiện với ảnh chụp từ máy bay. Các ứng dụng ảnh QuickBird tập trung chủ yếu vào nhiệm vụ quan sát theo dõi chi tiết các đảo hoặc các khu vực dải ven biển, bến cảng, lập bản đồ vùng bờ,... * Ảnh vệ tinh ENVISAT: Vệ tinh ENVISAT cung cấp nhiều loại dữ liệu viễn thám, trong đó quan trọng nhất là 2 đầu thu ASAR (Radar) và MERIS (ảnh quang học). Dưới đây là các thông số kỹ thuật của chúng: Ảnh vệ tinh ENVISAT MERIS:Đầu thu: ENVISAT/MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer);- Bước sóng/Tần số: 0,412-0,9mm (VIS, NIR);- Số kênh phổ: 15; - Độ phân giải: 260m theo phương vuông góc với dải chụp, 290m dọc theo dải chụp;- Độ rộng dải chụp: 1165km. Ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR:Đầu thu: ENVISAT/ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar).- Bước sóng/Tần số: 5.331 Ghz (C - band);- Số kênh phổ ): 4 (phân cực); - Độ phân giải: 30 - 1000m;- Độ rộng dải chụp: 100 - 405km (5km đối với chế độ wave). Ngoài ra còn nhiều loại dữ liệu viễn thám khác cho phép quan trắc các thông số khí quyển và đại dương. Bên cạnh các vệ tinh tài nguyên, còn cần khai thác thông tin từ các vệ tinh khí tượng và nhiều vệ tinh chuyên dụng khác, ví dụ đo độ cao mặt nước biển, đo tốc độ gió, xác định dòng hải lưu,... như NOAA, JASON, IMASAT, SEASWIF… Trong đó ảnh vệ tinh ENVISAT/MERIS với diện tích phủ trùm lớn, tần suất chụp lặp cao, cung cấp thông tin trên nhiều kênh phổ sẽ cho phép thường xuyên cập nhật thông tin về tài nguyên và môi trường trên diện rộng (toàn bộ lãnh thổ và khu vực) bao gồm cả trên đất liền và trên biển. Tư liệu ảnh radar do đầu thu ENVISAT/ASAR cung cấp cũng rất hữu ích trong việc quan sát, phân tích các đối tượng trên bề mặt và các dạng thiên tai như lũ lụt, ô nhiễm dầu. Mặt khác, do khả năng chụp ảnh không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, các loại ảnh radar như ENVISAT/ASAR có vai trò hết sức quan trọng trong công tác theo dõi, giám sát tài nguyên và môi trường, nhất là đối với những nước nằm trong khu