Bài giảng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong môi trường

Hệ thống Thông tin địa lý
môi trường
Dr. Nguyen Chi Quang

Geographical Information Systems and Science
Longley P A, Goodchild M F, Maguire D J, Rhind D W
(2001) John Wiley and Sons Ltd

Các câu hỏi đặt ra?
Chúng ta muốn biết điều gì?
Cần đánh giá cái gì?
Tiêu chí gì cần thiết?
Dữ liệu gì cần cho bài tóan cụ thể?
Quan trắc cái gì để nhận được dữ liệu
cần thiết


Th«ng tin ®óng + C«ng nghÖ ®óng + Thêi gian + Con ng−êi
= Gi¶I ph¸p tèi −u

Nh÷
Nh÷ng vÊn ®Ò trong qu¸
qu¸ tr×
tr×nh ra quyÕt ®Þnh hiÖ
hiÖn nay

1+ChÊt
1=l−îng
3

Thêi gian

ChiÕn l−îc

TµI nguyªn vµ vèn

D÷ liÖu
vµ th«ng tin
Ra quyết định
Quy tr×nh

C«ng nghÖ



“Some people say that environmental protection
hinders economic development, but I disagree with
them...both can be achieved through the power of
science and technology...”
—Thủ tướng Koizumi, Earth Observation Summit II

Cơ sở dữ liệu thế giới về khu bảo tồn




Mục tiêu của môn học
Mục tiêu của môn học học này là sự kết nối liên ngành
giữa khoa học môi trường và công nghệ thông tin và GIS.
Môn học nhằm mục đích đưa ra cơ sở khoa học của quá
trình quản trị tích hợp thông tin môi trường bao gồm thu

thập, lưu trữ, phân tích mô hình hóa và ra quyết định. Sau khi
hòan thành môn học Sinh viên có thể tiến hành ứng dụng
trong thực tế các bước xây dựng hệ thống thông tin môi
trường nhằm hỗ trợ ra quyết định trong quá trình quản lý và
bảo vệ môi trường theo định hướng phát triển bền vững,


Ti sao
Chiến lợc phát triển bền
vững kinh t xó hi
Kế hoạch phát triển kinh
t xó hi bền vững

Kế hoạch bo v mụi
trng v phũng
chng thiờn tai

Kế hoạch đầu t
trỏch nhim xó
hi

Hệ thống bo
v mụi trng
và khai thác tài
nguyên

Đ.G
các
giai đoạn
của quản trị

tài nguyên

Hệ thống thông
tin tài nguyên và
môi trờng

Quản trị
thụng tin tài
nguyên v
mụi trng
Chi phí
sản phẩm

Phân tích
NPV và IRR

Hệ thống truyền
thông và đào tạo

Hạch toán tài nguyên
Hạch toán kinh doanh
Phân tích
chi phí- lợi ích

Đánh giá mức
độ rủi ro

Đánh giá tác
động xã hội

Môi trường số ?

Quá
Quá trì
trình

???
Tri thứ
thức

Tri thức = ‘rất khó định nghĩa’
Thông tin = dữ liệu được phân tích, xử lý
Công cụ Dữ liệu = yếu tố khác quan về đối tượng

Thông
Thông tin

Giá trị của tri thức liên quan đến đưa ra các ý
tưởng, họat động hoặc quyết định thực hiện

Dữ
liệu

Dữ liệ
liệu
Con ngư
người

Lao ®éng chuyªn gia lμ sù

chuyÓn ®æi d÷ liÖu thμnh
nh÷ng th«ng tin cã thÓ
®−îc sö dông ®Ó ra c¸c
quyÕt ®Þnh ®óng ®¾n

Thông
tin

Chu kỳ học tập,
nghiên cứu
và ứng dụng
Tri thức


Định nghĩa thông tin môi trường
Thông tin môi trường là thông tin được viết, được nhìn,
được nghe, hoặc cơ sở dữ liệu được xác lập trên cơ sở:
1. Hiện trạng môi trường (nước, đất, không khí và
đa dạng sinh học)
2. Các tác động và ngoại ứng
3. Các hoạt động hoặc giải pháp tích hợp
Thông tin môi trường nước, không khí, …
Thông tin quan trắc môi trường
Thông tin kiểm kê khí thải nhà kính
Thông tin kiểm tóan môi trường

Môi trường
tự nhiên
Đa dạng sinh
học

Không khí

Thông tin
Nước

Đất


Tác động của Thông tin môi trường

Mô hình thông tin
Mô hình hóa
Thu thập dữ liệu
GIS

Thu thập dữ liệu

Mô hình, Thu thập dữ liệu,
và GIS có kinh nghiệm và
quan điểm khác nhau
Xây dựng mô hình

GIS


Hệ thống thông tin môi trường
Tư nhân
Người dùng

Thông tin

Yêu cầu

Các thông tin nền, cơ bản
Đảm bảo chất lượng

Trung tâm
mô hình hóa
và phân tích

Dữ liệu

Quan trắc &
thu thập dữ liệu

Đang phát triển

Hiểu biết

Tích hợp &
Đánh giá tin cậy

Thông tin, dịch vụ

Phân phối
& sử dụng

Mạng lưới
quốc tế

Hệ thống
quan trắc

Mạng lưới
quốc gia

Phương pháp nghiên cứu:
- Ứng dụng công nghệ GIS tích hợp với WWW của công
nghệ Internet
- Phân tích và thiết kế hệ thống tích hợp thông tin môi
trường theo không gian và thời gian
- Quản lý hệ thống quản lý tích hợp thông tin môi trường
và tài nguyên (IIMS)


M« h×nh ho¸
ho¸,
m« phá
pháng

§é tin cËy
ngÉ
ngÉu nhiª
nhiªn
Néi ngo¹
ngo¹i suy
ngÉ
ngÉu nhiª
nhiªn

Thè
Thèng kª, t−¬ng
−¬ng
quan,
,
d
ù
b
¸o
quan

Ph−¬ng ph¸p
nghiªn cøu

Internet
Internet

Tæng hîp

CSDL tÝch hîp

G.I.S
Ph©
Ph©n tÝch

Mô hình hóa và đ¸nh gi¸ tác động môi trường
Mô hình hóa và đ¸nh gi¸ tài nguyên

Phát triển bền vững

“Nâng cao tính kịp thời và phản hồi nhanh
nhạy của thông tin và kiến thức về môi
trường để có thể phản ứng nhanh nhạy
vớI các vấn đề thảm họa môi trường”
Vấn đề chia sẻ thông tin


Chia xẻ thụng tin cần đợc
coi là tiêu chuẩn làm việc
Cần có ngôn ngữ chung để chia xẻ thông tin

Ngôn ngữ chung
Mô hình dữ liệu chung
Gắn liền với thực tế và cập
nhật dữ liệu
Hòa nhập vào quá trình
phỏt trin

Chia s thụng tin nh th no ?
Thông tin gì là cần thiết ?
Thông tin gì cần phảI lu trữ ?
Lu trữ khi nào và cấu trúc gì ?
Ai có thể truy nhập ?
Thời gian là bao lâu?
Các công cụ tích hợp là gì ?
Đáp ứng yêu cầu là bao nhiêu ?
Huấn luyện (4%)
Thu thập và chia
xẻ thông tin (60%)

Họp (5%)
GiảI lao (5%)
Nghỉ ngơi (8%)

Thực sự làm việc (18%)


Tiêu chuẩn thông tin môi trường hiệu quả
Kịp thời và phản hồi nhanh nhạy
Dễ tiếp cận
Có khả năng chi trả
Chia xẻ thông tin
Công chúng có thể tiếp cận
An ninh hệ thống là cần thiết
Đơn giản

- Tạo cơ sở phân tích thông tin và độ tin cậy
- Nâng cao vai trò của cộng đồng
- Thông tin môi trường được quản trị và phân tích
- Nâng cao khả năng truy cập của cộng đồng đối với thông tin
- Công nghệ GIS là công cụ hiệu quả cho quá trình ra quyết
định về môi trường
- Hệ thống thông tin môi trường và công nghệ GIS là các công
cụ nâng cao khả năng tham gia của cộng đồng


Sự hiểu biết

Hệ thống tích hợp GIS là công

cụ hiệu quả cho quá trình ra
quyết định trong điều kiện
thông tin mờ

Tri thức

Chứng cứ,
bằng chứng
Thông tin

Dữ liệu
Những quyết định kém hiệu quả:
• 9/11: Trung tâm thương mại Thế giới
• Động đất sóng thần
• Cơn bão Katrina (USA) , Chanchu (Việt nam)

Tư duy trợ giúp ra quyết định
Th«ng tin &
Sù tÝch hîp

Sù khai th¸c
& sö dông

Rñi ro
kinh doanh

TÝnh toµn vÑn
d÷ liÖu

Phân tích và lập mô hình dự báo
Thiết kế các
Quan trắc

hệ thống
quan trắc
Phân tích
dữ liệu

Đảm bảo độ
tin cậy về dữ
liệu và mô hình
nhận được

Mô hình dự báo
theo không gian
và thời gian

Mô hình hóa
Thuật tóan &

Mô phỏng

dữ liệu thô

Mô hình
dự báo
Kiểm tra độ

tin cậy

Nâng cao

hiệu quả
dự báo

Ra quyết định
tối ưu
Mô hình hóa, mô
phỏng và hiển thị
nhiều chiều

Thu thập dữ
liệu

Phân tích
phòng thí
nghiệm


Môi trờng

Ti nguyờn

Công
nghệ
Kế
họach
TàI chính

Công nghệ

thông tin

Các đối
tác

T vn Ra quy
quyt nh

T vấn

Bộ tài
nguyên và
môi trờng

Liên kết nhiều lĩnh vực trên cơ sở
các chuyên gia giỏi
ứng dụng công nghệ
nghệ cao
Phân tích-Ra quyt nh

Dữ liệu số
Tốc độ xử lý
Truyền dữ liệu
Đồ họa 3 chiều

Cỏc c quan t chc liờn quan

H thng thụng
tin a lý mụi
trng

Giao diện cơ bản của hệ thống
thông tin môi trờng tích hợp

Tiếp nhậ
nhận dữ liệ
liệu

Luật pháp

Internet
Chính sách

Intranet
Các công cụ quả
quản trị CSDL
Ô nhiễm

Các thông tin
khác.
Hệ thố
thống CSDL môi
tr
trờng WEBWEB-GIS

Li ớch ca h thng thụng tin mụi trng


Hệ thống thông tin địa lý môi trường

Hệ thống thông tin địa lý môi trường đề cập đến
vấn đề quản lý tích hợp thông tin dữ liệu môi
trường nước, đất, không khí và đa dạng sinh học
trong không gian và thời gian.

Hệ thống quản lý tích hợp thông tin môi trường là gì: là sản
phẩm phần mềm thương mại có khả năng đăng ký, lưu trữ
và truy nhập theo nhu cầu người dùng trên mạng máy tính.
Quản trị dữ liệu phân tán
Metadata
Catalog
Bản quyền và an ning mạng
Dạng dữ liệu GIS
Web
Giao diên truy nhập đồ họa
Tích hợp GIS


Bốn yếu tố cơ bản của EGIS
Thu thập dữ liệu

Dữ liệu rất lớn.
Quản trị dữ liệu có độ phân tán cao.
Quản trị dữ liệu không đồng nhất
Dữ liệu môi trường có cấu trúc phức
tạp
Dữ liệu môi trường có tính không
gian và thời gian
Dữ liệu môi trường có tính mờ cao.
Xử lý và ứng dụng dữ liệu phức tạp

có tính logic kết nối cao

Lưu trữ dữ liệu
Phân tích dữ liệu
Quản trị dữ liệu

Lập báo cáo môi
trường quốc gia,
doanh nghiệp

Đánh giá hiệu
quả chính sách

Cơ sở dữ liệu
WEBGIS
Tích hợp dữ liệu
& Mô hình hóa

Quan trắc tài
nguyên và môi
trường

Phân tích không
gian và thời gian

Hệ thống
Thông tin
Địa lý

Hạch tóan

Môi trường

Phân tích chi phí
- lợi ích dự án

Mô hình hóa phân
tích và dự báo

Chi phí thiệt hại và

rủi ro môi trường

Đánh giá hiệu
quả môi trường


S tớch hp d liu
Mục tiêu ứng
dụng tích hợp

Hệ thống tích hợp chức năng

Giao diện với
ngời dùng

Loại bỏ Các
dữ liệu không
cần thiết

Nớc

Giao diện với
các chức năng
ứng dụng

Giao diện
đồ họa

Không khí
Chất thải
Đa dạng sinh học
Khác
Giao diện với dữ liệu

Ngân hàng dữ liệu trung tâm

Chuyển đổi dữ liệu
cần thiết cho dự án

Ngi dựng

X server

Internet Browser

Netscape
MIE

Intranet Server
Hiển thị
dữ liệu

AcrView
CSDL trung tâm
ArcView - Server

Web Server
Bảo mật

Bảo mật
Hiển thị địa chỉ
ngời truy nhập

Hiển thị
dữ liệu
Chọn dữ liệu nhỏ

Truy nhập vào CSDL trung tâm

Chon dữ
liệu lớn

FTP


Mụ hỡnh nhúm quan tõm
c bit

Đánh giá ảnh hởng bên
ngoi: kinh tế, chính trị,
xã hội

Nhận biết các nhu cầu
thông tin

Metada
ta
Server
Data
Server

Data
Server

Xác định:
Các mục tiêu, mục đích

WWW
Server

Nhận biết thông tin
đợc tổ chức

Data
Server

áp lực thu thập
thông tin

áp lực truy cập
thông tin

Thông qua hệ thống (áp
lực), kiểm soát

áp lực tạo điều kiện truy
cập thông qua các mạng
lới viễn thông

Kiểm soát hệ thống
Thông báo cho các thnh
viên về thông tin

Xác định các chỉ tiêu cho
các mục tiêu v mục đích

Sử dụng các thông tin để
thực hiện các mục tiêu v
mục đích

Đánh giá các mối quan tâm
hiện có v các phơng tiện
truyền thông đại chúng

Mụ hỡnh truyn thụng
i chỳng

Xác định:
Các mục tiêu, mục đích

Nhận biết quan tâm
thời sự

Nhận biết nguồn thông tin

Truy cập thông tin thông qua
các mạng lới viễn thông

Truy cập các nguồn
thông tin khác

Thông qua hệ thống
(áp lực), kiểm soát
Tái đóng gói thông tin
cho các độc giả

Kiểm soát hệ thống
Sử dụng các thông tin để thực
hiện các mục tiêu v mục đích
Xác định các chỉ tiêu cho các
mục tiêu v mục đích


Mô hình lập báo cáo môi trường
Lập báo cáo

Tổng hợp, đánh giá

giá
SSESSMENT
A Đánh

Phân tích, mô hình hóa

NFORMATION
I Thông
tin

Mô tả và đánh giá đặc trưng

D ATA

Dữ liệu

N ational D atabases

Lưu trữ và quản trị tích hợp

Cơ sở dữ liệu quốc gia

ONITORING
MQuan
trắc

Không
Airkhí

N ational Networks
Nước
Đất Chất
thải
Water

Soil
/ Land

Mạng lưới quốc gia

Đa dạng
sinh học
Waste

Thu thập, phân tích
phòng thí nghiệm

Quá trình thiết kế hệ thống thông tin
Mô hình hoạt động (các mối quan hệ nhân quả) rõ
ràng và được xác định cụ thể cho cơ quan bảo vệ
môi trường và
Yêu cầu của các bên liên quan khác được mô tả rõ
ràng để có thể mô tả các công cụ hỗ trợ quyết định
cần thiết
Các công cụ hỗ trợ quyết định (chỉ thị, báo cáo hiện
trạng môi trường, cơ sở dữ liệu văn bản pháp
quy..v.v..) xác định dịch vụ thông tin
Dịch vụ thông tin kết nối với các nguồn trong hệ
thống dữ liệu quốc gia, khu vực (Tiểu vùng Mêkông
mở rộng), toàn cầu


Hình thức và thể hiện dữ liệu:
Thiết kế có đối thoại với các bên liên quan
Rõ ràng và dễ hiểu

Hệ thống thông tin dễ dàng thông suốt
Nội dung dữ liệu
Được xác định theo yêu cầu của người sử dụng,
không bị chi phối bởi các yếu tố bên ngoài
Các thông số về đánh giá chất lượng dữ liệu sẽ
được quy định
Tất cả dữ liệu đầu vào nên được cơ quan có thẩm
quyền thích hợp xác nhận với Chữ ký Điện tử

Cấu trúc phải được thiết kế trên một nền
chính sách rõ ràng và tổng thể. Một số giải
pháp:
người sử dụng chuyển dữ liệu quan trắc và phân
tích môi trường một cách trực tiếp
hệ thống phải quy định rõ các nguyên tắc về mức
độ tiếp cận cho các nhóm người sử dụng khác
nhau dựa trên các chính sách rõ ràng
an ninh toàn bộ hệ thống là không thể thiếu
người sử dụng các công cụ hỗ trợ quyết định tiếp
cận với dữ liệu được chuyển đến trực tiếp dưới
dạng các chỉ số đã được giải thích hoặc ở dạng
dữ liệu ban đầu


Cụng chỳng cú th tip cn thụng tin mt cỏch trc
tip qua internet hoc qua cỏc n phm trờn mng
Tng chi phớ bỏo cỏo c gim bt v phõn b
H thng d liu quc gia v khu vc cho phộp
chia x d liu. Vic chia s d liu phi thu hỳt
c tt c nhng ngi tham gia

H thng quc gia t ng cp nht cỏc tiờu chun
liờn lc v cỏc tiờu chun an ninh
W3C t ng cp nht phn mm v tiờu chun
ton cu

Đảm bảo tiêu chuẩn và hệ
thống mở
Hệ quản trị dữ liệu tích hợp
ORACLE - ARC/INFO đảm
bảo:

ArcView

Các ứng
Quản trị dữ liệu theo
dụng cơ bản
kiến trúc client-server
Đảm bảo tính tơng
thích với
các loại dữ liệu
Mô hình hóa
- Dữ liệu không gian
và các ứng
- Dữ liệu thuộc tính và
dụng khá
khác
khác
Đảm bảo ứng dụng có hiệu
quả và đem lại giá trị gia
tăng

Nhậ
Nhập dữ liệ
liệu

ArcGIS

Dự án

Truy nhậ
nhập
dữ liệ
liệu

CSDL Trung tâm
mô hình chiến lợc hệ thống thông tin môi trờng


Các sản phẩm thành phần chính
Không khí

Các ứng dụng

Rockworks

Đất

Nớc

Chất thải

Độc hại

Đa dạng
sinh học

Khác

ArcGIS
Acr/Info

CAD/
CAM

ORACLE/
SQL

Dữ liệu tích hợp
Mô hình v tối u hoá

Môi trờng
tích hợp
Ngân hàng dữ liệu trung tâm - CSDL tích hợp

Hệ thống
quản trị
dữ liệu

Hệ thống quản trị dữ liệu tích hợp

CSDL

trung tâm
Các bản ghi tạm thời

Các bảng
OpenWorks
ghi tạm thời
4.1

Nguyên tắc quản trị dữ liệu tích hợp

GIS và các
ứng dụng
khác
Cập nhật theo
thời gian thực

Cập nhật theo
chu kỳ kinh doanh

Cập nhật theo
quy trình kỹ thuật

Các ứng dụng không đợc phá vỡ bất cứ nguyên tắc QTDL no
RDBMS + Các nguyên tắc QTDL đảm bảo tính ton vẹn của CSDL