Bài giảng ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý môi trường

UBND TỈNH QUẢNG BÌNH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ)

ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG
(Dành cho sinh viên Đại học
Quản lý tài nguyên và môi trường, hệ chính quy)

Biên soạn: Nguyễn Hữu Duy Viễn

Năm 2018


MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................i
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG........................................................ 1
1.1. VAI TRÒ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN
LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG................................................................. 1
1.1.1. Yêu cầu của vấn đề quản lý ....................................................................... 1
1.1.2. Khả năng đáp ứng của GIS và viễn thám .................................................. 1
1.1.3. Tầm quan trọng của dữ liệu GIS và viễn thám .......................................... 2
1.1.3.1. Dữ liệu không gian.............................................................................. 2
1.1.3.2. Dữ liệu thuộc tính ............................................................................... 2
1.2. DỮ LIỆU GIS VÀ VIỄN THÁM .................................................................... 2
1.2.1. Các nguồn dữ liệu đầu vào ........................................................................ 2
1.2.2. Tính thời gian của các nguồn dữ liệu ........................................................ 3
1.2.3. Đặc điểm của các ứng dụng cho quản lý môi trường, tài nguyên ............. 3

1.2.4. Tích hợp GIS và viễn thám để xây dựng dữ liệu....................................... 3
1.2.4.1. Sự tương thích giữa dữ liệu viễn thám và GIS ................................... 3
1.2.4.2. Sự thuận lợi của dữ liệu tích hợp trong xây dựng và cập nhật dữ liệu
.......................................................................................................................... 4
1.3. PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ
TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG .............................................................................. 4
1.3.1. Xác định mục tiêu ...................................................................................... 4
1.3.2. Bản đồ hoá các dữ liệu thuộc tính ............................................................. 4
1.3.3. Mô hình hoá và các thuật toán nội suy trong xây dựng bản đồ các yếu tố
môi trường ........................................................................................................... 5
1.3.4. Phân tích chồng lớp các lớp thông tin môi trường – các yếu tố môi
trường đơn tính .................................................................................................... 5
1.4. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ ........................................................... 6
1.4.1. Định nghĩa và nội dung bản đồ chuyên đề ................................................ 6
1.4.2. Phân kiểu bản đồ chuyên đề ...................................................................... 6
1.4.2.1. Phân kiểu theo mức độ khách quan của thông tin .............................. 6
1.4.2.2. Phân kiểu theo xu hướng thực tiễn ..................................................... 6
1.4.3. Ngôn ngữ và hệ phương pháp bản đồ ........................................................ 6
1.4.3.1. Ký hiệu bản đồ .................................................................................... 6
1.4.3.2. Màu sắc và nét trải .............................................................................. 7
1.4.3.3. Chữ viết trên bản đồ ............................................................................ 8
1.4.3.4. Các phương pháp thể hiện bản đồ....................................................... 9
1.4.4. Các bước cơ bản trong xây dựng bản đồ chuyên đề................................ 10
CHƯƠNG 2. GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI
NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ................................................................................ 11
2.1. KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ..................................................................... 11
2.1.1. Các vấn đề trong việc sử dụng ảnh viễn thám ......................................... 11
2.1.2. Xử lý ảnh viễn thám ................................................................................ 12
2.1.2.1. Phân loại ảnh ..................................................................................... 12

2.1.2.2. Quy trình phân loại ảnh .................................................................... 12


2.2. MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG
NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ...................... 14
2.2.1. Nghiên cứu tài nguyên sinh vật ............................................................... 14
2.2.1.1. Hỗ trợ phát triển chiến lược quản lý ................................................. 14
2.2.1.2. Phân tích quần thể động vật hoang dã .............................................. 15
2.2.1.3. Phân tích phân bố loài ....................................................................... 15
2.2.1.4. Kiểm soát các khu bảo tồn ................................................................ 15
2.2.1.5. Kiểm soát đa dạng sinh học .............................................................. 15
2.2.1.6. Bảo tồn những loài đang bị đe doạ ................................................... 15
2.2.1.7. Kiểm kê trạng thái rừng hiện tại ....................................................... 16
2.2.1.8. Mô hình hoá hệ sinh thái rừng .......................................................... 16
2.2.2. Nghiên cứu tài nguyên nước .................................................................... 16
2.2.2.1. Kiểm soát mực nước ngầm ............................................................... 16
2.2.2.2. Kiểm soát sự phục hồi mực nước ngầm ........................................... 16
2.2.2.3. Phân tích hệ thống sông ngòi ............................................................ 17
2.2.2.4. Quản lý các lưu vực sông.................................................................. 17
2.2.2.5. Kiểm soát các nguồn nước ................................................................ 17
2.2.2.6. Nghiên cứu các dòng nhiệt trên biển do chất thải công nghiệp ........ 17
2.2.2.7. Phát hiện váng dầu ............................................................................ 17
2.2.2.8. Quan trắc chất lượng nước ................................................................ 18
2.2.3. Nghiên cứu tai biến môi trường............................................................... 18
2.2.3.1. Nghiên cứu địa chấn ......................................................................... 18
2.2.3.2. Nghiên cứu sự sụt lún đất ................................................................. 18
2.2.3.3. Nghiên cứu trượt lở đất ..................................................................... 18
2.2.3.4. Nghiên cứu bão, lũ lụt ....................................................................... 19
2.2.4. Nghiên cứu tài nguyên đất ....................................................................... 19
2.2.4.1. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất .......................................... 19

2.2.4.2. Đánh giá xói mòn đất ........................................................................ 20
2.2.4.3. Quản lý phân vùng các dạng đất ....................................................... 20
2.2.4.4. Phân tích xu hướng xây dựng ........................................................... 20
2.2.4.5. Thành lập bản đồ loại cây trồng........................................................ 20
2.2.5. Nghiên cứu biến động tài nguyên môi trường ......................................... 21
CHƯƠNG 3. GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH THỔ VÀ
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG ............................................................... 22
3.1. KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUY HOẠCH LÃNH
THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG ........................................... 22
3.1.1. GIS – viễn thám và vấn đề quy hoạch lãnh thổ/ đánh giá tác động môi
trường................................................................................................................. 22
3.1.2. Phân tích đa tiêu chuẩn (MCA) ............................................................... 22
3.1.2.1. Xác định các tiêu chuẩn .................................................................... 23
3.1.2.2. Phân ngưỡng giá trị cho các tiêu chuẩn ............................................ 23
3.1.3. Xác định trọng số - AHP ......................................................................... 25
3.1.4. Phép chồng lớp trong GIS ....................................................................... 26
3.1.5. Đánh giá đa tiêu chuẩn ............................................................................ 27
3.1.5.1. Phương pháp sử dụng bội ................................................................. 27
3.1.5.2. Phương pháp đổi ............................................................................... 27
ii


3.1.5.3. Cấp bậc ưu thế .................................................................................. 28
3.2. MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG QUY HOẠCH LÃNH
THỔ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG ........................................... 28
3.2.1. Xác định vị trí để thiết lập một nhân tố hoặc cơ sở hạ tầng .................... 28
3.2.1.1. Thăm dò trong những khu vực nhạy cảm ......................................... 28
3.2.1.2. Những vấn đề liên quan trong quản lý tài nguyên dầu mỏ ............... 28
3.2.1.3. Quản lý an toàn khai thác ................................................................. 29
3.2.1.4. Quy hoạch sử dụng tài nguyên đất.................................................... 29

3.2.2. Xác định các tác động không gian của tác nhân gây hại đến thực thể .... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ........................................................................... 30

iii


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
1.1. VAI TRÒ CỦA VIỆC ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
1.1.1. Yêu cầu của vấn đề quản lý
Các hoạt động của con người tác động đến môi trường gây xáo trộn các thành
phần và thường diễn biến khó dự báo dẫn đến việc sử dụng tài nguyên môi trường quá
mức tải cho phép, không thích hợp và từ đó dẫn đến việc môi trường bị thay đổi ảnh
hưởng đến môi trường sống của con người.
Các yếu tố môi trường thành phần phân bố ngoài không gian tự nhiên có thể được
xem xét dưới dạng điểm, mang tính địa phương hoặc dưới dạng phân bố rộng cấp vùng,
cấp quốc gia hoặc liên quốc gia mang tính vùng. Cho dù với phạm vi nào thì các yếu tố
thành phần của môi trường cũng có mối quan hệ phức tạp và chặt chẽ với nhau và mang
tính tổng hợp. Ở phạm vi nhỏ cục bộ, tính phức tạp thấp hơn so với phạm vi rộng do có
ít thông tin và các yêu cầu xử lý thông tin không nhiều, tính phức tạp gia tăng theo
phạm vi không gian cần quản lý.
1.1.2. Khả năng đáp ứng của GIS và viễn thám
Quản lý tài nguyên và môi trường mang tính liên ngành, đa ngành và có những bộ
công cụ trợ giúp cho công tác quản lý. Trong số này thường được nói đến là công cụ
đánh giá, điều tra cơ bản, quản lý kết hợp và các công cụ về chính sách. Các công cụ
này được sử dụng nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu các rủi ro về môi trường, sử dụng bền
vững nguồn tài nguyên.
Để có thể hiểu biết và đánh giá đúng mức về tài nguyên và môi trường trong điều
kiện thông tin đa dạng, phức tạp, các thông tin này cần phải cập nhật liên tục do những

biến đổi theo thời gian thì chỉ có kỹ thuật GIS và viễn thám mới có thể đáp ứng được
nhu cầu này, đặc biệt là đối tượng quan tâm có phạm vi không gian rộng.
Ngoài các chức năng thông thường của một hệ thống thông tin là thu nhận, lưu trữ,
cập nhật và hiển thị thông tin thì hệ GIS còn có khả năng liên kết các dữ liệu, thông tin
nhiều dạng khác nhau về một định dạng chung của hệ GIS để phân tích. GIS có thể giữ
vai trò quan trọng cho phân tích và hình thành các kế hoạch mang tính dự báo, phân tích
các mối quan hệ không gian – thuộc tính, các mối quan hệ của các yếu tố khác nhau.
Ngoài ra, GIS có thể được coi như là một phương tiện giao tiếp cuối cùng về mặt công
bố các thông tin môi trường đến với công chúng.
GIS là công cụ hữu hiệu cho các phân tích và qui hoạch môi trường, do có thể lưu
trữ các dữ liệu không gian của môi trường dưới dạng số. Các lớp thông tin khác nhau có
thể được chồng lớp để phân tích và xác định về các mối quan hệ. Chính kỹ thuật này
cho phép những người làm công tác nghiên cứu quản tài nguyên và môi trường hiểu biết
tốt hơn về các đặc điểm tự nhiên và mối quan hệ ảnh hưởng đến một điều kiện môi
trường cụ thể nào đó, phù hợp với cách tiếp cận hệ thống trong quản lý tài nguyên và
môi trường.
Ngoài ra, GIS còn có chức năng hiển thị và phân tích, trích lọc thông tin trực tiếp
từ các ảnh viễn thám. Với chức năng này, việc kết hợp giữa viễn thám và GIS đã giúp
cho các nghiên cứu về môi trường trở nên hiệu quả và khách quan hơn.
Một bộ công cụ GIS đầy đủ có thể giúp cho việc qui hoạch và quản lý môi trường.
Đánh giá các nguy cơ rủi ro nói chung là nền tảng cho việc ra các quyết định về qui
1


hoạch và các hoạt động giảm thiểu tác động, nhằm vào mục tiêu cuối cùng là Qui hoạch
và Giám sát môi trường.
1.1.3. Tầm quan trọng của dữ liệu GIS và viễn thám
1.1.3.1. Dữ liệu không gian
Các yếu tố điều kiện tự nhiên, môi trường và tài nguyên tồn tại và phân bố trong
một không gian địa lý thực, chúng có các tính chất và đặc điểm khác nhau. Trong thực

tế, các thông tin thuộc tính này phải gắn kết với một đối tượng cụ thể nào đó ngoài thế
giới thực. Vị trí và phạm vi phân bố không gian của các yếu tố này được thể hiện trên
các bản đồ chuyên đề ở các cấp tỷ lệ khác nhau hoặc trong một hệ GIS. Các yếu tố này
có thể so sánh đối chiếu và phân tích tìm các mối quan hệ.
Xét trên khía cạnh quản lý tài nguyên & môi trường, các thông tin cần phải có
không chỉ là các thông tin về tính chất, vị trí, phân bố hay các dữ liệu thuộc tính nói
chung, mà các thông tin này còn phải được thể hiện và trình bày trên bản đồ để có thể
chỉ ra được mối quan hệ không gian giữa các loại khác nhau trong một yếu tố, hoặc giữa
các yếu tố với nhau. Nếu chỉ có các thông tin thuộc tính đơn thuần thì công tác quản lý
tài nguyên & môi trường chỉ mới thực hiện được một phần nào, ở một mức độ quản lý
đơn giản nào đó thì điều này có thể đáp ứng được.
1.1.3.2. Dữ liệu thuộc tính
Môi trường và các vấn đề liên quan đến môi trường thực chất là liên quan đến
nhiều chuyên ngành khác nhau. Để nghiên cứu về môi trường cần phải có rất nhiều
thông tin khác nhau, phối hợp liên ngành và đa ngành. Chỉ riêng dữ liệu không gian
nhưng không có dữ liệu thuộc tính đi kèm, hoặc có rất ít cũng chỉ đáp ứng được nhu cầu
quản lý ở mức rất thấp. Khi phân tích riêng lẻtoàn bộ dữ liệu thuộc tính, nhà quản lý
môi trường cũng chỉ có thể hình dung ra được và giải quyết được cho một vị trí thực
nào đó. Trong khi đó các yếu tố này không chỉ tồn tại ở một vị trí mà là còn có sự mở
rộng về không gian theo các hướng khác nhau, có thể lặp lại ở một vị trí nào đó trên trái
đất với một vài thay đổi về tính chất, có quan hệ với các yếu tố khác tại cùng vị trí và
với các yếu tố khác phân bố lân cận. Chính điều này nảy sinh ra vấn đề cần phải có dữ
liệu và thông tin của các ngành khác nhau để cùng giải quyết một hoặc nhiều mục tiêu
liên quan đến môi trường.
Kết hợp cả hai loại dữ liệu không gian và thuộc tính, nhằm trả lời cho các câu hỏi:
Cái gì? Ở đâu? và Như thế nào?. Ở cấp độ cao hơn có thể trả lời cho câu hỏi: Các yếu tố
đó quan hệ với nhau như thế nào?, Sẽ như thế nào nếu như? và Tại sao?.
1.2. DỮ LIỆU GIS VÀ VIỄN THÁM
1.2.1. Các nguồn dữ liệu đầu vào
- Bản đồ: Nguồn dữ liệu chính và quan trọng ban đầu chính là các bản đồ địa hình

và các bản đồ chuyên đề đã được thành lập từ trước. Các thông tin và dữ liệu cần thiết
có thể trích lọc từ các loại bản đồ này.
- Ảnh hàng không: là một dạng của dữ liệu viễn thám, có được là do các máy bay
tiến hành bay chụp ở độ cao tầm thấp.
- Ảnh vệ tinh: thường là dạng ảnh số, được thu nhận ở độ cao 600 – 1.000 km. Các
đối tượng trên mặt đất được ghi nhận dưới dạng phản xạ các kênh phổ trong dải sóng
ánh sáng nhìn thấy hoặc sóng hồng ngoại phản xạ và hồng ngoại bức xạ. Ngoài ra các
đối tượng trên bề mặt trái đất còn có thể được ghi nhận bằng sóng radar chủ động, hoặc
bằng kỹ thuật quét ảnh laser.
- Dữ liệu quan trắc đo đạc tại thực địa: Các dữ liệu được đo đạc ngoài thực tế,
quan sát mô tả hoặc lấy mẫu về phòng thí nghiệm để phân tích.
2


- Dữ liệu thống kê: Đây cũng là một trong những nguồn dữ liệu quan trọng trong
các phân tích GIS ứng dụng cho quản lý tài nguyên & môi trường.
1.2.2. Tính thời gian của các nguồn dữ liệu
Các dữ liệu tài nguyên & môi trường thường chỉ có giá trị trong một khoảng thời
gian nhất định. Có những dữ liệu của một vài yếu tố có thể sử dụng trong khoảng thời
gian dài do tính ổn định cao, ít thay đổi; nhưng có những yếu tố thay đổi liên tục và tính
ổn định về tính chất và đặc điểm thấp. Vì lý do này, các dữ liệu và thông tin khi thu thập
trước khi sử dụng cần phải được xác định thuộc nhóm ổn định cao hay thấp và thời gian
xây dựng dữ liệu. Giá trị của thông tin và các kết quả phân tích GIS tùy thuộc nhiều vào
tính chất này của dữ liệu.
Đối với các dữ liệu ảnh vệ tinh và ảnh hàng không cần phải có thông tin về thời
gian thu nhận ảnh. Thời điểm thu nhận ảnh cho biết hiện trạng các đối tượng được thu
nhận tại thời điểm đó và chỉ cho thời điểm đó mà thôi.
1.2.3. Đặc điểm của các ứng dụng cho quản lý môi trường, tài nguyên
• Có nhiều lớp thông tin: thông thường, đòi hỏi nhiều lớp thông tin trên một vùng
diện tích - các tài nguyên và các yếu tố quản lý liên quan và đa chiều

• Trộn lẫn các mô hình dữ liệu - Raster và vector
• Với mô hình vector, thiên về sử dụng các đối tượng polygon để phản ánh các
vùng thuần nhất
• Tỷ lệ bản đồ với nhiều tỷ lệ nhưng thông thường trên 1/10.000
• Chất lượng dữ liệu: nhiều lớp thông tin là kết quả của phép nội suy, phân loại.
Chất lượng có tính biến thiên, thường không đánh giá được
• Chức năng
- Phân tích bản đồ đơn giản
- Chồng xếp, tính toán, đo đạc vùng, tạo vùng đệm, tính vùng nhìn
• Mô hình sử dụng thêm nhiều các mô hình ngoại lai dựa trên các biến được lưu ở
các lớp thông tin khác nhau.
1.2.4. Tích hợp GIS và viễn thám để xây dựng dữ liệu
1.2.4.1. Sự tương thích giữa dữ liệu viễn thám và GIS
- Ảnh viễn thám chuyển đổi dễ dàng vào loại dữ liệu GIS mong muốn
Dữ liệu viễn thám được xử lý và lưu trữ dưới dạng cấu trúc raster. Hai mô hình
vector và raster thường được sử dụng trong GIS để lưu trữ dữ liệu không gian, do đó
việc tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS rất dễ dàng thực hiện. Với công nghệ hiện nay,
các phần mềm của GIS đều có module chuyển đổi mô hình dữ liệu từ vector sang raster
bảo đảm tính chính xác và không mất mát thông tin. Ngoài ra chức năng chồng ghép các
lớp dữ liệu cho phép tích hợp và hiển thị đồng thời cả hai lớp vector và raster, điều này
cho phép cập nhật nhanh các lớp dữ liệu về giao thông, thủy hệ, trong dữ liệu nền, cũng
như lớp dữ liệu chuyên đề của GIS (hiện trạng sử dụng đất, biến đổi đường dọc bờ
sông…) ở nhiều tỷ lệ khác nhau và cấp độ cập nhập khác nhau.
- Dữ liệu viễn thám và dữ liệu GIS có cùng tọa độ tham chiếu
Sự tương đồng giữa kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám và GIS đó là trong thực tế cả
hai kỹ thuật này đều xử lý dữ liệu không gian và có thể lập bản đồ số hóa. Điều này cho
thấy yêu cầu dữ liệu trên cùng một khu vực sẽ có cùng tọa độ tham chiếu, nên về khía
cạnh cơ sở toán học dữ liệu tương ứng của hai công nghệ sẽ tham chiếu cùng một hệ tọa
độ và độ cao thống nhất. Do đó tính hiệu quả trong vận hành, phân tích và hiển thị dữ
liệu sẽ được nâng cao đáng kể cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo tính thống nhất

của dữ liệu
3


1.2.4.2. Sự thuận lợi của dữ liệu tích hợp trong xây dựng và cập nhật dữ liệu
Công nghệ viễn thám với ảnh vệ tinh cho phép thành lập bản đồ tự động trong một
phạm vi rộng lớn và cập nhật nhanh dữ liệu. So với ảnh hàng không, ảnh vệ tinh có lợi
thế là do có nhiều kênh phổ khác nhau nên có thể trích lọc nhiều thông tin, phạm vi phủ
1 ảnh rộng. Hạn chế của ảnh vệ tinh là độ phân giải không gian (cao nhất hiện nay là 0,5
m) và chỉ có thể xây dựng mới bản đồ chi tiết tương đương tỷ lệ 1/5000 hoặc cập nhật
bản đồ đã có ở tỷ lệ 1/2000. Các thông tin chuyên đề tạo ra các dạng số từ công nghệ
viễn thám dễ dàng được tổ chức thành các lớp thông tin hợp lý cho việc lưu trữ, quản lý,
phân tích, và hiển thị trong môi trường GIS.
Ngược lại, nguồn dữ liệu có sẵn trong GIS luôn được cập nhật để đảm bảo tính
hiện thời nhằm phản ánh chính xác thế giới thực sẽ là nguồn thông tin bổ trợ rất tốt cho
việc nắn chỉnh hình học, tạo dữ liệu mẫu, phân loại và đánh giá chất lượng sau khi xử lý
ảnh. Do đó giải pháp xử lý tích hợp dữ liệu viễn thám và GIS là phối hợp ưu thế của hai
công nghệ trong việc thu thập, lưu trữ, phân tích và xử lý dữ liệu địa lý để nâng cao hiệu
quả trong việc xây dựng và cập nhật dữ liệu không gian. Việc kết hợp giữa viễn thám và
GIS cho phép trích lọc thông tin cần thiết trực tiếp từ ảnh viễn thám hoặc có những
phân tích so sánh giữa dữ liệu đã có trong hệ GIS với ảnh viễn thám.
Trong quy trình trên cho thấy: quy trình xử lý và giải đoán ảnh vệ tinh rất ít sử
dụng dữ liệu dạng vector, do đó các hệ thống xử lý ảnh viễn thám thường không đủ
chức năng xử lý dữ liệu vector như GIS. Tuy nhiên, những dữ liệu dạng vector sẵn có
trong GIS như điểm khống chế mặt đất rất cần thiết cho nắn chỉnh hình học tạo bình độ
ảnh, lớp polygon về ranh giới hành chính, loại hình sử dụng đất rất quan trọng cho việc
giải đoán ảnh. Nói chung, độ chính xác về không gian và thời gian của dữ liệu địa lý
phụ thuộc chủ yếu vào độ phân giải không gian và thời gian của ảnh vệ tinh được sử
dụng và tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, công nghệ tích hợp viễn thám và GIS sẽ cập
nhật hay xây dựng cơ sở dữ liệu GIS có yêu cầu tương ứng với độ chính xác trên diện

rộng và tiết kiệm rất nhiều công lao động và thời gian thực hiện.
Kết hợp giữa kỹ thuật viễn thám & GIS trong nghiên cứu quản lý tài nguyên &
môi trường có thể thực hiện theo từng giai đoạn hoặc đồng bộ. Trong trường hợp theo
từng giai đoạn thì các ảnh viễn thám nói chung phải được giải đoán để lấy thông tin
theo mục tiêu cần thiết, kết quả giải đoán này sẽ được chuyển qua hệ GIS để kết hợp với
các dữ liệu khác cho phân tích.
1.3. PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ TÀI
NGUYÊN MÔI TRƯỜNG
1.3.1. Xác định mục tiêu
Trong các nghiên cứu về tài nguyên & môi trường có ứng dụng GIS&VT, bên
cạnh mục tiêu chủ đạo là quản lý môi trường, phân bổ sử dụng tài nguyên có hiệu quả
thì cần phải xác định các mục tiêu cụ thể nhằm xác định phương pháp và nguồn dữ liệu
GIS thích hợp cần sử dụng.
1.3.2. Bản đồ hoá các dữ liệu thuộc tính
Các dữ liệu thuộc tính của một loại đối tượng nào đó khi được thu thập thường
được biểu diễn, minh hoạ dưới các dạng điểm hoặc đường rời rạc không liên tục, trong
khi các loại đối tượng này có kiểu phân bố ngoài không gian thực là liên tục. Điều này
đặc biệt quan trọng đối với các yếu tố môi trường. Các thay đổi tính chất của một loại
đối tượng từ giá trị này qua giá trị khác thường là một biến đổi kiên tục, rất ít có trường
hợp màcác giá trị có khoảng cách rời rạc. Các yếu tố sau khi được thu thập cần phải

4


được thể hiện thành bản đồ. Trên cơ sở các bản đồ này mới có thểxây dựng thành dữ
liệu GIS để phục vụ các phân tích.
Chú ý rằng vị trí, phân bố các điểm kháo sát sẽ ảnh hưởng đến kết quảxây dựng
bản đồ cho dù có sử dụng thuật toán nội suy nào đi nữa thì kết quả cũng hoàn toàn phụ
thuộc vào các dữ liệu đầu vào.
1.3.3. Mô hình hoá và các thuật toán nội suy trong xây dựng bản đồ các yếu tố

môi trường
Các ứng dụng của GIS trong môi trường thì việc xây dựng các dữ liệu không gian
bề mặt là yêu cầu đầu tiên của các phân tích GIS. Tầm quan trọng của bước này nhằm
tạo thông tin cơ sở, dựa trên các dữ liệu bề mặt thì các phân tích không gian của GIS sẽ
giúp trả lời các câu hỏi: cái gì? thế nào? …
Mô hình hoá trong GIS: nhằm thể hiện trở lại các yếu tố ngoài không gian thực, có
thể là một yếu tố đơn tính nào đó như địa hình, nhiệt độ, lượng mưa, độ mặn, độ pH
hoặc là một mô hình về các mối quan hệ giữa các yếu tố ngoài tự nhiên thực.
Mô hình hoá các dữ liệu thực thông qua phân tích các dữ liệu GIS. Các dữ liệu
thuộc tính trong các dữ liệu GIS được coi như dữ liệu chiều thứ ba (dữ liệu chiều Z) so
với hai chiều mô tả tọa độ phân bố không gian của đối tượng (hai chiều X và Y). Điển
hình cho loại phân tích dữ liệu này là phân tích xây dựng mô hình độ cao số (DEMdigital elevation model) hay phân tích 3 chiều (3D).
Phương pháp phân tích nội suy sử dụng trong GIS là một trong các phương pháp
thường được sử dụng nhiều nhất nhằm chuyển đổi dữ liệu khảo sát ngoài thực tề, đặc
biệt là đối với các loại dữ liệu được khảo sát lấy mẫu đo đạc theo điểm, thành dạng dữ
liệu liên tục để thể hiện thành bản đồ vùng các giá trị. Các thuật toán sử dụng thông
thường trong phương pháp nội suy bao gồm Kriging, IDW, TIN, Trend, lưới đa giác
(Thiessen).
- TIN (Triangulated Irregular Network): là một trong các phương pháp nội suy
uyển chuyển thường sử dụng trong phân tích GIS để xây dựng lại các giá trị bề mặt,
thường là độ cao. Dữ liệu sử dụng có thể ở dạng điểm, đường, thường ứng dụng để lập
mô hình về địa hình.
- IDW (Inverse Distance Weighted): là phương pháp nội suy dựa trên việc gán
trọng số cho các điểm trên bề mặt có giá trị và mối quan hệ ảnh hưởng của điểm này tới
điểm khác sẽ suy giảm theo khoảng cách.
- Kriging: dựa trên các tính toán thống kê (các khác biệt và các quan hệ của bộ dữ
liệu sử dụng cho phân tích) xây dựng các giá trị mới, ước lượng – mang tính dự báo
theo nhiều tham số.
- Trend: gán một đơn vị bề mặt cho một điểm có dữ liệu theo các thuật toán hồi
qui đa thức và thực hiện nội suy trên diện rộng.

Các yếu tố rời rạc bao gồm các yếu tố tự nhiên như điểm độ cao, độ sâu của địa
hình; mô hình phân bố nước ngầm; các tính chất hoá học của môi trường nước như độ
pH, độ mặn, TSS, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước…; các yếu tố nhiệt độ không
khí, lượng mưa….
1.3.4. Phân tích chồng lớp các lớp thông tin môi trường – các yếu tố môi trường
đơn tính
Đây là phân tích kết hợp không gian và thuộc tính của GIS và là thế mạnh của
GIS. Tích hợp các loại dữ liệu lại với nhau dưới hình thức tích hợp theo lớp nhằm phân
tich mối quan hệ của các đối tượng có các tính chất khác nhau. Trong phân tích chồng

5


lớp các phép toán đại số, luận lý Boolean được sử dụng nhiều, tùy thuộc vào mối quan
hệ của các đối tượng đó với nhau mà người phân tích xác định.
1.4. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ
1.4.1. Định nghĩa và nội dung bản đồ chuyên đề
Bản đồ chuyên đề là loại bản đồ trên đó thể hiện rõ ràng nổi bật và hoàn thiện một
hoặc một số các yếu tố đã được thể hiện trên bản đồ địa lý chung hoặc chưa được thể
hiện trên bản đồ địa lý chung. Bản đồ chuyên đề là bản đồ được thiết kế nhằm trình bày
các thực thể hay các khái niệm cụ thể, bản đồ chủ đề thường được dùng khi muốn nhấn
mạnh một hay nhiều chủ đề nào đó.
Nội dung bản đồ chuyên đề thường hẹp hơn bản đồ địa lý chung nhưng nó đi sâu
biểu hiện nội dung bên trong của các đối tượng, hiện tượng và những đặc điểm chi tiết
của nó đều được thể hiện rõ ràng chi tiết trên bản đồ. Nội dung trong bản đồ chuyên đề
bao gồm:
- Nội dung chính (chủ đề chính): gồm các yếu tố thể hiện trọn vẹn chủ đề của bản
đồ. Ví dụ nội dung chính của bản đồ khí hậu bao gồm nhiệt độ, lượng mưa, gió… của
bản đồ giao thông bao gồm các loại đường, các điểm dân cư (đầu mối giao thông)
chính...

- Nội dung thứ hai: gồm những yếu tố địa lý cơ sở để thể hiện nội dung chính. Ví
dụ: lưới toạ độ, địa hình, sông ngòi, giao thông, …(bản đồ nền).
- Yếu tố phụ, hỗ trợ: gồm các thông tin ngoài khung như tên bản đồ, bảng chú giải,
thanh tỷ lệ, biểu đồ, tranh ảnh minh hoạ…
1.4.2. Phân kiểu bản đồ chuyên đề
1.4.2.1. Phân kiểu theo mức độ khách quan của thông tin
- Bản đồ quan trắc, điều tra: bản đồ được xây dựng từ kết quả đo đạc trực tiếp
ngoài thực địa.
- Bản đồ dẫn xuất: được xây dựng trên những bản đồ đã xuất bản và các số liệu, tài
liệu thu thập.
1.4.2.2. Phân kiểu theo xu hướng thực tiễn
- Bản đồ kiểm kê: phản ánh trạng thái hiện tại của đối tượng và hiện tượng.
- Bản đồ đánh giá: thể hiện sự đánh giá đối tượng và hiện tượng theo một tiêu chí,
theo một quan điểm nào đó. Ví dụ: bản đồ đánh giá mức độ đảm bảo đất, bản đồ đánh
giá hiệu quả kinh tế, bản đồ đánh giá mức độ ô nhiễm, ...
- Bản đồ dự báo: thể hiện kết quả dự báo về trạng thái của các đối tượng và hiện
tượng tại một thời điểm trong tương lai hoặc thể hiện dự báo hiện tượng đang diễn ra
nhưng con người không có khả năng kiểm soát nó.
1.4.3. Ngôn ngữ và hệ phương pháp bản đồ
1.4.3.1. Ký hiệu bản đồ
Ký hiệu bản đồ bao gồm tập hợp các chấm điểm, đường nét, con số, chữ cái, đồ
thị, hình học, hình vẽ khác , … có kích thước, màu sắc, cấu trúc khác nhau để phản ánh
các đối tượng, hiện tượng và truyền thông tin của về vị trí của chúng trong không gian.
Ký hiệu bản đồ thể hiện sự thống nhất hai mặt hiện thực: nội dung và không gian.
- Nội dung: phản ánh bởi ý nghĩa được mã hoá trong đó.
- Không gian: phản ánh bởi “trạng thái” không gian của ký hiệu. Sự xác định
không gian được hình thành từ ba yếu tố:
+ Sự định vị không gian của đối tượng.
+ Sự xác định vị trí của đối tượng so với các đối tượng khác.
+ Sự xác định những thay đổi không gian bao quanh đối tượng.

6


Ký hiệu bản đồ rất đa dạng, bao gồm các dạng chính: ký hiệu hình học (sử dụng
các hình học cơ bản như tròn, vuông, chữ nhật, thoi, thang, …), ký hiệu tượng hình
(hình vẽ mô phỏng gần giống với hình dạng bên ngoài của đối tượng) và ký hiệu chữ (sử
dụng các chữ cái viết tắt để ký hiệu). Kết hợp với các chỉ tiêu về kích thước, định
hướng, độ sáng, màu sắc, nét trải đã tạo nên sự đa dạng của hệ thống ký hiệu bản đồ.
Các ký hiệu trên có thể gộp thành 3 nhóm:
- Ký hiệu theo tỷ lệ: còn gọi là ký hiệu diện tích, dùng biểu thị sự phân bố đối
tượng theo diện tích lãnh thổ như rừng, đầm lầy, ao hồ, diện tích trồng trọt, … Chúng
được thể hiện theo tỷ lệ bản đồ, giới hạn bởi ranh giới vùng phân bố, bên trong có thể có
tỷ lệ ngoài tỷ lệ.
- Ký hiệu ngoài tỷ lệ: còn gọi ký hiệu điểm, biểu thị các đối tượng mà diện tích
chúng quá nhỏ, không thể hiện theo tỷ lệ trên bản đồ được (điểm tam giác trắc địa, trạm
thủy điểm, trạm khí tượng, …).
- Ký hiệu nửa tỷ lệ: còn gọi ký hiệu dạng tuyến, để biểu thị các đối tượng dạng
hình tuyến như sông ngòi, đường sá, ranh giới. Chiều dài của đối tượng thể hiện theo tỷ
lệ, còn bề ngang thì không theo tỷ lệ.
1.4.3.2. Màu sắc và nét trải
* Sử dụng màu trong bản đồ học
Màu sắc có thể thể hiện tốt các cấp hạng của hiện tượng, phân chia và phân biệt
các vùng khác nhau trên bản đồ nên có vai trò đặc biệt trong việc truyền tải thông tin và
tăng cường khả năng đọc bản đồ. Màu sắc được thể hiện qua 3 đặc trưng cơ bản:
- Tông màu: các sắc thái màu khác nhau, liên quan đến sự phối hợp của các bước
sóng ánh sáng khác nhau. Hệ thống phân loại tông màu phổ biến nhất là theo thứ tự màu
cầu vồng 7 sắc: tím, chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ theo thứ tự bước sóng ngắn dần. Các
màu từ vàng đến hồng là màu nóng, còn lại là màu lạnh.
- Độ sáng: tất cả các màu đều có thể thể hiện dưới các độ sáng khác nhau thay đổi
từ sáng (trắng) đến tối (đen).

- Độ bão hòa: gần với khái niệm độ tinh khiết, thể hiện sự khác biệt của màu hữu
sắc và màu vô sắc khi chúng có cùng độ sáng như nhau. Độ bão hòa của màu giảm khi
tăng lượng màu xám.
* Hiệu quả và ý nghĩa của việc sử dụng màu
Hiệu quả uyển chuyển của màu sắc: Việc sử dụng màu cần căn cứ vào khả năng
điều tiết của mắt theo trật tự nhất định (gần đến xa: đỏ đến xanh da trời, hoặc xa về gần:
xanh da trời đến đỏ) để thể hiện trên bản đồ. Khi quan sát từ trên xuống, màu đỏ thể
hiện cho khu vực núi, cảm giác gần rồi chuyển xa dần đến vàng, cam cho cao nguyên,
xanh lá cây cho đồng bằng, xanh da trời cho nước, biển.
Hiệu quả pha trộn của màu sắc: Các màu chính (xanh da trời, vàng, đỏ, trắng, đen)
thường được sử dụng để thể hiện các hiện tượng có tính chất cơ sở. Trong khi đó, các
màu pha trộn giữa các màu chính được sử dụng thể hiện các hiện tượng trung gian. Ví
dụ: sử dụng màu đỏ, màu xanh da trời cho việc thể hiện sự phân bố hai dân tộc chính và
màu tím (pha trộn giữa đỏ và xanh da trời) để thể hiện khu vực có cả hai nhóm dân tộc.
Ý nghĩa biểu thị: Màu sắc thể hiện ý nghĩa biểu thị khác nhau. Hiện nay, đa số các
màu sắc sử dụng trên bản đồ thường gắn với các ý nghĩa biểu thị:
- Màu xanh da trời: mặt nước, cảm giác ẩm ướt
- Màu xanh lục: thực vật, đồng bằng, rừng, cảm giác lạnh
- Màu vàng: nắng ấm, khô hạn, thực vật thưa thớt
- Màu đỏ: cảm giác nóng ấm, đối tượng quan trọng (thủ đô, đường giao thông).
7


- Màu nâu: đồi núi, đường bình độ
* Sử dụng nét trải trong bản đồ học
Nét trải thường được sử dụng thay thế màu sắc trong các bản đồ có sự hạn chế về
khả năng thể hiện màu sắc. Nét trải có nhiều hình thức khác nhau:
- Nét trải đường: được tạo ra bằng các đường có cùng độ dày, song song với nhau
nhưng khác nhau về khoảng cách giữa chúng. Khi các đường cắt nhau, ta có nét trải
giao tuyến (có thể vuông góc hoặc không vuông góc).

- Nét trải chấm: được tạo thành từ các chấm phân bố trên một lưới ô vuông hay
tam giác.
- Nét trải tổng hợp: hỗn hợp từ nhiều hình nét khác nhau (cây cỏ, chữ thập).
1.4.3.3. Chữ viết trên bản đồ
Về mặt cú pháp, ký hiệu bản đồ biểu hiện đối tượng ở trạng thái không gian nào đó
trên lưới bản đồ, còn ghi chú bản đồ giải thích rõ hơn các khía cạnh nội dung của hiện
tượng. Như vậy, chữ viết trên bản đồ làm phong phú thêm nội dung bản đồ, chỉ ra đối
tượng duy nhất trên bản đồ. Ví dụ: một vòng tròn nhỏ đồ họa được định vị rất chính xác
trên bản đồ chỉ đối tượng “thị xã” nhưng thị xã nào được biểu hiện thì chưa nói lên
được. Khi ghi thêm chữ như “Ba Đồn” thì “Ba Đồn” biểu thị (định danh) cho ký hiệu
vòng tròn. Điều đó rất quan trọng, vì đó là phương thức đánh dấu, thông báo về đối
tượng đầy đủ nhất.
Trên bản đồ, chữ viết thường là các thuật ngữ, các địa danh (tên gọi địa lý) và các
ghi chú giải thích. Những chữ viết thường gặp trên bản đồ gồm các nhóm sau đây:
- Các thuật ngữ địa lý, xác định khái niệm về đối tượng như biển (biển Đông), vịnh
(vịnh Bắc Bộ), sông (sông Hồng), hồ (hồ Tây) …
- Các tên gọi đối tượng mà không được phản ánh bằng các ký hiệu: tên các loại
cây gỗ, tên các cuộc thám hiểm, các cuộc viễn chinh, các đoàn khảo sát,...
- Ghi chú số lượng hoặc tính chất: độ cao các đỉnh núi, độ cao dòng thác, độ cao
và độ dày, kích thước trung bình của cây cối, chiều rộng, độ sâu của sông suối, hướng
dòng chảy, chiều rộng của đường, chiều dài và sức tải trọng của cầu, hướng vận chuyển,
chất đất đáy sông (bùn, cát, vật liệu trải mặt đường (nhựa đá), …
- Những ghi chú thời gian xảy ra các sự kiện: mốc thời gian của các cuộc thám
hiểm, các cuộc khởi nghĩa và khung diễn biến của các hiện tượng theo mùa, ...
* Nguyên tắc sử dụng chữ viết trên bản đồ
Tuy chữ viết trên bản đồ làm rõ nội dung và định hướng bản đồ rõ ràng nhưng
không được lạm dụng. Sử dụng chữ viết trên bản đồ nếu không có chọn lọc và giới hạn
ở mức cần thiết sẽ làm bản đồ kém sáng sủa, khó đọc và che lấp những nội dung chính
của bản đồ, làm biến chất bản đồ. Bố trí chữ viết trên bản đồ cần bảo đảm các yêu cầu
sau:

- Mỗi chữ viết phải gắn với một đối tượng địa lý nhất định, không nên thiết kế chữ
viết khó xác định nó thuộc vào đối tượng nào, gây hoài nghi đối với người sử dụng.
- Chữ viết trên bản đồ không được làm che lấp (hoặc làm gián đoạn) những chi tiết
quan trọng của các đối tượng địa lý.
- Sự phân bố các tiêu đề trong sự tập hợp của chúng phản ánh được mật độ tương
đối của các đối tượng tương ứng ở địa phương, bảo đảm được sự cân đối, hài hoà.
Chữ viết trên bản đồ ngoài chức năng dẫn đường, giải thích, bản thân chúng có khả
năng phản ánh những đặc điểm đối tượng, thông qua hình thức biểu hiện như kiểu chữ,
độ nghiêng của chữ và kích thước, màu sắc của chữ. Hiện nay như đã thành quy ước,

8


người ta lấy kiểu chữ khác nhau kết hợp với màu sắc để thể hiện các loại đối tượng khác
nhau:
- Kiểu chữ đứng màu đen hoặc đỏ cho các đối tượng hành chính – chính trị;
- Kiểu chữ nghiêng xanh lam cho các đối tượng nước (thuỷ văn);
- Kiểu chữ nghiêng màu nâu đối với các yếu tố địa hình.
Để đặc trưng cho độ lớn hoặc giá trị, ý nghĩa của các đối tượng, người ta thường
biểu hiện thông qua kiểu và kích thước của chữ, ví dụ như các cấp hành chính được thể
hiện thông qua kiểu và kích thước chữ v.v…
1.4.3.4. Các phương pháp thể hiện bản đồ
Các phương pháp biểu hiện bản đồ có những đặc điểm bản chất khác nhau, khả
năng đặc trưng đối với các loại đối tượng, hiện tượng hoạ đồ khác nhau, những yêu cầu
về các điều kiện thành lập (nguồn tư liệu) và sự thể hiện khác nhau:
- Phương pháp ký hiệu điểm
- Phương pháp biểu đồ định vị
- Phương pháp ký hiệu đường
- Phương pháp chấm điểm
- Phương pháp khoanh vùng

- Phương pháp đường đẳng trị
- Phương pháp nền số lượng
- Phương pháp nền chất lượng
- Phương pháp đồ giải (Cartogram)
- Phương pháp bản đồ biểu đồ (Cartodiagram)
- Phương pháp ký hiệu chuyển động
Vì thế khi vận dụng các phương pháp biểu hiện trong thành lập bản đồ, phải căn
cứ vào nhiều yếu tố: đặc điểm của đối tượng, hiện tượng hoạ đồ, mức độ chi tiết và
phong phú của các nguồn tài liệu có quan hệ với nội dung bản đồ, mục đích - yêu cầu
của bản đồ thành lập và đặc điểm bản chất của phương pháp biểu hiện.
Mỗi phương pháp biểu hiện có những ưu thế nhất định đối với sự biểu hiện các
loại đối tượng, hiện tượng, cũng như những đặc trưng của chúng. Có phương pháp biểu
hiện phù hợp với loại đối tượng này, nhưng lại không phù hợp với loại đối tượng khác;
có phương pháp biểu hiện phản ánh được nhiều đặc điểm của đối tượng, nhưng có
phương pháp chỉ có khả năng nêu lên những đặc điểm nhất định nào đó của đối tượng
(ví dụ chỉ có thể phản ánh đặc điểm định lượng hoặc định tính).
Tuy nhiên cần hiểu rằng, không phải một phương pháp biểu hiện chỉ biểu hiện đối
với một đối tượng, hiện tượng nhất định, mà có thể được vận dụng biểu hiện đối với
nhiều đối tượng, hiện tượng và ngược lại một đối tượng, hiện tượng có thể được biểu
hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào mục đích, yêu cầu của bản đồ
và nguồn tư liệu.
Trong thực tế thành lập bản đồ, ở từng trường hợp cụ thể, mỗi bản đồ cụ thể, có
thể phối hợp các phương pháp biểu hiện khác nhau để biểu hiện đối tượng, hiện tượng:
- Để truyền đạt một đối tượng, hiện tượng, có thể sử dụng những phương pháp
biểu hiện khác nhau.
- Để truyền đạt một đối tượng, hiện tượng có thể cùng sử dụng nhiều phương pháp
biểu hiện để nêu lên nhiều đặc trưng của hiện tượng.
- Để truyền đạt một số đối tượng, hiện tượng khác nhau, có thể sử dụng cùng một
phương pháp.

9


- Để truyền đạt nhiều đối tượng, hiện tượng trên bản đồ có thể sử dụng phối hợp
nhiều phương pháp biểu hiện khác nhau.
Vì thế, sử dụng phối hợp các phương pháp biểu hiện bản đồ không thể thực hiện
tuỳ ý, phải dựa trên cơ sở bản chất của phương pháp biểu hiện và đặc điểm đối tượng,
hiện tượng được biểu hiện, đồng thời lựa chọn hệ thống ngôn ngữ bản đồ một cách khoa
học.
1.4.4. Các bước cơ bản trong xây dựng bản đồ chuyên đề
Xây dựng bản đồ gồm 4 bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị biên tập. Là bước đầu tiên của quá trình thành lập bản đồ. Nội
dung
là xác định mục tiêu, nhiệm vụ thành lập bản đồ, thu thập tài liệu, tư liệu liên quan. Dựa
vào những tài liệu tư liệu này để quyết định đo vẽ bổ sung hoặc lựa chọn các yếu tố nội
dung (yếu tố địa lí chung (cơ sở) và yếu tố chuyên đề). Từ các yếu tố nội dung đó tiến
hành chọn lựa phương pháp để thiết kế bản đồ. Kết quả của bước chuẩn bị sẽ là đề
cương
biên tập bản đồ
Bước 2: Biên vẽ. Là quá trình nghiên cứu đề cương biên tập để tiến hành vẽ
chuyển
các yếu tố nội dung. Kiểm tra và hiệu chỉnh. Kết quả của bước biên vẽ là bản biên vẽ
Bước 3: Chuẩn bị in. Là quá trình xây dựng bản thanh vẽ, tách màu, làm bản in và
in thử.
Bước 4: In bản đồ. Kiểm tra và in hàng loạt.
Các ứng dụng GIS được liên tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ môi
trường. Từ chương trình kiểm kê nguồn tài nguyên thiên nhiên của Canada trong những
năm 1960, đến các chương trình GIS cấp bang của Mỹ bắt đầu vào cuối những năm
1970, đến mô hình hoá quản lý các sự cố môi trường hiện đang được phát triển. Xu
hướng hiện nay trong quản lý môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS.

Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS.
GIS được sử dụng để cung cấp thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn cho các nhà
hoạch định chính sách: quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, quy hoạch, mô hình
hoá và quan trắc, đánh giá sự cố môi trường.
Trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, GIS có thể được dùng để tạo bản đồ phân bố
tài nguyên, kiểm kê, đánh giá trữ lượng tài nguyên, ...

10


CHƯƠNG 2. GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
2.1. KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG QUẢN LÝ DIỄN BIẾN TÀI
NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
2.1.1. Các vấn đề trong việc sử dụng ảnh viễn thám
Ứng dụng công nghệ viễn thám để giải quyết những vấn đề thực tế thường yêu cầu
phải liên kết với các loại thông tin khác nhằm phục vụ hiệu quả công tác phát triển kinh
tế - xã hội theo hướng vươn tới sự phát triển bền vững trên cơ sở sử dụng hợp lý tài
nguyên, bảo vệ môi trường và giảm thiểu thiên tai. Hiện nay, xu thế tích hợp viễn thám
và GIS đang trở thành công nghệ rất hiệu quả phục vụ cho các lĩnh vực sau:
- Dự báo thời tiết, theo dõi và dự báo những hiện tượng nguy hiểm như bão, áp
thấp nhiệt đới, lũ lụt, mưa lớn, lốc…
- Giám sát hiện tượng sạt lở bờ biển, bờ sông, các tai biến địa chất, cháy rừng và
điều tra hiện trạng môi trường, giám sát biến động lớp phủ mặt đất, xói mòn đất, hoang
mạc hóa, giám sát ô nhiễm do chất thải công nghiệp và dầu tràn…Các hiện tượng này
thường diễn ra trên phạm vi rộng và bao gồm cả vùng sâu, vùng xa, biển khơi, hải đảo.
Mặt khác, các hiện tượng đó diễn ra trong những khoảng thời gian không định trước nên
chỉ có công nghệ viễn thám với khả năng bao quát các vùng rộng lớn, và có chu kỳ quan
sát lặp lại khác nhau cũng như quan sát trong bất kỳ thời tiết nào, mới có thể đáp ứng
được một phần các yêu cầu về giám sát môi trường và thiên tai.

- Trong các nghiên cứu địa chất và tìm kiếm – thăm dò khoáng sản, ảnh vệ tinh
một mặt đen nhiều thông tin mới mà bằng các phương pháp truyền thống khó hoặc
không đạt được, mặt khác cho phép giảm đáng kể khối lượng công tác thăm dò – tìm
kiếm và khảo sát ngoài thực địa, nhờ đó có thể rút ngắn thời gian khảo sát và tiết kiệm
được nhiều công sức, tiền của, nhất là đối với những vùng rừng núi khó đến.
- Bản đồ địa hình là tài liệu cơ sở của nhiều ngành dùng cho các mục đích dân sự
cũng như quân sự. Để đáp ứng nhu cầu về hiệu chỉnh (cập nhật) một cách hệ thống các
bản đồ địa hình ở các tỷ lệ cơ bản nhà nước (từ 1: 10.000 và nhỏ hơn) theo các chu kỳ
quy định, kinh nghiệm cho thấy công nghệ khả thi nhất hiện nay là sử dụng ảnh vệ tinh.
- Để quản lý, quy hoạch sử dụng và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất và có
được số liệu chính xác làm cơ sở để hoạch định các chương trình phát triển kinh tế - xã
hội, biện pháp ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát cho tính đồng
nhất về thời điểm thu thập thông tin trên phạm vi rộng, kể cả những vùng núi hẻo lánh,
khó đến.
- Cung cấp thông tin cho công tác quản lý nuôi trồng thủy sản ven bờ và phục vụ
đánh bắt hải sản xa bờ, thông tin về mùa màng phục vụ xuất khẩu nông sản, thông tin
điều tra tổng hợp phục vụ quản lý dải ven bờ cũng như quy hoạch vùng, quy hoạch
ngành phục vụ chuyển dịch cơ cấu kinh tế.
- Ứng dụng công nghệ viễn thám còn để đảm bảo đầy đủ hơn cơ sở khoa học – kỹ
thuật cũng như rút ngắn thời gian thực hiện công tác quy hoạch và thiết kế mạng lưới
giao thông, phát triển đô thị, xây dựng các công trình thủy điện…
- Công nghệ viễn thám còn có khả năng dùng đẻ nghiên cứu rất nhiều yếu tố hải
dương học và nguồn lợi hải sản như dòng chảy, nước trồi, nhiệt độ, độ mặn, phân bố
phù dung và hải sản…
- Viễn thám cho phép đảm bảo cung cấp thông tin kịp thời đáp ứng nhu cầu an
ninh – quốc phòng. Hiện nay, những ứng dụng mới và theo hướng liên kết viễn thám –
11


hệ thông tin địa lý (GIS) và định vị vệ tinh (GPS) đã tạo nên những công cụ rất hiệu quả

phục vụ cho công tác bảo vệ an ninh – quốc phòng.
Để sử dụng hiệu quả dữ liệu ảnh phục vụ các mục đích ứng dụng khác nhau, người
sử dụng cần phải xem xét các vấn đề cơ bản như sau:
- Mục tiêu của dự án là gì? Ảnh vệ tinh có thể ứng dụng để giải quyết vấn đề đặt
ra?
- Độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh nào là phù hợp?
- Loại bản đồ cần được thành lập hay cập nhật? Ảnh nào có thể được áp dụng
(Ảnh toàn sắc? Ảnh hàng không? Xác định kênh phổ nào là thích hợp?)
- Khảo sát thực địa có bao gồm trong kinh phí của dự án? Mức độ chi tiết nào cần
thiết cho việc xử lý ảnh?
- Yêu cầu sử dụng ảnh trong phân tích biến động?
- Dữ liệu thực trên mặt đât có cần phải thu thập?
- Điều kiện thời tiết và chiếu sáng như thế nào? Chọn ảnh rada, quang học hay
dịch chuyển thời gian chụp ảnh để phù hợp điều kiện và sự thay đổi của thời tiết.
- Mức độ ảnh đã được xử lý bởi nhà cung cấp? (hiệu chỉnh hình học, bức xạ, khí
quyển…)
- Độ chính xác cần thiết cho công việc?
- Vị trí địa lý của khu vực chụp ảnh?
- Kinh phí của dự án? Chọn giải pháp hiệu quả nhất?
2.1.2. Xử lý ảnh viễn thám
Các dữ liệu thu được trong viễn thám thường được lưu dưới dạng ảnh số nên vấn
đề xử lý ảnh số trong viễn thám đóng vai trò quan trọng trong việc tách thông tin hữu
ích phục vụ cho nhiều ngành khác nhau. Xử lý ảnh là quá trình sử dụng máy tính và các
phần mềm ứng dụng để xử lý ảnh viễn thám tuỳ theo mục đích sử dụng.
2.1.2.1. Phân loại ảnh
- Phân loại không kiểm định: được sử dụng khi thiếu thông tin khảo sát tại thực
địa. Chương trình máy tính được yêu cầu để nhóm các pixel có tính chất phổ giống nhau
thành các nhóm đơn nhất theo một số tiêu chuẩn thống kê nhất định ta có thể cho máy
tự động phân loại. Nhóm các yếu tố có độ phản xạ gần giống nhau thành một nhóm.
Phân loại không kiểm định làm nền tảng cho việc phân loại có kiểm định, vì dựa

vào bảng phân loại này và những kiến thức thực tế cùng phần mềm hỗ trợ, người sử
dụng có thể phân loại chính xác hơn.
- Phân loại có kiểm định: phân loại có kiểm định được thực hiện khi đặc tính và vị
trí của một số hình thức như trong sử dụng đất nông nghiệp, khu công nghiệp, khu đô
thị…đã biết được nhờ vào công tác khảo sát thực địa, phân tích dữ liệu không gian ảnh,
dựa vào kinh nghiệm cá nhân. Những người phân tích dựa vào kiểu mẫu ảnh vì chúng
có đặc tính phản xạ phổ khác nhau.
2.1.2.2. Quy trình phân loại ảnh
Quá trình tách thông tin từ ảnh vệ tinh có thể được thực hiện bằng máy tính hay
giải đoán bằng mắt. Trong đó, phân loại ảnh là quá trình tách hay gộp thông tin dựa trên
các tính chất của phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tượng cần nghiên
cứu.
Phương pháp phân loại ảnh được giới thiệu ở đây là các thuật toán được sử dụng
để phân các đối tượng nào đó có các tính chất tương đối đồng nhất về mặt phổ thành các
loại cơ bản được quan tâm bởi người giải đoán. Như vậy, cần phải phân biệt loại thông
tin và loại phổ trong phân loại ảnh viễn thám. Loại thông tin là những loại hình khác
12


nhau của bề mặt đất mà người giải đoán cố gắng xác định nó trong ảnh, ví dụ như loại
hình sử dụng đất, loại đất đá, loại cây…mà con người quan tâm (dùng để thành lập bản
đồ chuyên đề).
Loại phổ là nhóm các pixel đồng nhất (gần giống nhau ) về giá trị độ sáng trong
các kênh phổ khác nhau của ảnh vệ tinh. Mục tiêu của việc phân loại là làm phù hợp
loại phổ của dữ liệu ảnh với thông tin được yêu cầu bởi người giải đoán.
Phương pháp phân loại ảnh được thực hiện bằng cách gán tên loại (loại thông tin)
cho các khoảng cấp độ sáng nhất định (loại phổ) thuộc một nhóm đối tượng nào đó có
tính chất tương đối đồng nhất về phổ nhằm phân biệt các nhóm đó với nhau trong khuôn
khổ ảnh. Tùy thuộc vào số loại thông tin yêu cầu, loại phổ trên ảnh được phân thành các
loại tương ứng dựa theo một quy luật quyết định nào đó được xác định trước.

Trình tự phân loại gồm các bước sau:
Xác định các loại mẫu

Chọn đặc trưng phân loại

Mẫu dữ liệu huấn luyện
Huấn luyện giám định

Huấn luyện phi giám định

Ước tính thống kê

Phân loại

Đánh giá kết quả
Hình 2.1. Trình tự các bước phân loại ảnh viễn thám
Bước 1: Xác định số loại thông tin cần phân chia trong khu vực, các loại cần được
định nghĩa rõ ràng về mặt chỉ tiêu, các chỉ tiêu này cần được lựa chọn có tính đến đặc
thù của dữ liệu ảnh vệ tinh (thời gian thu nhận ảnh, độ phân giải không gian, phổ…)
Bước 2: Tuyển chọn các đặc trưng bao gồm các đặc trưng về phổ của đối tượng
(ảnh đa phổ) biến động về thời gian (ảnh đa thời gian) hoặc cấu trúc cụ thể của đối
tượng nhằm thiết lập tiêu chuẩn cho phép phân biệt giữa các loại quan tâm (xử lý riêng
rẽ hoặc phối hợp với nhau).
Bước 3: Chọn vùng mẫu trên ảnh bao gồm dữ liệu tương ứng với vùng mẫu được
khảo sát thực địa hoặc từ những dữ liệu cần thiết được lựa chọn dựa trên bước 1 và
bước 2. Các số liệu được lấy trên cơ sở vùng mẫu có ý nghĩa quyết định trong việc
13


thành lập các chỉ tiêu và luật quyết định trong phân loại, từ đó chọn thuật toán thích hợp

của một trong hai phương pháp phân loại: phương pháp có giám định và phương pháp
phi giám định, còn gọi là phân loại giám sát và phi giám sát.
Bước 4: Ước tính thống kê vùng mẫu nhằm xác định các giá trị tương ứng với loại
phổ trong không gian đặc trưng của đối tượng quan tâm, từ đó áp dụng nhiều phương
pháp phân loại khác nhau ứng với vùng mẫu và so sánh kết quả đạt được nhằm tìm thuật
toán tối ưu cho cho kết quả phân loại.
Bước 5: Thực hiện phân loại, các pixel sẽ được phân tuần tự vào các loại tương
ứng đã xác định.
Bước 6: Ảnh sau khi phân loại được làm trơn bởi các thuật toán lọc, đây là giai
đoạn hậu xử lý sau khi phân loại.
Bước 7: Kiểm tra phân loại để đánh giá độ chính xác và mức độ tin cậy của ảnh
sau khi phân loại. Kết quả phân loại được kiểm tra bằng cách so sánh ảnh phân loại với
dữ liệu tham khảo đã có.
Kiểm tra thực địa được xem là dạng tài liệu hỗ trợ nhằm đánh giá dữ liệu phân
tích. Về bản chất, công việc này để các nhà giải đoán làm quen với diện tích nghiên cứu
và các nét đặc trưng của đối tượng được giải đoán. Kiểm tra thực địa được thực hiện sau
khi đã giải đoán ảnh nhằm hiệu chỉnh các kết quả. Công việc thực địa rất tốn kém
(thường gấp 3 lần phân tích trong phòng) nên phải có kế hoạch tỉ mỉ. Loại công việc,
khối lượng, thời gian, phương pháp thu thập và thủ tục tích hợp dữ liệu cần được tính
toán cẩn thận (số điểm và tuyến khảo sát, lấy mẫu ngẫu nhiên hay hệ thống…).
Khối lượng và dạng công việc ngoài trời cho từng đề án có thể thay đổi phụ
thuộc vào:
- Kiểu phân tích dữ liệu.
- Chất lượng ảnh bao gồm độ phân giải và thông tin giải đoán được.
- Yêu cầu độ chính xác về phân loại và ranh giới.
- Kinh nghiệm của chuyên gia giải đoán ảnh và sự hiểu biết của họ về bộ cảm
biến, diện tích và các chủ đề giải đoán.
- Đặc điểm địa hình và điều kiện giao thông trên diện tích nghiên cứu.
2.2. MỘT SỐ HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA GIS VÀ VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN
CỨU DIỄN BIẾN TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

2.2.1. Nghiên cứu tài nguyên sinh vật
Để quản lý, quy hoạch và bảo vệ tài nguyên rừng, tài nguyên đất nhà nước ta đã
quy định 5 năm tiến hành một lần tổng kiểm kê đất trên phạm vi toàn quốc để theo dõi
về biến động tình hình sử dụng đất. Tuy nhiên cho đến nay ta vẫn không có số liệu
chính xác về diện tích rừng và diện tích các loại hình sử dụng đất làm cơ sở để hoạch
định các chương trình phát triển kinh tế - xã hội, còn việc theo dõi biến động tài nguyên
thì hầu như không thực hiện được. Lý do là vì các phương pháp truyền thống không đủ
khả năng đáp ứng yêu cầu. Biện pháp khả thi nhất để khắc phục tình trạng trên là ứng
dụng rộng rãi và thường xuyên tư liệu ảnh vệ tinh, kết hợp với điều tra khảo sát, nâng
cao độ tin cậy, tính đồng nhất về thời điểm của thông tin trên phạm vi cả nước, kể cả
vùng hẻo lánh.
2.2.1.1. Hỗ trợ phát triển chiến lược quản lý
Với GIS bạn có thể đánh giá các đặc điểm của một khu rừng dựa trên các điều
kiện quản lý khác nhau. Trên cơ sở các dự báo này, bạn có thể quan sát tương tai của
khu rừng dưới dạng bản đồ và số liệu phân tích, từ đó vạch ra chiến lược quản lý và
phát triển các nguồn tài nguyên rừng sao cho đạt được hiệu qủa cao.
14


2.2.1.2. Phân tích quần thể động vật hoang dã
Sử dụng GIS để hiển thị và phân tích dữ liệu thuộc tính. Chẳng hạn, Chambers
Group sử dụng GIS và các dữ liệu thu thập được từ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để
dẫn ra sự phân bố và mật độ của các quần thể rùa cạn sa mạc.
Công ty Duke Power dùng GIS để quản lý các dữ liệu địa lý về các loài cá nước
mở (open water). Sự kết hợp giữa GIS và công nghệ định vị bằng tiếng dội đã cho
những thông tin và những đánh giá loài chi tiết hơn so với các phương pháp trước đây.
Sau khi thu thập dữ liệu, GIS được sử dụng để mô phỏng và phân tích tính đa dạng
theo không gian, sự phân bố theo độ sâu và kích cỡ của các loài cá.
2.2.1.3. Phân tích phân bố loài
Hiện nay ô nhiễm môi trường đang đe doạ sự tồn tại của nhiều loài sinh vật, trong

đó có nhiều loài cá. GIS đã hỗ trợ tích cực trong công việc bảo tồn những loài cá đang
bị đe doạ. Các dữ liệu bao gồm thông tin về độ rộng và độ sâu của dòng chảy, chất
lượng và nhiệt độ nước, sự phân bố của các loài cá. Phần mềm ARC/INFO đã được sử
dụng để nhập dữ liệu vào một cơ sở dữ liệu gồm 250 lớp thông tin bao phủ toàn bộ
vùng châu thổ sông Columbia. Những thông tin này đã được xuất bản trên CD-ROM và
cung cấp cho các nhà quản lý tài nguyên.
Trường Ðại học Wisconsin đã sử dụng GIS để phân tích sự xâm thực trở lại của
loài sói lông xám ở miền đông cùng các yếu tố đưa đến sự tái thiết lập thành công vùng
phân bố này. Bản đồ cho thấy hướng di chuyển ổn định của loài sói này đến miền đông.
Các đặc tính tự nhiên của các vùng sinh lý Maine có thể được đánh giá ngay lập
tức bằng việc sử dụng dữ liệu GIS để lập bản đồ. Văn phòng GIS vùng Maine đã dùng
GIS để phân chia 15 vùng tự nhiên của Maine cùng với các loài trong mỗi vùng.
2.2.1.4. Kiểm soát các khu bảo tồn
Tổ chức Bảo tồn quốc tế và Chính phủ Malagasy đã sử dụng GIS để kiểm soát sự
phân bố của các loài thực vật ở Madagascar. Bản đồ này biểu diễn các loài thực vật của
miền nam Madagascar bằng các màu khác nhau và biểu diễn các khu bảo tồn bằng nền
chéo. Với những thông tin này, có thể dễ dàng xác định các vùng cần được bảo vệ hoặc
các vùng hiện được bảo vệ có khả năng bị xâm hại.
2.2.1.5. Kiểm soát đa dạng sinh học
Một số tổ chức đã sử dụng GIS để phân tích sự phân bố và mức độ bảo tồn đối với
một số thành phần của đa dạng sinh học. GIS giúp các nhà nghiên cứu xác định các loài
có khả năng hiện diện trong vùng quản lý hay không (vùng gián đoạn). Những loài này
được dùng làm chỉ thị cho đa dạng sinh học hoặc cho sự vắng mặt, đối với một vùng cụ
thể.
2.2.1.6. Bảo tồn những loài đang bị đe doạ
Hiện nay ô nhiễm môi trường đang đe doạ sự tồn tại của nhiều loài sinh vật, trong
đó có nhiều loài cá. GIS đã hỗ trợ tích cực trong công việc bảo tồn những loài cá đang
bị đe doạ. Các dữ liệu bao gồm thông tin về độ rộng và độ sâu của dòng chảy, chất
lượng và nhiệt độ nước, sự phân bố của các loài cá. Phần mềm ARC/INFO đã được sử
dụng để nhập dữ liệu vào một cơ sở dữ liệu gồm 250 lớp thông tin bao phủ toàn bộ

vùng châu thổ sông Columbia. Những thông tin này đã được xuất bản trên CD-ROM và
cung cấp cho các nhà quản lý tài nguyên.
Các chuyên gia ở Corvallis, Oregon đã sử dụng dữ liệu GIS để phát triển chiến
lược bảo tồn loài cá hồi Coho, một loài cá hồi màu hồng bạc được tìm thấy chủ yếu ở
vùng cửa sông của Oregon và Washington. Trong nghiên cứu này, vùng châu thổ sông
Umpqua đã được lựa chọn, đây là vùng trước đây rất nhiều cá hồi Coho, nhưng nay do
15


khai thác gỗ, xây dựng, nắn thẳng dòng chảy sông suối, đã phá huỷ nơi sống của loài cá
này, làm số lượng của chúng giảm sút nghiêm trọng, chỉ khoảng 3% so với trước kia.
Công việc bảo tông được bắt đầu với việc xác định nơi cư trú của các quần thể và giúp
cho chúng mở rộng quần thể. GIS được sử dụng để hiển thị và phân tích thông tin về
điều kiện sống của loài.
Tìm kiếm nơi sống phù hợp: Các nhà phân tích đã tạo ra các bảng biểu và bản đồ
chi tiết về hệ thống dòng chảy, từ đó tìm kiếm những nơi thích hợp cho cá hồi Coho.
Các yếu tố đặc trưng của dòng chảy ảnh hưởng trực tiếp đến cá hồi Coho đều được đưa
đồng thời vào bản đồ.
Công cụ phối hợp hoạt động: Ðể thực hiện nhiệm vụ bảo tồn cá hòi Coho, các nhà
nghiên cứu cần phối hợp với các tổ chức bảo tồn khác. GIS trở thành công cụ hữu ích để
trao đổi phối hợp, tạo các ấn phẩm đồ hoạ để phát hành cũng như để thảo luận và là
công cụ chia xẻ các thông tin mới, đưa các dữ liệu lên Internet. Các cơ quan quản lý các
cấp, các nhà khoa học, những người hoạt động môi trường và những đối tượng khác đều
có thể sử dụng và đóng góp thông tin trực tiếp vào cơ sở dữ liệu của hệ thống.
2.2.1.7. Kiểm kê trạng thái rừng hiện tại
Với GIS bạn có thể kiểm kê trạng thái gỗ, thuỷ hệ, đường giao thông, đường tàu
hoả và các hệ sinh thái và sử dụng những thông tin này để đánh giá về mùa vụ, chi phí
vận chuyển, hoặc điều kiện sống của các động vật hoang dã đang bị đe doạ.
2.2.1.8. Mô hình hoá hệ sinh thái rừng
GIS có thể được dùng như một thành phần của hệ thống hỗ trợ quyết định (DSS)

trong quản lý lâm nghiệp, chẳng hạn, được dùng để mô hình hoá các thành phần không
gian.
Sở Bảo vệ môi trường Alberta, Trung tâm Ðào tạo môi trường Alberta (Canada)
đã dùng GIS để mô hình hoá các quần hợp hệ sinh thái, các điều kiện sống,... làm cơ sở
cho việc dự báo. Dùng mô hình GIS như một phần của DSS cho phép nâng cao chất
lượng quản lý tài nguyên rừng.
DORIS-Systemgruppe-AMT sử dụng GIS để mô phỏng các khu rừng của Ðức
bằng mô hình 3 chiều. Hiển thị dữ liệu theo không gian giúp các nhà quản lý nắm bắt cụ
thể hơn về đối tượng.
Ảnh vệ tinh và ảnh hàng không còn được sử dụng như một công cụ thành lập bản
đồ để phân loại cây trồng, kiểm tra và giám sát sự phát triển cũng như phát hiện kịp thời
vùng sâu bệnh.
2.2.2. Nghiên cứu tài nguyên nước
GIS có thể hỗ trợ đánh giá mức nước ngầm, mô phỏng hệ thống sông hồ và nhiều
ứng dụng liên quan đến quản lý tài nguyên nước khác. Những ví dụ dưới đây là một vài
ứng dụng của GIS trong lĩnh vực này.
2.2.2.1. Kiểm soát mực nước ngầm
Duy trì mực nước ngầm thích hợp trong các vùng khai khoáng là một vấn đề lớn.
Trường Ðại học Kỹ thuật Aachen, Ðức đã sử dụng GIS để kiểm soát mực nước ngầm
cho các vùng khai thác than, tạo các bản đồ mực nước ngầm, kết hợp với các dữ liệu
khác như thổ nhưỡng, địa hình, quy mô khai thác mỏ, công nghệ kỹ thuật được sử dụng,
cung cấp công cụ đắc lực cho các nhà phân tích.
2.2.2.2. Kiểm soát sự phục hồi mực nước ngầm
Ðánh giá sự phục hồi mực nước ngầm là rất khó khăn, nhưng với công nghệ GIS
công việc này trở nên dễ dàng hơn. Umlandverband Frankfurt, Ðức, đã dùng GIS để xây
dựng các lớp bản đồ cho mỗi tính toán về sự phục hồi mực nước ngầm. Những lớp này
16


sau đó được kết hợp lại để tạo nên một bản đồ cuối cùng biểu diễn sự phục hồi của mỗi

vùng.
GIS giúp cho các nhà nghiên cứu dễ dàng tính toán và mô phỏng đồng thời tốc độ
phục hồi mực nước ngầm của các vùng khác nhau.
2.2.2.3. Phân tích hệ thống sông ngòi
Viện Ðịa chất ở Zagreb, Croatia, đã sử dụng GIS để phân tích hệ thống sông cũng
như toàn bộ vùng lưu vực sông Drava. Với công nghệ GIS có thể xây dựng mô phỏng
mạng lưới sông ngòi của khu vực cùng các thông số đặc trưng cho mỗi dòng chảy và
phân tích những ảnh hưởng mà chúng có thể chịu tác động.
2.2.2.4. Quản lý các lưu vực sông
Lưu vực sông là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp. Quản lý lưu vực sông đòi hỏi
lưu lượng nước đầy đủ, duy trì sự ổn định của các hệ sinh thái, kiểm soát lũ.
Công ty Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thuỵ Ðiển và Nespak,
Pakistan phối hợp sử dụng GIS hỗ trợ quản lý vùng lưu vực sông Torrent ở Pakistan.
GIS được sử dụng để mô hình hoá sự cân bằng nước, quá trình xói mòn, và kiểm soát lũ
cho khu vực.
Hammon, Jensen, Wallen & Associates dùng GIS để kiểm soát vùng lưu vực sông
Santa Lucia Preserve. Mô hình không gian ba chiều được xây dựng nhờ công nghệ GIS,
đã giúp các nhà nghiên cứu tiếp cận chính xác về địa hình và thổ nhưỡng của khu vực,
từ đó xây dựng những quy luật diễn biến quan trọng cho toàn bộ vùng lưu vực sông.
2.2.2.5. Kiểm soát các nguồn nước
Tại Mỹ, GIS được dùng để quản lý sự phân bố của các nguồn nước, nhờ đó các
nhà khoa học có thể dễ dàng xác định vị trí các nguồn nước này trong toàn bộ hệ thống.
2.2.2.6. Nghiên cứu các dòng nhiệt trên biển do chất thải công nghiệp
Hoạt động công nghiệp luôn sử dụng nước làm tác nhân tản nhiệt và đồng thời
cũng thải ra các dòng nước nóng kèm theo các chất thải khác, quá trình đó có tác động
lớn đến môi trường.
Sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt cho phép xác định và phân biệt các dòng nhiệt
khác nhau, bao gồm các dòng nhiệt độ cao có khả năng giết chết các vật chất hữu cơ
hoặc hủy hoại môi trường sống của chúng, đôi khi việc xác định được các dòng nước
nóng thuận lợi cho việc nuôi tôm hùm và sò.

2.2.2.7. Phát hiện váng dầu
Thông thường việc nghiên cứu các dòng chảy trên biển sử dụng các máy đo dòng
chảy, các phao trôi, các thiết bị đo nhiệt độ trực tiếp. Song có thể sử dụng viễn thám để
nghiên cứu các vấn đề đó, đặc biệt là đối với các vùng mặt nước biển rộng lớn.
Những nghiên cứu đã tổng hợp những kinh nghiệm như sau:
- Màu của ảnh liên quan đến các vật lơ lửng như phù sa và sinh vật trôi nổi. Sử
dụng vùng nhìn thấy của tư liệu vệ tinh CZCS, LANDSAT, MSS, TM và các máy quét
khác.
- Các trường nhiệt sử dụng kênh hồng ngoại của tư liệu vệ tinh địa tĩnh GOES,
AVHRR, LANDSAT, TM, SEASAT…
- Có thể sử dụng dải rada của tư liệu vệ tinh SEASAT để nghiên cứu sóng biển.
Điều này cũng cho phép nghiên cứu về dòng biển, các lớp nước biển và độ sâu đáy biển.
Thông thường để nghiên cứu váng dầu, chụp ảnh bằng tia cực tím (320 nm-380
nm) có hiệu quả hơn. Tuy nhiên cũng có thể dùng ảnh cả vùng nhìn thấy và gần hồng
ngoại để nâng cao độ chính xác, tránh nhầm lẫn giữa váng dầu, tảo và bọt biển. Những
áp dụng chính của viễn thám khi nghiên cứu váng dầu là giúp cho việc xây dựng các
17


luật bắt buộc về kiểm soát ô nhiễm dầu và xác định quy mô tác động của ô nhiễm do
dầu để có biện pháp xử lý kịp thời.
2.2.2.8. Quan trắc chất lượng nước
Khi dầu mỏ được khai thác từ lòng đất, nó luôn chứa một lượng khí tự nhiên, một
số chất gây ô nhiễm (như lưu huỳnh) và nước. Những chất lỏng này được xử lý và sau
một thời gian sẽ quay trở lại lòng đất. Kiểm soát lượng nước thải từ các giếng khoan là
cần thiết để xác định các xử lý phương pháp xử lý an toàn thích hợp. Các phân tích hoá
học về chất lượng nước cũng được lưu trong GIS, giúp cho các nhà quản lý xác định
nhanh chóng bất kỳ sự tăng lên nào của các chất gây ô nhiễm và đưa ra những biện pháp
kịp thời.
2.2.3. Nghiên cứu tai biến môi trường

Tai biến môi trường là quá trình gây hại vận hành trong hệ thống môi trường.
Động đất, trượt lở, hoạt động núi lửa, quá trình ngập lụt, cháy rừng là những những hiện
tượng tai biến tự nhiên đã giết chết hàng ngàn người và làm thiệt hại hàng tỷ đô la hàng
năm và luôn là mối hiểm họa cho người dân sống ở các vùng đó.
Quá trình tai biến phản ánh nhiễu loạn, tính bất ổn định của hệ thống và thường
gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn nguy cơ (hay hiểm họa): Đã tồn tại các yếu tố gây hại nhưng chưa gây
mất ổn định cho hệ thống.
- Giai đoạn phát triển: Tập trung và gia tăng các yếu tố tai biến, xuất hiện trạng
thái mất ổn định, nhưng chưa vượt qua ngưỡng an toàn của hệ thống môi trường.
- Giai đoạn sự cố: Trạng thái mất ổn định đã vượt qua ngưỡng an toàn của hệ
thống, gây ra các thiệt hại không mong đợi cho con người (về sức khỏe, tính mạng, sản
nghiệp) được gọi là thiên tai hoặc sự cố môi trường.
Sử dụng viễn thám, GIS cho phép bổ sung một phương pháp nghiên cứu hữu hiệu
nhằm nhận biết các tai biến đó.
2.2.3.1. Nghiên cứu địa chấn
GIS có thể dự báo được thời gian, đặc điểm và hậu quả do núi lửa, động đất gây
ra nhờ quá trình định danh địa hình, kỹ thuật xây dựng. Động đất thường phát sinh ở
vùng mà vỏ trái đất yếu và có các đứt gãy đang hoạt động, viễn thám góp phần dự đoán
động đất bằng việc phát hiện các đứt gãy đó. Thông tin này có thể phát hiện trên tư liệu
Landsat, SPOT…với các dải sóng khác nhau. Tất nhiên việc chụp ảnh hồng ngoại, ảnh
RADAR sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin chính xác tân kiến tạo và dự báo động đất.
GIS giúp hỗ trợ xây dựng bản đồ động đất.
2.2.3.2. Nghiên cứu sự sụt lún đất
Đây cũng là một hiện tượng tai biến quan trọng cần được nghiên cứu kỹ vì nó
cũng gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Nguyên nhân của sự lún đất có thể là:
- Các đứt gãy địa chất có tác động vào các thành tạo địa chất trẻ.
- Các đứt gãy đột biến
- Sự lún hạ của các đứt gãy vòng
- Sự khác biệt của mạng lưới thủy văn ở các phía khác nhau của đứt gãy.

- Do sự tăng độ ẩm về một phía của đứt gãy
- Các dị thường về thực vật
2.2.3.3. Nghiên cứu trượt lở đất
Trượt lở đất xuất hiện trên mặt đất và cả dưới đáy biển ở vùng có nền vật chất
không ổn định. Hiện tượng trượt lở đất thực ra khó phân biệt trên ảnh song nếu phân
tích kỹ ảnh đa phổ đặc biệt là ảnh máy bay thì có thể dễ dàng phát hiện bằng sự thay đổi
18


màu sắc, độ cao và hình dạng các khối trượt. Hiện tượng trượt lở đất ở vùng núi cũng dễ
dàng phát hiện trên ảnh vệ tinh song cũng dễ nhầm lẫn với các hoạt động canh tác trên
sườn dốc.
Dựa vào khả năng của GIS để phân tích độ dốc, địa chất và độ ổn định của đất, từ
đó xác định được những vùng chịu ảnh hưởng. Khi những vùng này được định danh,
những thông tin này sẽ hiệu chỉnh để kế hoạch phát triển và xây dựng, củng cố cấu trúc
của các công trình để bảo vệ những vùng có nguy cơ cao.
2.2.3.4. Nghiên cứu bão, lũ lụt
Công nghệ GIS đã được sử dụng trong nghiên cứu về bão, mô hình hoá, dự báo và
đặc biệt trong việc giải quyết hậu quả sau cơn bão. GIS cũng được sử dụng để xác định
những vùng sẽ chịu ảnh hưởng của lũ lụt dựa vào cấu trúc của từng vùng để đưa ra các
phương án đề phòng. Ngoài ra, GIS còn được dùng để tính toán những thiệt hại có thể
xảy ra: ước tính thiệt hại tài chính, sự phá hủy cơ sở hạ tầng; những ảnh hưởng của
vùng không có lũ do thiệt hại từ các ảnh hưởng dịch vụ.
2.2.4. Nghiên cứu tài nguyên đất
Các dự án phát triển được đề xuất dọc theo biên giới Mexico và Mỹ được hỗ trợ
bởi các thông tin của GIS, chẳng hạn để kiểm kê, lập bản đồ các nguồn tài nguyên, chế
độ thuỷ văn, tác động của con người, cơ sở hạ tầng dọc theo biên giới.
2.2.4.1. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thường được xây dựng cho mục đích kiểm kê và
đánh giá hiện trạng của khu vực. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất có thể xem

như là tấm gương phản chiếu hoạt động của con người lên tài nguyên đất đai. Các loại
hình thức sử dụng đất hiện tại là kết quả của quá trình sử dụng và chọn lọc đã được con
người chấp nhận về mặt xã hội và có hiệu quả đối với người sử dụng.
Ảnh sau khi được giải đoán thể hiện sự phân bố của các đối tượng theo không gian
và theo thời gian, do đó kết quả xử lý ảnh viễn thám sẽ chỉ cho ra hiện trạng lớp phủ tại
thời điểm chụp. Để bổ sung thông tin cần thiết cho việc xử lý ảnh viễn thám, GIS cung
cấp dữ liệu sẵn có liên quan đến hiểu biết thực địa của khu vực có những loại sử dụng
đất cụ thể nào, những bản đồ đã thành lập…là cơ sở tốt để tham khảo. Việc tích hợp
thông tin từ các kết quả phân loại của ảnh vệ tinh cũng như hiểu biết đầy đủ sẽ cho phép
thành lập nhanh và chính xác bản đồ hiện trạng sử dụng đất.
Lập bản đồ sử dụng đất /lớp đất phủ thường sử dụng những thông tin về sử dụng
đất là lớp phủ đất đang diễn ra trong khu vực. Thông tin lớp phủ đất có thể được giải
đoán trực tiếp từ các ảnh viễn thám thích hợp. Thông tin về hoạt động nhân sinh trên
mặt đất (sử dụng đất) không phải lúc nào cũng được phỏng đoán từ lớp phủ đất. Các
thông tin bổ sung cũng rất cần thiết để xác định các loại hình sử dụng đất như công
viên, khu vực bảo tồn nước có thể có các sử dụng đất trùng với ranh giới hành chính mà
không dễ nhận ra trên ảnh viễn thám.
Lập bản đồ sử dụng đất từ ảnh viễn thám phải trải qua nhiều giai đoạn đầu tiên là
việc thực hiện các phân tích trên ảnh, tiếp theo là phân loại và lập bản đồ dựa vào GIS.
Người thực hiện phải quan tâm đến việc biểu diễn và phân tích ảnh trực quan. Phân tích
ảnh trực quan là quá trình phân tích ảnh đồ họa bằng mắt nhằm đạt được những hiểu
biết sâu sắc về dữ liệu. Vấn đề đặt ra là để phục vụ cho mục đích phân tích ảnh trực
quan khoa học thì cần phải biểu diễn ảnh vệ tinh như thế nào, chọn kênh ảnh nào là phù
hợp hoặc chọn ảnh tổ hợp màu, cơ sở phân loại dựa vào kiểu dáng của các mảnh đất
canh tác.

19


Những vùng phát triển nhất thường là những vùng nằm ở vị trí tốt, ít dốc, khai

thác dễ, các thửa ruộng thường rộng và vuông vắn. Trong các vùng trũng thì các dải đất
cao và khô ráo rất thuận lợi cho khai phá và xây dựng làng xóm hoặc đô thị. Trong các
vùng núi, các mảnh đất thấp thường có tầng dày, gần sông suối dễ trồng trọt nhưng hình
dạng của các mảnh đất không đều đặn. Đường giao thông chính cắt qua những đoạn xây
dựng thuận lợi và điều kiện tự nhiên ổn định. Sau khi phân tích ảnh trực quan ta dựa vào
đó thực hiện công tác phân loại ảnh cộng với phần mềm hỗ trợ.
2.2.4.2. Đánh giá xói mòn đất
GIS là công cụ mạnh có khả năng ứng dụng để đánh giá xói mòn đất. Các thông số
của mô hình (các hệ số) được tính toán trên GIS từ các dữ liệu đầu vào (các bản đồ).
Cuối cùng dựa trên bản đồ số, tính toán bản đồ xói mòn và bản đồ xói mòn tiềm năng.
Đây là dạng mô hình thực nghiệm do vậy cần phải có tiến hành đo đạc và khảo sát để
thu thập dữ liệu, ngoài ra trong các yếu tố trên thì còn có nhiều thông số trong một yếu
tố cần phải có dữ liệu để phân tích.
Các bước tiến hành gồm 3 bước:
Bước 1: Xây dựng các bản đồ hợp phần:
- Thổ nhưỡng
- Lượng mưa
- Địa hình
- Thảm thực vật
Bước 2: Từ các bản đồ đơn tính, ứng dụng GIS xây dựng các bản đồ hệ số xói
mòn của mô hình dự báo xói mòn đất USLE (Universal Soil Loss Equation), sau này là
MUSLE hoặc RUSLE (M = modified, R = Revised).
Bước 3: Từ các bản đồ hệ số xói mòn, ứng dụng GIS xây dựng bản đồ tiềm năng
xói mòn và xói mòn hiện tại của khu vực nghiên cứu.
2.2.4.3. Quản lý phân vùng các dạng đất
GIS có thể được dùng để lập bản đồ phân loại đất của một vùng. Mỗi loại đất được
biểu diễn bởi một màu và nền khác nhau theo quy định. Kèm theo các polygon biểu
diễn phân bố của các loại đất là các thông tin thuộc tính như địa điểm, diện tích,...
Những thông tin dưới dạng bản đồ giúp cho các nhà quản lý phân tích dễ dàng những xu
hướng biến đổi do các tác động của thiên nhiên hoặc của con người.

2.2.4.4. Phân tích xu hướng xây dựng
Sở Phát triển Nhà và Ðô thị Adelaide, Australia sử dụng GIS để phân tích xu
hướng xây dựng của thành phố, từ đó chỉ ra sự mở rộng của thành phố và ảnh hưởng
của nó đối với cơ sở hạ tầng.
2.2.4.5. Thành lập bản đồ loại cây trồng
Bản đồ loại cây trồng là tài liệu cơ sở của ngành nông nghiệp dùng để lập kế
hoạch hoặc thống kê loại cây gì, đã được trồng ở đâu, trồng khi nào và phát triển ra sao,
cho một vùng đất cụ thể. Song đến nay nhu cầu về bản đồ cây trồng của nước ta vẫn
chưa được đáp ứng đầy đủ một phần do còn thiếu bản đồ hoặc do bản đồ đã cũ. Trước
tình hình đó đòi hỏi phải đẩy mạnh công tác thành lập bản đồ loại cây trồng ở nước ta
một cách hệ thống theo các chu kỳ quy định.
Viễn thám cung cấp một biện pháp hiệu quả và tin cậy cho việc thu thập các thông
tin cần thiết để thành lập bản đồ loại cây trồng mà các phương pháp truyền thống không
đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu này. Những phản xạ phổ của các vùng đất nông nghiệp
(cánh đồng) sẽ thay đổi theo sự phát triển của cây trồng, loại cây và sự tươi tốt của
cây…do đó có thể cung cấp thông tin qua việc đo lường, theo dõi bởi các bộ cảm biến
20


của ảnh vệ tinh. Ảnh đa thời được sử dụng để theo dõi sự phát triển của cây trồng, dữ
liệu ảnh đa phổ giúp cho việc gia tăng độ chính xác phân loại và cung cấp nhiều thông
tin hơn để phân biệt chi tiết các loại cây trồng cụ thể. Ví dụ, bước sóng nằm trong vùng
khả kiến và hồng ngoại cung cấp thông tin liên quan đến hàm lượng chất diệp lục của
cây và cấu trúc cành lá của chúng. Năng suất thu hoạch thường khác nhau rất nhiều giữa
những vùng đất (đất bạc màu) hoặc khí hậu ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.
Viễn thám cho phép xác định những vùng gặp khó khăn để chuyển đổi cây phù hợp
hoặc có biện pháp tưới tiêu hay tăng lượng phân bón nhằm góp phần tăng năng suất.
Ngoài ra, còn có một số hướng ứng dụng khác như:
- Thành lập bản đồ thích nghi cho từng loại cây trồng
- Phân tích biến động các loại hình sử dụng đất

2.2.5. Nghiên cứu biến động tài nguyên môi trường
Quản lý vùng ven biển: diễn biến đường bờ và vùng nhạy cảm; xây dựng bản đồ
và dự báo xói lở vùng bờ biển
Trong kiểm soát ô nhiễm không khí: Hỗ trợ kiểm soát ô nhiễm không khí, dự báo
ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với sự phát triển của thực vật.
Trong giám sát sự phân bố và định lượng chất gây ô nhiễm nước: GIS có thể dùng
để giám sát sự phân bố và định lượng chất gây ô nhiễm khác nhau ở một khu vực.
Quản trị rừng (theo dõi sự thay đổi, phân loại...), ƒ
Quản trị đường di cư và đời sống động vật hoang dã, ƒ
Phân tích các biến động khí hậu, thuỷ văn. ƒ
Quản lý chất lượng nước
Quản lý, đánh giá và theo dõi dịch bệnh.ƒ

21