Xây dựng bản đồ nguy cơ nước biển dâng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ HUÊ

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NƢỚC BIỂN DÂNG DO ẢNH
HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN THỊ HUÊ

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGUY CƠ NƢỚC BIỂN DÂNG DO ẢNH
HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Chuyên ngành: Bản đồ, Viễn thám và hệ thống thông tin địa lý
Mã số: 60.44.76

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS DOÃN HÀ PHONG

HÀ NỘI - 2013


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Trần Thị Huê


2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
MỤC LỤC ......................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... 8
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 10
1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 10
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài .................................................................. 11
3. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 12
4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 12
5. Những đóng góp mới của luận văn ............................................................. 12
6. Quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................... 12

7. Cấu trúc của luận văn .................................................................................. 13
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ ............. 14
1.1 Giới thiệu chung về hệ thông tin địa lý (GIS).......................................... 14
1.1.1 Khái niệm ............................................................................................... 14
1.1.2 Cấu trúc của GIS .................................................................................... 15
1.2 Các chức năng cơ bản của GIS ................................................................. 17
1.2.1 Nhập dữ liệu ........................................................................................... 17
1.2.2 Chuyển đổi dữ liệu ................................................................................. 18
1.2.3 Thao tác dữ liệu ...................................................................................... 18
1.2.4 Quản lý dữ liệu ....................................................................................... 18
1.2.5 Hỏi đáp và phân tích khơng gian ........................................................... 19
1.2.6 Hiển thị ................................................................................................... 20
1.2.7 Mối liên hệ của GIS với các hệ thông tin khác ...................................... 20
1.3 Khái niệm về CSDL trong HTTĐL ......................................................... 20


3

1.3.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu.......................................................... 20
1.3.1.1 Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu............................................................. 20
1.3.1.2 Cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu............................................ 21
1.3.2 Cấu trúc CSDL trong hệ thống thông tin địa lý ..................................... 23
1.3.2.1 Dữ liệu không gian .............................................................................. 23
1.3.2.2 Dữ liệu thuộc tính............................................................................... 27
1.3.2.3 Mối liên kết dữ liệu ............................................................................. 28
1.4 Ứng dụng của hệ thông tin địa lý .............................................................. 28
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU ........................................................................................................ 31
2.1 Biểu hiện Biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng ở Việt Nam ......................... 31
2.1.1 Nhiệt độ .................................................................................................. 31

2.1.2 Lƣợng mƣa ............................................................................................. 32
2.1.3 Xoáy nhiệt đới ........................................................................................ 33
2.1.4 Mực nƣớc biển ....................................................................................... 34
2.2 Những tác động nghiêm trọng của biến đổi khí hậu ................................. 35
2.2.1 Tác động của nƣớc biển dâng ................................................................ 35
2.2.2 Tác động của sự nóng lên tồn cầu ........................................................ 36
2.2.3 Tác động của các hiện tƣợng thời tiết cực đoan .................................... 37
2.2.4 Tác động tiềm tàng của BĐKH đối với tài nguyên thiên nhiên ............ 38
2.2.4.1 Tác động đối với tài nguyên nƣớc ...................................................... 38
2.2.4.2 Tác động đối với nông nghiệp và an ninh lƣơng thực ........................ 39
2.2.4.3 Tác động đối với lâm nghiệp ............................................................. 40
2.2.4.4 Tác động đối với thuỷ sản .................................................................. 41
2.3 Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu tới thảm thực vật ven bờ ...................... 42
2.3.1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ tăng và biến đổi lƣợng mƣa ........................... 42
2.3.2 Ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dâng .................................................... 43


4

2.3.3 Ảnh hƣởng của xói lở, bồi tụ ................................................................ 44
2.3.4 Ảnh hƣởng của bão ............................................................................... 45
2.4 Kịch bản biến đổi khí hậu ........................................................................ 45
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG KỊCH BẢN NƢỚC BIỂN DÂNG CHO KHU
VỰC TỈNH NAM ĐỊNH ................................................................................ 47
3.1 Đặc điểm chung về khu vực nghiên cứu ................................................... 47
3.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................. 47
3.1.2 Địa hình .................................................................................................. 47
3.1.3 Khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm, lƣợng mƣa..................................................... 48
3.1.3.1 Khí hậu ................................................................................................ 48
3.1.3.2 Nhiệt độ ............................................................................................... 49

3.1.3.3 Độ ẩm .................................................................................................. 50
3.1.3.4 Lƣợng mƣa .......................................................................................... 50
3.1.4 Thủy văn ................................................................................................. 51
3.1.5 Địa chất thổ nhƣỡng ............................................................................... 51
3.1.5.1 Nhóm đất cát ....................................................................................... 52
3.1.5.2 Nhóm đất mặn ..................................................................................... 52
3.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội của tỉnh Nam Định ......................................... 53
3.2.1 Dân số, lao động ..................................................................................... 53
3.2.2 Thực trạng chung về kinh tế................................................................... 53
3.2.2.1 Trồng trọt............................................................................................. 54
3.2.2.2 Chăn nuôi ............................................................................................ 54
3.2.3 Phƣơng hƣớng mục tiêu phát triển kinh tế- xã hội ................................ 57
3.2.3.1 Phƣơng hƣớng ..................................................................................... 57
3.2.3.2 Một số chỉ tiêu kinh tế -xã hội chủ yếu thời kỳ 2001-2010 ................ 57
3.3 Biểu hiện BĐKH, nƣớc biển dâng ở Nam Định ....................................... 58
3.3.1 Biến đổi về nhiệt độ ............................................................................... 58


5

3.3.2. Biến đổi về lƣợng mƣa .......................................................................... 60
3.3.3. Biến đổi về mực nƣớc biển ................................................................... 61
3.4 Phƣơng pháp xây dựng kịch bản BĐKH, nƣớc biển dâng cho khu vực ven
biển tỉnh Nam Định ......................................................................................... 61
3.4.1 Phƣơng pháp thể hiện bản đồ ................................................................. 62
3.4.2 Thiết kế hệ thống kí hiệu cho bản đồ ..................................................... 63
3.4.3 Thiết kế bảng chú giải ............................................................................ 63
3.4.4. Biên tập và hoàn thiện nội dung bản đồ ngập tỉnh Nam Định .............. 63
3.4.5 Các bƣớc thành lập bản đồ ngập ............................................................ 64
3.4.6 Thiệt hại do ngập lụt gây ra trong khu vực tỉnh Nam Định ................... 70

3.4.6.1. Xác định diện tích ngập lụt của từng huyện ..................................... 70
3.4.6.2 Ảnh hƣởng tới giao thông ................................................................... 73
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 76
KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 80


6

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Viết đầy đủ

1. BĐKH

: Biến đổi khí hậu

2. CPU

: Bộ xử lý trung tâm

3. CNM

: Cây ngập mặn

4. CSDL

: Cơ sở dữ liệu

5. DBMS

: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

6. DEM

: Mơ hình số độ cao

7. GIS

: Hệ thơng tin địa lý

8. HQTCSDL

: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu

9. HST

: Hệ sinh thái

10. HTTĐL

: Hệ thông tin địa lý

11. IPCC

: Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu

12. KKL

: Khơng khí lạnh

13. KNK

: Khí nhà kính

14. RNM

: Rừng ngập mặn

15. TB

: Trung bình

16. TBN

: Trung bình năm


7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1 Nhiệt độ trung bình năm tại Nam Định .......................................... 49
Bảng 3-2. Độ ẩm trung bình tại Nam Định ..................................................... 50
Bảng 3-3. Lƣợng mƣa các năm tại Nam Định ............................................... 51
Bảng 3-4: Tốc độ xu thế của nhiệt độ trung bình thời kỳ 1971 – 2008 (0C/thập
kỷ) .................................................................................................................... 59
Bảng 3-5: Tốc độ xu thế của lƣợng mƣa trung bình thời kỳ 1971 –
2008(%/năm) ................................................................................................... 60
Bảng 3-6: Mực nƣớc biển dâng sử dụng để xây dựng bản đồ nguy cơ ngập

(cm) ................................................................................................................. 63
Bảng 3-7: Diện tích ngập theo từng huyện của tỉnh Nam Định ứng với mực
nƣớc tăng 9cm ................................................................................................. 71
Bảng 3-8: Diện tích ngập theo từng huyện của tỉnh Nam Định ứng với mực
nƣớc tăng 86cm ............................................................................................... 72


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Mối liên hệ các thành phần của hệ thống thông tin địa lý .............. 16
Hình 1.2: Các thành phần phần cứng của hệ thống thơng tin địa lý ............... 16
Hình 1-3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý ......... 17
Hình 2-1: Mức tăng nhiệt độ trung bình năm ( oC) trong 50 năm qua ( Nguồn
IMHEN/2010) ................................................................................................. 32
Hình 2-2:Mức thay đổi lƣợng mƣa năm (%) trong 50 năm qua ( Nguồn
IMHEN/2010) ................................................................................................. 33
Hình 2-3: Diễn biến của số cơn xốy thuận nhiệt đới hoạt động ở Biển Đơng,
ảnh hƣởng và đổ bộ vào đất liền Việt Nam trong 50 năm qua ( Nguồn
IMHEN/2010) ................................................................................................. 34
Hình 2-4: Diễn biến mực nƣớc biển theo số liệu vệ tinh thời kỳ 1993-2010 (
Nguồn IMHEN/2010) ..................................................................................... 35
Hình 2-5: trận lũ lịch sử năm 1995 ................................................................. 36
Hình 2-6: Ngập mặn và khơ hạn đe dọa sản xuất nông nghiệp ở Đồng Bằng
sông Cửu Long ................................................................................................ 37
Hình 2-7: Triều cƣờng ở Thành phố Hồ Chí Minh ......................................... 38
Hình 2-8: Cháy rừng ....................................................................................... 40
Hình 3-1: Tốc độ xu thế của nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1971 –
2008(oC/năm) .................................................................................................. 59
Hình 3-2: Tốc độ xu thế của nhiệt độ trung bình mùa thời kỳ 1971 –

2008(oC/năm) .................................................................................................. 59
Hình 3-3: Tốc độ xu thế của lƣợng mƣa trung bình năm thời kỳ 1971 –
2008(%/năm) ................................................................................................... 60
Hình 3-4: Tốc độ xu thế của lƣợng mƣa trung bình mùa bình thời kỳ 1971 –
2008(%/năm) ................................................................................................... 60


9

Hình 3-5: Biến trình mực nƣớc trung bình năm tại Hịn Dáu giai đoạn 1966 –
2007 ................................................................................................................. 61
Hình 3-6: Mực nƣớc biển hiện tại ................................................................... 66
Hình 3-7: Vùng bị ngập lụt khi mực nƣớc tăng 9cm đƣợc chiết tách chuyển về
định dạng *.shp ............................................................................................... 70
Hình 3-8: Sơ đồ tính diện tích ngập theo huyện ............................................. 71
Bảng 3-7: Diện tích ngập theo từng huyện của tỉnh Nam Định ứng với mực
nƣớc tăng 9cm ................................................................................................. 71
Hình 3-9: Bản đồ nguy cơ nƣớc biển dâng khu vực tỉnh Nam Định ứng với
mực nƣớc dâng 9cm. ....................................................................................... 74
Hình 3-10: Bản đồ nguy cơ nƣớc biển dâng khu vực tỉnh Nam Định ứng với
mực nƣớc dâng 86cm................................................................................75


10

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo báo cáo của Tổ chức liên Chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên
hiệp quốc (IPCC) nhiệt độ trung bình trên bề mặt trái đất đã ấm lên gần 10C
và tăng rất nhanh trong khoảng 25 năm nay (1980 - 2005); khoảng thời gian

40 năm (1962 -2003), mực nƣớc biển đã tăng thêm 7,2 cm (trung bình mỗi
năm tăng 1,8 mm), riêng 10 năm cuối của khoảng thời gian nêu trên (19932003) mực nƣớc biển trung bình tăng thêm 3,1cm (mỗi năm tăng 3,1mm) và
đƣa ra dự báo: đến cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ bề mặt Trái đất sẽ tăng thêm từ
1,40C đến 40C, mực nƣớc biển sẽ dâng thêm khoảng 43 cm đến 81 cm. Nhiều
nhà khoa học còn đƣa ra những dự báo mực nƣớc biển đang dâng nhanh hơn
nhiều, nhất là do hiện tƣợng tan băng đang xảy ra với tốc độ đáng kinh ngạc
trong thời gian gần đây.
Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị tác động nhiều nhất
của hiện tƣợng biến đổi khí hậu mà cụ thể là hiện tƣợng nƣớc biển dâng cao,
hậu quả tăng nhiệt độ làm bề mặt trái đất nóng lên do phát thải khí nhà kính
(KNK). Trong khoảng thời gian 70 năm gần đây (1931-2000), nhiệt độ trung
bình ở Việt Nam tăng lên 0,70C, số đợt khơng khí lạnh giảm hẳn, trong khi đó
số cơn bão mạnh đang có xu hƣớng gia tăng và diễn biến hết sức bất thƣờng.
Nƣớc biển dâng là một trong những hiện tƣợng dễ nhận thấy nhất và có
tác động mạnh mẽ nhất do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu. Đặc biệt, theo báo
cáo gần đây của Ngân hàng thế giới ƣớc tính Việt Nam là một trong 2 nƣớc
trên thế giới (cùng với Bangladesh) sẽ chịu tác động nặng nề nhất do nƣớc
biển dâng. Theo đó, phần lớn đất màu mỡ nhất của Việt Nam sẽ bị chìm ngập,
đất nông nghiệp và GDP đều chịu những tác động xấu. Vì vậy, tính tốn mực
nƣớc biển dâng do biến đổi khí hậu trở thành một vấn đề cấp thiết.


11

Mực nƣớc biển dâng và nhiệt độ nƣớc biển tăng làm ảnh hƣởng đến các
hệ sinh thái biển và ven biển, ảnh hƣởng xấu đến hệ sinh thái biển, các hoạt
động kinh tế- văn hóa- du lịch và đời sống.
Sự gia tăng của các hiện tƣợng thời tiết cực đoan và thiên tai, cả về tần
số và cƣờng độ do BĐKH (Biến đổi khí hậu) là mối đe dọa thƣờng xuyên,
trƣớc mắt và lâu dài đối với tất cả các lĩnh vực, các vùng và các cộng đồng.

Bão, lũ lụt, hạn hán, mƣa lớn, nắng nóng, lốc là thiên tai xảy ra hàng năm ở
nhiều vùng trong cả nƣớc, gây thiệt hại cho sản xuất và đời sống
BĐKH sẽ làm cho thiên tai trở nên khốc liệt hơn và có thể trở thành
thảm họa, gây rủi ro lớn cho sự phát triển kinh tế- xã hội, xóa đi thành quả
của sự phát triển. Một số khu vực đƣợc cảnh báo sẽ chịu tác động lớn nhất
của BĐKH các khí hậu cực đoan nói trên là dải ven biển Trung Bộ, vùng núi
Bắc và Bắc Trung Bộ, vùng đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sơng Cửu Long.
Ta có thể sử dụng GIS ( hệ thống thông tin địa lý) để tiến hành phát
hiện biến động bằng cách so sánh ảnh phân loại của cùng một vùng tại thời
điểm khác nhau.
Xuất phát từ thực tiễn đó tác giả đã chọn đề tài luận văn thạc sỹ là:
“ Xây dựng bản đồ nguy cơ nƣớc biển dâng do ảnh hƣởng của biến đổi khí
hậu”
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài


Nghiên cứu các biểu hiện về biến đổi khí hậu qua yếu tố nhiệt độ, lƣợng

mƣa và biểu hiện thay đổi đó là hiện tƣợng nƣớc biển dâng của Việt Nam và
khu vực nghiên cứu là tỉnh Nam Định.


Nghiên cứu các yếu tố tác động đến việc thành lập bản đồ nƣớc biển khu

vực nghiên cứu.


Thử nghiệm xây dựng bản đồ ngập do nƣớc biển dâng tích hợp của các

yếu tố (địa hình, thủy văn, biến động đƣờng bờ…..)

12

3. Phạm vi nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu : Trong luận văn thạc sỹ này, tác giả tiến hành
thực nghiệm và sử dụng các tƣ liệu thông tin tại khu vực tỉnh Nam Định.
4. Nội dung nghiên cứu


Nghiên cứu kịch bản biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng cho Việt Nam

2011.


Nghiên cứu các yếu tố tác động xây dựng bản đồ mực nƣớc biển dâng

do biến đổi khí hậu. Chú trọng đến yếu tố địa hình, thủy văn, đƣờng bờ, cấu
trúc đƣờng bờ…


Nghiên cứu phƣơng pháp xây dựng kịch bản nƣớc biển dâng do biến

đổi khí hậu.


Bản đồ nguy cơ ngập của tỉnh Nam Định do nƣớc biển dâng theo các

kịch bản.
5. Những đóng góp mới của luận văn

Xây dựng bản đồ nguy cơ nƣớc biển dâng khu vực tỉnh Nam Định.
Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu tác động đến khu vực
tỉnh Nam Định.
6. Quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu
Quan điểm nghiên cứu:
Quan điểm hệ thống: Đối tƣợng nghiên cứu (mực nƣớc biển) sẽ đƣợc
coi là một chỉnh thể tự nhiên, các hiện tƣợng chịu ảnh hƣởng của một tập hợp
các yếu tố tự nhiên.
Quan điểm tổng hợp: Là nền tảng hiện đại để quản lý thống nhất các
tác động của tự nhiên.
Quan điểm tiếp cận ứng dụng công nghệ hiện đại: Công nghệ hiện
đại đang phát triển nhanh và mạnh, đặc biệt là công nghệ viễn thám và GIS,
các ứng dụng của nó trong quá trình phát triển của các chuyên ngành.


13

Quan điểm kế thừa: Các tài liệu đã có bao gồm các cơ sở dữ liệu, các
dữ liệu, các kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án đã đƣợc tiến hành. Cách
tiếp cận này cho phép tận dụng nhiều số liệu đã có, giảm chi phí và giúp cho
so sánh tài liệu lịch sử trong quá trình nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập các số liệu hiện trạng trong quá khứ làm cơ sở dự báo cho
tƣơng lai.
Thành lập kịch bản nƣớc biển dâng:
Đánh giá, so sánh, thống kê sự thay đổi của mực nƣớc biển.
Chồng xếp các lớp thông tin
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chƣơng, phần kết luận, đƣợc trình
bày trong 81 trang với 22 hình, 8 bảng.

Luận văn đƣợc hồn thành dƣới sự hƣớng dẫn của TS Dỗn Hà Phong
(Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Mơi trƣờng – Bộ tài nguyên môi
trƣờng).
Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới giáo viên hƣớng dẫn cùng các
thầy cơ trƣờng Đại học Mỏ địa chất đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tơi
hồn thành khóa học, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Trắc địa ảnh – viễn
thám. Các đồng nghiệp nơi tôi công tác, gia đình và bạn bè, những ngƣời đã
giúp đỡ và hỗ trợ tơi trong q trình nghiên cứu và viết luận văn.


14

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ
1.1 Giới thiệu chung về hệ thông tin địa lý (GIS)
1.1.1 Khái niệm
Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp một bộ các công cụ mạnh hỗ trợ
giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và hiển thị các thông tin
không gian từ thế giới thực cho tập hợp mục đích nào đó.
GIS thực sự là cơng rất mạnh có thể lƣu trữ tất cả các thông tin về mọi
đối tƣợng nghiên cứu để tạo nên các lớp thông tin khác nhau. Thông tin GIS
đƣợc chia ra theo hai kiểu thơng tin chính là khơng gian và phi không gian.
Chúng đƣợc lƣu trữ trong một tổ chức cơ sở dữ liệu hợp lý và hoàn hảo, cho
phép chúng ta truy nhập và cập nhật thông tin thƣờng xuyên dễ dàng, nhanh
chóng. GIS sẽ cho phép chúng ta triết lọc ra các thơng tin thích hợp, đồng thời
cho phép chúng ta phân tích thơng tin khơng gian và thuộc tính với một tổ
hợp thơng tin đa nguồn.
Việc định nghĩa GIS khơng dễ dàng bởi lẽ có thể có nhiều quan điểm
phân loại đối tƣợng và chủ đề. Sự khó khăn khi định nghĩa GIS cịn do tính đa
ngành và đa phƣơng pháp đƣợc dùng trong GIS. Nội dung đánh giá về chức
năng quan trọng trong hợp phần của GIS cũng khác nhau. Có quan điểm cho

rằng phần mềm và phần cứng là trọng tâm của GIS. Ngƣời khác lại cho rằng
chìa khóa của vấn đề là xử lý thông tin và ứng dụng.
Một số định nghĩa GIS của các tác giả khác nhau:
Theo Burrough (1986) thì GIS “là tập hợp các công cụ để thu thập, lƣu
trữ, tra cứu chuyển đổi và biểu thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực. Do
quan niệm GIS là một hệ thu nhận lƣu trữ kiểm tra, vận hành phân tích và
biểu thị dữ liệu đƣợc tham chiếu với hiện thực của trái đất”.
Parker (1988) định nghĩa GIS nhƣ một “kỹ nghệ thơng tin nhằm lƣu
trữ, phân tích và biểu thị dữ liệu không gian và phi không gian”.


15

Aronoff ((1989) xem GIS theo quan điểm “ bất kỳ một phƣơng thức trên sách
tra khảo hoặc máy tính dùng để lƣu trữ thao tác các dữ liệu tham chiếu địa
lý”.
Nhƣ vậy, là dù định nghĩa GIS bằng cách này hay cách khác, các tác
giả đều có một điểm chung là GIS liên quan đến một hệ thông tin các dữ liệu
địa lý có sự tham gia của máy tính. GIS hiện thực không gian đƣợc thể hiện
nhƣ một loạt các nét địa lý định nghĩa tƣơng ứng với hai hợp phần dữ liệu.
1.1.2 Cấu trúc của GIS
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các thành phần cơ bản sau:


Các thiết bị phần cứng: Bao gồm máy tính hoặc mạng máy tính và các

thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng nhập, xuất, lƣu và xử lý
số liệu.


Các phần mềm: Bao gồm phần mềm hệ thống, phần mềm quản trị, phần

mềm ứng dụng.


Cơ sở dữ liệu: Bao gồm các loại dữ liệu chứa các thông tin không gian

(thông tin địa lý) và các thông tin phi khơng gian (thơng tin thuộc tính) đƣợc
tổ chức theo một ý đồ chuyên ngành nhất định.


Phƣơng pháp: là các quy trình, cơ sở khoa học của việc thực hiện các

thao tác xử lý cũng nhƣ các quy định về trao đổi, kết nối của các thành phần
trong hệ thống.


Đội ngũ các cán bộ: là các chuyên gia sử dụng và khai thác hệ thống.


16

Hình 1-1: Mối liên hệ các thành phần của hệ thống thông tin địa lý
Phần cứng
Phần cứng tổng quát của hệ thống thông tin địa lý gồm những thiết bị
đƣợc thể hiện theo sơ đồ sau:
Ổ đĩa

Bộ phận số hoá
Bộ xử lý trung

tâm

Ổ băng từ

Máy vẽ
Bộ phận hiện hình

Hình 1.2: Các thành phần phần cứng của hệ thống thông tin địa lý
Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU) đƣợc kết nối với đơn vị lƣu
trữ gồm ổ đĩa, băng từ để lƣu trữ dữ liệu và chƣơng trình. Bàn số hoá
(digitzer) hoặc các thiết bị tƣơng tự khác có nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu
trong bản đồ thành dạng số và gửi vào máy tính. Máy vẽ hoặc các thiết bị hiển
thị khác dùng để hiển thị các kết quả xử lý dữ liệu. Băng từ còn sử dụng để
truyền thông với các hệ thống khác. Việc kết nối truyền thơng các máy tính
đƣợc thực hiện thơng qua hệ thống mạng với các đƣờng dữ liệu đặc biệt hoặc


17

đƣờng điện thoại qua modem. Thiết bị hình là thiết bị giao tiếp hiển thị nhƣ
màn hình, thơng qua đó ngƣời sử dụng điều khiển máy tính.
Phần mềm
Một khối phần mềm của hệ thống thơng tin địa lý gồm có nhiều modul
nhƣng phải đảm bảo thực hiện đƣợc các chức năng sau:
-

Nhập và kiểm tra dữ liệu.

-

Lƣu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu.

-

Xuất dữ liệu.

-

Chuyển đổi dữ liệu.

-

Tƣơng tác với ngƣời sử dụng.
Các thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý đƣợc

thể hiện qua sơ đồ sau:
Nhập và kiểm tra
dữ liệu
Tƣơng tác với
ngƣời sử dụng
Xuất dữ liệu

Lƣu trữ và bảo
quản dữ liệu
Chuyển đổi dữ
liệu

Hình 1-3: Thành phần phần mềm cơ bản của hệ thống thông tin địa lý
1.2 Các chức năng cơ bản của GIS
1.2.1 Nhập dữ liệu

Trƣớc khi dữ liệu địa lý có thể dùng cho GIS, dữ liệu này phải đƣợc
chuyển sang dạng số thích hợp, biên tập và chỉnh sửa cho phù hợp với mục
đích sử dụng. Q trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu
dạng số gọi là q trình số hố. Cơng nghệ GIS hiện đại có thể tự động một


18

phần q trình này với cơng nghệ qt ảnh cho các đối tƣợng lớn, những đối
tƣợng nhỏ hơn đòi hỏi một số q trình số hố thủ cơng (dùng bàn số hố).
1.2.2 Chuyển đổi dữ liệu
Có những trƣờng hợp dữ liệu đòi hỏi đƣợc chuyển dạng (format) và
thao tác theo một số cách để có thể tƣơng thích với hệ thống nhất định. Trƣớc
khi các thông tin này đƣợc liên kết với nhau, chúng phải đƣợc chuyển về cùng
một tỷ lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng
tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Và GIS
cung cấp các công cụ cho việc thực hiện mục đích này.
1.2.3 Thao tác dữ liệu
Cơng nghệ GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu
không gian và cho loại bỏ dữ liệu không cần thiết. Các chức năng phục vụ cho
mục đích sửa chữa, biên tập là các công cụ tuỳ chọn nhƣ: bổ xung, sao chép,
xố, dịch chuyển dữ liệu… Bên cạnh đó cịn có các cơng cụ xây dựng các cấu
trúc topology và biên tập dữ liệu thuộc tính.
1.2.4 Quản lý dữ liệu
Đối với những mơ hình GIS nhỏ có thể lƣu các dữ liệu khơng gian và
dữ liệu thuộc tính dƣới dạng các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích thƣớc dữ
liệu trở lên lớn hơn và cấu trúc phức tạp hơn thì cách tốt nhất là sử dụng hệ
quản trị cở sở dữ liệu không gian (GeoDBMS) để giúp cho việc lƣu trữ, tổ
chức và quản lý thông tin. Một GeoDBMS chỉ đơn giản là một phần mềm
quản lý cơ sở dữ liệu.

Trong nhiều cấu trúc GeoDBMS khác nhau, cấu trúc quan hệ trong GIS
tỏ ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc quan hệ, dữ liệu đƣợc lƣu trữ ở dạng bảng.
Các trƣờng thuộc tính chung trong các bảng khác nhau đƣợc dùng để liên kết
các bảng này với nhau. Do linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này đƣợc sử dụng
và triển khai khá rộng rãi trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS.


19

1.2.5 Hỏi đáp và phân tích khơng gian
Một khi đã có hệ GIS lƣu giữ các thơng tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi
các câu hỏi thuộc tính và khơng gian đơn giản nhƣ:
-

Đất trên đồi núi là gì?

-

Tổng diện tích đất nơng nghiệp là bao nhiêu?
Và các câu hỏi phân tích nhƣ:

-

Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng các toà nhà mới nằm ở đâu?

-

Kiểu đất ƣu thế cho trồng rừng gì?
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp từ đơn giản nhƣ “ chỉ và nhấn” đến

các cơng cụ phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những ngƣời
quản lý và phân tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều cơng cụ phân tích hiệu
quả, trong đó có cơng cụ đặc biệt để chồng xếp dữ liệu địa lý.
Chồng xếp là q trình tích hợp các thơng tin khác nhau. Thao tác phân
tích thơng tin địi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải đƣợc liên kết vật lý. Sự
chồng xếp này hay liên kết khơng gian có thể là sự kết hợp dữ liệu về thổ
nhƣỡng, độ cao, độ dốc, hiện trạng lớp phủ mặt đất. Để rút ra thơng tin này,
thao tác tính tốn số học và các phép logic đƣợc vận dụng trên các lớp thông
tin khác nhau đƣợc nhập vào.
Chồng xếp các dữ liệu khác nhau này đƣợc thực hiện theo một quá
trình bậc thang. Lớp dữ liệu cần biết thông tin của lớp dữ liệu khác sẽ đƣợc
thực hiện thơng qua phép phân tích bảng chéo ( Crossing). Phép toán đƣợc
thiết lập trên mỗi giá trị của lớp dữ liệu thứ nhất và giá trị tƣơng ứng của lớp
dữ liệu thứ hai. Việc tiến hành phép Crossing lớp dữ liệu cần biết thông tin
khác với từng lớp dữ liệu cần lấy thông tin. Cuối cùng ta đƣợc thông tin tổng
hợp liên quan đến dữ liệu ban đầu. Do vậy, phép phân tích quan hệ khơng
gian này giúp làm rõ mối quan hệ giữa các đối tƣợng cần nghiên cứu với các
đối tƣợng khác.


20

Chồng xếp đƣợc tiến hành trên cả lớp dữ liệu vector và raster. Chồng
xếp trên dữ liệu raster tiến hành đơn giản hơn song dung lƣợng lƣu trữ của nó
lại lớn hơn dữ liệu vector rất nhiều. Do vậy, việ xử lý mất nhiều thời gian
hơn. Còn dữ liệu vector, q trình chồng xếp mất ít thời gian hơn và chiếm
dung lƣợng nhỏ hơn, song độ chính xác của nó lại kém hơn so với chồng xếp
dữ liệu raster. Do đó tuỳ theo mục đích sử dụng và u cầu độ chính xác của
sản phẩm đầu ra mà ta lựa chọn loại chồng xếp trên dạng dữ liệu nào.
1.2.6 Hiển thị

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng là hiển thị tốt
nhất dƣới dạng bản đồ số hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lƣu trữ và
trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều cơng cụ mới và mở rộng tính
năng nghệ thuật và tính khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ, sơ đồ hiển thị có
thể đƣợc kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và các dữ
liệu khác (đa phƣơng tiện).
1.2.7 Mối liên hệ của GIS với các hệ thơng tin khác
GIS có mối liên hệ chặt chẽ với các hệ xử lý thông tin và đồ hoạ sau:
-

Hệ thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD (Computer- Aided

Desing).
-

Hệ vẽ bản đồ bằng máy tính.

-

Hệ quản lý cơ sở dữ liệu DBMS.

-

Ngành khoa học viễn thám.

1.3 Khái niệm về CSDL trong HTTĐL
1.3.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu
1.3.1.1 Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu
Các tập dữ liệu chứa các thơng tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ
chức, một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội đƣợc lƣu trữ trong

21

máy tính theo quy định nào đó, theo mục đích sử dụng đƣợc gọi là cơ sở dữ
liệu (CSDL, tiếng Anh là Database).
Phần chƣơng trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ
sở dữ liệu (HQTCSDL, tiếng Anh là Database management system – DBMS).
Theo nghĩa này HQTCSDL có nhiệm vụ rất quan trọng nhƣ là một bộ diễn
dịch với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp ngƣời sử dụng có thể dùng đƣợc hệ
thống mà ít nhiều khơng cần quan tâm đến thuật tốn chi tiết hoặc biểu diễn
dữ liệu trong máy. Mục đích chính của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung
cấp một cách lƣu trữ và truy lục thông tin trong cơ sở dữ liệu sao cho vừa
thuận tiện vừa hiệu quả.
Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu đƣợc thiết kế để quản lý một lƣợng lớn
thông tin. Việc quản lý dữ liệu bao gồm cả việc định nghĩa các cấu trúc để lƣu
giữ thông tin lẫn việc cung cấp các cơ chế để thao tác thông tin. Ngoài ra, các
hệ cơ sở dữ liệu phải đảm bảo đƣợc sự an tồn cho thơng tin đƣợc lƣu dù có
trục trặc hệ thống hoặc có những truy xuất trái phép. Nếu dữ liệu phải chia sẻ
cho nhiều ngƣời dùng chung thì phải tránh đƣợc các kết quả sai có thể xảy ra.
1.3.1.2 Cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu
Một hệ cơ sở dữ liệu là một tập hợp các tập tin có liên quan với nhau
cùng với một tập các chƣơng trình cho phép ngƣời sử dụng truy xuất và sửa
đổi những tập tin này. Mục đích chính của một hệ thống CSDL là cung cấp
cho ngƣời dùng một hình ảnh trừu tƣợng về dữ liệu, nghĩa là hệ thống mã với
nhiều chi tiết về việc lƣu trữ và duy trì các dữ liệu. Mức trừu tƣợng hoá thấp
nhất của kiến trúc một hệ CSDL là cơ sở dữ liệu vật lý (mức vật lý) là các tệp
dữ liệu theo một cấu trúc nào đó đƣợc lƣu trên các thiết bị nhớ thứ cấp (nhƣ
đĩa từ, băng từ…). Mức này mô tả chi tiết các cấu trúc dữ liệu phức tạp ở
dạng các từ mã. Một mẫu tin có thể đƣợc mơ tả nhƣ dƣới dạng mã một khối

các vị trí lƣu trữ nằm kế cận nhau (ví dụ nhƣ các từ nhớ hoặc bybe). Trình


22

biên dịch của mã ngôn ngữ ẩn không cho chúng ta thấy mức chi tiết này.
Tƣơng tự, hệ thống CSDL ẩn nhiều chi tiết lƣu trữ ở mức các từ mã.Tuy
nhiên, ngƣời quản trị CSDL có thể biết đƣợc một số chi tiết tổ chức vật lý của
dữ liệu.
CSDL mức khái niệm hay cịn gọi là mức logic, đó là mức trừu tƣợng
hố kế tiếp mơ tả việc những dữ liệu nào đƣợc lƣu trong CSDL và mối quan
hệ tồn tại giữa các dữ liệu này. Mức logic vì thế mơ tả tồn bộ CSDL theo
một số ít cấu trúc tƣơng đối đơn giản, mặc dù bản cài đặt các cấu trúc đơn
giản ở mức logic có thể chứa đựng các cấu trúc phức tạp của mức vật lý,
ngƣời sử dụng không cần biết về sự phức tạp này, ở mức này, mỗi mẫu tin
nhƣ thế đƣợc mô tả bằng một định nghĩa kiểu giống nhƣ đoạn mã ở trên và
mối liên hệ qua lại giữa các kiểu dữ liệu này cũng đƣợc định nghĩa.
Mức khung nhìn là mức trừu tƣợng hóa cao nhất chỉ mơ tả một phần
CSDL. Mặc dù mức logic sử dụng các cấu trúc đơn giản, sự phức tạp vẫn cịn
do có rất nhiều loại thơng tin trong một CSDL lớn. Nhiều ngƣời sử dụng hệ
thống CSDL không cần tất cả mọi loại thông tin này, thay vào đó họ chỉ cần
truy xuất một phần CSDL. Nhƣ vậy mức khung nhìn tồn tại để đơn giản hố
sự tƣơng tác với hệ thống. Hệ thống có thể cung cấp nhiều khung nhìn trên
cùng một CSDL và ngƣời sử dụng CSDL chỉ nhìn thấy những khung nhìn
này.
Về tính độc lập của dữ liệu, chúng ta hãy xem xét từ khung nhìn tới
CSDL khái niệm và CSDL vật lý cho thấy có hai mức “độc lập dữ liệu”. Thứ
nhất, lƣợc đồ vật lý có thể thay đổi do ngƣời quản trị CSDL mà không cần
thay đổi lƣợc đồ con. Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu
trúc dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính

tốn của các chƣơng trình ứng dụng nhƣng khơng địi hỏi phải viết lại các
chƣơng trình đó. Tính độc lập này gọi là độc lập dữ liệu mức vật lý.


23

Mối quan hệ giữa các khung nhìn và lƣợc đồ khái niệm do thêm một
loại độc lập nữa gọi là độc lập dữ liệu logic. Khi sử dụng một CSDL, có thể
cần thiết phải thay đổi lƣợc đồ khái niệm nhƣ thêm thông tin về các loại khác
nhau của các thực thể hoặc bớt, xố các thơng tin về các thực thể đang tồn tại
trong CSDL. Việc thay đổi lƣợc đồ khái niệm không làm ảnh hƣởng tới các
lƣợc đồ con đang tồn tại, do đó khơng cần thiết phải thay đổi các chƣơng trình
ứng dụng.
Vì thế tính độc lập dữ liệu là mục tiêu chủ yếu của các hệ CSDL. Có
thể định nghĩa tính độc lập dữ liệu là “tính bất biến các hệ ứng dụng đối với
các thay đổi trong cấu trúc lƣu và chiến lƣợc truy nhập”
1.3.2 Cấu trúc CSDL trong hệ thống thông tin địa lý
Cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 70% giá trị của hệ thống thông tin địa lý.
Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có liên quan đến
nhau đƣợc lƣu trữ dƣới dạng số. Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên
quan với các điểm đặc trƣng trên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là
cơ sở dữ liệu khơng gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính. Hai loại dữ liệu này cần
phải tuân theo một cấu trúc hợp lý để thuận tiện quản lý, lƣu trữ, sửa đổi và
khai thác theo mục đích sử dụng.
1.3.2.1 Dữ liệu không gian
Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu có chứa trong nó những
thơng tin về định vị của đối tƣợng. Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện
những đối tƣợng có kích thƣớc vật lý nhất định. Nếu là những cơ sở dữ liệu
không gian địa lý thì đó là những dữ liệu phản ánh những đối tƣợng có trên bề
mặt hoặc ở trong lịng đất.

Từ góc độ cơng nghệ thơng tin địa lý, đó là những yếu tố khơng gian
địa lý đƣợc phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc nhất định. Tuy
nhiên cơ sở dữ liệu không gian không đơn thuần là sự mô tả địa chỉ của một