Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu gis phục vụ quản lý môi trường vùng ven bờ biển khu vực thành phố cẩm phả quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

NGHIÊM XUÂN XÔ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BỜ BIỂN
KHU VỰC THÀNH PHỐ CẨM PHẢ - QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

NGHIÊM XUÂN XÔ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS
PHỤC VỤ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BỜ BIỂN
KHU VỰC THÀNH PHỐ CẨM PHẢ - QUẢNG NINH

Chuyên nghành: Kỹ thuật Trắc địa
Mã số : 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. PHẠM CÔNG KHẢI

HÀ NỘI - 2013


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đây này là công trình nghiên cứu của cá nhân, được
thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết. Các số liệu, kết quả trình bày trong
luận văn là đúng sự thật và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.

Tác giả luận văn

Nghiêm Xuân Xô


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………….
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
MÔI TRƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ……………...
1.1. Mơ hình quản lý mơi trường ở một số nước trên thế giới …………
1.1.1. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên môi

trường trên thế giới. ……………………………………………………
1.1.2. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường ở
Việt Nam ……………………………………………………………….
1.2. Hiện trạng quản lý môi trường ở Việt Nam và vùng nghiên cứu

1
5
5
5

9
10

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY
DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ

13

MÔI TRƯỜNG .......................................................................................
2.1. Giới thiệu chung về GIS ..................................................................

13

2.1.1. Khái niệm về GIS ..........................................................................

13

2.1.2. Các thành phần của GIS …………………………………………

14

2.1.3. Các chức năng của GIS .................................................................

18

2.1.3.1.Thu thập và xử lý dữ liệu ……………………………………...

19

2.1.3.2. Lưu trữ và truy cập dữ liệu …………………………………...

21

2.1.3.3. Hỏi đáp và phân tích …………………………………………..

22

2.2. Cơ sở dữ liệu GIS ………………………………………………….

24

2.2.1. Khái niệm cơ sở dữ liệu GIS …………………………………….

24


2.2.2. Cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS ………………………………………

25

2.2.2.1. Dữ liệu khơng gian …………………………………………….

25

2.2.2.2. Dữ liệu thuộc tính ……………………………………………..

31

2.2.2.3. Quan hệ giữa dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính ……….

31

2.2.3. Tổ chức cơ sở dữ liệu GIS (Geodatabase) ………………………

32

2.2.3.1. Khái niệm ……………………………………………………..

32

2.2.3.2. Tổ chức dữ liệu không gian …………………………………...

35

2.2.3.3. Tổ chức dữ liệu thuộc tính …………………………………….

36

2.3. Chuẩn cơ sở dữ liệu GIS (Data standards) ………………………..

37

2.4. Các phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu GIS ……………………

38

2.5. Các phần mềm ứng dụng ………………………………………….

40

2.6. Giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý
môi trường …………………………………………………………….

42

2.6.1. Hình thành dữ liệu ban đầu cho cơ sở dữ liệu nền ………………

43

2.6.2. Chuẩn hóa dữ liệu nền thơng tin địa lý .........................................

44

2.6.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý ………………………………

45

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN
LÝ MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BỜ BIỂN KHU VỰC THÀNH PHỐ

47

CẨM PHẢ, QUẢNG NINH …………………………………………..
3.1. Khái quát nhiệm vụ, đặc điểm khu vực cần nghiên cứu. .................

47

3.1.1. Nhiệm vụ cần nghiên cứu ……………………………………….

47

3.1.2. Vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên, kinh tế và xã hội của khu vực
nghiên cứu ...............................................................................................
3.2. Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường
khu vực ven bờ biển Thành phố Cẩm Phả. …………………………….
3.2.1. cơ sở thiết kế …………………………………………………….

47

51
51


3.2.2. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS
3.2.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý vùng ven bờ biển thành Phố
Cẩm Phả ..................................................................................................

54
58

3.2.3.1. Quy trình cơng nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu nền …………….

58

3.2.3.2. Thu thập và khảo sát dữ liệu …………………………………..

58

3.2.3.3. Nhập dữ liệu vào Geodatabase ………………………………...

63

3.2.3.4. Chạy sửa lỗi Topology ………………………………………...

68

3.2.3.5. Nhập dữ liệu thuộc tính ………………………………………

69

3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường. ………………………………

72

3.3.1. Thu thập, khảo sát dữ liệu môi trường vùng ven bờ biển thành
phố Cẩm Phả …………………………………………………………..
3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường vùng ven bờ biển thành phố
Cẩm Phả ……………………………………………………………......

72

74

Kết luận và kiến nghị ………………………………………………….

87

Tài liệu tham khảo ……………………………………………………..

89


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
EMAC (Environmental Monitoring and
Analyzing Division).
BOD 5 (5 – Day Biochemical Oxygen)
Demand).

TT Quan trắc và phân tích mơi trường

Nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày

COD (Chemical Oxygen Demand).

nhu cầu oxy hóa hóa học

TSP (Total Suspended Particulate).

Tổng bụi lơ lửng

DO (Dissolve oxygen).

Oxy hòa tan

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNTN

Tài nguyên thiên nhiên

GIS (Geographic Information System).

Hệ thống thông tin địa lý

ISO (Internation Organization for
Standardization).
TKV

Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa
Tập đồn Cơng nghiệp than – Khống
sản Việt Nam

HCSDL

Hệ cơ sở dữ liệu

BĐĐH

Bản đồ địa hình


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng
Bảng 2.1. So sánh ưu nhược điểm của cấu trúc dữ liệu Raster

Trang
28

và Vector
Bảng 2.2. Các nguyên tắc topology

29

Bảng 2.3. Các thành phần chính trong Geodatabase

33

Bảng 2.4. Dữ liệu nền địa hình

46

Bảng 3.1. Thuyết minh nội dung dữ liệu

60

Bảng 3.2. Đặc trưng Lớp GiaoThông

64

Bảng 3.3. Đặc trưng lớp địa giới hành chính

65

Bảng 3.4. Đặc trưng lớp thủy hệ

66

Bảng 3.5. Level đối tượng vùng thủy hệ

68

Bảng 3.6. Level Giao thơng

70

Bảng 3.7. Level địa hình

70

Bảng 3.8. Level địa giới hành chính

70

Bảng 3.9. Level dân cư

71

Bảng 3.10. Level Phủ bề mặt

71

Bảng 3.11. Thuyết minh cấu trúc mơ hình dữ liệu môi trường

74


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢN ĐỒ
Tên hình

Trang

Hình 2.1. Các thành phần của GIS

14

Hình 2.2. Các thành phần của phần cứng

15

Hình 2.3. Dữ liệu trong hệ thống GIS

16

Hình 2.4. Liên kết giữa 2 loại dữ liệu không gian và phi khơng gian

17

Hình 2.5. Sơ đồ tổ chức của hệ GIS

18

Hình 2.6. Phân tích liền kề, phân tích chồng xếp

23

Hình 2.7. Phân tích chồng xếp

23

Hình 2.8. Mơ hình lưu trữ dữ liệu khơng gian

26

Hình 2.9. Mơ hình dữ liệu Raster

27

Hình 2.10. Mơ hình dữ liệu Vector

28

Hình 2.11. Quan hệ dữ liệu khơng gian và dữ liệu thuộc tính

31

Hình 2.12. Geodatabase trong ArcGIS

32

Hình 2.13. Tổ chức các lớp bản đồ

36

Hình 2.14. Quy trình xử lý ảnh Viễn thám

39

Hình 2.15. Mơ hình tổ chức cơ sở dữ liệu quản lý dữ liệu môi trường

43

Hình 3.1. Bản đồ hành chính Thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh

48

Hình.3.2. Nhà máy xi măng Cẩm Phả

50

Hình 3.3. hình ảnh sản xuất trong vùng ven bờ biển thành phố
Cẩm Phả

51

Hình 3.4. Mơ hình tổ chức dữ liệu CSDL GIS mơi trường.

54

Hình 3.5. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu GIS.

56

Hình 3.6. Mơ hình tổ chức cơ sở dữ liệu quản lý dữ liệu mơi trường

57

Hình 3.7. Quy trình cơng nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu nền

58

Hình 3.8. Khảo sát dữ liệu trên Microstation

59


Hình 3.9. Thiết kế cấu trúc dữ liệu Geodatabase

62

Hình 3.10. Thiết kế cấu trúc dữ liệu trong ArcCatalog

62

Hình 3.11. Tạo Personal Geodatabase

63

Hình 3.12. Tạo Feature Dataset

64

Hình 3.13. Hình thể lớp GiaoThong trên ArcMap

65

Hình 3.14. Hình thể hiện lớp DiaGioiHanhChinh trên ArcMap

65

Hình 3.15. Hình thể hiện lớp ThuyHe trên ArcMap

66

Hình 3.16. Nhập dữ liệu vào Geodatabase

67

Hình 3.17. Tạo mới và chọn lớp cần tạo Topology

69

Hình 3.18. Hình thể liên kết trường dữ liệu

71

Hình 3.19. Tác động của hoạt động vận tải mỏ đến mơi trường

73

Hình 3.20. Hình ảnh ơ nhiễm mơi trường vùng ven biển

73

Hình 3.21. Cấu trúc Geodatabase chuyên đề mơi trường

74

Hình 3.22. Dữ liệu thuộc tính thành phần mơi trường khơng khí.

79

Hình 3.23. Dữ liệu thuộc tính thành phần mơi trường nước.

79

Hình 3.24. Bản đồ thể hiện nồng độ bụi trong khơng khí vùng ven bờ
biển khu vực thành phố Cẩm Phả
Hình 3.25. Bản đồ thể hiện nồng độ SO2 trong khơng khí vùng ven bờ
biển khu vực thành phố Cẩm Phả.
Hình 3.26. Bản đồ thể hiện nồng độ NO2 trong khơng khí vùng ven bờ
biển khu vực thành phố Cẩm Phả.
Hình 3.27. Bản đồ ơ nhiễm coliform trong nước vùng ven bờ biển
Thành phố Cẩm Phả.

80

81

82
83

Hình 3.28. Bản đồ thể hiện hàm lượng COD trong nước

84

Hình 3.29. Biểu đồ thể hiện nồng độ bụi tại các điểm quan trắc

85

Hình 3.30. Biểu đồ thể hiện nồng độ PH tại các điểm quan trắc

85


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế - xã hội mạnh mẽ đang
là nguyên nhân gây ô nhiễm và suy thoái một cách nghiêm trọng các thành
phần tài nguyên – môi trường. Bảo vệ môi trường đã trở thành một vấn đề
quan tâm chung của tất cả các quốc gia trên thế giới, của các ngành, các cấp
và các tầng lớp xã hội, và cũng là vấn đề quan trọng trong định hướng mục
tiêu phát triển bền vững của các quốc gia.
Ở Việt Nam, khai thác mỏ là một nghành công nghiệp phát triển sớm..
Vùng ven biển thành phố Cẩm Phả - Quảng Ninh, hiện đang là một trong
những khu vực tập trung khai thác mỏ lớn nhất của cả nước. Đồng thời, đây
cũng là khu vực có nhiều khu du lịch di sản thế giới cần được bảo tồn. Bên

cạnh những lợi ích về kinh tế du lịch, khai thác mỏ là ngành công nghiệp tác
động mạnh mẽ đến các yếu tố môi trường, đặc biệt là các mỏ khai thác theo
phương pháp lộ thiên. Sự tác động của quá trình khai thác mỏ là trực tiếp và
sâu rộng, làm biến động và suy thoái nhiều yếu tố tài ngun như: nước,
khơng khí, thế giới sinh vật,...phá vỡ thế hài hịa vốn có của cảnh quan thiên
nhiên trên một diện tích rộng lớn, tác động trực tiếp đến sức khỏe và môi trường sống của
cong người.
Để làm tốt công tác bảo vệ mơi trường, khai thác có hiệu quả và hợp lý
tài nguyên thiên nhiên thì vấn đề quản lý tài nguyên và môi trường là hết sức
cần thiết. Các dữ liệu môi trường khá phong phú và đa dạng, lại có mối quan
hệ phức tạp. Việc quản lý theo phương pháp truyền thống có nhiều nhược
điểm như: dữ liệu không gian nghèo, khả năng cập nhật chậm, không kịp thời,
độ chính xác của dữ liệu và thơng tin khơng cao, khơng được chuẩn hóa, khó
xử lý mối quan hệ khơng gian giữa các lớp thơng tin, khơng có khả năng chia
sẻ. GIS là công cụ hiện đại và hiệu quả trong lĩnh vực quản lý, giám sát tài


2

nguyên môi trường. Với ưu điểm là dữ liệu được chuẩn hóa, được can thiệp
và cập nhật dễ dàng, nhanh chóng, có khả năng truy vấn, phân tích và xử lý
thông tin; hiển thị, kết xuất và chia sẻ thông tin, GIS là công cụ hiệu quả trong
quản lý tài ngun mơi trường nói chung và quản lý mơi trường mỏ nói riêng.
Từ đó, hỗ trợ đắc lực cho cơng tác quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường
trong khu vực, đảm bảo thực hiện mục tiêu phát triển bền vững của cơng
nghiệp mỏ. Xuất phát từ phân tích trên đây, có thể khẳng định rằng: Việc lựa
chọn đề tài luận văn thạc sỹ: "Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ
quản lý môi trường vùng ven bờ biển khu vực thành phố Cẩm Phả-Quảng Ninh"
là định hướng đúng, xuất phát từ yêu cầu của thực tế về quản lý môi trường
vùng ven bờ biển khu vực Cẩm Phả hiện nay.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
* Mục tiêu chính của đề tài
-Xác lập cơ sở khoa học và phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu
GIS mơi trường cho vùng mỏ nói chung và khu vực ven biển Cẩm Phả nói
riêng
- Minh chứng tính hiệu quả của cơ sở dữ liệu GIS trong công tác quản
lý môi trường.
- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu về nền địa lý và một số các chuyên đề về
các thành phần môi trường trên khu vực ven bờ biển Thành phố Cẩm Phả.
* Nhiệm vụ của đề tài
- Thu thập tài liệu, tích lũy kiến thức về GIS và các ứng dụng của GIS
đối với xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường trên thế giới và ở nước ta.
- Thu thập tài liệu thống kê, bản đồ và các dữ liệu mô tả vùng ven biển
khu vực thành phố Cẩm Phả.
- Xử lý các lớp dữ liệu vùng ven biển Thành phố Cẩm Phả.


3

- Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình, cơ sở dữ liệu chuyên đề môi
trường vùng ven biển thành phố Cẩm Phả.
3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
* Nội dung nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi sau:
- Về không gian: Khu vực ven bờ biển Thành phố Cẩm Phả.
- Về thời gian: các dữ liệu môi trường thu thập giữa năm 2010.
- Phạm vi nội dung: Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý
mơi trường bao gồm hai nhóm lớp:
a/. Nhóm lớp dữ liêu nền địa lý
b/. Nhóm các lớp dữ liệu tài nguyên và môi trường
* Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu thực địa: Thu thập các mẫu quan trắc mơi
trường, trao đổi với các cán bộ phân tích mơi trường về các kết quả thu được.
Nhằm tìm hiểu về tính chất và đặc điểm của dữ liệu mơi trường, từ đó nghiên
cứu mơ hình dữ liệu mơi trường cho phù hợp.
- Phương pháp GIS: Sử dụng các phần mềm tương tích nhằm xây dựng
cơ sở dữ liệu và phân tích tổng hợp dữ liệu theo các nguyên tắc tổ hợp không
gian địa lý. Xây dựng các trường dữ liệu và hoàn thiện dữ liệu trong ArcGIS.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài :
Về mặt khoa học: Đề tài nghiên cứu giúp học viên nắm chắc được
kiến thức cơ bản về GIS, ứng dụng GIS trong thực tế cũng như quy trình
và các phương pháp xây dựng cơ ở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên
đề. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần nhận biết hiện
trạng mơi trường vùng ven bờ biển khu vực thành phố Cẩm Phả.
Về mặt thực tiễn: Đề tài được hoàn thành sẽ là một tài liệu hữu ích
cho cơng tác quản lý mơi trường vùng than Cẩm Phả nói chung và khu
vực ven bờ biển nói riêng. Đây cũng là tiền đề giúp các nhà lãnh đạo,


4

quản lý, quy hoạch đưa ra các giải pháp điều chỉnh và khắc phục tình
trạng ơ nhiễm, suy thối các nguồn tài nguyên môi trường, nhằm hướng
tới sự phát triển bền vững kinh tế - xã hội.
5. Cơ sở tài liệu thực hiện luận văn
- Bản đồ địa hình, địa chính vùng ven bờ biển khu vực Thành phố Cẩm Phả.
- Tài liệu quan trắc môi trường vùng ven bở biển khu vực Thành phố Cẩm
Phả.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn được trình bày trong 89 trang, trên khổ giấy A4, bao gồm
có phần: Mở đầu, 3 chương và phần kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo.

Trong luận văn có 15 bảng biểu, 45 hình.
7. Lời cảm ơn
Lời đầu tiên em xin gửi tới thầy giáo: TS. Phạm Công Khải lời cảm
ơn sâu sắc, thầy là người đã tận tình hướng dẫn về mặt khoa học cho tác giả
trong suốt quá trình nghiên cứu.
Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo Bộ môn Trắc địa mỏ, khoa
Trắc địa đã dạy cho em kiến thức bổ ích trong những năm học vừa qua.
Em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh
Quảng Ninh đã hỗ trợ và cung cấp dữ liệu để tác giả phục vụ làm luận văn.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã thường xuyên
đọng viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH QUẢN LÝ TÀI NGUN MƠI TRƯỜNG
TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1. Mơ hình quản lý môi trường ở một số nước trên thế giới
Tài nguyên thiên nhiên (TNTN) phân bố phân bố không đồng đều trên
tồn thế giới. Một số nước như Nga, Mỹ, Ơxtraylia.., là những nước phát
triển, có nguồn tài nguyên phong phú, khí hậu tốt, đất đai phì nhiêu, trong khi
đó một số nước khác ở Châu Phi, Châu Á, Châu Mỹ la tinh lại thường có ít tài
ngun thiên nhiên, khí hậu khắc nhiệt và đất đai kém phì nhiêu. Mặc dù tài
nguyên thiên nhiên rất phong phú, đa dạng, nhưng nếu khơng biết sử dụng
chúng một cách hợp lý, thì đến một lúc nào đó sẽ vượt qua khả năng tự phục
hồi, các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẽ cạn kiệt. Vì vậy, vấn đề bảo vệ và sử
dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên có một ý nghĩa kinh tế - xã hội to
lớn, đảm bảo sự phát triển bền vững.
Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng hệ thống thông tin địa lý GIS là

công cụ hỗ trợ đắc lực cho cơ quan nhà nước trong các lĩnh vực quản lý tài
nguyên môi trường. Hệ thống GIS được dùng để mô phỏng và quy hoạch,
quản lý sử dụng tài nguyên – môi trường của thành phố, quốc gia hay trên
một vùng.
1.1.1. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý tài nguyên môi
trường trên thế giới.
Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS liên tục phát triển trong lĩnh vực quản
lý và bảo vệ tài ngun- mơi 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 năm 1970, mơ hình hóa quản lý các sự
cố môi trường đang được phát triển mạnh mẽ.
Một số ứng dụng cụ thể là:


6

* Quản lý dữ liệu môi trường
Sử dụng GIS làm công cụ quản lý và giám sát mực nước, chất lượng
nước và các nguồn lợi từ vùng lưu vực nhờ công cụ quản lý cơ sở dữ liệu và
tạo bản đồ của GIS. Nhờ đó việc quản lý một lượng dữ liệu đồ sộ trở nên hiệu
quả hơn nhiều so với sử dụng một hệ thống phi GIS.
* Xây dựng dữ liệu mơi trường
Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích và tinh lọc dữ liệu phục vụ cơng
việc quan trắc, đánh giá các đối tượng môi trường và nghiên cứu tính khả thi.
Các dữ liệu, chẳng hạn ảnh trắc địa, ảnh thủy học, ảnh khơng gian, có thể
được tổ chức và đánh giá nhờ GIS. Một nguồn dữ liệu rất quan trọng là sự kết
hợp giữa GIS với GPS ( hệ thống định vị tồn cầu) và cơng nghệ viễn thám.
Giám sát, dự báo những biến đổi môi trường toàn cầu.
WRI (World Resources Institute) đã sử dụng dữ liệu và phần mềm GIS
từ năm 1994 để biên dịch các thơng tin về sự thay đổi mơi trường có tính tồn

cầu, dự báo tác động của những xu hướng biến động nguy hiểm (mất rừng, ơ
nhiễm đại dương, xói mịn ven bờ), từ đó vạch ra những chiến lược sử dụng
bền vững các nguồn tài nguyên, nhằm thiết lập mối cân bằng ổn định của mơi
trường trên tồn cầu.
* Quy hoạch các nhân tố môi trường
Sử dụng khả năng phân tích GIS, bạn có thể quản lý được mối quan hệ
giữa các nhân tố môi trường tự nhiên cũng như xã hội. Từ những phân tích
này, các chiến lược quy hoạch cho từng đối tượng và cho tổng thể chung được
xây dựng. Chẳng hạn, GIS được sử dụng để xây dựng mơ hình kiểm sốt
động vật hoang dã ở California trong cơ cấu kế hoạch chung của thành phố.
* Quản lý chất thải
GIS cho phép các nhà quản lý chất thải đánh giá hiện trạng chất thải
hiện nay và dự đốn trong tương lai. Ngồi ra, các nhà quản lý có thể chia sẻ


7

thông tin giữa các tổ chức và kết hợp với các cơ quan điều chỉnh để cải thiện
vấn đề kiểm sốt, vận chuyển và chơn lấp rác thải.
Sở Đo đạc Địa chất bang Georgia (GGS) đã dùng GIS để quản lý cơ sở
dữ liệu về 118 bãi chôn lấp chất thải rắn cho phép. Các thông tin trong cơ sở
dữ liệu bao gồm tên bãi chơn lấp, vị trí, kinh độ, vĩ độ, đường vào bãi chơn
lấp, dung tích bãi, vùng châu thổ sơng chính và mã đơn vị thủy văn của vùng
châu thổ này.
* Hỗ trợ quản lý của sự cố mơi trường
Với GIS bạn có thể đánh giá chiến lược đối phó và nỗ lực chống chịu
trước các sự cố mơi trường. Ví dụ khi xảy ra ơ nhiễm do rị rỉ khí độc, bạn có
thể xác định các vùng liền kề chịu ảnh hưởng, các vùng chịu ảnh hưởng do
phát tán, và các vị trí bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
* Nghiên cứu và Quản lý hệ sinh thái

Với một hệ GIS, bạn có thể phân tích tồn bộ hệ sinh thái. GIS được sử
dụng để mô phỏng hệ sinh thái như một đơn vị hoàn chỉnh, hiển thị hình ảnh
của các vùng nhạy cảm.
Cục Quản lý đất đai Mỹ sử dụng GIS để quản lý các hệ sinh thái vùng
châu thổ sông Columbia: Đánh giá tác động môi trường, phát triển quy hoạch
chiến lược, xây dựng bản đồ mơ tả tồn bộ hệ thống.
* Đánh giá tình trạng vệ sinh của hệ thống cống rãnh
Có thể sử dụng GIS để đánh giá nhu cầu hiện tại và tương lai trong vấn
đề nước và thoát nước. Black & Veatch dùng GIS để quản lý hệ thống cống
rãnh của thành phố Garland. GIS tính tổng dịng chảy kết hợp dữ liệu sử dụng
đất, tổng dân số, số lượng lao động của mỗi khu vực thốt nước. Sau đó GIS
sẽ chạy các mơ hình khác nhau và hiển thị các kết quả đánh giá tình trạng vệ
sinh.


8

Tỉnh Louisville và Jefferson đã dùng GIS hỗ trợ thiết lập chương trình
nước thải điển hình. GIS được sử dụng để định vị các trạm chắn, trạm bơm
nước thải, ống dẫn chính và các dự án nước thải hiện tại. Để nhận dạng, các
đặc tính, các dự án đều được Bản đồ hóa trong tồn bộ hệ thống.
* Kiểm kê và giám sát hệ thống nước và nước thải
Board of Public Works (BPW) for Holland, Michigan, đã thay thế hệ
thống kiểm sốt nước, nước thải thủ cơng cũ bằng GIS. GIS cho phép mỗi
đơn vị cập nhật số liệu của mình và bảo quản tính tồn vẹn một cách tự động.
* Đánh giá chất lượng nước
Tỉnh King, Washington, đã sử dụng GIS để đánh giá chất lượng nước
trong toàn tỉnh, GIS cung cấp cho người sử dụng khả năng tập hợp tất cả các
mẫu chất lượng nước hoặc chỉ một số mẫu được lựa chọn trong q trình
phân tích. Sau đó các mẫu được phân tích và hiển thị nhờ GIS.

* Xác định ảnh hưởng sự cố trên đường nước và nước thải
GIS có thể hỗ trợ định vị và xác định những ảnh hưởng của các sự cố
như động đất. Thành phố Los Angeles dùng GIS để định vị những đường
cống bị hư hại trong vụ động đất ở Northiridge năm 1994 để đưa vào dự án
sửa chữa.
Quản lý các lưu vực sông: Là một hệ thống nhạy cảm và phức tạp.
Quản lý lưu vực sơng địi hỏi lưu đầy đủ, duy trì sự ồn định của các hệ sinh
thái, kiểm soát lũ. Quản lý Chất thải và Năng lượng Hạt nhân Thụy Điển và
Nespak, Pakistan phối hợp hỗ trợ quản lý vùng lựu vực sông Torrent ở
Pakistan. GIS được sử dụng để sự cân bằng nước, quá trình xói mịn, và kiểm
sốt lũ cho khu vực.


9

1.1.2. Các ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường ở Việt
Nam
Việc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS ở Việt Nam cũng được thí điểm khá
sớm và đến nay đã được ứng dụng trong nhiều ngành như quy hoạch nông
lâm nghiệp, quản lý rừng, lưu trữ tư liệu địa chất, đo đạc bản đồ, địa chính,
quản lý đơ thị
Nhận ra tầm quan trọng của việc ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS trong
công tác quản lý tài nguyên môi trường, cục môi trường, được sự trợ giúp kỹ
thuật của dự án “Tăng cường năng lực cho cơ quan quản lý môi trường Việt
Nam“, đã tiến hành xây dựng cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS quốc gia về tài
nguyên môi trường.
Một số thành tựu đáng kể về ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS thời gian gần
đây ở Việt Nam là: Xây dựng bản đồ và xác định vùng thích nghi cây trồng
cho dự án quy hoạch vùng nguyên liệu nhà máy giấy Tân Mai – Đồng Nai,
xác định cấp xung yếu phòng hộ rừng đầu nguồn và xây dựng bản đồ phân

cấp phòng hộ phục vụ chương trình 327 cho các tỉnh Ninh thuận, Bình Phước
..., Đánh giá diễn biến tài nguyên rừng cây họ dầu ở miền đông Nam bộ..,
đánh giá mức độ ảnh hưởng của bão đối với năng lực phòng hộ của thảm thực
vật rừng quốc gia Côn Đảo, Đánh giá diễn biến tài nguyên rừng ngập mặn
nam đồng bằng sông Cửu Long, phân viện điều tra quy hoạch rừng đã nghiên
cứu đề xuất hướng ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS để điều tra, quản lý, quy
hoạch rừng, xây dựng cơ sở dữ liệu GIS nền địa lý khu vực đồng bằng sơng
Cửu Long phục vụ phịng chống lũ lụt, thiên tai trên toàn bộ khu vực là một
dự án lớn vừa hoàn thành đã đáp ứng được yêu cầu cấp bách của phát triển
kinh tế - xã hội.
Theo đánh giá của các nhà khoa học thì xây dựng cơ sở dữ liệu GIS là
công nghệ mới, những nghiên cứu về ứng dụng cơ sở dữ liệu GIS tại


10

Việt Nam mới chỉ bắt đầu, nhân lực yếu và thiếu, phần lớn các cơ sở
đang ở giai đoạn tạo lập cơ sở dữ liệu, phần mềm sử dụng không đồng nhất,
mã hóa thơng tin khơng giống nhau, cơ sở dữ liệu các vùng, các ngành không
giao tiếp được với nhau hoặc trùng lập.., tuy nhiên vị trí của GIS đã được
khẳng định là một trong những mũi nhọn rất hiệu quả và nhu cầu ứng dụng
GIS đang bùng nổ trong mọi lĩnh vực. Một trong những nơi có đào tạo sử
dụng công nghệ GIS tại Việt Nam là công ty VidaGIS, nhiều cơ quan ban
hành địa phương có nghiên cứu và ứng dụng GIS.Chắc chắn không lâu nữa
GIS trở thành một phần không thể thiếu cho nhu cầu sử dụng của mỗi người
dân Việt Nam chúng ta.
1.2. Hiện trạng quản lý môi trường ở Việt Nam và vùng nghiên cứu
Ở Việt Nam cách tiếp cận mới trong quản lý tài nguyên môi trường
hiện đang thu hút sự quan tâm của nhiều cơ quan, ban ngành và các cấp liên
quan. Một trong những nội dung quan trọng của cách tiếp cận này là chia sẻ

thông tin tài nguyên – môi trường với cộng đồng, xây dựng mối quan hệ hợp
tác chặt chẽ giữa doanh nghiệp, cơ quan quản lý và cộng đồng trong bảo vệ
tài nguyên – môi trường, hướng tới phát triển bên vững.
Thông tin dữ liệu tài nguyên mơi trường đóng một vai trị quan trọng
trong việc xây dựng chính sách, chiến lược về tài ngun mơi trường, giúp
cho công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên môi trường tốt hơn. Nhưng hiện
nay, việc thu thập và xử lý thông tin cùng các dữ liệu tài nguyên – Mơi trường
ở nước ta cịn tản mạn và thiếu hệ thống. Việc chia sẻ thông tin giữa các cơ
quan với nhau vẫn cịn hạn chế, các thơng tin quan trọng ít hoặc khơng được
phổ biến đầy đủ tới cơng chúng. Việc thu thập và phân tích dữ liệu thơng tin
tài nguyên – môi trường tốt hơn sẽ tạo cơ sở khoa học cho việc xác định các
vấn đề ưu tiên trong BVTNMT, tập trung được các khả năng thực hiện còn bị


11

hạn chế, hình thành được các mục tiêu dựa trên độ rủi ro chấp nhận được với
cộng đồng liên quan.
Kết quả nghiên cứu mới đây của Viện nghiên cứu chiến lược chính
sách cơng nghiệp về nhu cầu bảo vệ mơi trường tại một số ngành và một số
lĩnh vực kinh tế cho thấy: Các ngành sản xuất tác động lớn đến tài nguyên,
môi trường nước, rượu – bia, nước giải khát, thủy sản, giấy, dệt may..., ảnh
hưởng đến môi trường khơng khí như: xây dựng, cơ khí, khai thác mỏ, giao
thông, điện.., thải ra nhiều chất thải rắn như: Y tế, đóng tàu, xi măng.., nếu
khơng được kiểm sốt kỹ về cơng nghệ, vận hành trong q trình sản xuất thì
sẽ gây ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng. Do đó, nếu khơng có biện pháp kịp
thời để khắc phục, trong những năm tới, ô nhiễm môi trường ở Việt Nam sẽ
khơng những giảm mà cịn có nguy cơ tăng cao.
Ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý tài nguyên – môi trường là
xu hướng hiện nay, nhưng ở Việt Nam, khó khăn về cơ sở kỹ thuật và nguồn

nhân lực lại là vấn đề lớn. Làm sao để có một chương trình quản lý dễ sử
dụng, thân thiện với người dùng, lại tích hợp tồn vẹn dữ liệu tài nguyên –
môi trường là một câu hỏi được đặt ra. Với đề tài này, tôi lựa chọn ứng dụng
công nghệ GIS để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ quản lý môi trường
vùng ven bờ biển thành phố Cẩm Phả. Đây là công cụ phổ biến và tiện ích
nhất hiện nay trong công tác quản lý tài nguyên – môi trường.
Khu vực ven bờ biển Thành phố Cẩm Phả là nơi tập trung nhiều ngành
công nghiệp và đây cũng là nơi có tốc độ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa cao,
bên cạnh đó đây cũng là khu vực có tốc độ tăng trưởng dân số mạnh mẽ, là
nơi có nhiều mỏ than đang khai thác và các nhà máy. Do đó đã làm ơ nhiễm,
suy thối hệ sinh thái vùng ven bờ biển Thành phố Cẩm phả nói riêng và tồn
Thành phố nói chung. Nước thải chưa được xử lý từ các khu công nghiệp, cơ
sở sản xuất và các hộ gia đình đã xả trực tiếp ra các sông và chảy ra biển, làm


12

ô nhiễm môi trường vùng ven bờ biển khu vực thành phố Cẩm Phả. Công
nghệ GIS ra đời đã được nghiên cứu, ứng dụng trong rất nhiều những lĩnh vực
khác nhau. Một trong những ứng dụng quan trọng của GIS là công tác quản lý
môi trường.
Công nghiệp mỏ phát triển đã kéo theo những vấn đề về môi trường
khá nghiêm trọng. Công tác quản lý môi trường bằng công nghệ GIS đã cho
thấy tính hiệu quả của nó. Hệ cơ sở dữ liệu môi trường mỏ đã đáp ứng được
các yêu cầu của công tác quản lý môi trường ngành mỏ. Mang lại cái nhìn
thấu đáo về cơng nghiệp mỏ và tác động của nó đến mơi trường. Tính hiệu
quả của hệ cơ sở dữ liệu môi trường mỏ là khẳng định tính ưu việt của GIS
trong cơng tác quản lý môi trường mỏ.

13

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ
LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
2.1. Giới thiệu chung về GIS
2.1.1. Khái niệm về GIS
Ngày nay, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát
triển song song tự động hóa cơng tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình
bày dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn như trắc địa bản đồ, địa chất, quy
hoạch phát triển , mơi trường.., Do có nhiều cơng việc phải xử lý các thông tin
liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau như bản đồ, ảnh
hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu quan trắc, điều tra, khảo sát.., Hay nói
cách khác là cần phải phát triển một hệ thống các cơng cụ để thu thập, tìm
kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục
vụ thực hiện những mục đích cụ thể. Tập hợp các công cụ trên đã tạo lập ra hệ
thơng tin địa lý, đó là hệ thống thể hiện các đối tượng từ thế giới thực thông
qua các dữ liệu cơ bản. Tuy nhiên khơng có định nghĩa nào khái quát đầy đủ
về GIS vì phần lớn chúng đều được xây dựng trên khía cạnh ứng dụng cụ thể
trong từng lĩnh vực. Có ba định nghĩa được dùng nhiều nhất.
* GIS là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ
liệu trong một hệ tọa độ quy chiếu. GIS bao gồm một hệ cơ sở dữ liệu và các
phương thức để thao tác với dữ liệu đó.
* GIS là một hệ thống nhằm thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, thao
tác phân tích và hiển thị dữ liệu được quy chiếu cụ thể vào trái đất.
* GIS là một chương trình máy tính hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, phân
tích và hiển thị dữ liệu bản đồ.
Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống thông tin hiện đại, được phát triển
và ứng dụng rộng rãi. Ngày nay, GIS là công cụ trợ giúp quyết định trong

14

nhiều hoạt động về kinh tế - xã hội, an ninh – quốc phòng của nhiều quốc gia
trên thế giới. GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản
lý, các doanh nghiệp, các cá nhân,... đánh giá được hiện trạng của các quá
trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu
nhập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thơng tin được gắn với một
nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào.
2.1.2. Các thành phần của GIS:
GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ
liệu, con người và phương pháp.

Hình 2.1. Các thành phần của GIS
1. Phần cứng:
Phần cứng của hệ thống GIS bao gồm các loại máy tính và các thiết bị
ngoại vi để nhập dữ liệu, in ấn và truy xuất kết quả. Máy tính có thể được nối
mạng cục bộ hoặc internet để chia sẻ thông tin. Trong số các thiết bị ngoại vi,
bên cạnh máy in, máy vẽ…, trong trường hợp cần phải chuyển đổi thông tin
từ ảnh tương tự, bản đồ sang dạng số cần có cả máy quét và một số dụng cụ
liên quan.


15

Máy qt

Ổ cứng

CPU

Máy tính

Tệp lưu
Thiết bị hiển thị

Hình 2.2. Các thành phần của phần cứng
Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần
cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết
mạng.
2. Phần mềm:
Công cụ quan trọng trong công nghệ GIS là các phần mềm tin học.
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và công cụ cần thiết để lưu trữ, phân
tích và hiển thị thơng tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS
là:
 Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS)
 Cơng cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
 Giao diện đồ họa người - máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ
dàng
Một cách gần đúng, có thể chia phần mềm GIS ra làm 3 nhóm:
- Nhóm phần mềm đồ họa (vd. Microstation, Autocad…) là nhóm các
phần mềm được ứng dụng để biên tập, quản lý, cập nhật và hiệu chỉnh các
loại bản đồ dạng số.