Báo cáo tốt nghiệp ngành khoa học môi trường: Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong đánh giá các điều kiện sinh cảnh sống của loài cò Thìa (Platalea minor) tại vườn quốc gia Xuân Thủy–Nam Định

Chia sẻ: Đặng Ngọc Cường | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu đề tài: nghiên cứu điều kiện sinh cảnh sống và các yếu tố thích nghi với loài cò Thìa (Platalea minor) (Temmink and schlegel, 1849); đề xuất giải pháp bảo tồn loài cò Thìa (Platalea minor) tại vườn quốc gia Xuân Thuỷ-Nam Định.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tốt nghiệp ngành khoa học môi trường: Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong đánh giá các điều kiện sinh cảnh sống của loài cò Thìa (Platalea minor) tại vườn quốc gia Xuân Thủy–Nam Định

1 Phần 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội thì sự suy giảm đang dạng sinh học đang là mối quan tâm đặc biệt đối với nhân lo ại. Đ ặc bi ệt các loài chim có giá trị về nguồn gen quý hiếm đang đứng trước nguy c ơ đó. Trong tiến trình tiếp theo đòi hỏi chúng ta phải có nhận thức và hành động đầy đủ hơn để đạt được sự bền vững, trong đó nhu cầu nghiên cứu để bảo tồn các loài đặc hữu, quý hiếm có nguy cơ truyệt chủng có nhiều giá trị không chỉ về sinh học mà còn về sinh thái môi trường (Đặng Hùng Phi, 2010) [7]. Khu đất ngập nước Xuân Thủy thuộc tỉnh Nam Định là khu ng ập nước đầu tiên ở Việt Nam đăng ký tham gia Công ước quốc tế về B ảo t ồn đất ngập nước (Công ước Ramsar). Ngày 2-1-2003, TT Chính ph ủ đã ra quyết định số 01/2003 QĐ-TTg, về việc chuyển Khu bảo tồn đất ngập nước Xuân Thủy thành Vườn quốc gia Xuân Thủy. Nhiệm vụ của VQG Xuân Thuỷ Nam Định là bảo tồn hệ sinh thái đất ngập n ước đi ển hình c ủa vùng cửa sông Hồng, các loài động, thực vật đặc trưng của hệ sinh thái đ ất ngập nước, đặc biệt là các loài thuỷ sinh và chim di trú, chim nước. Tại đây có 14 kiểu sinh cảnh chính, 116 loài thực vật bậc cao có mạch, thuộc 99 chi, 12 họ. Thực vật nổi được công bố có 64 loài, ch ỉ có 2 ngành thực vật là hạt kín và hạt trần. Rừng có 2 hệ sinh thái chính là r ừng ngập mặn trên đất lầy thụt (gồm các loài cây trang, sú, bần chua, mắm, ô rô, cóc kèn,v.v...) và rừng phi lao trên giồng cát. Lúc đ ầu ch ỉ có r ừng Trang trồng thuần loại, sau đó có các loài cây khác phát tán tự nhiên hình thành rừng hỗn loại có độ che phủ lên tới 80-90%. (Pedersen và Nguyên Huy ̃ Thăng, 1996). Đây là vùng đất có sự đa dạng sinh h ọc cao và là n ơi trú ng ụ ́
2 tránh rét về mùa Đông của nhiều loài chim di cư, trong đó có loài cò Thìa (Platalea minor) một loài chim được xếp tại mức EN (nguy cấp) theo thang đánh giá của IUCN. Cò Thìa là một loài quý hiếm có tên trong sách đỏ Vi ệt Nam đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng cao. Mỗi năm tại VQG Xuân Th ủy phát hiện trên dưới 50 cá thể. Trước thực trạng đó, đã có nhi ều nhà nghiên c ứu trong và ngoài nước đã thực hiện các khảo sát, đánh giá về môi trường thích nghi của loài chim đang dần tuyệt chủng này. Tuy nhiên, hầu h ết các nghiên cứu tiền lệ đều chưa đi sâu vào mối tương quan giữa đặc tính sinh lý của loài cò Thìa với sự đa dạng của sinh cảnh sống, cùng với m ối liên hệ chặt chẽ giữa bảo tồn đa dạng sinh học trong đó có mục tiêu bảo tồn loài đặc hữu của VQG Xuân thủy hiện nay. Với ý nghĩa đó, tôi ti ến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong đánh giá các điều kiện sinh cảnh sống của loài cò Thìa (Platalea minor) tại vườn quốc gia Xuân Thủy – Nam Định”. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu tổng quá - Góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu khoa học để bảo tồn loài cò Thìa (Platalea minor) (Temmink and schlegel, 1849). 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu điều kiện sinh cảnh sống và các yếu tố thích nghi với loài cò Thìa (Platalea minor) (Temmink and schlegel, 1849). - Đề xuất giải pháp bảo tồn loài cò Thìa (Platalea minor) tại vườn quốc gia Xuân Thuỷ - Nam Định. 1.3. Mục đích nghiên cứu
3 - Phân tích các nhân tố sinh thái ảnh h ưởng đến phân b ố loài cò Thìa (Platalea minor) trong Vườn Quốc gia Xuân Thuỷ. - Đánh giá về thực trạng phân bố, phát triển tự nhiên của loài cò Thìa (Platalea minor) ở Vườn Quốc gia Xuân Thuỷ. - Lập cơ sở dữ liệu (CSDL) sinh thái bằng GIS về phân bố loài cò Thìa (Platalea minor) trong Vườn Quốc gia Xuân Thuỷ. - Đề xuất các giải pháp nhằm phục hồi và phát triển đàn cò đáp ứng mục tiêu bảo tồn. 1.4. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học: Giúp cho sinh viên có cơ hội tiếp cận với cách thức thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học, vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế. - Ý nghĩa trong thực tiễn: Đề tài trang bị cho sinh viên nh ững ki ến thức cơ bản về môi trường và hệ sinh thái rừng ngập mặn, hiểu thêm về đa dạng sinh học của nước nước ta. Từ đó giúp cho địa phương định hướng được biện pháp bảo tồn và duy trì loài cò Thìa quý hiếm trong thời gian tới.
4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Cơ sở khoa học 2.1.1. Cơ sở lý luận 2.1.1.1. Một số khái niệm * Khái niệm môi trường Theo khoản 1 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam năm 2005 môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”. * Hệ sinh thái là hệ thống các quần thể sinh vật sống chung và phát triển trong một môi trường nhất định, quan hệ tương tác với nhau và với môi trường đó. * Ða dạng sinh học là sự phong phú về nguồn gen, v ề gi ống, loài sinh vật và hệ sinh thái trong tự nhiên. * Theo Công ước Ramsar, vùng đất ngập nước được bảo vệ bởi Công ước này được hiểu một cách rất rộng. Theo văn kiện của Công ước này (Điều 1.1), đất ngập nước được xác định là: “Những vùng đầm lầy, miền đầm lầy, vùng đất than bùn, vùng đất tự nhiên ho ặc nhân t ạo, có th ể tồn tại lâu dài hay tạm thời, có nước tĩnh hoặc nước ch ảy, là n ước ng ọt, nước lợ hay nước mặn, bao gồm cả những vùng nước biển có độ sâu không quá 6 mét khi triều kiệt”. 2.1.1.2. Các công ước quốc tế
5 - Việt Nam đã tham gia nhiều chương trình như chương trình con người và sinh quyển (MAB - Man and Biosphere Programme) của UNESCO. - Công ước CITES (Công ước về buôn bán quốc tế các loài đ ộng thực vật hoang dã nguy cấp) vào năm 1994. - Công ướ c về bi ến đ ổi khí h ậu (Climate Change): th ỏa thu ận này đòi hỏi các nướ c công nghi ệp ph ải gi ảm đ ến m ức t ới h ạn các ch ất gây ô nhiễm nh ư dioxit cacbon và các khí nhà kính khác do h ọ ngây ra và phải th ườ ng xuyên làm báo cáo v ề k ết qu ả c ủa ti ến trình này. Công ước nêu rõ các khí nhà kính ph ải đ ược duy trì ổn đ ịnh ở m ức không làm ảnh hưởng đến khí h ậu trên trái đ ất. - Công ước về đa dạng sinh học (Convention on Biological Diversity): Công ước đa dạng sinh học được UNEP khởi th ảo từ năm 1988, trải qua nhiều lần gặp gỡ và bàn bạc giữa các qu ốc gia đ ến ngày 5/6/1992 tại hội nghị quốc tế về môi trường và phát triển Rio, 168 nước đã ký vào bản công ước và được thực thi vào ngày 28/11/1994. Công ước về đa d ạng sinh học gồm có phần mở đầu, 42 điều, 2 bản phụ lục. Việt Nam đã ký công ước đa dạng sinh học vào tháng 10/1994 và đã trở thành thành viên thứ 99 của công ước này. Tất cả nội dung của công ước đưa ra 3 m ục tiêu chính. - Công ước Ramsar thông qua ngày 02 tháng 02 năm 1971 tại thành phố Ramsar, Iran. Là một công ước quốc tế về bảo tồn và sử dụng một cách hợp lý và thích đáng các vùng đất ngập nước, với mục đích ngăn ch ặn quá trình xâm lấn ngày càng gia tăng vào các vùng đất ngập n ước cũng nh ư sự mất đi của chúng ở thời điểm hiện nay cũng như trong tương lai, công nhận các chức năng sinh thái học nền tảng của các vùng đ ất ng ập nước và các giá trị giải trí, khoa học, văn hóa và kinh tế của chúng.
6 2.1.2. Cơ sở thực tiễn - VQG Xuân Thuỷ năm trong khu vực bờ biên thuôc lưu vực sông ̀ ̉ ̣ Hông, ngay tai cửa sông Hông đổ ra biên, hay con goi là cửa Ba Lat. Xuân ̀ ̣ ̀ ̉ ̀ ̣ ̣ Thuỷ có 14 kiêu sinh canh, bao gôm cac sinh canh tự nhiên và sinh canh nhân ̉ ̉ ̀ ́ ̉ ̉ tao (Pedersen và Nguyên Huy Thăng, 1996). Sinh canh có giá trị đa dang sinh ̣ ̃ ́ ̉ ̣ hoc cao nhât là cac bai bôi và rừng ngâp măn tự nhiên. ̣ ́ ́ ̃ ̀ ̣ ̣ - VQG là nơi thường xuyên ghi nhân 14 loai chim bị đe doạ và săp bi ̣ ̣ ̀ ́ đe doạ ở mức toan câu, đó la: Cò thia Platalea minor, Cò trăng Trung Quôc ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ́ Egretta eulophotes, Choăt lớn mỏ vang Tringa guttifer, Mong bể mỏ ngăn ́ ̀ ̀ ́ Larus saudersi, Bồ nông chân xam Pelecanus philippensis, Rẽ mỏ thia ́ ̀ Calidris pygmeus, Giang sen Mycteria leucocephala, Choăt chân mang lớn ́ ̀ Limnodromus semipalmatus (Birdlife , 2012). Ghi nhân đang chú ý nhât ở ̣ ́ ́ VQG Xuân Thuỷ là tôn tai quân thể loai cò Thia (Platalea minor) lớn nhât tai ̀ ̣ ̀ ̀ ̀ ́ ̣ Viêt Nam, trong môt vai năm gân đây, số lượng lớn nhât được chinh thức ̣ ̣ ̀ ̀ ́ ́ ghi nhân tai khu vực là 65 cá thể (Nguyên Đức Tu, 2003). Ngoai ra, VQG ̣ ̣ ̃ ́ ̀ Xuân Thuỷ là nơi tâp hợp, trú chân quan trong cua nhiêu loai chim nước phổ ̣ ̣ ̉ ̀ ̀ biên di cư trong mua đông như Choăt mỏ thăng đuôi đen Limosa limosa, ́ ̀ ́ ̉ Choăt chân đỏ Tringa erythropus và Choăt mỏ cong lớn Numenius arquata. ́ ́ Do có tâm quan trong quôc tế trong công tac bao tôn cac loai chim, VQG ̀ ̣ ́ ́ ̉ ̀ ́ ̀ Xuân Thuỷ đã được công nhân là môt trong số cac vung chim quan trong tai ̣ ̣ ́ ̀ ̣ ̣ Việt Nam. 2.1.3. Cở sở pháp lý - Luật bảo vệ và phát triển rừng (có hiệu lực từ 1/4/2005). - Luật bảo vệ môi trường 29/11/2005 - Luật Đa dạng sinh học 13/11/2008. - Nghị định 18/HĐBT ngày 17/01/1992 của hội đồng bộ trưởng quy đ ị nh danh m ụ c th ực v ật r ừng, đ ộng v ật r ừng quý, hi ếm và ch ế đ ộ qu ả n lý, b ả o v ệ.
7 - Nghị định 48/2002/NĐ-CP ngày 22/4/2002 sửa đổi bổ sung danh mục thực vật, động vật hoang dã quý hiếm. - Nghị định số 32/2006/NĐ-CP ngày 30/3/2006 của chính phủ về quản lý thực vật rừng, động vật rừng nguy cấp, quý, hiếm. - Ngh ị đ ị nh 80/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 c ủa chính ph ủ v ề vi ệ c quy đ ịnh chi ti ết và h ướ ng d ẫn thi hành m ột s ố đi ều c ủa lu ật b ả o v ệ môi tr ườ ng. - Nghị định 81/2006/NĐ-CP ngày 09/08/2006 của chính phủ về việc xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. - Ngh ị đ ị nh 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 c ủa chính ph ủ s ửa đổ i Ngh ị đ ị nh 80/2006/NĐ-CP H ướ ng d ẫn m ột s ố đi ều c ủa lu ật b ảo v ệ môi tr ườ ng. - Nghị định 117/2009/NĐ-CP ngày 31/12/2009 của chính phủ thay thế Nghị định 81/2006/NĐ-CP về việc xử lý vi phạm hành chính trong lĩnh v ực bảo vệ môi trường. - Quyết định 01/2003/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ về việc chuyển Khu bảo tồn đất ngập nước Xuân Thủy thành Vườn quốc gia Xuân Thủy, tỉnh Nam Định. - Quyết định 04/2004 của Bộ Tài Nguyên và Môi trường phê duyệt kế hoạch hành động về bảo tồn và phát triển bền vững các vùng đ ất ng ập nước giai đoạn 2004 - 2010. - Quyết định 126/QĐ-TTg ngày 2/2/2012 của Thủ tướng chính phủ về việc thực hiện thí điểm chia sẻ lợi ích trong quản lý b ảo v ệ và phát triển bền vững rừng đặc dụng. - Thông tư 18/2004/TT-Bộ Tài Nguyên và Môi trường của Bộ Tài Nguyên và Môi trường về việc bảo tồn và phát triển bền vững đất ngập nước Việt Nam.
8 - Thông tư 18/2010/TT-BKHCN của Bộ Khoa học và Công ngh ệ quy định về quản lý nhiệm vụ khoa học và công nghệ về quỹ gen. - Thông tư 78/TT-BNN ngày 11/11/2011 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Quy đ ịnh chi ti ết thi hành Ngh ị đ ịnh s ố 117/2010/NĐ- CP ngày 31/12/2009 c ủa Chính ph ủ v ề t ổ ch ức và qu ản lý h ệ th ống r ừ ng đ ặ c d ụ ng. 2.2. Tổng quan về Viễn thám 2.2.1. Viễn thám là gì? Ở Việt Nam, viễn thám là một ngành còn chưa phổ biến, chúng ta vẫn thường nghe rất nhiều người hỏi viễn thám là gì. Nói một cách nôm na trong “viễn thám” có hai từ “viễn” và “thám”. “Viễn” có nghĩa là xa, t ừ xa, không tiếp xúc với đối tượng. “Thám” có nghĩa là tìm hiểu, lấy thông tin về đối tượng. Ta có thể hiểu một cách đơn giản viễn thám là m ột ngành khoa học nghiên cứu đối tượng mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng. Trong tiếng Anh, viễn thám là “remote sensing”, thường được viết tắt là RS (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009) [10]. Nếu nói một cách khoa học thì chúng ta có thể dùng định nghĩa sau: “ Viễn thám là một khoa học thu nh ận thông tin c ủa b ề m ặt trái đ ất mà không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt ấy. Điều này được th ực hi ện nh ờ vào việc quan sát và thu nhận năng lượng phản xạ, bức xạ t ừ đ ối t ượng và sau đó phân tích, xử lý, ứng dụng những thông tin nói trên (theo CCRS) ” 2.2.2. Thành phần cơ bản và nguyên lý làm việc của viễn thám Hệ thống viễn thám thường bao gồm bảy phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009) [10]. Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có:
9 Hình 2.1: Nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh - Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một h ệ thống vi ễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng đi ện t ừ tới đối tượng quan tâm. Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng. Thông tin viễn thám thu th ập được là dựa vào năng lượng từ đối tượng đến thiết bị nhận, n ếu không có nguồn năng lượng chiếu sáng hay truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận. - Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tác qua lại với vùng khí quy ển nơi năng lượng đi qua. Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là t ừ đ ối t ượng đ ến b ộ cảm. - Sự tương tác với đối tượng: Một khi được truyền qua không khí đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tuỳ thuộc vào đặc điểm của cả đối tượng và sóng điện từ. Sự tương tác này có th ể là truy ền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển.
10 - Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ. Năng lượng điện từ truy ền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng. - Sự truyền tải, thu nhận và xử lý. Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nh ậ n-x ử lý n ơ i d ữ li ệu s ẽ đ ượ c x ử lý sang d ạng ảnh. Ảnh này chính là d ữ li ệu thô . - Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ được xử lý để có th ể s ử dụng được. Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào. Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh. Ảnh được giải đoán bằng m ột hoặc kết hợp nhiều phương pháp. Các phương pháp này là giải đoán th ủ công bằng mắt, giải đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ đi ện tử đ ể l ấy được thông tin về các đối tượng của khu vực đã chụp ảnh. - Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, đ ược thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã có ... nhằm giải quyết những v ấn đ ề cụ thể. Như vậy, hệ thống viễn thám bao gồm bẩy phần tử có quan h ệ ch ặt trẽ với nhau và hoạt động theo nguyên lý sau: - Nguồn năng lượng chính thường sử dụng cho các bộ cảm thụ động đó là bức xạ mặt trời (quang học), các bộ cảm chủ động tự tạo ra nguồn năng lượng nhân tạo như song rada, tia laze. - Các nguồn năng lượng này tương tác với khí quyển và tương tác với các đối tượng được quan tâm trên bề mặt trái đất. Năng lượng của
11 sóng điện từ do các vật thể phản xạ hay bức xạ được thu nhận bởi bộ cảm biến được đặt trên vật mang. - Thông tin về năng lượng phản xạ của các vật thể được ghi nh ận bởi ảnh viễn thám và thông qua phân tích tự động trên phần mềm hoặc giải đoán trực tiếp dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia. - Cuối cùng các dữ liệu và các thông tin liên quan đ ến các v ật th ể và các hiện tượng khác nhau trên măt đất sẽ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông lâm nghiệp, khí tượng, môi trường, thủy sản. 2.2.3. Các ngành khoa học liên quan GIS được xây dựng trên cơ sở tri thức của nhiều ngành khoa học khác nhau và GIS có mối liên quan mật thiết với một số ngành chính sau: - Ngành địa lý: được liên hệ với sự nhận thức về thế giới, về vị trí con người trên thế giới. GIS tạo ra kỹ thuật để phân tích và nghiên c ứu đ ịa lý. - Ngành bản đồ học: Bản đồ là thành phần thể hiện các đối tượng địa lý trên bề mặt trái đất của chúng ta trong hệ GIS. Dữ li ệu b ản đ ồ là thành phần chính trong dữ liệu của GIS. Sự phát triển của bản đồ sẽ giúp GIS hoàn thiện hơn cho các sản phẩm của mình. - Công nghê viễn thám: Các ảnh vệ tinh và ảnh máy bay là nguồn d ữ liệu địa lý quan trọng cho hệ GIS. Viễn thám bao gồm cả kỹ thu ật thu th ập và xử lý mọi dữ liệu trên trái đất. Các dữ liệu của hệ thống chuẩn đầu ra có thể được trộn với các lớp dữ liệu GIS. - Khoa học đo đạc: Nguồn cung cấp các vị trí cần quản lý cho hệ thống GIS.
12 - Ngành thống kê: Nhiều mô hình được xây dựng trên cơ sở về mặt bản chất mang tính thống kê, Ngoài ra, nhiều kỹ thuật thống kê được s ử dụng để phân tích. Thống kê đóng vai trò quan trọng trong GIS. - Ngành truyền thông thông tin: Các thông tin trong h ệ GIS ch ỉ có th ể trao đổi với nhau qua phương tiện truyền thông. Sự phát triển của ngành này có thể tạo ra năng lực liên kết với mạng trong máy tính, tạo ra các h ệ GIS đa ngành, đã làm cho các nhà quản lý thấy rõ thêm hiệu quả của GIS. - Ngành khoa học quản trị dữ liệu: các nguồn dữ liệu trong GIS được tổ chức và quản lý trên nền tảng nguyên tắc các phần mềm của quản lý dữ liệu. Cơ sở dữ liệu cũng là môt thành phần cơ bản của GIS. 2.2.4. Viễn thám và một số ứng dụng của Viễn thám 2.2.4.1. Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên đất Nói đến tài nguyên đất cần đề cập đến hai khía cạnh: Lớp ph ủ th ổ nhưỡng và tình hình sử dụng đất. Để điều tra, giám sát hai khía cạnh này, ở những mức độ khác nhau, đều có thể ứng dụng công ngh ệ viễn thám. Cho đến nay, ảnh vệ tinh đã được nhiều cơ quan ở nước ta sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất. Những bản đồ này ph ủ trùm các vùng lãnh thổ khác nhau, từ khu vực hẹp đến tỉnh, vùng và toàn quốc. 2.2.4.2 Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát tài nguyên nước Từ góc độ chức năng và nhiệm vụ của Bộ Tài nguyên và Môi trường, khái niệm tài nguyên nước bao hàm nước mặt và nước ngầm. Để ph ục v ụ các mục đích quản lí và khai thác tài nguyên nước phải đi ều tra và giám sát sự phân bố các đối tượng thủy văn và các nguồn nước ngầm, khối lượng và chất lượng cũng như diễn biến theo mùa, theo thời gian của chúng, các hiện tượng thuỷ văn có liên quan như lũ lụt, nhiễm mặn, biến động lòng sông, lòng hồ,…Ngày nay, ảnh vệ tinh có thể đem lại nhiều thông tin trực
13 tiếp và gián tiếp về các nguồn nước mặt cũng như nước ngầm. Các thông tin về chất lượng nước và về nước ngầm cũng cần được nghiên cứu áp dụng, khai thác từ ảnh vệ tinh. Khả năng sử dụng ảnh vệ tinh để đi ều tra, giám sát tài nguyên nước là một phương pháp cho kết quả nhanh và kịp thời nhất. 2.2.4.3. Sử dụng ảnh vệ tinh để điều tra, giám sát môi trường Điều tra, giám sát môi trường là một lĩnh vực rất lớn, rất khó khăn, trong đó có những vấn đề có thể sử dụng ảnh vệ tinh như một công cụ hữu hiệu. Xét về góc độ công nghệ viễn thám, việc phân tích, suy gi ải ph ổ cho phép phát hiện những thay đổi của môi trường ở mức độ tổng th ể, việc nghiên cứu môi trường ở mức độ chi tiết cần có các nghiên cứu, đo đạc của nhiều bộ môn khác. Đi ều tra, giám sát môi tr ườ ng là nhi ệm v ụ liên quan đ ến nhi ều ngành. 2.3. Tổng quan về GIS (Geographic Information System) Ở bất kỳ một ngành khoa học kỹ thuật hay kinh tế chúng ta đều có thể bắt gặp các hệ thống thông tin và các phương pháp xử lý thông tin khác nhau tuỳ theo từng lĩnh vực (hệ thống thông tin ngân hàng, hệ thống thông tin nhân sự…) cùng với sự phát triển của công ngh ệ thông tin, các thông tin hiện nay đã đáp ứng và giải quyết được những bài toán rất l ớn mà th ực t ế đặt ra (Vũ Văn Trọng, 2006) [17]. Trong lĩnh vực hoạt động của xã hội, thông tin là m ạch máu chính của các công cụ quản lý: Quản lý xã hội nói chung và quản lý đất đai nói riêng, dù sử dụng công cụ nào thô sơ hay hiện đại đều là thu th ập và x ử lý thông in. Thông tin đất là tất cả các thông tin liên quan đến đất đai, thông tin đất đai thường được thể hiện bằng Hệ thống thông tin Địa lý, Hệ thống thông tin đất. Hai vấn đề này là cơ sở chính của hệ th ống thông tin đ ịnh
14 hướng theo từng ô thửa và các hoạt động của nó (Vũ Văn Tr ọng, 2006) [17]. 2.3.1. Khái niệm về Hệ thống thông tin địa lý Có nhiều cách định nghĩa về Hệ thống thông tin địa lý: Định nghĩa theo chức năng: GIS là một hệ thống bao gồm 4 h ệ con: Dữ liệu vào, quản trị dữ liệu, phân tích dữ liệu và dữ liệu ra. Đ ị nh nghĩa theo kh ối công c ụ: GIS là t ập h ợp ph ức t ạp c ủa các thu ậ t toán. Định nghĩa theo mô hình dữ liệu: GIS gồm các cấu trúc d ữ li ệu được sử dụng trong các hệ thống khác nhau (cấu trúc dạng Raster và Vecter). Định nghĩa về mặt công nghệ: GIS là công nghệ thông tin đ ể lưu tr ữ, phân tích và trình bày các thông tin không gian và thông tin phi không gian, công nghệ GIS có thể nói là tập hợp hoàn chỉnh các phương pháp và các phương tiện nhằm sử dụng và lưu trữ các đối tượng. Định nghĩa theo sự trợ giúp và ra quyết định: GIS có thể coi là một hệ thống trợ giúp việc ra quyết định, tích hợp các s ố li ệu không gian trong một cơ chế thống nhất. Nói tóm lại theo BURROUGHT : “GIS như là một tập hợp các công cụ cho việc thu nhập, lưu trữ, thể hiện và chuy ển đổi các d ữ li ệu mang tính chất không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các mục đích cụ thể”.
15 Hình 2.2 : Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý 2.3.2 Các thành phần cơ bản của một Hệ thống thông tin địa lý Một hệ thống thông tin địa lý bao gồm những thành phần cơ bản sau: - Phần cứng: bao gồm máy tính điều khiển mọi hoạt động của h ệ thống và các thiết bị ngoại vi. - Phần mềm: cung cấp công cụ và thực hiện các chức năng: + Thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính t ừ các nguồn thông tin khác nhau + Lưu trữ, cập nhật, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nói trên. + Phân tích biến đổi, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian và thời gian. + Đưa ra các thông tin theo yêu cầu dưới dạng khác nhau. Ngoài ra phần mềm cần phải có khả năng phát triển và nâng c ấp theo các yêu cầu đặt ra của hệ thống.
16 - Dữ liệu: đây là thành phần quan trọng nhất của GIS. Các dữ li ệu không gian (Spatial data) và các dữ liệu thuộc tính (No spatial data) đ ược t ổ chức theo một mục tiêu xác định bởi một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Data Base Management System). - Con người: yếu tố con người có ảnh hưởng rất lớn đối v ới các h ệ GIS, đặc biệt trong việc điều khiển hệ thống và phát triển các ứng dụng. - Phương pháp: phương pháp phụ thuộc vào ý tưởng của các xây dựng hệ thống, sự thành công của một hệ GIS phụ thuộc vào phương pháp được sử dụng để thiết kế hệ thống (Lê Văn Thơ và Trương Thành Nam, 2008) [14]. 2.4. Cơ sở dữ liệu (CSDL) 2.4.1. Khái niệm Một cơ sở dữ liệu là tập hợp các thông tin của đối tượng cần quản lý, được lưu trữ trong các máy tính, được nhiều người sử dụng và cách tổ chức của nó được chi phối bằng một mô hình. (Ngô Th ị H ồng G ấm, 2009) [3]. 2.4.2. Các tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu Không dư thừa thông tin: Thông tin khi thu thập có thể lấy ở nhiều nguồn khác nhau, vì vậy cần phải loại bỏ thông tin dư thừa trước khi xây dựng CSDL. Có hai dạng dư thừa thông tin: + D ư th ừa v ề m ặt v ật lý: M ột thông tin có m ặt nhi ều l ần trong m ộ t CSDL + Dư thừa về mặt ngữ nghĩa: Một thông tin có nội dung nh ư nhau nhưng lại mang các tên khác nhau.
17 Đảm bảo tính an toàn và bí mật: Vì trong một cơ quan có nhiều người sử dụng chung một máy tính, và sử dụng chung một CSDL, trong trường hợp như vậy cần phải tuân thủ nguyên tắc sau: + Chỉ những người được quyền sử dụng mới được cập nhật và CSDL. + Ng ườ i s ử d ụ ng CSDL không đ ượ c làm h ỏng thông tin c ủa ng ườ i khác. Khi có sự cố về máy tính, CSDL phải được bảo vệ và cất giữ sang một máy khác. Giữa các chương trình ứng dụng và CSDL phải có sự độc lập: Khi dữ liệu có thay đổi thì chương trình không phải thay đổi theo và ngược lại. Hiệu suất áp dụng tốt: + Mặc dù CSDL có nhiều người sử dụng nhưng đối với mỗi người CSDL phải tạo ra cho họ cảm giác làm việc hoàn toàn độc lập. + CSDL phải cho câu trả lời chính xác nhất và k ịp th ời khi ng ười s ử dụng truy vấn (Ngô Thị Hồng Gấm, 2009) [3]. 2.5. Các nghiên cứu tương tự trên thế giới Nghiên cứu của Giáo sư Chien-chung Cheng, Chủ tịch WBFT, Đài Loan (2003), cho biết kể từ tháng 12/2002, bệnh ngộ độc Clostridium đã giết chết 71 con tại Đài Loan, tương đương 7% số cò Thìa mặt đen của thế giới là ""một đòn mạnh giáng vào loài có nguy cơ tuyệt chủng này"". Liên minh toàn cầu của các tổ chức phi chính phủ bảo v ệ các loài chim (Birdlife International) cho biết: ""Nhiệt độ mùa đông cao h ơn bình th ường dường như đã gây ra b ệnh này và nh ất quán v ới nh ững hình m ẫu thay đổ i khí h ậu"". Liên minh lo ng ại nhi ều v ụ ng ộ đ ộc n ữa thu ộc lo ại này có th ể x ả y ra trong t ươ ng lai.
18 Tiến sĩ HF Cheung Ti ến sĩ Cornelis Swennen, H ồng Kông, 2008. Dướ i sự tài trợ của Qu ỹ bảo t ồn môi tr ường đã nghiên c ứu “ đánh giá bảo tồn loài chim n ước trú đông cò Thìa t ại H ồng Kông” Nghiên c ứu đượ c tiến hành vào giai đo ạn năm 2007/2008. Cho th ấy s ố l ượng đàn cò Thìa tại Hồng Kông là 1349 cá th ể, trong đó có 767 cá th ể t ản c ư, 463 cá thể đang ăn và 119 cá th ể đang bay. Viện tài nguyên thế giới (World Resouce Institute –WRI) đã s ử d ụng GIS để đánh giá ảnh hưởng của phá rừng với các quốc gia và người dân trên toàn thế giới. Ứng dụng GIS để kiểm soát diện tích rừng trên toàn cầu. Ngoài ra, GIS còn hỗ trợ phân tích so sánh diện tích rừng hiện nay v ới di ện tích rừng trong quá khứ, cho thấy xu hướng thu hẹp ngày càng nhanh của các diện tích này và tốc độ thu hẹp của các vùng khác nhau. Với phần mềm GIS, các dự báo có thể được phân tích dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Alrabah and Alhamad sử dụng ảnh đa phổ để nghiên cứu thực ph ủ ven biển địa trung hải với diện tích là 250.000 ha và chỉ rõ rằng phân tích đa biến là cơ sở quan trọng để khử các sai số trong quá trình phân tích mẫu và phân lớp ảnh. Trong nghiên cứu này tác giả đã giảm được 9% sai s ố so với các phương pháp truyền thống. (Nguyễn Ngọc Thạch, 2009) [10]. 2.6. Các nghiên cứu tương tự ở Việt Nam Tại Việt Nam, hoạt động bảo tồn loài cò Thìa tự nguyện này do Chương trình Birdlife Quốc tế tại Việt Nam điều phối. Việc đếm được thực hiện tại hai khu vực ở đồng bằng Bắc Bộ là Xuân Thủy và Thái Thụy. Cả hai khu đều là các Vùng Chim Quan trọng (IBA) và trước đây đã từng có ghi nhận loài bị đe dọa ở mức Nguy cấp trên toàn c ầu cò Thìa m ặt đen (Platalea minor). Tổng cộng có 63 cá thể cò Thìa mặt đen, trong đó có ít nhất mười hai cá thể chưa trưởng thành đã được ghi nh ận t ại Vi ệt Nam trong đợt kiểm kê. Đáng chú ý là có ghi nh ận của ba cá th ể đeo vòng. Ki ểm
19 chứng với các thông tin trên mạng lưới chuyên gia, các cá thể này được đeo vòng tại vùng sinh sản của chúng ở Nam Triều Tiên (một cá thể) và Liên bang Nga (hai cá thể). "Ghi nhận các cá thể này cho thấy mối liên hệ giữa quần thể trú đông tại Việt Nam với các quần thể sinh sản tại bán đảo Triều Tiên và Nga" ông Nguyễn Đức Tú, cán bộ chương trình phụ trách về đất ngập nước (ĐNN) của chương trình Birdlife Quốc tế tại Việt Nam nhận định. Nguyễn Văn Khang và Nguyễn Thanh Hùng, 2005. Cho là sử dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải trung bình (30x30) đa thời gian phân biệt được 20 loại thực phủ trong đó chủ yếu là đất nông nghiệp, tác giả cũng cho rằng các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu tối ưu, kết quả của phương pháp phụ thuộc khá nhiều vào sự am hiểu tác giả đối với vùng nghiên cứu và độ phân giải ảnh. Lương Chi Lan, 2009, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. “ Xây quy trình công nghệ phối hợp giữa phần mềm ENVI và Mapinfo để dựng bản đồ chuyên đề lớp phủ mặt đất khu vực Hà Nội cũ ”. Trong đ ề này tác giả đã Áp dụng phương pháp viễn thám để nhận biết các dấu trong việc giải đoán ảnh vệ tinh. Đồng thời ứng dụng các phần mềm thám và GIS như ENVI và Mapinfo để phân loại lớp phủ mặt đất vàlập bản đồ. Dữ liệu ảnh sử dụng là ảnh Aster, sản phẩm là bản đồ lớpmặt đất khu v ực Hà Nội, 12 loại thực phủ trong đó chủ yếu là đất dân thị và đất lúa nước với độ chính xác đạt được là 81% (Lương Chi Lan, 2009) [5]. Hà Văn Thuân, 2009 [15], Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. “ Nghiên cứu đổi sử dụng đất và che phủ thực vật bằng công nghệ viễn thám và GIS vườn Quốc gia Ba Bể - Bắc Kạn ” . Ứng dụng công ngh ệ viễn thám và GIS hợp với hai ảnh Landsat ETM + trong các năm 2000 và 2007 t ạo ra nguồn tin nhanh và chuẩn xác về biến động sử dụng đất và phân lo ại th ực vật ra trong thời kỳ từ năm 2000 đến năm 2007 tại vườn quốc gia Ba Bể,đồ
20 phân được 8 loại sử dụng đất và che phủ thực vật với độ chính xác c ủa đ ồ phân loại được đánh giá trên cơ sở kiểm tra ngẫu nhiên 100 điểm và quả đã chỉ ra được là Kappa phù hợp của mẫu giải đoán đạt 91%, độ chính toàn cục của bản đồ năm 2000 là 85% và 2007 là 83%.