Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng GIS trong việc lập bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng GIS trong việc lập bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh” ứng dụng kỹ thuật GIS để xây dựng bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa, phục vụ công tác quản lý và sử dụng bền vững các vùng đất ngập nước quan trọng này ở Quảng Ninh. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng GIS trong việc lập bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THANH NGA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC LẬP BẢN ĐỒ CÁC VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NỘI ĐỊA Ở TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VŨ THANH NGA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TRONG VIỆC LẬP BẢN ĐỒ CÁC VÙNG ĐẤT NGẬP NƯỚC NỘI ĐỊA Ở TỈNH QUẢNG NINH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN XUÂN CỰ Hà Nội - 2016
LỜI CẢM ƠN Hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sỹ Khoa học Môi trường, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt cho tôi kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và xã hội đặc biệt là những kiến thức chuyên sâu về chuyên ngành, đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian theo học cũng như thời gian làm luận văn. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - PGS.TS.Nguyễn Xuân Cự, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài; Thầy giáo – Th.S Nguyễn Quốc Việt, đã tận tình giúp đỡ tôi, động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn đến các thầy cô trong bộ môn Khoa học đất, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành khoá học, thực hiện thành công luận văn này. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn và những tình cảm yêu mến nhất đến gia đình, những người thân của tôi đã tạo điều kiện, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Luận văn được hoàn thành với sự hỗ trợ của đề tài QG15-07. Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2016 Tác giả luận văn Vũ Thanh Nga i
MỤC LỤC DANH MỤC VIÊT TẮT ........................................................................................ iv DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................v DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4 1.1. Khái niệm chung về vùng đất ngập nước nội địa ............................................4 1.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý GIS ......................................................6 1.2.1 Khái niệm GIS...................................................................................................6 1.2.2. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin địa lý GIS ........................................7 1.2.3. Các thành phần của hệ thông tin địa lý ...........................................................11 1.2.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu trong GIS ..................................................................12 1.2.5. Các lĩnh vực ứng dụng của GIS ......................................................................14 1.2.6. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và ở ViệtNam .....................................15 1.3. Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Quảng Ninh ..............18 1.3.1. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................................18 1.3.2. Điều kiện kinh tế xã hội ..................................................................................28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...35 2.1.Đối tượng, nội dung nghiên cứu.......................................................................35 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................35 2.1.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................35 2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................35 2.2.1. Phương pháp thu thập, phân tích và xử lý các tài liệu thứ cấp. ......................36 2.2.2. Phương pháp điều tra thực địa ........................................................................36 2.2.3 Phương pháp sử dụng kỹ thuật GIS trong xây dựng bản đồ ............................36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................37 3.1. Đặc điểm các vùng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh. ...........................37 3.1.1 Đặc điểm và tiềm năng sử dụng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh ...........37 ii
3.1.2 Hiện trạng khai thác tài nguyên nước tại các vùng ..........................................43 3.2. Quy trình xây dựng bản đồ vùng đất ngập nước nội địa tỉnh Quảng Ninh....... 50 3.2.1 Thu thập bản đồ và cơ sở dữ liệu .....................................................................50 3.2.2. Phân tích và xử lý số liệu ................................................................................51 3.2.3. Xây dựng bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở Quảng Ninh ..................51 3.3. Xây dựng các bản đồ thành phần một số hồ nước chính ở tỉnh Quảng Ninh. .........................................................................................................................54 3.3.1. Bản đồ địa hình theo lưu vực ..........................................................................54 3.3.2. Bản đồ hệ thống thủy văn: ..............................................................................58 3.3.3. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất.........................................................................62 3.3.4. Bản đồ đất .......................................................................................................66 3.3.5. Bản đồ lưu vực toàn tỉnh, bản đồ 3D toàn tỉnh, và bản đồ 3D của 4 vùng đất ngập nước nội địa. .....................................................................................................70 3.4. Một số biện pháp quản lý tài nguyên vùng đất ngập nước nội địa tỉnh Quảng Ninh. .............................................................................................................73 3.4.1 Các vấn đề về quản lý tài nguyên nước nói chung của tỉnh Quảng Ninh ........73 3.4.2 Một số biện pháp quản lý đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh: .............76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................79 iii
DANH MỤC VIÊT TẮT BOD5 Nhu cầu oxi sinh học BTNMT Bộ Tài nguyên môi trường COD Nhu cầu oxi hoá học CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Mô hình số độ cao ĐCTV Địa chất thủy văn ESRI Viện nghiên cứu hệ thống môi trường GDP Tổng sản phẩm trong nước GIS Hệ thống thông tin địa lý KCN Khu công nghiệp QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam QH&ĐT Quy hoạch và điều tra PRA Phương pháp đánh giá nông thôn có sự tham gia của cộng đồng TNN Tài nguyên nước TNNM Tài nguyên nước mặt TSS Chất rắn lơ lửng iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Dòng chảy năm và tổng lượng dòng chảy năm sinh ra trên các tiểu ...........40 lưu vực .........................................................................................................40 Bảng 2. Dung tích nước của 4 hồ ..............................................................................41 Bảng 3. Phân phối lượng mưa theo mùa ...................................................................42 Bảng 4. Lượng mưa trung bình tháng, năm tại các trạm ..........................................43 Bảng 5. Hiện trạng khai thác nước tại các đô thị trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh ......43 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1: Các hợp phần cơ bản của GIS ......................................................................12 Hình 2: Cấu trúc vector và raster ..............................................................................12 Hình 3: Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Ninh............................................................19 Hình 4. Giá trị COD các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt ..........................45 Hình 5. Giá trị BOD5 các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt ........................45 Hình 6. Giá trị TSS các nguồn nước phục vụ cấp nước sinh hoạt ............................46 Hình 7. Giá trị COD các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp ...................47 Hình 8. Giá trị BOD5 các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp .................47 Hình 9. Giá trị TSS các nguồn nước dùng cho mục đích nông nghiệp ....................48 Hình 10. Bản đồ địa hình lưu vực hồ Bến Châu .......................................................54 Hình 11. Bản đồ địa hình lưu vực hồ Yên Lập .........................................................55 Hình 12. Bản đồ địa hình lưu vực hồ Đầm Hà Động ................................................56 Hình 13. Bản đồ địa hình lưu vực hồ Tràng Vinh ....................................................57 Hình 14. Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Bến Châu .......................................58 Hình 15. Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Yên Lập .........................................59 Hình 16. Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Đầm Hà Động ................................60 Hình 17. Bản đồ hệ thống thủy văn lưu vực hồ Tràng Vinh.....................................61 Hình 18. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Bến Châu ................................62 Hình 19. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Yên Lập ..................................63 Hình 20. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Đầm Hà Động .........................64 Hình 21. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất lưu vực hồ Tràng Vinh ..............................65 Hình 22. Bản đồ đất lưu vực hồ Bến Châu ...............................................................66 Hình 23. Bản đồ đất lưu vực hồ Yên Lập .................................................................67 Hình 24. Bản đồ đất lưu vực hồ Đầm Hà Động ........................................................68 Hình 25. Bản đồ đất lưu vực hồ Tràng Vinh.............................................................69 Hình 26. Bản đồ phân bố lưu vực cả tỉnh Quảng Ninh .............................................70 vi
Hình 27. Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – Tỉnh Quảng Ninh ...........................................................................................................................70 Hình 28. Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Bến Châu ..71 Hình 29. Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Yên Lập ....71 Hình 30. Mô hình số độ cao ở dạng 3D phủ ảnh Landsat tổ hợp 321 – hồ Đầm Hà Động ....................................................................................................................................72 vii
MỞ ĐẦU Các vùng đất ngập nước nội địa bao gồm các vùng nước ngọt, nước lợ và nước mặn, nước chảy và nước đứng. Cụ thể hơn, các vùng đất ngập nước nội địa bao gồm sông, suối, hồ, hồ chứa, tầng nước trong núi đá vôi (hang nước ngầm), đầm nước mặn, vùng nước cửa sông, vùng nước lợ ven bờ. Trong đó, ba kiểu thuỷ vực sau cùng được xem chịu ảnh hưởng rất lớn của dòng chảy lục địa đổ ra. Các vùng đất ngập nước nội địa hết sức đa dạng về độ lớn, hình thái, đặc tính thủy lý hóa học, tiềm năng nguồn lợi... Điều quan trọng là chế độ nước thường xuyên có biến động theo thời gian (mùa), có khi khô cạn, nhưng lại có khi ngập lụt lớn, khiến cho ranh giới của các vùng nước cũng luôn biến đổi, không ổn định. Đặc điểm này khiến cho hình thái cấu trúc một vùng đất ngập nước nội địa có thế có dạng tập trung, nhưng cũng có khi có dạng phân tán, rải rác, nối với nhau bằng những đường hành lang phức tạp. Các vùng đất ngập nước nội địa thường có mối quan hệ mật thiết, chịu tác động thường xuyên, trực tiếp từ các vùng dân cư, nông nghiệp, lâm nghiệp ở vùng lưu vực, thông qua các hoạt động khai thác rừng, xói mòn đất, thải chất ô nhiễm... Những hoạt động đó có thể gây những biến đổi lớn đối với chế độ thủy học, ảnh hưởng xấu tới môi trường của vùng nước, tác động tới hoạt động sống của các sinh vật sống trong thuỷ vực. Việc quản lý các vùng đất ngập nước nội địa tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức. Quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế thị trường dưới chính sách đổi mới đã đem lại tăng trưởng kinh tế cao từ 7 đến 8% trong 5 năm đầu tiên của thế kỷ XXI cùng với tư nhân hóa và những thay đổi lớn về quyền sở hữu. Việt Nam phải đối mặt với những thách thức lớn về vấn đề môi trường do hậu quả của khai thác quá mức, quản lý yếu kém các nguồn tài nguyên thiên nhiên và sức ép của toàn cầu hóa. Những thay đổi về xã hội, sinh thái, kinh tế và thể chế đã làm cho các hệ thống sinh kế các vùng đất ngập nước nội địa ngày càng phức tạp và dễ bị tổn thương. 1
Quảng Ninh là một tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Bắc nước ta. Theo báo cáo của Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh, tổng diện tích tự nhiên của Quảng Ninh là 610.235 ha bao gồm đất nông nghiệp 445.226 ha, đất phi nông nghiệp 130.510 ha, đất chưa sử dụng 34.500 ha… Trong giai đoạn 2000-2010, các kiểu ĐNN có sự thay đổi và luân chuyển về diện tích giữa các kiểu ĐNN. Trong đó, rừng ngập mặn và nuôi trồng thủy sản có sự chuyển dịch diện tích lớn nhất. Vùng nước cửa sông, vùng biển nông ngập nước thường xuyên có độ sâu dưới 6 m khi triều thấp, bãi bùn gian triều, bãi cát, cuội, sỏi ít biến động hơn. Hướng chuyển đổi chủ yếu giữa các kiểu ĐNN ven biển là sự gia tăng diện tích của các ao, đầm nuôi trồng thủy sản do mở rộng diện tích và suy giảm RNM. Đối với đất chuyên trồng lúa nước, quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 và kế hoạch sử dụng đất 5 năm (2011-2015) tỉnh Quảng Ninh đã chỉ rõ sự cần thiết phải quản lý chặt chẽ nguồn tài nguyên đất đai theo quy hoạch và pháp luật; đảm bảo sử dụng đất đúng mục đích, tiết kiệm, có hiệu quả và bền vững. Duy trì và bảo vệ nghiêm ngặt diện tích đất trồng lúa, tăng cường hơn nữa việc hỗ trợ vùng sản xuất nông nghiệp tập trung để góp phần đảm bảo an ninh lương thực; Phương án quy hoạch sử dụng đất phù hợp với quy mô phát triển và đặc thù từng vùng, hình thành các trung tâm kinh tế, khu đô thị, khu du lịch. Những nghiên cứu về ĐNN ở Quảng Ninh trong thời gian qua còn chưa nhiều, lại chủ yếu tập trung vào các ĐNN ven biển, đặc biệt là rừng ngập mặn. Hầu như chưa có nghiên cứu nào đề cập đến các vùng ĐNN nội địa, kể cả các đất trồng lúa với vai trò của các vùng ĐNN. Do vậy nghiên cứu về ĐNN nội địa ở Quảng Ninh được đặt ra như một yêu cầu cấp bách, nhằm có các giải pháp quản lý và sử dụng hợp bền vững theo hướng sử dụng đa mục đích và bảo vệ môi trường. Nhằm mục tiêu quản lý phát triển bền vững vùng đất ngập nước nội địa ở tình Quảng Ninh, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng GIS trong việc lập bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa ở tỉnh Quảng Ninh” ứng dụng kỹ thuật GIS để xây dựng bản đồ các vùng đất ngập nước nội địa, phục vụ công tác quản lý và sử dụng bền vững các vùng đất ngập nước quan trọng này ở Quảng Ninh. 2
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:  Đánh giá tiềm năng và thực trạng quá trình khai thác sử dụng và quản lý các vùng đất ngập nước nội địa không dòng chảy (hồ đầm) nội địa ở Quảng Ninh.  Ứng dụng kĩ thuật GIS xây dựng bản đồ một số hồ nước lớn ở Quảng Ninh phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý các vùng đất ngập nước này. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Khái niệm chung về vùng đất ngập nước nội địa[21] Đất ngập nước rất đa dạng, có mặt khắp mọi nơi và là cấu thành quan trọng của các cảnh quan trên mọi miền của thế giới. Hàng thế kỷ nay, con người và các nền văn hoá nhân loại được hình thành và phát triển dọc theo các triền sông hoặc ngay trên các vùng đất ngập nước. Đất ngập nước đã và đang bị suy thoái và mất đi ở mức báo động, mặc dù ngày nay người ta đã nhận biết được các chức năng và giá trị to lớn của chúng. Ở Việt Nam, việc phân loại ĐNN được khởi xướng và áp dụng vào năm 1989 gồm D.Scott và Lê Diên Dực (Mai Đình Yên, 2002). Đến nay, đã có một số công trình nghiên cứu và áp dụng về phân loại ĐNN của Việt Nam (Phan Nguyên Hồng và cs., 1997; Lê Diên Dực, 1998a; Nguyễn Chu Hồi và cs, 1999; Nguyễn Ngọc Anh và cs, 1999; Bộ KHCN&MT, 2001; Nguyễn Chí Thành và cs, 1999, 2002; 2002; Vũ Trung Tạng, 2004ab, Hoàng Văn Thắng, 2005). Theo cách Phân loại đất ngập nước của Phan Nguyên Hồng và cộng sự (1996) đã phân chia đất ngập nước theo các sinh cảnh, nhưng sắp xếp các sinh cảnh này theo tính chất ngập nước mặn (đới biển ven bờ) hay ngập nước ngọt (đất ngập nước nội địa). Cách thức phân loại này đúng như mục đích của tác giả là phục vụ cho việc nghiên cứu xây dựng chiến lược quản lý đất ngập nước ở cấp quốc gia, còn đối với các cấp chi tiết hơn sẽ không thể đáp ứng được. Theo đó, đất ngập nước nội địa bao gồm: - Các hệ thống dòng chảy (sông, suối); - Các hồ tự nhiên; - Các hồ chứa nhân tạo; - Vùng đồng bằng châu thổ sông; - Các vùng ngập nước không thường xuyên. Ngoài ra theo hệ thống phân loại đất ngập nước Ramsar thì đất ngập nước nội địa bao gồm: - Các đồng bằng châu thổ thường xuyên có nước. 4
- Các sông/suối/lạch thường xuyên có nước; bao gồm cả các thác nước. - Các sông/suối/lạch có nước theo mùa/không liên tục/bất thường. - Các hồ nước ngọt có nước thường xuyên (trên 8ha); bao gồm các hồ lớn uốn chữ U/hình móng ngựa. - Các hồ nước ngọt có nước theo mùa/không liên tục (trên 8ha); bao gồm cả các hồ ở đồng bằng ngập lũ. - Các hồ nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên. - Các hồ và bãi nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên. - Các đầm/ vũng nước mặn/lợ/kiềm có nước thường xuyên. - Các đầm/ vũng nước mặn/lợ/kiềm có nước theo mùa/không liên tục. - Các đầm/ vũng nước ngọt có nước thường xuyên; các ao hồ (dưới 8ha); các đầm nước và đầm lầy trên đất vô cơ; có thảm thực vật nổi mọng nước ít nhất trong phần lớn mùa sinh trưởng. - Các đầm/ vũng nước ngọt có nước theo mùa/không liên tục trên đất vô cơ; kể cả bãi lầy, hố/ hốc đá, đồng cỏ ngập theo mùa, đầm cỏ lác/ lách. - Các vùng đất than bùn không có rừng; bao gồm đầm lầy than bùn có cây bụi hoặc trống, các đầm lầy/ bàu, các đầm lầy thấp. - Các vùng đất ngập nước núi cao; kể cả các đồng cỏ núi cao, các vùng nước tạm thời do tuyết tan. - Các vùng đất ngập nước lãnh nguyên; bao gồm các vũng nước lãnh nguyên, các vùng nước tạm thời do tuyết tan. - Các vùng đất ngập nước cây bụi chiếm ưu thế; các đầm lầy cây bụi, các đầm nước có cây bụi chiếm ưu thế, các rừng cây bụi, cây dương đỏ; trên đất vô cơ. - Các vùng đất ngập nước nước ngọt có cây lớn chiếm ưu thế; kể cả rừng đầm lầy nước ngọt, rừng ngập theo mùa, đầm lầy cây gỗ; trên đất vô cơ. - Các vùng đất than bùn có rừng; rừng đầm lầy đất than bùn. - Suối, ốc đảo nước ngọt. - Các vùng đất ngập nước địa nhiệt. - Các hệ thống thủy văn castơ ngầm và hang động nội địa. 5
1.2 Giới thiệu về hệ thống thông tin địa lý GIS 1.2.1 Khái niệm GIS Hệ thống thông tin địa lý GIS - Geographical Information System (GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: Phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý, người điều hành, mạng thông tin và quy trình được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. GIS có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý. Sau này, do sự hỗ trợ của công nghệ tin học và tính đa dạng của các hệ thống ứng dụng và năm 2000, ESRI bổ sung thêm vào định nghĩa là cấu trúc của GIS có thêm hai hợp phần là quy trình và mạng. Định nghĩa này được chấp nhận rộng rãi và được quan niệm như một định nghĩa chính thức về GIS. “Hệ thống Thông tin Địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu địa lý bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, kiểm tra, tích hợp, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian địa lý”. Các học giả khác nhau cung cấp các định nghĩa khác nhau về GIS. Trong phạm vi các định nghĩa được trình bày dưới đây, mỗi học giả nhấn mạnh một vài khía cạnh khác nhau của GIS. Một số định nghĩa bỏ qua sự hữu dụng thực sự của GIS là khả năng tích hợp thông tin và hỗ trợ trong việc đưa ra các quyết định, nhưng tất cả các định nghĩa này bao gồm các tính năng cần thiết, các dữ liệu tham chiếu tham khảo và phân tích không gian địa lí. Một định nghĩa được trích dẫn trong William Huxhold’s Introduction to Urban Geographic Information Systems: “Mục đích đầu tiên và quan trọng nhất của một hệ GIS truyền thống là phân tích không gian địa lý. Vì thế,có thể thu thập dữ liệu hạn chế và đầu ra bản đồ. Khả năng của phân tích của GIS thường hỗ trợ ra quyết định cho các dự án hoặc các khu vực địa lý giới hạn. Các đặc điểm cơ sở dữ liệu bản đồ (tính chính xác, tính liên tục, đầy đủ, vv) là thường thích hợp cho đầu ra bản đồ quy mô nhỏ.Dữ liệu vector và dữ liệu raster cũng được bao gồm trong GIS.” 6
Một định nghĩa khác của Jeffrey Star và John Estes: “Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một hệ thống thông tin được thiết kế để làm việc với các dữ liệu được tham chiếu bởi các tọa độ không gian và địa lý. Nói cách khác, một GIS là cả một hệ thống cơ sở dữ liệu với khả năng cụ thể cho dữ liệu không gian tham chiếu, cũng như một tập hợp các hoạt động để làm việc với dữ liệu. . . Dưới một góc nhìn khác, GIS có thể được dùng như bản đồ bậc cao.” Như vậy có thể thấy có nhiều định nghĩa GIS theo nhiều cách khác nhau nhưng chúng đều thể hiện những nét chính là xử lý các dữ liệu địa lý cho ra các thông tin hữu ích bằng công nghệ tin học. 1.2.2. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin địa lý GIS Từ lâu bản đồ là một công cụ thông tin quen thuộc đối với loài người. Trong quá trình phát triển kinh tế kĩ thuật, bản đồ luôn được cải tiến sao cho ngày càng đầy đủ thông tin hơn, ngày càng chính xác hơn. Khi khối lượng thông tin quá lớn trên một đơn vị diện tích bản đồ thì người ta tiến đến việc lập bản đồ chuyên đề. Ở bản đồ chuyên đề, chỉ có những thông tin theo một chuyên đề nào đó được biểu diễn. Trên một đơn vị diện tích địa lí sẽ có nhiều loại bản đồ chuyên đề: bản đồ địa hình, bản đồ hành chính, bản đồ địa chất, bản đồ du lịch, bản đồ giao thông, bản đồ hiện trạng xây dựng... Trong những năm đầu thập kỉ 60 (1963-1964) các nhà khoa học ở Canada đã cho ra đời hệ thông tin địa lý. Hệ thống thông tin địa lý kế thừa mọi thành tựu trong ngành bản đồ cả về ý tưởng lẫn thành tựu của kỹ thuật bản đồ. Hệ thông tin địa lý bắt đầu hoạt động cũng bằng việc thu thập dữ liệu theo định hướng tuỳ thuộc vào mục tiêu đặt ra. Sự phát triển của GIS chịu ảnh hưởng của các nhóm nghiên cứu trọng điểm, các công ty và cá nhân cùng với sự phát triển kịp thời các khái niệm chính. Ý tưởng về mô tả các lớp khác nhau của dữ liệu trên một loạt các bản đồ nền, có liên quan về mặt địa lý đã được xây dựng từ rất lâu. Giống như các bản đồ của trận Yorktown (Cách mạng Hoa Kỳ) được vẽ bởi nhà bản đồ học người Pháp Louis-Alexandre Berthier chứa lớp phủ bản lề để hiển thị di chuyển quân hoặc giữa thế kỷ 19 'Atlas 7
để kèm theo báo cáo thứ hai của Ủy ban đường sắt Ailen' cho thấy dân số, lưu lượng giao thông, địa chất và địa hình chồng trên bản đồ cùng một cơ sở tương tự của GIS, John Snow sử dụng một bản đồ cho thấy vị trí của cái chết do dịch tả ở trung tâm London trong tháng Chín, 1854 để theo dõi nguồn gốc của các ổ dịch là những ví dụ đầu tiên của phân tích địa lý. Nhưng dần dần những thay đổi bắt đầu xảy ra trong kỹ thuật lập bản đồ và các yếu tố sau đây gây ra sự thay đổi này trong phân tích bản đồ:  Công nghệ máy tính - cải thiện trong phần cứng, đặc biệt là đồ họa.  Sự phát triển của các lý thuyết của các quá trình không gian địa lý kinh tế và xã hội,nhân học, dân tộc học.  Nhận thức xã hội, trình độ giáo dục được nâng cao, nhận thức về vấn đề môi trường cũng được cải thiện. Kết quả của sự phát triển này là hiển nhiên từ kế hoạch vận chuyển tổng hợp của năm 1950 và những năm 1960 tại Detroit, Chicago trong đó yêu cầu sát nhập thông tin vận chuyển các tuyến đường, điểm đến, nguồn gốc, thời gian. Họ cuối cùng đã đưa ra bản đồ của dòng giao thông và khối lượng vận chuyển tích hợp. Tương tự như vậy, Khoa Địa lý, Đại học Washington, nghiên cứu về phương pháp thống kê tiên tiến, lập trình máy tính thô sơ, bản đò máy tính dẫn đến sự phát triển:  Không gian cơ bản Nystuen đưa ra các khái niệm về khoảng cách, định hướng, kết nối  Thuật toán máy tính Tobler để chiếu bản đồ, bản đồ học máy tính.  Cơ sở địa lý- lý thuyết học Bungevới địa lý-điểm, đường và khu vực.  Ma trận địa lý Berry được đặc trưng bởi các nghiên cứu trong một khu vực bằng cách phủ bản đồ nghiên cứu các chủ đề mang tính hệ thống khác nhau rồi tách đánh giá chi tiết từng lớp đơn một. Các động lực để phát triển GIS bắt đầu vào giữa năm 1960, khi hệ thống thông tin địa lý Canada (CGI) đã thực hiện một nỗ lực lớn. Quỹ nhà đất Canada của chính phủ liên bang và các bang xác định nguồn lực đất đai của quốc gia và thực trạng dụng hiện tại và tiềm năng của chúng. Các kết quả hữu ích là đã xác định là 8
các khu vực đất đai chưa sử dụng, nhưng vấn đề đặt ra la rất khó để đo lường một cách chính xác từ một bản đồ. CGIS đã được quy hoạch và phát triển như là một công cụ đo lường, một công cụ lưu trữ thông tin dạng bảng, chứ không phải là một công cụ lập bản đồ. Dấu mốc thứ hai của sự phát triển này xảy ra vào cuối năm 1960 tại Cục Điều tra dân số Mỹ, kế hoạch thiết lập những công cụ cần thiết để tiến hành điều tra dân số năm 1970. Các chương trình DIME (Dual Independent Map Encoding) tạo các bản ghi kỹ thuật số của tất cả các đường phố Mỹ, để hỗ trợ tham chiếu tự động và tập hợp các hồ sơ điều tra dân số. Sự giống nhau của công nghệ này cho rằng các CGI được công nhận ngay lập tức và đã dẫn đến một chương trình lớn tại phòng thí nghiệm của Đại học Harvard cho đồ họa máy tính và phân tích không gian để phát triển một hệ GIS mục đích chung mà có thể xử lý các nhu cầu của cả hai ứng dụng. Dự án cuối cùng dẫn đến GIS ODYSSEY của cuối những năm 1970. Trong một diễn tiến khác, vẽ bản đồ và các cơ quan lập bản đồ đã bắt đầu vào những năm 1960 để kết luận xem máy tính có thể đáp ứng các với nhu cầu của họ và có thể làm giảm chi phí và rút ngắn thời gian tạo bản đồ. Các cơ quan lập bản đồ quốc gia, chẳng hạn Cục điều tra Ordnance của Anh, Viện Địa lý Quốc gia Pháp, Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ và Cơ quan bản đồ quốc phòng Mỹ bắt đầu điều tra sử dụng máy tính để hỗ trợ việc chỉnh sửa bản đồ, để tránh quá trình tốn kém và chậm điều chỉnh tay và soạn thảo lại. Những phát triển bản đồ tự động đầu tiên xảy ra vào những năm 1960, và đến cuối năm 1970 cơ quan bản đồ lớn nhất đã được vi tính hóa một phần. Viễn thám cũng đóng một phần quan trọng trong sự phát triển của GIS, như là một nguồn của công nghệ cũng như một nguồn dữ liệu. GIS thực sự bắt đầu cất cánh vào đầu năm 1980, khi giá của phần cứng máy tính đã giảm xuống một mức độ có thể duy trì một ngành công nghiệp phần mềm quan trọng và ứng dụng có chi phí hiệu quả. Bên cạnh Canada, nhiều trường đại học ở Mỹ cũng tiến hành nghiên cứu và xây dựng Hệ thông tin địa lý. Trong các Hệ thông tin địa lý được tạo ra cũng có rất nhiều hệ không tồn tại được lâu vì nó được thiết kế cồng kềnh mà giá thành lại cao. 9
Lúc đó người ta đặt lên hàng đầu việc khắc phục những khó khăn nảy sinh trong quá trình xử lý các số liệu đồ họa truyền thống. Họ tập trung giải quyết vấn đề đưa bản đồ, hình dạng, hình ảnh, số liệu vào máy tính bằng phương pháp số để xử lý các dữ liệu này. Tuy kỹ thuật số hóa đã được sử dụng từ năm 1950 nhưng điểm mới của giai đoạn này chính là các bản đồ được số hóa có thể liên kết với nhau để tạo ra một bức tranh tổng thể về tài nguyên thiên nhiên của một khu vực. Từ đó máy tính được sử dụng và phân tích các đặc trưng của các nguồn tài nguyên đó, cung cấp các thông tin bổ ích, kịp thời cho việc quy hoạch. Việc hoàn thiện một Hệ thông tin địa lý còn phụ thuộc vào công nghệ phần cứng mà ở thời kỳ này các máy tính IBM 1401 còn chưa đủ mạnh. Giai đoạn đầu những năm 60 của thế kỷ trước đánh dấu sự ra đời của Hệ thông tin địa lý chủ yếu được phục vụ cho công tác điều tra quản lý tài nguyên. Đến giữa thập kỷ 60 thì Hệ thông tin địa lý đã phát triển, có khả năng phục vụ công tác khai thác và quản lý đô thị như DIME của cơ quan kiểm toán Mỹ, GRDSR của cơ quan thống kê Canada,... Năm 1968, Hội địa lý quốc tế đã quyết định thành lập Uỷ ban thu thập và xử lý dữ liệu địa lý. Trong những năm 70 ở Bắc Mỹ đã có sự quan tâm nhiều hơn đến việc bảo vệ môi trường và phát triển Hệ thông tin địa lý. Cũng trong khung cảnh đó, hàng loạt yếu tố đã thay đổi một cách thuận lợi cho sự phát triển của Hệ thông tin địa lý, đặc biệt là sự giảm giá thành cùng với sự tăng kích thước bộ nhớ, tăng tốc độ tính toán của máy tính. Chính nhờ những thuận lợi này mà Hệ thông tin địa lý dần dần được thương mại hóa. Đứng đầu trong lĩnh vực thương mại phải kể đến các cơ quan, công ty: ESRI, GIMNS, Intergraph.... Chính ở thời kỳ này đã xảy ra “loạn khuôn dạng dữ liệu” và vấn đề phải nghiên cứu khả năng giao diện giữa các khuôn dạng. Năm 1977 đã có 54 Hệ thông tin địa lý khác nhau trên thế giới. Bên cạnh Hệ thông tin địa lý, thời kỳ này còn phát triển mạnh mẽ các kỹ thuật xử lý ảnh viễn thám. Một hướng nghiên cứu kết hợp Hệ thông tin địa lý và viễn thám được đặt ra và cùng bắt đầu thực hiện. Thập kỷ 80 được đánh dấu bởi các nhu cầu sử dụng Hệ thông tin địa lý ngày càng tăng với các quy mô khác nhau. Người ta tiếp tục giải quyết những tồn tại của 10
những năm trước mà nổi lên là vấn đề số hóa dữ liệu: sai số, chuyển đổi khuôn dạng... Thời kỳ này có sự nhảy vọt về tốc độ tính toán, sự mềm dẻo trong việc xử lý dữ liệu không gian. Thập kỷ này được đánh dấu bởi sự nảy sinh các nhu cầu mới trong ứng dụng Hệ thông tin địa lý như: Khảo sát thị trường, đánh giá khả thi các phương án quy hoạch, sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên, các bài toán giao thông, cấp thoát nước... Có thể nói đây là thời kỳ bùng nổ Hệ thông tin địa lý. Những năm đầu của thập kỷ 90 được đánh dấu bằng việc nghiên cứu sự hoà nhập giữa viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý. Các nước Bắc Mỹ và châu Âu gặt hái được nhiều thành công trong lĩnh vực này. Khu vực châu Á - Thái Bình Dương cũng đã thành lập được nhiều trung tâm nghiên cứu viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý. Rất nhiều hội thảo quốc tế về ứng dụng viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý được tổ chức nhằm trao đổi kinh nghiệm và thảo luận về khả năng phát triền các ứng dụng của công nghệ Hệ thống thông tin địa lý. [14] 1.2.3. Các thành phần của hệ thông tin địa lý Công nghệ GIS bao gồm 5 hợp phần cơ bản là: (Hình 1)  Thiết bị phần cứng: Máy vi tính, máy vẽ, máy in, bàn số hoá…  Phần mềm: ARC/INFO, MAPINFO, ILWIS, WINGIS,SPANS…  CSDL địa lý tổ chức theo chuyên ngành, mục đích nhất định  Kiến thức chuyên gia, chuyên ngành  Chính sách và cách thức quản lý 11