Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thông tin địa lý (HTTĐL) - Geographic information system (GIS): một tổ chức tổng thể của các hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành 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. HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý. (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - 1994)
PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT MƠ HÌNH TỐN VÀ HỆ THƠNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG NỘI DUNG TRÌNH BÀY Mơ hình tốn Hệ thơng tin địa lý (GIS) Liên kết mơ hình tốn GIS nghiên cứu TNMT Một số mơ hình tốn liên kết với GIS nghiên cứu địa lý Kết luận MƠ HÌNH TỐN LÀ GÌ? Mơ hình tốn học mơ hình trừu tượng sử dụng ngơn ngữ tốn để mơ tả hệ thống Một mơ hình tốn học thơng thường mơ tả hệ thống cách sử dụng tập biến hàm nhằm thiết lập mối quan hệ biến đó, biến đại diện cho vài thuộc tính hệ thống Các mối quan hệ tượng, hay yếu tố mơi trường biểu diễn quan hệ, hay (phương trình) tốn học Bằng cách nghiên cứu giải phương trình tốn ta hiểu tính chất tượng cần xem xét PHÂN LOẠI CÁC MƠ HÌNH TỐN HỌC Chỉ tiêu phân loại Loại mơ hình Cơ sở lý thuyết Mơ hình dựa sở lý thuyết Mơ hình phát sinh lý thuyết Mức độ đặc trưng Mơ hình hợp phần Mơ hình chung Tính mơ tả hay quy chuẩn mơ hình Mơ hình mơ tả Mơ hình quy chuẩn Mối quan hệ mơ hình với thời gian Mơ hình tĩnh Mơ hình động Tính ngẫu nhiên mơ hình Mơ hình tất định Mơ hình ngẫu nhiên Quy trình giải pháp mơ hình Mơ hình phân tích Mơ hình mơ ( Yan Liu - Modelling Urban Development with Geographical Information Systems and Cellular Automata) MƠ HÌNH TỐN Đầu vào Quy trình xử lý f(I) I O=f(I) Chức - Củng cố hiểu biết trình/ hệ thống - Cung cấp thông tin đồ qua phép biểu diễn - Cung cấp dự đoán khứ / tương lai từ quan sát (ngoại suy) - Nội suy dựa mẫu giới hạn quan sát Đầu O ƯU ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH TỐN Là cơng cụ khơng thể thiếu khảo sát hệ sinh thái phức tạp Sử dụng mơ hình khám phá tính chất hệ thống Nhờ mơ hình hồn thiện hiểu biết môi trường sinh thái Mô hình cơng cụ để thử nghiệm giả thuyết khoa học so sánh tranh thực tranh môi trường đơn giản hóa Xác định vấn đề Xây dựng mơ hình Thiết lập mơ hình QUY TRÌNH XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC Chuẩn hóa sản phẩm đầu Vận hành mơ hình mơ hình máy No Yes Thỏa mãn Quy trình mơ hình hóa hình thành HỆ THƠNG TIN ĐỊA LÝ Hệ thơng tin địa lý (HTTĐL) - Geographic information system (GIS): tổ chức tổng thể hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý người điều hành thiết kế hoạt động cách có hiệu nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích hiển thị tồn dạng liệu địa lý HTTĐL có mục tiêu xử lý hệ thống liệu môi trường không gian địa lý (Viện nghiên cứu môi trường Mỹ - 1994) CẤU TRÚC GIS Con người Phần mềm Dữ liệu GIS Quy trình Phần cứng CÁC THÀNH PHẦN CỦA CƠ SỞ DỮ LIỆU Dữ liệu vector (điểm, đường, vùng) Dữ liệu raster (DEM, ảnh…) Dữ liệu dạng mạng lưới (đường giao thông, đường điện….) Tập hợp liệu địa hình chiều Dữ liệu đo đạc Dữ liệu dạng địa Bảng liệu BẢN ĐỒ VIỄN THÁM VÀ HTTĐL LIÊN KẾT MÔ HÌNH TỐN VÀ HỆ THƠNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU TNMT Sự liên kết mơ hình tốn GIS nghiên cứu TNMT thể liên kết khối: Khối Mô hình tốn: chịu trách nhiệm tính tốn, mơ tượng thực tế phương trình, hàm… Khối GIS: môi trường để thể liệu khối Mơ hình tốn Khối GIS có chức vẽ lớp đồ đồng thời hỗ trợ thao tác để làm việc đồ… Khối TNMT: tài nguyên, tượng môi trường hay đối tượng có ảnh hưởng trực tiếp đến tài ngun mơi trường LIÊN KẾT MƠ HÌNH TỐN VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG NGHIÊN CỨU TNMT Ba khối có mối liên hệ với nhau: Khối GIS không công cụ vẽ lớp đồ địa lý mà vẽ lớp đối tượng môi trường từ liệu khối tài Khối Môi trường cung cấp liệu để khối mô hình tạo kịch có liệu để tính tốn theo mơ hình ngun mơi trường Nhờ mơ đối tượng môi trường cách trực quan sát thực tế Sau tính tốn xong, để hiển thị kết quả, khối Mơ hình cần liên kết khối GIS để thị kết cách trực quan lên đồ MỘT SỐ MƠ HÌNH TỐN LIÊN KẾT VỚI GIS TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA LÝ Mơ hình USLE nghiên cứu xói mòn đất • A = R x K x LS x C x P BẢN ĐỒ VIỄN THÁM VÀ HTTĐL Mơ hình HEC-HMS tính tốn lũ MƠ HÌNH USLE Soil Loss Equation (phương trình đất tổng quát) mơ hình tốn học dùng •Universal để miêu tả q trình xói mòn đất phát triển từ thí nghiệm mơ liên quan đến xói mòn lượng mưa gồm •Được thơng số nhằm dự đốn lượng đất theo trung bình năm thời gian dài (A) Phương trình: A=R.K.L.S.C.P Trong đó: A: Lượng đất bình quân năm (tấn/ha/năm) R: Hệ số xói mòn mưa (J/m2.mm/ha) K: Hệ số bào mòn đất (tấn/ha/đơn vị số xói mòn) L: Chiều dài sườn dốc (m) S: Độ dốc (o) C: Hệ số lớp phủ thực vật P: Hệ số canh tác bảo vệ đất MƠ HÌNH USLE Bản đồ lượng mưa Hệ số R Bản đồ địa hình Hệ số LS Bản đồ xói mòn tiềm Hệ số K Bản đồ thổ nhưỡng Hệ số C Bản đồ xói mòn thực Bản đồ lớp phủ thực vật tế Hệ số P CSDL đầu vào Bản đồ hệ số Bản đồ kết GIS MƠ HÌNH USLE Ta cần xây dựng: • • • • • Bản đồ hệ số R Bản đồ hệ số K Bản đồ hệ số LS Bản đồ hệ số C Bản đồ hệ số P Bản đồ xói mòn tiềm năng: X= R*K*LS Bản đồ trạng xói mòn: A= X*C*P BẢN ĐỒ VIỄN THÁM VÀ HTTĐL Bản đồ hệ số R • • Công thức áp dụng miền Bắc Việt Nam (theo nghiên cứu Nguyễn Trọng Hà) R= 0.548257* P - 59.98 Với R: Hệ số xói mòn mưa trung bình năm (J/m2) P- lượng mưa trung bình hàng năm (mm/năm) Quy trình tính tốn đồ hệ số mưa (R) từ số liệu đo đạc Bản đồ hệ số K • • • • • • • • Hệ số kháng xói đất (K) xây dựng từ đồ thổ nhưỡng, thể khả chống xói mòn đất theo khơng gian Được tính nhiều phương pháp Ví dụ dựa vào cơng thức tốn đồ Wischmeier Smith (1978) Cơng thức: 100*K = 2,1.10 – 4*M*1,14*(12-a) + 3,25*(b-2) + 2,5*(c-3) Trong đó: K hệ số kháng xói đất (tấn/Mj.h/mm) M: trọng lượng cấp hạt M tính theo cơng thức: (%) M = (%limon + % cát mịn)*(100% - %sét) a: hàm lượng chất hữu đất (%) b: hệ số phụ thuộc vào hình dạng, xếp loại kết cấu đất c: hệ số phụ thuộc khả tiêu thấm đất Quy trình thành lập đồ hệ số K thành lập đồ nhưỡng từ thổ Bản đồ hệ số LS • Theo cơng thức Bruch (1986) n 1,3 LS = (([Flow Accumulation]*Cellsize/22,13) )*((Sin([slope]*0,01745))/0,0896) Quy thành Trong đó: • • • • • • LS: Hệ số thể ảnh hưởng địa hình đến xói mòn Flow Accumulation: Giá trị dòng tích lũy Slope: Bản đồ độc dốc theo phần trăm n: Thông số thực nghiệm; n = 0,2 S < 1% ; n = 0,3 1% < S < 3.5%; n = 0,4 3.5% < S < 4.5% ; n = 0,5 S > 5% S: độ dốc sườn lập đồ hệ số LS từ mơ hình số độ cao Cellsize: Kích thước pixel DEM trình Bản đồ hệ số C Bản đồ hệ số che phủ đất (C) xây dựng dựa vào số thực vật (NDVI) theo cơng • thức De Jong (1994) sau: C = 0,431- 0,805 x NDVI • NDVI = (NIR-RED)/(RED+NIR) Trong đó: NIR cường độ phản xạ đối tượng mặt đất bước sóng cận hồng ngoại RED cường độ phản xạ đối tượng mặt đất bước sóng đỏ Bản đồ hệ số P • Đối với điều kiện canh tác chủ yếu theo đường đồng mức giá trị P tính theo cơng thức Wischmeier Smith (1978) Quy trình thành lập đồ hệ số P Từ đồ độ dốc tính tốn giá trị P theo bảng Wischmeier Smith (1978) phần mềm ArcGIS 9.3, ta xây dựng đồ hệ số P Bản đồ xói mòn tiềm X= R*K*LS X: Lượng đất xói mòn tiềm R: Hệ số xói mòn mưa K: Hệ số kháng xói đất LS: Hệ số xói mòn địa hình Bản đồ xói mòn tiềm nhằm thể mức độ xói mòn với giả sử khơng có lớp phủ thực vật biện pháp chống xói mòn Bản đồ nhằm thể ảnh hưởng điều kiện tự nhiên (lượng mưa, loại đất, độ dốc, độ dài sườn dốc) đến xói mòn đất Sau xây dựng đồ hệ số R, K, LS sử dụng chức chồng xếp đồ hệ số GIS, thu đồ xói mòn tiềm huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ Bản đồ trạng xói mòn A= X*C*P Cách thành lập tương tự đồ xói mòn tiềm Nhưng đồ trạng xói mòn tính đến ảnh hưởng lớp phủ biện pháp chống xói mòn Từ kết xử lý liệu đồ, thống kê diện tích theo mức độ xói mòn đất theo tiêu chuẩn Việt Nam bảng sau KẾT LUẬN Phương pháp mơ hình tốn GIS có nhiều ưu điểm, bên cạnh đó, phương pháp tồn hạn chế, điểm mạnh vượt trội Mỗi loại mơ hình có điểm mạnh hạn chế riêng, cần xem xét yêu cầu tốn, điều kiện xây dựng mơ hình để lựa chọn mơ hình thích hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS ỨNG Lê DỤNG Văn MÔ Nghinh, HÌNH ThS Phạm HEC-HMS Xn TÍNH Hòa, KS TỐN LŨ Nguyễn TRÊN Đức CÁC Hạnh SÔNG TỈNH QUẢNG TRỊ & BÌNH ĐỊNH Trần Quốc Vinh, Đặng Hùng Võ, Đào Châu Thu ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ ĐÁNH GIÁ XĨI MỊN ĐẤT ĐỒI GỊ HUYỆN TAM NƠNG TỈNH PHÚ THỌ Tạp chí Khoa học Phát triển 2011: Tập 9, số 5: 823 – 833 PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch, TS Dương Văn Khảm Địa thông tin ứng dụng NXB Khoa học kĩ thuật, 2012 Website: http://www.vidagis.com.vn/ http://vi.wikipedia.org/ http://www.climategis.com/ http://www.geoviet.vn/ Thank you for your attention! ... hình Mơ hình mơ tả Mơ hình quy chuẩn Mối quan hệ mơ hình với thời gian Mơ hình tĩnh Mơ hình động Tính ngẫu nhiên mơ hình Mơ hình tất định Mơ hình ngẫu nhiên Quy trình giải pháp mơ hình Mơ hình phân... BÀY Mơ hình tốn Hệ thơng tin địa lý (GIS) Liên kết mơ hình tốn GIS nghiên cứu TNMT Một số mơ hình tốn liên kết với GIS nghiên cứu địa lý Kết luận MƠ HÌNH TỐN LÀ GÌ? Mơ hình tốn học mơ hình trừu... ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH TỐN Là cơng cụ khơng thể thiếu khảo sát hệ sinh thái phức tạp Sử dụng mơ hình khám phá tính chất hệ thống Nhờ mơ hình hồn thiện hiểu biết môi trường sinh thái Mô hình cơng