Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong công tác điều tra, theo dõi và quản lý thảm cây xanh, cây cổ thụ góp phần bảo vệ cảnh quan môi trường tại Quận Ba Đình - Hà Nội

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Cây xanh, cây bóng mát có vai trò quan trọng trong đời sống của con người. Hệ thống cây xanh từ lâu được coi như lá phổi của trái đất, có tác dụng bảo vệ và cải thiện môi trường. Tại các thành phố lớn với mật độ dân số đông và hoạt động công nghiệp phát triển như Hà Nội, cây xanh lại càng trở nên quan trọng [1]. Lễ kỷ niệm 1000 năm Thăng Long – Hà Nội đang đến gần, việc thống kê các di sản quý giá cuả thủ đô là hết sức cần thiết. Chính vì vậy Liên Hiệp hội Khoa học Việt Nam đã giao cho Trung Tâm giáo dục Môi trường đề tài “Xây dựng ATLAS cây cổ thụ Hà Nội”. Mục tiêu của đề tài là điều tra, lập lý lịch, xây dựng bản đồ phân bố và đề xuất các biện pháp bảo vệ cây cổ thụ của thủ đô. Thời gian thực hiện đề tài từ năm 2007 đến năm 2009. Để tiết kiệm thời gian, tăng giá trị khoa học của đề tài, chúng tôi đã thử áp dụng phương pháp GIS trong công tác điều tra, xây dựng bản đồ cây cổ thụ. Phương pháp này nếu thành công có thể được áp dụng để điều tra quy hoạch hệ thống cây xanh trong phạm vi toàn quốc. Vì tầm quan trọng và triển vọng của phương pháp trên, chúng tôi tiến hành xây dựng đề tài “Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong công tác điều tra, theo dõi và quản lý thảm cây xanh, cây cổ thụ góp phần bảo vệ cảnh quan môi trường tại Quận Ba Đình - Hà Nội”. 1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu - Sử dụng viễn thám và GIS để nâng cao tính khoa học trong quản lý cây cổ thụ. Thử nghiệm phương pháp viễn thám và GIS trong công tác điều tra, giám sát và quản lý cây cổ thụ của thành phố Hà Nội. - Xây dựng bản đồ phân bố cây cổ thụ Quận Ba Đình tỷ lệ 1: 5000. PHẦN 2: TỔNG QUAN CỦA VẤN ĐỂ NGHIÊN CỨU 2.1. Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu 2.1.1. Khái quát về cây cổ thụ Cổ thụ là những cây gỗ sống lâu năm. Chúng có kích thước cao, to, dáng vẻ uy nghi. Chúng thường là những vật thể mang đầy tính biểu tượng tâm linh, văn hóa lịch sử. Giải thích từ ngữ: “Cây cổ thụ là cây thân gỗ lâu năm được trồng hoặc tự nhiên, có độ tuổi trên 50 năm” [16]. Có rất nhiều quan niệm khác nhau về cây cổ thụ. Tuy nhiên, cây cổ thụ trong đề tài nghiên cứu đã được thống nhất là các cây gỗ có độ tuổi trên 50 năm và đường kính trên 50 cm. 2.1.2. Vai trò cây cổ thụ Giá trị môi trường. Cây cổ thụ không chỉ là nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá, tạo nên sự hài hoà giữa thiên nhiên và con người. Bảo vệ cây cổ thụ là bảo vệ môi trường sinh thái, là một vấn đề vô cùng to lớn mang ý nghĩa toàn cầu. Giá trị bảo tồn nguồn gen. Các cây cổ thụ nhìn chung đều là những cây quý hiếm, có giá trị kinh tế cao và một số cây là các cây nhập nội. Trong điều kiện tự nhiên một số loài cây quý hiếm đã bị săn lùng khai thác đến cạn kiệt, khả năng tái sinh tự nhiên là rất khó khăn. Bởi vậy, việc trồng các những loài cây quý hiếm là việc bảo tồn các nguồn gen có giá trị. Giá trị văn hóa lịch sử. Các cây cổ thụ đều mang truyền thống văn hóa dân tộc do đó nó được xem như một di sản văn hóa . 2.2. Tình hình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước về cây cổ thụ 2.2.1. Tình hình quản lý chăm sóc bảo tồn cây cổ thụ trên thế giới Mặc dù nhiều cây cổ thụ được coi là "quốc bảo" và được bảo vệ nghiêm ngặt nhưng vẫn đứng trước các nguy cơ bị suy giảm nghiêm trọng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên, trong đó nguyên nhân chủ yếu là do sự tàn phá của con người như: Các hoạt động khai thác chặt phá cây để lấy gỗ, các sản phẩm ngoài gỗ hoặc để lấy địa điểm để xây dựng các công trình… Ngoài ra các tác động của thiên tai như gió bão, hạn hán cháy rừng xảy ra hàng năm cũng đã làm mất đi hàng loạt cây cổ thụ quý. Một nguyên nhân nữa cũng không kém phần quan trọng làm suy giảm chất lượng cũng như số lượng cây cổ thụ trên thế giới là sâu bệnh hại cây. Trong khi bản thân cây cổ thụ là những cây già cỗi, khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường kém thì các cơ quan chức năng cũng như đa số người dân lại chưa có các giải pháp hữu hiệu trong việc quản lý. Sớm nhận thấy tình trạng đó rất nhiều tổ chức quốc tế cũng như rất nhiều quốc gia đã có nhiều chương trình hành động nhằm bảo tồn nguồn di sản quý giá này. Hàng năm tổ chức Môi trường Liên hiệp quốc UNEP đều có các chương trình hành động bảo tồn đa dạng sinh học, trong đó có việc bảo tồn cây cổ thụ trên toàn thế giới. Tại nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Nhật Bản ... cây cổ thụ được đánh số nhằm mục đích kiểm soát được số lượng của cây, dễ dàng hơn trong việc quản lý. Ở Mexico, một đất nước có nhiều cây cổ thụ nổi tiếng thế giới các nhà quản lý nơi đây đang có chương trình chăm sóc bảo vệ cây cổ thụ một cách chu đáo. Một bài báo gần đây đã cho biết ‘ Thế giới cần 10-15 tỷ USD đề bảo vệ rừng mỗi năm’. Các nhà khoa học Panama nghiên cứu về rừng cây nhiệt đới Amazon cho biết nạn phá rừng ở đây đã đến mức báo động. Rừng bị tàn phá và bị chia cắt đã đưa những luồng gió nóng đến, làm cho nhiều cây lớn bị chết sớm. Nhiều loài cây lấy gỗ, các thảm thực vật và nhiều loài động vật sống dựa vào các cây cổ thụ đang biến mất khỏi khu rừng rậm nhiệt đới, tốc độ nhanh hơn so với dự báo trước đây. William Laurance thuộc Viện nghiên cứu nhiệt đới Smitsonit ở Panama cho biết nhiều loài cây ở rừng nhiệt đới Amazon có thể sống hàng trăm năm thậm chí là hàng ngàn năm…Qua nghiên cứu 32.000 cây rừng nhiệt đới Amazon suốt 32 năm cho thấy trong một thập kỷ, những loài cây cổ thụ hàng nghìn năm tuổi đã bị hủy hoại nghiêm trọng [24]. Như vậy, trên thế giới vấn đề cây cổ thụ đã được nhiều nước quan tâm, bên cạnh đó một số nước vẫn còn thờ ơ trong vấn đề này. 2.2.2. Tình hình quản lý chăm sóc bảo tồn cây cổ thụ Việt Nam Ở nước ta hiện đã có khá nhiều các chương trình hành động bảo vệ hệ thống cây xanh cũng như các cây cổ thụ. Ví dụ như : Chương trình quản lý cây xanh trên các đường phố thủ đô Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Nha Trang ... Tổ chức Cộng đồng châu Âu tài trợ Công ty công trình đô thị Trà Vinh 237.000 euro thực hiện dự án bảo vệ cây xanh và trồng mới 20.000 cây xanh trên địa bàn thị xã Trà Vinh. Thị xã Trà Vinh hiện có 9.600 cây xanh với nhiều chủng loại, trong đó có 650 cây cổ thụ gồm: sao, dâu, me… hơn 100 năm tuổi. Đây là đô thị có nhiều cây cổ thụ nhất ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long [25]. Chương trình quản lý cây xanh trong khu Đại Nội của cung đình Huế Có rất nhiều các bài viết phản ánh tình trạng xuống cấp của cây cổ thụ ở nhiều nơi và sự cần thiết phải có những dự án bảo tồn chúng. Tuy nhiên thực tế tại nước ta vẫn chưa có một dự án bảo tồn cây thụ nào lớn mà hầu hết là những chương trình quản lý các cây cổ thụ riêng lẻ ở các địa điểm đặc biệt di tích lịch sử quan trọng. Một vấn đề nữa, đó là cây xanh đô thị nói chung và cây cổ thụ nói riêng chỉ do một cơ quan quản lý đó là Công ty công viên cây xanh, do đó cần có sự phối hợp của nhiều ban ngành liên quan, đặc biệt là cây cổ thụ phải được bảo vệ theo cách riêng - nó không đơn giản như bảo vệ cây xanh đô thị chung nói chung. 2.2.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng tin học để quản lý cây xanh đô thị 2.2.3.1. Nghiên cứu ứng dụng tin học để quản lý cây xanh đô thị trên thế giới Những ứng dụng của máy tính trong quản lý cây xanh đường phố đã xuất hiện từ những năm 1970 nhờ việc sử dụng những máy tính lớn Mainframe ở Hoa kỳ. Ứng dụng máy tính này cho phép những người quản lý cây ở thành phố có thể truy nhập dữ liệu hiệu quả hơn và cung cấp một cách nhanh chóng tóm tắt dữ liệu những thông số cho quản lý cây xanh theo Miller 1997 [21]. Tuy vậy, sau đó người ta nhận thấy những hệ thống này đòi hỏi cường độ lao động cao và chúng yêu cầu phải bảo trì thường xuyên và rất tốn kém thời gian. Một khó khăn nữa là những máy tính này phải được dùng chung với những ban ngành khác trong chính phủ địa phương. Vào những năm 1980 nhờ sự phát triển mạnh mẽ của tin học nên tăng nhanh về số người sử dụng và số đợt truy nhập vào dữ liệu cây xanh. Máy tính ngày nay đã có bộ nhớ rất lớn và tốc độ xử lý nhanh với giá thành hạ. Máy vi tính có thể cũng được sử dụng cho những công việc khác như: soạn thảo văn bản, xử lý dữ liệu và quản lý tài chính nên việc trang bị máy tính đã trở nên phổ biến. Những cơ quan quản lý cây xanh đô thị có thể thiết kế chương trình quản lý của chính mình hoặc mua những chương trình thương mại để tăng cường hiệu quả công việc. Việc lựa chọn phần mềm thích hợp yêu cầu người quản lý phải hểu rõ những mục tiêu quản lý và biết được phần mềm nào sẽ đáp ứng được những mục tiêu đó. Phần mềm được chọn lựa không chỉ đáp ứng được những yêu cầu hiện tại mà phải cho phép bạn mở rộng khả năng nếu cần thiết và phải bao gồm cả những chức năng tuy chưa xuất hiện nhưng có vai trò quan trọng trong tương lai. Tuy nhiên, đối với các cơ quan quản lý không có khả năng phát triển phần mềm thì việc mua chương trình thương mại vẫn kinh tế hơn là phát triển phần mềm của chính mình. Tuy vậy nếu tự phát triển phần mềm thì khả năng lập trình sẽ dễ dàng đáp ứng kịp thời những nhu cầu của công việc quản lý cây xanh trong tương lai. Thông thường một phần mềm quản lý cây xanh đô thị theo Smiley cần có sáu chức năng sau đây [22]:. Lưu trữ hồ sơ dữ liệu cây xanh: Lưu trữ dữ liệu cây xanh và tạo điều kiện dễ dàng để thông tin có thể được truy cập, cập nhật, bổ sung mới, hay xóa bỏ chúng Lưu trữ quá trình của công việc: Ghi nhận và lưu trữ dữ liệu về mọi hoạt động kể cả về số lượng, thời gian yêu cầu và thực tế để hoàn thành từng công việc, thiết bị sử dụng, ngày tháng, và thông tin về những cá nhân thực hiện những công việc quản lý đó. Lưu trữ kiến nghị, yêu cầu của cộng đồng: những đề nghị, yêu cầu của những người dân về dịch vụ cây xanh, ngày tháng kiến nghị và mọi phản hồi từ cơ quan quản lý, kể cả mọi biện pháp liên quan. Tổng kết về kế hoạch và công tác quản lý: ba chức năng ở trên về hồ sơ dữ liệu sẽ được phân tích, tóm tắt để lập báo cáo và đặt kế hoạch biện pháp và quản lý, kể cả dự toán ngân sách. Những danh sách cây xanh cần xử lý: bao gồm những cây cần phải áp dụng biện pháp chăm sóc hay xử lý và thành lập được những bảng về thứ tự công việc, bao gồm những cây cần loại bỏ ngay lập tức, cây cần phải gia cố bằng dây cáp, hoặc cần những bảo trì chăm sóc đặc biệt. Bản đồ vi tính: sẵn sàng trên những hệ thống máy tính nhất định, cho phép sản xuất những bản đồ vị trí của cây xanh và thể hiện đặc tính từng cây xanh. Gần đây hơn, Wagar và Smiley (1990) mô tả hệ thống máy tính có khả năng hỗ trợ quản lý cây xanh đô thị kể cả một số phần mềm thương mại. Các chức năng của những hệ thống này được mô tả theo thứ tự tầm quan trọng như sau [22]. Truy xuất, trình bày, và kiểm tra dữ liệu. Chức năng này nhằm tạo nên những câu trả lời nhanh chóng cho những yêu cầu về code địa chỉ hoặc vị trí nhằm thực hiện công việc kiểm kê và cung cấp thông tin tức thời. Đồng thời, đối với nhiều nhu cầu về quản lý thì những thông tin về giống cây, ngày tháng, những cá nhân sở hữu hay quản lý cây, hoặc những biện pháp đã được áp dụng nhiều khi cũng rất quan trọng. Thiết lập thứ tự công việc. Cần có danh sách những công việc và biện pháp được lựa chọn để áp dụng cho những cây xanh nhất định trong những vùng đã được quyết định hay dựa trên những yêu cầu, kiến nghị hay phản hồi của cộng đồng. Tất nhiên dữ liệu về thời điểm có nhu cầu, thời gian áp dụng biện pháp và hoàn thành công việc cũng cần được lưu trữ. Tính toán giá trị của cây xanh. Qua việc áp dụng phương pháp tính giá trị để lưu trữ dữ liệu về giống loài, đường kính, đánh giá tình trạng và vị trí, giá trị của bất kỳ cây xanh nào cũng có thể được xác định. Thông tin này thường rất hữu ích khi viết báo cáo và ước tính kinh phí quản lý và bảo trì. Tổng kết thông tin. Tóm tắt cung cấp thông tin về một nhóm cây hay cây trong một vùng nhất định. Thông tin tóm lược này có thể rất hữu ích bao gồm giống loài, kích thước, giá trị và tình trạng, công việc cần thiết để để có thể áp dụng biện pháp bảo trì, số kinh phí để thực hiện các nhiệm vụ. Bản đồ vị trí cây xanh. Việc sử dụng kỹ thuật đo vẽ bản đồ cho phép tạo ra bản đồ thể hiện vị trí cây xanh. Tạo đồ thị. Thể hiện các thông số cây đồ thị như tính đa dạng giống loài, phân bố cây có đường kính khác nhau, và tình trạng cây xanh dưới dạng đồ thị sẽ làm thông tin trở nên dễ hiểu, khả năng truyền cảm nhanh chóng hơn và thông tin sẽ có tính thuyết phục cao hơn. Theo dõi chi phí bảo quản và tình trạng sinh trưởng của những loài cây khác nhau. Khả năng xác định kinh phí thích hợp cho những nhiệm vụ bảo trì quản lý khác nhau bao giờ cũng rất cần thiết và quan trọng. Lưu trữ đầy đủ những thông tin như vậy về những công việc đã thực hiện, giá thành, và nhân công sẽ cho phép dễ dàng ước tính những thông số sau: kinh phí thực hiện các loại công việc, mà nhu cầu công việc bảo trì và giá thành cho những giống loài cây khác nhau, biện pháp phải thực hiện ở tại những thời điểm nào và loại công việc nào, và cho phép biết được khi nào thì giá thành bảo trì sẽ vượt quá giá thành thay cây mới. Dữ liệu lưu trữ về quá trình sinh trưởng của cây cũng giúp cho ta đánh giá được mức độ thích hợp với từng loại cảnh quan của từng giống cây. Dự báo khối lượng công việc trong tương lai. Việc có thể dự báo công việc trong tương lai cho phép lập kế hoạch về nhân sự và thiết bị, chuẩn bị và tìm nguồn ngân quỹ và quyết định kế hoạch thay thế hay trồng mới cây xanh. Những hệ thống máy tính quản lý cây xanh cũng cần phải có tính "dễ sử dụng" nhưng đồng thời phải đi kèm tài liệu hướng dẫn và tham khảo đầy đủ để người sử dụng có thể tự giải quyết vấn đề khi cần thiết. Những công cụ trợ giúp cùng với thiết kế giao diện hợp lý và hệ thống tài liệu hướng dẫn, và tham khảo kèm theo có thể giúp người sử dụng tự hỗ trợ. Tuy nhiên, nhà phát triển phần mềm cần bảo đảm với người sử dụng là họ sẵn lòng đáp ứng mọi câu hỏi trong tương lai khi người sử dụng cần giúp đỡ. Chi phí của hỗ trợ kỹ thuật thường biến động lớn phụ thuộc vào hệ thống phần mềm. Một số phần mềm chỉ được hỗ trợ trong năm đầu tiên sau khi mua trong khi những phần mềm khác đòi hỏi người dùng phải trả một khoản phí hỗ trợ hàng năm. Có thể thấy việc ứng dụng GIS trong công tác điều tra cây là một công cụ rất hữu ích. Tác dụng nổi bật của GIS là có thể giúp quản lý tất cả những khía cạnh của hệ thống sinh thái chứ không phải chỉ tập trung vào một bộ phận riêng biệt nào đó. 2.2.3.2. Nghiên cứu ứng dụng tin học để quản lý cây xanh đô thị ở Việt Nam Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Hệ thống cây xanh thành phố Hà Nội được xây dựng và phát triển trên ngôn ngữ Microsoft FOXPRO phiên bản Verison3.0. Đây là một phần mềm chuyên về quản trị cơ sở dữ liệu với khả năng tính toán nhanh và phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là ở Bắc Việt Nam. Phần mềm này cho phép phát triển các ứng dụng về quản trị cơ sở dữ liệu, đặc biệt nó làm việc tốt với các tệp tin có rất nhiều bản ghi [1]. Phần mềm quản lý cây xanh đô thị ở Việt Nam cần có các chức năng sau: 1. Truy xuất, trình bày, kiểm tra dữ liệu. Đặc biệt quan trọng đối với công tác quản lý thì thông tin về loài cây: tên Việt Nam và tên khoa học, các cá nhân sở hữu hoặc quản lý cây và các biện pháp đã được áp dụng từ các năm trước. 2. Thứ tự công việc cần thực hiện. Phải có danh sách công việc và biện pháp để có thể áp dụng cho việc quản lý cây xanh và những việc này cũng cần được lưu trữ. 3. Tính toán giá trị của cây xanh qua việc áp dụng công thức giá trị để lưu trữ dữ liệu về giống loài, đường kính, đánh giá tình trạng, vị trí, giá trị bất kỳ của cây xanh nào cũng có thể xác định. Thông tin này thường rất hữu ích khi viết báo cáo và ước tính kinh phí quản lý và bảo trì. 4. Bản đồ vị trí cây xanh: Qua việc sử dụng GPS sẽ xác định tọa độ cây từ đó tạo ra được bản đồ phân bố cây xanh. 5. Cần có các dữ liệu lưu trữ về quá trình sinh trưởng của cây qua các năm để tìm ra được môi trường thích hợp cho từng loại cây. 6. Dự báo trong tương lai. Khả năng dự báo trong tương lai cho phép các nhà quản lý đưa ra các kế hoạch dài hạn cho con người và thiết bị, chuẩn bị ngân sách và quyết định các kế hoạch một cách cụ thể. 2.2.4. Cơ sở lý thuyết và hệ thống thông tin địa lý 2.2.4.1. Cơ sở dữ liệu Khái niệm về cơ sở dữ liệu [19] Từ lâu trên thế giới, tồn tại các cơ sở dữ liệu như Xbase, Dbase, Foxpro, Ca – Cliper. - Cơ sở dữ liệu được sử dụng như một công cụ để lưu trữ và diễn giải các trường thuộc tính của mẩu tin. - Dữ liệu thường được lưu trữ trong các bảng trong cơ sở dữ liệu trên môi trường Client/ Server. - Ngoài các bảng dữ liệu còn có nhiều khái niệm khác tương quan với table như dữ liệu (Data), ràng buộc (Constraint), chỉ mục (Indexs), tiêu chuẩn (Rules), Trigger và các thủ tục (Stored Proceduer). - Trong cơ sở dữ liệu Mapinfo, ngoài bảng dữ liệu còn có các đối tượng khác như truy vấn (Query), biểu mẫu (Form), báo cáo (Report), Macro, data access page và module (lập trình VBA) Cơ sở dữ liệu quan hệ [19] - Quan hệ hay còn gọi là Relationships, là mối quan hệ giữa hai bảng dữ liệu với nhau, khi một hay nhiều Trường (Field) khoá từ một bảng dữ liệu này có liên quan đến một hay nhiều Trường (Field) khoá trên các bảng khác. - Quan hệ là sự cần thiết trong quá trình chuẩn hóa dữ liệu. Chuẩn hoá hay còn gọi là Nomalization là quá trình giới hạn sự trùng lặp dữ liệu trong hệ thống cơ sở dữ liệu. - Để chuẩn hoá dữ liệu sẽ tạo ra nhiều bảng dữ liệu và phát sinh ra nhiều mối quan hệ giữa các bảng với nhau. Nhưng thay vào đó, bảo đảm dữ liệu sẽ không bị trùng lặp. - Tuy nhiên, khi tách dữ liệu ra nhiều bảng với nhau, nhưng đối với người sử dụng, cần thiết phải trình bày dữ liệu dưới dạng một thực thể đơn. - Để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng trong công tác quản lý, cần phải tạo các quan hệ giữa các bảng. - Sau đó, sử dụng các đối tượng khác của cơ sở dữ liệu để kết hợp dữ liệu lại với nhau thành một bảng dữ liệu như người sử dụng mong đợi. - Để thực hiện quá trình này và cho kết quả như mong đợi, cần phải thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu với độ tối ưu, nhằm cho phép tạo liên kết giữa các bảng một cách logic, để kết xuất kết quả như mong đợi - Sau khi tạo quan hệ giữa các bảng với nhau, có thể xây dựng các đối tượng khác như Form, Query, Report ... để kết nối dữ liệu từ nhiều Table hay Query. - Bằng cách này, lợi ích của việc chuẩn hoá dữ liệu và thiết lập quan hệ để xuất thông tin như người sử dụng cần thiết. - Thông thường triển khai trong mạng cục bộ, tốc độ có độ ưu tiên sau chuẩn hoá dữ liệu và tính liên kết dữ liệu. 2.2.5. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Khái niệm chung GPS viết tắt từ chữ tiếng Anh: Global Positioning System, tạm dịch là  Hệ thống định vị toàn cầu. Thực chất, một GPS là một hệ thống anten thu nhận tín hiệu vệ tinh,  được nối với một máy tính đã cài sẵn phần mềm xử lý. Nguồn năng lượng cung cấp cho GPS thường là pin hoặc acqui [11]. Sơ lược lịch sử hình thành GPS Thời thượng cổ con người định vị bằng cách đánh dấu lên thân cây, vách hang, sau đó dựa vào vị trí các vì sao bằng các công cụ khá tinh xảo và các tính toán phức tạp, nhất là trong các chuyến đi biển. Năm 1960, không quân và hải quân Mỹ bắt đầu các dự án nghiên cứu việc dẫn đường và định vị bằng vệ tinh. Năm 1978 Block 1 với 11 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu GPS (Globe Positioning System) được Mỹ đưa lên quỹ đạo. Hai năm sau đó đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh mới bắt đầu hoạt động. Người Nga lập tức đặt vào quĩ đạo các vệ tinh đầu tiên của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GLONASS vào năm 1982 [11]. Hiện nay Liên minh châu Âu (EU) cũng đã nghiên cứu, chế tạo hệ thống vệ tinh định vị, dẫn  đường toàn cầu GALILEO hoàn toàn dùng cho mục đích dân sự. GALILEO sẽ trở thành hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu chính xác nhất thế giới. Nhưng hiện nay GPS vẫn đang giữ địa vị độc tôn, thiết bị và công nghệ thu GPS được Mỹ bán rộng rãi cho các nước [11]. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý xác định toạ độ của hệ thống GPS là thiết bị thu GPS nhận tín hiệu radio từ các vệ tinh định vị với đầy đủ thông tin chính xác về quĩ đạo cũng như thời gian. Dựa trên các thông số đó, toạ độ chính xác của thiết bị thu GPS được xác định. GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái dự bị) chuyển động trên các quỹ đạo chung quanh trái đất, mạng lưới theo dõi  và người sử dụng GPS [27]. Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm. Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào, cũng có thể “nhìn thấy” từ 4-8 vệ tinh với góc cao lớn hơn 150. Mỗivệ tinh phát 2 tín hiệu trên dải sóng L (L1=1575.42MHZ, L2=1227,60MHZ) [27]. Mạng lưới theo dõi bao gồm một trạm chủ, 5 trạm theo dõi và 3 trạm kiểm soát mặt đất. Nhiệm vụ của mạng lưới này là báo trước các quỹ đạo, chuẩn hóa các đồng hồ, nạp dữ liệu cho vệ tinh và theo dõi chúng [27]. 2.2.6. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý - HTTĐL (Geographic Information System - gọi tắt là GIS) [12]. HTTĐL là một nhánh của công nghệ thông tin, được hình thành vào những năm 60 của thế kỷ trước và phát triển rất mạnh mẽ trong những năm gần đây. HTTĐL được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ [12]. Ngày nay, HTTĐL đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới. HTTĐL 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 thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của dữ liệu đầu vào. Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa HTTĐL: “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành thông tin có ích” - theo Calkin và Tomlinson, 1977 [12]. Theo định nghĩa của ESRI (Enviroment System Research Institute) thì “Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”[12]. Cho đến nay, đã thống nhất quan niệm chung là: “HTTĐL là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định” [12]. Nếu xét dưới góc độ hệ thống, thì HTTĐL có thể được hiểu như một hệ thống các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở trí thức chuyên gia, nơi tập hợp các định hướng, chủ trương ứng dụng của nhà quản lý, các kiến thức chuyên ngành và các kiến thức về công nghệ thông tin. Chính tập hợp các trí thức chuyên gia này sẽ quyết định xem HTTĐL sẽ được xây dựng ứng dụng theo mô hình nào, lộ trình và phương thức tổ chức thực hiện như thế nào. Chỉ trên cơ sở đó mới quyết định xem HTTĐL định xây dựng đảm đương các chức năng trợ giúp quyết định gì và cũng mới có thể quyết định về nội dung, cấu trúc hợp phần còn lại còn hệ thống cũng như cơ cấu tài chính cần đầu tư cho việc hình thành và phát triển HTTĐL [12]. Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS. Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, HTTĐL có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có tọa độ (bản đồ) để biến chúng thành các thong tin trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý. Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia [12]. Do các ứng dụng HTTĐL, trong thực tế quản lý nhà nước có tính đa dạng và phức tạp xét về cả khía cạnh tự nhiên, xã hội khía cạnh quản lý, những năm gần đây HTTĐL thường được hiểu như một hệ thống thông tin đa quy mô và đa tỷ lệ. Tùy thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống có thể phải tích hợp thông tin ở nhiều mức khác nhau, nói đúng hơn, là các tỷ lệ khác nhau. Các ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý thông qua chức năng xử lý phân tích dữ liệu có những ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực [12]. Bảng 2.1. Các ứng dụng của Hệ thống thông tin địa lý Lĩnh vực  Ứng dụng   1. Hỗ trợ trong quản lý  - Hỗ trợ trong định vị ống ngầm, cáp ngầm. - Hỗ trợ trong quy hoạch - Trong mạng lưới dịch vụ viễn thông - Trong quy hoạch theo dõi sử dụng năng lượng   2.Quản lý tài nguyên và môi trường  - Nghiên cứu thích hợp mùa vụ - Trong quản lý đất nông nghiệp, quản lý rừng nguồn nước và đất ẩm ướt - Phân tích các tác động môi trường - Giám sát các thảm họa thiên nhiên và giảm nhẹ các ảnh hường - Giám sát chất thải môi trường   3. Mạng lưới giao thông  - Hướng dẫn, điều khiển giao thông (lịch trình, tuyến đường) - Vị trí nhà và đường - Lựa chọn khu vực - Dịch vụ y tế - Quy hoạch giao thông   4. Quy hoạch và xây dựng  - Quy hoạch đô thị - Quy hoạch vùng - Tuyến, vị trí xa lộ - Phát triển dịch vụ công cộng   5. Hệ thồng thông tin về đất  - Quản lý địa chính - Thuế - Quy hoạch sử dụng đất - Hiệu quả sử dụng đất   2.3. Những vấn đề tồn tại cần được nghiên cứu Mặc dù, cây cổ thụ có giá trị về nhiều mặt nhưng chưa có nhiều ban ngành quan tâm đến chúng một cách đặc biệt. Hiện tại, công cụ quản lý cây xanh nói chung còn rất đơn giản, do đó cần ứng dụng phương pháp tin học để quản lý cây xanh tốt hơn. PHẦN 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Do thời gian có hạn vì vậy trong phạm vi đề tài, chúng tôi tập trung nghiên cứu cây cổ thụ để từ đó ứng dụng phương pháp GIS trong quản lý tài nguyên này. Hà Nội có nhiều Đình, Đền, Chùa, nhiều di tích lịch sử và các công trình văn hóa. Gắn liền với các di tích này là hệ thống cây xanh mà nổi bật là các cây cổ thụ. Những cây cổ thụ có thể do cha ông ta ngày xưa trồng, có thể do người Pháp trồng đầu thế kỷ XX nhưng tất cả đã tồn tại, sinh trưởng và phát triển trên đất Hà Nội là và được gọi chung là: cây cổ thụ Hà Nội. Ba Đình là một quận có nhiều di tích lịch sử, văn hóa và nhiều danh lam thắng cảnh nổi tiếng từ thời xưa như: Chùa Một Cột, vườn Bách Thảo, đền Quán Thánh và nơi đây cũng tập trung rất nhiều cây cổ thụ có giá trị về mặt cảnh quan và lịch sử.
Hình 3.1. Bản đồ Quận Ba Đình – thành phố Hà Nội (Nguồn: [28]). Phủ Chủ tịch tại Hà Nội, là nơi làm việc của Chủ tịch nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam. Tòa nhà nằm trong khuôn viên của khu Phủ chủ tịch, gần lăng Hồ Chí Minh và quảng trường Ba Đình, Hà Nội. Vườn Bách thảo Hà nội là một công viên xanh nằm ở phía Tây Bắc thủ đô Hà Nội, được thành lập từ những năm đầu người Pháp đặt chân đến Việt Nam và được ví như lá phổi xanh của Hà Nội, với những cây cổ thụ lớn bằng vòng tay mấy người ôm là chứng nhân của nhiều biến cố trong lịch sử thủ đô [28]. Vườn Bách Thảo chỉ còn diện tích trên 10 ha nằm trong phường Ngọc Hà, quận Ba Đình. Tuy nhiên, cảnh quan thiên nhiên nơi đây vẫn còn giữ được cái tinh túy nhất ngày xưa. Núi Nùng (núi Sưa) vẫn còn soi bóng trên hồ Vị Danh (hồ tròn) xanh trong. Bách Thảo còn được một vùng tự nhiên rộng lớn bao quanh hỗ trợ, như phía Bắc và Đông Bắc có Hồ Tây, hồ Trúc Bạch, phía Tây là dải đất phù sa dọc sông Hồng với làng hoa Ngọc Hà, và phía Đông và Đông Nam tập trung một quần thể di tích lịch sử đồ sộ: Quảng trường Ba Đình và khu lưu niệm Hồ Chủ Tịch. Bách Thảo Hà Nội không chỉ đẹp về cảnh quan, vị trí mà bản thân nó còn giàu về thành phần cây cỏ [28]. “Đặc sản” của Bách Thảo là cây sưa, thứ cây quý đang bị săn lùng gần đây. Gần trăm cây lớn nhỏ mọc tập trung, chưa kể gốc chen giữa các loài khác. Trên mảnh đất tuy nhỏ hẹp của khuôn viên vườn Bách Thảo có nhiều loài cây gỗ quý hiếm đặc trưng cho các cánh rừng ẩm nhiệt đới phương Nam. Số loài địa phương chiếm trên 2/3 các loài cây hiện hữu, còn lại 1/3 là các loài cây nhập nội từ nhiều châu lục trên thế giới (Châu Mỹ, Châu Phi, Châu Đại Dương). Các loài cây cũng đại diện cho các họ, bộ của hệ thực vật bậc cao có mạch, nổi bật là các loài cây thuộc ngành thực vật hạt trần và thực vật hạt kín. Vào vườn Bách Thảo khách tham quan có dịp chiêm ngưỡng các loài cây thân gỗ có đường kính hai đến ba người ôm, các loại thân cây khổng lồ của họ cau dừa, các cây gỗ có bộ rễ phụ buông dài của nhóm Si, Đa, Đề, các loài cây leo thân gỗ, các giò phong lan khoe sắc và cây cảnh sặc sỡ [28]. Chùa Một Cột gắn liền với lịch sử của thủ đô Hà Nội, và từ lâu Chùa Một Cột cũng là biểu tượng của đất Thăng Long ngàn năm. Quần thể di tích chùa Diên Hựu nằm trong khu di tích Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh - nơi thu hút rất nhiều du khách gần xa đến tham quan, đây cũng là một điều kiện thuận lợi để thêm nhiều người biết đến ngôi chùa đặc biệt này [28]. 3.1.1. Đặc điềm khu vực nghiên cứu 3.1.1.1. Vị trí, giới hạn Quận Ba Đình nằm ở trung tâm của thành phố Hà Nội. Phía Bắc giáp : Quận Tây Hồ Phía Đông giáp: Quận Hoàn Kiếm Phía Nam giáp : Quận Đống Đa Phía Tây giáp : Quận Cầu Giấy 3.1.1.2. Khí hậu Quận Ba Đình thuộc thành phố Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ chịu ảnh hưởng của gió mùa nhiệt đới ẩm. Hàng năm có 2 mùa rõ rệt là mùa mưa nóng ẩm, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10 gió chủ đạo là gió Nam và Đông Nam và mùa ít mưa từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, gió chủ đạo là gió Bắc và Đông Bắc. Nhiệt độ trung bình hàng năm 230C, nhiệt độ cao nhất trung bình hàng năm là 270C [28]. Nhiệt độ thấp nhất trung bình hàng năm là 20,70C. Độ ẩm trung bình hàng năm 84%, là khu vực có độ ẩm cao. Mùa mưa cũng là mùa thường có gió bão xuất hiện một năm trung bình có 2-3 cơn bão đổ bộ vào Bắc Bộ ảnh hưởng đến Hà Nội [28]. 3.1.1.3. Thủy văn Hồ Trúc Bạch có diện tích khoảng 18ha, mực nước cao nhất về mùa mưa 7- 7,1m, sâu trung bình 1-1,2m. Hồ Trúc Bạch bị ô nhiễm nặng do 2 hệ thống cống chính Phạm Hồng Thái và Nguyễn Trường Tộ xả cả nước thải và nước mưa vào hồ này [28]. Ngoài ra khu vực quận Ba Đình có một phần diện tích nằm ngoài Đê sông Hồng. Địa hình ở đây có độ cao trung bình từ 10,5-11m, chịu ảnh hưởng trực tiếp của mực nước lũ sông Hồng [28]. Qua số liệu thủy văn thống kê từ 1904 đến 1986, mực nước max sông Hồng hàng năm về mùa mưa thường cao hơn mức 11,5 đến 12,0m. Đặc biệt có những năm mực nước dâng cao như năm 1945 H = 13,9m, năm 1969: 13,22m, năm 1941: 14,71m, năm 1983: 13,2m, năm 1986: 13,70m [28]. Trong quận, ngoài Hồ Tây là nơi xả nước còn một số ao hồ khác như :Vạn Phúc, Hữu Tiệp, Giảng Võ, Ngọc Khánh. 3.1.1.4. Địa chất Theo khu vực bản đồ khu địa chất công trình quận Ba Đình chủ yếu thuộc phân khu I-3a, II-2b, có cấu tạo lớp á sét dày 10m, rất thuận lợi cho việc xây dựng và khu II-2b có cấu tạo á sét dày 4-6m, dưới lớp bùn, than bùn và than non, có thể xây dựng nhà 4-5 tầng với độ sâu đặt móng khoảng 1m [28]. 3.1.2. Điều kiện kinh tế-xã hội Ba Đình có diện tích 9.244km2. Có 14 phường. Dân số trong quận 228.352 người. Mật độ 24.703 người/km2 [28]. 3.2. Nội dung nghiên cứu - Điều tra kiểm kê thu thập tài liệu ngoại nghiệp, tình hình nghiên cứu cây, và ứng dụng tin học vào trong quản lý cây xanh đô thị. - Xây dựng phiếu điều tra cây cổ thụ Hà Nội [phụ lục 2]. - Tính toán chỉnh lý số liệu đánh giá về mặt số lượng, chủng loại và chất lượng. Xây dựng các bảng biểu thống kê tổng hợp trên cơ sở đã điều tra theo các tiêu chuẩn cây, địa chỉ, các chỉ tiêu điều tra và tình trạng cây. - Thành lập bản đồ nền. - Xây dựng bản đồ thành quả tỷ lệ 1:5000 thể hiện sự phân bố cây xanh của Quận Ba Đình - Đánh giá hiện trạng cây xanh theo quan điểm sinh thái, bảo vệ môi trường. - Thành lập cơ sở dữ liệu quản lý cây trên cơ sở điều tra cây cổ thụ Quận Ba Đình. - Ứng dụng GIS trong điều tra và quản lý cây cổ thụ. 3.3. Phương pháp nghiên cứu 3.3.1. Điều tra mô tả, đo đếm và ghi chép cây cổ thụ Việc thiết kế phiếu điều tra được kế thừa từ đề tài nghiên cứu cây cổ thụ ở Hà Tây và đã được thống nhất điều tra [phụ lục 2]: tên cây (tên khoa học và tên Việt Nam); thuộc Họ; thôn, đường; xã phường; tuổi cây cùng với việc đo các chỉ tiêu về đường kính; chu vi; chiều cao; đường kính tán cây; đánh giá cây về các mặt: hiện trạng cây; giá trị cảnh quan; giá trị bảo tồn nguồn gen; sự kiện lịch sử văn hóa, dự kiến quy hoạch. Việc điều tra cây được tiến hành như sau: Các tuyến đường Quận Ba Đình bao gồm có: dọc phố Hàng Bún, phố Phó Đức Chính, phố Quán Thánh, phố Phan Đình Phùng, phố Hòe Nhai, phố Nguyễn Trường Tộ, phố Trúc Bạch, phố Hàng Cót, phố Ngọc Hà, đường Ông Ích Khiêm, đường Yên Phụ, phố Hoàng Hoa Thám. Các điểm Quận Ba Đình bao gồm có: Vườn Bách Thảo, sân chùa Quán Thánh, Đền Voi Phục, Công viên Thủ Lệ, Văn Phòng Chính Phủ, Phủ Chủ Tịch, Khu lưu niệm Hồ Chủ Tịch, nhà sàn Bác Hồ, vườn hoa Lê -nin, vườn hoa Mai Xuân Thưởng, Vườn hoa Lý Tự Trọng. 3.3.2. Thu thập dữ liệu Ảnh vệ tinh IKNOS. Dùng để kiểm tra xem vị trí của cây có tác dụng hỗ trợ trong việc điều tra cây được nhanh chóng và chính xác hơn. Dùng GPS. Một bộ kiểm tra GPS có tác dụng ghi lại vị trí của một cây trong vòng 1-5m bằng cách hiệu chỉnh vệ tinh [12]. Người đo đứng cạnh cái cây để ghi thông tin của vị trí cây. Độ chính xác của thông tin phụ thuộc vào đơn vị GPS, số điểm tập hợp được về một cây, và số lượng vệ tinh có mặt trên bầu trời khi mà thu thập dữ liệu. Sau đó máy tính được sử dụng để chỉnh dữ liệu và chuyển dữ liệu thu thập được trực tiếp vào GIS. Chỉ tiêu chung +Loài cây. + Vị trí của cây (phường, quận). + Mảnh bản đồ. Tên loài cây do các chuyên gia xác định, loài nào chưa rõ được xác định bằng cách lấy tiêu bản sau đó được đem đi làm thí nghiệm. Chỉ tiêu định lượng. + Đường kính thân cây ở độ cao 1,3m (D1,3) + Chiều cao cây. + Chiều cao vút ngọn (HVN), chiều cao dưới cành (HDC). + Tuổi cây. + Đường kính tán (Đông Tây, Nam Bắc, Trung bình). Chu vi, đường kính: Dùng thước dây có ghi sẵn giá trị đường kính khi đo thân cây theo chu vi cây. Vị trí cần đo đường kính bao gồm đường kính ngang ngực (D1,3). Đường kính được tính qua chu vi và được ghi sẵn trên thước do đó đọc trực tiếp giá trị đường kính trên thước dây. Một số hình ảnh về đường kính của các loại cây:





Hình 3.2. Các vị trí đo đường kính (D1.3) thân cây Nguồn: ([15]) Hình 3.3. Đo chiều cao vút ngọn bằng máy SUNNTO Nguồn: [15] Theo hình vẽ đo trên mặt phẳng Công thức: H = H1 + H2 H2 = tgα * L Trong đó: H: chiều cao thực tế cần đo của cây tgα: được xác định giá trị tuyệt đối trong thước đo của máy. Cạnh huyền của tam giác là đại lượng có trong SUNNTO H1: Chiều cao của người đo cây. L : Khoảng cách người đo so với cây (tùy chọn) . Chỉ tiêu chất lượng, phẩm chất cây + Hình dáng cây: cây đứng một thân, nghiêng hướng Nam, nghiêng hướng Bắc… + Hiện trạng của cây: mục thân ở gốc, cây cụt ngọn, u bướu, tơ hồng. + Đánh giá chất lượng: cây sinh trưởng tốt, cây sinh trưởng trung bình, cây sinh trưởng xấu. + Dự kiến quy hoạch: chăm sóc, bảo vệ… 3.3.3. Cơ sở dữ liệu cây xanh 3.3.3. 1. Cấu trúc cơ sở dữ liệu Mô hình dữ liệu Hệ cơ sở dữ liệu xây dựng trên các mô hình cơ sở dữ liệu: Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ Mô hình dữ liệu đa phương tiện Mô hình dữ liệu Hệ thống thông tin địa lý Dữ liệu Dữ liệu từ các thông tin xây dựng mô hình quan hệ bằng các bảng của Database trong Mapinfo. Các bảng dữ liệu gồm các trường theo các đề mục có kiểu: số thứ tự cây, tên cây, số mảnh bản đồ, tên khoa học (Name), thuộc họ (Specie), thôn, đường xá (Street), quận huyện (District), kinh độ (Longitude), vĩ độ (Latitude)… Dữ liệu bản đồ ở dạng Format của Mapinfo: dữ liệu bản đồ phân bố với lớp cây xanh, dữ liệu bản đồ hành chính, địa hình. Dữ liệu ảnh ở format JPG, BMP, TIF: các ảnh của cây cổ thụ. 3.3.3.2. Chức năng Do đối tượng sử dụng của CSDL hiện tại là các nhà khoa học, nhà quản lý và mục tiêu là có thể sử dụng qua mạng cho nhiều đối tượng do đó phải xây dựng được các chức năng đáp ứng cho nhiều đối tượng. Trong nội dung của khóa luận, chỉ sử dụng các chức năng sẵn có của các phần mềm Database trong Mapinfo. Các chức năng chính Nhập liệu: Bằng các bản của Database trong Mapinfo. Quản lý dữ liệu: Hiện thị thông tin: Tìm kiếm thông tin Theo dữ liệu bảng: các thông tin của Phiếu đi thực tế với danh sách các cây cổ thụ điều tra được. Theo dữ liệu bản đồ: từ dữ liệu bảng tìm thông tin trên bản đồ và từ bản đồ tìm bảng. Để có thể tìm kiếm chọn lựa một cách trực quan trên bản đồ rất nhiều chức năng của HTTĐL như tìm kiếm, chọn lựa thông tin (theo bán kính, theo giới hạn chữ nhật, Theo vùng với các phương thức tìm kiếm, Chứa đựng (Contain) - Chứa đối tượng, Nằm trong (Within) - Thuộc đối tượng; theo điều kiện Hoàn toàn (Entire) - đối tượng tìm kiếm hoàn toàn thuộc đối tượng dùng để tìm kiếm; Một phần (Partially) - chỉ cần một phần đối tượng tìm kiếm thuộc đối tượng dùng để tìm kiếm, Trọng tâm (Centroild) đối tượng tìm kiếm thuộc đối tượng dùng để tìm kiếm, ngôn ngữ SQL. Kết xuất và In thông tin. - Xử lý dữ liệu Tính mật độ Buffer zone 3.3.4. Thành lập công cụ GIS để hỗ trợ công tác quản lý cây cổ thụ 3.3.4.1. Giới thiệu phần mềm Mapinfo Giới thiệu chung Khái niệm cơ bản MapInfo là phần mềm chuyên dùng xử lý, trình bày, biên tập bản đồ thành quả trên cơ sở số liệu ngoại nghiệp và bản đồ nền đã được số hoá, phần mềm này được sử dụng khá phổ biến trên máy tính cá nhân. Nó quản lý cả thuộc tính không gian và phi không gian của bản đồ nên còn có tên gọi khác là hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic Infomation System), các lớp thông tin trong MapInfo được tổ chức theo dạng Table (bảng), mỗi một bảng là một tập hợp của một lớp thông tin bản đồ trong đó có các bảng ghi dữ liệu mà hệ thống tạo ra, do đó chỉ có thể truy nhập Table bằng chức năng của phần mềm MapInfo khi đã mở ít nhất 1 Table [14]. Tuy nhiên, cần phân biệt hai khái niệm trên tờ bản đồ đó là: Các đối tượng không gian và phi không gian. Các đối tượng không gian gồm có độ cao thấp của địa hình được biểu thị bằng đường đồng mức, độ dốc hay không dốc, toạ độ x,y của một điểm bất kỳ trên bản đồ, các đối tượng này có trị số khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm địa hình của từng vùng và lưới chiếu để xây dựng tờ bản đồ đó (trước đây là HN72, hiện nay Nhà nước đã quyết định Việt Nam dùng lưới chiếu UTM kể từ tháng 7 năm 2000, gọi tắt là hệ chiếu HN2000) [15]. Các đối tượng phi không gian gồm có: các con số, chữ viết trên bản đồ nhằm giải thích rõ hoặc ghi chú một đặc điểm nào đó, ví dụ như ghi các điểm độ cao 100 mét ở đường bình độ cái, độ cao đỉnh núi ở các điểm tam giác, tên làng bản, sông suối, cầu cống, đập nước, ao hồ. . . Sự liên kết thông tin thuộc tính Đặc điểm khác biệt của các thông tin trong GIS với các phần mềm đồ hoạ khác là sự gắn kết rất chặt chẽ giữa đối tượng thuộc tính với đối tượng bản đồ, chúng không thể tách rời ra được (ví dụ nếu xoá 1 dòng trong table, lập tức trên bản đồ mất luôn đối tượng đó). Trong cấu trúc dữ liệu MapInfo chia làm hai phần là CSDL thuộc tính (phi không gian) và CSDL bản đồ, các bản ghi trong các CSDL này được quản lý độc lập với nhau nhưng lại liên kết với nhau rất chặt chẽ thông qua chỉ số ID (yếu tố để nhận dạng ra các đối tượng) được lưu giữ và quản lý chung cho các loại bản ghi nói trên. Các thông tin thuộc tính thể hiện nội dung bên trong của các đối tượng bản đồ, do đó có thể truy cập, tìm kiếm thông tin cần thiết thông qua cả hai loại dữ liệu [15]. 3.3.4.2.Cấu trúc dữ liệu trong Mapinfo Tổ chức thông tin theo các tập tin Mapinfo là phần mềm thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Các thông tin trong Mapinfo được tổ chức theo bảng (Table). Mỗi một Table là một tập hợp thông tin về đồ họa (mang tính không gian) và các bản ghi dữ liệu (thuộc tính phi không gian) do hệ thống tạo ra. Khi muốn tổ chức quản lý và lưu giữ tổng hợp các Table hoặc các tệp thông tin khác nhau của Mapinfo vào chung một tệp tin và các mối liên quan giữa các đối tượng đó phải được bảo tồn như khi tạo lập, tập tin chung đó được gọi là trang làm việc Workspace [15]. Tổ chức thông tin theo các lớp đối tượng Các thông tin bản đồ trong các phần mềm GIS thường được tổ chức theo từng lớp đối tượng. Bản đồ trong máy tính là sự chồng xếp các lớp với nhau, mỗi lớp chỉ thể hiện một khía cạnh của mảnh bản đồ tổng thể. Lớp là một tập hợp các đối tượng bản đồ thuần nhất, thể hiện và quản lý các đối tượng trong không gian theo một chủ đề cụ thể, phục vụ mục đích nhất định trong hệ thống MapInfo, có thể coi mỗi table là một lớp đối tượng (layer). Ví dụ như: Quản lý bản đồ hành chính của một quận có thể tổ chức thành các lớp thông tin sau [15]: Lớp thông tin về đường ranh giới các phường (đối tượng đường). Lớp thông tin về vùng lãnh thổ các phường (đối tượng vùng). Lớp thông tin về trụ sở UBND các quận, phường (đối tượng điểm). Lớp thông tin về địa danh tên khu dân cư (đối tượng text chữ). Với cách tổ chức thông tin theo từng lớp đối tượng như trên giúp cho phần mềm Mapinfo xây dựng thành các khối thông tin độc lập cho các mảnh bản đồ máy tính giúp cho việc lập bản đồ trên máy tính linh hoạt hơn theo cách tập hợp các lớp thông tin khác nhau trong một hệ thống, dễ dàng thêm vào một lớp thông tin mới hoặc xoá đi lớp thông tin không cần thiết. Các đối tượng bản đồ chính mà trên cơ sở đó Mapinfo quản lý, trừu tượng hoá các đối tượng địa lý trong thế giới thực và thể hiện chúng thành các loại bản đồ máy tính khác nhau là [15]: 1. Đối tượng vùng (Region hay Polygon) thể hiện đối tượng khép kín về mặt hình học, bao phủ một vùng diện tích nhất định theo một hình dạng bất kỳ nào đó, vid dụ như diện tích một xã, hồ nước, khu rừng… 2. Đối tượng điểm (Point) thể hiện vị trí cụ thể của một đối tượng nào đó, ví dụ như cột cờ, điểm bán xăng … 3. Đối tượng đường (Line) thể hiện các đối tượng không khép kín hình học, chạy dài theo một khoảng cách nhất định, có thể là đường thẳng, gấp khúc, hình cung.. 4. Đối tượng kiểu chữ (Text) thể hiện các đối tượng không phải thuộc tính địa lý của bản đồ như ghi nhãn, tiêu đề, ghi chú. Hoàn thành bản đồ Làm bản đồ chuyên đề trên cơ sở bản đồ nền, sau đó đưa các thông tin về cây lên bản đồ số. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 4.1. Kết quả điều tra cây cổ thụ Sau khi tiến hành ngoại nghiệp, chúng tôi đã điều tra được 284 cây cổ thụ bao gồm 55 loài, 45 chi, thuộc 23 họ thực vật. Chúng có thể được phân hạng theo các đặc điểm số lượng, tuổi, đường kính, chiều cao sau đây: 4.1.1. Số lượng và các thông tin về cây cổ thụ Bảng 4.1. Mười loài cây cổ thụ có số lượng lớn nhất Quận Ba Đình TT  Tên  Số lượng  Tỷ lệ (%)    Việt Nam  Khoa học     1  Sữa  Alstonia scholaris  46  16,2%   2  Muỗm  Mangifera foetita  46  16,2%   3  Bàng  Terminalia catappa  22  7,75%   4  Xà cừ  Khaya senegalensis  21  7,4%   5  Nhạc ngựa (Săng đào)  Swietenia marcophylla  21  7,4%   6  Bồ đề (Đề)  Ficus relegiosa  9  3,16%   7  Bụt mọc  Taxodium distichum  8  2,81%   8  Dầu rái (Dầu nước)  Dipterocarpus alatus  7  2,5%   9  Nhội  Bischofia javanica  7  2,5%   10  Đa lông  Ficus villosa  5  1,7%   Nhận xét Sữa hay Mò cua và Muỗm là hai loài có số lượng lớn nhất trong Quận Ba Đình, với số lượng là 92 cây chiếm 32,4% tống số cây cổ thụ trong toàn quận Ba Đình. Tiếp đến Bàng có 22 cá thể và Xà cừ, Nhạc ngựa hay còn gọi la Săng Đào có 42 cây chiếm đến 14,4% (Bảng 4.1). Đa số chúng đều tập trung ở Phủ Chủ tịch, Khu lưu niệm Bác Hồ, dọc phố Hàng Bún. Tuổi cây cổ thụ Các cây cổ thụ trong Quận Ba Đình tập trung chủ yếu ở lứa tuổi 100-149, sau đó là 50-99 và 100-199 (Bảng 4.2). Bảng 4.2. Phân bố tuổi của cây cổ thụ Quận Ba Đình TT  Nhóm tuổi (năm)  Số lượng cây  Tỷ lệ   1  50 -99  18  6,34%   2  100-149  245  86,27%   3  150- 199  11  3,87%   4  200-300  3  1,06%   5  Trên 300  7  2,46%   Nhận xét Cây cổ thụ nằm trong nhóm tuổi từ 100-149 chiếm 86,27%, tiếp đến là nhóm tuổi trong khoảng từ 50-99 chiếm 6,34%, sau đó nhóm tuổi trong khoảng 150-199 là 3,87%. Cây cổ thụ trong nhóm tuổi 200-300 có 3 cây đó là các cây Nhãn, Đa, Bồ đề ở chùa Quán Thánh chiếm một tỷ lệ nhỏ nhất là 1,06%. Cây cổ thụ trên 300 tuổi có 7 cây chiếm tỷ lệ 2,46% trong đó có 5 cây Muỗm ở sân chùa Quán Thánh, và 1 cây Doi, 1 cây Đại ở chùa Một Cột. Cấp đường kính Cây cổ thụ của Quận Ba Đình tập trung chủ yếu ở cấp đường kính 50-100cm (Bảng 4.3). Bảng 4.3. Phân bố đường kính của cây cổ thụ Quận Ba Đình TT  Nhóm đường kính (cm)  Số lượng cây  Tỷ lệ   1  50 -99  177  62,32%   2  100-149  70  24,65%   3  150- 199  19  6,7%   4  200- 249  6  2,11%   5  250-299  2  0,7%   6  Trên 300  2  0,7%   Nhận xét Các cây có đường kính từ 50-99cm chiếm 62,32%, tiếp đến số cây có cấp đường kính từ 100-149cm chiếm 24,65%, chiếm 6,7% là các cây có cấp đường kính từ 150-199cm. Các cây nằm trong cấp đường kính 250-299cm có 2 cây: Đa thắt nghẹt ở QuánThánh, Đa thắt nghẹt ở Khu lưu niệm Hồ Chủ Tịch. Cây nằm trong cấp đường kính trên 300cm có 2 cây: Đa búp đỏ ở Khu lưu niệm Hồ Chủ Tịch và Vườn Bách Thảo. Trong đó đặc biệt cây Đa búp đỏ có đường kính là 8,59m đây không phải là đường kính thật của chúng vì xung quanh chúng có 4 thân phụ phát triển rất tốt, do đó đường kính đo được gồm cả 4 thân phụ. Chiều cao vút ngọn Chiều cao vút ngọn tập trung chủ yếu trong khoảng từ 15-20m, tiếp đến là 20-25m và 25-30m (Bảng 4.4). Bảng 4.4. Phân bố Chiều cao vút ngọn (HVN) cây cổ thụ Quận Ba Đình TT  Chiều cao vút ngọn (m)  Số lượng (cây)  Tỷ lệ   1  5m < HVN ( 10m  9  3,17%   2  10m < HVN ( 15m  36  12,68%   3  15m < HVN ( 20m  84  29,58%   4  20m < HVN ( 25m  70  24,65%   5  25m < HVN ( 30m  46  16,2%   6  30m < HVN ( 35m  20  7,04%   7  35m < HVN ( 40m  13  4,58%   8  40m < HVN ( 45m  3  1,06%   9  45m < HVN ( 50m  2  0,7%   Nhận xét: Chiều cao vút ngọn nằm trong khoảng từ 15 -20m, chiếm khoảng 29,58%, tiếp đến là chiều cao vút ngọn trong khoảng từ 20-25m chiếm 24,65%, chiều cao vút ngọn nằm trong khoảng 25-30m chiếm khoảng 16,20%. Chiều cao vút ngọn nằm trong khoảng từ 40-45m có 3 cây chiếm 1,06% đó là cây: Dầu Rái (Dầu Nước) ở Khu lưu niệm Hồ Chủ Tịch, cây Xà cừ ở Vườn Bách Thảo. Chiều cao vút ngọn nằm trong khoảng từ 45-50m có 2 cây đều là cây Dầu Rái (Dầu Nước) ở Vườn Bách Thảo. Đường kính tán trung bình Đường kính tán trung bình tập trung chủ yếu trong khoảng từ 10 - 15m (Bảng 4.5) Bảng 4.5. Phân bố Đường kính tán trung bình ( D tánTB) cây cổ thụ Quận Ba Đình TT  Đường kính tán trung bình (m)  Số lượng (cây)  Tỷ lệ (%)   1  5m < D tán TB ( 10m  71  25%   2  10m < D tán TB ( 15m  76  26,76%   3  15m < D tán TB ( 20m  74  26,06%   4  20m < D tán TB ( 25m  39  13,73%   5  25m < D tán TB ( 30m  14  4,9%   6  30m < D tán TB ( 35m  9  3,17%   7  35m < D tán TB ( 40m  1  0,35%   Nhận xét: Đường kính tán trung bình nằm trong khoảng 10 - 15m có 76 cá thể chiếm 26,76%, đường kính tán trung bình nằm trong khoảng 15-20m có 74 cá thể chiếm 26,05%, tiếp đến là đường kính tán trung bình nằm trong khoảng 5-10m chiếm có 71 cá thể chiếm khoảng 25%. Đường kính tán trung bình nằm trong khoảng 35 – 40m có cây Xà Cừ ở Vườn Bách Thảo. Chiều cao dưới cành Chiều cao dưới cành tập trung chủ yếu trong khoảng từ 3,0 – 3,5m (Bảng 4.6) Bảng 4.6. Phân bố Chiều cao dưới cành (HDC) cây cổ thụ Quận Ba Đình STT  Chiều cao dưới cành (m)  Số lượng cây  Tỷ lệ (%)   1  0m < HDC (0.5m  5  1,76%   2  0.5m < HDC (1.0m  2  0,7%   3  1.0m < HDC (1.5m  11  3,84%   4  1.5m < HDC (2.0m  17  5,99%   5  2.0m < HDC (2.5m  13  4,58%   6  2.5m < HDC (3.0m  16  5,63%   7  3.0m < HDC (3.5m  31  10,92%   8  3.5m < HDC (4.0m  29  10,21%   9  4.0m < HDC (4.5m  24  8,45%   10  4.5m < HDC (5.0m  15  5,28%   11  5.0m < HDC (5.5m  14  16,67%   12  5.5m < HDC (6.0m  15  5,281%   13  6.0m < HDC (6.5m  4  1,41%   14  6.5m < HDC (7.0m  11  3,87%   15  7.0m < HDC (7.5m  9  3,17%   16  7.5m < HDC (8.0m  12  4,23%   17  8.0m < HDC (8.5m  6  2,11%   18  8.5m < HDC (9.0m  13  4,58%   19  9.0m < HDC (9.5m  5  1,76%   20  9.5m < HDC (10.0m  7  2,46%   21  10.0m < HDC (15.0m  16  5,63%   22  15.0m < HDC (20.0m