Luận Văn Ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý thảm cây xanh, cây cổ thụ Quận Ba Đình - Hà Nội [Luận

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.

TỔNG QUAN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU2.1. Cơ sở khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu2.1.1. 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 thụGiá 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 thụ2.2.1. 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 NamỞ 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 thị2.2.3.1. 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]:.
1. 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
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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].
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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 lý2.2.4.1. Cơ sở dữ liệu