Ứng dụng Gis xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường

và thầy Trần Tuấn Tú đã hướng dẫn chuyên môn, động viên và cung cấp các thiết bị cần thiết giúp em thực hiện luận văn này. Quý thầy, cô khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức trong suốt những năm qua để em tự tin khi thực hiện đề tài. Anh Phạm Đặng Mạnh Hồng Luân đã hướng dẫn cách sử dụng các phần mềm dùng trong luận văn. Cảm ơn gia đình đã luôn động viên và ủng hộ con hoàn thành luận văn này trong điều kiện tốt nhất. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài Các hoạt động của con người (Công nghiệp hóa, đô thị hóa, thăm dò, khai thác, chế biến tài nguyên thiên nhiên...) ngày càng tác động mạnh mẽ đến môi trường. Vì thế mối quan tâm của Khoa học và Công nghệ trong nghiên cứu và kiểm soát chất lượng môi trường ngày càng lớn. Phóng xạ môi trường là một trong những chỉ số chất lượng môi trường quan trọng, được xã hội đặc biệt quan tâm vì những tác động của tia phóng xạ lên cơ thể tuy không nhận biết được bằng các giác quan nhưng rất phức tạp, để lại những hậu quả tức thời và lâu dài. Nghiên cứu, kiểm soát phóng xạ môi trường bắt đầu bằng việc xác định hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trên một vùng quan tâm. Dựa trên các số liệu đo đạc, chúng ta có thể xây dựng một bản đồ thể hiện phông phóng xạ của vùng. Việc thu nhận, lưu trữ, phân tích khối dữ liệu lớn liên quan đến vấn đề này (bao gồm thông tin địa lý và thông tin về phóng xạ) đòi hỏi một công nghệ tiên tiến để giúp con người tiết kiệm công sức, thời gian, kinh phí. Ngày nay thông tin địa lý được số hóa nhờ khoa học máy tính làm cho hiệu quả thông tin đạt một tầm cao mới và công nghệ GIS trở thành một công cụ hữu ích phục vụ cho vấn đề xây dựng bản đồ phông phóng xạ. Đề tài “Ứng dụng kỹ thuật GIS xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường” mô tả các bước vẽ bản đồ phóng xạ bằng phần mềm MAPINFO 9.0 kết hợp với Surfer 8.0 thông qua việc vẽ bản đồ thể hiện số đo suất liều tại thành phố Biên Hòa. Sau khi có bản đồ, đề tài sẽ đánh giá việc lấy mẫu và phân tích vấn đề vẽ bản đồ phóng xạ. Đề tài gồm ba chương: Chương I : Giới thiệu tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài. Chương II : Trình bày về Hệ thống thông tin địa lý (GIS) Chương III : Trình bày ứng dụng GIS xây dựng bản đồ phóng xạ, phân tích kết quả bản đồ suất liều do đề tài thực hiện. Và kết luận, đề xuất giải pháp, khuyến nghị. 2. Mục đích nghiên cứu Vấn đề vẽ bản đồ phông phóng xạ môi trường rất rộng lớn và chuyên sâu, bao gồm nhiều qui trình. Công việc cuối cùng là truyền đạt thông tin đến người sử dụng qua bản đồ mô tả phông phóng xạ một cách trực quan. Vì vậy mục đích nghiên cứu chính của đề tài là tiếp cận công nghệ GIS nhằm sử dụng để xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường, mô tả trực quan phông phóng xạ trong khu vực. Bản đồ được xây dựng với GIS sẽ có những ưu điểm vượt trội so với bản đồ giấy thông thường. Trong quá trình thực hiện, đề tài thu thập số đo suất liều tại thành phố Biên Hòa và vẽ bản đồ suất liều của thành phố này. Qua đó sẽ tìm các điểm có phóng xạ cao bất thường trên địa bàn thành phố. Việc xây dựng bản đồ suất liều giúp minh họa việc vẽ bản đồ phông phóng xạ môi trường. 3. Giới hạn nghiên cứu Việc xây dựng bản đồ phóng xạ đòi hỏi yêu cầu cao về thời gian, kinh phí, thiết bị và nhân lực nên đề tài này chỉ vẽ bản đồ thể hiện số đo suất liều phóng xạ, gọi tắt là bản đồ suất liều phóng xạ, tập trung tại trung tâm thành phố Biên Hòa, nơi có hệ thống giao thông phát triển và mật độ dân cư đông. Bản đồ suất liều có thể được xem là một phần đơn giản của bản đồ phông phóng xạ. Đặc điểm của bản đồ suất liều là đơn giản trong việc lấy mẫu và có thể được dùng để khảo sát sơ bộ mức phông thiên nhiên tại vùng nghiên cứu. 4. Phương pháp nghiên cứu Số đo suất liều phóng xạ tại thành phố Biên Hòa được dùng làm số liệu vẽ bản đồ suất liều, qua đó sẽ minh họa việc vẽ bản đồ phông phóng xạ môi trường. Việc đo suất liều được tiến hành bằng máy đo liều cầm tay Inspector và dùng máy định vị toàn cầu (GPS) Garmin để xác định tọa độ của điểm cần đo. Vị trí lấy mẫu được chọn một cách ngẫu nhiên sao cho phân bố tương đối đồng đều tại trung tâm thành phố. Các số liệu thu thập được đưa vào phần mềm máy tính. Sau đó sử dụng phần mềm Surfer 8.0 để nội suy và phần mềm Mapinfo 9.0 vẽ bản đồ suất liều. Một số chỉnh sửa sẽ được thực hiện trên các phần mềm bổ sung khác. Việc đánh giá mức phông phóng xạ dựa trên các tiêu chuẩn của Việt Nam và cũng là tiêu chuẩn của Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA). CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ PHÓNG XẠ I.1. Các đơn vị đo lường thường dùng trong An toàn bức xạ Thực nghiệm cho thấy tác dụng sinh học của tia phóng xạ phụ thuộc chủ yếu vào lượng năng lượng tia phóng xạ truyền cho vật chất. Lượng năng lượng này phụ thuộc năng lượng và loại tia phóng xạ, thời gian chiếu và tính chất của vật bị chiếu xạ. Trong thực tế, để đo tác dụng của bức xạ ion hóa người ta phân biệt liều chiếu và liều hấp thụ. Liều chiếu (Exposure dose), kí hiệu X, là tỉ số giữa giá trị tuyệt đối tổng điện tích dQ của tất cả các ion cùng dấu được tạo ra trong một thể tích nguyên tố của không khí. dQX dm  Đơn vị liều chiếu là C/kg. Người ta thường dùng là Roentgen (R). 1R = 2,58.10-4 C/kg Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa không khí của bức xạ tại một vị trí. Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Liều hấp thụ (Absorbed dose), kí hiệu D, là tỉ số giữa năng lượng trung bình d mà bức xạ truyền cho vật chất trong thể tích nguyên tố và khối lượng vật chất dm của thể tích đó: dD dm  Đơn vị liều hấp thụ là Gray (Gy). 1 Gy = 1 J/kg Trước đây đơn vị rad thường được dùng. 1 rad = 0,01 Gy Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian, đơn vị Gy.s-1. - Tuy nhiên tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau là khác nhau nên cần đưa ra định nghĩa liều tương đương. Liều tương đương (Equivalent dose), kí hiệu H, là đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích của liều hấp thụ D với trọng số bức xạ (Radiation Weighting Factor), kí hiệu là WR. RH D W  Giá trị của WR lớn nhất với hạt alpha (WR = 20) và bằng 1 với photon và điện tử với mọi năng lượng. Bảng giá trị cụ thể có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo [4]. Đơn vị liều tương đương là Sievert (Sv). Trước đây thường dùng rem với: 1 rem = 0,01 Sv - Theo định nghĩa trên chúng ta xem tất cả các mô sinh học hay cơ quan trong cơ thể có cùng một độ nhạy cảm với bức xạ. Trên thực tế các mô và các cơ quan có độ nhạy cảm bức xạ khác nhau thể hiện bởi đại lượng gọi là trọng số mô WT. Khi tính đến yếu tố này chúng ta sử dụng đại lượng liều hiệu dụng. Liều hiệu dụng (Effective dose) bằng tích số của liều tương đương H và trọng số mô WT. TE H W  Tổng trọng số mô WT toàn cơ thể bằng 1. Bảng giá trị cụ thể của từng cơ quan trong cơ thể có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo [4]. Đơn vị đo liều hiệu dụng là Sievert (Sv). Ta có mối liên hệ giữa liều chiếu và liều tương đương đối với tia X và tia gamma: 1 mR/h = 10 Sv/h I.2. Phông phóng xạ môi trường Phông phóng xạ môi trường được tạo ra từ các nguồn phóng xạ tự nhiên (phông phóng xạ tự nhiên) và nhân tạo. Trong đó nguồn phóng xạ tự nhiên gồm: - Các nguyên tố phóng xạ tạo ra từ các tia vũ trụ: 10Be, 26Al, 36Cl, 80Kr, 14C, 32Si, 39Ar, 22Na, 35S, 37Ar, 33P, 32P, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si, 18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl. Nhưng chúng ta chỉ quan tâm đến các nguyên tố trong bảng 1. Bảng 1: Các nguyên tố phóng xạ quan tâm tạo ra từ tia vũ trụ Nguyên tố Kí hiệu Chu kỳ bán rã Phản ứng tạo thành Độ phổ biến Carbon 14 14C 5730 năm 14N(n,p)14C 6 pCi/g (0.22 Bq/g) trong các chất hữu cơ Hydrogen 3 (Tritium) 3H 12.3 năm Tương tác giữa tia vũ trụ với N và O, 6Li(n, alpha)3H 0.032 pCi/kg (1.2 x 10-3 Bq/kg) Beryllium 7 7Be 53.28 ngày Tương tác của tia 0.27 pCi/kg (0.01 vũ trụ với N và O. Bq/kg) - Các nhân phóng xạ có trên Trái đất chủ yếu là những nguyên tố của 3 họ phóng xạ tự nhiên (Họ Urani, họ Thori và họ Actini), K40 (bảng 2). Ngoài ra còn có các nguyên tố khác như 50V, 87Rb, 113Cd, 115In, 123Te, 138La, 142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 174Hf, 176Lu, 187Re, 190Pt, 192Pt, 209Bi. Tuy nhiên độ phổ biến của chúng thấp nên không cần quan tâm. Bảng 2: Các nguyên tố phóng xạ quan tâm trong vỏ Trái đất Nguyên tố Ký hiệu Chu kỳ bán rã (năm) Độ phổ biến Uranium 235 235U 7.04 x 108 năm Đồng vị chiếm 0.72% uranium tự nhiên. Uranium 238 238U 4.47 x 109 năm Nhiêu chất, chiếm 99.2745% uranium tự nhiên; hàm lượng trong các loại đá thông thường từ 0.5 đến 4.7 ppm. Thorium 232 232Th 1.41 x 1010 năm Hàm lượng trong các loại đá thông thường từ 1.6 đến 20 ppm. Radium 226 226Ra 1.60 x 103 năm Hoạt độ riêng 0.42 pCi/g (16 Bq/kg) trong đá vôi. Radon 222 222Rn 3.82 ngày Tồn tại khá phổ biến trong môi trường. Potassium 40 40K 1.28 x 109 năm Hoạt độ riêng trong đất khoảng 1-30 pCi/g (0.037-1.1 Bq/g) Các nguyên tố phóng xạ nhân tạo được quan tâm chủ yếu là 137Cs, 90Sr, 239Pu sinh ra từ các vụ thử vũ khí hạt nhân, các sự cố lò phản ứng, rác thải của các cơ sở hạt nhân.... Bảng 3 trình bày chi tiết các nguyên tố phóng xạ nhân tạo quan tâm. Bảng 3: Các nguyên tố phóng xạ nhân tạo quan tâm Nguyên tố Kí hiệu Chu kì bán hủy Nguồn gốc Tritium 3H 12.3 năm Các vụ thử vũ khí hạt nhân. Iodine 131 131I 8.04 ngày Iodine 129 129I 1.57 x 107 năm Cesium 137 137Cs 30.17 năm Strontium 90 90Sr 28.78 năm Sản phẩm phân hạch từ các vụ thử vũ khí hạt nhân và phản ứng dây chuyền trong lò phản ứng. Technetium 99 99Tc 2.11 x 105 năm Sản phẩn phân rã của Mo- 99. Plutonium 239 239Pu 2.41 x 104 năm 238U+ n 239U 239Np+-  239Pu+- Theo IAEA, suất liều tương đương trung bình của dân chúng toàn cầu là 2,426 mSv/năm. Trong đó nguồn phóng xạ tự nhiên đóng góp 2,00 mSv/năm, gồm các thành phần (đơn vị mSv/ năm): Tia vũ trụ : 0,30 Radon : 1,37 K- 40 : 0.30 Các nguyên tố khác : 0.03 Nguồn phóng xạ nhân tạo đóng góp 0,426 mSv/năm, gồm các thành phần (đơn vị mSv/năm): Chiếu xạ y tế : 0,400 Các vụ thử hạt nhân : 0,020 Điện nguyên tử : 0,001 Các sử dụng khác : 0,005 Hình 1-1: Các thành phần của phông phóng xạ môi trường Mức phông thiên nhiên thường gần như không đổi trên phạm vi toàn thế giới và nằm trong khoảng 0.08 đến 0.15 Sv/h. Tuy nhiên có một số khu vực trên thế giới mức phông này rất cao. Đặc biệt là một số bờ biển tại Brazil, Ấn Độ, Trung Quốc, có nơi cao hơn mức phông bình thường hàng chục lần. Như đã trình bày, mỗi người sống trên Trái đất phải chịu liều bức xạ tự nhiên trung bình khoảng 2 mSv/năm. Phông này không tính vào giới hạn liều cho dân chúng. Theo khuyến cáo của Ủy ban Quốc tế về An toàn Bức xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection), giới hạn liều đối với dân chúng là 1 mSv/năm. Như vậy ta thấy mức giới hạn liều đối với dân chúng do ảnh hưởng của các nguồn bức xạ chỉ bằng một nửa mức phông thiên nhiên. I.3. Các hiệu ứng của bức xạ Trong phần này sẽ trình bày vắn tắt các hiệu ứng của bức xạ ở mức cơ thể. Các hiệu ứng soma và di truyền (genetic): Là hiệu ứng bức xạ có thể xảy ra với bản thân người bị chiếu xạ và cũng có thể xảy ra với con cháu của họ. Các hiệu ứng soma được chia thành các hiệu ứng sớm và muộn phụ thuộc vào thời gian từ lúc chiếu xạ đến lúc có triệu chứng bệnh. Các hiệu ứng tất nhiên và ngẫu nhiên: Theo độ lớn của liều xạ, các hiệu ứng bức xạ được phân thành các hiệu ứng tất nhiên (non- stochastic) và các hiệu ứng ngẫu nhiên (stochastic). Trong các hiệu ứng tất nhiên tồn tại một giá trị liều ngưỡng là giá trị nhỏ nhất có thể xảy ra hiệu ứng. Đối với các hiệu ứng ngẫu nhiên thì không tồn tại giá trị ngưỡng này nên hay gọi là hiệu ứng ngưỡng không. Như vậy phông phóng xạ môi trường ảnh hưởng đến con người qua các hiệu ứng ngẫu nhiên, đặc biệt tại những vùng có phông phóng xạ cao hơn nhiều lần mức cho phép. II. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BẢN ĐỒ HỌC II.1. Bản đồ - Theo Hiệp hội Bản đồ quốc tế: bản đồ là sự thể hiện các đặc điểm vật chất hoặc hiện tượng liên quan đến bề mặt Trái đất theo tỷ lệ trên một mặt phẳng. Khi biểu diễn bề mặt thực địa trên một phạm vi hẹp, không tính đến ảnh hưởng độ cong quả đất ta gọi là bình đồ. Khi phạm vi biểu diễn rộng, ảnh hưởng độ cong quả đất không thể bỏ qua ta gọi là bản đồ. Tuy nhiên theo định nghĩa trên ta có thể gọi chung là bản đồ. - Trong thực tế có hai kiểu bản đồ: bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề. - Bản đồ địa hình (topographic map) trình bày các đặc điểm tự nhiên, hình dạng bề mặt đất. - Bản đồ chuyên đề (thematic map) trình bày các yếu tố địa lý: khí hậu, mật độ dân số, kiểu đất, thủy văn... - Đặc điểm chính của bản đồ: - Thường được tổng quát hóa, trừu tượng hóa. - Chỉ ra các trạng thái tĩnh. - Thường có tính nghệ thuật cao. - Ngoài chức năng quen thuộc như hiển thị, lưu trữ dữ liệu, bản đồ còn được dùng như là bảng liệt kê không gian (cho thấy ranh giới các vùng). - Khi xây dựng bản đồ cần thỏa các yêu cầu: - Lựa chọn một số đặc điểm của thế giới thực. - Phân loại các đặc điểm được lựa chọn theo nhóm. - Khái quát hóa đối tượng. - Cường điệu hóa một số đối tượng và hiện tượng quá nhỏ theo tỉ lệ. - Tượng trưng hóa để thể hiện các lớp có đặc điểm khác nhau. II.2. Phép chiếu Nhiều phép chiếu khác nhau để biểu diễn bề mặt Trái đất lên mặt phẳng với độ biến dạng nhỏ nhất đã được các nhà khoa học đề xuất nhưng phép chiếu hình trụ ngang Gauss được áp dụng rất phổ biến. Hình 1-2: Phép chiếu hình trụ ngang Phép chiếu Gauss chia toàn bộ Trái đất thành 60 phần, mỗi phần được giới hạn bởi hai kinh tuyến có hiệu kinh độ là 6o (gọi là múi chiếu). Trong mỗi múi chiếu có kinh tuyến giữa chia múi làm hai phân bằng nhau gọi là kinh tuyến trục. Đặt quả cầu Trái đất nội tiếp hình trụ nằm ngang sao cho chúng tiếp xúc nhau theo đường kinh tuyến trục, trục của hình trụ nằm trên mặt phẳng xích đạo. Tiến hành chiếu từng múi sau đó cắt hình trụ theo đường sinh rồi trải lên mặt phẳng. Trong hình chiếu Gauss, điều kiện bảo toàn góc được thỏa. Múi chiếu 6o có thể thành lập bản đồ tỷ lệ 1/10 000 với sai số ở mức chấp nhận được. Phép chiếu UTM (Universal Transverse of Mecator) cũng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc nhưng không tiếp xúc với mặt trụ tại các kinh tuyến trục như phép chiếu Gauss mà cắt nó theo hai cát tuyến cách kinh tuyến trục 180 km. Cách chiếu như vậy sẽ giảm được sai số biến dạng ở ngoài biên và phân bố đều trong phạm vi múi chiếu 6o. III. BẢN ĐỒ PHÔNG PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG III.1. Bản đồ phông phóng xạ Như đã trình bày, phông phóng xạ môi trường có những ảnh hưởng nhất định đến con người, đặc biệt là tại những vùng có mức phông cao. Một việc cần làm là khảo sát mức phông tại các vùng đất và đưa ra các khuyến cáo về an toàn phóng xạ trong các trường hợp cần thiết. Đối với các vùng có phông cao cần giới hạn hoặc cấm trồng các loại cây lương thực, khai thác vật liệu xây dựng và định cư. Để có cái nhìn trực quan, sau khi khảo sát, người ta vẽ các bản đồ phóng xạ thể hiện kết quả mức phóng xạ tại các khu vực nghiên cứu. Phông phóng xạ có nhiều thành phần nên tùy theo mối quan tâm và khả năng thực hiện sẽ xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường, thể hiện mức phông tại khu vực nghiên cứu tạo ra do tất cả các thành phần, hoặc từng thành phần riêng biệt như bản đồ phóng xạ do các nguyên tố phóng xạ trong đất (trừ thành phần tạo ra do tia vũ trụ). Các bản đồ phân bố các nhân phóng xạ quan tâm như 40K, 238U, 232Th, 7Be, khí Radon phóng xạ, 137Cs cũng thường được xây dựng. Một số bản đồ được minh họa trong các hình 1-3 đến 1-6. Hình 1-3: Bản đồ phân bố Thorium của Hoa Kỳ Hình 1-4: Bản đồ hàm lượng Kali trong đất của Hoa Kỳ Hình 1-5: Hàm lượng Radon trong không khí tại Anh Hình 1-6: Bản đồ phân bố Cs- 137 tại Chenobyl III.2. Tình hình xây dựng bản đồ phông phóng xạ trong và ngoài nước Trong khu vực Đông Nam Á nhiều nước đã tiến hành xây dựng bản đồ phông phóng xạ tự nhiên trên cả nước, thậm chí những nước chưa có nhu cầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân như Phillipines. Điều đáng nói là họ đã làm việc đó từ những thập kỷ trước. Tại các nước phát triển họ đã có bản đồ phông phóng xạ tự nhiên và nhân tạo, bộ số liệu hàm lượng phóng xạ tại nhiều địa phương và còn cả những trạm quan sát, theo dõi phóng xạ tự động. Ngành kỹ thuật hạt nhân tại nước ta đang phát triển nhanh chóng đặc biệt là trong lĩnh vực y học. Các bệnh viện lớn đã có trang thiết bị hạt nhân hiện đại (Bệnh viện Chợ Rẫy, Bệnh viện Ung bướu Tp. Hồ Chí Minh, …). Ngoài ra còn rất nhiều các cơ sở sử dụng các thiết bị hạt nhân trên khắp cả nước trong các lĩnh vực: Công nghiệp, nông nghiệp, sinh học. Bên cạnh đó, nước ta đang chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân, điều này càng đòi hỏi các yêu cầu gắt gao về an toàn phóng xạ. Tuy nhiên nước ta vẫn chưa một bản đồ phông phóng xạ quốc gia. Một số đề tài liên quan đến vấn đề này đã và đang thực hiện ở nước ta: - Điều tra hiện trạng môi trường phóng xạ tên các tụ khoáng tụ khoáng Đông Pao, Thèn Sin – Tam đường (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú (Yên Bái), Thanh Sơn (Phú Thọ), An Điềm, Ngọc Kinh – Sườn Giữa (Quảng Nam) do Liên đoàn Địa chất Xạ-Hiếm, Trường đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội thực hiện. - Hiện nay nhiều tỉnh đã tiến hành xây dựng bản đồ phông phóng xạ ví dụ Hải Dương, Quảng Trị, Bà Rịa- Vũng Tàu, Quảng Ninh… Một số tỉnh đang có đề tài xây dựng bản đồ phông phóng xạ như Bình Dương, Đồng Nai. Kết luận Theo các phần trình bày trên, ta thấy việc xây dựng bản đồ phông phóng xạ là công việc không mới nhưng là một yêu cầu cấp thiết đối với các địa phương chưa làm việc này. Trong những năm tới, việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân sẽ trở nên phổ biến hơn ở nước ta nên cần xây dựng càng sớm càng tốt một bản đồ phông phóng xạ chính xác và chi tiết trên cả nước. CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (Geographic Infomation System- GIS) I. GIỚI THIỆU Thông tin địa lý đầu tiên được thể hiện dưới dạng bản đồ. Các bản đồ được sử dụng nhằm mục đích nghiên cứu các chuyên đề khác nhau. Theo truyền thống các bản đồ này thường là các bản đồ giấy. Các bản đồ giấy có những bất tiện: - Chi phí đắt, tốn nhiều thời gian. - Lượng thông tin hạn chế, nếu chứa nhiều thông tin thì rất khó đọc. - Không thể cập nhật thông tin theo thời gian. - Bản đồ cho các tài liệu định tính, không thể phân tích định lượng các dữ liệu có trên bản đồ. - Không thể phân tích nhiều tập hợp dữ liệu không gian từ các bản đồ khác nhau. Việc sử dụng tài liệu yêu cầu nhanh, thông tin cập nhật, chính xác cho nhiều mục đích vì thế bản đồ giấy được thay bằng bản đồ điện toán. Ngay sau đó các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề đòi hỏi thu thập và phân tích một khối lượng lớn thông tin không phải bản đồ. Bản đồ điện toán không còn phù hợp với nhu cầu thực tế. GIS được hình thành, phát triển thay thế cho bản đồ điện toán. I.1. Định nghĩa Hệ thống thông tin có thể hiểu là tập hợp các dữ liệu được khảo sát, thu thập, xử lý và sử dụng giúp cho việc lựa chọn để ra quyết định có lợi nhất cho con người. Một cách đơn giản có thể hiểu hệ thống thông tin địa lý là hệ thông tin có gắn các yếu tố địa lý. Một cách đầy đủ, người ta định nghĩa như sau: “Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp một bộ các công cụ mạnh trợ giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực cho tập hợp mục đích nhất định.” [5] I.2. Thành phần và dữ liệu của GIS - Công nghệ GIS gồm năm thành phần:  Phần cứng máy tính  Phần mềm  Số liệu  Chuyên viên  Chính sách và cách thức quản lý Hình 2-1: Các thành phần cơ bản của GIS Cơ sở dữ liệu của GIS được chia làm hai loại là dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian (dữ liệu thuộc tính). - Dữ liệu không gian là dữ liệu về đối tượng mà vị trí của nó được xác định trên bề mặt Trái đất. - Dữ liệu phi không gian thể hiện tính chất của đối tượng. Ngoài ra còn có dữ liệu thời gian mô tả thời gian xuất hiện hay tồn tại của đối tượng. II. CHỨC NĂNG CỦA GIS Ngoài các chức năng vốn có trong bản đồ học, GIS còn có những chức năng khác, trong đó quan trọng nhất là quản lý và phân tích dữ liệu. Quản lý dữ liệu: Những yêu cầu mới về kỹ thuật bản đồ biến GIS trở thành một trong những ứng dụng máy tính lớn nhất hiện nay. GIS giúp chúng ta tổ chức dữ liệu về những vấn đề phức tạp và cho phép tích hợp các thông tin, tìm hiểu được mối liên hệ giữa các yếu tố. Phân tích dữ liệu: Các phần mềm Excel, Winword cũng là dữ liệu nhưng không phải là GIS, sự khác nhau là GIS cho phép thực hiện mô phỏng, truy vấn, phân tích dữ liệu,… GIS không đơn giản là hệ thống máy tính tạo ra bản đồ với các kiểu, tỷ lệ khác nhau mà là một công cụ phân tích mạnh. Một số chức năng nổi bật của GIS  Khả năng chồng lấp các bản đồ  Phân loại thuộc tính  Phân tích dữ liệu: Tìm kiếm, nội suy, tính diện tích… Sự khác nhau cơ bản giữa bản đồ và GIS: Bản đồ là sản phẩm cuối cùng được thiết kế để truyền đạt các kiểu dữ liệu không gian. Người dùng không có khả năng thay đổi các chi tiết và nhu cầu. Trong khi đó với GIS, người dùng có khả năng tái sắp xếp các dữ liệu từ đó có thể thay đổi nhu cầu. Hơn nữa GIS cho phép phân tích lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bản đồ, đặc biệt là các thông tin thuộc tính. Tóm lại, GIS có khả năng truyền đạt và phân tích các dữ liệu. III. PHẦN MỀM CHO GIS (MAPINFO, SURFER) Hiện nay có rất nhiều phần mềm chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau: * Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS- Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS. * Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-MAPPER, ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,.. - MAPINFO là một trong những phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu vực Châu Á. - Phần mềm Surfer: chương trình thành lập bản đồ đẳng trị và mặt ba chiều trong Windows. Chương trình cho phép biến đổi nhanh và dễ dàng các dữ liệu thành các bản đồ đẳng trị, mặt, sơ đồ khối, bản đồ bóng và bản đồ điểm một cách dễ dàng, nhanh chóng và chính xác. Tương tự các phần mềm khác, MAPINFO và Surfer bao gồm các chức năng cơ bản: - Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input): Bao gồm tất cả các khía cạnh về biến đổi dữ liệu đã ở dạng bản đồ, trong lĩnh vực quan sát vào một dạng số tương thích. Ðây là giai đoạn rất quan trọng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý. - Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database): Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu đề cập đến phương pháp kết nối thông tin vị trí (topology) và thông tin thuộc tính (attributes) của các đối tượng địa lý (điểm, đường đại diện cho các đối tượng trên bề mặt trái đất). Hai thông tin này được tổ chức và liên hệ qua các thao tác trên máy tính và sao cho chúng dễ dàng sử dụng. - Xuất dữ liệu (Display and reporting): Dữ liệu đưa ra là các báo cáo kết quả quá trình phân tích tới người sử dụng, có thể bao gồm các dạng: bản đồ, bảng biểu, biểu đồ, lưu đồ được thể hiện trên máy tính, máy in, máy vẽ... - Biến đổi dữ liệu (Data transformation): Biến đổi dữ liệu gồm hai lớp điều hành nhằm mục đích khắc phục lỗi từ dữ liệu và cập nhật chúng. Biến đổi dữ liệu có thể được thực hiện trên dữ liệu không gian và thông tin thuộc tính một cách tách biệt hoặc tổng hợp cả hai. - Tương tác với người dùng (Query input): Giao tiếp với người dùng là yếu tố quan trọng nhất của bất kỳ hệ thống thông tin nào. Các giao diện người dùng ở một hệ thống tin được thiết kế phụ thuộc vào mục đích của ứng dụng đó. IV. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (Global Positioning System- GPS) GPS, hệ thống định vị toàn cầu, được cấu thành như một chòm sao (có nghĩa cấu tạo của một nhóm hay một hệ thống) của quỹ đạo vệ tinh, kết hợp với thiết bị ở mặt đất, cho phép người sử dụng quyết định vị trí chính xác của họ bất kỳ lúc nào trên bề mặt trái đất ở bất kỳ thời gian nào. GPS bao gồm các thành phần:  Bộ phận không gian : các vệ tinh.  Bộ phận điều khiển : các trạm, thiết bị điều khiển vệ tinh.  Bộ phận sử dụng : máy GPS và người sử dụng. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin về Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa, với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy. Máy thu GPS phải khóa được với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Bảng 4: Các hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới Hạng mục NAVSTAR (Hoa Kỳ) GLONASS (Nga) GALILEO (EU) Số vệ tinh 31 30 30 Số mặt phẳng quỹ đạo 6MEO 3MEO 3MEO Độ nghiêng MPQĐ 55o 64.8o 56o Bán kính quỹ đạo 26.560 km 25.510 km 29.980 km Chu kỳ 11 giờ 58 phút 2 giây 11 giờ 15 phút 40 giây 14 giờ 21 phút 36 giây Tần số sóng mang L1: 1575.42 MHz L2: 1227.60 MHz L5: 1176.45 MHz G1: 1602 + Kx0.5625 MHz G2: 1246 + Kx0.5625 MHz K = –7~24 G2 = G1x7/9 E1: 1589.742 MHz E2: 1561.098 MHz E5: 1202.025 MHz E6: 1278.75 MHz C1: 5019.86 MHz Phương trình CDMA FDMA CDMA Dạng mã số ?? Chuỗi M ?? Độ dài mã số 1023 bit 2.35x1014 511 bit 5110000 N/A Tốc độ mã số (C/A L1, P L1, L2) 1.023 Mcps 10.23 Mcps 0.511 Mcps 5.11 Mcps E1, E2: 2.046 Mcps E5: 10.23/1.023 Mcps E6: 20.46 Mcps Thời gian chuẩn UTC (USNO) UTC (Nga) UTC GPS là công cụ hoàn hảo thu thập dữ liệu cho việc xây dựng và bảo quản GIS. Không những có chức năng xác định tọa độ một điểm mà GIS còn có các chức năng khác như dẫn đường, tính diện tích, chu vi của một khu đất với độ chính xác rất cao. Kết luận Công nghệ GIS không phải là một công nghệ xa lạ. Công nghệ này đã được sử dụng thành công ở nhiều lĩnh vực trong vài thập niên gần đây. Với sự phát triển của công nghệ máy tính, việc sử dụng hiệu quả GIS mang lại lợi ích kinh tế xã hội to lớn. Nhưng việc sử dụng công cụ mạnh mẽ này trong xây dựng bản đồ phông phóng xạ tại Việt Nam vẫn còn dừng lại ở những bước khởi đầu. Chúng ta cần phải quan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa về khả năng ứng dụng công nghệ GIS trong việc lên kế hoạch, trình bày kết quả, lưu trữ và tra cứu các thông tin về bản đồ phông phóng xạ. CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG GIS VẼ BẢN ĐỒ PHÔNG PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG I. THU THẬP SỐ LIỆU VÀ CHUẨN BỊ PHẦN THÔNG TIN ĐỊA LÝ Như đã trình bày trong phần mở đầu, việc xây dựng bản đồ phông phóng xạ gồm nhiều vấn đề phức tạp. Với trang thiết bị sử dụng, đề tài chỉ thu thập số liệu và vẽ bản đồ suất liều. Bản đồ suất liều có thể được xem là một phần của bản đồ phông phóng xạ. Qua việc vẽ bản đồ suất liều có thể minh họa việc vẽ bản đồ phông phóng xạ vì cách vẽ tương tự. I.1. Mô tả khu vực khảo sát và cách thu thập số liệu cho bản đồ suất liều Thành phố Biên Hòa có diện tích 154,73 km2, cách trung tâm thành phố Hồ Chí Minh 30 km. Thành phố này là trung tâm kinh tế, xã hội của tỉnh và là trung tâm công nghiệp quan trọng của cả nước. Các điểm khảo sát được chọn ngẫu nhiên trên địa phận thành phố sao cho phân bố tương đối đồng đều và máy GPS thu được tín hiệu tốt. Đa số các điểm trong 160 điểm khảo sát nằm trong phần thành phố được bao bọc bởi quốc lộ 1A, xa lộ Hà Nội, quốc lộ 15, quốc lộ 51. Phường Tân Phong, Long Bình Tân và Long Bình gồm các khu công nghiệp và khu quân sự nên mật độ điểm lấy thưa hơn khu vực trung tâm thành phố. Sau khi chọn được địa điểm, ta tiến hành thu thập số liệu. Việc thu nhận số liệu gồm hai thao tác là xác định tọa độ bằng máy GPS và ghi số đo suất liều phóng xạ bằng máy Inspector. a. Xác định tọa độ: Máy GPS được sử dụng là máy hiệu Garmin, Legend Cx, sử dụng hệ NAVSTAR của Hoa Kỳ, thuộc loại gọn nhẹ và dễ sử dụng trên thị trường. Máy GPS có nhiều công dụng nhưng trong đề tài này chỉ sử dụng để xác định tọa độ của điểm lấy mẫu và đo khoảng cách giữa hai điểm khi cần thiết. Hình 3-1: Máy GPS Garmin Legend Cx (nguồn garmin.com) Các sóng tín hiệu từ các vệ tinh không thể xuyên qua nhà cao tầng, cây cối nên việc đo đạc phải tránh các khu vực này. Trong thực tế khi tiến hành đo đạc tại các vị trí tại khu cực khảo sát, máy thu được tín hiệu của 11 vệ tinh, sai số của các tọa độ theo máy thể hiện là dưới 3 mét. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, sai số này là chấp nhận được. Các chế độ cài đặt được thiết lập như sau:  Possition Format: UTM \ UPS  Map Datum: User  Distance/ Speed : Meters (m/sec) Sau khi đo, kết quả được lưu vào máy. b. Ghi số đo suất liều phóng xạ bằng máy Inspector: Máy Inspector của hãng S.E.International, Inc, USA có thể ghi nhận hạt alpha, beta, tia gamma và tia X. Các thông số của máy: Dải suất liều chiếu 0 – 100 mR/h Dải suất liều tương đương 0 – 1000 Sv/h Trọng lượng 300 g Kích thước 150 x 80 x 30 mm Khi sử dụng chủ yếu ta dùng hai nút trên máy đo suất liều Inspector: + Công tắc mở máy, có ba chế độ: - Audio: Chọn chế độ này khi làm việc, máy sẽ phát ra âm thanh mỗi khi có tín hiệu vào máy. - On: tương tự như nút Audio nhưng không có âm thanh. - Off: tắt máy. + Nút chọn chế độ làm việc: - mR/ hr Sv/ hr: Chế độ đo suất liều (Chọn chế độ này). - CPM CPS: Đo số đếm trên phút và số đếm trên giây. - Total/ Timer: Đo số đếm tổng cộng trong khoảng thời gian đặt trước. Hình 3-2: Máy Radiation Alert Inspector (nguồn seintl.com/production/inspector+.html) Khởi động máy, sau ._.