nghiên cứu ứng dụng công nghệ gis của esri và mô hình dữ liệu dan-vand trong lĩnh vực cấp nước sạch

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS CỦA ESRI VÀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG LĨNH VỰC CẤP NƯỚC SẠCH Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HẢI CHÂU Hà Nội- 2009 2 DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải Tiếng Việt 1 BM Burst Management Quản lý các điểm rò rỉ, thất thoát 2 CNTT Công nghệ thông tin Công nghệ thông tin 3 CS Custommer Service Dịch vụ khách hàng 4 CSDL Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu 5 DBMS Database Management Systems Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 6 DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số 7 ESRI Environmental Systems Research Institute Viện nghiên cứu môi trường 8 GIS Geographic Information Systems Hệ thống thông tin địa lý 9 HQTCSDL Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 10 LA Leakage Auditing Kiểm soát rò rỉ 11 LAN Local Area NetWork Mạng cục bộ 12 MBM Meter and Billing system Quản lý đồng hồ và hóa đơn 13 Module Phân hệ Phân hệ 14 NRW Non Revenue Water Nước thất thoát 15 NSD Người sử dụng Người sử dụng 16 PM Pressure Management Quản lý áp lực đồng hồ 17 PR Pipe Registration Đăng ký đường ống 18 RP Rehabilitation Planning Kế hoạch bảo dưỡng 19 Test Kiểm thử Kiểm thử 20 UseCase Trường hợp sử dụng Trường hợp sử dụng 21 View Khung nhìn Khung nhìn 22 WDMS Water Distribution Management system Hệ thống quản lý phân phối nước (sạch) 23 Dataset Tập dữ liệu Tập dữ liệu 24 Database Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu 25 Software Phần mềm Phần mềm 26 Application Server Ứng dụng máy chủ Ứng dụng máy chủ 3 27 Web Server Web máy chủ Web máy chủ 28 Scalable FrameWork Trạm làm việc mở rộng được Trạm làm việc mở rộng được 29 Server Máy chủ phục vụ Máy chủ phục vụ 30 Browser Trình duyệt Trình duyệt 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Giao diện phần mềm WATSYS được mở trong phần mềm AutoCAD Hình 1.2 Bản đồ chuyên đề trên phần mềm WATSYS Hình 1.3 Hiển thị thông tin đối tượng Hình 1.4 Biểu đồ thời gian Hình 1.5 ArcGIS là hệ thống phần mềm GIS đầy đủ. Hình 1.6 Cấu trúc ArcObjects Hình 1.7 Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS trong ứng dụng Hình 2.1 Mô hình quan hệ giữa đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component) Hình 2.2 Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho GIS. Hình 2.3 Miêu tả 2 lớp RESIDENCE và STREET. Hình 2.4 Thể hiện RESIDENCE là lớp con của BUILDING Hình 2.5 Lớp cha BUILDING có nhiều lớp con: RESIDENCE, HOSPITAL, COMMERCIALBUILDING Hình 2.6 Lớp con RESIDENCE có thể mở rộng thành các lớp con RURALRESIDENCE và URBANRESIDENCE Hình 2.7 Lớp CITY được hợp tác bởi 3 lớp HOUSELOT, STREET, PARK. Hình 2.8 Kế thừa của URBANRESIDENCE và RURALRESIDENCE với RESIDENCE. Hình 2.9 Thuộc tính địa chỉ được kế thừa từ lớp BUILDING xuống các lớp con của nó. Hình 2.10 Lớp LANDPARCEL được đa kế thừa từ lớp TAXABLEITEM và REALESTATEOBJECT. Hình 2.11 Một ví dụ về GIS sử dụng đa kế thừa. Hình 2.12 Lớp BUILDING kế thừa thuộc tính không gian từ lớp cha GEOMETRIC. Hình 2.13 Lớp BUILDING kế thừa nhiều thuộc tính từ các lớp cha của nó. Hình 2.14 Dân số của một quốc gia được lấy từ dân số của các vùng Hình 3.1 Mô hình kiến trúc tổng thể của WDMS Hình 3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu. Hình 3.3 Sơ đồ lắp đặt theo Mô hình Dan-Vand Hình 3.4 Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu Hình 3.5 Giao diện ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS. Hình 3.6 Sơ đồ tổ chức thực hiện tổng thể dự án WDMS Hình 3.7 Sơ đồ tổ chức nhân sự thực hiện phát triển dự án WDMS Hình 3.8 Biểu đồ hoạt động cập nhật đối tượng điểm nối 5 Hình 3.9 Biểu đồ UserCase đối với chức năng cập nhật đối tượng điểm nối Hình 3.10 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối Hình 3.11 Biểu đồ Usercase chức năng cập nhật thiết bị cho điểm nối Hình 3.12 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật đường ống Hình 3.13 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật đường ống Hình 3.14 Biểu đồ hoạt động chức năng cập nhật vùng cấp nước Hình 3.15 Biểu đồ UserCase chức năng cập nhật vùng cấp nước Hình 3.16 Biểu đồ hoạt động chức năng xem biểu đồ Hình 3.17 Biểu đồ UserCase chức năng xem biểu đồ Hình 3.18 Biểu đồ hoạt động chức năng xem bản đồ Hình 3.19 Biểu đồ Usercase chức năng xem bản đồ Hình 3.20 Biểu đồ hoạt động chức năng in ấn bản đồ Hình 3.21 Biểu đồ usercase chức năng in ấn bản đồ Hình 3.22 Biểu đồ hoạt động chức năng kiểm tra mạng lưới Hình 3.23 Biểu đồ usercase chức năng kiểm tra mạng lưới Hình 3.24 Giao diện màn hình chính của phần mềm WDMS Hình 3.25 Giao diện của phân hệ Quản lý đường ống Hình 3.26 Thanh công cụ thao tác với bản đồ Hình 3.27 Thanh công cụ cập nhật dữ liệu Hình 3.28 Một góc bản đồ có dữ liệu về vùng cấp nước, đường ống và điểm nối Hình 3.29 Truy vấn dữ liệu thuộc tính Hình 3.30 Truy vấn dữ liệu không gian Hình 3.31 Thiết lập màu sắc cho chức năng bản đồ chuyên đề Hình 3.32 Bản đồ chuyên đề phân loại theo danh mục đường ống Hình 3.33 Biểu đồ phân loại theo danh mục đường ống Hình 3.34 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho điểm nối Hình 3.35 Màn hình chọn và nhập dữ liệu thuộc tính cho thiết bị Hình 3.36 Màn hình nhập dữ liệu thuộc tính cho đường ống Hình 3.37 Hình ảnh của một đường ống sau khi đã tạo Hình 3.38 Chức năng tạo cầu vồng cho đường ống (fly-over) Hình 3.39 Chức năng kéo dài đường ống (Extend) Hình 3.40 Chức năng cắt đường ống Hình 3.41 Chức năng nối đường ống (Merge) Hình 3.42 Chức năng chia cắt đường ống (split) Hình 3.43 Chức năng tìm “ốc đảo” trong mạng đường ống (Network Island) 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Lớp thông tin đường ống Bảng 2 Bảng thuộc tính lớp đường ống Bảng 3 Lớp thông tin điểm nối Bảng 4 Bảng thuộc tính lớp điểm nối Bảng 5 Lớp thông tin vùng cấp nước Bảng 6 Bảng thuộc tính lớp Vùng Bảng 7 Lớp thông tin vùng dịch vụ Bảng 8 Bảng thuộc tính lớp vùng dịch vụ Bảng 9 Danh mục trạng thái hoạt động vật lý của thiết bị Bảng 10 Thông tin về thùng chứa Bảng 11 Danh mục mã loại thùng chứa Bảng 12 Bảng danh mục C_Tank_Wat Bảng 13 Bảng danh mục C_Medium_Wat Bảng 14 Thông tin về giếng Bảng 15 Thông tin về các thiết bị nối đơn Bảng 16 Danh mục SimpleJointCat_Wat Bảng 17 Loại thiết bị đơn giản Bảng 18 Các điểm lắp đặt các thiết bị phức tạp Bảng 19 Danh mục của ComplexCompCat_Wat Bảng 20 Loại thiết bị phức tạp Bảng 21 Các điểm lắp đặt Bảng 22 Loại điểm lắp đặt Bảng 23 Các điểm lắp đặt đồng hồ Bảng 24 Hạng mục đồng hồ Bảng 25 Danh mục của đồng hồ Bảng 26 Loại đồng hồ Bảng 27 Các điểm lắp đặt máy bơm Bảng 28 Danh mục mã điều khiển đồng hồ Bảng 29 Danh mục máy bơm Bảng 30 Kiểu máy bơm Bảng 31 Bể chứa Bảng 32 Loại bể chứa Bảng 33 Danh mục bể dự trữ Bảng 34 Các điểm tiêu thụ nước Bảng 35 Danh mục các điểm tiêu thụ Bảng 36 Loại điểm tiêu thụ nước 7 Bảng 37 Đồng hồ nước Bảng 38 Danh mục đồng hồ nước Bảng 39 Loại Van Bảng 40 Danh mục điều khiển Van Bảng 41 Danh mục bề mặt Bảng 42 Tiến độ thực hiện dự án WDMS Bảng 43 Tiến độ thực hiện phân hệ Đăng ký đường ống 8 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 9 LỜI CẢM ƠN 10 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC 12 1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước 12 1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước 13 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 25 2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND 25 2.2 Mô hình hướng đối tượng đối với cơ sở dữ liệu GIS 27 2.2.1 Giới thiệu 27 2.2.2 Mô hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS 29 2.2.3 Cơ chế trừu tượng hướng đối tượng 31 2.2.4 Mô hình hóa trực quan 35 2.2.5 Tổng kết 43 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƯỚC SẠCH 45 3.1 Đặt vấn đề 45 3.2 Khái niệm về đô thị và quá trình quy hoạch phát triển đô thị 45 3.3 Sự cần thiết khi ứng dụng công nghệ GIS trong công tác quản lý và quy hoạch 46 3.4 Mô tả ứng dụng 48 3.4.1 Đăng ký đường ống trong WDMS – Pipe Registration 50 3.4.2 Mục tiêu của Hệ thống đăng ký đường ống 50 3.4.3 Những yêu cầu chung 51 3.4.4 Yêu cầu về xây dựng cơ sở dữ liệu 53 3.4.5 Yêu cầu về ứng dụng nhân GIS 78 3.4.6 Bố trí nhân lực, tiến độ thực hiện dự án 81 3.4.7 Yêu cầu về chức năng nghiệp vụ 87 3.5 Kết quả thực hiện được 99 3.6 Kết quả thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đường ống 108 3.7 Định hướng phát triển của sản phẩm tại Việt Nam 109 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 9 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và các số liệu trong khoá luận chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này! Hà nội, ngày tháng năm 2009 Tác giả Nguyễn Việt Hùng 10 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành ngoài nỗ lực hết sức của bản thân, trong quá trình làm việc tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của các thầy cô tại khoa Công nghệ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, Trường đại học Công Nghệ, đặc biệt là thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Hải Châu, người trực tiếp hướng dẫn tôi. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi tôi đang công tác, đặc biệt là Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phước Thành, đã tạo điều kiện tốt nhất về thời gian, cơ sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trong quá trình thực hiện dự án, đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian tôi thực hiện đề tài này. Xin gửi lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp và những người thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Luận văn thạc sĩ này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội. [...]... khiến cho GIS trở nên khó sử dụng Hình 2.2: Mối quan hệ giữa Mô hình, Công nghệ phần mềm và cơ sở dữ liệu cho GIS 2.2.2.1 Các mô hình dữ liệu và cơ chế trừu tượng hóa Một bộ phận quan trọng trong các chức năng xây dựng – mô hình được phát triển từ mô hình dữ liệu cho hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trong GIS Một mô hình dữ liệu là một tập hợp của:  Các loại cấu trúc dữ liệu  Các quy tắc thực hành... người sử dụng và ngôn ngữ, an toàn CSDL - Calculation Service - Tính toán số liệu tổng hợp cho toàn hệ thống Hệ thống WDMS do VidaGIS phát triển dựa trên các thành phần sau: 19 - Mô hình cấp nước: Trong WDMS, mô hình cấp nước sử dụng hoàn toàn mô hình DAN-VAND, sẽ được mô tả chi tiết trong chương 2 của luận văn này - Cơ sở dữ liệu của WDMS là CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS của hãng ESRI (www .esri. com),... Ràng buộc toàn vẹn dữ liệu 30 Nó cung cấp các công cụ, chẳng hạn như các ngôn ngữ sẵn có, để mô tả mô hình biến đổi của cơ sở dữ liệu (Date 1986) Các ví dụ về mô hình dữ liệu có thể tìm thấy là mô hình quan hệ (Codd 1970), Mô hình – Quan hệ - Thực thể (Chen 1976) và mô hình hướng – đối tượng (Manola and Dayal 1986;Bancilhon et al 1988) Mô hình dữ liệu của hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phải thiết lập... mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS Engine) và server GIS (ArcGIS Server) 22 Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects ArcGISEngine: GIS có thể lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát các hàm GIS tới một vài nơi trong một tổ chức Điều này cho phép truy cập tới các hàm của GIS bởi một vài người, những người cần tính năng của ứng dụng GIS trong công việc thường ngày của họ ArcGIS... thuần là một mô hình dữ liệu về chuẩn hệ thống đăng ký đường ống nước được sử dụng ở Đan Mạch và hiện đang được ứng dụng vào quản lý cấp nước tại Malaysia Một trong những mục đích chính của mô hình DAN-VAND là tạo ra một chuẩn thống nhất cho liên kết và trao đổi dữ liệu Việc trao đổi dữ liệu này cũng phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS Chính vì vậy, sẽ có các trường dữ liệu về tọa độ và trường... sẵn có trong mô hình dữ liệu quyết định các mô hình biến đổi và mô hình cụ thể có thể được sử dụng, và từ đó quyết định khả năng diễn đạt của GIS Nếu cơ chế trừu tượng hóa không đầy đủ, mô hình biến đổi của thực tế sẽ trở nên không tương thích và việc tham chiếu từ khái niệm của người sử dụng về hoạt động đối tượng vào mô hình GIS sẽ gặp nhiều trở ngại và rất khó hiểu Điều này sẽ khiến cho GIS trở... VỀ MÔ HÌNH CẤP NƯỚC 1.1 Vai trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước Nước sạch và sử dụng nước sạch là nhu cầu thiết yếu của con người, kể cả trong xã hội nguyên thủy đến xã hội hiện đại như ngày nay Thử hình dung trong cuộc sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nước sạch để sinh hoạt thì điều gì sẽ sảy ra? Nước sạch có thể được khai thác bằng các hình thức khác nhau, như giếng đào, giếng khoan, nước. .. người sử dụng cho phát triển ứng dụng và trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng 5 Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai cùng với chức năng chuẩn hoặc cùng với điều kiện mở rộng cho các chức năng nâng cao Các công nghệ khác Ngoài 2 công nghệ phổ biến đã được nêu ở trên, để phát triển và ứng dụng công nghệ GIS trong các lĩnh vực đời sống xã hội còn rất nhiều các công nghệ ứng dụng khác... về GIS khác Đầu tiên, dữ liệu được biên soạn thành đối tượng ứng dụng, mất rất nhiều thời gian cho công việc tạo cơ sở dữ liệu GIS và tri thức về địa lý Dần dần, các chuyên gia GIS đã bắt đầu sử dụng và khai thác những tập hợp tri thức có được trong nhiều các ứng dụng GIS Người sử dụng ứng dụng sáng kiến ra trạm làm việc GIS để tạo ra các tập dữ liệu địa lý (geographic dataset), xây dựng luồng công. .. khác nữa mà trong khuôn khổ của luận văn này không thể liệt kê ra được Do vậy tác giả đã chọn mô hình cấp nước DAN-VAND và phần mềm WDMS, trong đó có module “Đăng ký đường ống” để trình bày trong luận văn 25 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 2.1 Mô hình cơ sở dữ liệu DAN-VAND Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ các dự án cấp thoát nước tại các . CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS CỦA ESRI VÀ MÔ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG LĨNH VỰC CẤP NƯỚC SẠCH. trò và tầm quan trọng của việc quản lý cấp nước và một số mô hình cấp nước Chương 2: Trình bày chi tiết về mô hình cơ sở dữ liệu cấp nước DAN-VAND và