Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường

Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.Nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến và hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁODỤC VÀĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOAHỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆTNAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NGUYỄN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊNVÀMÔITRƯỜNG Mã số:9 44 02 20 Xác nhậncủaHọcviện Người hướngdẫn1 dẫn2KhoahọcvàCôngnghệ (Ký, ghi rõ họtên) PGS.TS.LêTrung Thành Hà Nội - 2023 Người hướng (Ký, ghi rõhọtên) TS NguyễnThanh Hồn Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kếtquảnêutrongluậnánlàtrungthựcvàchưatừngđượcaicơngbốtrongbất kỳ cơng trình nàokhác Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn Lời cảm ơn LuậnánđãđượcthựchiệnthànhcơngtạiKhoaĐịalý,HọcviệnKhoahọcvàCơngngh ệ,ViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNamdướisựhướngdẫnsátsao,tậntìnhcủaPGS TSLêTrungThànhvàTS.NguyễnThanhHồn.Tác giả luận án bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cácthày,nhữngngườiđãdànhnhiềuthờigian,tâmsứcđểhướngdẫn,độngviên,hướngdẫn chotácgiảtháogỡnhữngkhúcmắctrongqtrìnhnghiêncứuvàhồnthànhluậnánnày.Tác giảcũngxinbàytỏlịngbiếtơntớitồnthểcánbộnghiêncứu,nhàkhoahọctại ViệnĐịalý,cácthày,cơtạiHọcviệnKhoahọcvàCơngnghệđãhỗtrợ,độngviênvàtạomọ iđiềukiệntốtnhấtđểtácgiảhồnthànhđượcluận án Để có kết nghiên cứu này, tác giả chân thành cảm ơn Ban Chủ nhiệm đề tài cấp Nhà nước mã số: BĐKH.30/16-20 hỗ trợ tư liệu, địa bàn nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu Xin cảm ơn Lãnh đạo Trường Quốc tế đồng nghiệp tạo điều kiện để tác giả có thời gian đăng ký học nghiên cứu sinh hoàn thành chương trình đào tạo nghiên cứu sinh Cuốicùng,tácgiảcảmơngiađình,bạnbèđãđộngviên,giúpđỡcảvềvật chất tinh thần để tác giả hồn thành luận ánnày Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn Một số kí hiệu viết tắt Stt Ký hiệu AI API 10 11 Ý nghĩa Artificial intelligence (trí tuệ nhân tạo) Application Programming Interface (Giao diện lập trình ứng dụng phương thức, giao thứckếtnốivớicácthưviệnvàứngdụngkhác) ARPANET Advanced Research Projects Agency Network làmộtđầugóichuyểnmạchmạngvàmạngđầu tiên để thực giao thức TCP / IP AVR Automatic Voltage Regulator hệ thống tự độngđiềukhiểnđiệnápđầucựcmáyphátđiện Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn BS Base station: trạm gốc thiết bị thông tin vô tuyến và/ phụ trợ dùng vị trí cố định cấp điện trực tiếp gián tiếp CH Cluster head node cụm trưởng mạng cảm biến không dây Cloud Server Cloud Server dịch vụ lưu trữ quản lý máy chủ tảng đám mây CSDL Cơ sở liệu DARPA Defense Advanced Research ProjectsA g e n c y làCơquanChỉđạocácDựánNghiêncứuQuốc phòng Tiên tiến Mỹ API ApplicationProgrammingInterface-Giaodiện lập trình kết nối ứng dụng Stt Ký hiệu Ý nghĩa 12 Data Logger 13 14 DEM RDBMS 15 FAO 16 FORTRAN 17 GIS 18 GPS 19 GSM 20 GUI 21 22 GW HEC-HMS 23 HRU 24 IEEE 25 26 IoT IWRM 27 MIKE-NAM Data logger công nghệ phổ biếnhiệnnaytrongviệclưutrữvàtruyềnthông tin liệu Digital Elevation Model - mơ hình số độ cao (Relational Database Management System) có nghĩa hệ quản trị sở liệu quan hệ Food and Agriculture Organizationo f t h e United Nations Tổ chức lượng thực nông nghiệp Liên hợp quốc Là ngơn ngữ lập trình biên dịch, tĩnh, kiểu mệnh lệnh dùng để xử lý liệu Geographic Information Systems - hệ thống thông tin địa lý Global Positioning System - hệ thống định vị toàn cầu Global System for Mobile Communications Hệ thống thơng tin di động tồn cầu Graphical User Interface - Giao diện đồ họa người dùng Ground Water - Nước ngầm Là mơ hình tốn thuỷ văn dùng để tínhdịngchảytừsốliệuđolượngmưatrênlưu vực Hydrological Response Unit đơn vị đồng mặt thủy văn Institute of Electrical and Electronics Engineers - Viện Kỹ sư điện điện tử Internet of Things - Internet vạn vật Integrated Water Resources Management Quản lý tổng hợp tài nguyên nước Làmơhìnhthủyvăndạngbểchứadùngđểtính tốn dịng chảy từ mưa Stt Ký hiệu Ý nghĩa 28 MMI 29 30 31 MRR MySQL MZI 32 OSI 33 QUAL2E 34 RFID 35 Router 36 37 38 RS Runoff SCS 39 SDGs 40 SOI 41 42 SPW SWAT 43 UAV 44 UTM 45 WEAP MultimodeInterference-Cấutrúcgiaothoađa mode Microring Resonators - Bộ vi cộng hưởng Là phần mềm quản trị sở liệu Mach-Zehnder interferometer - Giao thoa kế Mach-Zehnder Open Systems Interconnection - Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở Là mơ hình chất lượng nước sơng dịng chảy Radio Frequency Identification - cơng nghệdùngkếtnốisóngvơtuyếnđểtựđộngxác định theo dõi thẻ nhận dạng gắn vào vật thể Bộ định tuyến thiết bị mạng có chức chuyểntiếpgóidữliệugiữacácmạngmáytính Remote Sensing - Cơng nghệ viễn thám Dịng chảy bề mặt Soil Conservation System - phương pháp đường cong sử dụng mô hình SWAT để đánhgiádịngchảyứngvớiloạiđấtvàtínhchất đất SustainableDevelopmentGoals-mụctiêuphát triển bền vững Liên hợp quốc Silicon on Insulator - công nghệ silicon chất cách điện Surface plasmon wave - sóng plasmon bề mặt Soil and Water Assessment Tool - phần mềm công cụ đánh giá đất nước Unmanned Aerial Vehicle - Một loại phương tiện bay không người lái Universal Transverse Mercator - phép chiếu đồ ởViệtNam gọi phép chiếu hình trụ Là mơ hình tính tốn cân nước Stt Ký hiệu Ý nghĩa 46 47 48 Web Clients Web Servers WebGIS 49 WINS 50 WMO 51 WSN 52 WYLD Máy khách Web Máy chủ Web Hệ thống thông tin địa lý hoạt động tảng Web Wireless Integrated Network Sensors - cảm biến mạng khơng dây tích hợp WorldMeteorologicalOrganization,viếttắttên tiếngAnhWMO)làtổchứcchunmơnvềkhí tượng Liên Hợp quốc Wireless Network Sensors - Mạng cảm biến không dây Water Yield lượng nước từ đơn vị đồng thủy văn (HRU) lưu vực tính mơ hình SWAT Mục lục Lời cảm ơn Một số kí hiệu viết tắt iii Danh sách hình vẽ x Danh sách bảng xiii Mở đầu Chương1 ii Cơsởkhoahọcvàphươngphápnghiêncứutíchhợphệcảmbiến hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên môi trường nước lưu vực sông 1.1 1.2 Chương2 Tổngquanmộtsốkháiniệm Tổng quan cơng trình nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến vàhệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên 18 môitrườngnướctrênlưuvựcsông 1.2.1 Trênthếgiới 18 1.2.2 ỞViệtNam 23 1.2.3 Ởkhuvựcnghiêncứu 26 1.3 Phươngphápnghiêncứu 28 1.3.1 Phươngphápkhảosátthựcđịa 30 1.3.2 PhươngphápsửdụngcơngnghệGISvàmơhìnhhóa 30 1.3.3 Phươngphápthiếtkếhệcảmbiếnkhơngdây 31 1.3.4 Phươngpháplậptrìnhvàtíchhợphệthống 32 1.4 Tiểukếtchương1 33 Ứngdụnghệthốngthơngtinđịalývàmơhìnhhóamơphỏngchế độ dịng chảy lưu vực sơng Nhuệ - Đáy 2.1 ĐặcđiểmcủalưuvựcsôngNhuệ-Đáy 35 35 2.2 2.3 2.4 2.5 Chương3 Lựa chọn mơhìnhSWAT 38 2.2.1 Tổng quan mơhìnhSWAT .39 2.2.2 Mơ dịng chảytrongSWAT 44 Ứng dụng GIS xử lý liệu đầu vào chomơhình 48 2.3.1 u cầu liệu đầu vào cho mơhìnhSWAT 48 2.3.2 Dữ liệu địa hình (mơ hình số độcao,DEM) 50 2.3.3 Dữ liệuthổnhưỡng 52 2.3.4 Dữ liệu sửdụngđất 54 2.3.5 Dữ liệu khí tượngthủyvăn 56 2.3.6 Các yêu cầu chuẩn hóadữliệu 59 Thiết lập hiệu chỉnhmơhình .59 2.4.1 Q trình thành lậpmơhình 59 2.4.2 Hiệu chỉnh kiểm chứngmơhình 63 2.4.3 Tính tốn lưu lượng dịng chảy thành lập đồ tàinguyên nước cho lưu vựcsôngNhuệ-Đáy .67 Tiểukếtchương2 70 Nghiên cứu thiết kế hệ thống tích hợp mạng cảm biến khơng dâyvàmơh ìn h h ó a n ề n tản g WebGISph ụ c v ụ q u ản lý tài n gu yê n m ôi trường 72 3.1 3.2 Thiết kế kiến trúc hệ thốngWebGIStích hợp liệu từmạng cảm biến khơng dây mơhìnhhóa 73 3.1.1 Thiết kế kiến trúc vật lý củahệthống 73 3.1.2 Thiết kế kiến trúc logic củahệthống 74 3.1.3 Thiết kế sở liệu củahệthống 76 3.1.4 Chuẩn hóa sởdữliệu 83 Thiếtkếhệcảmbiếnquantrắcmộtsốthơngsốkhítượng,thủy văn tích hợp vào chomơhình 85 3.2.1 ThiếtkếhệcảmbiếntíchhợpsửdụngcơngnghệZigbee bomạchArduino .85 3.2.2 Thiết kế nútđiềuphối 86 3.2.3 Thiết kế nútcảmbiến 88 3.2.4 Nguyên lý xử lý liệu hệcảmbiến 89