Luận Án Tiến Sĩ Địa 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.pdf

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ận Lu NGUYỄN ANH TUẤN n tiế Tài liệu rẻ án NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG sĩ m ới LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG ất nh HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN ANH TUẤN Lu án n tiế Tài liệu rẻ ận NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP HỆ CẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG sĩ LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG m Mã số: 44 02 20 Hà Nội - 2023 ất PGS.TS Lê Trung Thành Người hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) nh Người hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) ới Xác nhận Học viện Khoa học Cơng nghệ TS Nguyễn Thanh Hồn i Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố bất Lu kỳ cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2023 ận án tiế Tài liệu rẻ Tác giả luận án n Nguyễn Anh Tuấn sĩ ới m ất nh ii Lời cảm ơn Luận án thực thành công Khoa Địa lý, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng Lu ận dẫn sát sao, tận tình PGS.TS Lê Trung Thành TS Nguyễn Thanh Hoàn Tác giả luận án bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thày, người dành nhiều thời gian, tâm sức để hướng dẫn, động viên, hướng dẫn cho tác giả Tài liệu rẻ án tháo gỡ khúc mắc q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể cán nghiên cứu, nhà n án tiế khoa học Viện Địa lý, thày, cô Học viện Khoa học Công nghệ hỗ trợ, động viên tạo điều kiện tốt để tác giả hoàn thành luận sĩ Để có kết nghiên cứu này, tác giả chân thành cảm ơn Ban Chủ ới m 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 nh Quốc tế đồng nghiệp tạo điều kiện để tác giả có thời gian đăng ký học nghiên cứu sinh hồn thành chương trình đào tạo nghiên cứu sinh Cuối cùng, tác giả cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ vật ất chất tinh thần để tác giả hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Anh Tuấn iii Một số kí hiệu viết tắt Ký hiệu Ý nghĩa AI API Artificial intelligence (trí tuệ nhân tạo) Application Programming Interface (Giao diện lập trình ứng dụng phương thức, giao thức kết nối với thư viện ứng dụng khác) Advanced Research Projects Agency Network ận Lu Stt án ARPANET tiế Tài liệu rẻ đầu gói chuyển mạch mạng mạng để thực giao thức TCP / IP AVR Automatic Voltage Regulator hệ thống tự động điều khiển điện áp đầu cực máy phát điện Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn BS Base station: trạm gốc thiết bị thông tin vô n sĩ m CH Cluster head node cụm trưởng mạng Cloud Server cảm biến không dây Cloud Server dịch vụ lưu trữ quản lý CSDL máy chủ tảng đám mây Cơ sở liệu 10 DARPA 11 API ất nh ới tuyến và/ phụ trợ dùng vị trí cố định cấp điện trực tiếp gián tiếp Defense Advanced Research Projects Agency Cơ quan Chỉ đạo Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến Mỹ Application Programming Interface - Giao diện lập trình kết nối ứng dụng iv Stt Ký hiệu Ý nghĩa 12 Data Logger Data logger công nghệ phổ biến việc lưu trữ truyền thông tin liệu 13 DEM Digital Elevation Model - mơ hình số độ cao 14 RDBMS (Relational Database Management System) có nghĩa hệ quản trị sở liệu quan hệ 15 FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations Tổ chức lượng thực nông 16 FORTRAN Lu nghiệp Liên hợp quốc Là ngơn ngữ lập trình biên dịch, tĩnh, kiểu 17 ận mệnh lệnh dùng để xử lý liệu Geographic Information Systems - hệ thống thông tin địa lý Global Positioning System - hệ thống định vị tiế Tài liệu rẻ GPS án 18 GIS toàn cầu GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu 20 GUI Graphical User Interface - Giao diện đồ họa người dùng 21 22 GW HEC-HMS Ground Water - Nước ngầm Là một mơ hình tốn thuỷ văn dùng để n 19 sĩ ới m nh ất tính dòng chảy từ số liệu đo lượng mưa lưu vực 23 HRU Hydrological Response Unit đơn vị đồng mặt thủy văn 24 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engi- 25 IoT neers - Viện Kỹ sư điện điện tử Internet of Things - Internet vạn vật 26 IWRM Integrated Water Resources Management Quản lý tổng hợp tài ngun nước 27 MIKE-NAM Là mơ hình thủy văn dạng bể chứa dùng để tính tốn dịng chảy từ mưa v Stt Ký hiệu Ý nghĩa 28 MMI Multimode Interference - Cấu trúc giao thoa đa 29 MRR mode Microring Resonators - Bộ vi cộng hưởng 30 MySQL Là phần mềm quản trị sở liệu 31 MZI Mach-Zehnder interferometer - Giao thoa kế Mach-Zehnder 32 OSI Open Systems Interconnection - Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở 33 QUAL2E Lu Là mô hình chất lượng nước sơng dịng chảy 34 RFID ận Radio Frequency Identification - công nghệ dùng kết nối sóng vơ tuyến để tự động xác án Router tiế 35 Tài liệu rẻ định theo dõi thẻ nhận dạng gắn vào vật thể Bộ định tuyến thiết bị mạng có chức RS 37 38 Runoff SCS Dòng chảy bề mặt Soil Conservation System - phương pháp n 36 chuyển tiếp gói liệu mạng máy tính Remote Sensing - Cơng nghệ viễn thám sĩ m ới đường cong sử dụng mô hình SWAT để đánh giá dịng chảy ứng với loại đất tính chất SDGs SOI triển bền vững Liên hợp quốc Silicon on Insulator - công nghệ silicon ất 40 nh 39 đất Sustainable Development Goals - mục tiêu phát chất cách điện 41 42 43 44 SPW SWAT Surface plasmon wave - sóng plasmon bề mặt Soil and Water Assessment Tool - phần mềm UAV công cụ đánh giá đất nước Unmanned Aerial Vehicle - Một loại phương UTM tiện bay không người lái Universal Transverse Mercator - phép chiếu đồ Việt Nam cịn gọi phép chiếu hình trụ 45 WEAP Là mơ hình tính tốn cân nước vi Stt Ký hiệu Ý nghĩa 46 Web Clients Máy khách Web 47 48 Web Servers WebGIS Máy chủ Web Hệ thống thông tin địa lý hoạt động tảng Web 49 WINS Wireless Integrated Network Sensors - cảm biến mạng khơng dây tích hợp 50 WMO World Meteorological Organization, viết tắt tên tiếng Anh WMO) tổ chức chun mơn khí 51 WSN Lu tượng Liên Hợp quốc Wireless Network Sensors - Mạng cảm biến 52 ận không dây Water Yield lượng nước từ đơn vị đồng án thủy văn (HRU) lưu vực tính mơ hình SWAT n tiế Tài liệu rẻ WYLD sĩ ới m ất nh vii Mục lục Lời cảm ơn ii Một số kí hiệu viết tắt iii Lu x Danh sách bảng xiii Mở đầu Cơ sở khoa học phương pháp nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến án Chương ận Danh sách hình vẽ Tài liệu rẻ hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên môi trường nước tiế lưu vực sông Tổng quan số khái niệm 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu tích hợp hệ cảm biến hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý tài nguyên môi 18 18 Ở Việt Nam Ở khu vực nghiên cứu 23 26 Phương pháp nghiên cứu 28 1.3.1 1.3.2 Phương pháp khảo sát thực địa Phương pháp sử dụng công nghệ GIS mô hình hóa 30 30 1.3.3 1.3.4 Phương pháp thiết kế hệ cảm biến không dây Phương pháp lập trình tích hợp hệ thống 31 32 Tiểu kết chương 33 Chương ất 1.4 nh 1.2.2 1.2.3 ới m sĩ trường nước lưu vực sông 1.2.1 Trên giới 1.3 Ứng dụng hệ thống thơng tin địa lý mơ hình hóa mơ chế độ dịng chảy lưu vực sơng Nhuệ - Đáy 2.1 n 1.1 Đặc điểm lưu vực sông Nhuệ - Đáy 35 35 viii 2.2 2.3 38 39 2.2.2 Mơ dịng chảy SWAT Ứng dụng GIS xử lý liệu đầu vào cho mơ hình 44 48 2.3.1 2.3.2 Yêu cầu liệu đầu vào cho mơ hình SWAT Dữ liệu địa hình (mơ hình số độ cao, DEM) 48 50 2.3.3 2.3.4 Dữ liệu thổ nhưỡng Dữ liệu sử dụng đất 52 54 2.3.5 Dữ liệu khí tượng thủy văn 56 2.3.6 Các yêu cầu chuẩn hóa liệu Thiết lập hiệu chỉnh mơ hình 59 59 Lu Lựa chọn mơ hình SWAT 2.2.1 Tổng quan mơ hình SWAT 2.4 59 63 2.4.3 Tính tốn lưu lượng dịng chảy thành lập đồ tài nguyên nước cho lưu vực sông Nhuệ-Đáy 67 tiế Tài liệu rẻ Q trình thành lập mơ hình Hiệu chỉnh kiểm chứng mơ hình án ận 2.5 2.4.1 2.4.2 Tiểu kết chương Nghiên cứu thiết kế hệ thống tích hợp mạng cảm biến khơng dây n Chương 70 mơ hình hóa tảng WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên môi sĩ trường m 3.1 Thiết kế kiến trúc hệ thống WebGIS tích hợp liệu từ mạng ới cảm biến khơng dây mơ hình hóa 3.1.1 Thiết kế kiến trúc vật lý hệ thống nh 73 73 Thiết kế kiến trúc logic hệ thống Thiết kế sở liệu hệ thống 74 76 3.1.4 Chuẩn hóa sở liệu Thiết kế hệ cảm biến quan trắc số thơng số khí tượng, thủy 83 văn tích hợp vào cho mơ hình 3.2.1 Thiết kế hệ cảm biến tích hợp sử dụng công nghệ Zig- 85 3.2.2 bee bo mạch Arduino Thiết kế nút điều phối 85 86 3.2.3 Thiết kế nút cảm biến 88 3.2.4 Nguyên lý xử lý liệu hệ cảm biến 89 ất 3.1.2 3.1.3 3.2 72