Báo cáo ứng dụng GIS trong quản lí hạ tầng ngầm cáp viên thông và quy hoạch trên địa bàn thành phố

Báo cáo ứng dụng GIS trong quản lí hạ tầng ngầm cáp viên thông và quy hoạch trên địa bàn thành phố

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ



BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ HẠ TẦNG NGẦM CÁP VIỄN THÔNG VÀ QUY HOẠCH TRẠM BTS TRÊN ĐỊA

BÀN THÀNH PHỐ HUẾ

Mã số: 18-11-KHKT-RD

Chủ trì đề tài: TS Hoàng Bảo Hùng

Cộng tác viên: ThS Lê Duy Sử

KS Võ Văn Khoái

KS Hồ Thái Nhật Quang

KS Nguyễn Văn Lộc

KS Lê Trần Quang Huy

Huế, 10/2011

Thuật ngữ và các từ ngữ viết tắt

BTS Base Tranceiver Station Trạm trung chuyển thu và phát sóng điện thoại di động

GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Điều khiển giám sát và thu nhận dữ liệu

OGC Open Geospatial Consortium Tổ chức tiêu chuẩn nguồn mở GIS

WKT Well Known Text Ngôn ngữ đánh dấu văn bản cho các đối tượng hình học cấu trúc vector

trên bản đồ WKB Well Known Binary Định dạng trao đổi và lưu trữ CSDL GIS theo chuẩn OGC IIS Internet Information Service Dịch vụ thông tin trên internet

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu chung về tỉnh Thừa Thiên Huế và thành phố Huế

Thành phố Huế là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá, xã hội của tỉnh Là một trong các đô thị loại 1 trực thuộc tỉnh của Việt Nam, là thành phố Festival của Việt Nam, có quần thể di tích Cố đô Huế được UNESCO công nhận là di sản văn hóa của thế giới Với diện tích 71 km2, dân số khoảng 350.000 người, thành phố Huế có 27 phường

2 Mục tiêu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước về hạ tầng viễn thông, trong đó chú trọng quản lý việc phát triển, cấp phép, giám sát hạ tầng ngầm cáp viễn thông và việc quản lý khoảng cách giữa các trạm BTS, quản lý dùng chung trạm BTS tại thành phố Huế và hướng đến quản lý trên toàn tỉnh Thừa Thiên Huế

2.2 Mục tiêu cụ thể

Xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng trên nền GIS về hạ tầng ngầm và trạm BTS trên địa bàn thành phố Huế phục vụ quản lý nhà nước

Hỗ trợ các doanh nghiệp quản lý, theo dõi hiện trạng tình hình hạ tầng ngầm và trạm BTS để định hướng phát triển hạ tầng của doanh nghiệp

Tăng khả năng dùng chung hạ tầng, định hướng cho việc quy hoạch phát triển trạm BTS trên địa bàn thành phố Huế

Làm cơ sở cho việc cấp phép mới các công trình ngầm viễn thông trên địa bàn thành phố Huế nhằm thực hiện ngầm hóa cáp viễn thông, cáp truyền hình

Tăng cường công tác quản lý hạ tầng viễn thông, đặc biệt là dung lượng của hệ thống cống để đảm bảo dùng chung giữa các doanh nghiệp viễn thông và truyền hình cáp một cách công bằng tránh tình trạng độc quyền về hạ tầng

3 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ thống thông tin địa lý quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và quản lý khoảng cách giữa hai trạm BTS bất kỳ trên địa bàn thành phố Huế phù hợp với phân hệ tích hợp trong hệ thống GISHue

- Xây dựng cơ sở dữ liệu để nghiên cứu, phân tích hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS thuộc các doanh nghiệp viễn thông quản lý, khu vực thành phố Huế

- Phân tích, thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính quản lý các đối tượng thuộc hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS dựa theo quy trình tác nghiệp của các doanh nghiệp và cơ quan quản lý nhà nước về thông tin truyền thông của tỉnh Thừa Thiên Huế - Sở Thông tin và Truyền thông

- Mô hình sau khi thiết kế được cài đặt vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu phục vụ nhiều nhiều người dùng chạy trên hệ thống máy chủ GISHue

- Xây dựng phần mềm cho phép xem, truy vấn, hỗ trợ một số chức năng cơ bản quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS (quản lý khoản cách và dùng chung) cho các doanh nghiệp viễn thông và Sở Thông tin Truyền thông tỉnh Thừa Thiên Huế

4 Nội dung nghiên cứu

4.1 Nội dung chính của đề tài

1) Khảo sát và đánh giá hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS của các doanh nghiệp khu vực thành phố Huế

2) Nghiên cứu bài toán quản lý, quy hoạch trạm BTS (phạm vi nghiên cứu quy hoạch khoản cách giữa hai trạm bất kỳ) và hạ tầng ngầm cáp viễn thông khu vực thành phố Huế

3) Xây dựng bản đồ quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS khu vực thành phố Huế

4) Nghiên cứu, thiết kế, xây dựng phần mềm mô phỏng và cài đặt bài toán quản lý, quy hoạch trạm BTS (phạm vi nghiên cứu quy hoạch khoản cách giữa hai trạm bất kỳ)

và hạ tầng ngầm cáp viễn thông trên công nghệ GIS

5) Thiết kế, biên tập bản đồ hiện trạng và quy hoạch khoảng cách hệ thống trạm BTS và hệ thống hạ tầng ngầm cáp viễn thông, khu vực thành phố Huế

6) Thiết kế, xây dựng trang thông tin điện tử/ phần mềm tích hợp công nghệ GIS (WebGIS) về hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS, khu vực thành phố Huế

4.2 Nội dung mới của đề tài

1) Giải pháp quy hoạch trạm BTS phù hợp với bảo tồn cảnh quan, di tích thành phố Huế

2) Nghiên cứu xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu địa lý (GeoDatabase) quản lý các đối tượng thuộc hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS

3) Nghiên cứu quy trình nghiệp vụ quản lý hạ tầng thông tin và truyền thông trong công tác quản lý nhà nước và quản lý của các doanh nghiệp để tin học hóa vào phần mềm ứng dụng công nghệ GIS

4.3 Nội dung mở rộng của đề tài

1) Nghiên cứu cơ sở dữ liệu GIS và chuẩn dữ liệu GIS quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS tương thích với cơ sở dữ liệu và chuẩn dữ liệu GISHue 2) Hệ thống thông tin địa lý ứng dụng quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS tích hợp trên Cổng thông tin địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế

3) Hệ thống thông tin địa lý ứng dụng quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS phân quyền quản lý và khai thác sử dụng cho các doanh nghiệp viễn thông trên thành phố Huế phục vụ trong kinh doanh

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài xác định mục tiêu nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS trên địa bàn thành phố Huế Phương pháp nghiên cứu sẽ tiếp cận các thành quả khoa học công nghệ hiện nay như công nghệ thông tin, khoa học thông tin địa lý, lý thuyết đồ thị, cơ sở hạ tầng viễn thông và phương pháp quy hoạch và quản lý đô thị

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Cấu trúc dữ liệu GIS

Mô hình dữ liệu là các quy tắc thiết lập để mô tả thế giới thực (đối tượng) và mối quan hệ của các đối tượng không gian tương ứng với thuộc tính và dạng hình học của

nó Dữ liệu thuộc tính được quản lý theo cấu trúc chủ đề hoặc cùng ý nghĩa, dữ liệu không gian (hình học) được thể hiện bởi cấu trúc hình học – hình học topo, gồm: Mô hình dữ liệu vector và Mô hình dữ liệu raster

2 Phân tích không gian

2.1 Phân tích trên một lớp

Phân tích trên một lớp dữ liệu là quy trình xử lý lớp dữ liệu GIS kết quả làm thay đổi trên lớp dữ liệu đó, bao gồm: Tạo vùng đệm (Buffer); Cắt xén (Clip); Thống nhất (Dissolve); Xoá (Erase)  bổ sung; Loại trừ (Eliminate); Phân rã (Split) và Cập nhật (Update)

2.2 Phân tích trên nhiều lớp

Phân tích trên nhiều lớp là quy trình xử lý trên hai hay nhiều lớp dữ liệu GIS khác nhau có liên quan với nhau và trên cùng một vùng được chồng lớp, kết quả tạo ra một lớp dữ liệu mới, bao gồm: Hợp nhất (Union); Đồng nhất (Indentity) và Giao nhau (Intersect)

3 Mô hình cơ sở dữ liệu GeoDatabase

Geodatabase lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính trong một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) do người dùng tự chọn: MS Access, Oralce, MS SQL server Trong Geodatabase, dữ liệu có thể là: dữ liệu vector, dữ liệu raster, TIN,

Theo mô hình trên, một geodatabase gồm các thành phần sau: Feature dataset; Object classes; Feature classes;Relationship classes; Spatial reference; Geometric network; Planar topologies; Domain; Subtype; Validation rules và Raster datasets

4 Một số khái niệm về các đối tượng của cơ sở hạ tầng viễn thông

Cơ sở hạ tầng viễn thông trong phạm vi nghiên cứu bao gồm: Bể cáp; Hầm cáp;

Hố cáp; Cống cáp; Công trình cáp trong cống bể; Cơ sở hạ tầng viễn thông; Công trình viễn thông; Nhà trạm và Trạm BTS

5 Mối quan hệ giữa quy hoạch và phát triển đô thị và vấn đề quản lý hạ tầng viễn thông

Theo Nghị định số 39/2010/NĐ-CP ngày 07/04/2010 của Chính phủ về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị xu hướng phát triển của đô thị hiện đại, không gian xây dựng ngầm đô thị cần phải được quy hoạch, xây dựng, quản lý và sử dụng đã trở thành yêu cầu tất yếu, là cơ sở pháp lý cho các doanh nghiệp khi đầu tư xây dựng hạ tầng cống bể ngầm phải bắt buộc đúng theo quy định xây dựng hệ thống cống kỹ thuật hiện đại tại các khu dân cư mới, khu công nghiệp, khu thương mại, khu đô thị mới… v.v

Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS QUẢN LÝ HẠ TẦNG NGẦM CÁP VIỄN THÔNG VÀ TRẠM BTS

1 Khảo sát và đánh giá hiện trạng hệ thống hạ tầng ngầm cáp viễn thông trên địa bàn thành phố Huế

1.1 Hiện trạng hệ thống hạ tầng ngầm cáp viễn thông (hệ thống cống, bể) tại thành phố Huế

- Hệ thống cống bể của VNPT

- Hệ thống cống bể của Viettel

1.2 Hiện trạng trạm BTS trên địa bàn thành phố Huế:

Trên địa bàn thành phố Huế hiện nay có 7 đơn vị chủ quản mạng thông tin di động triển khai phát triển hạ tầng trạm BTS trên địa bàn, bao gồm: Vinaphone (VNPT), MobiFone (VNPT), Viettel, EVN-Telecom, SFone, Vietnamobile (HanoiTelecom), GTel (Toàn Cầu)

2 Mô hình hệ thống quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và trạm BTS

Chú dẫn:

Tương tác hai chiều;

Tương tác một chiều.

3 Xây dựng phần mềm ứng dụng GIS quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông

và trạm BTS

3.1 Mô tả chức năng của phần mềm ứng dụng GIS quản lý hạ tầng thông tin

và truyền thông

STT

Nhóm

chức

thống

- Cấu hình cơ sở dữ liệu; Nhập dữ liệu; Cập nhật dữ liệu

đồ - liệu vào bản đồ; Loại bỏ lớp dữ liệu ra khỏi bản đồ; Hiển thị bản đồ;Lưu trạng thái bản đồ; Mở bản đồ đã được lưu; Thêm lớp dữ

Phóng to bản đồ; Thu nhỏ bản đồ;

- Di chuyển bản đồ; Xem thông tin đối tượng trên bản đồ; Hiển thị thông tin cho đối tượng; Đo khoảng cách giữa 2 điểm trên bản đồ;

Tầng ứng dụng

Tầng cơ sở dữ liệu

CSDL GIS chuyên ngành

hạ tầng thông tin và truyền thông;

CSDL nền GISHue;

Hệ quản trị CSDL miễn phí

CSDL GIS chuyên ngành HT TT&TT

Tầng giao diện

Máy chủ web (IIS)

Lãnh đạo;

Các Phòng chức năng;

Doanh nghiệp, Đơn vị hoạt động TT&TT;

Quản trị hệ thống

- Các Sở/Ban ngành khác;

- Cộng đồng

Web Brower Desktop

Xem bảng thuộc tính của lớp dữ liệu bản đồ….

mục

Thêm, sửa, xoá thông tin các Danh mục loại trạm; công nghệ; doanh

nghiệp viễn thông; phương thức kết nối; loại ống; loại ống cần bổ sung; loại Anten; hiện trạng ngầm hoá…

nghiệp

- Cập nhật thông tin trạm BTS;Chỉnh sửa các thông tin thuộc tính của trạm BTS;Cập nhật thông tin tuyến cống bể;Chỉnh sửa các thông tin thuộc tính của tuyến cống bể;Cập nhật thông tin ngầm hoá;Chỉnh sửa các thông tin ngầm hoá;Cập nhật thông tin vị trí quy hoạch BTS;Chỉnh sửa các thông tin quy hoạch BTS;Tìm kiếm thông tin trạm BTS; thông tin tuyến cống bể;Xác định các vị trí quy hoạch trạm BTS trên bản đồ;Hỗ trợ công tác quy hoạch BTS bằng cách định

vị các trạm BTS trên bản đồ theo địa giới xã cho trước

kê-BC

- Thống kê trạm BTS theo phạm vi địa lý;Thống kê trạm BTS;

- Thống kê tuyến cống bể;Thống kê thông tin ngầm hoá

3.2 Cấu trúc tổ chức phần mềm

GIS-Telecom

Cấu hình kết

nối CSDL

Nhập dữ liệu

Cập nhật dữ

liệu

Tạo mới

Bản đồ hiện trạng BTS

Loại trạm

Công nghệ

Tác nghiệp

Cập nhật thông tin trạm BTS

Cập nhật thông tin tuyến cống bể

Thông tin hiện trạng ngầm hoá

Doanh nghiệp viễn thông

Thống kê – Báo cáo

Thoát

Lưu bản đồ

Thêm các lớp

từ CSDL

Phương thức kết nôi

Loại ống

Loại ống bổ sung

Loại anten

Trạm BTS theo phạm vi địa lý

Thống kê trạm BTS

Thống kê tuyến cống bể

Thống kê hiện trạng ngầm hoá

Thông tin vị trí

QH BTS

Tìm kiếm thông

Tìm kiếm thông tin tuyến cống bể Xác định vị trí quy hoạch BTS

Chương 3: QUY HOẠCH TRẠM BTS TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HUẾ

1 Phân tích và lựa chọn giải pháp quy hoạch trạm BTS phù hợp với TP Huế 1.1 Cơ sở lập quy hoạch:

Thành phố Huế có diện tích: 71 km 2

Dân số: 350.000 người (ước tính đến năm 2010).

Quy hoạch cần phải xem xét các vấn đề sau:

- Khảo sát quy định từng vùng phủ;

- Quy định các vùng không được lắp mạng;

- Quy định độ cao của các cột;

Sau đó phải dự đoán được yêu cầu về lưu lượng phục vụ và số thuê bao có thể trong tương lai Cụ thể dựa trên các cơ sở sau:

- Số liệu thống kê về dân số và mật độ dân số;

- Phân bố dân cư, các trung tâm thương mại, dịch vụ, du lịch….;

- Nhu cầu về thông tin liên lạc nói chung dựa trên cơ sở máy điện thoại;

- Mức tăng trưởng kinh tế của từng khu vực;

- Nhu cầu sử dụng máy tính;

Các cơ sở cho triển khai và phát triển mạng được tính toán kỹ lưỡng dựa trên bản

đồ hành chính khu vực, các bản đồ phân bố dân cư và địa lý

1.2 Quy hoạch trạm BTS tại thành phố Huế

Thành phố Huế với đặc thù là thành phố du lịch và có nhiều di tích lịch sử nên mỗi phường đều có các phương án tính toán trạm BTS khác nhau nhằm đảm bảo các quy định của thành phố và bảo vệ cảnh quan môi trường đồng thời đảm bảo vùng phủ sóng cho các nhà mạng, do vậy việc quy hoạch để tính toán lượng trạm BTS ta chọn giải pháp dựa vào diện tích đất phục vụ và áp dụng công thức tính toán như đã phân tích Thành phố Huế với 27 phường, mỗi phường có đặc thù riêng về diện tích đất phục vụ và lưu lượng dân đang sống và di cư từ các nơi khác đến, do vậy ta phân chia theo nhiều cụm như sau:

1.2.1 Đối với 4 phường nội thành (khu vực 1): (Phường Thuận Thành, Thuận Hòa, Thuận Lộc, Tây Lộc)

Do đặc thù của 4 phường này thuộc khu vực kinh thành (di sản Thế giới – Luật

Di sản) được bảo vệ về chiều cao xây dựng, do vậy UBND tỉnh chỉ cho phép xây dựng các trạm BTS cao không quá 21 mét tính từ mặt đất, điều này đã hạn chế vùng phủ sóng của các nhà mạng, do vậy để đảm bảo vùng phủ sóng cho các nhà mạng thì khoảng cách lựa chọn giữa 2 trạm BTS của một nhà mạng cần phải gần hơn cho nên ta chọn khoảng cách cho 2 trạm áp dụng tại 4 phường nội thành khoảng 200 mét

* Công thức tính số lượng trạm BTS tại 4 phường nội thành cụ thể như sau:

2 ) 2 0 (

4

2 )

2011









DTPV nDB DT

Trong đó:

- nDB(DT 2011): Dự báo số lượng trạm BTS theo diện tích năm 2011;

- DTPV: Diện tích phục vụ, là phần diện tích đất tự nhiên của một đơn vị hành chính cấp phường (Khu vực thu phát sóng) nhân với tỷ lệ diện tích phục vụ (loại trừ phần diện tích đất tự nhiên không có nhu cầu đảm bảo thông tin liên lạc );

- π: số pi, bằng 3,14 hoặc 3,1416;

- R: bán kính phục vụ tương ứng với các KV bằng 0,2 km2

1.2.2 Đối với các phường (khu vực 2): (Hương Sơ, An Hòa, An Đông, An Tây, Thủy Xuân, Thủy Biều)

Do đặc thù của các phường này mật độ tập trung dân cư không nhiều như các phường khác, diện tích vườn cũng còn khá nhiều nên xây dựng được nhiều trạm BTS loại 1 cao từ 36 mét đến 45 mét, do đó vùng phủ sóng sẽ rộng hơn nên ta chọn phương

án khoảng cách giữa 2 trạm BTS của một nhà mạng là 400 mét

* Công thức tính số lượng trạm BTS cụ thể như sau:

2 ) 4 , 0 (

4

2 )

2011









DTPV nDB DT

Trong đó:

- DTPV: Diện tích phục vụ, là phần diện tích đất tự nhiên của một đơn vị hành chính cấp xã (Khu vực thu phát sóng) nhân với tỷ lệ diện tích phục vụ (loại trừ phần diện tích đất tự nhiên không có nhu cầu đảm bảo thông tin liên lạc );

- π: số pi, bằng 3,14 hoặc 3,1416;

- R: bán kính phục vụ tương ứng với các KV bằng 0,4 km2

1.2.3 Đối với các phường còn lại (khu vực 3):

Các phường còn lại ta thấy mật độ dân cư đông đúc, dân di cư từ các nơi đến cũng nhiều (như lượng khách du lịch, học sinh, sinh viên), do vậy để đảm bảo vùng phủ với chiều cao cho phép từ 30 mét đến 45 mét, thì ta áp dụng theo phương án khoảng cách giữa 2 trạm BTS của một nhà mạng là 300 mét

* Công thức tính số lượng trạm BTS cụ thể như sau:

2 ) 3 0 (

4

2 )

2011









DTPV nDB DT

Trong đó:

- DTPV: Diện tích phục vụ, là phần diện tích đất tự nhiên của một đơn vị hành chính cấp xã (Khu vực thu phát sóng) nhân với tỷ lệ diện tích phục vụ (loại trừ phần diện tích đất tự nhiên không có nhu cầu đảm bảo thông tin liên lạc );

- π: số pi, bằng 3,14 hoặc 3,1416;

- R: bán kính phục vụ tương ứng với các KV bằng 0,3 km2

Các phương pháp tính toán trên cho kết quả số lượng trạm cần có tại mỗi phường, tuy nhiên để phân bổ cụ thể số lượng trạm BTS cho từng vị trí khu vực cụ thể thì ta cần phải dựa vào bản đồ nền GIS nhờ công cụ phần mềm để tính toán và phân bổ một cách dễ dàng nhất

1.3 Áp dụng bài toán để đưa vào bản đồ GIS tính toán