Xây dựng hệ thống Gis ứng dụng trong quy hoạch xây dựng nông thôn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ngô Thanh Khiết XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ngô Thanh Khiết XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số : 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Nguyễn Đình Hóa Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 5 CHƢƠNG I: GIS VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 8 1.1 Những khái niệm cơ bản về GIS 8 1.1.1 Hệ thông tin địa lý là gì 8 1.1.2 Tại sao phải sử dụng hệ thông tin địa lý 8 1.1.3 Các thành phần chính trong hệ thông tin địa lý 11 1.2 Các chức năng của hệ thống GIS 14 1.2.1 Thu thập dữ liệu 14 1.2.2 Xử lý sơ bộ dữ liệu 15 1.2.3 Lƣu trữ và truy nhập dữ liệu 16 1.2.4 Tìm kiếm và phân tích không gian 17 1.2.5 Hiện thị đồ họa và tƣơng tác 17 1.3. Mô hình dữ liệu không gian 17 1.3.1 Mô hình dữ liệu raster và vector 18 1.3.2 Mô hình đối tƣợng địa lý 20 1.4 Ứng dụng của hệ thông tin địa lý 24 CHƢƠNG II: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS BẰNG MAPWINDOW 26 2.1 Khung kiến trúc một ứng dụng MapWindow 27 2.1.1 Không gian làm việc 27 2.1.2 Các trình cắm thêm (Plug-in) 27 2.2 Tạo các lớp bản đồ chuyên đề 28 2.2.1 Biên tập, trình bày, xây dựng bản đồ chuyên đề 28 2.2.2 Tạo và chỉnh sửa lớp dữ liệu bản đồ 30 2.2.3 Dữ liệu không gian 43 2.3 Tính toán định lƣợng dựa trên diện tích trong MapWindow và bài toán đền bù giải tỏa mặt bằng 46 2.3.1 Bài toán toán đến bù trong giải tỏa mặt bằng 46 2.3.2 Các bƣớc giải bài toán 48 CHƢƠNG III: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG MAPWINDOW HỖ TRỢ BÀI TOÁN QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN 53 3.1 Bài toán quy hoạch xây dựng nông thôn 53 3.1.1 Đặt vấn đề 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 3.1.2 Ứng dụng MapWindow hỗ trợ quy hoạch xây dựng nông thôn 54 3.2 Kiến trúc của hệ thống 55 3.2.1 Mô hình 55 3.2.2 Mô tả 56 3.3 Mô hình phân rã chức năng 59 3.4 Mô hình luồng dữ liệu 61 3.4.1 Mô hình luồng dữ liệu mức vật lý: 61 3.4.2 Sơ đồ luồng dữ liệu mức đỉnh 64 3.5 Mô hình thực thể liên kết 65 3.6 Đặc tả bảng dữ liệu trong mô hình quan hệ 66 3.7 Cài đặt thử nghiệm 68 3.7.1 Cách xây dựng plug-in đề phát triển phần mềm GIS. 68 3.7.2 Cài đặt các Plug-in? 69 3.7.3 Xây dựng bản đồ hiện trạng 69 3.7.4 Xây dựng bản đồ theo quy hoạch xây dựng nông thôn 70 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 MỞ ĐẦU Xây dựng nông thôn mới là xây dựng nông thôn có kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội từng bƣớc hiện đại cơ cấu kinh tế và các hình thức tổ chức sản xuất hợp lý, gắn nông nghiệp với phát triển nhanh công nghiệp, dịch vụ, gắn phát triển nông thôn với đô thị theo quy hoạch; xã hội nông thôn dân chủ, văn minh, giàu bản sắc văn hóa dân tộc, môi trƣờng sinh thái đƣợc bảo vệ, đời sống vật chất tinh thần của ngƣời dân ở vùng nông thôn ngày càng đƣợc nâng cao. Quy hoạch xây dựng nông thôn mới ở tất cả các xã trên địa bàn toàn quốc với đầy đủ cơ sở hạ tầng theo một tiêu chí cụ thể bao gồm các hạng mục công trình nhƣ: Trụ sở UBND xã, nhà văn hóa xã, nhà văn hóa thôn, khu thể dục thể thao cấp xã, sân thể dục thể thao cấp thôn, trạm y tế, trƣờng học từ mầm non trở nên, đƣờng trục xã, đƣờng trục thôn, đƣờng ngõ, đƣờng nội đồng, cầu, cống; quy hoạch khu dân cƣ, xây dựng các khu công nghiệp, khu xử lý rác thải… Xây dựng nông thôn mới cũng nhằm tiết kiệm đất đai, sử dụng đất một cách có hiệu quả nhất. Đề tài “ Xây dựng hệ thống GIS ứng dụng quy hoạch xây dựng nông thôn” nhằm giúp ngƣời làm quy hoạch có đƣợc những thông tin cần thiết để lựa chọn phƣơng án tối ƣu trong quá trình quy hoạch. Đồng thời trả lời giúp các nhà quy hoạch một cách trực quan các câu hỏi nhƣ: Hạng mục công trình nào chƣa đạt tiêu chí theo quy định? Khu đất nào cần phải mở rộng? Mở rộng theo hƣớng nào thì có khả năng thực hiện đƣợc? Diện tích cần mở rộng là bao nhiêu? Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Những lô đât nào sẽ phải giải phóng? Diện tích giải phóng là bao nhiêu? Đất quy hoạch mới ở đâu thì thuận tiện và chi phí thấp? Vì vậy cần thiết phải có công cụ hỗ trợ cho việc quy hoạch cũng nhƣ theo dõi trong suốt quá trình thực hiện một cách trực quan và chi tiết trên bản đồ. Trong thực tế đã có nhiều phần mềm GIS nhƣ Mapwindow, Arcview, Mapinfo tuy nhiên đây là những phần mềm thƣơng mại nhằm đáp ứng những công việc chung đồng thời đây không phải là những phần mềm chuyên dụng những ngƣời không có am hiểu nhiều về GIS gặp khó khăn khi sử dụng. Chính vì vậy em đã xây dựng hệ thống GIS với các chức năng đƣợc xây dựng trên nền Mapwindow nhằm đáp ứng các câu hỏi trên, cụ thể là xây dựng các công cụ hỗ trợ cho việc quy hoạch nông thôn, áp dụng tại xã Thọ Nghiệp - huyện Xuân Trƣờng - tỉnh Nam Định. Với những kiến thức học đƣợc và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo em đã tiến hành tìm hiểu và thực hiện đề tài trên. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc sự tham gia đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Đình Hóa đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2012 HỌC VIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Ngô Thanh Khiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 CHƢƠNG I GIS VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 1.1 Những khái niệm cơ bản về GIS 1.1.1 Hệ thông tin địa lý là gì Hệ thông tin địa lý “Geographical Information System (GIS)”, là một hệ thông tin có khả năng thu thập, cập nhật, quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết các bài toán ứng dụng có liên quan đến vị trí địa lý trên bề mặt trái đất hoặc đƣợc định nghĩa nhƣ là một hệ thông tin với khả năng truy nhập tìm kiếm và xử lý, phân tích và truy xuất dữ liệu địa lý nhằm hỗ trợ cho công tác quản lý quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trƣờng. Công nghệ hệ thông tin địa lý kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và cho phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ bản đồ. Những khả năng này phân biệt của hệ thông tin địa lý với các hệ thông tin khác và khiến cho hệ thông tin địa lý có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều kĩnh vực khác nhau (phân tich các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lƣợc). 1.1.2 Tại sao phải sử dụng hệ thông tin địa lý Hệ thống phần mềm trong hệ thông tin địa lý có thể kết nối thông tin về vị trí địa lý của sự vật với thông tin về bản thân sự vật. Khác với bản đồ trên giấy, hệ thông tinh địa lý có thể tổ hợp nhiều thông tin, mỗi loại thông tin trên bản đồ có thể bố trí trên một lớp riêng, ngƣời sử dụng có thể bật hoặc tắt các lớp thông tin theo nhu cầu của mình. Ví dụ một lớp có thể gồm tất cả các con đƣờng trong một khu vực. Một lớp khác lại chứa tất cả các thành phố. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Điểm mạnh của hệ thông tin địa lý so với các bản đồ giấy chính là khả năng cập nhật dữ liệu nhanh và cho phép chon những thông tin cần theo mục đích sử dụng. Một doanh nhân lập bản đồ khách hàng trong một thành phố sẽ cần xem những thông tin rất khác với một kĩ sƣ cấp nƣớc là ngƣời lại xem đƣờng ống nƣớc trong thành phố. Cả 2 có thể bắt đầu từ bản đồ chung, là bản đồ đƣờng phố và các vùng lân cận của thành phố những thông tin mà họ bổ xung thêm sẽ khác nhau. Về tổng quát, sự phát triển của công nghệ thông tin đã dẫn đến sự phát triển song song tự động hoá công tác thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, trình bầy dữ liệu trong nhiều lĩnh vực rộng lớn nhƣ trắc địa bản đồ, địa chất, quy hoạch phát triển, môi trƣờng. Do có nhiều công việc phải xử lý các thông tin có liên quan và phối hợp trong nhiều chuyên ngành khác nhau nhƣ bản đồ, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh, các số liệu liên quan trắc, điều tra…. Hay nói cách khác là cần phải phát triển một hệ thông các công cụ để thu thập, tìm kiếm, biến đổi, phân tích biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực nhằm phục vụ thực hiện những mục đích cụ thể. Tập hợp các công cụ trên đã tạo lập ra hệ thông tin địa lý, đó là hệ thống thể hiện các đối tƣợng từ thế giới thực thông qua các dữ liệu cơ bản:  Vị trí các đối tƣợng thông qua một hệ toạ độ  Các thuộc tính của các đối tƣợng  Quan hệ không gian giữa các đối tƣợng Nhƣ vậy, nhờ hệ thông tin địa lý ngƣời sử dụng có thể truy vấn thông qua một dạng câu hỏi để hệ thống có thể trả lời đƣợc là:  Có cái gì ở vị trí này?  Mối quan hệ giữa các đối tƣợng này nhƣ thế nào? Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10  ở đâu thoả mãn những điều kiện này?  Cái gì đã thay đổi và thay đổi nhƣ thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác?  Những mẫu không gian nào tồn tại?  Nó sẽ nhƣ thế nào nếu quá trình xẩy ra? Nhƣ vậy hệ thông tin địa lý khác với hệ thống thông tin quản lý chung đó là nó chủ yếu mô tả việc nghiên cứu và sự tồn tại của các thực thể không gian và mối quan hệ giữa chúng. Thuật ngữ “Địa lý ” ở đây đồng nghĩa với thuật ngữ “không gian”. Cấu thành cơ bản của hệ thông tin địa lý bao gồm hệ thống xử lý hay có thể gọi là hệ thống máy tính gồm phần cứng và phần mềm, cơ sở dữ liệu và đội ngũ cán bộ kỹ thuật cùng ngƣời sử dụng. Độ phức tạp của thế giới thực là không giới hạn. Do đó, để lƣu trữ đƣợc dữ liệu không gian của thế giới thực vào máy tính thì phải giảm dữ liệu đến mức có thể quản lý đƣợc bằng tiến trình trừu tƣợng hoá hay đơn giản hoá nhƣ hình 1.2. [...]... b k thut Cụng ngh GIS s b hn ch khi khụng cú con ngi tham gia qun lý h thng v phỏt trin cỏc ng dng GIS trong thc t Ngi s dng GIS cú th l nhng chuyờn gia k thut, ngi thit k v duy trỡ h thng, cỏc chuyờn gia v GIS, thao tỏc viờn GIS, phỏt trin ng dng GIS, cỏc nh lónh o s dng h thng lm cụng c hoch nh cỏc ch trng, k hoch trong qun lý v phỏt trin hoc nhng ngi dng GIS gii quyt cỏc vn trong cụng vic 1.1.3.5... v thay i khớ hu GIS tham gia vào việc ghi nhận điều kiện thiên nhiên, tìm ra vùng thích hợp và tiềm năng GIS đ-ợc ứng dụng rất nhiều trong qui hoạch phát triển hạ tầng cơ sở kinh tế xã hội S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 26 CHNG II XY DNG NG DNG GIS BNG MAPWINDOW Vấn đề quy hoạch và phát triển một khu dân cmới rất cần sự hỗ trợ của công cụ GIS trong xử lý dữ liệu,... phn mn mnh v nh vy GIS liờn quan trc tip n toỏn hc tin hc Vn giao thụng cng c qun lý bng GIS Sau õy s nờn s cn thit ca h thụng tin a lý, tớnh kinh t v ngi s dng GIS qua ú cú th hiu c GIS cú th c ng dng c th trong ngnh no v vi mc ớch gỡ S cn thit ca GIS i vi kinh t - xó hi GIS ngy cng cú tm quan trong ngnh kinh t-xó hi Theo iu tra ca Mordic Kvanjit (1987) cú khong 50%-70% d liu dựng trong hnh chớnh l... lý c s dng trong nhiu ngnh khỏc nhau v cỏc ngnh nh xõy dng, hnh chớnh, nụng nghip, rng, qun lý ti nguyờn, vin thụng, cung cp in, giao thụng ó b ra 1,5-2% ngõn sỏch ca mỡnh Nu tớnh theo tng sn lng tng trng quc gia (GNP) thỡ tin phớ 0,50% cho GIS trong cỏc nc cụng nghip v cỏc nc phỏt trin 0,1% GIS trong cỏc nc ụng õu t 1989 n nay ó phỏt trin khụng ngng v kinh phớ cho GIS ngy cng tng bi l GIS cú kh nng... ca MapWindow Cỏc biu tng mu hin th trong Legend minh ha cỏc loi d liu trong cỏc lp (a giỏc, ng hoc im) Th t ca cỏc lp trong Legend xỏc nh th t lp ph trong bn : cỏc lp cao hn s c hin th u tiờn trc i vi cỏc lp cú v trớ thp hn thay i th t ca mt lp ch cn nhp vo v kộo nú Cú th tt, m lp bn chn vo nỳt chn trong Legend View MapWindow s hin th cỏc loi khỏc nhau ca d liu GIS, bao gm: vector (a giỏc, ng, v... Tru tng th gii thc hay n gin hoỏ GIS Phn mm cụng c Ngi s dng CSDL Thế giới thực Kt qu Hỡnh 1.2 H thụng tin a lý 1.1.3 Cỏc thnh phn chớnh trong h thụng tin a lý H thng GIS bao gm nm thnh phn chớnh: phn cng, phn mm, d liu, con ngi, phng phỏp Hỡnh 1.3 Cỏc thnh phn chớnh ca GIS S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 1.1.3.1 H thng phn cng GIS ũi hi thit b ngoi vi c bit nh... theo khuụn dng mó ASCII, sau ú nhp vo GIS Mụ hỡnh d liu Vector Mụ hỡnh d liu Vector da trờn c s cỏc vector hay to ca cỏc im trong mt h trc to no ú im l thnh phn s cp ca d liu a lý trong mụ hỡnh ny Cỏc i tng c hỡnh thnh bng cỏch ni cỏc im bi cỏc on thng, mt vi h thng cho phộp ni cỏc im bi cỏc cung trũn Vựn c xỏc nh bi tp cỏc ng, khỏi nim a giỏc ng ngha vi dựng trong CSDL vector vỡ ta s dng cỏc on thng... chn Trong hp chn Classification type chn Unique values Chn thuc tớnh trong phn Classification field gỏn mu sc khỏc nhau cho cỏc i tng trong lp d liu Chn Color scheme cú cỏc bng mu khỏc nhau Cỏc di mu ny cú th c chnh sa theo tựy ý bng cỏch chn vo nỳt bờn cnh Nu mu hin th mt cỏc t do thỡ chn vo Choose color randomly Nu khụng chn mc ny thỡ mu ca cỏc i tng trong phõn loi s t trỏi sang phi trong. .. tng cú di, rng, chiu cao hay sõu (hỡnh khi), c bc bi it nht 2 i tng 2 - D Cỏc i tng trong c s d liu khụng gian l cỏc biu din thc th th gii thc cựng vi cỏc thuc tớnh liờn quan Sc mnh ca cỏc h thng GIS l ch chỳng tr giỳp vic tỡm kim cỏc thc th trong mt ng cnh a lý v kho sỏt cỏc quan h gia chỳng Nh vy, c s d liu GIS khụng ch n thun l tp hp ca cỏc i tng v cỏc thuc tớnh to c cỏc thc th ng giao thụng... tin, vi nhu cu chớnh xỏc hoỏ v hp phỏp hoỏ, cỏc thụng tin a vo h thng, chỳng ta cũn loi mng thụng tin c bit trong h thụng tin a lý ú l siờu d liu( Metadata) Cỏc d liu trong h thụng tin a lý phi luụn c cp nht theo thời gian Nh vy, d liu trong h thng s l d liu a thi gian Chỳng ta cn phi thy rng trong h thụng tin a lý, h thng phn cng v phn mm ca h thng ch chim khong 15% giỏ thnh ton h thng, bo dng hot . NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ngô Thanh Khiết XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA. THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Ngô Thanh Khiết XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIS ỨNG DỤNG TRONG QUY HOẠCH XÂY DỰNG NÔNG THÔN Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY. cƣ, xây dựng các khu công nghiệp, khu xử lý rác thải… Xây dựng nông thôn mới cũng nhằm tiết kiệm đất đai, sử dụng đất một cách có hiệu quả nhất. Đề tài “ Xây dựng hệ thống GIS ứng dụng quy hoạch