Công nghệ GIS và WEB trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi

Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải quyết một số vấn đề về thủy lợi: + Xây dựng cơ sở dữ liệu về thủy lợi lưu trữ các thông tin chuyên đề về thủy lợi tích hợp với cơ s

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC HÌNH 7

DANH MỤC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ 3

1.1 Tổng quan về hệ thông tin địa lý 3

1.1.1 Khái niệm chung về HTTĐL 3

1.1.2 Các thành phần trong hệ thông tin địa lý 3

a Hệ thống thiết bị phần cứng 4

b Hệ thống phần mềm 4

c Hệ thống cơ sở dữ liệu 5

d Đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật 5

e Các quy trình 5

1.1.3 Chức năng cơ bản của GIS 6

a Nhập dữ liệu 6

b Lưu trữ và quản lý dữ liệu 6

c Xử lý dữ liệu đơn giản 6

d Xuất dữ liệu và trình bày 7

e Tương tác với người sử dụng 8

1.1.4 Các loại thông tin trong hệ thông tin địa lý 8

1.1.5 Tổ chức hệ thông tin địa lý 10

1.2 Khái niệm về cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý 11

1.2.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu 11

a Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu 11

b Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu 11

1.2.2 Cấu trúc CSDL trong hệ thông tin địa lý 13

a Cơ sở dữ liệu không gian 13

b Cơ sở dữ liệu thuộc tính 16

c Mối liên kết dữ liệu 16

1.3 Một số ứng dụng của hệ thông tin địa lý 17

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI 19 2.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi 19

2.1.1 Nội dung cơ sở dữ liệu 19

a Các lớp thông tin địa lý nền 19

Bảng 1 Nội dung các lớp thông tin địa lý nền 21

b Các lớp thông tin bản đồ chuyên đề về thủy lợi 21

c Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề về thủy lợi 21

2.1.2 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu thủy lợi 22

a Cơ sở dữ liệu địa lý nền 22

b Cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi 22

2.2 Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi 23

2.2.1 Sơ đồ liên kết các thực thể 23

a Quản lý các bảng không gian trên máy khách 23

b Quản lý lịch vận hành 24

c Quản lý lịch sử duy tu, sửa chữa công trình thủy lợi 25

2.2.2 Các đặc tả hệ thống thông tin thủy lợi 26

a Biểu đồ khung cảnh: 26

b Biểu đồ các chức năng chính 28

2.3 Tổng quan về ArcGIS 31

2.3.1 Tổng quan về ArcGIS 31

2.3.2 Tổng quan về các ứng dụng 32

a ArcMap 33

b ArcCatalog 34

c ArcToolbox 34

d ArcScene 35

2.4 Giải pháp công nghệ 35

2.4.1 Giải pháp về hệ điều hành 35

a Hệ điều hành máy chủ 35

b Công nghệ cơ sở dữ liệu 37

c Giải pháp kỹ thuật về công nghệ nền 37

2.4.2 Lựa chọn mô hình ứng dụng 38

2.4.3 Môi trường phát triển ứng dụng 39

2.4.4 Công nghệ hệ thống thông tin địa lý 39

a Bộ thư viện phát triển ArcGIS Engine - ESRI 39

b Cổng kết nối cơ sở dữ liệu không gian ArcSDE – ESRI 40

c Kết hợp ArcGIS Engine và ArcSDE 40

d ArcGIS Engine và ArcSDE Enterprise 41

e ArcGIS Server 41

CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 43

3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 43

3.1.1 Vị trí khu đo 43

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên, địa hình 43

3.1.3 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn, mạng lưới sông suối 44

3.2 Khái quát về hệ thống Thủy lợi khu vực thi công 46

3.3 Tiến hành thực nghiệm hệ thống cho huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc 48

3.3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý 48

3.3.2 Cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi 52

3.3.3 Sơ đồ phân cấp chức năng của hệ thống webGIS về thông tin thủy lợi 52

3.4 Thực nghiệm hệ thống 52

3.4.1 Nguyên lý hoạt động của WebGIS 53

3.4.2 Giao diện trang web 55

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của GIS 4

Hình 1.2 Cơ sở dữ liệu HTTĐL 17

Hình 2.1 Các bảng không gian trên máy khách 23

Hình 2.2 Các bảng quản lý lịch vận hành 24

Hình 2.3 Quản lý lịch sử duy tu sửa chữa 25

Hình 2.4 Biểu đồ khung cảnh 26

Hình 2.5 Liên quan khái quát hóa giữa các tác nhân 27

Hình 2.6 Biểu đồ chức năng chính mức 1 29

Hình 2.7 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) 29

Hình 2.8 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) 30

Hình 2.9 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) 30

Hình 2.10 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) 31

Hình 2.11 Tổng quan về ArcGIS 31

Hình 2.12 Các ứng dụng trong ArcGIS 32

Hình 2 13 ArcMap 33

Hình 2.14 ArcCatalog 34

Hình 2.15 ArcToolBox 34

Hình 2.16 ArcSence 35

Hình 2.17 ArcGIS Server 41

Hình 3.1 Personal Geodatabase 49

Hình 3.2 Feature Dataset: RanhGioi 49

Hình 3.3 Feature Dataset: GiaoThong 50

Hình 3.4 Feature Dataset: ThuyHe 50

Hình 3.5 Feature Dataset: DanCu 51

Hình 3.6 Feature Dataset: DiaHinh 51

Hình 3 7 Nguyên lý hoạt động của WebGIS 53

Hình 3.8 Web bản đồ trên Visual Studio 54

Hình 3.9 Lựa chọn dịch vụ 54

Hình 3.10 Hệ thống thông tin thủy lợi 55

Hình 3.11 Hệ thống đê điều 55

Hình 3.12 Hệ thống kênh 56

Hình 3.13 Hệ thống trạm bơm 56

Hình 3.14 Hệ thống cống 57

Hình 3.15 Danh mục hệ thống đê 57

Hình 3.16 Danh mục mặt cắt đê 58

Hình 3.17 Danh mục hệ thống kè 58

Hình 3.18 Danh mục hệ thống điếm canh đê 59

Hình 3.19 Danh mục hệ thống mốc độ cao đê 59

Hình 3.20 Danh mục hệ thống kênh tưới chính 60

Hình 3.21 Danh mục hệ thống kênh tưới nhánh 60

Hình 3.22 Danh mục hệ thống kênh tiêu chính 61

Hình 3.23 Danh mục hệ thống kênh tiêu nhánh 61

Hình 3.24 Cập nhật thông tin hệ thống đê 62

Hình 3.25 Cập nhật thông tin mặt cắt đê 62

Hình 3.26 Cập nhật thông tin hệ thống kè 63

Hình 3.27 Cập nhật thông tin hệ thống trạm bơm tưới 63

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Nội dung các lớp thông tin địa lý nền 21

MỞ ĐẦU

Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý tài nguyên môi trường đang là một yêu cầu vô cùng cấp bách Việc xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên môi trường và vận hành quản lý dữ liệu đang được thúc đẩy mạnh mẽ nhằm mang lại hiệu quả, tiết kiệm thời gian và tiền bạc của nhà nước

Việc phát triển thủy lợi đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội và môi trường đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, làm cơ sở để phát triển nông nghiệp bền vững, theo hướng hiện đại hóa, thâm canh cao, góp phần phát triển kinh

tế, cải thiện đời sống nhân dân, đảm bảo an ninh lương thực và xuất khẩu, lợi ích quốc gia và hài hòa lợi ích giữa các vùng, các ngành đang là một trong những vấn

đề quốc sách hàng đầu của đất nước

Để khai thác sử dụng nước hợp lý, phục vụ đa mục tiêu, thống nhất theo lưu vực sông và hệ thống công trình thủy lợi, không chia cắt theo địa giới hành chính Khai thác sử dụng đi đôi với bảo vệ, chống suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, đặc biệt môi trường nước trong hệ thống công trình thủy lợi

Xuất phát từ những vấn đề trên, tôi thực hiện luận văn: “Công nghệ GIS và Web trong xây dựng hệ thống thông tin Thủy lợi”

Để nghiên cứu đề tài này, tôi dựa trên công nghệ Hệ thông tin địa lý

- Mục tiêu nghiên cứu:

+ Nghiên cứu giải pháp thiết kế mô hình cơ sở dữ liệu thủy lợi, bao gồm cơ

sở dữ liệu thủy văn và cơ sở dữ liệu chuyên đề

+ Nghiên cứu mô hình vận hành của hệ thống quản lý thông tin thủy lợi

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Đề tài tập trung nghiên cứu, xây dựng mô hình hệ thống thông tin thủy lợi tại huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Tổng hợp và kế thừa các thành quả nghiên cứu ứng dụng của các đề tài,

dự án ứng dụng tại các cơ quan nghiên cứu sản xuất

+ Sử dụng thiết bị, công nghệ, phần mềm hiện có và các thành quả sản xuất của các đơn vị để thực nghiệm

+ Phân tích, đánh giá từ lý thuyết và thực nghiệm về những vấn đề nghiên cứu trong phạm vi đề tài

- Việc thực hiện nghiên cứu đề tài này góp phần bổ sung khả năng ứng dụng của Hệ thông tin địa lý trong công tác xây dựng hệ thông tin phục vụ cho công tác tưới tiêu

Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải quyết một số vấn đề

về thủy lợi:

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu về thủy lợi lưu trữ các thông tin chuyên đề về thủy lợi tích hợp với cơ sở dữ liệu bản đồ nền địa hình trong một hệ thống GIS thống nhất

+ Hỗ trợ công tác quản lý thủy lợi bằng công nghệ GIS

- Luận văn được trình bày trong 3 chương với 67 trang A4, 46 hình và 1

bảng

Bố cục của luận văn bao gồm:

Chương 1: Cơ sở hệ thông tin địa lý

- Tổng quan về hệ thông tin địa lý

- Khái niệm về cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý

- Một số ứng dụng của hệ thông tin địa lý

Chương 2: Xây dựng hệ thống thông tin phục vụ cho thủy lợi

- Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi

- Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi

- Tổng quan về ArcGIS

- Giải pháp công nghệ

Chương 3: Tiến hành thực nghiệm hệ thống và kết quả

- Đặc điểm khu vực nghiên cứu

- Khái quát về hệ thống Thủy lợi khu vực thi công

- Tiến hành thực nghiệm hệ thống cho huyện Vĩnh Tường - tỉnh Vĩnh Phúc

- Thực nghiệm hệ thống

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 Tổng quan về hệ thông tin địa lý

1.1.1 Khái niệm chung về HTTĐL

Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa hệ thống thông tin địa lý:

"Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con

(subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích" –

theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson, 1977

"Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để

thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian" (theo định nghĩa của National

Center for Geographic Information and Analysis, 1988)

Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute) thì “Hệ

thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính,

dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”

Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết

bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định

1.1.2 Các thành phần trong hệ thông tin địa lý

Một hệ thống GIS gồm có 5 thành phần cơ bản sau:

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của GIS [2]

a Hệ thống thiết bị phần cứng

Về cơ bản hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ thống thông tin địa lý bao gồm các phần chính là bộ xử lý trung tâm (CPU), các thiết bị đầu vào như bàn số hóa, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử… và các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ…

Máy tính hoặc bộ xử lý trung tâm (CPU) được nối với thiết bị chứa ổ đĩa, cung cấp không gian để lưu trữ số liệu và các chương trình Máy số hóa (Digitizer) hoặc thiết bị chuyên dụng khác có nhiệm vụ chuyển hóa các số liệu từ bản đồ và các

tư liệu thành dạng số rồi đưa vào máy tính Máy vẽ (Plotter) hoặc các kiểu thiết bị biểu hiện khác được sử dụng để xuất dữ liệu ở dạng số trên màn hình hoặc trên nền vật liệu in Sự liên hệ bên trong của máy tính cũng có thể thực hiện thông qua một

hệ thống mạng với các đường dẫn tư liệu đặc biệt Người sử dụng máy tính và các thiết bị ngoại vi khác (như máy in, máy vẽ, máy số hóa và các thiết bị khác nối với máy tính) thông qua một thiết bị hiển thị hình ảnh (Video Display Unit - VDU) để cho phép các sản phẩm đầu ra được hiển thị nhanh chóng

b Hệ thống phần mềm

Đi kèm với hệ thống thiết bị Trong HTTĐL ở trên là một hệ phần mềm có tối thiểu 4 nhóm chức năng sau đây:

- Nhập thông tin không gian và thông tin thuộc tính từ các nguồn khác nhau

- Lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính

- Phân tích biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình phỏng không gian – thời gian

- Hiển thị và trình bày thông tin dưới dạng khác nhau, với các biện pháp khác nhau

Phần mềm được phân thành ba lớp: hệ điều hành, các chương trình tiện ích đặc biệt là các chương trình ứng dụng

c Hệ thống cơ sở dữ liệu

Gồm các loại dữ liệu cần thiết phục vụ cho mục đích sử dụng Tuy nhiên chúng ta cần phải thấy rằng một hệ thống phần cứng và phần mềm của hệ thống thông tin địa lý chỉ chiếm khoảng 15% giá thành toàn hệ thống, bảo dưỡng hoạt động cho hệ thống chiếm 5% giá trị, đào tạo cán bộ khoảng 10%, còn lại 70% là giá trị của dữ liệu Vì vậy, có thể nói cơ sở dữ liệu là “linh hồn” của hệ thống thông tin địa lý Cơ sở dữ liệu là bộ các thông tin được lưu dưới dạng số theo một khuôn dạng nào đó mà máy tính có thể hiểu được và đọc được Tuy nhiên, các dữ liệu này phải

có đủ độ tin cậy và phải luôn được cập nhật Như vậy, dữ liệu trong hệ thống sẽ là

dữ liệu đa thời gian

d Đội ngũ chuyên gia và cán bộ kỹ thuật

Như chúng ta đã biết, đối với một tổ chức không chỉ đơn giản mua hệ thống phần cứng và một phần phần mềm nào đó là đủ, nó đòi hỏi phải có đội ngũ các chuyên gia và cán bộ kỹ thuật là những người trực tiếp thiết kế, xây dựng và và vận hành hệ thống thông tin địa lý

Sự khác nhau giữa hệ thống thông tin địa lý với các hệ thống thông tin địa lý khác ở hai điểm sau:

- Cơ sở dữ liệu bao gồm dữ liệu địa lý và các dữ liệu thuộc tính (các dữ liệu chữ – số, dữ liệu multimedial…) và mối quan hệ giữa hai loại dữ liệu này

- Hệ thống thông tin đầu vào và hệ thống hiển thị thông tin đòi hỏi phải có những đặc thù riêng về độ chính xác

e Các quy trình

Gồm các bước thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, đưa ra kết quả

1.1.3 Chức năng cơ bản của GIS

Bất kỳ một hệ thống thông tin địa lý nào cũng phải có các chức năng cơ bản để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong thế giới thực Các chức năng đó là:

a Nhập dữ liệu

Bao gồm mọi khía cạnh của việc biến đổi các số liệu thu nhập được dưới dạng các bản đồ, số liệu đo đạc ngoại nghiệp, ảnh hàng không, ảnh vệ tinh và các thiết bị ghi thành một hình thức số tương thích

Một tập hợp lớn các công cụ máy tính cho mục đích này bao gồm đầu tương tác hoặc thiết bị hiện hình khả biến, máy số hóa, các danh mục, số liệu trong các tệp văn bản, các loại máy quét (có thể được đặt trên vệ tinh hoặc máy bay) để ghi trực tiếp hoặc để chuyển đổi các bản đồ và các hình ảnh chụp sang dạng khác mà máy tính có thể đọc được cùng với các thiết bị cần thiết cho việc ghi các số liệu đã viết trên phương tiện từ như băng từ hay đĩa từ

Việc nhập dữ liệu và kiểm tra dữ liệu cần thiết cho xây dựng một cơ sở dữ liệu địa lý Việc kiểm tra thông tin dữ liệu đầu vào có yêu cầu sau:

+ Tất cả các thông tin đầu vào phải đảm bảo tính chính xác duy nhất và không có lỗi khi mô tả thuộc tính

+ Kiểm tra các lỗi sai lệch vị trí, tỷ lệ, độ méo hình và tính không đầy đủ của các thông tin dữ liệu không gian bằng cách vẽ ra với cùng tỷ lệ và so sánh với các thông tin gốc

+ Kiểm tra các thông tin sai sót đối với các thông tin không gian bằng cách

in ra và kiểm tra so với thông tin đã có

b Lưu trữ và quản lý dữ liệu

Các chương trình phần mềm được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ tổ chức cơ

sở dữ liệu và có thể xem đây là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu Các chương trình này sẽ lưu trữ và quản lý dữ liệu theo cách thức chuẩn mẫu riêng hợp lý để đáp ứng mọi nhu cầu cần thiết của hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất

c Xử lý dữ liệu đơn giản

Bao gồm hai hoạt động là:

+ Những biến đổi cần thiết để khử các sai số (các sai sót từ các dữ liệu) hoặc đưa chúng vào số liệu mới hoặc so sánh chúng với các bộ số liệu khác

+ Xây dựng các phương pháp phân tích có thể áp dụng đối với dữ liệu trong trật tự thực hiện các câu trả lời với các câu hỏi đưa ra đối với hệ thống

Các phép biến đổi có thể thực hiện đối với các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của các dữ liệu hoặc dạng riêng lẻ hoặc thành các tổ hợp Việc sử dụng tối ưu phương pháp biến đổi và sử dụng chúng trong điều kiện thuận lợi và đúng đắn thì đều theo cách biến đổi đơn giản có thể được phối hợp để thực hiện một thể loại nào đó của mô hình hóa địa lý mô hình không gian Việc kết nối dữ liệu cũng

có thể coi như quá trình biến đổi dữ liệu

Kết nối dữ liệu là quá trình rất quan trọng bởi vì khi giải quyết một vấn đề nào đó trong hệ thống thì cần thiết phải kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau với nhiều dạng kết hợp chuẩn trong một môi trường hợp nhất để từ đó có được cách nhìn riêng biệt hay tổng thể người thiết kế hệ thống làm việc với hệ thống thông tin địa lý sẽ phải chờ đợi mọi kết quả có được từ phép biến đổi dữ liệu thông qua việc

sử dụng và phân tích dữ liệu thật hiệu quả Quá trình này dẫn đến việc người sử dụng sẽ muốn đặt một lượng hầu như không hạn chế các câu hỏi phân tích và các câu hỏi này cần phải được trả lời bằng cách sử dụng các mô hình tổ hợp tìm kiếm

dữ liệu và cách lựa chọn phép biến đổi Các câu hỏi phân tích mà một hệ thống thông tin địa lý có thể trả lời về thông thường được miêu tả theo hai cách: theo định nghĩa thông thường và qua các khả năng thực hiện của các bài toán tử không gian

và sự liên kết dữ liệu

Có một số dạng câu hỏi chính mà hệ thống thông tin địa lý thông dụng có thể trả lời được là:

+ Có cái gì tại vị trí này?

+ Mối quan hệ giữa các đối tượng như thế nào?

+ Ở đâu thỏa mãn những điều kiện này?

+ Cái gì đã thay đổi và thay đổi như thế nào từ thời điểm này đến thời điểm khác?

+ Những mẫu không gian nào tồn tại?

+ Nó sẽ như thế nào nếu quá trình diễn ra?

d Xuất dữ liệu và trình bày

Sau các quá trinh xử lý số liệu, kết quả thu được sẽ thể hiện theo nhiều phương thức khác nhau và các kết quả phân tích sẽ được báo cáo cho người sử dụng theo nhiều dạng

Các số liệu có thể được biểu thị dưới dạng bản đồ, các bảng biểu hay hình vẽ (đồ thị hoặc sơ đồ khối) theo nhiều phương thức Số liệu sẽ được chuyển từ dạng hình ảnh luôn thay đổi thông tin giữa các hệ thống máy tính và chúng sẽ được chuyển đổi nhờ các công cụ trung gian như băng từ, đĩa từ, các loại mạng thông tin khác

e Tương tác với người sử dụng

Đó là yếu tố thiết yếu cho sự thừa nhận và sử dụng bất cứ hệ thống thông tin nào Trước đây, một số phần mềm đồ họa của hệ thống thông tin địa lý được đặt trong môi trường điều hành DOS như: AutoCad, Arc/info,… nên giao diện giữa thao tác viên và hệ thống bị hạn chế, không linh hoạt, hiệu quả

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học, khả năng giao diện giữa người và máy càng ngày càng thân thiện hoàn hảo trong môi trường Windows

1.1.4 Các loại thông tin trong hệ thông tin địa lý

Như trên ta đã giới thiệu, dữ liệu trong HTTĐL bao gồm dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu địa lý được thu thập từ các thể loại sau:

- Các số liệu đo đạc thực địa;

Các loại ảnh, bản đồ nói trên ở dạng số và lưu dạng vector hoặc raster hoặc hỗn hợp rastor - vector Các dữ liệu địa lý dạng vector được phân lớp thông tin theo yêu cầu của việc tổ chức các thông tin Thông thường người ta hay phân tích lớp theo tính chất thông tin như lớp cơ sở toán học, lớp địa hình, lớp thủy văn, lớp đường giao thông, lớp dân cư, lớp thực phủ, lớp địa giới hành chính v.v…

Trong nhiều trường hợp để quản lý sâu hơn người ta sẽ phân chia lớp chi tiết hơn như trong lớp thủy văn được phân thành các lớp sông lớn, sông nhỏ, lớp bờ biển, lớp ao hồ v.v…

Các thông tin dạng rastor là các thông tin nguồn và các thông tin hỗ trợ, không tham gia quản lý như một đối tượng địa lý Các thông tin ở dạng vector tham gia trực tiếp vào quản lý và được định nghĩa như những đối tượng địa lý Các đối tượng này thể hiện ở ba dạng: Điểm, đường và vùng Mỗi đối tượng đều có thuộc tính hình học riêng như kích thước, màu sắc, vị trí Vấn đề được đặt ra là tổ chức lưu trữ và hiển thị các thông tin vector như thế nào để thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Thể hiện đầy đủ các thông tin cần thiết;

- Độ dư thừa nhỏ nhất;

- Truy nhập thông tin nhanh nhất;

- Cập nhật thông tin dễ dàng và không gây sai sót;

- Thuận lợi cho việc hiển thị thông tin;

Các thuộc tính là các thông tin giải thích cho các hiện tượng địa lý gắn liền với các đối tượng địa lý Các thông tin này được lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu thông thường Vấn đề đặt ra là phải tìm được mối quan hệ giữa thông tin địa lý và thông tin thuộc tính Từ thông tin này có thể tìm được thông tin kia trong cơ sở dữ liệu

Ngày nay, trong hệ thông tin địa lý người ta còn đưa vào một loại thông tin đặc biệt gọi là metadata

Metadata hiện đang được dùng như một thuật ngữ riêng của cơ sở dữ liệu Ở Việt Nam, thuật ngữ này thường được giữ nguyên trong các văn bản, tài liệu nghiên

cứu, đôi khi nó được dịch là dữ liệu của dữ liệu hoặc siêu dữ liệu Metadata được

hiểu là một loại dữ liệu mô tả nội dung, chất lượng, điều kiện và các thông tin khác

về dữ liệu trong một cơ sở dữ liệu Tuy nhiên, về cấu trúc và nội dung, metadata được nhìn nhận theo những quan điểm khác nhau

Trong các từ điển của các nhà tin học, metadata được định nghĩa như một dạng từ điển dữ liệu trợ giúp các nhà thiết kế hệ thống trong việc duy trì tính tương thích giữa các trình ứng dụng trong hệ thống Từ điển dữ liệu mô tả các thông tin về đường dẫn, vị trí, kiểu dữ liệu và các mô tả dữ liệu sẽ được sử dụng khi chạy các trình ứng dụng

Khi mở rộng phạm vi sử dụng của metadata ra khỏi các trình ứng dụng, metadata được sử dụng trước tiên cho mục đích tra cứu và tìm kiếm dữ liệu Khi đó metadata đơn giản là dữ liệu ở dạng văn bản chỉ dẫn cho biết các thông tin cơ bản

về dữ liệu trong cơ sở dữ liệu như: dữ liệu do ai làm ra; dữ liệu gì, mục đích sử

dụng của dữ liệu (dựa trên một số tiêu chuẩn và yêu cầu cụ thể); dữ liệu được xây

dựng như thế nào (nguồn tài liệu và công nghệ); có thể sao chép dữ liệu ở đâu, ở dạng dữ liệu nào, và hướng dẫn sử dụng dữ liệu

Tuy nhiên, để phục vụ cho việc chia sẻ dữ liệu và sử dụng dữ liệu một cách hiệu quả đặc biệt là dữ liệu địa lý, nội dung của metadata không dừng lại ở những thông tin cơ bản về dữ liệu Metadata bổ sung các thông tin giúp người sử dụng đánh giá và truy cập dữ liệu bao gồm thông tin về chất lượng, số lượng, cơ quan, tổ chức quản lý dữ liệu, tính hiện thời, quy chế phân phối và tham khảo dữ liệu

Bên cạnh mục đích đáp ứng nhu cầu tra cứu, tìm kiếm thông tin, metadata còn được nhìn nhận như một công cụ quan trọng trợ giúp các nhà quản trị cơ sở dữ liệu trong công tác quản lý, bảo trì và xây dựng dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Khi đó, metadata không chỉ trả lời các câu hỏi cơ bản về dữ liệu có trong cơ sở dữ liệu mà

nó trả lời cả các câu hỏi liên quan đến quá trình sản xuất, làm bao giờ, ai là người kiểm tra nghiệm thu

Tóm lại, trên cả phương diện kỹ thuật và quản lý, metadata phải được xây dựng để đáp ứng yêu cầu không những của các nhà quản lý hệ thống, người sử dụng

dữ liệu, mà còn cả những nhà quản lý cơ sở dữ liệu Một cách đầy đủ và ngắn gọn, metadata được định nghĩa như sau: “Metadata là một loại dữ liệu được sử dụng để

mô tả, định vị và kiểm soát dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Metadata cũng bao gồm các

dữ liệu mô tả và kiểm soát các quá trình xử lý, xây dựng và quản lý dữ liệu Đây là thông tin cho phép lựa chọn, nhận dạng dữ liệu dựa trên các thuộc tính của nó như: nội dung dữ liệu hay chất lượng của dữ liệu nguồn”

Metadata cũng có thể mô tả dữ liệu bản đồ giấy hay dữ liệu lưu trữ trên băng đĩa từ

1.1.5 Tổ chức hệ thông tin địa lý

Tổ chức hệ thông tin địa lý phải bắt đầu bằng nhiệm vụ đặt ra của hệ thống thông tin Từ đó xác định được đòi hỏi của các loại thông tin cần thiết như thông tin địa lý dựa trên nền ở tỷ lệ nào, phải có các lớp thông tin nào, độ chính xác của thông tin và thông tin thuộc tính cần có ở dạng nào Sau khi xác định được nhu cầu thông tin cần tìm xem thông tin này có thể có được từ nguồn nào, có thể lấy được từ

cơ sở dữ liệu quốc gia, cơ sở dữ liệu chuyên ngành hay mua trên thị trường thông tin

Nếu các nguồn khai thác thông tin đều chưa có hoặc chưa đủ thì cần xác định tiếp sử dụng biện pháp nào để thu nhận các thông tin còn thiếu Có thể đặt hàng ở

các công ty cung cấp thông tin hoặc tổ chức thu nhập hệ thống thông tin riêng cho mình Với số lượng dữ liệu cần có nên tổ chức quản lý dưới dạng tập trung hay phân tán cho phù hợp với nhu cầu và hoàn cảnh khai thác thông tin Khi định dạng thông tin đã rõ mới thiết kế hệ thống phần cứng và phần mềm phù hợp, không cần

có tham số mạnh hơn nhu cầu đòi hỏi nhưng cũng không yếu hơn để không thực hiện được nhiệm vụ cần thực hiện

1.2 Khái niệm về cơ sở dữ liệu trong hệ thông tin địa lý

1.2.1 Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu

a Khái niệm về hệ cơ sở dữ liệu

Các tệp dữ liệu chứa thông tin có liên quan đến một cơ quan, một tổ chức, một chuyên ngành khoa học tự nhiên hoặc xã hội được lưu trữ trong máy tính theo quy định nào đó, theo mục đích sử dụng được gọi là cơ sở dữ liệu (viết tắt CSDL, tiếng Anh là Database)

Phần chương trình để có thể xử lý, thay đổi dữ liệu này là hệ quản trị cơ sở

dữ liệu (HQTCSDL, tiếng Anh là Database management system) Theo nghĩa này HQTCSDL có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng được hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc biểu diễn dữ liệu trong máy Mục đích chính của hệ quản trị cơ sở dữ liệu là cung cấp một cách lưu trữ và truy lục thông tin trong

cơ sở dữ liệu sao cho vừa thuận tiện vừa hiệu quả

Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu được thiết kế để quản lý một lượng lớn thông tin Việc quản lý dữ liệu bao gồm cả việc định nghĩa các cấu trúc để lưu giữ thông tin Ngoài ra, các hệ cơ sở dữ liệu phải đảm bảo được sự an toàn cho thông tin được lưu dù có trục trặc hệ thống hoặc có những truy xuất trái phép Nếu dữ liệu được chia sẻ cho nhiều người dùng chung thì phải tránh được các kết quả sai có thể xảy

ra

b Kiến trúc một hệ cơ sở dữ liệu và tính độc lập của dữ liệu

Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp tin có liên quan với nhau cùng với một tập các chương trình cho phép người sử dụng truy xuất và sửa đổi những tập tin này Mục đích chính của hệ thống CSDL là cung cấp cho người dùng một hình ảnh trìu

tượng về dữ liệu, nghĩa là hệ thống che khuất nhiều chi tiết về việc lưu trữ và duy trì các dữ liệu Mức trìu tượng hóa thấp nhất của kiến trúc một hệ CSDL là cơ sở dữ liệu vật lý (mức vật lý) là các tệp dữ liệu theo một cấu trúc nào đó được lưu trên các thiết bị nhớ thứ cấp (như đĩa từ, băng từ…) Mức này mô tả chi tiết các cấu trúc dữ liệu phức tạp ở mức thấp nhất Ở mức vật lý, một mẫu tin có thể được mô tả như một khối các vị trí lưu trữ nằm kế cận nhau (ví dụ như các từ nhớ hoặc byte) Trình biên dịch của ngôn ngữ che khuất không cho chúng thấy mức chi tiết này Tương tự,

hệ thống CSDL che khuất nhiều chi tiết lưu trữ ở mức thấp nhất Tuy nhiên, người quản trị CSDL có thể biết được một số chi tiết tổ chức vật lý của dữ liệu

CSDL mức khái niệm còn gọi là mức logic, đó là mức trìu tượng hóa kế tiếp

mô tả việc những dữ liệu nào được lưu trong CSDL và mối quan hệ tồn tại giữa các

dữ liệu này Mức logic vì thế mô tả toàn bộ CSDL theo một số ít cấu trúc tương đối đơn giản, mặc dù bản cài đặt các cấu trúc đơn giản ở mức logic có thể chứa đựng các cấu trúc phức tạp của mức vật lý, người sử dụng không cần biết về sự phức tạp này Ở mức này, mỗi mẫu tin như thế được mô tả bằng một định nghĩa kiểu giống như đoạn mã ở trên và mối liên hệ qua lại giữa các kiểu dữ liệu này cũng được định nghĩa

Mức khung nhìn là mức trìu tượng hóa cao nhất chỉ mô tả một phần CSDL Mặc dù mức logic sử dụng các cấu trúc đơn giản, sự phức tạp vẫn còn do có rất nhiều loại thông tin trong một CSDL lớn Nhiều người sử dụng hệ thống CSDL không cần tất cả mọi loại thông tin này, thay vào đó họ cần truy xuất một phần CSDL Như vậy mức khung nhìn tồn tại để đơn giản hóa sự tương tác với hệ thống

Hệ thống có thể cung cấp nhiều khung nhìn trên cùng một CSDL và người sử dụng CSDL chỉ nhìn thấy những khung nhìn này Về tính độc lập của dữ liệu, chúng ta hãy xem xét các khung nhìn tới CSDL khái niệm và CSDL vật lý cho thấy có hai mức “độc lập dữ liệu” Thứ nhất, lược đồ con Việc tổ chức lại CSDL vật lý (thay đổi các tổ chức, cấu trúc dữ liệu trên các thiết bị nhớ thứ cấp) có thể làm thay đổi hiệu quả tính toán của các chương trình ứng dụng nhưng không đòi hỏi phải viết lại các chương trình đó Tính độc lập này gọi là độc lập dữ liệu mức vật lý

Mối liên hệ giữa các khung nhìn và lược đồ khái niệm do thêm một loại độc lập nữa, gọi là độc lập dữ liệu logic Khi sử dụng một CSDL, có thể cần thiết phải thay đổi lược đồ khái niệm như thêm thông tin về các loại khác nhau của các thực thể hoặc bớt, xóa các thông tin về các thực thể đang tồn tại trong CSDL Việc thay

đổi lược đồ con đang tồn tại, do đó không cần thiết phải thay đổi các chương trình ứng dụng

Vì thế tính độc lập dữ liệu là mục đích chủ yếu của các hệ CSDL Có thể định nghĩa tính độc lập dữ liệu là “tính bất biến của hệ ứng dụng đối với các thay đổi trong cấu trúc lưu trữ và chiến lược truy cập”

1.2.2 Cấu trúc CSDL trong hệ thông tin địa lý

Cơ sở dữ liệu chiếm khoảng 70% giá trị của hệ thông tin địa lý Cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý là tập hợp dữ liệu có liên quan đến nhau được lưu trữ dưới dạng số Vì cơ sở dữ liệu của hệ thống có mối liên quan với các đặc điểm chungtrên bề mặt trái đất nên nó bao gồm hai nhóm là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở

dữ liệu thuộc tính Hai loại dữ liệu này cần phải tuân theo một cấu trúc hợp lý để thuận tiện quản lý, lưu trữ, sửa đổi và khai thác theo mục đích sử dụng

a Cơ sở dữ liệu không gian

Cơ sở dữ liệu không gian là cơ sở dữ liệu chứa trong nó những thông tin về định vị của đối tượng Nó là những dữ liệu phản ánh, thể hiện những đối tượng có kích thước vật lý nhất định Nếu là những cơ sở dữ liệu không gian địa lý thì đó là những dữ liệu phản ánh những đối tượng có trên bề mặt hoặc ở trong lòng đất

Từ góc độ công nghệ thông tin địa lý, đó là những yếu tố không gian địa lý được phản ánh trên bản đồ bằng những kiểu cấu trúc nhất định Tuy nhiên cơ sở dữ liệu không gian không đơn thuần là sự mô tả địa chỉ của một khu dân cư mà chúng

ta nên hiểu rằng khu dân cư đó chính là một cơ sở dữ liệu không gian Dữ liệu không gian có ba dạng cơ bản là điểm, đường và vùng Các đối tương kiểu đất cảnh quan như hồ nước, ranh giới thảm thực vật… là cơ sở dữ liệu dạng vùng, sông, đường giao thông… là những cơ sở dữ liệu dạng đường, điểm mốc trắc địa, điểm giếng khoan… là những cơ sở dữ liệu dạng điểm

Tất cả các đối tượng trên bề mặt trái đất đều có thể gộp vào ba dạng cơ bản trên bởi vì công nghệ hệ thông tin địa lý là công nghệ tin học và máy tính không hiểu được khái niệm giếng khoan, sông là gì nhưng nó có thể hiểu được định nghĩa về điểm, đường, vùng Các yếu tố cơ bản nêu trên thường được gắn với lời chú giải hoặc ký hiệu Ví dụ những bãi bùn cát, vùng cây ngập nước được thể hiện bằng vùng bao phủ tập hợp tọa độ cùng với những ký hiệu thực tế hoặc số quy ước hay ký hiệu đặc biệt

Để quy định dữ liệu không gian về ba loại trên, cần thiết phải xác định:

* Vị trí đối tượng

Trong khi tạo dựng dữ liệu chúng ta luôn phải trả lời câu hỏi cái này ở đâu?

Vị trí của nó ở chỗ nào trong hệ quy chiếu đã chọn…, vì vậy việc xác định vị trí các đối tượng là hết sức cần thiết

* Đặc trưng của đối tượng

Đây chính là mô tả thuộc tính của đối tượng và máy tính có thể hiểu được nhờ mã hóa chúng theo mức dữ liệu và các giá trị số khác nhau

* Mối quan hệ giữa các đối tượng

Các đối tượng nghiên cứu chuyên ngành luôn được so sánh với nhau để tìm

ra mối liên quan hình học và ảnh hưởng giữa chúng Đây là một yếu tố rất quan trọng và có thể là yếu tố then chốt trong công nghệ thông tin địa lý và cũng là sự khác nhau cơ bản giữa HTTĐL hiện đại và các hệ xử lý đồ thị khác

Tất cả các yếu tố đối tượng trong hệ thông tin địa lý đều có thể được mô tả theo hai kiểu cấu trúc dữ liệu raster hoặc vector

* Cấu trúc dữ liệu Raster mô tả vị trí của các đối tượng và hiện trạng, cụ thể:

* Cấu trúc dữ liệu vector mô tả chính xác vị trí và mối quan hệ không gian của các đối tượng và hiện tượng cụ thể:

Yếu tố đường

Về mặt lý thuyết đường là tập hợp vô số các điểm Trong cấu trúc dữ liệu vector thường mô tả đường là tập hợp các cung, mỗi cung là tập hợp các đoạn thẳng nhỏ nối giữa hai điểm kề nhau đã được chọn Các đoạn thẳng này đủ nhỏ để đảm bảo không lệch khỏi đoạn thực một khoảng vượt sai số cho phép

Số liệu định vị của các yếu tố đường được lưu trong máy tính dưới dạng tập hợp các cặp tọa độ, trong đó các cặp tọa độ đặc trưng cho điểm thuộc đường đó Với một đoạn thẳng ta có thể lưu trữ tọa độ của hai điểm đầu và điểm cuối, nhưng với một đường cong số lượng điểm lưu trữ rất lớn Muốn giảm bớt số lượng ô nhớ khi lưu trữ đường cong thì đoạn thẳng giữa các điểm lưu trữ có thể sắp đặt lại theo các dạng của cung cong Khi đó phải chỉ ra cách tạo dựng đường cùng các điểm được lưu trữ, phải chỉ rõ các kiểu đường (kiểu nội suy) đối với từng yếu tố đường Đối với từng kiểu đường có nhiều nét chung giống nhau cần đặt ra những quy tắc lưu giữ hợp lý

Các điểm của đường được chọn để lưu trữ thường là các điểm ngoặt (điểm đặc trưng) phản ánh đúng hình thái của đường một cách đơn giản nhất Tuy nhiên một đường cũng có thể chia nhỏ thành nhiều đoạn, từng đoạn có thể lưu trữ tách riêng với nhau Trong trường hợp này cần cung cấp địa chỉ lưu trữ của mỗi đoạn kế tiếp sau kèm theo đoạn đó

Yếu tố vùng

Vùng (hay còn gọi là miền) có thể coi là tập hợp vô số điểm được giới hạn bởi một đường khép kín Số liệu định vị của các yếu tố vùng được xác định bởi đường bao của chúng

Nói chung không có sự khác biệt giữa việc lưu trữ số liệu định vị của yếu tố đường và số liệu định vị của yếu tố vùng, cả hai đều lưu trữ dưới dạng tập hợp các điểm của một đường Nhưng có thể nhận biết rõ ràng nếu chỉ ra số liệu định vị kèm theo kiểu yếu tố được biểu thị (điểm, đường, vùng) Ngoài ra cũng có khả năng ngầm hiểu ví dụ: như rừng thường là yếu tố vùng, đường sắt là yếu tố đường… Đường bao của một vùng khép kín không phải trong trường hợp nào cũng phản ánh một vùng (ví dụ, đường bình độ không là yếu tố vùng)

Trong thực tế các yếu tố vùng nằm kề nhau (có bờ ngăn cách chung) Để giảm việc lãng phí bộ nhớ do lưu trữ các cạnh chung hai lần, người ta chỉ tiến hành lưu trữ mỗi cạnh một lần, đồng thời cung cấp cho từng vùng những thông tin về cạnh thuộc nó

Sự tiết kiệm bộ nhớ này chỉ thực sự có giá trị khi số lượng cạnh chung khá lớn Tuy nhiên điều đáng kể ở đây là cách tổ chức dữ liệu như trên cho phép thao tác với số liệu thuận lợi hơn

b Cơ sở dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệu phi không gian) là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau Ví dụ, các thông tin về chủ đất, chất lượng đất, thể loại đất… là những dữ liệu thuộc tính

Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc tính định lượng và thường được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột Mỗi hàng bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như: tên, diện tích… Mỗi loại thông tin khác nhau này gọi là một trường, mỗi trường được sắp xếp tương ứng với một cột Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian thành bảng gồm các hàng, các cột như trên rất thuận lợi cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp dữ liệu phi không gian Ngoài những đặc điểm đã nêu trên, dữ liệu phi không gian có thể bao gồm các hình thức trưng bày chuẩn của mỗi yếu tố (màu sắc, lực nét, kiểu đường…) nhằm giúp cho các quá trình sử dụng các ký hiệu và dụng cụ vẽ được thuận tiện Điều này đặc biệt có lợi để biểu thị dữ liệu đồ họa có kết quả và nhanh chóng

Dữ liệu thuộc tính có thể được đưa vào trực tiếp từ các bảng dữ liệu, các tệp văn bản hoặc thu nhận từ các phần mềm khác nhau

c Mối liên kết dữ liệu

Cùng với dữ liệu không gian, các dữ liệu thuộc tính của cùng yếu tố cũng được lưu trữ và đều được liên kết với dữ liệu không gian của chính đối tượng đó Mối liên kết dữ liệu thuộc tính và dữ liệu không gian có thể được thực hiện bằng cách đặt dữ liệu thuộc tính vào đúng vị trí của dữ liệu không gian Cách thứ hai để thực hiện mối liên kết này là sắp xếp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính theo cùng một trình tự, sau đó gán mã duy nhất cho cả hai loại dữ liệu

Hình 1.2 Cơ sở dữ liệu HTTĐL [2]

Mối liên kết dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng, đồng thời qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số Index

Như vậy, hệ thông tin địa lý là môi trường quản lý và xử lý các thông tin không gian và thông tin thuộc tính hệ thống định vị vệ tinh và hệ thống đo vẽ ảnh số trong hệ thống cơ sở dữ liệu đồng nhất, đồng thời nó cũng là nguồn dữ liệu hỗ trợ cho các giải pháp xử lý kỹ thuật khi thực hiện gia công trên các hệ thống trên

1.3 Một số ứng dụng của hệ thông tin địa lý

Công nghệ hệ thông tin địa lý ngày càng được sử dụng rộng rãi Hệ thông tin địa lý có khả năng sử dụng dữ liệu không gian và phi không gian từ các nguồn khác nhau khi thực hiện phân tích không gian để trả lời các câu hỏi của người sử dụng

Một vài ứng dụng cụ thể của hệ thông tin địa lý là:

- Quản lý và lập kế hoạch mạng lưới đường phố: bao gồm các chức năng tìm kiếm, địa chỉ, tìm vị trí khi biết trước địa chỉ đường phố; điều khiển đường đi, lập

kế hoạch lưu thông xe cộ, phân tích vị trí, chọn địa điểm xây dựng các công trình công cộng; lập kế hoạch phát triển đường giao thông

Đồng mức

Hành chính Đường

Thủy văn

Khu dân

cư

Sử dụng đất

Thông tin không gian

Bảng thuộc ơnh

Đường Ruộng Dan cư Số Sử dụng đất Diện tích

01 24

1 15

NN 150

LN 300 CSD 100

Thông tin thuộc tính

- Giám sát tài nguyên, thiên nhiên môi trường: bao gồm các chức năng quản

lý sông, ngòi, các vùng lụt, vùng đất nông nghiệp, đất rừng; phân tích tác động môi trường; vị trí của các công trình công cộng…

- Quản lý đất đai: bao gồm các chức năng lập kế hoạch vùng, miền sử dụng đất; quản lý nước tưới tiêu; kiến trúc mặt bằng sử dụng đất…

- Quản lý và lập kế hoạch các dịch vụ công cộng: bao gồm các chức năng tìm địa điểm cho các công trình ngầm: ống dẫn, đường điện…; cân đối tải điện; lập kế hoạch bảo dưỡng các công trình công cộng…

- Phân tích tổng điều tra dân số, lập bản đồ các dịch vụ y tế, bưu điện và nhiều ứng dụng khác

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI

2.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu thủy lợi

2.1.1 Nội dung cơ sở dữ liệu

Cơ sở dữ liệu bao gồm:

• Các lớp thông tin địa lý nền

• Các lớp thông tin, bản đồ chuyên đề về thủy lợi

• Các bảng thông tin (thuộc tính) về thủy lợi

a Các lớp thông tin địa lý nền

Nội dung các lớp thông tin địa lý nền:

Mô tả dữ liệu

1 CS01 Sơ đồ phân mảnh bản đồ địa hình nền

2 CS02 Điểm khống chế đo vẽ, điểm trắc địa

3

Coso

(Cơ sở toán

độ độ cao, điểm khống chế đo vẽ

6 TH03 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng đường

9 TH06 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng vùng

10 TH07 Các đối tượng liên quan thuỷ hệ dạng điểm

15 DH03 Các đối tượng dáng đất và chất đất dạng vùng

17 DH05 Các đối tượng dáng đất và chất đất dạng điểm

18 DH06 Ghi chú các đối tượng địa hình

20 GT02 Đối tượng đường bộ dạng đường (phi tỷ lệ)

29 DC02 Các đối tượng kinh tế xã hội dạng điểm

30 DC03 Các đối tượng kinh tế xã hội dạng đường

DC05 Ghi chú các đối tượng sử dụng đất

Bảng mã loại/Mã nhận dạng các đối tượng về

Bảng 1 Nội dung các lớp thông tin địa lý nền [1]

b Các lớp thông tin bản đồ chuyên đề về thủy lợi

Các lớp thông tin bản đồ chuyên đề về thủy lợi bao gồm:

+ Hệ thống các cống tưới (lưu trữ những thông tin về cống tưới);

+ Hệ thống các trạm bơm kết hợp (lưu trữ những thông tin về trạm bơm kết hợp);

+ Hệ thống các trạm bơm tưới (lưu trữ những thông tin về trạm bơm tưới); + Hệ thống các trạm bơm tiêu (lưu trữ những thông tin về trạm bơm tiêu); + Hệ thống các kênh tiêu (lưu trữ những thông tin về kênh tiêu);

+ Hệ thống các kênh tưới (lưu trữ những thông tin về kênh tưới);

+ Các ao hồ (cho phép lưu trữ những thông tin về ao hồ);

+ Đê điều ( cho phép lưu trữ những thông tin về đê);

+ Kè, đập ( cho phép lưu trữ những thông tin về kè);

+ Thửa ruộng (lưu trữ những thông tin về thửa ruộng);

c Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề về thủy lợi

Các bảng thông tin thuộc tính chuyên đề về thủy lợi bao gồm:

+ Danh mục các cấp hạn hán (tblCacCapHanHan);

+ Danh mục các cấp ngập úng (tblCacCapNgapUng);

+ Danh mục các đợt hạn hán (tblCacDotHanHan);

+ Danh mục các đợt ngập úng (tblCacDotNgapUng);

+ Danh mục cơ cấu cây trồng (tblCCCT);

+ Danh mục lịch gieo trồng (tblLichGieoTrong);

+ Danh mục lịch sử hạn hán (tblLichsu_HanHan);

+ Danh mục lịch sử ngập úng (tblLichsu_NgapUng);

+ Danh mục lịch sử cơ cấu cây trồng (tblLichsuCCCT_Ruong);

+ Danh mục lịch sử duy tu bảo dưỡng;

2.1.2 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu thủy lợi

a Cơ sở dữ liệu địa lý nền

Quy trình công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý nền:

- Thu thập CSDL đầu vào (Nền địa lý: bản đồ tỷ lệ 1: 2000 và 1:5000; số liệu thống kê, số liệu mô tả các công trình )

- Kiểm tra đánh giá, phân loại CSDL đầu vào;

- Chuẩn hóa CSDL đầu vào: Quy chuẩn hệ tọa độ, hệ quy chiếu không gian theo Hệ tọa độ VN-2000; phân lớp đối tượng nền địa lý;

- Chuẩn hóa CSDL đầu ra theo thiết kế;

- Kiểm tra, đánh giá CSDL đầu ra, mối quan hệ không gian, quan hệ Topo và chuẩn thông tin thuộc tính;

- Xây dựng quy định về Biên tập bản đồ, thiết kế ký hiệu bản đồ trên nền ArcGis (ArcMap);

- Biên tập bản đồ nền địa lý;

- Kiểm tra, nghiệm thu và sao lưu dữ liệu;

b Cơ sở dữ liệu chuyên đề thủy lợi

Các bước xây dựng cơ sở dữ liệu chuyên đề về thủy lợi như sau:

- Điều tra, khảo sát vị trí và số liệu, thông tin về các công trình thuỷ lợi;

- Lập phiếu điều tra thông tin về CTTL;

- Lập sơ đồ các xã phục vụ công tác điều tra thu thập thông tin về đối tượng, vị trí đối tượng, hình dạng đối tượng CTTL trên địa bàn xã;

- Lấy thông tin cho phiếu điều tra;

- Khảo sát, xác định vị trí, hình dạng về CTTL trên sơ đồ;

- Đánh giá, phân loại số liệu thu thập;

- Nhập thông tin về vị trí và thông tin thuộc tính đối tượng vào CSDL thủy lợi;

- Biên tập trên nền CSDL Địa lý;

- Kiểm tra, đánh giá;

Các dữ liệu được cập nhật ở đây là những loại dữ liệu ít thay đổi, tạm gọi là dữ liệu tĩnh Dữ liệu tĩnh là dữ liệu nền của hệ thống thông tin Những loại dữ liệu thay đổi theo mùa vụ hay thay đổi thường xuyên như lịch gieo trồng, cơ cấu cây trồng trong vụ, lịch tưới, lịch vận hành các công trình, thông tin về hạn hán hay ngập úng, thông tin về duy tu công trình sẽ được người dùng cập nhật trong quá trình sử dụng hệ thống

2.2 Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi

2.2.1 Sơ đồ liên kết các thực thể

a Quản lý các bảng không gian trên máy khách

Hình 2.1 Các bảng không gian trên máy khách [4]

b Quản lý lịch vận hành

c Quản lý lịch sử duy tu, sửa chữa công trình thủy lợi

Hình 2.3 Quản lý lịch sử duy tu sửa chữa [4]

2.2.2 Các đặc tả hệ thống thông tin thủy lợi

a Biểu đồ khung cảnh:

Như đã trình bày trong các phần trên, hệ thống GIS quản lý hai loại dữ liệu là dữ liệu bản đồ (còn gọi là dữ liệu không gian) và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu bản đồ bao gồm các tập tin dưới định dạng ShapeFile trên máy trạm hoặc các lớp bản đồ dưới định dạng của ArcSDE trên máy chủ Các lớp bản đồ của hệ thống bao gồm các lớp địa giới hành chính tỉnh, huyện, xã, các lớp địa lý tự nhiên như sông, suối và đường giao thông, các lớp bản đồ chuyên đề như kênh tưới, kênh tiêu, đập, kè, trạm bơm tưới, trạm bơm tiêu, trạm bơm kết hợp, cống tưới, cống tiêu và ruộng đất Dữ liệu thuộc tính chứa thông tin về tất cả các đối tượng nói trên và các dữ liệu phục vụ cho công tác thủy lợi như lịch gieo trồng, lịch tưới, lịch tiêu, lịch vận hành của trạm bơm, thông tin

về hạn hán và ngập úng, hiện trạng sử dụng đất, …

Hình 2.4 Biểu đồ khung cảnh [4]

Người sử dụng hệ thống, còn gọi là tác nhân của hệ thống là người có thể cập nhật thông tin vào hệ thống hay khai thác thông tin từ hệ thống Trong các biểu đồ thiết kế, tác nhân còn được gọi bằng tiếng Anh là Actor Trong hệ thống GIS quản lý công tác thuỷ lợi, nhóm tác nhân Cán bộ quản lý, nhập liệu và thao tác viên được chia làm hai loại như sau:

- Cán bộ nhập liệu là người có trách nhiệm cập nhật dữ liệu đồ họa như bổ sung một cống tưới, thay đổi vị trí của một trạm bơm, cập nhật dữ liệu thuộc tính, các thông tin

mới phục vụ cho công tác thủy lợi của tỉnh Mỗi cán bộ nhập liệu, muốn cập nhật được

dữ liệu thì phải đăng nhập vào hệ thống để cập nhật dữ liệu trên phần lãnh thổ mà đơn

Mối liên quan giữa các tác nhân

Hình 2.5 Liên quan khái quát hóa giữa các tác nhân Các chức năng của hệ thống (tương tác giữa tác nhân với hệ thống thông tin):

- Thao tác bản đồ (phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển bản đồ, mở rộng bản đồ, thay đổi màu bản đồ, kích thước nét vẽ, phông chữ, đường nét của bản đồ);

- Bổ sung công trình thủy lợi: Thêm, xóa, chỉnh sửa vị trí của các công trình thủy lợi

mà hệ thống quản lý;

- Cập nhật thông tin kỹ thuật công trình: Lưu trữ các thông số kỹ thuật theo hồ sơ thiết

kế và thông số kỹ thuật hiện trạng của các công trình thuỷ lợi, thể hiện dưới dạng báo biểu tùy theo dữ liệu đầu vào;

- Cập nhật thông tin lịch sử duy tu công trình: Lưu trữ lịch sử các đợt duy tu, bảo dưỡng, nâng cấp của từng công trình thủy lợi, thể hiện dưới dạng báo biểu tùy theo dữ liệu đầu vào;

- Cập nhật lịch tưới, tiêu: Cập nhật và lưu trữ thông tin về lịch tưới hoặc lịch tiêu của trạm bơm, in ra;

- Cập nhật thông tin về cơ cấu cây trồng và lưu trữ lịch sử cơ cấu cây trồng của từng thửa ruộng qua các mùa vụ, thể hiện dưới dạng báo biểu tùy theo dữ liệu đầu vào;

- Cập nhật thông tin về nhu cầu tưới và lưu trữ dữ liệu tưới của từng đợt cho từng thửa ruộng, thể hiện dưới dạng báo biểu tùy theo dữ liệu đầu vào;

- Cập nhật thông tin tiêu và lưu trữ dữ liệu tiêu thoát nước của từng đợt cho từng thửa ruộng, thể hiện dưới dạng báo biểu tùy theo dữ liệu đầu vào;

- Cập nhật thông tin về hạn hán và lưu trữ dữ liệu về tình hình hạn hán của từng đợt hạn hán, thể hiện dữ liệu bằng báo biểu;

- Cập nhật thông tin ngập úng và lưu trữ dữ liệu về tình hình ngập úng của từng đợt ngập úng, thể hiện dữ liệu bằng báo biểu;

- Cập nhật thông tin về lịch gieo trồng: Cập nhật và lưu trữ thông tin lịch gieo trồng của từng xã;

Người sử dụng có thể phóng to, thu nhỏ, thay đổi màu sắc, đường nét, … của bản đồ

đã được tải về máy trạm Khi người dùng muốn cập nhật lại các lớp bản đồ trên máy trạm thì phải đăng nhập vào máy chủ để được quyền tải dữ liệu bản đồ về máy trạm Đây chính là phần mở rộng của chức năng thao tác bản đồ

Hình 2.6 Biểu đồ chức năng chính mức 1 [4]

Hình 2.7 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) [4]

Hình 2.8 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) [4]

Hình 2.9 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) [4]

Hình 2.10 Một phần của biểu đồ chức năng chính (mức 2) [4]

2.3 Tổng quan về ArcGIS

2.3.1 Tổng quan về ArcGIS

Hình 2.11 Tổng quan về ArcGIS [7]

ArcGIS là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý của ESRI

ArcGIS Desktop bao gồm một loạt các ứng dụng được tích hợp với nhau: ArcMap, ArcCatalog, và ArcToolbox Sử dụng kết hợp ba ứng dụng này, ta có thể