TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU GIS THEO THỜI GIAN: TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG NGẬP LỤT SÔNG ĐAK-BLA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU GIS THEO THỜI GIAN: TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG NGẬP LỤT SÔNG ĐAK-BLA Họ tên sinh viên: ĐỖ MINH TRƯỜNG Ngành: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÔI TRƯỜNG Niên khóa: 2010 – 2014 Tháng 6/2014 TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU GIS THEO THỜI GIAN: TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG NGẬP LỤT SÔNG ĐAK-BLA Tác giả ĐỖ MINH TRƯỜNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kĩ sư ngành Hệ thống Thông tin Môi trường Giáo viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Kim Lợi KS Nguyễn Duy Liêm Tp Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu thực khóa luận tốt nghiệp em nhận giúp đỡ, động viên, bảo tận tình quý Thầy cô, quan, gia đình bạn bè Nhân đây, em xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến:  Quý Thầy cô trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh dạy dỗ, đào tạo em suốt 04 năm qua  PGS.TS Nguyễn Kim Lợi – Giám đốc trung tâm biến đổi khí hậu miền nam, Trưởng môn hệ thống Thông Tin Địa Lý Tài Nguyên, đồng hành, dạy đỗ, nâng đỡ cho chúng em suốt năm qua  Anh KS Nguyễn Hoàng Tú – người thầy, người anh tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành khóa luận, quan tâm đàn em năm đại học  Đặc biệt, chân thành cảm ơn đến anh KS Nguyễn Duy Liêm, người tận tình bảo, định hướng, quân tâm, giúp đỡ em hoàn thành tiểu luận, chăm lo cho tập thể lớp năm học vừa qua, lần chân thành cảm ơn anh  Tập thể lớp Hệ thống thông tin mội trường– Khóa 36 gắn bó giúp đỡ suốt trình học thời gian làm luận văn Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ba, mẹ người thân yêu nuôi nấng, dạy dỗ lo lắng cho nên người, nguồn động viên tinh thần lớn cho để có kết ngày hôm Em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 05 năm 2014 Đỗ Minh Trường Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí MinhKhoa Môi Trường & Tài Nguyên Bộ môn Thông tin Địa lý Tài nguyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG MỞ ĐẦU 10 1.1 Đặt vấn đề 10 1.2 Mục tiêu 11 1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12 2.1 Một số khái niệm 12 2.1.1 Dữ liệu không gian, thời gian 12 2.1.2 Phân loại liệu không – thời gian 14 2.1.3 Trực quan hóa liệu không – thời gian 19 2.2 Tổng quan GIS 20 2.2.1 Định nghĩa 20 2.2.2 Các thành phần 21 2.2.3 Chức GIS 23 2.2.4 Dữ liệu GIS 24 2.2.5 Ứng dụng GIS 24 2.3 Chức trực quan hóa liệu ArcGis 26 2.3.1 Giới thiệu chung ArcGis 26 2.3.2 Hiển thị liệu GIS theo thời gian ArcGis 28 2.4 Tổng quan lưu vực sông ĐăkBla 29 2.4.1 Đặc điểm tự nhiên 29 2.4.2 Địa chất thủy văn 35 2.4.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 36 CHƯƠNG DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 37 3.1 Dữ liệu, phương pháp 37 3.1.1 Dữ liệu 37 3.1.2 Phương pháp 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ, THẢO LUẬN 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 65 5.1 Kết luận 65 5.2 Kiến nghị 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC VIẾT TẮT GIS Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) SQL Structure Query Language UBND Ủy Ban Nhân Dân DBMS Hệ quản trị sở liệu GUI Giao diện đồ họa người - máy DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Dữ liệu thuộc tính tình hình quản lý bè cá 10 Bảng 2.2 Ví dụ liệu thời gian 11 Bảng 2.3 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Đak Bla 29 Bảng 2.4 Vị trí tọa độ trạm quan trắc sông DakBla 29 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Khái niệm liệu không gian 10 Hình 2.2 Chồng lớp mô hình vector raster 12 Hình 2.3 Số liệu vector biểu thị dạng điểm 13 Hình 2.4 Số liệu vector biểu thị dạng đường 13 Hình 2.5 Số liệu vector biểu thị dạng vùng 14 Hình 2.6 Chuỗi thời gian ba đại diện cho liệu không – thời gian 15 Hình 2.7 Ví dụ minh họa trực quan hóa liệu 16 Hình 2.8 Trực quan hóa liệu không – thời gian theo mô hình Vector 17 Hình 2.9 Các thành phần GIS 18 Hình 2.10 Quan hệ nhóm chức GIS 20 Hình 2.11 Các phần mềm ArcGIS 22 Hình 2.12 Bộ công cụ tạo lớp NetCDF GP Tool 25 Hình 2.13 Bản đồ hành tỉnh KonTum 26 Hình 2.14 Đồ thị trạm khí tượng Kon Tum từ năm 2005-2010 29 Hình 3.1 Biểu đồ phương pháp thực 34 Hình 4.1 Thu thập liệu lượng mưa trạm DakDoa năm 2009 35 Hình 4.2 Số liệu mưa lưu lại thành file Excel 36 Hình 4.3 Mẫu xử lý số liệu cho trạm riêng biệt 36 Hình 4.4 Chọn trường địa lý WGS 1984 cho hệ tọa độ 37 Hình 4.5 Xuất liệu thuộc tính sang Shape File 38 Hình 4.6 Thiết lập Option Time Layer Properties 39 Hình 4.7 Sử dụng công cụ Time Slider để chạy liệu thời gian 39 Hình 4.8 Phân chia dãy phân loại lượng mưa theo thang màu 40 Hình 4.9 Gán Label cho trạm quan trắc 41 Hình 4.10 Tọa độ điểm quang trắc lưu vực song Đak Bla 42 Hình 4.11 Mô hình hoàn tất việc trực quan hóa liệu lượng mưa theo thời gian lưu vực sông Đak Bla 42 Hình 4.12 Biểu đồ lượng mưa trực quan theo ngày 42 Hình 4.13 Xuất Video trình diễn trình trực quan hóa liệu lượng mưa sông DakBla theo thời gian 43 Hình 4.14 Thành lập đồ trực quan lượng mưa theo ngày sông Đak Bla 2009 44 Hình 4.15 Dữ liệu biên tập riêng lẻ cho nhánh sông 45 Hình 4.16 Công cụ Make Query Table giúp kết nối mã Sup với liệu không gian nhánh sông 46 Hình 4.17 Tiến hành nhập liệu vào môi trường Geodatabase để Merge liệu không gian 47 Hình 4.18 Kết nối liệu thời gian liệu không gian code SQL Make Query Table 48 Hình 4.19 Thiết lập hiển thị tích lũy cho việc trực quan hóa dòng chảy 49 Hình 4.20 Dùng nút Add để them biểu đồ Line cho tất nhánh sông 49 Hình 4.21 Biểu đồ tích lũy dòng chảy theo ngày 50 Hình 4.22 Kết nối liệu nhánh sông vào công cụ Merge 50 Hình 4.23 Bản đồ trực quan hóa dòng chảy theo ngày sông Đak Bla 2009 51 Hình 4.24 Tạo lớp Mosaic dataset để liên kết vào lốp Raster 52 Hình 4.25 Công cụ liên kết lớp Raster Mosaic dataset 53 Hình 4.26 Mở liệu lớp Raster để tiến hành thêm trường Date 53 Hình 4.27 Trường Date thêm vào để bắt đầu chạy mô hình 54 Hình 4.28 Thiết lập liệu thời gian Tap Time 54 Hình 4.29 Vùng ngập hiển thị trực quan theo ngày qua công cụ Time Slider 55 Hình 4.30 Bản đồ trực quan hóa vùng ngập theo thời gian khu vực sông Đak Bla 55 Hình 4.17 Tiến hành nhập liệu vào môi trường Geodatabase để Merge liệu không gian 54 Hình 4.18 Kết nối liệu thời gian liệu không gian code SQL Make Query Table  Vì thực trực quan hóa dòng chảy theo ngày nên việc tích lũy lượng nước nhanh sông bị thay đổi thời gian ngắn, phần thiết lập ta chọn mục “Display data cumulatively” 55 Hình 4.19 Thiết lập hiển thị tích lũy cho việc trực quan hóa dòng chảy  Tạo biểu đồ lưu lượng dòng chảy cho tất nhánh sông 56 Hình 4.20 Dùng nút Add để them biểu đồ Line cho tất nhánh sông Bieu Do Luu Luong Dong Chay Song Dak Bla 2009 Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh Nhanh 1.500 1.400 1.300 Luu luong dong chay (cms) 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 27-Thg1-09 28-Thg3-09 27-Thg5-09 Thoi Gian 57 26-Thg7-09 song song song song song song song song song Hình 4.21 Biểu đồ tích lũy dòng chảy theo ngày  Thực tương tự cách làm trực quan hóa lượng mưa sau tiến hành Merge nhánh sông sau tạo biểu đồ Hình 4.22 Kết nối liệu nhánh sông vào công cụ Merge  Kết tạo đồ trực quan dòng chảy tích lũy theo ngày 58 Hình 4.23 Bản đồ trực quan hóa dòng chảy theo ngày sông Đak Bla 2009 59  Trực quan hóa vùng ngâp theo ngày  Việc trực quan hóa vùng ngập theo ngày thực tương tự việc trực quan hóa lượng mưa dòng chảy Tuy nhiên liệu Raster thực môi trường Geodatabase liên kết lớp Mosaic Dataset nên có vsi2 điểm khác biệt so với cách làm cảu hai phương pháp Hình 4.24 Tạo lớp Mosaic dataset để liên kết vào lốp Raster  Kết nối liệu Raster vào lớp Mosaic dataset để tiến hành trực quan hóa liệu thời gian cho vùng ngập sông Đak Bla 60 Hình 4.25 Công cụ liên kết lớp Raster Mosaic dataset  Thêm trường thời gian cho lớp liệu tiến hành nhập số liệu thời gian cho Raster thích hợp 61 Hình 4.26 Mở liệu lớp Raster để tiến hành thêm trường Date Hình 4.27 Trường Date thêm vào để bắt đầu chạy mô hình 62  Trong Time Tap, lưu ý việc đánh chọn “Displays data commulatively” để tích lũy lại liệu ngập lụt theo ngày Hình 4.28 Thiết lập liệu thời gian Tap Time  Tiến hành chạy mô hình công cụ Time Slider 63 Hình 4.29 Vùng ngập hiển thị trực quan theo ngày qua công cụ Time Slider  Tiến hành xuất video thành lập đồ trực quan hóa vùng ngập theo thời gian lưu vực sông Đak Bla hoàn thành luận 64 Hình 4.30 Bản đồ trực quan hóa vùng ngập theo thời gian khu vực sông Đak Bla CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Với mục tiêu tiểu luận xây dựng đồ trực quan hóa liệu không gian theo thời gian, tác giả xây dựng thành công đồ trực quan hóa nguy lũ lụt lưu vực sông Đak Bla tỉnh Kon Tum rõ mức độ nguy vùng cụ thể Về phương pháp ứng dụng GIS, ta thấy phương pháp có nhiều ưu điểm đặc tính dễ xây dựng, hiệu chỉnh, trực quan liệu liên tục để tạo kết sinh động, trình bày đa dạng, dễ sử dụng cho người không thuộc chuyên môn Có thể nói, dựa vào đồ trực quan phương pháp ta đưa đánh giá, định phân vùng lũ lụt, hoạch định sách cho địa phương, giảm bớt nguy từ biến cố thiên nhiên 65 5.2 Kiến nghị Lũ lụt mối nguy hiểm lớn, gây nhiều thiệt hại lớn người hàng năm vùng đồi núi Tây Nguyên Vì công tác dự báo lũ lụt phải ngày quan tâm nâng cao độ xác nhằm giảm tối đa thiệt hại người cho người dân hạn chế tàn phá môi trường sinh thái tương lai Trong trình thực tiểu luận tác giả gặp nhiều khó khăn thông tin khu vực nghiên cứu, liệu lượng mưa… quan trọng ý kiến chuyên gia vấn đề nên cần phải tăng cường lực lượng cán có đủ chuyên môn, tăng cường đầu tư khoa học kĩ thuật… để khắc phục hạn chế Dựa kết đạt đề tài ta thấy mức độ nguy lưu vực nghiên cứu nhiều Vì cần phải nhanh chóng khắc phục yếu tố tái tạo được, xây dựng công trình phòng chống đưa phương án cảnh báo nhanh chóng đến người dân vùng gặp nguy hiểm Đối với nơi có mức độ nguy thấp cần phải trì điều kiện Ngoài cần phải thường xuyên cập nhập liệu để nắm bắt thông tin nguy cách nhanh chóng phù hợp cho khu vực thời điểm 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – Nguyễn Kim Lợi, 2007 Hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất Nông nghiệp [2] – ThS Nguyễn Bách Thắng, 2011 Điều tra, đánh giá trạng xả nước thải khả tiếp nhận nước thải nguồn nước lưu vực sông ĐAK BLA tỉnh Kon Tum, Sở TN&MT tỉnh Kon Tum [3] – Website Data & GIS Blog Reference on July 18, 2011 https://blogs.library.duke.edu/data/2011/07/18/time-series-visualizations-inarcGIS-an-introduction/ [4] – Website Esri Blog Reference on September 8, 2010 http://blogs.esri.com/esri/esritrainingmatters/2010/09/08/mapping-time-in-arcGIS10/ [5] – Website Center for Research In Water Resources Reference on 2004 http://www.crwr.utexas.edu/GIS/GIShydro04/Time/RepresentingSpaceAndTime.h tm [6] - Goodall, J.L., D.R Maidment, and J Sorenson, 2004 Representation of Spatial and Temporal Data in ArcGIS, AWRA GIS and Water Resources III Conference, Nashville, TN [7] – Mark Monmonier, 1989 Strategies for the visuaalization of geographic timeseries data 67 [8] – Master’s Thesis, 2012 Visualization of Spatio-Temporal Data in GRASS GIS Ing Martin Landa Department of Mapping and Cartography [9] – ArcGIS and Hydro Model 68