DSpace at VNU: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS của ESRI và mô hình dữ liệu DAN-VAND trong lĩnh vực cấp nước sạch

DSpace at VNU: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS của ESRI và mô hình dữ liệu DAN-VAND trong lĩnh vực cấp nước sạch tài l...

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS CỦA ESRI VÀ MƠ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG LĨNH VỰC CẤP NƢỚC SẠCH Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HẢI CHÂU Hà Nội- 2009 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH CẤP NƢỚC 1.1 Vai trò tầm quan trọng việc quản lý cấp nƣớc 1.2 Các hệ thống quản lý cấp nƣớc CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG 21 2.1 Mơ hình sở liệu DAN-VAND .21 2.2 Mơ hình hƣớng đối tƣợng sở liệu GIS 23 2.2.1 Giới thiệu 23 2.2.2 Mơ hình cho hệ thống thông tin địa lý GIS 2.2.3 Cơ chế trừu tƣợng hƣớng đối tƣợng 2.2.4 Mơ hình hóa trực quan Error! Bookmark not defined Error! Bookmark not defined Error! Bookmark not defined 2.2.5 Tổng kết Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIS SỬ DỤNG ARCGIS TRÊN MƠ HÌNH DỮ LIỆU DAN-VAND TRONG QUẢN LÝ CẤP NƢỚC SẠCH Error! Bookmark not defined 3.1 Đặt vấn đề Error! Bookmark not defined 3.2 Khái niệm thị q trình quy hoạch phát triển đô thị Error! Bookmark not defined 3.3 Sự cần thiết ứng dụng công nghệ GIS công tác quản lý quy hoạch Error! Bookmark not defined 3.4 Mô tả ứng dụng Error! Bookmark not defined 3.4.1 Đăng ký đƣờng ống WDMS – Pipe Registration Error! Bookmark not defined 3.4.2 Mục tiêu Hệ thống đăng ký đƣờng ống 3.4.3 Những yêu cầu chung Error! Bookmark not defined Error! Bookmark not defined 3.4.4 Yêu cầu xây dựng sở liệu Error! Bookmark not defined 3.4.5 Yêu cầu ứng dụng nhân GIS Error! Bookmark not defined 3.4.6 Bố trí nhân lực, tiến độ thực dự án Error! Bookmark not defined 3.4.7 Yêu cầu chức nghiệp vụ Error! Bookmark not defined 3.5 Kết thực đƣợc Error! Bookmark not defined 3.6 Kết thực tế dự án WDMS áp dụng phân hệ Đăng ký đƣờng ống Error! Bookmark not defined 3.7 Định hƣớng phát triển sản phẩm Việt Nam Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những kết số liệu khoá luận chƣa đƣợc cơng bố dƣới hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng cam đoan này! Hà nội, ngày tháng năm 2009 Tác giả Nguyễn Việt Hùng LỜI CẢM ƠN L ̣n văn này đƣợc hồn thành ngoài nỡ lƣ̣c hế t sƣ́c của bản thân, quá trin ̀ h làm việc nhận đƣợc hƣớng dẫn , giúp đỡ tận tình thầy khoa Công nghê ̣ Thông tin, Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Xin chân thành gƣ̉i lời cảm ơn tới các thầ y cô g iáo khoa Công nghệ Thông tin , Trƣờng đại học Công Nghệ , đă ̣c biê ̣t là thầ y giáo , Tiế n si ̃ Nguyễn Hải Châu , ngƣời trƣ̣c tiế p hƣớng dẫn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban giám đốc công ty VIDAGIS – nơi công tác, đặc biệt Phó Tổng Giám đốc, Thạc sỹ Lê Phƣớc Thành, tạo điều kiện tốt thời gian, sở vật chất, kiến thức, chuyên gia trợ giúp trình thực dự án, giúp đỡ tơi nhiều thời gian thực đề tài Xin gƣ̉i lời cám ơn tới cha mẹ, bạn bè, đồ ng nghiê ̣p và nhƣ̃ng ngƣời thân đã giúp đỡ và ta ̣o điề u kiê ̣n cho suố t thời gian qua Luận văn thạc sĩ đƣợc thực khuôn khổ đề tài nghiên cứu mang mã số QG.09.27, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Hiê ̣n viê ̣c ƣ́ng du ̣ng và triể n khai ứng dụng GIS vào quản lý để phục vụ cho đời sống xã hội phát triển nhanh, điển hình lĩnh vực Giao thơng liên lạc, Y Tế, Giáo dục, Lam Nghiệp, Nông nghiệp, Điện lực, Tài nguyên Môi trƣờng, đặc biệt việc quản lý mạng lƣới cấp nƣớc Mục đích đề tài trình bày lại kiến thức đƣợc áp dụng để xây dựng thành công dự án phát triển phần mềm "Quản lý cấp nƣớc sạch" đƣợc sử dụng thành phố Seremban, Malaysia, nhằm tìm hƣớng giải pháp để mở rộng, khai thác lực dự án để áp dụng đƣợc rộng rãi nhiều nơi, Việt Nam Luâ ̣n văn gồ m chƣơng với bố cu ̣c nhƣ sau: Chƣơng 1: Tở ng quan về mơ hình cấp nƣớc Trình bày vai trò tầm quan trọng việc quản lý cấp nƣớc số mơ hình cấp nƣớc Chƣơng 2: Trình bày chi tiết mơ hình sở liệu cấp nƣớc DAN-VAND phƣơng pháp phân tích thiết kế hƣớng đối tƣợng áp dụng Chƣơng 3: Trình bày chi tiết mơ tả hệ thống phần mềm quản lý mạng lƣới cấp nƣớc sạch, sử dụng GIS việc đăng ký đƣờng ống Trình bày kết thực tiễn thực dự án, định hƣớng phát triển mở rộng Chƣơng 4: Kế t luận kiến nghị CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH CẤP NƢỚC 1.1 Vai trò tầm quan trọng việc quản lý cấp nước Nƣớc sử dụng nƣớc nhu cầu thiết yếu ngƣời, kể xã hội nguyên thủy đến xã hội đại nhƣ ngày Thử hình dung sống hàng ngày chúng ta bị thiếu nƣớc để sinh hoạt điều sảy ra? Nƣớc đƣợc khai thác hình thức khác nhau, nhƣ giếng đào, giếng khoan, nƣớc mƣa nhƣng ngày ngƣời xây dựng đƣợc mơ hình mạng lƣới cấp nƣớc chung phục vụ cho phạm vi địa bàn rộng lớn, từ nguồn khai thác, nƣớc đƣợc xử lý để đảm bảo vệ sinh đủ tiêu chuẩn để đƣa đến nới tiêu thụ Trong sống thị đại, việc thiết kế xây dựng hệ thống quản lý cấp nƣớc cần phải đáp ứng đƣợc yêu cầu phát triển tăng lên cách nhanh chóng dân cƣ hệ thống sở hạ tầng để khoảng thời gian 40 đến 50 năm sau, hệ thống đáp ứng đƣợc cách tối đa khả cung cấp nƣớc không bị ảnh hƣởng bới thay đổi kết cấu sở hạ tầng Để làm đƣợc điều trƣớc hết cần phải có trợ giúp đắc lực cơng nghệ Ngày cơng nghệ làm thay đổi giới, có vai trò quan trọng việc hoạch định sách hệ thống quyền Một thị đƣợc đánh giá văn minh tiêu chí để đánh giá thị phải có hệ thống phân phối nƣớc tốt, đáp ứng đƣợc nhu cầu sinh hoạt ngƣời dân phục vụ cho lĩnh vực khác, hệ thống nƣớc có vai trò quan trọng lĩnh vực đời sống văn hóa xã hội ngƣời dân, thể nỗ lực quản lý cấp quyền Để làm đƣợc việc cần phải có máy chuyên trách đảm nhiệm việc quản lý hệ thống cấp nƣớc, đảm bảo trì hệ thống hoạt động từ việc lắp đặt hệ thống bơm dẫn, tích trữ, xây lắp mạng lƣới dẫn nƣớc, điểm xử lý đƣa nƣớc vào hộ dân, quản lý hệ thống hóa đơn, đồng hồ, tu, bảo dƣỡng hệ thống, quản lý tài sản Tất cơng đoạn đƣợc gọi quản lý cấp nƣớc Ở Thụy Điển, nƣớc dịch vụ công cộng theo quy định đƣợc quản lý thị Khi cơng trình cấp nƣớc đô thị bắt đầu đƣợc xây dựng vào cuối kỷ 19, thể tâm cam kết quyền thành phố Ngay cộng đồng nhỏ vùng nông thôn có cơng trình cấp nƣớc cơng cộng họ Chỉ cơng ty cơng nghiệp lớn đƣợc cấp phép khai thác nƣớc mặt nƣớc ngầm cho cơng trình cấp nƣớc riêng họ Trong năm 90 kỷ trƣớc, có nghìn cơng trình cấp nƣớc 67 nghìn km đƣờng ống cấp nƣớc thành phố, cung cấp cho 7,7 triệu ngƣời tiêu dùng hay 90% dân số với nƣớc chất lƣợng cao Lƣợng nƣớc tiêu thụ cao vào cuối năm 1960, có tới 800 triệu mét khối nƣớc đƣợc sử dụng hàng năm Việc rò rỉ hệ thống đƣờng ống đƣợc ƣớc tính khoảng 20% Ngày lƣợng nƣớc tiêu thụ vào khoảng 730 triệu mét khối, tính gia đình tiêu thụ khoảng 200 lít/ ngƣời/ngày Theo thống kê, năm 2004 giới có khoảng 3,5 tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ vòi nƣớc hay nguồn nƣớc công cộng nhà máy cấp nƣớc 1,3 tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ nguồn giếng khoan, giếng đào Một tỉ ngƣời sử dụng nƣớc từ nguồn thiên nhiên nhƣ sông, suối, ao hồ [9] Những thống kê cho thấy, việc quản lý cấp nƣớc có vai trò quan trọng đời sống văn hóa xã hội sống thị đại 1.2 Các hệ thống quản lý cấp nước Hệ thống quản lý cấp nƣớc hệ thống trợ giúp cho ngƣời để quản lý lĩnh vực cấp nƣớc sinh hoạt, đƣợc tự động hóa nhằm làm giảm tối đa sức lao động chân tay, thao tác thủ công nhƣng thực đƣợc đầy đủ chức nghiệp vụ hệ thống cấp nƣớc Các hoạt động việc quản lý cấp nƣớc gồm có: - Đảm bảo chất lƣợng nƣớc đƣợc xử lý - Thiết kế mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc thành phần đƣợc lắp đặt phân tích nhu cầu sử dụng hệ thống - Quản lý lƣu lƣợng áp lực cho mạng lƣới đƣờng ống - Phát xử lý kịp thời điểm rò rỉ - Chống thất hệ thống - Quản lý hệ thống đồng hồ, hóa đơn - Thay thế, bảo dƣỡng hệ thống mạng lƣới đƣờng ống Sau số hệ thống quản lý cấp nƣớc có thị trƣờng: Hệ thống WATSYS [17] Hệ thống WATSYS đƣợc quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ phát triển, với hạt nhân EPANET WATSYS giúp ngƣời dùng phân tích, thiết kế quản lý hệ thống cấp nƣớc Đó hệ thống thông tin đồ họa (GIS) cho sở hạ tầng nƣớc Phần mềm mô tình để xác định sửa chữa thiếu sót hệ thống phân phối có, mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu tƣơng lai, để dự đoán suất hệ thống trƣờng hợp khẩn cấp nhƣ trục trặc máy bơm, hỏng hóc, trang thiết bị trục trặc cháy nổ Nó đƣợc sử dụng để mơ thời gian cao điểm thời điểm sử dụng thấp WATSYS thực phân tích chất lƣợng nƣớc bao gồm việc phân rã clo, phân phối florua, tìm nguồn nƣớc đo tuổi nƣớc Các mơ hình để thấy rõ chuyển động biến đổi nƣớc đƣợc xử lý Các thành phần hệ thống bao gồm: Kết nối đến phần mềm AutoCAD Các phiên AutoCAD R14.01, 2000, 2002, 2004 WATSYS chạy độc lập, nhƣng kết hợp với phần mềm AutoCAD phiên R14.01, 2000, 2002, 2004 kết nối với để làm việc WATSYS lên công cụ để ngƣời sử dụng chọn, xác định vị trí chỉnh sửa thành phần hệ thống cấp nƣớc Các sơ đồ đƣợc tạo từ vẽ đƣợc tô mã màu cho lớp đối tƣợng chồng xếp 10 Hình 1.1: Giao diện phần mềm WATSYS mở phần mềm AutoCAD Trên công cụ này, ngƣời sử dụng có thể: - Thêm điểm nối (Nodes), đƣờng ống (Pipes), sửa xem liệu - Xác định vị trí điểm nối đƣờng ống bảng biểu "Key-plans" cách lựa chọn chúng đồ - Tạo đồ chuyên đề với thông tin bên nhƣ: Chèn dòng văn bản, tơ màu đối tƣợng, đặt kích thƣớc biểu tƣợng đối tƣợng, tiều đề, mơ tả ngƣời sử dụng sơ đồ dòng chảy đƣợc gán nhãn đƣờng ống, điểm nối, áp suất đƣờng ống, đƣờng kính đƣờng ống, dòng chảy, giảm /mất mát vận tốc dòng chảy - Đặt biểu tƣợng cho đối tƣợng Điểm nối, đƣờng ống có điểm nối mà van đóng, van kiểm tra, hay van điều khiển, máy bơm hồ chứa Làm việc sơ đồ 13 Hình 1.4: Biểu đồ thời gian Quản lý kho đường ống Phục vụ cho công tác tu bảo dƣỡng hệ thống, ghi chép mã màu giúp ngƣời quản lý ƣu tiên hóa cơng việc Công việc bao gồm: o Ngày kiểm tra ngày lắp đặt o Ghi chú kiểm tra 14 o Các điều kiện o Loại nguyên vật liệu o … Nhƣ với mơ tả nhƣ trên, nhận thấy hệ thống WATSYS đời từ sớm, có số đặc điểm sau: o Không sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để lƣu trữ quản lý liệu, sử dụng vẽ định dạng AutoCAD – công cụ để làm vẽ thiết kế làm “nền" để thực phép phân tích liệu xử lý số liệu o Do không sử dụng hệ thông tin địa lý, nên khơng có sở liệu GIS đối tƣợng hệ thống phân phối nƣớc Mơ hình cấp nƣớc đƣợc mơ tả khơng có thiết kế chi tiết bảng liệu, không đƣợc mối quan hệ đối tƣợng đồ o Hệ thống chuyên sâu phân tích mức độ tiêu thụ, nhu cầu sử dụng (Demand) tính tốn đo áp lực đƣờng ống, từ hiển thị thành sơ đồ biểu đồ o Hệ thống chƣa đề cập đƣợc giải pháp để chống rò rỉ, kênh thơng tin khách hàng, chƣa cho phép tạo vẽ thiết kế đồ, đặc biệt hỗ trợ chức phân tích khơng gian đồ để phục vụ cho mục đích cấp nƣớc Hệ thống quản lý phân phối nƣớc WDMS VIDAGIS phát triển Mục tiêu hệ thống WDMS: Mục tiêu hệ thống WDMS quản lý việc phân phối nƣớc sạch, chủ yếu chống rò rỉ, sử dụng hạt nhân mơ hình liệu DAN-VAND Các chức hệ thống bao gồm module sau: - Pipe Registration - Đăng ký đƣờng ống - Leakage Auditing – Theo dõi kiểm soát thất thoát nƣớc - Pressure Management – Quản lý áp lực đƣờng ống - Meter and Billing management – Quản lý hóa đơn đồng hồ - Burst management – Quản lý điểm rò rỉ - Customer Service – Dịch vụ thông tin phản hồi khách hàng 15 - Rehabilitation Planning – Kế hoạch bảo trì, bảo dƣỡng, nâng cấp - Report management – Các báo cáo phục vụ cho việc quản lý theo dõi hệ thống - Administrator – Quản lý ngƣời sử dụng ngơn ngữ, an tồn CSDL - Calculation Service - Tính tốn số liệu tổng hợp cho tồn hệ thống Hệ thống WDMS VidaGIS phát triển dựa thành phần sau: - Mơ hình cấp nƣớc: Trong WDMS, mơ hình cấp nƣớc sử dụng hồn tồn mơ hình DAN-VAND, đƣợc mô tả chi tiết chƣơng luận văn - Cơ sở liệu WDMS CSDL GIS, sử dụng phần mềm ArcGIS hãng ESRI (www.esri.com), tích hợp vào hệ quản trị CSDL - Hệ quản trị Cơ sở liệu WDMS sử dụng HQTCSDL SQL Server hãng Microsoft - Nền tảng để phát triển: Trên ngôn ngữ C# DotNet FrameWork Microsoft Công nghệ tảng để phát triển phần mềm WDMS sử dụng công nghệ GIS hãng ESRI, có tên ArcGIS, sau số thông tin công nghệ GIS có thị trƣờng: Cơng nghệ MapInfo [24], [26] MapInfo: phần mềm đồ đƣợc sử dụng rộng rãi thị trƣờng Việt Nam Một điểm mạnh MapInfo khả hiển thị, giàn trang in tiện lợi ƣu MapInfo so với phần mềm GIS khác Giải pháp desktop (ứng dụng độc lập) MapInfo tƣơng đối nhỏ gọn nên MapInfo đƣợc chiếm ƣu lớn Việt Nam, nơi tiếp cận GIS sớm, quy mơ nhỏ Ngồi giải pháp Desktop , MapInfo có giải pháp mạng, Web Tuy nhiên nhƣ giải pháp mạng Web hãng khác đƣợc sử dụng thị trƣờng Việt Nam, thực tế thị trƣờng làm quen với chúng Những đặc điểm MapInfo gồm:  Chạy hệ điều hành: UNIX, Windows  Hỗ trợ thiết bị: Bàn số, máy quét ảnh, chuột, máy vẽ  Các chức chính: Tạo vùng đệm, phân tích đồ, phân tích mạng 16  Hệ quản trị sở liệu: dBase, sở liệu bên  Cấu trúc liệu: Non-topological Vector, liệu thuộc tính, liệu bảng biểu  Đơn giản, dễ sử dụng  Phù hợp với mô hình quy mơ nhỏ  Khả tạo lập đồ chuyên đề mạnh phong phú (hơn hẳn phần mềm GIS khác)  Khả giàn trang in in thuận lợi  Khả giao tiếp với phần mềm GIS khác tốt  Cấu trúc định dạng file mở hỗ trợ cho việc phát triển ứng dụng chuyên sâu  Khả xây dựng liệu đồ số (khía cạnh số hóa đồ) yếu Công nghệ ESRI [22] ESRI-Environmental Systems Research Institute (http://www.esri.com) Viện nghiên cứu môi trƣờng, đời năm 1969 Mỹ Sản phẩm tiếng hãng sản phẩm ArcGIS dần trở thành công cụ GIS đƣợc sử dụng nhiều giới tính mạnh việc xử lý liệu không gian Ra đời từ sớm nhƣng thực phải đến cuối năm 90, sản phẩm ArcGIS thực du nhập vào Việt Nam, mà sản phẩm ArcGIS 9x đời vào cuối năm 2004 Với mạnh nhƣ vậy, Việt Nam, việc sử dụng khai thác mạnh ArcGIS đƣợc bộ, ban, ngành, địa phƣơng sử dụng rộng rãi cho mục đích phát triển kinh tế xã hội nghiên cứu Và tƣơng lai khơng xa, dẫn thay sản phẩm GIS khác Đầu tiên, liệu đƣợc biên soạn thành đối tƣợng ứng dụng, nhiều thời gian cho công việc tạo sở liệu GIS tri thức địa lý Dần dần, chuyên gia GIS bắt đầu sử dụng khai thác tập hợp tri thức có đƣợc nhiều ứng dụng GIS Ngƣời sử dụng ứng dụng sáng kiến trạm làm việc GIS để tạo tập liệu địa lý (geographic dataset), xây dựng luồng công việc cho liệu, biên dịch, quản lý chất lƣợng, quyền đồ mô hình phân tích tài liệu liên quan Đó điều kiện để GIS sử dụng với trạm làm việc chuyên nghiệp để kết nối với dataset database Trạm làm việc bao gồm ứng dụng 17 GIS, cải tiến công cụ GIS đƣợc sử dụng để hoàn thành hầu hết thao tác GIS Khái niệm phần mềm GIS đƣợc chứng minh rộng rãi chuyên gia GIS gần 200 nghìn tổ chức khắp giới Ngoại trừ vài ý tƣởng GIS mơ hình máy tính đại clien/server thành cơng ngày tầm nhìn GIS đƣợc mở rộng Gần đây, phát triển máy tính, bùng nổ Internet, tiến kỹ thuật DBMS, ngôn ngữ lập trình hƣớng đối tƣợng, lan rộng GIS làm mở rộng thêm tầm nhìn cho GIS Trong điều kiện GIS desktops, GIS software tập trung Application servers Web servers để phân phát GIS tới số ngƣời sử dụng mạng Ngƣời sử dụng GIS kết nối tới trung tâm GIS chủ nhƣ Web browsers với thiết bị máy tính di động, thiết bị số Sơ đồ dƣới sản phẩm GIS dòng sản phẩm ArcGIS Hình 1.5:ArcGIS hệ thống phần mềm GIS đầy đủ ArcGIS cung cấp trạm làm việc mở rộng đƣợc cho việc thực thi GIS cho nhiều ngƣời sử dụng PC, server hay Web ArcGIS tập hợp đồng sản phẩm phần mềm GIS cho việc xây dựng GIS hồn chỉnh Nó bao gồm số frameworks cho việc triển khai GIS:  ArcGIS Desktop - phận chƣơng trình GIS chuyên nghiệp  ArcGIS Engine - Gắn thành phần cho việc xây dựng ứng dụng GIS cho khách hàng 18  Server GIS - ArcSDE®, ArcIMS®, ArcGIS Server  Mobile GIS - ArcPad® giống nhƣ ArcGIS Desktop and ArcGIS Engine cho máy PC ArcGIS sở cho ArcObjects™, thƣ viện modul chƣơng trình để chia sẻ với thành phần phần mềm GIS ArcObjects bao gồm thành phần chƣơng trình mở rộng, đối tƣợng nhỏ nhƣ đối tƣợng hình học tới đối tƣợng lớn nhƣ đối tƣợng đồ với tài liệu ArcMap Mỗi sản phẩm ArcGIS với ArcObject biểu diễn phát triển ứng dụng phân mềm GIS bao gồm: desktop GIS (ArcGIS Desktop), embedded GIS (ArcGIS Engine) server GIS (ArcGIS Server) Hình 1.6: Cấu trúc ArcObjects ArcGISEngine: GIS lựa chọn thành phần ứng dụng để phân phát hàm GIS tới vài nơi tổ chức Điều cho phép truy cập tới hàm GIS vài ngƣời, ngƣời cần tính ứng dụng GIS công việc thƣờng ngày họ ArcGIS Engine cung cấp dãy giao diện ngƣời sử dụng Ví dụ nhƣ: Map Control Globe Control, chúng đƣợc sử dụng để tƣơng tác với đồ Cùng với ArcGIS Engine, ngƣời phát triển xây dựng hàm GIS sử dụng C++, Component Object Model (COM), NET, or Java Ngƣời phát triển xây dựng ứng dụng với ArcGIS Engine gắn vào GIS ứng dụng tồn nhƣ Microsoft® Word Excel 19 Hình 1.7: Sử dụng ArcGIS Engine gắn vào GIS ứng dụng ArcGIS Engine ví dụ mơi trƣờng lập trình ứng dụng cho ArcObjects ArcGIS Engine Developer Kit sản phẩm riêng biệt cung cấp chuỗi biểu đồ thành phần ArcGIS sử dụng bên ngồi ArcGIS Desktop mơi trƣờng ứng dụng Framework Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng khung nhìn GIS với giao diện để truy nhập chức GIS gắn vào GIS ứng dụng có để triển khai GIS tới nhóm ngƣời sử dụng ArcGIS Engine có COM, NET, Java, C++ (API) ArcGIS Engine thƣ viện đầy đủ thành phần GIS cho việc xây dựng, phát triển ứng dụng Sử dụng ArcGIS Engine, bạn đƣa chức GIS vào ứng dụng gồm Microsoft® Office, Word, Excel Cùng với Windows, Solaris, Linux (Intel), ngƣời phát triển tạo ứng dụng truy cập chéo (cross-platform) cho ngƣời sử dụng phạm vi rộng ArcGIS Engine có năm thành phần chính: Base Services – GIS ArcObjects đòi hỏi hầu hết ứng dụng GIS đặc trƣng hình học cách hiển thị 20 Data Access-ArcGIS Engine cung cấp đa dạng định dạng vector raster Map Presentation-ArcObjects tạo hiển thị nhãn, biểu tƣợng Developer Components-High điều khiển giao diện ngƣời sử dụng cho phát triển ứng dụng trợ giúp hệ thống cho việc hoàn thiện ứng dụng Extensions-ArcGIS Engine Runtime triển khai với chức chuẩn với điều kiện mở rộng cho chức nâng cao Các công nghệ khác Ngồi cơng nghệ phổ biến đƣợc nêu trên, để phát triển ứng dụng công nghệ GIS lĩnh vực đời sống xã hội nhiều công nghệ ứng dụng khác nhƣ sau:  DolGIS.- Sản phẩm DolSoft đời năm 1991 http://www.dolsoftvn.com  GeoTools-Các công cụ phát triển mã nguồn mở GIS Java  MapWindow GIS: Miễn phí, Phát triển ứng dụng mã nguồn mở  Nhƣ vậy, sử dụng CSDL GIS để lƣu trữ đối tƣợng cần quản lý đƣợc lƣu trữ thống dạng hình học thuộc tính vào bên bảng liệu, thân CSDL GIS cung cấp chế quản lý để liên kết thơng tin thuộc tính với đối tƣợng hình học với Đây lợi lớn hệ thống CSDL GIS đại mà CSDL khác khơng có đƣợc Xuất phát từ xu hƣớng công nghệ, điểm mạnh dòng sản phầm, hệ thống WDMS đƣợc lựa chọn phát triển tảng ArcGIS Và xuất phát từ mạnh việc quản lý, xử lý, lƣu trữ liệu, đơn giản sử dụng, giao diện phần mềm thân thiện, phần mềm WDMS có đầy đủ chức mà phần mềm khác trƣớc phát triển, đồng thời có thêm nhiều tính khác mà khn khổ luận văn liệt kê đƣợc Do tác giả chọn mơ hình cấp nƣớc DAN-VAND phần mềm WDMS, có module “Đăng ký đƣờng ống” để trình bày luận văn 21 CHƢƠNG MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU DAN-VAND VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HƢỚNG ĐỐI TƢỢNG 2.1 Mơ hình sở liệu DAN-VAND Xuất phát từ kinh nghiệm làm việc từ dự án cấp thoát nƣớc quốc gia Đan Mạch, Thái Lan, Trung Quốc, Philipines Việt Nam, công ty WaterTech (nay đổi tên thành công ty Alectia Aqua) phát triển thành mơ hình Cơ sở liệu cho cấp nƣớc với tên gọi DAN-VAND, đƣợc hiệp hội cấp thoát nƣớc Đan Mạch (Danish Water & Sewerage association) công nhận năm 2004, lấy tên từ tiếng Đan Mạch Các quy tắc mơ hình sở liệu DAN-VAND sở cho thao tác quản lý hoạt động cấp nƣớc DAN-VAND đơn mơ hình liệu chuẩn hệ thống đăng ký đƣờng ống nƣớc đƣợc sử dụng Đan Mạch đƣợc ứng dụng vào quản lý cấp nƣớc Malaysia Một mục đích mơ hình DAN-VAND tạo chuẩn thống cho liên kết trao đổi liệu Việc trao đổi liệu phải phù hợp với hệ thống không hỗ trợ GIS Chính vậy, có trƣờng liệu tọa độ trƣờng để lƣu đối tƣợng hình học bảng liệu Dữ liệu hình học đƣợc mơ tả điểm nối (Nodes) đƣờng ống dẫn nƣớc (Pipes) Có thành phần mơ hình liệu DAN-VAND gồm có đối tƣợng sau:  Đƣờng ống dẫn nƣớc (Pipes)  Các điểm nối (Nodes) ống nƣớc  Các thiết bị (Components) đƣợc gắn điểm nối, nhƣ van khóa-mở nƣớc(valve), đồng hồ đo nƣớc (meter), mối nối, điểm lắp đặt, bơm tăng - giảm áp… Quan hệ hình học đối tƣợng: Điểm nối đơn 1-1 Điểm nối Đường ống Điểm nối kép 1-n Thiết bị Thiết bị Thiết bị • Thiết bị hình chữ T • Dữ liệu • Bể chứa • Dữ liệu bể chứa • Van • Dữ liệu Van 22 Hình 2.1: Mơ hình quan hệ đường ống(Pipe), điểm nối(Node )và thiết bị lắp đặt(Component) Các thiết bị (Components) gắn với điểm nối nằm đƣờng ống Các điểm nối cắt đƣờng ống chúng điểm nút đƣờng ống Một hay nhiều thiết bị (components) gắn với điểm nối Các thiết bị phức tạp (Complex components) đƣợc gắn vào nhƣ thiết bị thông thƣờng khác Cơ sở liệu chứa chứa bảng liệu, bảng đối tƣợng có tập giá trị đƣợc định nghĩa trƣớc (pre-defined) không đƣợc phép thay đổi ngƣời sử dụng hay ngƣời quản trị hệ thống Các bảng chứa trƣờng liệu (mandatory fields), phải trƣờng bắt buộc số trƣờng khác (voluntary fields) Trong tài liệu đặc tả mơ hình DAN-VAND mơ tả bảng liệu đối tƣợng đƣợc dùng hệ thống, quy định cách thức đặt tên trƣờng liệu, kiểu liệu, độ rộng mối liên hệ đối tƣợng Mỗi bảng liệu thành phần quy tắc để kiểm tra mặt hình học (topology check) danh sách đối tƣợng mà liên kết [16] Chi tiết đối tƣợng mô tả đƣợc làm rõ mục 1.13.4.3.1 chƣơng 3: Mô tả chi tiết thiết kế lớp liệu CSDL nghiệp vụ Một số thành phần mở rộng mơ hình DAN-VAND đƣợc sử dụng hệ thống đăng ký quản lý hệ thống cấp nƣớc: - Các điểm rò rỉ (Bursts), điểm khách hàng phàn nàn (complaints), liệu phục hồi - để bảo dƣỡng hệ thống (rehabilitation data) khơng nằm mơ hình DAN-VAND Nhƣng đƣợc xây dựng hệ thống đăng ký quản lý hệ thống cấp nƣớc - Ngoài ra, hệ thống đăng ký quản lý hệ thống cấp nƣớc cho phép ngƣời đăng ký quan sát đối tƣợng điểm, đối tƣợng đƣờng thẳng nằm đƣờng ống đối tƣợng vùng - Trong mơ hình DAN-VAND, tất thay đổi CSDL phải đƣợc lƣu lại Điều có nghĩa có trƣờng “physical status” để lƣu lại trạng thái đối tƣợng 23 - Nếu đƣờng ống đƣợc chia cắt thành hai lý đó, đối tƣợng ban đầu phải đƣợc lƣu giữ CSDL với trƣờng thuộc tính 'Historic' = True Sau đối tƣợng ban đầu bị giấu Ngồi có thành phần khác hỗ trợ cho việc quản lý, vùng (Zones) cấp nƣớc Mơ hình liệu DAN-VAND quy định liên hệ ràng buộc thành phần mơ hình, cụ thể thành phần đƣợc gắn điểm nối ống nƣớc quy định cụ thể số lƣợng đầu ống đƣợc phép nối với thành phần này, hệ thống tự kiểm tra phát đƣợc sai sót hệ thống Trong phân hệ Đăng ký đƣờng ống, làm việc với đối tƣợng: Điểm nối, Đƣờng ống, thiết bị, vùng cấp nƣớc, phần phân tích CSDL hệ thống mô tả lớp đối tƣợng phục vụ cho phân hệ Đăng ký đƣờng ống 2.2 Mơ hình hướng đối tượng sở liệu GIS 2.2.1 Giới thiệu Các hệ thống quản lý sở liệu (DBMS) đóng vai trò trọng tâm Hệ thống thơng tin địa lý Chúng giải phóng nhà thiết kế GIS khỏi việc xây dựng trì phận trọng yếu phức tạp hệ thống phần mềm rộng lớn (Frank 1988a) DBMS trở thành công cụ đƣợc chấp nhận rộng rãi việc lƣu trữ liệu theo định dạng cho phép nhiều ngƣời truy cập đồng thời, ngăn chặn mát liệu, nhƣ cung cấp chức bảo mật truy cập (Codd 1982) Với việc sử dụng hệ thống quản lý sở liệu, lập trình viên ngƣời sử dụng cuối không cần tiến hành tất thao tác quản lý liệu thứ cấp Theo quan điểm lập trình viên, liệu đƣợc miêu tả đặc tính riêng mang tính logic chúng cấu trúc tự nhiên nơi chúng đƣợc lƣu trữ Chẳng hạn, ngƣời sử dụng sở liệu truy vấn đối tƣợng “thành phố Orono” cách cung cấp tên “Orono” nhƣ đặc tính đối tƣợng thuộc lớp “thành phố” mà chẳng cần có kiến thức địa điểm cất trữ file chứa ghi cụ thể hay chi tiết phƣơng thức truy cập DBMS nhƣ hệ thống GIS đƣợc thay sản phẩm khác có mơ hình, miễn giao diện tƣơng thích với [12] Từ nhiều năm qua, nhà khoa học máy vi tính nghiên cứu thiết kế việc ứng dụng DBMS vài hệ thống thƣơng mại trở nên sẵn có 24 Chúng thƣờng dựa mẫu liệu cổ điển – có thứ bậc (Tsichritzis Lochovsky 1977), mạng (CODASYL 1971), quan hệ (Codd 1982) – mẫu phái sinh chúng Trong vài năm trở lại đây, hệ thống quản lý sở liệu quan hệ thƣơng mại trở nên phổ biến, sản phẩm nhƣ Oracle hay Ingres đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều nơi Chúng đƣợc xây dựng dựa mơ hình quan hệ, mơ hình tổ chức liệu thành bảng mối quan hệ (Codd 1970) Các cột bảng đƣợc gọi thuộc tính tất giá trị thuộc tính nhân tố miền chung miêu tả tập hợp tất giá trị Còn hàng đƣợc tham chiếu đến nhƣ ghi, cặp liệu (tuples) phân tử quan hệ (Ullman 1982) Trong hệ thống quản lý sở liệu quan hệ phù hợp thành công ứng dụng cho liệu có cấu trúc yếu nhƣ tài khoản ngân hàng hồ sơ cá nhân tình hình lại hồn tồn đảo ngƣợc liệu có cấu trúc phức tạp Các hệ thống thông tin địa lý làm nhiệm vụ tích hợp liệu từ nhiều nguồn khác vào hệ thống đồng cần phải có mơ hình liệu mạnh mẽ linh hoạt nhằm phục vụ đƣợc nhiều nhiệm vụ Chúng bao gồm:  Cách giải phức tạp giới hình học thực (Frank and Kuhn 1986; Greene and Yao1986; Herring 1987; Egenhofer et al 1989; Milenkovic 1989;)  Trình bày loại liệu từ nhiều cung bậc khái niệm khác độ phân giải chi tiết (Bruegger 1989; van Oosterom 1990; Buttenfield and McMaster 1991);  Quản trị nguồn gốc phiên đối tƣợng (Sernadas 1980; Snodgrass 1987; Langran 1989; Al-Taha and Barrera 1990);  Sự kết hợp hệ thống đo lƣờng nhiều độ phân giải độ xác khác (Davis 1986; Buyong et al 1991) Các văn GIS (Morehouse 1990; Frank and Mark 1991) thƣờng khác biệt hệ thống coi đối tƣợng nhƣ thực thể riêng biệt với hệ thống raster Các hệ thống raster lại lƣu trữ việc phân phối đặc tính khơng gian (Tomlin 1990) Do mơ hình liệu quan hệ tỏ không phù hợp với khái niệm tự nhiên từ trƣớc tới ngƣời liệu không gian, ngƣời sử dụng phải tự chuyển đổi mơ hình mental sang tập hợp giới hạn khái niệm mang tính chất phi khơng gian Ví dụ, tập hợp áp đặt nhiều giới hạn nhƣ quy tắc tiêu 25 chuẩn hóa hóa (Codd 1972) nên đối tƣợng khơng gian buộc phải chia nhỏ thành phận nhỏ (Nyerges 1980; Frank 1988a) Gần vài nhánh số đề tài nghiên cứu khoa học máy tính (nhƣ trí thơng minh nhân tạo, kỹ sƣ phần mềm, hệ thống quản lý sở liệu, tƣơng tác ngƣời - máy) xúc tiến phƣơng thức tiếp cận hƣớng đối tƣợng:  Các mơ hình hƣớng đối tƣợng đƣợc phát triển để thu đƣợc nhiều ngữ nghĩa mẫu quan hệ (Brodie et al 1984; Peckham and Maryanski 1988)  Giao diện với ngƣời sử dụng hƣớng đối tƣợng giúp hệ thống trở nên thân thiên dễ sử dụng (Schmucker 1986)  Các hệ thống quản lý sở liệu hƣớng đối tƣợng đƣợc nghiên cứu cách tỉ mỉ để cung cấp tính tƣơng ứng cho việc lƣu trữ phục hồi đối tƣợng phức tạp (Zdonik and Maier 1990)  Các kỹ thuật phần mềm hƣớng đối tƣợng ngôn ngữ lập trình đƣợc phát triển để hỗ trợ cho việc ứng dụng hệ thống phần mềm chúng ta thiết kế theo cách tiếp cận hƣớng đối tƣợng Chúng cho phép ứng dụng khái niệm đối tƣợng việc tái tạo chúng ngơn ngữ lập trình truyền thống (Stroustrup 1986; Meyer 1988) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] [2] [3] [4] GS.TS Nguyễn Thế Ba, Quy Hoạch Xây dựng phát triển đô thị, NXB Xây Dựng Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Ths Nguyễn Bá Quảng, TSKTS Phạm Khánh Toàn (2006) “Những kiến thức GIS ứng dụng quy hoạch quản lý đô thị”, NXB Xây dựng Nguyễn Thế Thận (1999) Cơ sở hệ thống thông tin địa lý GIS Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội Tài liệu Tiếng Anh [5] [6] Cartell,Red (1997) The Object Database Standard: ODMG, Release 2.0, Morgan Kaufmann David ArcTur, Michael Zeiler Designing GeoDatabases 26 [7] David W.Embley (1998), Object Database Development Addison- Wesley [8] Dylan Prentiss (2002), Portraying the features of a spherical surface on a flat plane Department of Geography, University of California, Santa Barbara Philippe Rigaux, Michel Scholl Spatial Databases with Application to GIS [9] Jan-Erik Gustafsson, Working Paper, EPSU Public Service Conference [10] Kang-tsung Change (2003), Introduction to Geographic Information Systems (2nd Edition), McGraw-Hill Higher Education press [11] Paul A Longley et al (2001), Geographic Information Systems and Science, John Wiley & Sons press [12] Max J Egenhofer and Andrew U Frank, Object-Oriented Modeling for GIS [13] Keith C Clarke (2003), Getting Started with Geographic Information System (4th Edition), Prentice Hall press [14] D.R Green, D Rix, and J Cadoux Hudson (eds) (1994) Geographic Information The source book for GIS Association for geographic information AGI Taylor & Francis 539 pp [15] USGS (2005) Geographic Information System U S Geological Survey 509 National Center, Reston, VA 20192, USA Tài liệu từ Trang Web [16] [17] [18] http://www.alectia.com [19] http://danwater.net [20] http://earth.rice.edu/mtpe/geo/geosphere/topics/mapprojections.html [21] http://erg.usgs.gov/isb/pubs/gis_poster/ [22] http://www.esri.com [23] http://gisworld.com [24] http://www.intergraph.com/gis/default.asp [25] http://www.lib.berkeley.edu/EART/abbrev.html http://www.basao.com.vn http://www.civilsystems.com/watsys.html#Hmodel 27 [26] http://www.mapinfo.com/ [27] http://www.vidagis.com ... tƣợng ứng dụng, nhiều thời gian cho công việc tạo sở liệu GIS tri thức địa lý Dần dần, chuyên gia GIS bắt đầu sử dụng khai thác tập hợp tri thức có đƣợc nhiều ứng dụng GIS Ngƣời sử dụng ứng dụng. .. ArcGIS sử dụng bên ngồi ArcGIS Desktop mơi trƣờng ứng dụng Framework Sử dụng ArcGIS Engine Developer Kit phát triển xây dựng khung nhìn GIS với giao diện để truy nhập chức GIS gắn vào GIS ứng dụng. .. với dataset database Trạm làm việc bao gồm ứng dụng 17 GIS, cải tiến công cụ GIS đƣợc sử dụng để hoàn thành hầu hết thao tác GIS Khái niệm phần mềm GIS đƣợc chứng minh rộng rãi chuyên gia GIS