Công cụ chuyển đổi dữ liệu địa lý và tích hợp vào GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ THỊNH CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ VÀ TÍCH HỢP VÀO GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN PHẠM THỊ THỊNH CÔNG CỤ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ VÀ TÍCH HỢP VÀO GIS Ngành: Cơng nghệ thơng tin Chuyên ngành: Quản Lý Hệ thống Thông tin Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Hóa Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu không chép Những kiến thức trình bày luận văn tơi tìm hiểu, nghiên cứu trình bày lại theo cách hiểu Trong trình làm luận văn, tơi có tham khảo tài liệu có liên quan ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Phạm Thị Thịnh LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đình Hóa – Viện CNTT – Trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội anh Phan Thế Hùng– Viện quy hoạch xây dựng Hà Nội trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Thứ hai, em xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới tồn thể thầy cô giáo Viện CNTT –Đại học Quốc gia Hà Nội dạy bảo tận tình em suốt trình em học tập khoa Trong trình thực luận văn, em nhận đƣợc giúp đỡ nhiều từ anh chị bạn Viện Quy hoạch Xây dựng Hà Nội Cảm ơn anh chị giúp đỡ, tạo điều kiện để em hồn thành luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, ngƣời bên cạnh em để động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Phạm Thị Thịnh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TRONG GIS VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 1.1 Khái quát hệ thống thông tin địa lý ứng dụng 1.1.1 GIS 1.1.2 Các thành phần GIS 10 1.1.3 Chức GIS 11 1.1.4 Ứng dụng GIS 11 1.2 Một số hệ GIS thông dụng 12 1.2.1 MapInfo 13 1.2.2 ArcGIS 15 1.2.3 QGIS 17 1.3 Các chuẩn định dạng liệu CAD, GIS liên quan 20 1.3.1 CAD 20 1.3.2 Một số định dạng CAD 20 1.3.3 Dữ liệu địa lý GIS 22 1.3.4 CAD GIS 27 1.4 Xây dựng CSDL địa lý phục vụ quy hoạch hạ tầng toán chuyển đổi liệu địa lý Việt Nam 29 1.4.1 Nhu cầu xây dựng CSDL địa lý 29 1.4.2 Các phƣơng pháp chuyển đổi 30 1.4.3 Các GIS xử lý liệu CAD nhƣ 32 CHƢƠNG 2: PHÁT TRIỂN CÔNG CỤ HỖ TRỢ CHUYỂN ĐỔI DỮ LIỆU ĐỊA LÝ 35 2.1 Phân tích trạng liệu đề xuất cách giải 35 2.1.1 Kết khảo sát vẽ 35 2.1.2 Phƣơng hƣớng giải 38 2.2 Đề xuất tiêu chuẩn cho vẽ CAD để chuyển đổi tự động vào CSDL địa lý 39 2.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật 39 2.2.2 Các khuyến cáo tổ chức liệu 39 2.3 Phát triển công cụ chuyển đổi liệu địa lý 40 2.3.1 Cách tiếp cận, lựa chọn công nghệ môi trƣờng phát triển 40 2.3.2 Khung phát triển plug-in cho hệ thống GIS 42 2.4 Phân tích thiết kế cơng cụ hỗ trợ chuyển đổi liệu địa lý 44 2.4.1 Mơ hình ca sử dụng 44 2.4.2 Mô tả ca sử dụng 44 2.4.3 Biểu đồ lớp 45 2.4.4 Thiết kế lớp 45 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 48 3.1 Tổ chức thực nghiệm 48 3.1.1 Môi trƣờng thực nghiệm 48 3.1.2 Dữ liệu thực nghiệm 48 3.2 Kết thử nghiệm chƣơng trình 49 3.2.1 Một số giao diện chƣơng trình hƣớng dẫn thao tác 49 3.2.2 Hiển thị kết 52 3.3 Nhận xét đánh giá 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết Ý nghĩa Từ tiếng Anh tắt/thuật ngữ GIS Hệ thống thông tin địa lý Geographical Information System CSDL CAD Cơ sở liệu Computer Aided Design Thiết kế hay vẽ có trợ giúp or Drafting máy tính Viện nghiên cứu hệ thống môi trƣờng ESRI Environmental System Research Institute NCGIA National Center for Trung tâm quốc gia Geography Information Thơng tin Phân tích địa and Analysis lý FIG Federation International Liên đoàn quốc tế nhà CAE of Surveyors giám sát Computer-aided Kỹ nghệ có máy tính trợ engineering giúp Cơng nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đối tƣợng hình học CAD FEA Finite element analysis Giải tích phần tử hữu hạn Ngành học thuật nghiên cứu cung cấp giải pháp số cho phƣơng trình vật lý mơ hình từ lĩnh vực khác CAM Computer-aided manufacturing Sản xuất chế tạo có máy tính trợ giúp Những phần mềm dùng để sinh đoạn mã (code) hợp lệ cho máy CNC numerical Điều khiển máy tính 10 CNC Computer control 11 PDM Product Data Management Một dạng phần mềm chuyên dùng để quản lí liệu 12 DBMS Database Management Hệ quản trị sở liệu System 13 UT Universal translator Một công cụ chuyển đổi liệu địa lý 14 QH Quy hoạch 15 CGDD Chỉ giới đƣờng đỏ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thành phần GIS 10 Hình 1.2 Bản đồ trạng sử dụng đất thị trấn Yên Thanh, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An 14 Hình 1.3 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS (Nguồn: ESRI) .15 Hình 1.4 Tổ chức sở liệu – Geodatabase .25 Hình 2.1 Bản đồ quy hoạch giao thơng-QHPK N2 36 Hình 2.2 SDD Phân Khu N8 SDD Phân Khu N1 36 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình chuyển đổi liệu CAD sang GIS 43 Hình 2.4 Mơ hình ca sử dụng phần mềm 44 Hình 2.5 Biểu đồ lớp phần mềm 45 Hình 2.6 Lớp giao diện phần mềm 45 Hình 2.7 Lớp giao diện tải liệu CAD 46 Hình 2.8 Lớp giao diện nhập địa lƣu trữ 46 Hình 2.9 Lớp điều khiển 47 Hình 3.1 Giao diện phần mềm chuyển đổi liệu CAD sang GIS 50 Hình 3.2 Giao diện chọn liệu CAD .50 Hình 3.3 Giao diện chọn lƣới chiếu 51 Hình 3.4 Giao diện chọn vùng lƣu trữ cho liệu sau chuyển đổi 52 Hình 3.5 Bản vẽ quy hoạch dạng GIS sau đƣợc chuyển đổi .53 Hình 3.6 Dữ liệu thuộc tính CSDL Quy hoạch 53 Hình 3.7 Bản vẽ giới đƣờng đỏ dạng GIS sau chuyển đổi 54 Hình 3.8 Dữ liệu thuộc tính CSDL Chỉ giới đƣờng đỏ .54 MỞ ĐẦU Dữ liệu địa lý tài nguyên quan trọng GIS Việc xây dựng CSDL GIS cập nhật, bổ sung liệu đòi hỏi sử dụng nhiều công nghệ thu thập liệu khác Chuyển đổi liệu từ nguồn có sẵn khác biện pháp thƣờng sử dụng, cho phép tận dụng nguồn liệu số có sẵn nhƣ vẽ quy hoạch, thiết kế CAD Hỗ trợ ngƣời sử dụng chuyển đổi liệu cho hiệu (nhanh chóng, đảm bảo độ xác, tn thủ chuẩn …) vấn đề cần đƣợc nghiên cứu hoàn thiện Hiện chủ yếu ngƣời sử dụng dùng công cụ xử lý file liệu thiết lập tham số cho trình chuyển đổi cách thủ cơng Trong phần mềm hệ thống thông tin địa lý cho phép mở rộng thêm chức plug-in tự xây dựng Đề tài “Công cụ chuyển đổi liệu địa lý tích hợp vào GIS” đặt mục tiêu nghiên cứu hỗ trợ tốt cho ngƣời sử dụng GIS việc chuyển đổi liệu cách hiệu Bố cục luận văn gồm chƣơng: Chƣơng 1: Trình bày khái niệm chung GIS liệu địa lý, vấn đề chuyển đổi liệu địa lý Chƣơng 2: Tìm hiểu trạng thực tế liệu CAD, vấn đề cần giải chuyển đổi liệu CAD sang GIS Từ đó, phân tích thiết kế cách thức xây dựng công cụ hỗ trợ chuyển đổi liệu địa lý Chƣơng Thử nghiệm chạy chƣơng trình, đánh giá, phân tích kết 2.4 Phân tích thiết kế cơng cụ hỗ trợ chuyển đổi liệu địa lý 2.4.1 Mơ hình ca sử dụng Hình 2.4 Mơ hình ca sử dụng phần mềm 2.4.2 Mô tả ca sử dụng Tải liệu CAD Use case cho phép ngƣời dùng chọn liệu CAD cần chuyển đổi để đƣa vào phần mềm Ngƣời dùng lựa chọn file dạng *.dwg Chọn lƣới chiếu Cho phép ngƣời sử dụng chọn lƣới chiếu Nhập địa lƣu trữ Ngƣời sử dụng chọn địa lƣu trữ, liệu sau chuyển đổi đƣợc lƣu trữ địa chọn 44 2.4.3 Biểu đồ lớp Hình 2.5 Bi u đồ lớp phần mềm 2.4.4 Thiết kế lớp Dựa vào biểu đồ phân tích trên, phần mềm đƣợc thiết kế gồm lớp giao diện lớp điều khiển sau: 2.4.4.1 Lớp giao diện Lớp giao diện phần mềm Hình 2.6 Lớp giao diện phần mềm 45 Lớp thiết kế giao diện phần mềm Tại form ngƣời sử dụng thực việc tải tệp liệu CAD, lựa chọn phép chiếu, nhập địa lƣu trữ cho tệp tin sau chuyển đổi chạy phần mềm Lớp giao diện tải liệu CAD Hình 2.7 Lớp giao diện tải liệu CAD Lớp thiết kế giao diện cho phép ngƣời dùng tìm lựa chọn tệp liệu CAD đƣợc lƣu trữ nhớ đọc nội dung tệp CAD Lớp giao diện nhập địa lƣu trữ Hình 2.8 Lớp giao diện nhập địa ưu trữ Lớp thiết kế giao diện cho phép ngƣời dùng nhập địa lƣu trữ cho liệu sau chuyển đổi thành cơng 46 2.4.4.2 Lớp điều khiển Hình 2.9 Lớp điều n Lớp làm nhiệm vụ lấy thông tin tệp CAD, lƣới chiếu, địa lƣu trữ tiến hành bƣớc chuyển đổi liệu, sau chuyển đổi thành cơng tiến hành lƣu trữ liệu 47 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM Trong chƣơng tác giả trình bày chi tiết việc xây dựng plug-in chuyển đổi liệu địa lý vào phần mềm ArcGIS Chƣơng này, tác giả trình bày kết thực nghiệm chuyển đổi liệu thuộc nhóm nội dung khác Viện Quy Hoạch xây dựng Hà Nội 3.1 Tổ chức thực nghiệm 3.1.1 Môi trƣờng thực nghiệm Sử dụng máy tính hệ điều hành Window 8, Ram 4GB Phần mềm ArcGIS phiên 10.4.1 3.1.2 Dữ liệu thực nghiệm Dữ liệu sử dụng chạy thử liệu CAD Viện Quy hoạch xây dựng Hà Nội nhóm nội dung Hồ sơ quy hoạch: 
- Hiẹn Trạng (05 nhóm thơng tin) − Sơ đồ vị trí giới hạn khu đất 
 − Hiẹn trạng sử ụng đất 
 − Hiẹn trạng i n tr ảnh qu n đánh giá đất − Hiẹn trạng hạ tầng ỹ thuạt 
 – Hiẹn trạng môi trư ng - Quy hoạch (13 nhóm thơng tin ) 
 − Cơ ấu quy hoạ h 
 − uy hoạ h sử ụng đất, 
 − uy hoạ h h ng gi n i n tr − uy hoạ h gi o th ng 
 48 ảnh qu n 
 y ng 
 − uy hoạ h hu n ị ỹ thuạt; 
 − uy hoạ h thoát nước mưa; 
 − uy hoạ h ấp nướ − uy hoạ h nướ thải vẹ sinh mơi trư ng 
 − uy hoạ h ấp điẹn; 
 − uy hoạ h th ng tin i n 
 − uy hoạ h − 
 ng tr nh ngầm 
 y đư ng ng ỹ thuạt 
 ng h p đư ng − Đánh giá m i trư ng hi n c 
 Hồ sơ Chỉ giới đƣờng đỏ hạ tầng ỹ thuạt 
 − định hỉ giới đư ng đ 
 − iới thiẹu hướng n hạ tầng ỹ thuạt 
 − Sơ đồ vị trí 
 − mm n đư ng 
 − hạm vi n ng ấp ải tạo đư ng 
 − iới hạn hành ng ảo vẹ n hạ tầng ỹ thuạt 
 Tổng số liệu chạy thử 70Mb 3.2 Kết thử nghiệm chƣơng trình 3.2.1 Một số giao diện chƣơng trình hƣớng dẫn thao tác Giao diện chƣơng trình bật Toolbox: 49 Hình 3.1 Giao diẹn phần mềm huy n đ i ữ iẹu CAD sang GIS Đây giao diện phần mềm, chức button nhƣ sau: Button CAD Dataset: Mở giao diện chọn tệp giữ liệu CAD Hình 3.2 Giao diện chọn liệu CAD Button Projection: Mở giao diện chọn lƣới chiếu 50 Hình 3.3 Giao diện chọn ưới chi u Button Output Fordel: Mở giao diện chọn vùng lƣu trữ cho liệu sau chuyển đổi thành cơng 51 Hình 3.4 Giao diện chọn vùng ưu trữ cho liệu sau chuy n đ i Khi chọn đầy đủ thông tin cho mục, ấn button OK để bắt đầu chuyển đổi, ấn button Cancel để chƣơng trình 3.2.2 Hiển thị kết Một số kết chuyển đổi liệu CAD sang GIS Kết chuyển đổi vẽ quy hoạch 52 Hình 3.5 Bản vẽ quy hoạ h ạng s u hi đư Hình 3.6 Dữ liệu thuộc tính CSDL Quy hoạch Kết chuyển đổi vẽ Chỉ giới đƣờng đỏ 53 huy n đ i Hình 3.7 Bản vẽ giới đư ng đ dạng GIS sau chuy n đ i Hình 3.8 Dữ liệu thuộc tính CSDL Chỉ giới đư ng đ 3.3 Nhận xét đánh giá Luận văn tiến hành chạy phần mềm chuyển đổi với liệu CAD thuộc nhóm khác nhận thấy để chuyển đổi nhanh chóng xác vẽ AutoCAD viẹc tuân thủ quy định thể hiẹn cần phải đáp ứng yêu cầu sau: 54 – Bản vẽ đƣợc vẽ Hệ toạ độ VN2000, kinh tuyến trục 105, múi o chiếu , đơn vị mét; 
 – Vẽ tọa độ (không đƣợc “move” tới vị trí khác); 
 – Vẽ layer (không đƣợc vẽ đối tƣợng layer sang layer khác, lớp đối tƣợng vẽ nhiều layer vv ); 
 – Đạt tên cho layer cần thống theo quy định chung; 
 – Quan hẹ không gian đối tƣợng phải đảm bảo: không bị hở, đứt đoạn ; 
 – Tất đối tƣợng phải đạt tham số elevation (trừ đối tƣợng đƣờng đồng mức hoạc đối tƣợng khác có cao đọ thực tế); 
 – Các vùng hatch phải có đƣờng bao kín (boundary); 
 55 ẾT LUẬN Nội dung luận văn trình bày số kết nghiên cứu đạt đƣợc sau đây:  Các kiến thức GIS liệu địa lý, bao gồm định nghĩa GIS, thành phần, ứng dụng, số hệ GIS thông dụng, chuẩn định dạng liệu CAD, GIS liên quan, nhu cầu chuyển đổi liệu địa lý Việt Nam phƣơng pháp  Khảo sát vẽ CAD tìm lỗi tồn vẽ, đƣa cách khắc phục để thuận lợi cho công tác chuyển đổi, sử dụng lại liệu  Xây dựng công cụ chuyển đổi tự động liệu địa lý từ vẽ CAD tích hợp vào ArcGIS Nội dung luận văn phần thuộc đề tài “Nghiên cứu, xây dựng quy trình chuyển đổi liệu từ vẽ AutoCAD vào GIS; Xây dựng ứng dụng hỗ trợ công tác lập quy hoạch AutoCAD” Viện Quy Hoạch Xây dựng Hà Nội mà tác giả tham gia nghiên cứu 56 TÀI LIỆU THAM HẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hồng Phƣơng, Đinh Văn Ƣu (2006), Hệ th ng th ng tin địa lý s ứng dụng hải ương học NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [2] Phạm Văn Cự, Lƣơng Anh Tuấn, Hoàng Kim Hƣơng (2005), Giáo trình hệ th ng th ng tin địa lý GIS đồ NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] Trần Hùng (2011), Ứng dụng GIS quản lý hạ tầng kỹ thuật đ thị Việt Nam Công ty tƣ vấn GeoViet Hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc [4] Nguyễn Khắc Thời, Phạm Vọng Thành, Trần Quốc Vinh, Nguyễn Thị Thu Hiền (2011), Giáo trình viễn thám NXB Đại Học Nơng Nghiệp [5] Phạm Hữu Đức (2011), s liệu hệ th ng th ng tin địa lý GIS, NXB Xây Dựng [6] Trần Thị Băng Tâm (2006), Giáo trình hệ th ng th ng tin địa lý, NXB Đại Học Nông Nghiệp Tiếng Anh [7] Autodesk, Inc (2011), DXF Reference [8] ESRI Technical paper (2008), Mapping Specification for DWG/DXF (MSD) [9] Environmental Systems Research Institute, Inc (1998), ESRI Shapefile Technical Description [10] R.Zaiane, Dr.Osmar (2001), Principles of knowledge discovery in databases University of Alberta [11] Silas Toms (2015), “ArcPy and ArcGIS Geospatial Analysis with Python” Packt Publishing [12] Husheng-hua, He Zong-yi, Tao Li-jia (2007), “Research on Data Conversion between AutoCAD and GIS” Bulletin of Surveying and Mapping [13] Paul A Zandbergen (2013), “Python Scripting for ArcGIS” ESRI Press Internet [14] https://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_design [15] https://en.wikipedia.org/wiki/Geographic_information_system 57 [16] http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html /Shapefile_file_extensions/005600000003000000/ [17] [18] http://www.esri.com/news/arcuser/0401/topo.html https://www.gisconvert.com/ [19] https://www.safe.com/convert/dwg-to-shp/ 58