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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Hữu Bắc CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN THỦY LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Hữu Bắc CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN THỦY LỢI Chuyên ngành: Bảo đảm toán học cho máy tính hệ thống tính tốn Mã số: 60.46.35 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỮU ĐIỂN Hà Nội - 2012 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Tổng quan hệ thông tin địa lý 1.1.1 Khái niệm chung HTTĐL 1.1.2 Các thành phần hệ thông tin địa lý a Hệ thống thiết bị phần cứng b Hệ thống phần mềm c Hệ thống sở liệu d Đội ngũ chuyên gia cán ộb kỹ thuật e Các quy trình 1.1.3 Chức GIS a Nhập liệu b Lưu trữ qu ản lý d ữ liệu c Xử lý d ữ liệu đơn giản d Xuất liệu trình bày e Tương tác với người sử dụng 1.1.4 Các loại thông tin h ệ thông tin địa lý 1.1.5 Tổ chức hệ thông tin địa lý 10 1.2 Khái niệm sở liệu hệ thông tin địa lý 11 1.2.1 Khái niệm chung sở liệu 11 a Khái niệm hệ sở liệu 11 b Kiến trúc hệ sở liệu tính độc lập liệu 11 1.2.2 Cấu trúc CSDL hệ thông tin địa lý 13 a Cơ sở liệu không gian 13 b Cơ sở liệu thuộc tính 16 c Mối liên ếkt liệu 16 1.3 Một số ứng dụng hệ thông tin địa lý 17 CHƯƠNG 2: XÂY D ỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PH ỤC VỤ CHO THỦY LỢI 19 2.1 Thiết kế sở liệu thủy lợi 19 2.1.1 Nội dung sở liệu 19 a Các ớlp thông tin địa lý n ền 19 Bảng Nội dung ớlp thông tin địa lý n ền 21 b Các ớlp thông tin b ản đồ chuyênđề thủy lợi 21 c Các bảng thông tin thu ộc tính chuyênđề thủy lợi 21 2.1.2 Quy trình xây d ựng sở liệu thủy lợi 22 a Cơ sở liệu địa lý n ền 22 b Cơ sở liệu chuyênđề thủy lợi 22 2.2 Thiết kế hệ thống thông tin th ủy lợi 23 2.2.1 Sơ đồ liên ếkt thực thể 23 a Quản lý bảng không gian máy khách 23 b Quản lý l ịch vận hành 24 c Quản lý l ịch sử tu, sửa chữa cơng trình th ủy lợi 25 2.2.2 Cácđặc tả hệ thống thông tin th ủy lợi 26 a Biểu đồ khung cảnh: 26 b Biểu đồ chức 28 2.3 Tổng quan ArcGIS 31 2.3.1 Tổng quan ArcGIS 31 2.3.2 Tổng quan cácứng 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 hệ điều hành 35 a Hệ điều hành máy chủ 35 b Công ngh ệ sở liệu 37 c Giải pháp kỹ thuật công ngh ệ 37 2.4.2 Lựa chọn mơ hình ứng dụng 38 2.4.3 Môi tr ường phát triển ứng dụng 39 2.4.4 Công ngh ệ hệ thống thông tin địa lý 39 a Bộ thư viện phát triển ArcGIS Engine - ESRI 39 b Cổng kết nối sở liệu không gian ArcSDE – ESRI 40 c Kết hợp ArcGIS Engine ArcSDE 40 d ArcGIS Engine ArcSDE Enterprise 41 e ArcGIS Server 41 CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH TH ỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ K ẾT QUẢ 43 3.1 Đặc điểm khu vực nghiên ứcu 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 sơng su ối 44 3.2 Khái quátề vhệ thống Thủy lợi khu vực thi công 46 3.3 Tiến hành th ực nghiệm hệ thống cho huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc 48 3.3.1 Xây d ựng sở liệu địa lý 48 3.3.2 Cơ sở liệu chuyênđề thủy lợi 52 3.3.3 Sơ đồ phân c ấp chức hệ thống webGIS thông tin th ủy lợi 52 3.4 Thực nghiệm hệ thống 52 3.4.1 Nguyên lý hoạt động WebGIS 53 3.4.2 Giao diện trang web 55 KẾT LUẬN VÀ H ƯỚNG PHÁT TRI ỂN 65 TÀI LI ỆU THAM KHẢO 67 STT Viết tắt HTTĐL GIS CSDL HQTCSDL DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các thành phần GIS Hình 1.2 Cơ sở liệu HTTĐL 17 Hình 2.1 Các bảng khơng gian máy khách 23 Hình 2.2 Các bảng quản lý l ịch vận hành 24 Hình 2.3 Quản lý l ịch sử tu sửa chữa 25 Hình 2.4 Biểu đồ khung cảnh 26 Hình 2.5 Liên quan khái quát hóaữgia tác nhân 27 Hình 2.6 Biểu đồ chức mức 29 Hình 2.7 Một phần biểu đồ chức (mức 2) 29 Hình 2.8 Một phần biểu đồ chức (mức 2) 30 Hình 2.9 Một phần biểu đồ chức (mức 2) 30 Hình 2.10 Một phần biểu đồ chức (mức 2) 31 Hình 2.11 Tổng quan ArcGIS 31 Hình 2.12 Cácứng dụng ArcGIS 32 Hình 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 Nguyên lý hoạt động WebGIS 53 Hình 3.8 Web đồ Visual Studio 54 Hình 3.9 Lựa chọn dịch vụ 54 Hình 3.10 Hệ thống thơng tin th ủy lợi 55 Hình 3.11 Hệ thống đêđiều 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 ướti 60 Hình 3.21 Danh mục hệ thống kênh ướti nhánh 60 Hình 3.22 Danh mục hệ thống kênh tiêu 61 Hình 3.23 Danh mục hệ thống kênh tiêu nhánh 61 Hình 3.24 Cập nhật thơng tin h ệ thống đê 62 Hình 3.25 Cập nhật thông tin m ặt cắt đê 62 Hình 3.26 Cập nhật thông tin h ệ thống kè 63 Hình 3.27 Cập nhật thông tin h ệ thống trạm bơm tưới 63 DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung ớlp thông tin địa lý n ền 21 MỞ ĐẦU Hiện nay, việc ứng dụng công ngh ệ thông tin qu ản lý tài nguyên môi trường m ột yêu ầcu vô c ấp bách Việc xây d ựng sở liệu tài nguyên môi trường v ận hành qu ản lý d ữ liệu thúc đẩy mạnh mẽ nhằm mang lại hiệu quả, tiết kiệm thời gian ti ền bạc nhà n ước Việc phát triển thủy lợi đápứng mục tiêu phát ểtrin kinh tế, xã h ội môi tr ường đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, làm c sở để phát triển nông nghiệp bền vững, theo hướng đại hóa, thâm canh cao, góp ph ần phát triển kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, đảm bảo an ninh lương thực xu ất khẩu, lợi ích quốc gia hài hịa l ợi ích vùng, ngànhđang m ột vấn đề quốc sách hàngđầu đất nước Để khai thác ửs dụng nước hợp lý, ph ục vụ đa mục tiêu, thống theo lưu vực sông h ệ thống cơng trình th ủy lợi, khơng chia c theo địa giới hành Khai thác ửs dụng đơi v ới bảo vệ, chống suy thối, ạcn kiệt nguồn nước, đặc biệt môi tr ường nước hệ thống cơng trình th ủy lợi Xuất phát ừt vấn đề trên, thực luận văn: “ Công ngh ệ GIS Web xây d ựng hệ thống thông tin Th ủy lợi” Để nghiên ứcu đề tài này, d ựa công nghệ Hệ thông tin địa lý - Mục tiêu nghiênứ cu: + Nghiên ứcu giải pháp thiết kế mơ hình c sở liệu thủy lợi, bao gồm sở liệu thủy văn c sở liệu chuyênđề + Nghiên ứcu mơ hình v ận hành c hệ thống quản lý thông tin th ủy lợi - Phạm vi nghiên ứcu: + Đề tài t ập trung nghiên ứcu, xây d ựng mơ hình h ệ thống thông tin th ủy lợi huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc - Phương pháp nghiênứcu: + Tổng hợp k ế thừa thành nghiên ứcu ứng dụng cácđề tài, dự ánứng dụng ơc quan nghiên ứcu sản xuất + Sử dụng thiết bị, cơng ngh ệ, phần mềm có thành qu ả sản xuất cácđơn vị để thực nghiệm + Phân tích, đánh giáừ tlý thuy ết th ực nghiệm vấn đề nghiên cứu phạm vi đề tài - Việc thực nghiên ứcu đề tài góp ph ần bổ sung khả ứng dụng Hệ thông tin địa lý công tác xây d ựng hệ thông tin ph ục vụ cho công tác tưới tiêu Nghiên ứcu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải số vấn đề thủy lợi: + Xây d ựng sở liệu thủy lợi lưu trữ thơng tin chunđề thủy lợi tích hợp với sở liệu đồ địa hình hệ thống GIS thống + Hỗ trợ công tác quản lý th ủy lợi công ngh ệ GIS - Luận văn trình bày ch ương với 67 trang A4, 46 hình bảng Bố cục luận văn bao gồm: Chương 1: Cơ sở hệ thông tin địa lý - Tổng quan hệ thông tin địa lý - Khái niệm sở liệu hệ thông tin địa lý - Một số ứng dụng hệ thông tin địa lý - Thiết kế sở liệu thủy lợi - Thiết kế hệ thống thông tin th ủy lợi - Tổng quan ArcGIS - Giải pháp công nghệ - Đặc điểm khu vực nghiên ứcu - Khái quátềvhệ thống Thủy lợi khu vực thi công - Tiến hành th ực 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 hệ thông tin địa lý 1.1.1 Khái niệm chung HTTĐL Có nhi ều quan niệm khác khiđịnh nghĩa hệ thống thông tin địa lý: "Hệ thông tin địa lý m ột hệ thống thông tin bao g ồm số hệ (subsystem) có kh ả biến đổi liệu địa lý thành nh ững thơng tin có ích " – theo định nghĩa Calkin Tomlinson, 1977 "Hệ thông tin địa lý m ột hệ thống quản trị sở liệu máy tínhđể thu thập, lưu trữ, phân tích hi ển thị khơng gian " (theo định nghĩa National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) Theo định nghĩa ESRI (Environmental System Research Institute) “ Hệ thông tin địa lý m ột tập hợp có t ổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, liệu địa lý ng ười, thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích k ết xuất” Cho đến nay, định nghĩa nhiều người sử dụng là: h ệ thống thông tin địa lý m ột hệ thống kết hợp người h ệ thống máy tính thiế bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hi ển thị thông tin địa lý để phục vụ mục đích nghiên cứu định 1.1.2 Các thành phần hệ thông tin địa lý Một hệ thống GIS gồm có thành ph ần sau: Hệ thống thiết bị phần cứng Hệ thống phần mềm Hệ thống sở liệu Đội ngũ chuyên gia cán ộb kỹ thuật Các quy trình 53 3.4 Thực nghiệm hệ thống Từ khảo sát, thiết kế xây d ựng hệ thống, ti ến hành th ực nghiệm hệ thống huyện Vĩnh Tường – T ỉnh Vĩnh Phúc Sau trình cài đặt v ận hành h ệ thống 3.4.1 Nguyên lý hoạt động WebGIS Hình Nguyên lý hoạt động WebGIS 54 Cấu hình trang web đồ Dùng Visual Studio mở trang Web đồ Hình 3.8 Web đồ Visual Studio Chọn Dịch vụ MapResouceManager, Chọn Edit Resource Hình 3.9 Lựa chọn dịch vụ 55 Bấm nút ba chấm (…) Definition để chọn dịch vụ Sau b ật trình duyệt web lên gõ địa www.thuyloivinhphuc.gov.vn 3.4.2 Giao diện trang web Hình 3.10 Hệ thống thơng tin th ủy lợi Hình 3.11 Hệ thống đêđiều 56 Hình 3.12 Hệ thống kênh Hình 3.13 Hệ thống trạm bơm 57 Hình 3.14 Hệ thống cống Hình 3.15 Danh mục hệ thống đê 58 Hình 3.16 Danh mục mặt cắt đê Hình 3.17 Danh mục hệ thống kè 59 Hình 3.18 Danh mục hệ thống điếm canh đê Hình 3.19 Danh mục hệ thống mốc độ cao đê 60 Hình 3.20 Danh mục hệ thống kênh ướti Hình 3.21 Danh mục hệ thống kênh ướti nhánh 61 Hình 3.22 Danh mục hệ thống kênh tiêu Hình 3.23 Danh mục hệ thống kênh tiêu nhánh 62 Hình 3.24 Cập nhật thơng tin h ệ thống đê Hình 3.25 Cập nhật thơng tin m ặt cắt đê 63 Hình 3.26 Cập nhật thơng tin h ệ thống kè Hình 3.27 Cập nhật thông tin h ệ thống trạm bơm tưới 64 3.5 Kết luận Sau tiến hành ch ạy thực nghiệm hệ thống thông tin th ủy lợi huyện Vĩnh Tường – t ỉnh Vĩnh Phúc, hệ thống ho ạt động kháổn định th ực tương đối tốt chức phân tích thi ết kế Hệ thống đápứng mục tiêu ục thể sau: Thao tác đồ (phóng to, thu nh ỏ, dịch chuyển đồ, mở rộng đồ, thay đổi màu b ản đồ, kích thước nét vẽ, phông ch ữ, đường nét đồ); + Bổ sung cơng trình th ủy lợi: Thêm, xóa, chỉnh sửa vị trí cơng trình thủy lợi mà h ệ thống quản lý; + + Cập nhật thơng tin k ỹ thuật cơng trình: L ưu trữ thông số kỹ thuật theo hồ sơ thiết kế thông s ố kỹ thuật trạng cơng trình thuỷ lợi, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; Cập nhật thông tin l ịch sử tu cơng trình: L ưu trữ lịch sử cácđợt tu, bảo dưỡng, nâng c ấp cơng trình th ủy lợi, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật lịch tưới, tiêu: Cập nhật l ưu trữ thông tin v ề lịch tưới lịch tiêu ủca trạm bơm, in ra; + Cập nhật thông tin v ề nhu cầu tưới l ưu trữ liệu tưới đợt cho ruộng, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật thông tin tiêu lưu trữ liệu tiêu thoátướnc đợt cho ruộng, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật thông tin v ề hạn hán lưu trữ liệu tình hình hạn hán ủca đợt hạn hán, thể liệu báo biểu; + Cập nhật thông tin ng ập úng lưu trữ liệu tình hình ngập úng đợt ngập úng, thể liệu báo biểu; 65 KẾT LUẬN VÀ H ƯỚNG PHÁT TRI ỂN Những kết tìm hiểu, nghiên ứcu luận văn yêu ầcu quản lý nhà n ước lĩnh vực thủy lợi th ực trạng ứng dụng công ngh ệ thông tin cho th việc xây d ựng hệ thống phần mềm hỗ trợ cho công tác quản lý h ệ thống thủy lợi vô cần thiết Hệ thống không ch ỉ m ột hệ thống hỗ trợ quản lý, công c ụ đa mục tiêu riêng ngành quản lý mà cịn có tác động to lớn đến phát triển nhiều ngành kinh tế khác xây d ựng, giao thông, nông nghi ệp, quy hoạch vùng, hỗ trợ công tác đảm bảo an ninh lương thực, bảo vệ trật tự an ninh… Sau kết mà luận văn thực được: Phục vụ trực tiếp công tác quản lý th ủy lợi huyện Vĩnh Tường - tỉnh Vĩnh phúc dựa công nghệ hệ thống thông tin địa lý, thông qua: - Xây d ựng sở liệu thủy lợi lưu trữ ớlp thông tin chuyên đề thủy lợi tích hợp với sở liệu đồ địa hình hệ thống GIS thống toàn t ỉnh; + Phát triển hệ thống hỗ trợ công tác quản lý th ủy lợi công ngh ệ GIS, phục vụ nội dung sau: + Quản lý, theo dõi thông tin v ề trạng sử dụng, thông số kỹ thuật cơng trình thuỷ lợi (đê, hồ đập, kênh, mương, trạm bơm, cống, ) phục vụ trực tiếp cho sản xuất nông nghi ệp trênđịa bàn t ỉnh, gồm: Năm xây dựng; dung tích thiết kế; cao trình thiết kế; lưu lượng thiết kế; mức độ kiên cố hoá, diện tích tưới tiêu thiết kế; diện tích tưới tiêu thực tế; đơn vị quản lý; · · Quản lý thông tin ph ục vụ công tác theo dõi trình xây dựng, khai thác, tu hệ thống cơng trình thu ỷ lợi tỉnh; · Theo dõi công tác tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghi ệp, thuỷ sản; · Hỗ trợ theo dõi, đánh giá,ựdbáo tình hình hạn hán ngập úng diện tích sản xuất nơng nghi ệp, thuỷ sản trênđịa bàn huy ện Hỗ trợ công tác quản lý, theo dõi, đánh giá,ậ pl kế hoạch tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghi ệp theo đạo sản xuất chung ngành - 66 Hỗ trợ công tác lập Quy hoạch, kế hoạch phát triển sản xuất nông nghi ệp tỉnh vùng - Hỗ trợ công tác quy hoạch phát triển kinh tế xã h ội huyện Vĩnh Tường - tỉnh Vĩnh phúc dựa ơc sở liệu địa lý n ền tích h ợp với hệ thống thông tin - địa lý chuyên ngành khác ủca tỉnh Hệ thống có tính m cao, dễ phát triển, cập nhật thân thi ện với người sử dụng Hệ thống vận hành th ực tế b ước đầu đánh giá làđã đápứng yêuầuc công tác quản lý th ủy lợi, giúp cho cơng tác quản lý nhanh chóng hi ệu - Hướng phát triển Tiếp tục hoàn thi ện hệ thống để đápứng nhu ầcu khác công tác quản lý h ệ thống thông tin th ủy lợi Phát triển công cụ xử lý d ữ liệu Tiếp tục hoàn thi ện đến xây d ựng hệ thống qui trình chức chuẩn phần mềm quản lý h ệ thống thủy lợi toàn ngành nh ằm đảm bảo thống hệ thống thông tin qu ản lý th ủy lợi Việt Nam 67 TÀI LI ỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Trường Xuân (2000), Một số kiến thức hệ thống thông tin địa lý , Trường Đại học Mỏ- Địa chất, Hà N ội Trung tâm Vi ễn Thám (2010),Xây d ựng hệ thống thông tin th ủy lợi Vĩnh Phúc, Thiết kế kỹ thuật Trung tâm Vi ễn Thám (2012),Xây d ựng v ận hành c sở liệu viễn thám quốc gia dùng chung Đặng Thúy Hồng (2008), Ứng dụng thông tin địa lý tr ợ giúp cho cơng tác phịng chống lũ lụt Kinh tế nông thôn (14/6/2010), Xây d ựng hệ thống thủy lợi mang tính chiến lược Tiếng Anh Environmental Systems Research Institute (2000), Modeling our word, ESRI Press; illustrated edition edition Esri Environmental Systems Research Institute (1999), Building a geodatabase, ESRI Press; illustrated edition Kang Tsung Chang (2007), Programming ArcObjects with VBA, CRC Press ESRI Press; illustrated edition edition (Sep 2005), ArcGIS Server Developer and Administrator Guide 10 www.esri.com (Website of Environmental System Research Institute) ... sở hệ thông tin địa lý - Tổng quan hệ thông tin địa lý - Khái niệm sở liệu hệ thông tin địa lý - Một số ứng dụng hệ thông tin địa lý - Thiết kế sở liệu thủy lợi - Thiết kế hệ thống thông tin. .. dụng Hệ thông tin địa lý công tác xây d ựng hệ thông tin ph ục vụ cho công tác tưới tiêu Nghiên ứcu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải số vấn đề thủy lợi: + Xây d ựng sở liệu thủy lợi. .. HỌC TỰ NHIÊN - Trần Hữu Bắc CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN THỦY LỢI Chuyên ngành: Bảo đảm tốn học cho máy tính hệ thống tính tốn Mã số: 60.46.35 LUẬN VĂN THẠC