Xây dựng hệ thống cảnh báo ngập lụt trực tuyến vùng đồng bằng sông cửu long trên nền webgis

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM THẾ HÙNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGẬP LỤT TRỰC TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS Chuyên ngành: BẢN ĐỒ, VIỄN THÁM VÀ HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ Mã số ngành: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sỹ bảo vệ Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh ngày ………… tháng ………… năm ………… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 11 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: Phạm Thế Hùng Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/5/1985 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý MSHV: 01008170 I-TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGẬP LỤT TRỰC TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương Mở đầu Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Chương Cơ sở lý thuyết Chương Thiết kế thử nghiệm hệ thống Chương Kết luận kiến nghị III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/01/2010 (theo QĐ số /QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH) IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2010 V-HỌ VÀ TÊN CBHD: TS TRẦN TRỌNG ĐỨC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS TRẦN TRỌNG ĐỨC TS NGUYỄN NGỌC LÂU LỜI CẢM ƠN Có lẽ luận văn hoàn thành thiếu ý kiến đóng góp, nhận xét, ủng hộ người thân, bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt quý thầy cô giảng dạy chuyên ngành Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý Bộ môn Địa tin học Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Trọng Đức Thầy hướng dẫn nhiệt tình, hỗ trợ nhiều tài liệu, phương pháp nghiên cứu, góp ý, nhận xét cách thức trình bày nội dung luận văn, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu thầy suốt khoảng thời gian thực đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị bạn học viên Cao học chuyên ngành giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến, cung cấp hỗ trợ tài liệu Xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị Cục Công nghệ thông tin, Bộ Tài nguyên Môi trường – CIREN (chi nhánh phía Nam), Đài Khí tượng thủy văn khu vực Nam Bộ, Ủy ban sông Mê Công tận tình hỗ trợ, giúp đỡ trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô đồng nghiệp công tác Khoa Địa lý Phòng ban chức năng, trường Đại học Đồng Tháp tạo điều kiện tối đa để tác giả nghiên cứu, học tập trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Và đặc biệt, xin cảm ơn người thân gia đình luôn bên cạnh, quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả lúc khó khăn để hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 12 năm 2010 Tác giả Phạm Thế Hùng TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Luận văn trình bày việc ứng dụng mô hình xác suất thống kê Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đưa cảnh báo ngập lụt vùng Đồng sông Cửu Long, thử nghiệm phạm vi thuộc hai huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp huyện Châu Phú, tỉnh An Giang đồ dự báo (dự báo mức độ sâu ngập lũ lớn nhất, dự báo thời điểm bắt đầu kết thúc lũ, dự báo thời gian xảy lũ, dự báo xác suất xảy lũ) Kết sau xử lý cung cấp lên mạng internet qua hệ thống WebGIS thiết kế theo chuẩn mã nguồn mở OGC, giúp người dân tra cứu thông tin lũ lụt cách nhanh chóng xác ABSTRACT The thesis presents an application of the statictical and probability models and Geographic Information System (GIS) to give warning of flooding of the Mekong Delta, the scope of testing in Tam Nong district, Dong Thap province and Chau Phu district, An Giang province by flood forecasting maps (maximum depth of flooding map, start of flooding map, completion of draining map, duration of flooding map and probability of flooding map) After treament, the result will be provided on the internet through WebGIS system which’s designed by the OGC’s Open Source standards, people can look up the information of flooding quickly and accurately MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 12 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 13 1.3 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU 14 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN LUẬN VĂN 15 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 17 1.6.1 Ý nghóa khoa học 17 1.6.2 Ý nghóa thực tiễn 18 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 19 2.1 TRONG NƯỚC 19 2.2 NGOÀI NƯỚC 22 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 3.1 KHAÙI QUÁT KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 26 3.2 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG SÔNG MÊ CÔNG 28 3.3 CÔNG NGHỆ WEBGIS 30 3.3.1 Định nghóa WebGIS 30 3.3.2 Phân loại WebGIS 32 3.3.2.1 Phân loại theo kiến truùc 32 3.3.2.2 Phân loại theo kỹ thuật 33 3.3.2.3 Phân loại theo dịch vụ 35 3.3.3 Kiến trúc WebGIS 36 3.4 TỔ CHỨC OGC VÀ CÁC CHUẨN THỰC THI 39 3.4.1 Tổ chức Open Geospatial Consortium – OGC 39 3.4.2 Các chuẩn thực thi OGC 42 3.4.2.1 Đặc tả Web Map Service (WMS) 44 3.4.2.2 Đặc tả Web Feature Service (WFS) 45 3.4.2.3 Đặc tả Styled Layer Description (SLD) 46 3.4.2.4 Đặc tả Geographic Markup Language (GML) 48 3.4.2.5 Đặc tả Filter Encoding 49 3.5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MAINSTEM VÀ MAPSTATS 49 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 53 4.1 TỔ CHỨC DỮ LIỆU 53 4.1.1 Dữ liệu 53 4.1.2 Dữ liệu chuyên đề 62 4.2 THIEÁT KẾ HỆ THỐNG WEBGIS 79 4.3 XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT 84 4.3.1 Mô tả đặc điểm thống kê mực nước 84 4.3.2 Các phân tích tần suất xác suất khác 87 4.3.3 Tính toán xác suất lũ 90 4.4 THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 100 4.4.1 Thử nghiệm trang dịch vụ đồ WMS 100 4.4.2 Thử nghiệm trang in đồ 106 CHƯƠNG KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 110 DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG SỐ LIỆU HÌNH ẢNH MINH HỌA Trang Hình 2.1 Giao diện hệ thống dự báo ngập lụt trực tuyến sông Nhật Lệ, Bến Hải Thạch Hãn (Quảng Bình, Quảng Trị) 19 Hình 2.2 Trang chủ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương 20 Hình 2.3 Giao diện trang Hệ thống thông tin tài nguyên nước Đồng sông Cửu Long – trường Đại học Cần Thơ .21 Hình 2.4 Giao diện WebGIS TIMIS nước Luxemboug .23 Hình 2.5 Giao diện WebGIS TIMIS nước Đức 23 Hình 2.6 Giao diện hệ thống .25 Hình 3.1 Bản đồ hành tỉnh Đồng sông Cửu Long 27 Hình 3.2 Lưu vực sông Mê Công 30 Hình 3.3 Kiến trúc Web tầng (three-tier) 36 10 Hình 3.4 Kiến trúc n-tier tương tác client với hệ thống 38 11 Hình 3.5 Khó khăn việc chia sẻ liệu 39 12 Hình 3.6 Giải pháp OGC 41 13 Hình 3.7 Mối quan hệ Client/Server với chuẩn OGC 42 14 Hình 3.8 Giao diện phần mềm Mainstem 50 15 Hình 3.9 Giao diện phần mềm Mapstats 51 16 Hình 4.1 Các tham số cho hệ tọa độ chiếu 54 17 Hình 4.2 Tham số cho hệ tọa độ thẳng đứng 55 18 Hình 4.3 Các lớp liệu truy xuất thông qua ArcSDE .56 19 Hình 4.4 Dữ liệu không gian thuộc tính lớp HANH_CHINH_TINH ArcMap sau import vào ArcSDE 58 20 Hình 4.5 Dữ liệu không gian thuộc tính lớp UBND_TINH ArcMap sau import vào ArcSDE 59 21 Hình 4.6 Dữ liệu không gian thuộc tính lớp SONG_DUONG lớp SONG_VUNG ArcMap sau import vào ArcSDE 60 22 Hình 4.7 Dữ liệu không gian thuộc tính lớp GIAO_THONG_TINH lớp GIAO_THONG_QUOC_GIA ArcMap sau import vào ArcSDE .62 23 Hình 4.8 Các tham số kết nối với ArcSDE 68 24 Hình 4.9 Các lớp liệu định kiểu SLD hiển thị WebGIS theo quy định phương pháp biểu đồ chuyên đề .79 25 Hình 4.10 Kiến trúc hệ thống chu trình liệu .80 26 Hình 4.11 Giao diện GeoServer 82 27 Hình 4.12 Thực kết nối ArcCatalog MS SQL Server 2000 83 28 Hình 4.13 Giao diện Client 84 29 Hình 4.14 Biểu đồ mực nước sông năm 2000 trạm Tân Châu kết xuất từ phần mềm Mainstem 86 113 [8] Nguyễn Hữu Khải – Nguyễn Văn Tuấn (2001) Địa lý thủy văn NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [9] Nguyễn Trung Kiên – Nguyễn Nguyên Bảo (2005) Tìm hiểu dịch vụ Web cho ứng dụng GIS xây dựng ứng dụng minh họa khai thác dịch vụ Khóa luận tốt nghiệp cử nhân tin học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh [10] Nguyễn Phương Lan – Hoàng Đức Hải (2005) Lập trình ứng dụng Web với JSP/Servlet NXB Lao động – Xã hội, Tp Hồ Chí Minh [11] Nguyễn Phương Lan – Hoàng Đức Hải (2005) JAVA tập NXB Lao Động – Xã hội, Tp Hồ Chí Minh [12] Nguyễn Phương Lan – Hoàng Đức Hải (2005) JAVA tập NXB Lao Động – Xã hội, Tp Hồ Chí Minh [13] Nguyễn Phương Lan – Hoàng Đức Hải (2005) XML tảng ứng dụng NXB Lao Động – Xã hội, Tp Hồ Chí Minh [14] Tô Trung Nghóa (và nnk) (2002) Ứng dụng mô hình thủy động lực học MIKE 11 phục vụ công tác quy hoạch quản lý nguồn nước lưu vực sông Hồng Viện Quy hoạch Thủy lợi, Hà Nội [15] Bùi Hồng Sơn (2007) Nghiên cứu giải pháp giám sát tài nguyên môi trường đất sử dụng công cụ công khai thông tin ứng dụng công nghệ WebGIS để minh họa Luận văn thạc sỹ, trường Đại học Khoa học xã hội Nhân văn Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh [16] Nguyễn Thanh Sơn (2005) Đánh giá tài nguyên nước Việt Nam NXB Giáo dục, Hà Nội [17] Trương Công Thành – Trần Văn Tánh (2005) Nghiên cứu công nghệ WebGIS xây dựng trang Web dự báo thời tiết khu vực Nam Khóa luận tốt 114 nghiệp cử nhân tin học Trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh [18] Trần Thục (và nnk) Ứng dụng mô hình MIKE 11 GIS tính toán cảnh báo ngập lụt hạ du sông Hương Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 – Viện Khoa học Khí tượng thủy văn Môi trường (từ trang 386 đến trang 393) [19] Nguyễn Hiếu Trung Ứng dụng mã nguồn mở thông tin địa lý giảng dạy nghiên cứu môi trường tài nguyên thiên nhiên Kỷ yếu Hội thảo khoa học Ứng dụng GIS toàn quốc 2010 [20] Lê Anh Tuấn (2000) Giáo trình khí tượng thủy văn Trường Đại học Cần Thơ, Lưu hành nội [21] Nguyễn Văn Tuần (và nnk) (2001) Dự báo thủy văn NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội [22] Đỗ Văn Xuân (2009) Phát triển hệ thống cảnh báo dịch bệnh sở công nghệ GIS Luận văn thạc sỹ, trường Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên [23] Lâm Văn Vũ (2009) Dự báo mực nước sông Sài Gòn mạng trí tuệ nhân tạo Luận văn thạc sỹ chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Thư viện trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh - Tài liệu tiếng Anh: [24] AA Alesheikh, H Helali, HA Behroz (2002) Web GIS: Technologies and Its Applications ISPRS Journal [25] Gong Jianya Design and implementation of an internet GIS GeoSpatial Information Science Journal, Volume 4, Number 2, June, 2001 [26] GeoServer (2010) GeoServer User Manual Release 2.0.2 URL: http://geoserver.org 115 [27] Clemens Porlete (2007) OpenGIS Geography Markup Language (GML) Encoding Standard Open Geospatial Consortium Inc URL: http://www.opengeospatial.org/standards [28] Jeff de la Beaujardiere (2004) Web Map Service Interface Version Open 1.3.0 Geospatial Consortium Inc URL: http://www.opengeospatial.org/standards [29] Panagiotis A Vretanos (2005) Web Feature Service Implementation Specification Version 1.1.0 Open Geospatial Consortium Inc URL: http://www.opengeospatial.org/standards [30] Dr Markus Muller (2006) Symbology Encoding Implementation Specification Version 1.1.0 Open Geospatial Consortium Inc URL: http://www.opengeospatial.org/standards [31] Vasile Craciunescu, Gheorghe Stancalie, and Rei Diamandi and Rodica P Mic (2006) Flood Risk Management: Hazards, Vulnerability and Mitigation Measures Springer Netherlands [32] Dang Shunxing, Yang Chongjun, Liu Donglin, Zhang Liqiang Using Web GIS to develop on-line flood management information system Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences [33] Chayanis Manusthiparom, Chusit Apirumanekul (2005) Flood forecasting and river monitoring system in the Mekong river basin Full paper for the Second Southeast Asia Water Forum, Bali, Indonesia [34] Dinand Alkema (2004) RS and GIS Applications in flood forecasting National Workshop on Flood Diaster Management – Space Inputs, NRSA, Hyperabad, India 116 [35] ESRI Understanding ArcSDE URL: http://www.esri.com [36] ESRI ArcGIS Desktop 9.3 Tutorial URL: http://www.esri.com [37] Scott Davis (2007) GIS for Web Developers The Pragmatic Bookshelf, Raleigh, North Carolina, Dallas, Texas [38] OpenGeo The OpenGeo Architecture [39] David Plinton (2009) Data Processing Manual - Processing hydrological data for use with MainStem program Mekong River Commission Flood Management and Mitigation Programme, Land Management Component [40] David Plinton (2010) MapStats User Manual – Understanding and using Mapstats software Mekong River Commission Flood Management and Mitigation Programme, Land Management Component [41] GeoTux Web mapping client comparision v4 URL: http://geotux.tuxfamily.org [42] A.M Bonnici (2005) Web GIS Software Comparision Framework Geomatics Dept Sir Standford Fleming College [43] OpenLayers (2010) OpenLayers Documentation for version 2.10 URL: http://openlayers.org [44] GeoExt (2010) GeoExt Documentation for version 1.0 URL: http://www.geoext.org [45] ExtJS (2010) ExtJS Documentation for version 3.3.0 URL: http://www.sencha.com/products/js 117 PHỤ LỤC Bản đồ dự báo thời điểm lũ rút hoàn toàn mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 118 Bản đồ dự báo thời gian ngập lũ mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 119 Bản đồ dự báo độ sâu ngập lớn mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 120 Bản đồ dự báo xác suất xảy lũ, mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 121 Bản đồ dự báo thời điểm xảy lũ, mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang 122 Bản đồ dự báo thời điểm lũ rút hoàn toàn mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp 123 Bản đồ dự báo thời gian ngập lũ, mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp 124 Bản đồ dự báo độ sâu ngập lớn mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp 125 Bản đồ dự báo xác suất xảy lũ, mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp 126 Bản đồ dự báo thời điểm xảy lũ, mùa lũ năm 2010 khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp 127 LÍ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên: Phạm Thế Hùng Phái: Nam Nơi sinh: An Giang Ngày sinh: 13/5/1985 Địa liên lạc: Trường Đại học Đồng Tháp, 783 Phạm Hữu Lầu, phường 6, thành phố Cao Lãnh, tỉnh Đồng Tháp Điện thoại: Cơ quan: 0673.883043 Di động: 0938612775 Email liên hệ: pthung@dthu.edu.vn phamhunglx@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 2003 đến 2007: sinh viên trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, chuyên ngành Cử nhân Sư phạm Địa lý - Năm 2008 đến 2010: học viên Cao học trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, chuyên ngành Bản đồ, Viễn thám Hệ thông tin địa lý QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ năm 2007 đến nay: giảng viên trường Đại học Đồng Tháp ... Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý MSHV: 01008170 I-TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGẬP LỤT TRỰC TUYẾN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TRÊN NỀN WEBGIS II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:... suất thống kê Hệ thống thông tin địa lý (GIS) để đưa cảnh báo ngập lụt vùng Đồng sông Cửu Long, thử nghiệm phạm vi thuộc hai huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp huyện Châu Phú, tỉnh An Giang đồ dự báo. .. dòng chảy hệ thống sông ngòi phạm vi vùng Đồng sông Cửu Long Về mặt phân chia địa giới hành chính, khu vực Đồng sông Cửu Long bao gồm 13 tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương (các tỉnh Long An,