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

Công nghệ GIS và WEB trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi Công nghệ GIS và WEB trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi Công nghệ GIS và WEB trong xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 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 NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Hữu Bắc CÔNG NGHỆ GIS VÀ WEB TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN THỦY LỢI Chun ngành: Bảo đảm tốn 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 kỹ thuật e Các quy trình 1.1.3 Chức GIS a Nhập liệu b Lưu trữ quản lý liệu c Xử lý liệu đơn giản d Xuất liệu trình bày e Tương tác với người sử dụng 1.1.4 Các loại thông tin hệ 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 kết liệu 16 1.3 Một số ứng dụng hệ thông tin địa lý 17 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN PHỤC VỤ CHO THỦY LỢI 19 2.1 Thiết kế sở liệu thủy lợi 19 2.1.1 Nội dung sở liệu 19 a Các lớp thông tin địa lý 19 Bảng Nội dung lớp thông tin địa lý 21 b Các lớp thông tin đồ chuyên đề thủy lợi 21 c Các bảng thơng tin thuộc tính chun đề thủy lợi 21 2.1.2 Quy trình xây dựng sở liệu thủy lợi 22 a Cơ sở liệu địa lý 22 b Cơ sở liệu chuyên đề thủy lợi 22 2.2 Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi 23 2.2.1 Sơ đồ liên kết thực thể 23 a Quản lý bảng không gian máy khách 23 b Quản lý lịch vận hành 24 c Quản lý lịch sử tu, sửa chữa cơng trình thủy lợi 25 2.2.2 Các đặc tả hệ thống thông tin thủy 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 ứng 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 nghệ sở liệu 37 c Giải pháp kỹ thuật công nghệ 37 2.4.2 Lựa chọn mơ hình ứng dụng 38 2.4.3 Môi trường phát triển ứng dụng 39 2.4.4 Công nghệ 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 THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ 43 3.1 Đặc điểm khu vực nghiên cứu 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 sông suối 44 3.2 Khái quát hệ thống Thủy lợi khu vực thi công 46 3.3 Tiến hành thực nghiệm hệ thống cho huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc 48 3.3.1 Xây dựng sở liệu địa lý 48 3.3.2 Cơ sở liệu chuyên đề thủy lợi 52 3.3.3 Sơ đồ phân cấp chức hệ thống webGIS thông tin thủy 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 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Viết tắt HTTĐL Diễn giải Hệ thông tin địa lý GIS CSDL Geographic Information System Cơ sở liệu HQTCSDL Hệ quản trị sở liệu 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 lịch vận hành 24 Hình 2.3 Quản lý lịch sử tu sửa chữa .25 Hình 2.4 Biểu đồ khung cảnh 26 Hình 2.5 Liên quan khái quát hóa 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 Các ứng 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 thông tin thủy lợi 55 Hình 3.11 Hệ thống đê điều 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 tưới 60 Hình 3.21 Danh mục hệ thống kênh tưới 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 hệ thống đê 62 Hình 3.25 Cập nhật thơng tin mặt cắt đê 62 Hình 3.26 Cập nhật thông tin hệ thống kè 63 Hình 3.27 Cập nhật thông tin hệ thống trạm bơm tưới .63 DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung lớp thông tin địa lý .21 MỞ ĐẦU Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thông tin quản lý tài nguyên môi trường yêu cầu vô cấp bách Việc xây dựng sở liệu tài nguyên môi trường vận hành quản lý liệu thúc đẩy mạnh mẽ nhằm mang lại hiệu quả, tiết kiệm thời gian tiền bạc nhà nước Việc phát triển thủy lợi đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội mơi trường đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050, làm sở để phát triển nông nghiệp bền vững, theo hướng đại hóa, thâm canh cao, góp phần phát triển kinh tế, cải thiện đời sống nhân dân, đảm bảo an ninh lương thực xuất khẩu, lợi ích quốc gia hài hịa lợi ích vùng, ngành vấn đề quốc sách hàng đầu đất nước Để khai thác sử dụng nước hợp lý, phục vụ đa mục tiêu, thống theo lưu vực sông hệ thống cơng trình thủy lợi, khơng chia cắt theo địa giới hành Khai thác sử dụng đơi với bảo vệ, chống suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, đặc biệt mơi trường nước hệ thống cơng trình thủy lợi Xuất phát từ vấn đề trên, thực luận văn: “Công nghệ GIS Web xây dựng hệ thống thông tin Thủy lợi” Để nghiên cứu đề tài này, dựa công nghệ Hệ thông tin địa lý - Mục tiêu nghiên cứu: + Nghiên cứu giải pháp thiết kế mơ hình sở liệu thủy lợi, bao gồm sở liệu thủy văn sở liệu chuyên đề + Nghiên cứu mơ hình vận hành hệ thống quản lý thơng tin thủy lợi - Phạm vi nghiên cứu: + Đề tài tập trung nghiên cứu, xây dựng mơ hình hệ thống thông tin thủy lợi huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc - Phương pháp nghiên cứu: + Tổng hợp kế thừa thành nghiên cứu ứng dụng đề tài, dự án ứng dụng quan nghiên cứu sản xuất + Sử dụng thiết bị, cơng nghệ, phần mềm có thành sản xuất đơn vị để thực nghiệm + Phân tích, đánh giá từ lý thuyết thực nghiệm vấn đề nghiên cứu phạm vi đề tài - Việc thực nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung khả ứng dụng Hệ thông tin địa lý công tác xây dựng hệ thông tin phục vụ cho công tác tưới tiêu Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải số vấn đề thủy lợi: + Xây dựng sở liệu thủy lợi lưu trữ thông tin chuyên đề thủy lợi tích hợp với sở liệu đồ địa hình hệ thống GIS thống + Hỗ trợ công tác quản lý thủy lợi công nghệ GIS - Luận văn trình bày chương 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 Chương 2: Xây dựng hệ thống thông tin phục vụ cho thủy lợi - Thiết kế sở liệu thủy lợi - Thiết kế hệ thống thông tin thủy lợi - Tổng quan ArcGIS - Giải pháp công nghệ Chương 3: Tiến hành thực nghiệm hệ thống kết - Đặc điểm khu vực nghiên cứu - Khái quát hệ thống Thủy lợi khu vực thi công - Tiến hành thực 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 nhiều quan niệm khác định nghĩa hệ thống thông tin địa lý: "Hệ thông tin địa lý hệ thống thông tin bao gồm số hệ (subsystem) có khả biến đổi liệu địa lý thành thơng tin có ích" – theo định nghĩa Calkin Tomlinson, 1977 "Hệ thông tin địa lý hệ thống quản trị sở liệu máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích hiển thị khơng gian" (theo định nghĩa National Center for Geographic Information and Analysis, 1988) Theo định nghĩa ESRI (Environmental System Research Institute) “Hệ thơng tin địa lý tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, liệu địa lý người, thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích kết xuất” Cho đến nay, định nghĩa nhiều người sử dụng là: hệ thống thông tin địa lý hệ thống kết hợp người hệ thống máy tính thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị thơng 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 phần sau: Hệ thống thiết bị phần cứng Hệ thống phần mềm Hệ thống sở liệu Đội ngũ chuyên gia cán kỹ thuật Các quy trình 53 3.4 Thực nghiệm hệ thống Từ khảo sát, thiết kế xây dựng hệ thống, tiến hành thực nghiệm hệ thống huyện Vĩnh Tường – Tỉnh Vĩnh Phúc Sau trình cài đặt vận hành hệ 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 bật trình duyệt web lên gõ địa www.thuyloivinhphuc.gov.vn 3.4.2 Giao diện trang web Hình 3.10 Hệ thống thơng tin thủy lợi Hình 3.11 Hệ thống đê điều 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 tưới Hình 3.21 Danh mục hệ thống kênh tưới 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 hệ thống đê Hình 3.25 Cập nhật thơng tin mặt cắt đê 63 Hình 3.26 Cập nhật thơng tin hệ thống kè Hình 3.27 Cập nhật thơng tin hệ thống trạm bơm tưới 64 3.5 Kết luận Sau tiến hành chạy thực nghiệm hệ thống thông tin thủy lợi huyện Vĩnh Tường – tỉnh Vĩnh Phúc, hệ thống hoạt động ổn định thực tương đối tốt chức phân tích thiết kế Hệ thống đáp ứng mục tiêu cụ thể sau: + Thao tác đồ (phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển đồ, mở rộng đồ, thay đổi màu đồ, kích thước nét vẽ, phơng chữ, đường nét đồ); + Bổ sung cơng trình thủy lợi: Thêm, xóa, chỉnh sửa vị trí cơng trình thủy lợi mà hệ thống quản lý; + Cập nhật thơng tin kỹ thuật cơng trình: Lưu trữ thông số kỹ thuật theo hồ sơ thiết kế thơng số kỹ thuật trạng cơng trình thuỷ lợi, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật thông tin lịch sử tu cơng trình: Lưu trữ lịch sử đợt tu, bảo dưỡng, nâng cấp công trình thủy lợi, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật lịch tưới, tiêu: Cập nhật lưu trữ thông tin lịch tưới lịch tiêu trạm bơm, in ra; + Cập nhật thông tin nhu cầu tưới lưu trữ liệu tưới đợt cho ruộng, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật thông tin tiêu lưu trữ liệu tiêu thoát nước đợt cho ruộng, thể dạng báo biểu tùy theo liệu đầu vào; + Cập nhật thông tin hạn hán lưu trữ liệu tình hình hạn hán đợt hạn hán, thể liệu báo biểu; Cập nhật thông tin ngập úng lưu trữ liệu tình hình ngập úng đợt ngập úng, thể liệu báo biểu; 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Những kết tìm hiểu, nghiên cứu luận văn yêu cầu quản lý nhà nước lĩnh vực thủy lợi thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin cho thấy việc xây dựng hệ thống phần mềm hỗ trợ cho công tác quản lý hệ thống thủy lợi vô cần thiết Hệ thống không hệ thống hỗ trợ quản lý, công cụ đa mục tiêu riêng ngành quản lý mà cịn có tác động to lớn đến phát triển nhiều ngành kinh tế khác xây dựng, giao thông, nông nghiệp, 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 thủy lợi huyện Vĩnh Tường - tỉnh Vĩnh phúc dựa công nghệ hệ thống thông tin địa lý, thông qua: + Xây dựng sở liệu thủy lợi lưu trữ lớp thơng tin chun đề thủy lợi tích hợp với sở liệu đồ địa hình hệ thống GIS thống toàn tỉnh; + Phát triển hệ thống hỗ trợ công tác quản lý thủy lợi công nghệ GIS, phục vụ nội dung sau: • Quản lý, theo dõi thông tin 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 nghiệp địa bàn tỉnh, gồm: Năm xây dựng; dung tích thiết kế; cao trình thiết kế; lưu lượng thiết kế; mức độ kiên cố hố, diện tích tưới tiêu thiết kế; diện tích tưới tiêu thực tế; đơn vị quản lý; • Quản lý thông tin phục vụ công tác theo dõi trình xây dựng, khai thác, tu hệ thống cơng trình thuỷ lợi tỉnh; • Theo dõi công tác tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp, thuỷ sản; • Hỗ trợ theo dõi, đánh giá, dự báo tình hình hạn hán ngập úng diện tích sản xuất nơng nghiệp, thuỷ sản địa bàn huyện − Hỗ trợ công tác quản lý, theo dõi, đánh giá, lập kế hoạch tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp theo đạo sản xuất chung ngành 66 − Hỗ trợ công tác lập Quy hoạch, kế hoạch phát triển sản xuất nông nghiệp tỉnh vùng − Hỗ trợ công tác quy hoạch phát triển kinh tế xã hội huyện Vĩnh Tường tỉnh Vĩnh phúc dựa sở liệu địa lý tích hợp với hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành khác tỉnh − Hệ thống có tính mở cao, dễ phát triển, cập nhật thân thiện với người sử dụng Hệ thống vận hành thực tế bước đầu đánh giá đáp ứng yêu cầu công tác quản lý thủy lợi, giúp cho cơng tác quản lý nhanh chóng hiệu Hướng phát triển Tiếp tục hoàn thiện hệ thống để đáp ứng nhu cầu khác công tác quản lý hệ thống thông tin thủy lợi Phát triển công cụ xử lý liệu Tiếp tục hoàn thiện đến xây dựng hệ thống qui trình chức chuẩn phần mềm quản lý hệ thống thủy lợi toàn ngành nhằm đảm bảo thống hệ thống thông tin quản lý thủy lợi Việt Nam 67 TÀI LIỆU 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 Nội Trung tâm Viễn Thám (2010), Xây dựng hệ thống thông tin thủy lợi Vĩnh Phúc, Thiết kế kỹ thuật Trung tâm Viễn Thám (2012), Xây dựng vận hành sở liệu viễn thám quốc gia dùng chung Đặng Thúy Hồng (2008), Ứng dụng thông tin địa lý trợ giúp cho công tác phịng chống lũ lụt Kinh tế nơng thơn (14/6/2010), Xây dựng 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) ... trường nước hệ thống cơng trình thủy lợi Xuất phát từ vấn đề trên, thực luận văn: ? ?Công nghệ GIS Web xây dựng hệ thống thông tin Thủy lợi? ?? Để nghiên cứu đề tài này, dựa công nghệ Hệ thông tin địa... 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 Chương 2: Xây dựng hệ thống thông tin phục vụ cho thủy lợi. .. dụng Hệ thông tin địa lý công tác xây dựng hệ thông tin phục vụ cho công tác tưới tiêu Nghiên cứu ứng dụng Hệ thông tin địa lý để hỗ trợ giải số vấn đề thủy lợi: + Xây dựng sở liệu thủy lợi lưu