luận án tiến sĩ nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý tài nguyên khoáng sản bằng công nghệ WebGIS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẬU THANH BÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUN KHỐNG SẢN BẰNG CƠNG NGHỆ WEBGIS LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐẬU THANH BÌNH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHỐNG SẢN BẰNG CƠNG NGHỆ WEBGIS Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số: 9520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thân tơi Tồn q trình nghiên cứu tiến hành cách khoa học, số liệu, kết trình bày luận án xác, trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Đậu Thanh Bình ii LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành Bộ mơn Đo ảnh Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong trình thực nghiên cứu, tác giả nhận giúp đỡ, tạo điều kiện thầy, cô giáo đồng nghiệp Bộ môn Đo ảnh Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, phòng Đào tạo Sau đại học Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trường Xuân thầy giáo trực tiếp hướng dẫn bảo cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến tất thầy, cô giáo, nhà khoa học, đồng nghiệp công tác Sở Tài nguyên Môi trường, thủ trưởng đơn vị người thân tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án Xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ x MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 1.1 Thực trạng tài nguyên khoáng sản Việt Nam Nghệ An 1.1.1 Thực trạng khoáng sản Việt Nam 1.1.2 Thực trạng khoáng sản Nghệ An 1.2 Tình hình nghiên cứu giới nước 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nước 30 1.3 Đánh giá kết nghiên cứu 40 1.4 Những vấn đề phát triển luận án 41 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG NỀN TẢNG MÃ NGUỒN MỞ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN .42 2.1 WebGIS mã nguồn mở 42 2.1.1 Tổng quan WebGIS 42 2.1.2 Nền tảng phát triển WebGIS mã nguồn mở 43 2.2 Một số kỹ thuật xử lý liệu dựa mơ hình WebGIS mở 53 2.2.1 WMS 53 2.2.2 WFS 55 2.2.3 TMS 56 2.2.4 WMTS 58 2.2.5 Kỹ thuật lập mục không gian GiST PostGIS 62 iv 2.3 Một số thuật tốn chiết tách thơng tin khoáng sản ảnh viễn thám 64 2.3.1 Chỉ số khoáng sản 64 2.3.2 Phương pháp PCA 66 2.3.3 Phương pháp DPCA 70 2.4 Kết luận chương 71 CHƯƠNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN 73 3.1 Quy trình xây dựng quản lý CSDL tài ngun mơi trường .73 3.2 Mơ hình giải pháp tổng thể xây dựng quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản 75 3.3 Giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản 81 Xây dựng lớp liệu đồ dạng vector 82 Xây dựng lớp liệu không gian mỏ khoáng sản 84 Xây dựng lớp liệu ảnh 85 Xây dựng lớp thơng tin thuộc tính 92 Xây dựng lớp liệu đa phương tiện 93 3.4 Giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống quản lý tài nguyên khoáng sản 93 Mô đun phân quyền 95 Mô đun cập nhập liệu 96 Mô đun truy vấn liệu 97 Mô đun nhập liệu 101 Mô đun phân tích, thống kê 102 3.5 Kết luận chương 102 CHƯƠNG ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU WEBGIS QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN CỦA HUYỆN QUỲ HỢP TỈNH NGHỆ AN 103 4.1 Khu vực thực nghiệm 103 4.2 Xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp 104 v Xây dựng lớp liệu không gian dạng vector 105 Xây dựng bảng liệu thuộc tính 112 Xây dựng lớp liệu không gian dạng raster 116 4.3 Thực nghiệm đánh giá số kỹ thuật xử lý liệu lớn 121 Kỹ thuật đa luồng xử lý ảnh viễn thám kích thước lớn 121 Xây dựng mục không gian GiST CSDL không gian lớn 124 4.4 Xây dựng thử nghiệm WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản Qùy Hợp 130 Xây dựng CSDL khơng gian tài ngun khống sản PostGIS 131 Thiết lập hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản GeoServer 133 Xây dựng giao diện hệ thống WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản 134 4.5 Kết luận chương 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139 A Kết luận 139 B Kiến nghị 139 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 vi DANH MỤC CÁC CHỮ API : Application Programming Interface CSDL : Database DBMS : Database Management System DDP : Degrees per pixel DPCA : Directed Principal Component Analysis ESA : European Space Agency FOSS : Free and Open Source Software GIS : Geographic information system GML : Geography Markup Language GUI : Graphical User Interface HTTP : Hypertext Transfer Protocol HTTPS : Hyper Text Transfer Protocol Secure LAN : Local Area Network OGC : Open Geospatial Consortium OSGeo : Open Source Geospatial Foundation PCA : Principal Components Analysis ROI : Region Of Interest SDE : Spatial Database Engine SDI : Spatial Data Infrastructure SLD : Styled Layer Description SQL : Structured Query Language TMS : Tile Map Service TNKS WCS : Web Coverage Service WFS : Web Processing Service WMS : Web Map Service WMTS : Web Map Tile Service XML : eXtensible Markup Language viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kích thước tập tin thời gian tải dịch vụ WFS tạo máy chủ MapServer, GeoServer ArcServer 45 Bảng 2.2 Kết hồi quy tuyến tính thời gian xử lý WFS kích thước tập tin tải từ ba máy chủ đồ 46 Bảng 2.3 Đánh giá thời gian phản hồi dịch vụ WMS máy chủ .47 Bảng 2.4 So sánh tốc độ xử lý WMS tile map 62 Bảng 2.5 Bảng giá trị riêng 70 Bảng 3.1 Quyền truy cập hệ thống với nhóm đối tượng 96 Bảng 4.1 Danh sách lớp liệu không gian dạng vector huyện Qùy Hợp 106 Bảng 4.2 Sự biểu diễn số lớp liệu không gian hệ thống WebGIS quản lý TNKS Qùy Hợp 109 Bảng 4.3 Bảng thơng tin thuộc tính lớp mỏ khoáng sản 112 Bảng 4.4 Bảng thơng tin thuộc tính lớp doanh nghiệp 113 Bảng 4.5 Bảng thơng tin thuộc tính hoạt động kiểm tra .113 Bảng 4.6 Bảng thơng tin thuộc tính hoạt động xử lý vi phạm 113 Bảng 4.7 Bảng Thông tin lớp giấy phép hoạt động khoáng sản 114 Bảng 4.8 Bảng thơng tin thuộc tính lớp liệu loại khống sản 114 Bảng 4.9 Bảng thơng tin thuộc tính lớp đối tượng cán tham gia công tác quản lý tài nguyên khoáng sản 114 Bảng 4.10 Bảng thông tin lớp phân quyền 115 Bảng 4.11 Bảng thông tin lớp tài khoản người dùng 115 Bảng 4.12 Kết tính tốn đa luồng số oxit sắt 123 Bảng 4.13 Kết tính tốn đa luồng số khoáng sản sét .123 Bảng 4.14 Bảng kết với ST_Dwithin hai tập liệu dạng đường dạng điểm 127 Bảng 4.15 Bảng kết với ST_Dwithin hai tập liệu dạng vùng dạng điểm 127 159 TT 19 20 21 Số hiệu giấy phép 1151/GP-UBND ngày 21/3/2016 3796/GP-UBND ngày 08/8/2016 3797/GP-UBND ngày 08/8/2016 22 3809/GP-UBND ngày 08/8/2016 160 Phụ lục 2: Thơng tin Doanh nghiệp, cơng ty khai thác khống sản Qùy Hợp – Nghệ An Tên Công ty TNHH Toàn Thắng Mã Số Thu 2900328439 Doanh nghiệp TN Dũng Hùng Cơng ty TNHH khai thác khống sản Quang Thắng 2900580420 2900619741 Công ty TNHH khai thác chế biến KS Sông Dinh 2900825889 Hợp tác xã Thành Công 2900487238 Công ty TNHH Hồng Lương Công ty CP KS TM 2900557936 2900806318 Trung Hải Nghệ An Công ty CP KS Pha Lê 103018538 161 Tên Cơng ty TNHH Dun Hồng Doanh nghiệp tư nhân Long Anh Công ty cổ phần Tân Hồng Khang Cơng ty CP đá khống sản Phủ Qùy Công ty CP An Sơn Công ty TNHH Tân Thuận An Cơng ty TNHH Hịa Hiệp Cơng ty TNHH Hà Quang 162 Tên Doanh nghiệp TN Hải Hà Công ty TNHH Thành Trung Hợp tác xã chế biến đá Thanh An Công ty TNHH TM Phúc Hưng 160 Phụ lục Chương trình thử nghiệm số kỹ thuật xử lý ảnh vệ tinh đa phổ Hình PL 2.1 Giao diện thực chức cắt ảnh theo vùng Hình PL 2.2 Giao diện thực chức tổ hợp kênh Hình PL 2.3 Giao diện thực chức tổ hợp kênh 161 Hình PL 2.4 Giao diện thực chức ghép kênh ảnh Hình PL 2.5 Giao diện thực chức PCA 162 Đoạn mã thực tính tốn PCA đầu vào (ảnh đa kênh phổ) // int num = dt.RasterCount; // Số lượng kênh ảnh ảnh đầu vào int NumPC = Convert.ToInt16(args[1]);// args[1]: số lượng ảnh PC cần tạo Console.WriteLine(num.ToString() + " " + NumPC.ToString()); int w = dt.RasterXSize; // chiều rộng ảnh int h = dt.RasterYSize;// chiều cao ảnh int length = w * h;// kích thước kênh ảnh double[,] data = new double[length, num];// Lưu trữ liệu ảnh double[] buffer = new double[length]; //****************** Bước 1: Lấy liệu *********************** for (int i = 1; i 0) count++;// Chỉ xét điểm ảnh có thơng tin for (int i = 0; i < num; i++) { sum = 0; for (int j = 0; j < length; j++) sum += data[j, i]; mean[i] = sum / length;// Tính giá trị trung bình kênh for (int j = 0; j < length; j++) dataAdjust[j, i] = data[j, i] - mean[i];//Xác định lại tâm tập liệu } //************* Bước 3: Tính ma trận hiệp phương sai *************** double[,] Cov = new double[num, num]; for (int i = 0; i < num; i++) for (int j = i; j < num; j++) { sum = 0; for (int k = 0; k < length; k++) { sum += dataAdjust[k, i] * dataAdjust[k, j]; } Cov[i, j] = sum / (length-1); } for (int i = 0; i < num; i++) for (int j = i - 1; j >= 0; j ) { Cov[i, j] = Cov[j, i];// Do ma trận hiệp phương sai đối xứng } 164 //************** Bước 3: Tính tốn trị rieng, vector riêng ****************************** EigenvalueDecomposition evd = new EigenvalueDecomposition(Cov); double[] _eigenvalues = evd.RealEigenvalues;// Trị riêng xếp theo thứ tự tăng dần => PC1 cuối double[,] _eigenvectors = evd.Eigenvectors;// Vector riêng xếp theo thứ tự PC2, PC1 giá trị vector riêng theo cột // Sắp xếp lại trị riêng - vector riêng double[] eigenvalues = new double[num]; // Trị riêng xếp theo thứ tự giảm dần double[,] eigenvectors = new double[num, num]; // Vector riêng xếp theo thứ tự PC1,PC2 giá trị vector riêng theo cột for (int i = 0; i < num; i++) eigenvalues[i] = _eigenvalues[num - - i];// Sắp xếp lại thứ tự trị riêng //for (int i = 0; i < num; i++) // { for (int j = 0; j < num; j++) { eigenvectors[j, 0] = _eigenvectors[j, num - 1];// Sắp xếp lại thứ tự vector rieng theo trị riêng } //} // - Đảo ngược lại giá trị vector riêng for (int i = 1; i < num; i++) { for (int j = 0; j < num; j++) { eigenvectors[j, i] = -_eigenvectors[j, num - - i];// Sắp xếp lại thứ tự vector rieng theo trị riêng } } //********** Bước 4: Tính tốn giá trị PC ******************** 165 double[,] finalData = new double[length, num]; //Mảng lưu giá trị PC với số hàng PC; số cột số PC finalData = Accord.Math.Matrix.Multiply(dataAdjust, eigenvectors); // Tính toán PC Tổng hợp giấy phép UBND tỉnh Nghệ An cấp cho khai thác khống sản (cịn hiệu lực) – Theo số liệu tổng hợp Phịng Khống sản – Sở Tài nguyên Môi trường Nghệ An TT 10 11 Số lượng giấy phép khai thác khoáng sản theo địa phương (còn hiệu lực) TT 166 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tổng hợp giấy phép khai thác Bộ TN&MT cấp (còn hiệu lực) TT Tổng hợp giấy phép khai thác theo địa phương Bộ TN&MT cấp (còn hiệu lực) TT ... pháp kỹ thuật xây dựng quản lý CSDL tài nguyên khoáng sản: giải pháp kỹ thuật xây dựng CSDL tài nguyên khoáng sản; giải pháp kỹ thuật quản lý tài nguyên khoáng sản - Xây dựng thực nghiệm CSDL WebGIS. .. nghiên cứu xây dựng sở liệu WebGIS phục vụ quản lý tài nguyên khoáng sản Chương Cơ sở khoa học ứng dụng tảng mã nguồn mở xây dựng sở liệu quản lý tài nguyên khoáng sản Chương Giải pháp kỹ thuật xây. .. xây dựng sở liệu WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản Chương Ứng dụng giải pháp kỹ thuật xây dựng sở liệu WebGIS quản lý tài nguyên khoáng sản huyện Qùy Hợp tỉnh Nghệ An Kết luận kiến nghị Tài liệu