Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh quảng ninh

ĐAỊ HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - Nguyễn Thị Hữu Phƣơng XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐAỊ HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - Nguyễn Thị Hữu Phƣơng XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám Hệ thông tin địa lý Mã số: 60.44.76 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Xuân Hà Nội - 2011 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Mục tiêu đề tài 11 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 11 Nội dung nghiên cứu 11 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 12 Bố cục luận văn 12 CHƢƠNG 13 TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU .13 1.1 Khái niệm chung sở liệu 13 1.1.1 Cơ sở liệu hệ sở liệu 13 1.1.2 Kiến trúc hệ sở liệu tính độc lập liệu 14 1.1.3 Thể lƣợc đồ sở liệu 16 1.1.4 Các mô hình sở liệu 17 1.1.5 Chuẩn sở liệu 21 1.2 Cấu trúc sở liệu hệ thống 24 1.2.1 Cấu trúc liệu 24 1.2.2 Cơ sở liệu không gian 25 1.3 Tổng quan cấu trúc sở liệu địa lý 33 CHƢƠNG 37 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU THÔNG TIN ĐỊA LÝ 37 2.1 Tổ chức sở liệu ArcGis 37 2.1.1 Geodatabase – Cơ sở liệu địa lý 37 2.1.2 Phân loại Geodatabase 40 2.2 Các bƣớc thiết kế sở liệu địa lý 41 2.2.1 Thiết kế khái niệm 41 2.2.2 Thiết kế logic 42 2.2.3 Thiết kế vật lý 42 2.3 Mơ hình hóa liệu 42 2.3.1 Mơ hình hóa khái niệm 42 2.3.2 Mơ hình hóa logic 43 2.3.3 Mơ hình hóa vật lý 43 2.4 Mơ hình hóa Geodatabase với UML 44 2.4.1 Ngơn ngữ mơ hình hóa thống – UML (Unified Modeling Language) 44 2.4.2 Các thành phần UML 46 2.4.3 Các quy tắc UML 49 2.4.4 Mô hình hóa Geodatabase với UML 50 2.5 Quy định ngôn ngữ biểu diễn mơ hình cấu trúc liệu GIS 52 2.5.1 Quy định áp dụng ngôn ngữ biểu diễn mơ hình cấu trúc liệu địa lý 52 2.5.2 Giới hạn áp dụng UML 52 2.6 Lựa chọn công nghệ 54 2.7 Lựa chọn công cụ để thiết kế sở liệu 55 2.8 Quy trình cơng nghệ 57 CHƢƠNG 60 CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA RỪNG VÀ .60 CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG .60 3.1 Đặc trƣng lớp phủ rừng Việt Nam 60 3.2 Phân loại rừng theo chức 65 3.3 Công tác tổ chức quản lý lớp phủ rừng 65 3.3.1 Nguyên tắc tổ chức quản lý rừng 68 3.3.2 Tổ chức quản lý rừng 69 CHƢƠNG 73 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUẢN LÝ LỚP PHỦ RỪNG TỈNH QUẢNG NINH 73 4.1 Đặc điểm chung tỉnh Quảng Ninh 73 4.1.1 Vị trí địa lý 73 4.1.2 Địa hình 73 4.1.3 Khí hậu 74 4.1.4 Tài nguyên thiên nhiên 74 4.2 Xây dựng sở liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.1 Đặc điểm rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.2 Xây dựng sở liệu địa lý 75 4.2.3 Xây dựng sở liệu lớp phủ rừng 83 4.2.4 Xây dựng siêu liệu Metadata 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông tin loại cáp lắp đặt tuyến cáp .19 Bảng 1.2 Danh mục loại cáp .19 Bảng 1.3 Thông tin tuyến cáp 19 Bảng 2.1 Cấu trúc Geodatabase 39 Bảng 2.2 So sánh hai kiểu Geodatabase 41 Bảng 2.3 Bảng tổng hợp thành phần cấu trúc Geodatabase 50 Bảng 4.1 Các trƣờng miền giá trị chúng 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kiến trúc hệ sở liệu 14 Hình 1.2 Dữ liệu biểu diễn dƣới dạng phân cấp 17 Hình 1.3 Mơ hình mạng 18 Hình 1.4 Mơ hình hóa thực thể theo điểm quản lý 20 Hình 1.5 Mơ hình thực thể quan hệ theo quan điểm nghề nghiệp cơng việc 20 Hình 1.6 Minh họa thông tin Raster 26 Hình 1.7 Yếu tố hình học topology đối tƣợng điểm 27 Hình 1.8 Yếu tố hình học topology đối tƣợng đƣờng 27 Hình 1.9 Yếu tố hình học topology đối tƣợng vùng 27 Hình 1.10 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm 28 Hình 1.11 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng đƣờng 28 Hình 1.12 Dữ liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng 29 Hình 1.13 Quan hệ topology .30 Hình 1.14 Yếu tố hình học topology liệu vector 30 Hình 1.15 Cấu trúc liệu topology (dạng đƣờng) 30 Hình 1.16 Cấu trúc liệu topology (dạng vùng) 31 Hình 1.17 Cấu trúc liệu topology (nút, đƣờng, vùng) 31 Hình 1.18 Minh họa liệu Vector Spaghetti 31 Hình 1.19 Cơ sở liệu thuộc tính 32 Hình 1.20 Cơ sở liệu mối quan hệ với liệu đồ chuyên đề .34 Hình 2.1 Geodatabase ArcGIS 38 Hình 2.2 Mơ hình sở liệu không gian ESRI .38 Hình 2.3 Các bƣớc phát triển sở liêu GIS 41 Hình 2.4 Mơ hình sở liệu khái niệm không gian đơn giản .43 Hình 2.5 Chuyển đổi từ mơ hình E-R thành thiết kế logic sở liệu 43 Hình 2.6 Ví dụ lƣợc đồ vật lý 44 Hình 2.7 Những mức độ rút gọn tổ chức thông tin 44 Hình 2.8 Biểu đồ UseCase mức chi tiết 45 Hình 2.9 Ví dụ lớp UML 46 Hình 2.10 Usecase UML 46 Hình 2.11 Tƣơng tác UML 47 Hình 2.12 Ký hiệu Quan hệ phụ thuộc 47 Hình 2.13 Quan hệ kết hợp UML 47 Hình 2.14 Quan hệ tập hợp .47 Hình 2.15 Quan hệ kế thừa .48 Hình 2.16 Sử dụng ESRI CASE Tools để mơ hình hóa Geodatabase 51 Hình 2.17 Mơ hình hóa khái niệm 52 Hình 2.18 Màn hình khởi động MS.Visio 56 Hình 2.19 Quy trình cơng nghệ thiết kế sở liệu hệ thông tin địa lý 57 Hình 3.1 Rừng bạch đàn (thuần lồi) 61 Hình 3.4 Diện tích rừng, theo phân loại rừng năm 2005 66 Hình 3.5 Độ che phủ rừng Việt Nam năm 1983 năm 2004 67 Hình 4.1 Bản đồ hành tỉnh Quảng Ninh 73 Hình 4.3 Các lớp liệu địa lý 75 Hình 4.4 Xây dựng sở liệu lớp Cơ sở đo đạc 76 Hình 4.5 Xây dựng sở liệu lớp Biên giới địa giới 77 Hình 4.6 Xây dựng sở liệu lớp Phủ bề mặt .78 Hình 4.7 Xây dựng sở liệu lớp Dân cƣ sở hạ tầng .79 Hình 4.8 Xây dựng sở liệu lớp Giao thông .80 Hình 4.9 Xây dựng sở liệu lớp Thủy hệ 81 Hình 4.10 Lớp Địa hình 82 Hình 4.11 Các gói liệu Geodatabase 83 Hình 4.12 Bản đồ lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh Error! Bookmark not defined Hình 4.13 Cơ sở liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng với Visio .84 Hình 4.14 Domain TruLuongRung 85 Hình 4.15 Domain TacDongCuaConNguoi 85 Hình 4.16 Domain NguonGocSinhTruong .85 Hình 4.17 Domain TuoiRung 86 Hình 4.18 Domain ChucNangSuDungRung .86 Hình 4.19 Domain loaiRanhGioiRung 86 Hình 4.20 Bảng trƣờng thuộc tính lớp phủ rừng 86 Hình 4.17 Thơng tin Metadata 87 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Giá trị nhiều mặt rừng đƣợc đề cập cách rõ ràng vài thập niên gần đây, rừng không đơn cung cấp gỗ lâm sản, mà cịn mơi trƣờng bảo vệ đầu nguồn, bảo vệ nguồn nƣớc, bảo vệ khí hậu thông qua hấp thụ CO2, môi trƣờng sinh sống nhiều loài động vật quý … Lớp thực vật che phủ bề mặt vùng phản ánh trạng tài nguyên thực vật nguồn tài nguyên sinh vật khác tồn Đặc điểm tự nhiên vùng đƣợc thể qua lớp thảm thực vật lớp thảm thực vật phản ánh trở lại phần tính chất đặc điểm tự nhiên vùng Thảm thực vật rừng tảng môi trƣờng tài nguyên rừng Thảm thực vật rừng cịn đƣợc coi lớp thơng tin phản ánh tính đa dạng sinh học cho vùng, địa phƣơng Một dịch vụ quan trọng rừng bảo vệ đầu nguồn, bảo vệ nguồn nƣớc Hiện nay, nạn chặt phá khai thác rừng cách bừa bãi, diện tích rừng giảm cách nghiêm trọng Kéo theo lũ lụt, hạn hán tƣợng thời tiết cực đoan Trong giai đoạn nay, việc phát triển bền vững phải gắn liền với quản lý, khai thác, bảo vệ rừng cách hợp lý Vì việc quản lý lớp phủ rừng yêu cầu cấp thiết quan trọng Yêu cầu phải có biện pháp sách quản lý, sử dụng cách hợp lý Hiện nay, với phát triển công nghệ thông tin hệ thông tin địa lý, mở hƣớng nghiên cứu tiếp cận cho việc quản lý tài nguyên rừng nói chung lớp phủ rừng nói riêng Việc lập đƣợc sở liệu lớp phủ rừng thống hoàn chỉnh điều cần thiết để quản lý rừng đƣợc xác cập nhật nhanh chóng Vấn đề đặt xây dựng sở liệu hợp chuẩn, dễ cập nhật, dễ sửa đổi thao tác cách dễ dàng Việc sử dụng UML thiết kế sở liệu phục vụ cho công tác quản lý lớp phủ rừng giảm bớt đƣợc nhiều thời gian việc thống kê, báo cáo rừng hàng năm Việc thiết kế sở liệu 10 - Lớp sở đo đạc Hình 4.4 Xây dựng sở liệu lớp Cơ sở đo đạc 76 - Biên giới địa giới Hình 4.5 Xây dựng sở liệu lớp Biên giới địa giới 77 - Phủ bề mặt Hình 4.6 Xây dựng sở liệu lớp Phủ bề mặt 78 - Dân cƣ sở hạ tầng Hình 4.7 Xây dựng sở liệu lớp Dân cƣ sở hạ tầng 79 - Giao thơng Hình 4.8 Xây dựng sở liệu lớp Giao thông 80 - Thủy hệ Hình 4.9 Xây dựng sở liệu lớp Thủy hệ 81 - Địa hình Hình 4.10 Lớp Địa hình 82 Kết thu đƣợc Geodatabase liệu chứa gói liệu địa lý Hình 4.11 Các gói liệu Geodatabase 4.2.3 Xây dựng sở liệu lớp phủ rừng Cơ sở liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng dựa đồ trạng rừng tỉnh Quảng Ninh tỷ lệ 1/50.000 Xây dựng sở liệu lớp phủ rừng dựa file mẫu đƣợc tích hợp sẵn ArcGIS Cơ sở liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng với MS.Visio nhƣ sau: 83 Hình 4.13 Cơ sở liệu lớp phủ rừng đƣợc xây dựng với Visio 84 Cơ sở liệu lớp phủ rừng đƣợc thiết kế dựa kế thừa kiểu liệu ESRI Dữ liệu lớp phủ rừng bao gồm trƣờng: Tên trƣờng STT Kiểu liệu MaDoiTuong esriFieldTypeString Diachi esriFieldTypeString TenRung esriFieldTypeString TenDoiTuongQuanLy esriFieldTypeString DienTich esriFieldTypeDouble KieuRung ChucNangSuDung TruLuong TacDongCuaConNguoi 10 NguonGocSinhTruong 11 TuoiRung 12 RanhGioiRung Bảng 4.1 Các trƣờng miền giá trị chúng Trong đó, trƣờng ChucNangSuDung, TruLuong, NguonGocSinhTruong, TuoiRung đƣợc thiết kế thành Domain riêng Hình 4.14 Domain TruLuongRung Hình 4.15 Domain TacDongCuaConNguoi Hình 4.16 Domain NguonGocSinhTruong 85 Hình 4.17 Domain TuoiRung Hình 4.18 Domain ChucNangSuDungRung Hình 4.19 Domain loaiRanhGioiRung Kết việc thiết kế sở liệu lớp phủ rừng ta có bảng trƣờng thuộc tính lớp phủ rừng Hình 4.20 Bảng trƣờng thuộc tính lớp phủ rừng 86 4.2.4 Xây dựng siêu liệu Metadata Metadata tập liệu bao gồm nhiều thông tin nhƣ: - Tên tập liệu Metadata - Ngôn ngữ đƣợc sử dụng để xây dựng liệu Metadata - Mô tả tổng quan liệu Metadata: sở liệu địa lý sở liệu chuyên đề lớp phủ rừng đƣợc xây dựng từ đồ nhằm mục đích tạo nguồn sở liệu cung cấp thông tin liên quan đến trình thiết kế, xây dựng, kiểm tra, cập nhật phân phối liệu Việc xây dựng khai thác sử dụng sở liệu phục vụ cho công tác lập quy hoạch công tác quản lý vĩ mơ vấn đề có liên quan đến sở liệu đồ vùng lãnh thổ - Ngày hoàn thành việc xây dựng liệu Metadata - Phiên liệu Metadata - Việc xây dựng liệu Metadata đƣợc thực phần mềm ArcCatalog ArcGIS Hình 4.17 Thơng tin Metadata Kết trình thực nghiệm sở liệu lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh sở liệu địa lý hệ thống ArcGIS 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Hệ thông tin địa lý với tính đa dạng phong phú ngày phát huy vai trị quan trọng hoạt động đời sống xã hội sở liệu thành phần quan trọng hệ sở liệu GIS Công nghệ GIS cung cấp giải pháp cho lƣu trữ, tra cứu, cập nhật, phân tích, xử lý phân phối tích hợp dạng liệu địa lý với dạng liệu thuộc tính Hệ thơng tin địa lý có khả chuẩn hóa ngân hàng liệu để đƣa vào hệ thống xử lý khác nên khả khai thác liệu lớn Phần mềm ArcGIS ESRI đƣợc sử dụng rộng rãi giới, hỗ trợ đọc đƣợc đƣợc nhiều định dạng liệu khác nhƣ: shapefile, geodatabase, raster ArcGIS đƣợc sử dụng rộng rãi ứng dụng GIS việc thiết kế ứng dụng ArcGIS đƣa tồn liệu khơng gian vào Geodatabase, Geodatabase sở liệu hƣớng đối tƣợng UML ngày trở thành công cụ thiết kế sở liệu hữu hiệu Kết hợp UML ArcGIS giúp cho việc thiết kế liệu địa lý dễ dàng hơn, sử dụng CASE Tools giúp cho cơng việc phát triển bảo trì hệ thống trở nên dễ dàng ArcCatalog tạo liệu Geodatabase theo mơ hình thiết kế UML Ngày nay, ảnh hƣởng tƣợng nóng lên tồn cầu ngày đƣợc thể rõ hoạt động sản xuất đời sống hàng ngày ngƣời Việc quản lý lớp phủ rừng cần nhiều hỗ trợ từ ngành có liên quan để thơng tin đƣợc cập nhật nhanh chóng liệu thống Việc xây dựng sở liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng cần thiết Với tính vƣợt trội công nghệ GIS, với mạnh phần mềm ArcGIS thuận tiện UML giúp cho việc xây dựng sở liệu lớp phủ rừng trở nên dễ dàng hơn, kết cho độ xác cao Từ nâng cao đƣợc lực quản lý, giúp bảo vệ tài nguyên rừng Dữ liệu lớp phủ rừng đƣợc quản lý cách tích hợp thống nhất, đảm bảo quan hệ chặt chẽ đối tƣợng sở liệu mặt không gian nhƣ thời gian Cơ sở liệu có tính mở có khả cập nhật cần thiết 88 Kết mà luận văn đạt đƣợc là: - Đề tài nghiên cứu cách tƣơng đối tồn diện vấn đề có liên quan đến việc xây dựng sở liệu địa lý nhƣ: GIS, sở liệu nền, sở liệu lớp chuyên đề rừng từ đồ 1/50.000 - Đề tài xây dựng đƣợc mơ hình cấu trúc liệu theo ”Quyết định số 06/2007QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007” Bộ Tài nguyên Môi trƣờng - Đề tài áp dụng thành công mô hình cấu trúc liệu địa lý lớp phủ rừng từ đồ tỷ lệ 1/50.000 tỉnh Quảng Ninh Kết cho độ tin cậy cao đầy đủ thông tin - Metadata tạo nguồn sở liệu cung cấp thông tin liên quan đến trình thiết kế, xây dựng, cập nhật phân phối liệu Việc xây dựng khai thác sử dụng sở liệu phục vụ cho công tác lập quy hoạch công tác quản lý vĩ mơ vấn đề có liên quan Kiến nghị Cần mở rộng nghiên cứu công nghệ xây dựng sở liệu lớp phủ rừng để nâng cao độ xác đáp ứng yêu cầu xây dựng sở liệu lớp phủ rừng tỷ lệ lớn Quy trình cơng nghệ cịn phức tạp, cần nghiên cứu phƣơng pháp xây dựng sở liệu sử dụng phần mềm tích hợp đƣợc chức hỗ trợ thực quy trình xây dựng sở liệu cách đơn giản 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quốc Bình (2007), Đại cương hệ thông tin địa lý Lâm nghiệp, Trƣờng Đại học Nơng lâm Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phồ Hồ Chí Minh Bộ Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn – Chƣơng trình hỗ trợ ngành Lâm nghiệp đối tác (2006), Cẩm nang ngành Lâm nghiệp – Chương Quản lý rừng bền vững, Hà Nội Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn (2009), Thông tư số 25/2009/TT-BNN việc Hướng dẫn thực thống kê, kiểm kê rừng lập hồ sơ quản lý rừng, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2007), Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT việc ban hành Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý quốc gia, Hà Nội JanBojo, Nguyễn Thế Dũng nnk (2010), Báo cáo phát triển Việt Nam 2011 – Báo cáo tài nguyên thiên nhiên, Hà Nội Trần Đình Quế, Nguyễn Mạnh Sơn (2007), Phân tích thiết kế hệ thống thơng tin, Học viện Cơng nghệ Bƣu viễn thông, Hà Nội Nguyễn Cao Tùng, Viện điều tra quy hoạch rừng (2007), Nghiên cứu ứng dụng, khảo nghiệm, xây dựng số modul phục vụ theo dõi diễn biến tài nguyên rừng quản lý tài nguyên rừng, Hà Nội Thủ tƣớng Chính phủ (2006), Quyết định Thủ tướng Chính phủ số 186/2006/QĐ-TTg ngày 14 tháng năm 2006 việc ban hành Quy chế quản lý rừng, Hà Nội Nguyễn Trƣờng Xuân (2005), Giáo trình hệ thơng tin địa lý, Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội 10 Viện tƣ vấn phát triển kinh tế - xã hội nông thôn miền núi (2009), Báo cáo thực quản lý rừng bền vững Việt Nam, Hà Nội 11 www.quangninh.gov.vn 12 www.esri.com/geodatabase 90 ... với đề tài ? ?Xây dựng sở liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh? ?? cần thiết Mục tiêu đề tài Xây dựng sở liệu lớp phủ rừng phục vụ công tác quản lý rừng tỉnh Quảng Ninh Đối... Xây dựng sở liệu GIS phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.1 Đặc điểm rừng tỉnh Quảng Ninh 74 4.2.2 Xây dựng sở liệu địa lý 75 4.2.3 Xây. .. quan sở liệu Chƣơng II: Các đặc trƣng rừng công tác quản lý lớp phủ rừng Chƣơng III: Thiết kế sở liệu thông tin địa lý Chƣơng IV: Xây dựng sở liệu phục vụ công tác quản lý lớp phủ rừng tỉnh Quảng