Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh yên thái, huyện đan phượng, thành phố hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT LÊ HƯƠNG GIANG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ CƠNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành : Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số : 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN ĐÌNH TRỌNG HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 01tháng 03 năm 2015 Tác giả luận văn Lê Hương Giang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ PHẦN MỀM ARCGIS 10 1.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (GIS) 10 1.1.1 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý GIS 10 1.1.2 Chức hệ thống thông tin địa lý GIS 11 1.1.3 Khả ứng dụng GIS 11 1.2 Sự hình thành phát triển GIS 12 1.3 Các thành phần hệ thống thông tin địa lý 13 1.4 Các chức phần mềm hệ thống thông tin địa lý 15 1.5 Tình hình ứng dụng GIS giới Việt Nam 18 1.5.1 Ứng dụng GIS giới 18 1.5.2 Tình hình ứng dụng GIS Việt Nam 18 1.6 Giới thiệu phần mềm ArcGIS 19 1.6.1 ArcMap 21 1.6.2 ArcCatalog 23 1.6.3 ArcToolbox 25 1.7 Khái niệm sở liệu (CSDL) …25 1.8 Xây dựng CSDL phần mềm ArcGIS …27 1.8.1.Cấu trúc CSDL địa lý (Geodatabase)trong ArcGIS 27 1.8.2 Nhập liệu từ nguồn khác vào ArcGIS 30 CHƯƠNG 2: CÔNG TÁC KHẢO SÁT, THIẾT KẾ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG CỦA GIS TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ TUYẾN 31 2.1 Đặc trưng cơng trình dạng tuyến 31 2.2 Yêu cầu nội dung khảo sát địa hình cơng trình thuỷ lợi 32 2.3 Đặc điểm lưới khống chế cho tuyến kênh mương 35 2.4 Các tài liệu cần thiết phục vụ khảo sát thiết kế tuyến kênh mương 35 2.5 Công tác trắc địa thời kỳ khảo sát thiết kế thi công 36 2.6 Công tác đo vẽ mặt cắt địa hình 36 2.6.1 Mặt cắt dọc 36 2.6.2 Mặt cắt ngang 37 2.7 Ứng dụng GIS thiết kế tuyến 39 2.7.1 Quy trình thiết kế tuyến phần mềm ArcGIS 39 2.7.2 Xây dựng sở liệu địa hình phục vụ thiết kế tuyến kênh 39 2.7.3.Ứng dụng mơ hình số độ cao thiết kế tuyến kênh 45 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG THÀNH PHỐ HÀ NỘI 50 3.1 Mục đích yêu cầu thực nghiệm 50 3.1.1 Mục đích 50 3.1.2 Yêu cầu 50 3.2 Điều kiện, tự nhiên, kinh tế khu vực thực nghiệm 51 3.3 Xây dựng sở liệu địa hình huyện Đan Phượng 52 3.3.1 Đánh giá nguồn liệu đầu vào 52 3.3.2 Thiết kế Geodatabase 53 3.3.3 Chuẩn hóa liệu gốc 55 3.3.4 Chuyển liệu từ phần mềm Autocad để tạo feature class 57 3.3.5 Kết xây dựng CSDL DanPhuong_DiaHinh 72 3.3.6 Ứng dụng sở liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang 73 3.3.7 Đánh giá kết thực nghiệm 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU NỘI DUNG CSDL Cơ sở liệu GIS Hệ thống thông tin địa lý TIN Mạng lưới tam giác bất quy tắc DEM Mơ hình số độ cao DBMS Hệ quản trị sở liệu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Quan hệ tỉ lệ bình đồ yêu tố ……………………….……33 Bảng 2.2 Quan hệ tỉ lệ cắt dọc yếu tố……………………….…34 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các thành phần GIS 14 Hình 1.2 Sơ đồ tổ chức hệ thống GIS 15 Hình 1.3 Các sản phẩm phần mềm ESRI 20 Hình 1.4 Giao diện ArcMap 22 Hình 1.5 Giao diện ArcCatalog 24 Hình 1.6 Giao diện ArcToolbox 25 Hình 1.7 Cấu trúc sở liệu Geodatabase 29 Hình 2.1 Cơng tác đo mặt cắt dọc 37 Hình 2.2 Các vị trí mặt cắt ngang theo tim tuyến………… …………….…38 Hình 2.3 Quy trình thiết kế tuyến phần mềm ArcGIS…………… ….39 Hình 3.1 Tạo hệ thống tọa độ 54 Hình 3.2 Cấu trúc CSDL DanPhuong_DiaHinh…………………….………55 Hình 3.3 Dữ liệu gốc lưu trữ phần mềm AutoCad 56 Hình 3.4 Tạo file CS_DiemKhongChe ArcCatalog……… …………58 Hình 3.5 Kết file CS_DiemKhongChe vẽ nhập thuộc tính bên ArcMap 59 Hình 3.6 Kết file RG_vung vẽ nhập thuộc tính bên ArcMap 60 Hình 3.7 Chuyển liệu điểm độc cao từ phần mềm Autocad vào phần mềm ArcGis 61 Hình 3.8 Tạo trường DoCao cho file DH_DiemDoCao 62 Hình 3.9 Kết file DH_DiemDoCao sau chuyển nhập thuộc tính 62 Hình 3.10 Chuyển feature class DH_DiemDoCao2d sang file DH_DiemDoCao 63 Hình 3.11 Tạo mơ hình số độ cao dạng lưới tam giác bất quy tắc TIN 64 Hình 3.12 Kết chạy mơ hình số độ cao dạng lưới tam giác bất quy tắc TIN 64 Hình 3.13: Kết feature class GT_Duong, GT_vung, GT_cau thuộc nhóm lớp giao thơng 66 Hình 3.14 Kết tạo feature class TH_Duong, TH_Vung thuộc nhóm thuỷ hệ 67 Hình 3.15: Kết tạo feature class DC_KTVHXH thuộc nhóm dân cư 68 Hình 3.16 Kết tạo feature class TV_Vung thuộc nhóm thực vật 69 Hình 3.17 Tính trường thuộc tính DoCao feature class TKTK_CocDo 70 Hình 3.18 Kết feature class TKTK_TimTuyenKenh , TKTK_CocDo, TKTK_MatCatNgang nhóm tuyến kênh thiết kế 72 Hình 3.19 Kết CSDL DanPhuong_DiaHinh 72 Hình 3.20 Kết tạo mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái 73 Hình 3.21 Kết mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái lưu trữ trình bày phần mềm Excel 74 Hình 3.22 Mặt cắt ngang cọc đo C1 74 Hình 3.23 Kết mặt cắt ngang cọc C1 lưu trữ trình bày phần mềm Excel 75 Hình 3.24 So sánh kết độ cao cọc đo kết đo thực tế ứng dụng sở liệu địa hình phần mềm ArcGIS………………… 76 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện với phát triển công nghệ thông tin đặc biệt việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) quản lý, phân tích xử lý liệu địa lý áp dụng rộng rãi để giải toán chuyên ngành liên quan đến bề mặt lãnh thổ Việc xây dựng sở liệu địa hình công cụ đắc lực phục vụ công tác quản lý điều hành quy hoạch phát triển kinh tế xã hội an ninh quốc phòng Cơ sở liệu địa hình giúp người dùng truy cập nhiều thơng thuộc tính, trình bày hiển thị chiết xuất theo phạm vi địa giới hành đến cấp xã, người dùng lựa chọn theo đối tượng, chủ đề nhiều đối tượng phạm vi mà quan tâm lúc mà đồ giấy trước khơng có Đồng thời sở liệu địa hình cịn sử dụng làm liệu phục vụ chuyên ngành, lĩnh vực giao thông, thuỷ lợi, nông nghiệp, môi trường,… sử dụng làm sở để xây dựng sở liệu riêng phục vụ cho chuyên ngành Xuất phát từ vấn đề trên, với mong muốn nghiên cứu chức năng, ứng dụng sở liệu địa hình phần mềm ArcGIS việc lựa chọn, thiết kế tuyến chọn đề tài "Xây dựng sở liệu địa hình phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh Yên Thái, huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội" Mục đích đề tài Xây dựng sở liệu địa hình từ đưa phương án thiết kế tuyến thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang Nội dung nghiên cứu đề tài Xây dựng quy trình thành lập sở liệu địa hình từ nguồn liệu khác phần mềm ArcGis Ứng dụng sở liệu địa hình để đưa phương án thiết kế tuyến kênh Trên sở để thành lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang Phương pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp nghiên cứu phân tích, tổng hợp tài liệu: + Nghiên cứu thực trạng tình hình liệu đồ địa hình + Nghiên cứu ứng dụng xây dựng quản lý CSDL phần mềm ArcGIS - Phương pháp thực nghiệm: + Thực nghiệm xây dựng sở địa hình theo quy định phần mềm ArcGIS + Thực nghiệm ứng dụng sở liệu địa hình phục vụ cơng tác thiết kế tuyến kênh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: góp phần khẳng định khả ứng dụng sở liệu địa hình lĩnh vực khảo sát, thiết kế cơng trình mở hướng nghiên cứu như: quản lý, quy hoạch, lập dự án thiết kế tuyến phạm vi lãnh thổ Ý nghĩa thực tế: Đề tài làm đa dạng thêm phương pháp thiết kế tuyến đặc biệt giúp cho việc thiết kế tuyến từ sở liệu địa hình cách nhanh chóng, tốn mà đảm bảo yêu cầu độ xác Bố cục luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương, phần kết luận kiến nghị trình bày 80 trang với bảng 34 hình vẽ 66 Hình 3.13: Kết feature class GT_Duong, GT_vung, GT_cau thuộc nhóm lớp giao thơng 3.3.4.5 Tạo feature class thuộc nhóm lớp ThuyHe Từ liệu đầu vào BD kenh 2-6 pk.dwg save as thành file thuyhe.dwg, xóa đối tượng khơng thuộc nhóm lớp giao thơng sau tiến hành chỉnh sửa lỗi liệu lỗi bắt điểm snap, lỗi chồng đè Tiến hành làm bước tương tự feature class file giao thông để tạo file TH_Duong, TH_Vung 67 Hình 3.14 Kết tạo feature class TH_Duong, TH_Vung thuộc nhóm thuỷ hệ 3.3.4.6 Tạo feature class thuộc nhóm lớp DanCu Từ liệu đầu vào BD kenh 2-6 pk.dwg save as thành file dancu.dwg, xóa đối tượng khơng thuộc nhóm lớp giao thơng sau tiến hành chỉnh sửa lỗi liệu lỗi bắt điểm snap, lỗi chồng đè Tiến hành làm bước tương tự feature class file giao thông để tạo DC_KTVHXH_vung file DC_KTVHXH_diem, DC_KTVHXH_duong, 68 Hình 3.15: Kết tạo feature class DC_KTVHXH thuộc nhóm dân cư 3.3.4.7 Tạo feature class thuộc nhóm lớp ThucVat Từ liệu đầu vào BD kenh t2-6 pk.dwg save as thành file thucvat.dwg, xóa đối tượng khơng thuộc nhóm lớp thực vật sau tiến hành chỉnh sửa lỗi liệu lỗi bắt điểm snap, lỗi chồng đè , đặt ghi vùng thực vật Tiến hành làm bước tương tự feature class file giao thông để tạo file TV_Vung 69 Hình 3.16 Kết tạo feature class TV_Vung thuộc nhóm thực vật 3.3.4.8 Tạo feature class thuộc nhóm lớp TuyenKenhThietKe Sau thành lập sở liệu địa hình ta dùng sở vừa xây dựng để tìm vị trí thích hợp để xây dựng tuyến kênh vị trí cọc đo Việc sử dụng sở liệu địa hình để tìm vị trí xây dựng tuyến kênh vị trí cọc đo giúp cho việc thiết kế tuyến nhanh chóng, tốn mà đảm bảo độ xác Sau khảo sát tìm vị trí tim tuyến kênh vị trí cọc đo ta tiến hành đưa tim tuyến kênh vị trí cọc đo đưa vào sở liệu địa hình vừa xây dựng - Tạo mặt cắt ngang tim tuyến kênh vừa thiết kế Để vẽ mặt cắt ngang tuyến kênh ta sử dụng công cụ SketchTool ArcMap để bổ sung mặt cắt ngang vào CSDL - Mở ArcCatalog để tạo thêm feature class TKTK_TimTuyenKenh, TKTK_CocDo, TKTK_MatCatNgang 70 - Chuyển file TKTK_TimTuyenKenh TKTK_CocDo sang dạng 3D cách dựa vào mơ hình số độ cao dạng TIN thành lập từ trước 3D Analyst → Convert →Feature to 3D - Thuộc tính DoCao file TKTK_CocDo tính Field Caculator bảng thuộc tính Hình 3.17 Tính trường thuộc tính DoCao feature class TKTK_CocDo 71 Hình 3.18 Kết feature class TKTK_TimTuyenKenh , TKTK_CocDo, TKTK_MatCatNgang nhóm tuyến kênh thiết kế 72 3.3.5 Kết xây dựng CSDL DanPhuong_DiaHinh Hình 3.19 Kết CSDL DanPhuong_DiaHinh 73 3.3.6 Ứng dụng sở liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc, cắt ngang 3.3.6.1 Vẽ trắc dọc tự nhiên - Dùng Edit tool để chọn tim tuyến kênh thiết kế - Mở 3D Analyst → Creat Profile Graph → tạo mặt cắt dọc Mặt Cắt Dọc Kênh Yên Thái Mặt cắt dọc kênh Yên Thái M?t C?t D?c Kênh Yên Thái 7.5 6.5 5.5 4.5 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 Hình 3.20 Kết tạo mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái - Tích chuột phải vào mặt cắt vừa tạo → Properties → Add to Layout để xuất chỉnh sửa mặt cắt trang Layout phần mềm - Tích chuột phải vào mặt cắt vừa tạo → Properties → Export chọn thẻ Data để xuất liệu sang excel → Save → chọn đường dẫn để lưu file MatCatDoc.xls - Có thể sử dụng cơng cụ vẽ biểu đồ excel để tạo mặt cắt dọc theo hình dạng khác 74 Hình 3.21 Kết mặt cắt dọc tuyến kênh Yên Thái lưu trữ trình bày phần mềm Excel 3.3.6.2.Vẽ trắc ngang - Dùng Edit tool để chọn mặt cắt ngang cọc - Mở 3D Analyst → Creat Profile Graph → tạo mặt cắt ngang cọc C1 Mặt cắt ngang cọc C1 7.5 6.5 5.5 10 15 20 25 30 35 40 Hình 3.22 Mặt cắt ngang cọc đo C1 45 50 75 Hình 3.23 Kết mặt cắt ngang cọc C1 lưu trữ trình bày phần mềm Excel 3.3.6.3 So sánh với kết đo đạc thực địa Để so sánh độ xác kết thiết kế mặt cắt dọc, ngang từ sở liệu địa hình xây dựng phần mềm ArcGIS với kết đo thực địa ta chuyển kết đo độ cao thực địa vào phần mềm ArcGIS để tạo feature class TKTK_CocDo_SoLieuThucDo TKTK_TimTuyenKenh_SoLieuThucDo 76 Hình 3.24 So sánh kết độ cao cọc đo kết đo thực tế ứng dụng sở liệu địa hình phần mềm ArcGIS 77 3.3.7 Đánh giá kết thực nghiệm Việc xây dựng sở liệu địa hình dựa vào tờ đồ địa hình có lưu trữ phần mềm Autocad xây dựng dựa vào quy định kỹ thuật mơ hình cấu trúc nội dung sở liệu địa lý tỷ lệ 1: 2000 1:5000 tài nguyên môi trường CSDL địa hình DanPhuong_DiaHinh chuẩn hệ toạ độ, chuẩn liệu khơng gian liệu thuộc tính Phương pháp sử dụng sở liệu địa hình phần mềm ArcGIS để phục vụ việc thiết kế thi cơng tuyến kênh đảm bảo đủ độ xác để lựa chọn thiết kế phương án tuyến Theo phương pháp đo đạc ngồi trường việc lựa chọn phương án tuyến vùng có địa hình phức tạp (đồi núi cao, rừng sâu, vùng biên giới ) tốn nhiều công sức, thời gian kinh phí Mặc dù khó để chọn phương án tuyến tối ưu Việc sử dụng sở liệu địa hình việc thiết kế tuyến cho thấy rõ vượt trội rút ngắn thời gian triển khai dự án tiết kiệm chi phí sản xuất 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình nghiên cứu làm việc nghiêm túc, khẩn trương, với cố gắng thân với giúp đỡ, động viên gia đình, bạn bè Đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo TS Trần Đình Trọng – Bộ mơn Trắc địa – Khoa Cầu Đường – Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, đến tơi hồn thành luận văn Kết thiết kế tuyến kênh Yên Thái cách hiệu quả, tốn Từ kết đạt rút số kết luận kiến nghị sau: Công tác thiết kế tuyến kênh nhiệm vụ quan trọng ngành thuỷ lợi Việc quy hoạch thiết kế tuyến kênh nhiệm vụ cần thiết phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, nhu cầu sản xuất người dân Do nhiệm vụ thiết kế tuyến kênh quản lý, quy hoạch cần quản lý chặt chẽ tự đơng hố Q trình xây dựng sở liệu địa hình phục vụ cơng tác thiết kế tuyến kênh phần mềm ArcGis mang lại hiệu kinh tế cao, giảm thiểu chi phí người tiền bạc Ngày nay, việc ứng dụng các phần mềm tin học đem lại hiệu lớn lĩnh vực, có lĩnh vực phục vụ cơng tác thiết kế tuyến Vì nhà quản lý cần có sách đặc biệt ưu tiên có đầu tư trang thiết bị kỹ thuật kinh phí để việc ứng dụng phần mềm vào thực tiễn sản xuất đạt hiệu cao hơn, góp phần cho nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Trong thời gian tiếp theo, tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu cố gắng hồn thiện chương trình để phục vụ cơng tác thiết kế tuyến quản lý tuyến hiệu Một lần xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trần Đình Trọng thầy, giáo Khoa Trắc địa, phòng Đại học Sau đại học, Trường 79 Đại học Mỏ - Địa chất bạn đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập hồn thành luận văn 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Quốc Bình (2009), Bài giảng lập trình ứng dụng GIS, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia, Hà Nội Trần Quốc Bình (2009), Bài giảng ESRI ARCGIS 9.3, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia, Hà Nội Nguyễn Trọng Bình, Trần Thị Tâm, Phạm Thị Lan Hương (1995), Bài giảng hệ thống thông tin địa lý, Trường Đại học Nông Nghiệp I, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường (2008), Quy phạm thành lập lập đồ địa hình tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 1:10000 ban hành kèm theo Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10/11/2008, Hà Nội Thông tư số 55/2014/TT-BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi trường, Quy định mơ hình cấu trúc, nội dung sở liệu địa lý tỷ lệ 1: 2000 1:5000 Hồng Ngọc Hà (2000), Tính tốn trắc địa sở liệu – Bài giảng sau Đại học, Trường Đại học Mỏ- Địa chất, Hà Nội Hoàng Ngọc Hà (2000), Bài giảng sở hệ thống thông tin địa lý (GIS) thông tin đất đai, Trường Đại học Mỏ- Địa chất, Hà Nội Vũ Văn Thặng (2009), Đề tài cấp "Nghiên cứu xây dựng mơ hình số địa hình thiết bị công nghệ đại ứng dụng khảo sát, thiết kế xây dựng cơng trình giao thơng thuỷ lợi", trường đại học Xây dựng Hà Nội ... dựng sở liệu địa hình phục vụ thiết kế tuyến kênh 39 2.7.3.Ứng dụng mơ hình số độ cao thiết kế tuyến kênh 45 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA HÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ TUYẾN KÊNH YÊN THÁI, HUYỆN... dụng sở liệu địa hình phần mềm ArcGIS việc lựa chọn, thiết kế tuyến chọn đề tài "Xây dựng sở liệu địa hình phục vụ cơng tác thiết kế tuyến kênh Yên Thái, huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội" Mục... THÁI, HUYỆN ĐAN PHƯỢNG THÀNH PHỐ HÀ NỘI 3.1 Mục đích yêu cầu thực nghiệm 3.1.1 Mục đích - Xây dựng sở liệu địa hình huyện Đan Phượng thành phố Hà Nội nhằm phục vụ công tác thiết kế tuyến kênh Yên