Ứng dụng gis xây dựng cơ sở dữ liệu địa chất khoáng sản ở vùng biển bắc bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT    NGUYỄN VĂN THI ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN Ở VÙNG BIỂN BẮC BỘ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT    NGUYỄN VĂN THI ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN Ở VÙNG BIỂN BẮC BỘ Ngành: Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Đình Trí HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thân Tồn q trình nghiên cứu tiến hành cách khoa học, số liệu, kết trình bày luận văn xác, trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn NGUYỄN VĂN THI MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU .1 Cơ sở khoa học tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu đề tài: Nhiệm vụ nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu đề tài: Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU .5 1.1 Cơ sở lý luận xây dựng CSDL hệ thông tin địa lý 1.1.1 Khái niệm hệ thông tin địa lý 1.1.2 Cấu trúc hệ thông tin địa lý 1.1.3 Cơ sở liệu hệ thông tin địa lý 10 1.2 Tình hình ứng dụng GIS giới Việt Nam 15 1.2.1 Ứng dụng GIS giới 15 1.2.2 Tình hình ứng dụng GIS Việt Nam 15 1.3 Khái qt cơng trình liên quan đến đề tài .16 1.3.1 Các cơng trình xây dựng CSDL hệ thông tin địa lý .16 1.3.2 Các công trình xây dựng CSDL quan trung ương 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ CSDL ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN Ở VÙNG BIỂN BẮC BỘ .18 2.1 Chuẩn CSDL hệ thông tin địa lý .18 2.1.1 Chuẩn thuật ngữ 19 2.1.2 Chuẩn hệ thống tham chiếu không gian 19 2.1.3 Chuẩn mơ hình cấu trúc liệu địa lý 20 2.1.4 Chuẩn phân loại đối tượng địa lý 20 2.1.5 Chuẩn thể trình bày liệu địa lý .20 2.1.6 Chuẩn chất lượng liệu không gian 20 2.1.7 Chuẩn siêu liệu(Metadata) .21 2.1.8 Chuẩn mã hoá trao đổi liệu .21 2.2 Qui trình thiết kế CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ 21 CHƯƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN Ở VÙNG BIỂN BẮC BỘ .57 3.1 Khái quát đặc điểm địa lý tự nhiên 57 3.1.1 Vị trí địa lý phân chia khu vực 57 3.1.2 Tiềm tầm quan trọng biển 57 3.2 Xây dựng CSDL địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ .59 3.2.1 Tạo sở liệu địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ 59 3.2.2 Tích hợp liệu cho CSDL địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ63 3.2.3 Nhập thơng tin thuộc tính .68 3.2.4 Kiểm tra liệu 69 3.3 Một số ứng dụng GIS việc quản lý tìm kiếm thơng tin CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT Công nghệ thông tin CSDL Cơ sở liệu DGN Định dạng liệu phần mềm MicroStation TAB Định dạng liệu phần mềm Mapinfo Dữ liệu địa lý Một thuật ngữ để liệu địa lý Feature Đối tượng Feature class Lớp đối tượng GIS Hệ thông tin địa lý (Geographic Information System) HTTĐL Hệ thông tin địa lý Metadata Siêu liệu SHP Định dạng liệu phần mềm ArcGis hãng ESRI VN2000 Tên hệ toạ độ, độ cao thức sử dụng Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Nội dung Trang Hình 1.1: Cấu trúc HTTĐL Hình 1.2: Các thành phần thiết bị HTTĐL Hình 1.3 Liên kết liệu khơng gian thuộc tính 14 Hình 2.1: Mơ hình phát triển CSDL Địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ 22 Hình 2.2 Sơ đồ mô tả bước xây dựng sở liệu 23 Hình 2.3: Chuyển đổi liệu từ file TAB sang file SHP 31 Hình 2.4: Mơ hình tổng quát CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộa Các nhóm lớp thơng tin chun đề 38 Hình 2.5: Mơ hình tổng quan lớp liệu địa chất 39 Hình 2.6: Mơ hình tổng quan lớp liệu trầm tích 41 Hình 2.7: Mơ hình tổng quan lớp liệu địa mạo 42 Hình 2.8: Mơ hình tổng quan lớp liệu Trọng sa 43 Hình 2.9: Mơ hình tổng quan lớp liệu Địa chất mơi trường 45 Hình 2.10: Mơ hình tổng quan lớp liệu Địa vật lý .47 Hình 2.11: Mơ hình tổng quan lớp liệu Nền địa hình 53 Hình 3.1a: Xuất file thiết kế mơ hình sang định dạng XML 59 Hình 3.1b: Xuất file thiết kế mơ hình sang định dạng XML 60 Hình 3.1c: Xuất file thiết kế mơ hình sang định dạng XML 60 Hình 3.2: Tạo GeoDatabase ArcCatalog 61 Hình 3.3a: Tạo lập CSDL ArcCatalog từ file XML 61 Hình 3.3b: Tạo lập CSDL ArcCatalog từ file XML 62 Hình 3.4: CSDL địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ .62 Hình 3.5a: Các lớp liệu CSDL địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ 63 Hình 3.5b: Các lớp liệu CSDL địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ 63 Hình 3.6: Chọn hệ tọa độ VN2000 cho CSDL 64 Hình 3.7a: Load liệu vào CSDL 64 Hình 3.7b: Load liệu vào CSDL 65 Hình 3.7c: Load liệu vào CSDL 65 Hình 3.8: Các nhóm lớp liệu CSDL 66 Hình 3.9a: Các nhóm lớp liệu chun đề CSDL 66 Hình 3.9b: Các nhóm lớp liệu chuyên đề CSDL 67 Hình 3.10: Các nhóm lớp liệu địa hình CSDL 68 Hình3.11: Bảng thơng tin thuộc tính Trạm khảo sát ArcGIS 69 Hình 3.12: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính CSDL 69 Hình 3.13: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 70 Hình 3.14: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 71 Hình 3.15: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 71 Hình 3.16: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 72 Hình 3.17: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 72 Hình 3.18: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 73 Hình 3.19a: Tra cứu thơng tin mẫu Trọng sa 73 Hình 3.19b: Tra cứu thơng tin mẫu Vùng ô nhiễm kim loại .74 Hình 3.20a: Tìm kiếm vùng nhiễm chì 74 Hình 3.20b: Tìm kiếm trầm tích có tỷ lệ cát bùn từ đến nhỏ .75 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Nội dung Trang Bảng 1.1: So sánh phép biểu diễn raster vector .12 Bảng 2.1: Danh mục chuẩn xây dựng 19 Bảng 2.2: Tài liệu đồ số thu thập 25 Bảng 2.3: Danh mục nhóm lớp thơng tin CSDL Địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ .35 Bảng 2.4: Chi tiết luật topology xây dựng 56 MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học tính cấp thiết đề tài: Thế kỷ XXI đánh dấu kỷ nguyên tiến khoa học, kỹ thuật cơng nghệ, Cơng nghệ Thơng tin - Truyền thông xem phát triển lớn mạnh nhanh nhất, có sức ảnh hưởng lan tỏa lớn Sự phát triển nhanh vượt bậc Công nghệ Thông tin - Truyền thông làm biến đổi sâu sắc tác động mạnh vào mặt đời sống, kinh tế - xã hội người, tạo bước đột phá công phát triển kinh tế - xã hội đất nước Trong xu Internet đời phát triển tất yếu, đáp ứng hầu hết nhu cầu khác trao đổi thông tin Sự phát triển Internet ngày “cơn bão” với sức lan tỏa mạnh nhanh len lỏi vào ngõ ngách sống người xã hội đại Chính tạo “sự liên kết toàn cầu” theo nhiều tầng ý nghĩa khác nhau, điều mà giới mong đợi từ lâu Sự liên kết tiếp xúc người với người giới trở nên dễ dàng nhờ Internet xóa bỏ rào cản không gian, thời gian khoảng cách địa lý, đặc biệt tạo cách mạng đột phá “thông tin” Với phát triển vũ bão CNTT thập kỷ qua mà ứng dụng mạnh tích hợp nguồn thơng tin đa dạng, đa thời gian khả xử lý, lưu trữ, quản lý thông tin theo hệ thống logic CSDL, nhằm giúp cho người sử dụng khai thác, cập nhật, tổng hợp quy mô cấp tỉnh, cấp vùng hay cấp toàn quốc, đáp ứng yêu cầu toàn diện thơng tin Hệ thống thơng tin có ý nghĩa tích hợp dạng CSDL khơng gian cho phép cập nhật, quản lý, khai thác hệ thống cơng nghệ thơng tin CSDL ngày đóng vai trò quan trọng quản lý ngành Khái niệm CSDL biết đến sử dụng rộng rãi Việt Nam từ nhiều năm thực tế việc ứng dụng chưa đạt hiệu cao 65 Hình 3.7b: Load liệu vào CSDL Kết bước nhập liệu: Hình 3.7c: Load liệu vào CSDL Thực tương tự với Feature Class khác Các nhóm lớp CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ việt hóa để dễ nhận biết thể qua hình vẽ sau: 66 Hình 3.8: Các nhóm lớp liệu CSDL Trong đó, Nhóm lớp chuyên đề gồm có lớp liệu sau: Hình 3.9a: Các nhóm lớp liệu chun đề CSDL 67 Hình 3.9b: Các nhóm lớp liệu chuyên đề CSDL Nhóm lớp địa hình gồm: 68 Hình 3.10: Các nhóm lớp liệu địa hình CSDL 3.2.3 Nhập thơng tin thuộc tính Cơng việc nhập thơng tin thuộc tính cho đối tượng tiến hành phần mềm ArcGIS sau chuyển đổi khuôn dạng liệu từ DGN, TAB sang SHP Áp dụng giải pháp kỹ thuật tự động hóa q trình nhập thơng tin thuộc tính đối tượng nhằm giảm tối đa khả nhập sót sai thơng tin Thơng tin thuộc tính yếu tố thuộc CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ thể ArcGIS dạng bảng sau: 69 Hình3.11: Bảng thơng tin thuộc tính Trạm khảo sát ArcGIS 3.2.4 Kiểm tra liệu Kiểm tra liệu bao gồm cơng việc: Kiểm tra mức độ đầy đủ, vị trí xác đối tượng; Kiểm tra việc nhập thơng tin thuộc tính theo tài liệu Sản phẩm cuối công đoạn CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ lưu trữ ArcGIS hình sau: Hình 3.12: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính CSDL 70 CSDL Địa chất khoáng sản biển Việt Nam lưu trữ ArcGIS Thể sở liệu theo nhóm chuyên đề: Trọng Sa, Trầm tích, Địa mạo, Địa vật lý, Địa chất mơi trường, Địa chất Từng nhóm lớp chuyên đề hiển thị sau: - Trọng Sa: Hình 3.13: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chuyên đề Trọng Sa - Trầm tích: 71 Hình 3.14: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chuyên đề Trầm tích - Địa vậ lý: Hình 3.15: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chuyên đề 72 Địa vật lý - Địa mạo: Hình 3.16: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chuyên đề Địa mạo - Địa chất mơi trường: Hình 3.17: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề 73 Địa chất mơi trường - Địa chất: Hình 3.18: Hiển thị khơng gian thơng tin thuộc tính chun đề Địa chất 3.3 Một số ứng dụng GIS việc quản lý tìm kiếm thơng tin CSDL Địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ Tra cứu thông tin đối tượng bất kỳ: Hình 3.19a: Tra cứu thơng tin mẫu Trọng sa 74 Hình 3.19b: Tra cứu thông tin mẫu Vùng ô nhiễm kim loại Tra cứu thơng tin theo tùy chọn - Muốn tìm vị trí nhiễm chì ta dùng cơng cụ Select by Attributes theo bước: Trên công cụ vào Selection/ Select by Attributes/chọn layer: Vị trí nhiễm kim loại/Chon trường thơng tin: TenKimLoaiONhiem=Chì Hình 3.20a: Tìm kiếm vùng nhiễm chì 75 Hình 3.20b: Tìm kiếm trầm tích có tỷ lệ cát bùn từ đến nhỏ 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Để đáp ứng nhu cầu khai thác thông tin nhà quản lý, nhà chuyên gia hoạch định sách cộng đồng dân cư ngành, lĩnh vực tồn quốc, việc xây dựng CSDL ngành nói chung ngành Địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ nói riêng nhằm mục đích phục vụ quản lý khai thác liệu cần thiết Việc biên tập xây dựng quản lý CSDL trình phức tạp liên quan đến nhiều công nghệ khác Ngay từ đầu, biên tập viên phải xác định rõ công nghệ sử dụng cách cụ thể khuôn dạng liệu, cấu trúc CSDL, phần mềm sử dụng để biên tập, quản lý khai thác CSDL Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm biên tập viên đồ phải nắm vấn đề lý thuyết đồ học, CSDL mà cịn phải có kiến thức cơng nghệ GIS Nội dung CSDL Địa chất khống sản vùng biển Bắc Bộ bao gồm liệu địa lý liệu chuyên đề Để đảm bảo tính thống CSDL cần thiết lập danh mục đối tượng, phân loại đối tượng địa lý, mã tên nhóm đối tượng, đối tượng Quy trình xây dựng CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ bao gồm bước: Xác định mục đích nhiệm vụ; thu thập phân tích, đánh giá tài liệu; thiết kế xây dựng CSDL; chạy thử, hoàn thiện CSDL CSDL áp dụng hầu hết vấn đề lý thuyết, công nghệ nghiên cứu ứng dụng Tuy nhiên, khuôn khổ giới hạn thời gian nội dung đề tài, CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ tác giả đề tài xây dựng tiếp tục mở rộng, cập nhật hay thêm chuyên đề bổ sung thêm nhiều thông tin khác nhằm tích hợp vào CSDL Quốc gia tài nguyên môi trường đáp ứng nhu cầu nhà quản lý, hoạch định sách người sử dụng 77 Kiến nghị CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ phương tiện quản lý khai thác thông tin hữu hiệu tới tầng lớp xã hội Công việc xây dựng CSDL để quản lý khai thác nhanh chóng, xác quan trọng Đầu tư vào lĩnh vực công việc cần thiết để CSDL ngày ứng dụng rộng rãi sống, khoa học, xã hội Đề tài tiếp tục mở rộng, cập nhật hay thêm chuyên đề bổ sung thêm nhiều thông tin khác nhằm tích hợp vào CSDL Quốc gia tài nguyên môi trường đáp ứng nhu cầu nhà quản lý, hoạch định sách người sử dụng 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đức An (2009), Hệ thống đảo ven bờ Việt Nam: Tài nguyên Phát triển Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội, 200 trang Bộ Tài nguyên Môi trường (2007), Quy định áp dụng chuẩn thông tin địa lý sở quốc gia Nguyễn Biểu (chủ nhiệm) nnk (2001), Điều tra địa chất tìm kiếm khống sản rắn vùng biển nơng ven bờ Việt Nam tỷ lệ 1:500.000, Lưu trữ Tổng cục Địa chất Kháng sản Việt Nam Nguyễn Trần Cầu Nguyễn Cẩm Vân (1995), “Hệ thông tin địa lý xây dựng sở liệu địa lý đồ hành để quản lý lãnh thổ”, Tạp chí địa chính, trang 23-24 Mai Trọng Nhuận nnk (2006), Báo cáo thuyết minh bàn đồ địa chất tai biến Biển Đông vùng phụ cận tỷ lệ 1:1000.000, Lưu trữ Trung tâm Địa chất Khoáng sản Biển, Hà Nội Nguyễn Chân Huyền (2006), Nghiên cứu sở lý thuyết Bản đồ mạng (Web cartography), thử nghiệm thành lập phát hành đồ “Du lịch Việt Nam” Internet Lê Huỳnh, Lê Ngọc Nam, Vũ Bích Vân, Trần Minh Ý (2003), Bản đồ học chuyên đề, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Lê Thế Tiến - Trần Trung Hồng (2004-2005), Bài giảng Bản đồ học kế hoạch hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Phạm Văn Thanh nnk (2009), Lập đồ địa hóa mơi trường nhiễm mơi trường trầm tích biển tơàn vùng ven biển Việt Nam từ - 20m nước, tỷ lệ 1:250.000, Lưu trữ Trung tâm Địa Chất Khoáng sản biển 10 Phạm Vọng Thành (2000), Bài giảng Cơ sở hệ thống thông tin địa lý dùng cho học viên cao học ngành Bản đồ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 11 Võ Thịnh (2004),Địa mạo hệ thống đảo ven bờ Việt Nam, Luận án Tiến sỹ Địa lý, Hà nội, 176 trg 79 12 Nguyễn Thị Cẩm Vân (1999), Xây dựng sở liệu hệ thông tin địa lý phục vụ quản lý sử dụng đất đai cấp tỉnh, Luận án tiến sỹ địa lý, Trường đại học sư phạm, Hà Nội 13 Vũ Bích Vân (2000), Bài giảng Bản đồ học điện toán, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 14 Rolf A de By (2004), Principles of Geographic Information Systems, International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation ... Ứng dụng GIS xây dựng Cơ sở liệu địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan sở lý luận Ứng dụng GIS xây dựng Cơ sở liệu - Thiết kế mơ hình CSDL Địa chất khống sản vùng. .. để xây dựng CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ Cụ thể sau:  Tài liệu phục vụ xây dựng CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ có dạng chính: Tài liệu xây dựng CSDL địa lý tài liệu xây. .. mở đầu, kết luận, luận văn trình bày ba chương Chương Cơ sở lý luận Ứng dụng GIS xây dựng Cơ sở liệu Chương Thiết kế CSDL Địa chất khoáng sản vùng biển Bắc Bộ Chương Xây dựng CSDL Địa chất khoáng