Ứng dụng gis trong công tác quản lý hạ tầng giao thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT - LÊ THỊ HÀ ỨNG DỤNG GIS TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG Ngành: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Mã số: 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đào Quang Hiếu HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu thu kết luận văn trung thực, rõ ràng chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Thị Hà MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1.Tổng quan hệ thống thông tin địa lý (HTTTĐL) 1.1.1 Sự hình thành phát triển HTTTĐL 1.1.2 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS) 1.2 Các thành phần hệ thống thông tin địa lý 1.2.1 Phần cứng 1.2.2 Phần mềm 1.2.3 Cơ sở liệu 10 1.2.4 Con người 11 1.3.Dữ liệu hệ thống thông tin địa lý 11 1.3.1 Khái niệm liệu địa lý 11 1.3.2 Cách biểu diễn liệu địa lý 12 1.3.3 Các loại thông tin hệ thống thông tin địa lý 21 1.4.Tổ chức hệ thống thông tin địa lý 22 1.4.1 Quản trị khai thác liệu 23 1.4.2 Định chuẩn hệ thống hệ thống mở 25 1.5.Các mơ hình sở liệu 27 1.5.1 Mô hình sở liệu phân cấp: .28 1.5.2 Mơ hình sở liệu mạng 28 1.5.3 Mơ hình sở liệu quan hệ 29 1.6.Các chức hệ thống thông tin địa lý .30 1.7 số ứng dụng hệ thống thông tin địa lý 32 CHƯƠNG 34 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG 34 2.1 Những khái niệm hạ tầng giao thông 34 2.2 Những vấn đề chung sở liệu GIS giao thông 36 2.2.1 Cơ sở liệu 36 2.2.2 Các đặc thù sở liệu GIS giao thông 39 2.2.3 Các phương pháp xây dựng CSDL GIS giao thơng 42 2.2.4 Khái qt tình hình xây dựng quản lý sở liệu giới .42 2.2.5 Tình hình nghiên cứu sở liệu địa lý trạng quản lý liệu hạ tầng ngành Giao thông Vận tải Việt Nam 44 2.2.6 Một số kết nghiên cứu sở liệu giao thông Việt Nam .46 2.2.7 Giới thiệu phần mềm ArcGis xây dựng sở liệu 49 CHƯƠNG 53 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS TUYẾN ĐƯỜNG PHẠM HÙNG, THÀNH PHỐ HÀ NỘI .53 3.1 Giới thiệu tuyến đường Phạm Hùng .53 3.2 Xây dựng sở liệu đường Phạm Hùng ArcGis 9.3 .54 3.2.1 Mục đích xây dựng sở liệu GIS 54 3.2.2 Nguồn liệu .54 3.2.3 Đánh giá nguồn liệu 54 3.2.4 Thiết kế mơ hình cấu trúc CSDL GIS phục vụ quản lý hạ tầng giao thông 55 3.2.5 Xây dựng sở liệu GIS phục vụ quản lý hạ tầng giao thông 59 3.2.6 Tra cứu thông tin sở liệu phục vụ quản lý hạ tầng giao thông .82 3.2.7 Truy vấn đối tượng đồ .86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………… ………….…… 89 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ đầy đủ Chữ viết tắt Cơ sở liệu Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý HTTTĐL Central Processing Unit CPU Video Display Unit VDU Computer Assisted Cartography CAC Identifier Giao thông Vận Tải Regional Research Laboratory RRL 10 Advisory Board for Reseach Council ESRC 11 National Central for Geographic Information and Analysis 12 Dutch Expertise Central for Spatial Data Analysis 13 Xây dựng giao thông 14 Quản Lý Giao Thông Đô Thị 15 Hạ tầng giao thông CSDL GIS ID GTVT NCGIA NEXPRI XDGT QLGTĐT HTGT DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Mô tả chi tiết đối tượng CSDL .56 Bảng 3.2 Mơ tả thơng tin thuộc tính định dạng trường thuộc tính 58 Bảng 3.3 Quy định trường thơng tin thuộc tính cho đối tượng .64 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Tổng quan HTTTĐL Hình 1.2 Hợp phần công nghệ GIS Hình 1.3 Hệ thống phần cứng HTTĐL Hình 1.4 Quan hệ biểu diễn thơng qua thơng tin khơng gian thuộc tính 10 Hình 1.5 Cấu trúc liệu raster 13 Hình 1.6 Minh họa cấu trúc raster 13 Hình 1.7 Minh họa cấu trúc vector 16 Hình 1.8 Sự chuyển đổi liệu raster vector 18 Hình 1.9 Biến đổi vector sang raster 19 Hình 1.10 Mối quan hệ thơng tin khơng gian thơng tin thuộc tính 21 Hình 1.11 Biểu diễn đồ A mơ hình phân cấp 28 Hình 1.12 Biểu diễn đồ A mơ hình lưới 29 Hình 1.13 Biểu diễn đồ A mơ hình quan hệ ) 30 Hình 2.1 Minh họa CSDL HTGT xây dựng……………………….47 Hình 2.2 Mơ hình ứng dụng Arcgis Desktop 52 Hình 3.1 Tuyến đường Phạm Hùng 53 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc CSDL 56 Hình 3.3 Quy trình xây dựng CSDL GIS giao thơng 59 Hình 3.4 Vỏ sở liệu chuẩn 60 Hình 3.5 Chỉ dẫn menu chuyển đổi khn dạng file 60 Hình 3.6 Phân chia lớp vào Dataset 61 Hình 3.7 Chỉ dẫn cơng cụ bắt điểm snapping 62 Hình 3.8 Đối tượng khơng gian sau chuẩn hóa 63 Hình 3.9 Chỉ dẫn bảng cập nhật thơng tin thuộc tính 65 Hình 3.10 Đối tượng “timduong” sau nhập thuộc tính 67 Hình 3.11 Đối tượng “landuong1T” sau nhập thuộc tính 67 Hình 3.12 Đối tượng “landuong2T” sau nhập thuộc tính 68 Hình 3.13 Đối tượng “landuong3T” sau nhập thuộc tính 68 Hình 3.14 Đối tượng “landuong1P” sau nhập thuộc tính 68 Hình 3.15 Đối tượng “landuong2P” sau nhập thuộc tính 68 Hình 3.16 Đối tượng “landuong3P” sau nhập thuộc tính 69 Hình 3.17 Đối tượng “he” sau nhập thuộc tính 69 Hình 3.18 Đối tượng “hamquaduong” sau nhập thuộc tính 70 Hình 3.19 Đối tượng “sonkeduong” sau nhập thuộc tính 71 Hình 3.20 Đối tượng “vongxuyen” sau nhập thuộc tính 71 Hình 3.21 Đối tượng sau nhập thuộc tính 72 Hình 3.22 Thơng tin thuộc tính xanh file Exel 73 Hình 3.23 Join thơng tin thuộc tính từ bảng Exel 74 Hình 3.24 Bảng cập nhật thơng tin thuộc tính cho đối tượng độc lập (thực vật) 75 Hình 3.25 Đối tượng “vungco” sau nhập thuộc tính 76 Hình 3.26 Đối tượng “BQCAO” sau nhập thuộc tính 77 Hình 3.27 Đối tượng “Bienbao” sau nhập thuộc tính 78 Hình 3.28 Đối tượng “dendien” sau nhập thuộc tính 79 Hình 3.29 Đối tượng “CAOTHE” sau nhập thuộc tính 80 Hình 3.30 Trích mẫu kết xây dựng CSDL GIS giao thơng 81 Hình 3.31 Tra cứu thông tin Indentify đối tượng “timduong” 82 Hình 3.32 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “Landuong1P” 83 Hình 3.33 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “chieusang” 83 Hình 3.34 Tra cứu thông tin Indentify đối tượng “thucvat” 84 Hình 3.35 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “tinhieugt” 84 Hình 3.36 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “timduong” 85 Hình 3.37 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “Landuong1P” 85 Hình 3.38 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “chieusang” 85 Hình 3.39 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “thucvat” 86 Hình 3.40 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “tinhieugt” 86 Hình 3.41 Truy vấn thơng tin Select by Attributes 87 Hình 3.42 Kết sau truy vấn thơng tin Select by Attributes 88 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hệ thống giao thơng nói chung đường nói riêng huyết mạch kinh tế quốc gia Hệ thống thông tin quản lý hạ tầng Giao thông đường hệ thống ứng dụng công nghệ GIS để quản lý khai thác thông tin tuyến đường, thông tin đối tượng sở hạ tầng kỹ thuật theo tuyến đường Việc quản lý số lượng chất lượng tình trạng, thơng tin bảo dưỡng vận hành cách chặt chẽ hệ thống cần thiết Để có nhìn tổng quan hạ tầng giao thơng từ quản lý cách hiệu xác cần thiết phải xây dựng sở liệu thật đầy đủ chi tiết xác Vì ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng sở liệu phục vụ cho quản lý hạ tầng giao thông đường cần thiết Do vậy, đề tài "Ứng dụng công nghệ GIS công tác quản lý hạ tầng giao thông" lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu luận văn xuất phát từ nhu cầu thực tiễn Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng sở liệu phục vụ cho công tác quản lý hạ tầng giao thông đường Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài sử dụng tiện ích hệ thống thơng tin địa lý nói chung phần mềm ArcGis nói riêng công tác quản lý hạ tầng giao thông đường Phạm vi nghiên cứu thiết lập sở liệu hệ thống thông tin địa lý để quản lý hạ tầng giao thông đường 76 * Đối với lớp “vung co” nhập thông tin thuộc tính sau: Hình 3.25 Đối tượng “vungco” sau nhập thuộc tính - Cập nhật thơng tin thuộc tính cho CSDL hệ thống tín hiệu giao thơng * Đối với lớp “BQCAO” nhập thơng tin thuộc tính sau: OBJECTID Mã số đối tượng Shape* Mô tả dạng đối tượng STT Tên ToadoX Tọa độ theo trục X ToadoY Tọa độ theo Y VitriBQC Vị trí Biển quảng cáo Mota Mô tả biển quảng cáo Quanly Cơ quan quản lý 77 Hình 3.26 Đối tượng “BQCAO” sau nhập thuộc tính * Đối với lớp “BIENBAO” nhập thơng tin thuộc tính sau: OBJECTID Shape* STT Tên ToadoX ToadoY Vitribienbao Mota Quanly Mã số đối tượng Mô tả dạng đối tượng Tọa độ theo trục X Tọa độ theo Y Vị trí Biển báo Mơ tả biển báo Cơ quan quản lý 78 Hình 3.27 Đối tượng “Bienbao” sau nhập thuộc tính - Cập nhật thơng tin thuộc tính cho CSDL chiếu sáng * Đối với lớp “dendien” nhập thông tin thuộc tính sau: OBJECTID Shape* STT Tên ToadoX ToadoY Vitridendien Mota Quanly Mã số đối tượng Mô tả dạng đối tượng Tọa độ theo trục X Tọa độ theo Y Vị trí đèn điện Mơ tả đèn điện Cơ quan quản lý 79 Hình 3.28 Đối tượng “dendien” sau nhập thuộc tính * Đối với lớp “CAOTHE” nhập thơng tin thuộc tính sau: OBJECTID Shape* STT Tên ToadoX ToadoY Vitricaothe Mota Quanly Mã số đối tượng Mô tả dạng đối tượng Tọa độ theo trục X Tọa độ theo Y Vị trí cao Mơ tả cao Cơ quan quản lý 80 Hình 3.29 Đối tượng “CAOTHE” sau nhập thuộc tính 81 Hình 3.30 Trích mẫu kết xây dựng CSDL GIS giao thông 82 3.2.6 Tra cứu thông tin sở liệu phục vụ quản lý hạ tầng giao thông Để biết thơng tin liệu đối tượng sử dụng theo hai cách tra cứu: Sử dụng cơng cụ Indentify tra cứu bảng thuộc tính (Attribute table) 3.2.6.1 Sử dụng công cụ Indentify Trên công cụ nhấp vào công cụ Indentify nhấp chuột vào đối tượng cần tra cứu thông tin: * Đối tượng lớp đường Ví dụ nhấp vào “timduong” Cửa sổ Indentify Results Hình 3.31 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “timduong” Cửa sổ Indentify cho biết thông tin đối tượng “timduong” đồ Field: Cho biết thơng tin trường thuộc tính đối tượng Value: Cho biết thông tin giá trị đối tượng 83 - Đối tượng “ Landuong1P” Hình 3.32 Tra cứu thông tin Indentify đối tượng “Landuong1P” * Đối tượng lớp “chieusang” Hình 3.33 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “chieusang” 84 * Đối tượng “thucvat” Hình 3.34 Tra cứu thông tin Indentify đối tượng “thucvat” * Đối tượng “tinhieugt” Hình 3.35 Tra cứu thơng tin Indentify đối tượng “tinhieugt” 85 3.2.6.2 Tra cứu bảng thuộc tính (Attribute table) Để mở bảng thuộc tính ứng với lớp liệu, nhấp chuột phải vào lớp cần mở TOC chọn Open Attribute table Bảng liệu thuộc tính lớp đường mở sau: - Đối tượng “timduong” Hình 3.36 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “timduong” - Đối tượng “ Landuong1P” Hình 3.37 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “Landuong1P” * Đối tượng lớp “chieusang” Hình 3.38 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “chieusang” 86 * Đối tượng “thucvat” Hình 3.39 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “thucvat” * Đối tượng “tinhieugt” Hình 3.40 Tra cứu thơng tin bảng thuộc tính đối tượng “tinhieugt” 3.2.7 Truy vấn đối tượng đồ Từ công cụ Menu chọn Selection\ Select by Attributes Hộp thoại Select by Attributes 87 Hình 3.41 Truy vấn thơng tin Select by Attributes Trong + Ở Layer: Chọn lớp liệu cần làm việc + Cửa sổ trường, chọn trường liệu cần xác định + Gán lệnh tìm tương ứng: “tên trường” = đối tượng (xuất danh sách Get Unique Values) + Nhấn Apply OK để kết thúc lệnh truy vấn 88 Hình 3.42 Kết sau truy vấn thông tin Select by Attributes Sau chuẩn hóa liệu khơng gian cập nhật hồn thiện thơng tin thuộc tính ta thu CSDL hồn chỉnh giao thơng Cơ sở liệu sử dụng cho nhiều mục đích khác như: tìm đối tượng phục vụ kinh tế - văn hóa - xã hội, dẫn đường, giám sát phương tiện giao thông đặc biệt tu sửa chữa nâng cấp hạ tầng giao thông… Ưu điểm ArcGis cơng cụ tính tốn nhanh, bên cạnh cịn hỗ trợ số cơng cụ tiện ích Đối với đối tượng dạng vùng liệu geodatabase trường diện tích update cách tự động 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu luận văn đưa quy trình xây dựng CSDL GIS giao thơng phương pháp áp dụng tối đa tính GIS vào quản lý liệu Từ kết cho phép rút số kết luận sau: - CSDL GIS giao thông không phục vụ cho mục đích nhất, cho hệ thống mà cịn phục vụ nhiều mục đích khác Các hệ thống khác tận dụng liệu - CSDL GIS giao thông tiến hành phần mềm GIS (trong nội dung luận văn sử dụng phần mềm ArcGis) cho phép quản lý liệu tập trung cập nhật liệu nhanh chóng theo chuẩn thống (bằng cách thành lập đưa chuẩn sở liệu Geodatabase quản lý cài đặt hệ sở liệu nhiều người dùng) Kiến nghị Xây dựng CSDL GIS giao thông vấn đề quan tâm khai thác cần tiếp tục nghiên cứu trao đổi sâu Hiện để nâng cao hiệu cơng tác quản lý, bảo đảm trì giám sát chất lượng cơng trình giao thơng, thành phố lớn nên khai thác hướng hiệu CSDL GIS hạ tầng giao thông 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Hùng, Phạm Quang Lợi (2009), Tài liệu hướng dẫn thực hành sử dụng ArcGis Phạm Trọng Mạnh Phạm Trọng Thành (2009), Cơ sở hệ thống thông tin địa lý quy hoạch quản lý đô thị Nguyễn Hồng Phương , Đinh Văn Hữu (2006), Hệ thống thông tin địa lý số ứng dụng Hải Dương Học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội My.opera.com/dongquangnghiep/blog/show.dml/15905292 Geographic Information Technology Joint Stock Company – eKGIS., JSC http://archive.saga.vn/view.aspx?id=16751 Đề tài công ty Cổ phần Đầu tư Địa Việt (DiaViet JSC) “Ứng dụng GIS quản lý lập kế hoạch tu nâng cấp, xây hạ tầng giao thơng, triển khai thí điểm địa bàn Quận 1, TP Hồ Chí Minh” ... GIS phục vụ quản lý hạ tầng giao thông 55 3.2.5 Xây dựng sở liệu GIS phục vụ quản lý hạ tầng giao thông 59 3.2.6 Tra cứu thông tin sở liệu phục vụ quản lý hạ tầng giao thông .82... vụ cho việc xây dựng ứng dụng GIS công tác quản lý hạ tầng giao thông Ý nghĩa khoa học thực tiễn * Ý nghĩa khoa học Luận văn ứng dụng công nghệ vào công tác quản lý thay cho công nghệ cũ mang lại... tế, bưu điện nhiều ứng dụng khác 34 CHƯƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ HẠ TẦNG GIAO THÔNG 2.1 Những khái niệm hạ tầng giao thông 2.1.1 Khái niệm sở hạ tầng sở hạ tầng giao thông vận tải Theo