Thiết lập hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quy hoạch đô thị nông thôn

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Hoàng lê minh Thiết lập hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quy hoạch đô thị - nông thôn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà nội 2010 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Hoàng lê minh Thiết lập hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quy hoạch đô thị - nông thôn Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa MÃ số: 60.52.85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học TS Ngun Quang Minh Hµ néi - 2010 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực, có xuất xứ rõ ràng chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Hồng Lê Minh MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Lời cảm ơn MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HÊ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU THÔNG TIN ĐỊA LÝ 12 1.1 Khái niệm Hệ thống thông tin địa lý 12 1.1.1 Khái niệm chung HTTĐL 12 1.1.2 Thông tin không gian, đồ Hệ thống thông tin địa lý 14 1.1.3 Các thành phần hệ thông tin địa lý 17 1.2 Dữ liệu hệ thống thông tin địa lý (GIS) 20 1.2.1 Dữ liệu không gian 21 1.2.2 Dữ liệu thuộc tính 27 1.2.3 Mối liên kết liệu liệu khơng gian liệu thuộc tính 27 1.2.4 Các loại thông tin hệ thông tin địa lý 28 1.3 Tổ chức hệ thống thông tin địa lý .30 1.4 Một số ứng dụng hệ thống thông tin địa lý 35 1.5 Khái niệm sở liệu hệ thống thông tin địa lý .35 1.5.1 Khái niệm chung CSDL 35 1.5.2 Các mơ hình sở liệu 38 1.5.3 Cấu trúc CSDL hệ thống thông tin địa lý .42 Chương QUY HOẠCH ĐÔ THỊ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ .47 2.1 Khái niệm quy hoạch 47 2.1.1 Quy hoạch vùng 47 2.1.2 Quy hoạch chung đô thị 48 2.1.3 Quy hoạch chi tiết .49 2.2 Các lớp thông tin cần thiết cho quy hoạch 49 2.2.1 Phân loại thông tin quy hoạch quản lý đô thị theo cách truy nhập liệu 51 2.2.2 Phân loại thông tin theo nội dung liệu 53 2.3 Hệ thống thông tin địa lý quy hoạch đô thị 60 2.4 Thiết kế hệ thống thông tin địa lý quy hoạch quản lý đô thị 63 2.4.1 Thông tin quy hoạch đô thị .63 2.4.2 Thiết kế hệ thống sở liệu thông tin quy hoạch đô thị .63 2.4.3 Thiết kế hệ quản trị sở liệu thông tin quy hoạch thị 65 2.4.4 Phân tích khơng gian 69 2.5 Một số khả ứng dụng hệ thống thông tin địa lý cho quy hoạch quản lý đô thị nước ta 71 2.5.1 Mơ hình hóa q trình phát triển thị 71 2.5.2 Phương pháp lựa chọn đất đai quy hoạch đô thị sở đánh giá đất đai xây dựng theo nhu cầu riêng biệt 74 2.6 Một số vấn đề xử lý thông tin không gian quy hoạch 78 2.6.1 Mối liên kết liệu 79 2.6.2 Chồng xếp nhiều lớp thông tin 80 2.6.3 Phân tích quan hệ gần gũi 85 2.6.4 Phân tích mối quan hệ khơng gian (spetial correlation analysis) .87 Chương ỨNG DỤNG MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU THÔNG TIN ĐỊA LÝ PHỤC VỤ DỰ ÁN QUY HOẠCH KHU NGHỈ DƯỠNG AN BÀNG, CẨM AN, HỘI AN, QUẢNG NAM 91 3.1 Khái quát tình hình khu đo 91 3.1.1 Khái quát điều kiện tự nhiên – xã hội Tỉnh Quảng Nam 91 3.1.2 Khái quát tình hình khu vực mục đích dự án 94 3.2 Mơ hình sở liệu thông tin địa lý 97 3.3 Thành lập sở liệu thông tin địa lý 98 3.3.1 Xây dựng liệu 100 3.3.2 Chuyển đổi liệu 106 3.4 Một số ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quy hoạch 106 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Thơng tin không gian giới thực 15 Hình 1.2 Các thành phần Hệ thống thông tin địa lý 16 Hình 1.3 Hệ thống phần cứng hệ thống thông tin địa lý 18 Hình 1.4 Cấu trúc liệu kiểu Raster 21 Hình 1.5 Điểm, đường, đa giác 22 Hình 1.6 Cấu trúc liệu kiểu Vector 24 Hình 1.7 Toạ độ điểm, đường, đa giác 25 Hình 1.8 Chuyển đổi liệu Raster sang liệu Vector ngược lại 27 Hình 1.9 Liên kết liệu khơng gian liệu thuộc tính 28 Hình 1.10 Mơ hình sở liệu phân cấp (Nguồn Phạm Vọng Thành Phạm Trọng Mạnh 1999) 39 Hình 1.11 Biểu diễn đồ A mơ hình lưới (Nguồn : Phạm Trọng Mạnh, Phạm Vọng Thành, 1999) .40 Hình 1.12 Biểu diễn đồ A mơ hình quan hệ (Nguồn : Phạm Trọng Mạnh, Phạm Vọng Thành, 1999) 41 Hình 2.1 Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quy hoạch thị 60 Hình 2.2 Mơ hình sở liệu thơng tin địa lý phục vụ quy hoạch 62 Hình 2.3 Hệ thống tiêu chí sở liệu quy hoạch quản lý thị 65 Hình 2.4 Hệ quản trị sở liệu quản lý đô thị 66 Hình 2.5 Mơ quan hệ hai lớp thông tin thuật tốn Boolean 81 Hình 2.6 Quan hệ logic lớp thông tin véctơ 82 Hình 2.7 Phép giao cắt thuật tốn logic 83 Hình 2.8 Kết phép tính đồng (Identity) 84 Hình 2.9 Sơ đồ hàm NEAR tính khoảng cách điểm tới đường gần 85 Hình 2.10 Tính khoảng cách điểm 86 Hình 2.11 Tinh tốn khoảng cách vị trí khác 89 Hình 3.1 Vị trí Tỉnh Quảng Nam 94 Hình 3.2 Khu vực dự án 95 Hình 3.3 Mơ hình sở liệu phục vụ quy hoạch áp dụng cho Khu quy hoạch An bàng – Hội an .98 Hình 3.4 Lược đồ UML mơ tả mơ hình sở liệu TTĐLphục vụ quy hoạch .99 Hình 3.5 Quản lý lớp thông tin ArcCatalog 100 Hình 3.6 Lớp thơng tin địa 100 Hình 3.7 Lớp thủy hệ 101 Hình 3.8 Lớp đường giao thơng 102 Hình 3.9 Lớp thơng tin xây dựng 102 Hình 3.10 Lớp thông tin xây dựng – tường rào .103 Hình 3.11 Điểm độ cao 104 Hình 3.12 Mơ hình TIN 105 Hình 3.13 Mơ hình 3D khu vực An bàng-Kết hợp với ảnh vệ tinh QuickBird 106 Lời cảm ơn Luận văn hoàn thành sự, hướng dẫn TS Nguyễn Quang Minh, Bộ môn Trắc địa phổ thông sai số, Khoa Trắc địa, Trường Đại học Mỏ-Địa Chất, Hà Nội Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc thầy hướng dẫn, người bảo giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Trong q trình nghiên cứu viết luận văn nhận nhiều giúp đỡ đóng góp quý báu từ thầy, cô Bộ môn Trắc địa phổ thông sai số, Khoa Trắc địa bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn ! MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong thời đại việc áp dụng công nghệ vào sản xuất cần thiết, nhằm tăng suất lao động , giảm bớt sức lao động người góp phần tự động hóa q trình sản xuất Việc ứng dụng khoa học công nghệ lĩnh vực sản xuất đường nhanh để rút ngắn thời gian, thực nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Đây vấn đề mà người quan tâm, mà khoa học công nghệ mở rộng song song với phát triển kinh tế, xã hội đất nước Trong thực tế nay, công nghệ ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống xã hội nói chung lĩnh vực ngành thiết kế quy hoạch nói riêng Trong thiết kế quy hoạch việc ứng dụng công nghệ vào dần thay công nghệ cũ nhằm giảm bớt sức lao động người trang thiết bị phục vụ, công nghệ thay công nghệ cũ phần mềm tiện ích như: phần mềm Arcgis Phần mềm Arcgis dần thay phần mềm khác nhiều lĩnh vực ngành nghề khác để nâng cao suất lao động có nhiều tính ưu việt phần mềm cũ xây dựng sở liệu, quản lý lưu trữ liệu, cập nhập thông tin mới, phân tích liệu, lựa chọn tính ưu tiên Hiện việc quy hoạch khu đô thị ứng dụng phần mềm có nhiều tiện ích dần ý đến Quá trình thiết quy hoạch đô thị thuận lợi cần sử dụng nhiều loại thông tin khu vực quy hoạch lưu chữ file Với nhu cầu tiến khoa học công nghệ áp dụng vào sản xuất cần thiết Để làm quan với phần mềm áp dụng vào sản xuất thực tế, chọn đề tài: 95 đầm tơm dọc sơng Diện tích ước tính khu đo vẽ đồ địa hình tỷ lệ 1/500 khoảng 165 Đặc điểm địa hình chủ yếu khu đo khu vực cồn cát bờ biển xen lẫn khu dân cư với mật độ trung bình Lớp phủ thực vật: Phía Đơng Phía Nam chủ yếu rừng phịng hộ có mật độ trung bình, che khuất tầm nhìn Hình 3.2 Khu vực dự án Hiện nay, toàn khu vực ven biển dọc theo đường cao tốc Đà Nẵng – Hội An chuyển giao cho nhiều dự án khu nghỉ dưỡng cao cấp, khách sạn, sân golf, v.v Khu vực Bãi biển An bàng khu chưa có dự án đầu tư Gần tất dự án đầu tư thuộc khu vực từ Đà nẵng đến Hội An khu vực đầu tư khép kín đo toàn nhà dân cư trú dự án giải tỏa hoàn toàn 96 Với ưu điểm khu vực hấp dẫn với khách du lịch thành phố Hội An, để tận dụng tiềm Thành phố có chủ trương lập phương án quy hoạch cho khu đô thị bờ biển An Bàng giúp cho cảnh quan phố Hội An với kiến trúc cổ kính cịn có kiến trúc đại bên cạnh Ngồi việc tạo cho cảnh quan Hội An đẹp thêm mà tạo điều kiện phát triển kinh tế, văn hóa cho hộ dân vùng ven biển Làm tăng hấp dẫn khách đến với Hội An thưởng thức danh lam thắng cảnh khu phố cổ mà cịn nghỉ khu thị ven biển thống mát Chính vậy, quan điểm nhà đầu tư làm quy hoạch khu An bàng hoàn toàn khác với khu vực quy hoạch khác Trong khu vực quy hoạch trên, toàn khu vực dân cư giữ gần nguyên vẹn, hộ dân thuộc khu vực cần giải tỏa „tái định cư chỗ“ Các khu vực có dân cư sống chỉnh trang cảnh quan, đầu tư thêm sở mơ hình du lịch „home stay“ phối hợp nhà đầu tư người dân tạo nên mơ hình du lịch đa dạng, giàu sắc văn hóa Tại phường Cẩm An, thành phố Hội An, phần khu dân cư làng chài An Tân, An Bàng nằm dự án chỉnh trang An Bàng tập dượt để tham gia mơ hình Chính quyền Hội An thực đổi thực cầu thị tạo điều kiện cho nhà đầu tư tiếp xúc với dân, khảo sát thổ nhưỡng vùng, tìm hiểu từ mơ hình kiếm tiền lâu người dân, mơ hình sống lồi địa Một Hội An mở rộng phía biển đô thị không làng chài đặc trưng, khơng bê tơng hóa ý tưởng lớn đẹp quyền nhà quy hoạch dự án Đó đối xử công với người dân làng chài vùng Họ người kháng chiến chống Mỹ bỏ ấp chiến lược nhiều lần, bám trụ [8] 97 Chính sở quan điểm quy hoạch này, nhà làm quy hoạch có nhu cầu xây dựng hệ thống thơng tin địa lý nhằm mục đích phục vụ quy hoạch tương đối đầy đủ Trong hệ thống thông tin này, sở liệu yêu cầu xây dựng bao gồm nhiều lớp thơng tin chun đề khác nhau, có áp dụng mơ hình sở liệu hệ thống thông tin địa lý đề xuất Chương luận văn 3.2 Mơ hình sở liệu thơng tin địa lý Mơ hình sở liệu thông tin địa lý xây dựng Hình 3.3 Trong theo u cầu nhóm làm quy hoạch, mơ hình sở liệu đề xuất chương áp dụng cho sở liệu dự án Trong đó, liệu chia thành lớp thông tin bao gồm: thông tin địa chính, thơng tin giao thơng, thơng tin thủy hệ, lớp xây dựng, lớp địa hình, lớp dân cư Cơ sở liệu Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Lớp Địa giao thủy hệ xây địa dân cư thơng dựng hình Hình 3.3 Mơ hình sở liệu phục vụ quy hoạch áp dụng cho Khu quy hoạch An bàng – Hội an Trên sở phân lớp thơng tin địa lý trên, mơ hình hóa lại sở liệu ngơn ngữ mơ hình hóa thống (Unified Modelling Language – UML) Lược đồ UML sở liệu thông tin địa lý phục vụ quy hoạch thị thiết kế Hình 3.4 98 Hình 3.4 Lược đồ UML mơ tả mơ hình sở liệu TTĐLphục vụ quy hoạch 3.3 Thành lập sở liệu thơng tin địa lý Dựa mơ hình sở liệu thông tin địa lý xây dựng, thành lập sở liệu thông tin địa lý phục vụ quy hoạch Trong trình nghiên cứu lựa chọn giải pháp sử dụng công nghệ ArcGIS hãng ESRI công nghệ tương đối phổ biến phần mềm Hệ thống thông tin địa lý Một điểm mạnh ArcGIS khả phân tích liệu khơng gian, cho phép tạo liệu phục vụ cách hiệu công tác xây dựng quy hoạch chồng xếp thơng tin, phân tích địa hình, phân tích 3D v.v Đối với công nghệ ArcGIS, sở liệu địa lý lưu trữ nhiều dạng khác tùy thuộc vào quy mô mức độ ứng dụng, có loại sở liệu địa lý dựa mơ hình sau shapefile, geodatabase máy đơn dựa hệ quản trị sở liệu quy mô nhỏ 99 MySQL, geodatabase dựa phần mềm quản trị sở liệu SQL server, Oracle,v.v Trong phần thực nghiệm luận văn này, sở liệu phục vụ khu quy hoạch An bàng có quy mơ nhỏ, nên sử dụng shapefile để lưu trữ lớp thơng tin Mỗi lớp thơng tin lưu trữ file có dạng shapefile với liệu thuộc tính xây dựng sở mơ hình liệu quan hệ Dữ liệu thông tin địa lý phục vụ quy hoạch cho khu vực An bàng xây dựng dựa nguồn thông tin bao gồm đồ địa hình tỷ lệ 1:500 Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ Trắc địa – Bản đồ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất thành lập năm 2009, đồ địa tỷ lệ 1:500 Phường Cẩm an quản lý, sổ mục kê lưu trữ thông tin chủ sử dụng đất loại đất thành lập năm 2007 Tất liệu xây dựng Hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu độ, kinh tuyến trục 107o45‘ 3.3.1 Xây dựng liệu Tồn liệu số hóa, chuyển sang dạng shapefile nhập thông tin cần thiết dựa sổ mục kê Đối với lớp thông tin địa chính, thơng tin cần nhập tên chủ đất loại đất đất thuộc diện đất thổ cư Dữ liệu địa hình chuyển thành mơ hình số độ cao dạng TIN dạng GRID Dữ liệu thủy văn bao gồm vị trí sơng suối, ao, hồ, xác định dựa đồ địa đồ địa hình Các liệu giao thơng khu vực xây dựng xác định theo vùng với đồ địa hình tỷ lệ lớn đối tượng đường cao tốc, đường tỉnh lộ, đường nội khu vực đường ngõ vào nhà đối tượng vùng 100 Hình 3.5 Quản lý lớp thơng tin ArcCatalog Hình 3.6 Lớp thơng tin địa 101 Hình 3.7 Lớp thủy hệ 102 Hình 3.8 Lớp đường giao thơng Hình 3.9 Lớp thơng tin xây dựng 103 Hình 3.10 Lớp thơng tin xây dựng – tường rào 104 Hình 3.11Điểm độ cao 105 Hình 3.12 Mơ hình TIN 3.3.2 Chuyển đổi liệu Một yêu cầu quan trọng việc thành lập sở liệu chuyển đổi liệu hệ tọa độ khác Vì dự án An bàng dự án đầu tư du lịch, nhà đầu tư có nhu cầu đưa liệu không gian khu vực lên phương tiện thông tin đại chúng số phần mềm có tính phổ dụng cao nên việc chuyển liệu từ hệ tọa độ VN 2000 sang hệ tọa độ phẳng UTM Quốc tế WGS-84 cần thiết Trong thực nghiệm này, việc chuyển đổi liệu thực dựa mơ hình chuyển đổi Molodensky với tham số chuyển đổi công bố Bộ tài ngun mơi trường Quy trình chuyển tọa độ thực phần mềm ArcGIS toàn liệu chuyển sang hệ tọa độ phẳng UTM WGS-84 106 3.4 Một số ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý phục vụ quy hoạch Mô hình 3D khu vực An bàng Hình 3.13 Mơ hình 3D khu vực An bàng- Kết hợp với ảnh vệ tinh QuickBird Một ứng dụng quan trọng hệ thống thơng tin địa lý tạo mơ hình bề mặt 3D Mơ hình 3D cho phép nhà quy hoạch hình dung tố nhận biết khơng gian quy hoạch, nhận biết phân bố đối tượng cách tốt hơn, phục vụ tốt cho quy hoạch Trong thực nghiệm này, mơ hình 3D xây dựng kết hợp với ảnh vệ tinh QuickBird liệu liệu địa chính, lớp liệu xây dựng, lớp ao hồ, v.v tạo nên mơ hình 3D trực quan 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình làm luận văn đề tài ²Thiết lập hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quy hoạch đô thị nông thôn khu vực Phường Cẩm An, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam”, tác giả đưa số kết luận sau: Hệ thống thông tin địa lý công cụ hữu hiệu để giải số vấn đề thành lập quy hoạch đô thị nông thôn Các thông tin không gian trước cung cấp dạng đồ chuyển thành khuôn dạng hệ thống thống thông tin địa lý cho phép nhà làm quy hoạch có thơng tin cần thiết cách nhanh chóng xác, giúp cho q trình định vị trí, khơng gian đối tượng nằm khu vực quy hoạch xác Hệ thống thơng tin địa lý cho phép tạo mơ hình 3D kết hợp với đồ ảnh vệ tinh nên tăng tính trực quan, cho phép người làm quy hoạch nhận thức mường tượng không gian quy hoạch cách đầy đủ Các thông tin khơng gian trước chưa thể có cách dễ dàng hồn tồn có thơng qua thuật tốn phân tích khơng gian phần mềm hệ thống thông tin địa lý Từ hệ thống thơng tin địa lý có sản phẩm thông tin như: đồ độ dốc, đồ độ dốc theo hướng, lựa chọn phương án quy hoạch, tính tốn mơ hình quy hoạch v.v Ngồi ra, sau q trình làm luận văn, tơi có số kiến nghị sau: Mơ hình sở liệu phục vụ quy hoạch cần nghiên cứu đầy đủ nữa, cần thiết lập mơ hình chuẩn dựa lược đồ UML cho tất lớp thông tin quy hoạch Cần xây dựng chế trao đổi liệu giúp cho nhà quy hoạch dễ dàng tiếp cận thông tin quy hoạch dựa chuẩn trao đổi liệu quốc tế 108 Cần tìm hiểu mơ hình Web-GIS cho phép dễ dàng công bố thông tin không gian quy hoạch đến công chúng 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Khoa Học Công Nghệ Môi trường (1995), Những hiểu biết hệ thống thông tin địa lý”, Dự án GIS, Hà Nội Các ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (Theo Rajan, M.S 1991) Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ thuật, Hà Nội TS Phạm Trọng Mạnh PGS Phạm Vọng Thành: Cơ sở hệ thống thông tin địa lý quy hoạch quản lý đô thị 1999 Peter A Burrough Rachael A McDonnell, Principles of Geographical Information Systems (Spatial Information Systems), Oxford University Press, 1998.Website Hội đồng thông tin không gian Australia: http://www.sicom.sa.gov.au/about_spatial.html http://www.cmd.byethost16.com/workshop.html http://www.vietnamnet.vn/xahoi/201007/Khi-nguoi-dan-va-chinh-quyencung-lam-resort-921604 ... thông tin theo nội dung liệu 53 2.3 Hệ thống thông tin địa lý quy hoạch đô thị 60 2.4 Thiết kế hệ thống thông tin địa lý quy hoạch quản lý đô thị 63 2.4.1 Thông tin quy hoạch đô. .. thơng tin hệ thông tin địa lý 28 1.3 Tổ chức hệ thống thông tin địa lý .30 1.4 Một số ứng dụng hệ thống thông tin địa lý 35 1.5 Khái niệm sở liệu hệ thống thông tin địa lý ... tiện ích hệ thống thơng tin địa lý nói chung phần mềm Arcgis cơng tác quy hoạch đô thị + Phạm vi nghiên cứu thiết lập sở liệu hệ thống thông tin địa lý phục vụ công tác quy hoạch đô thị Nội dung