Chương 3: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS PHỤC VỤ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG ĐÔ THỊ KHU VỰC THÀNH PHỐ QUY NHƠN
3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa lý
1. Cơ sở thiết kế
Mô hình dữ liệu địa hình được xây dựng dựa trên:
- Mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 có các tham số như sau: Lưới chiếu UTM;
Múi chiếu 3°; Kinh tuyến Trung Ương 108° kinh độ Đông; Hệ toạ độ VN-2000, hệ độ cao Quốc gia Việt Nam.
- Tài liệu hướng dẫn số hóa và biên tập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000.
2. Nguồn dữ liệu
- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 được thành lập bằng phương pháp công nghệ ảnh số năm 2010 tại tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam, hệ tọa độ
CSDL GIS tài nguyên môi trường
CSDL chuyên đề về môi trường
Không khí Nước
Tài nguyên đất
CSDL nền địa
lý Ranh giới
Giao thông Địa hình Dân cư
Cơ sở toán học
Thực vật Thủy hệ
quốc gia VN2000, múi chiếu 30, kinh tuyến trung ương 1080 với khuôn dạng
*.DGN, được chia thành 7 file, tương ứng với 7 nhóm lớp: cơ sở toán học, thủy hệ, địa hình, giao thông, dân cư, ranh giới và thực vật.
- Sử dụng 142 mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2000 để tạo bản đồ nền, phiên hiệu các mảnh cụ thể như sau:
Phiên hiệu mảnh bản đồ xây dựng dữ liệu nền
D-49-51-(69-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(70-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(71-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(72-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(85-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(86-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(87-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(88-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(101-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(102-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(103-a,b,c,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(104-a,b,d,e,f,g,h,k) D-49-51-(117-a,b,c,d,e,f) D-49-51-(118-a,b,c,d,e,f) D-49-51-(119-a,b,c,d,e,f,h,k) D-49-51-(120-a,b,c,d,e,f,g) D-49-51-(135-b,c,e,f,h,k) D-49-51-(151-c)
D-49-51-(152-a)
Hệ thống chụp ảnh số và quét LiDAR Harrier56 đã được Công ty Đo đạc ảnh Địa hình (nay là Tổng Công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam) để thành lập DEM có độ chính xác độ cao 0,20 - 0,30m, độ chính xác mặt phẳng 0,20 - 0,30m, mật độ khoảng 2 điểm/m2 đồng thời chụp ảnh màu với độ phân giải mặt đất 0,15m tại các vùng đô thị, khu công nghiệp TP. Quy Nhơn, tỉnh Bình Định.
- Máy bay chụp ảnh: sử dụng máy bay AN-2, có tốc độ trung bình 160km/h, thời gian tối đa cho 1 ca bay là 3 giờ 30 phút.
- Hệ thống thiết bị chụp ảnh số và quét LiDAR là hệ thống Toposys_Harrier 56/G4 với các thông số kỹ thuật sau:
a- Thông số kỹ thuật của hệ thống Lidar Harrier56/G4:
- Loại máy quét: Riegl LMS-Q560.
- Độ cao bay: 850 - 900m.
- Độ chính xác điểm độ cao: < 0.15 m.
- Độ chính xác điểm mặt phẳng: < 0.25 m.
- Trường nhìn: 45 tới 60.
- Tần số quét: 5-160 Hz.
- Tốc độ đo: 120.000 Hz ở góc 45 và 160.000 Hz ở góc 60
- Bước sóng: 1,550 nm.
- Tín hiệu phản xạ tối đa: 4 mức truyền/một tia.
- Đo được điểm trên mặt nước (tín hiệu phản hồi khi gặp mặt nước).
- Số lượng điểm đo: tới 240.000 điểm/giây.
- Tốc độ bay 160km/h.
- Mật độ điểm là khoảng 2 điểm/m2.
- Hệ thống định vị: Applanix POS/AV 410.
- Độ chính xác IMU:
0.005/0.005/0.008/0.005 - roll/pitch/heading/velocity.
- GPS: 12 kênh, 2 tần số.
- Nguồn điện: 28v DC, 20A max.
b- Thông số kỹ thuật máy chụp ảnh số Rollei AIC:
- Loại máy: Rollei AIC P45.
- Mảng ghi: 39 Mega pixel.
- Kích thước mảng CCD: 5428x7228 pixel.
- Độ phân giải pixel: 0.0068 mm.
- Tiêu cự: 47,40 mm.
- Kênh màu: R,G,B,NIR.
- Tốc độ ghi tối đa cho một ảnh: 2.5 s.
- Độ phân giải ảnh mặt đất: Giảm tới 0.03m.
- Tốc độ cửa mở: 125-1.000.
Sân bay: Sân bay Phù Cát.
3. Khảo sát hiện trạng dữ liệu
Dữ liệu Micro Station (DGN) của vùng nghiên cứu gồm 142 mảnh bản đồ địa hình tỉ lệ 1:2000, quá trình khảo sát dữ liệu được thực hiện theo từng mảnh trên phần mềm Microstation. Theo quy định kỹ thuật số hóa bản đồ địa hình, các đối
tượng tương ứng với các level được kiểm tra thông tin đồ họa, sau đó cộng ghép các mảnh theo các level tương ứng.
Dữ liệu sau khi được khảo sát cần được gộp lớp. Lớp dữ liệu được gộp dựa vào đặc điểm đối tượng và dạng đồ họa của chúng.
Các lớp gộp được trình bày như bảng:
Bảng 3.1. Gộp nhóm dữ liệu
Dữ liệu gốc (dgn) Dữ liệu mới được thiết kế (dgn)
Lớp Nội dung Nội dung Dạng dữ liệu Tên file
Thủy hệ 1 Sông tự nhiên 1 nét
Sông tự nhiên 1 nét Polyline Sg_1net 40 Kênh đào dưới 8m
3 Đường bờ sông 2 nét, ao hồ
Đường bờ Polyline Duongbo
4 Nền sông 2 nét, ao hồ Sông 2 nét Polygon Sg2net 24 Ranh giới các bãi:
bùn, cát...
Ranh giới bãi cát Polyline Rg_baicat
44 Đê Đê Polyline De
46 Tên sông chạy được tàu thủy
Lớp text thủy văn Text Text 47 Tên sông chạy được
ca nô, tàu gỗ
48 Tên suối, mương, hồ nhỏ
52 Tên riêng
Giao thông 5 Đường sắt đơn
Đường sắt Polyline Duongsat
47 Đoạn đường sắt đắp cao
17 Đường ô tô nhựa, bê
tông (viền) Đường ô tô Polyline Duongoto
18 Đường ô tô nhựa,
bê tông (nền)
21 Đường ô tô rải gạch, đá, cấp phối
30 Đường ô tô đắp cao 56 Đường phố chính 23 Đường đất lớn
Đường đất Polyline Duongdat
24 Đường đất nhỏ
25 Đường mòn Đường mòn Polyline Duongmon
26 Ghi chú đường
Text giao thông Text Text
52 Tên riêng
28 Ga Ga Polyline Ga
Dân cư 42 Thị xã, tỉnh lỵ
Tên hành chính Text TenHC
43 Thị trấn, huyện lị 44 Tên huyện
46 Tên xã
47 Ủy ban hành chính 49 Tên thôn , xóm
Thực vật
1 Ranh giới thực vật Ranh giới thực vật Polyline rgthucvat 2 Các vùng thực vật Vùng thực vật Polygon vungtv 35 Nền làng có cây che
phủ
Nền làng có cây che phủ
Polygon lang
41 Ký hiệu lúa lúa lua
42 Ký hiệu rau, màu, hoa cây cảnh
rau, màu mau
Ranh giới hành chính 4 Địa giới cấp tỉnh
Ranh giới các cấp Polyline Rg_caccap 7 Địa giới huyện
10 Địa giới xã
Hình 3.2.Bản đồ nền địa hình
4. Thiết kế Geodatabase
Hình 3.3. Mô hình cơ sở dữ liệu nền địa lý MÔ HÌNH CSDL NỀN ĐỊA LÝ
Feature Dataset BIENGIOIDIAGIOI
Feature Dataset DIAHINH
Feature Dataset GIAOTHONG
Feature Dataset THUYHE
Feature Dataset DCCOSOHATANG
Feature Dataset PHUBEMAT
Cơ sở dữ liệu của đề tài được thiết kế chung cho cả hai phần: Cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên đề tài nguyên - môi trường. Nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý được xây dựng tuân theo qui định của “Mô hình cấu trúc và nội dung dữ liệu nền địa lý 2000” .
Trong phần mềm ArcGis, việc quản lý dữ liệu được thao tác trên ArcCatalog Personal Geodatabase có tên QUYNHON_TNMT với các Feature dataset thuộc nhóm cơ sở dữ liệu nền là:
QUYNHON_BIENGIOIDIAGIOI, QUYNHON_DCCOSOHATANG,
QUYNHON_DIAHINH, QUYNHON_GIAOTHONG, QUYNHON_THUYHE và QUYNHON_PHUBEMAT.
Các đối tượng trong Feature Dataset cần thống nhất về project, chuẩn project của Việt Nam là VN-2000 do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành.
Bảng 3.2. Các lớp dữ liệu nền địa lý
Tên gói Phạm vi áp dụng
QUYNHON_TNMT
Quy định kiểu đối tượng nền địa lý trừu tượng được định nghĩa với các thuộc tính chung cho tất cả các kiểu đối tượng nền địa lý
CO SO Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề cơ sở toán học
BIENGIOIDIAGIOI Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề biên giới quốc gia và địa giới hành chính DIAHINH Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý
thuộc chủ đề địa hình
THUYHE Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề thuỷ hệ
GIAOTHONG Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề giao thông
DCCOSOHATANG Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề dân cư và cơ sở hạ tầng
PHUBEMAT Quy định cấu trúc dữ liệu của các kiểu đối tượng địa lý thuộc chủ đề phủ bề mặt
Cơ sở toán học: Import hệ tọa độ chuẩn VN-2000 có các thông số như sau Projection: Transverse_Mercator
False_Easting: 500000.000000 False_Northing: 0.000000 Central_Meridian: 105.000000 Scale reduction Factor: 0.999900 Latitude_Of_Origin: 0.000000 Linear Unit: Meter (1.000000) Angular Unit: Degree
Geographic Coordinate System: GCS_WGS_1984 Angular Unit: Degree (0.017453292519943295)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) Datum: D_WGS_1984
Spheroid: WGS_1984
Semimajor Axis: 6378137.000000000000000000 Semiminor Axis: 6356752.314245179300000000 Inverse Flattening: 298.257223563000030000
Phép chiếu hình trụ ngang Tọa độ Y của điểm gốc Tọa độ X của điểm gốc Kinh tuyến trung ương Tỉ lệ biến dạng
Vĩ tuyến gốc Đơn vị dài Đơn vị góc Hệ tọa độ địa lý Đơn vị
Kinh tuyến gốc Hệ quy chiếu Tên elipsoid Bán kính trục lớn Bán kính trục bé Độ dẹt
5. Nhập dữ liệu vào Geodatabase
Dữ liệu sau khi được khảo sát, chỉnh sửa theo quy định (bảng 3.1) được nhập vào Geodatabase đã được thiết kế ở trên.
Nhập dữ liệu vào feature dataset bằng cách click chuột phải vào feature dataset\ import\feature class (multiple) lựa chọn lớp đối tượng cần import vào từng Feature dataset theo các lớp đã gộp ở trên.
6. Các ràng buộc toàn vẹn dữ liệu không gian (quan hệ topology)
Topology thể hiện mối quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý trong GIS (dữ liệu dạng vector). Các mối quan hệ đó được xác định bởi các nguyên tắc topology [3]. Cơ sở dữ liệu nền địa hình đã thiết kế của thành phố Quy Nhơn được xác định về không gian của các đối tượng theo bảng 3.4 (nguyên tắc topology) như sau:
Bảng 3.3. Chi tiết topology với từng đối tượng trong từng nhóm lớp
TT Tên lớp đối tượng Topology Rule
Nhóm lớp thủy hệ
1 Sông suối L (linestring)
Must Not Overlap Must Not Self-Overlap Must Not Have Pseudos 2 Sông suối A (polygon)
Must Not Overlap Must Not Overlap with
3 Đường bờ
Must Not Overlap Must Not Self-Overlap Must Not Have Pseudos
4 Ranh giới các bãi: bùn, cát
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect Must Not Self-Overlap Nhóm lớp giao thông
5 Đường ô tô
Must Not Overlap Must Not Self-Overlap Must Not Have Pseudos
6 Đường mòn
Must Not Overlap Must Not Self-Overlap Must Not Self-Intersect Must Not Have Pseudos
7 Đường đất
Must Not Overlap Must Not Self-Overlap Must Not Self-Intersect Must Not Have Pseudos Nhóm lớp hành chính
8 Ranh giới các cấp Must Not Self-Overlap Must Not Self-Intersect Nhóm lớp địa hình
9 Đường bình độ
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect Nhóm lớp cơ sở hạ tầng
10 Khu chức năng
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect Must Not Self-Overlap 11 Ranh giới khu dân cư, khu chức
năng
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect Nhóm lớp phủ bề mặt
12 Ranh giới thực vật
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect
13 Phủ bề mặt
Must Not Overlap Must Not Self-Intersect Must Not Self-Overlap
Sau khi dữ liệu được chạy và sửa lỗi topology, dữ liệu đã đạt được tiêu chuẩn topology theo chuẩn ISO/TC211 - chức Chuẩn thế giới (ISO-International Organisation), tiểu ban hệ thống thông tin địa lý đã đưa ra chuẩn thông tin địa lý.
7. Nhập dữ liệu thuộc tính
Công việc này là rất quan trọng, vì trong quản lý dữ liệu ở định dạng DGN chỉ cho phép lưu trữ các thông tin về đồ họa như lực nét, màu, kí hiệu ... mà không có thông tin chuyên đề. Chính vì vậy, khi chuyển sang ArcGIS cần có các thao tác nhập thuộc tính cho đối tượng. Dựa vào bảng hướng dẫn số hóa và biên tập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000, chúng ta nhập thuộc tính về đối tượng trong ArcGIS tương ứng với các level trong Microstation. Với mỗi một đối tượng cần được xác định là sẽ nhập thuộc tính như thế nào, các bảng sau được thiết kế với dữ liệu thuộc tính của các đối tượng.
Bảng 3.4. Dữ liệu thuộc tính của các đối tượng nền địa lý a. Thông tin mạng lưới thủy văn
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
Layer đối tượng đường thủy hệ: sông suối, kênh mương
1 ID ID Integer
2 Tên sông, suối, kênh Ten String 50
3 Chiều dài C_dai Float (12,6)
4 Chiều rộng C_rong Float (12,6)
5 Đặc điểm Dac_diem String 50
Layer đối tượng vùng thủy hệ
1 ID ID Integer
2 Tên sông, ao, hồ Ten String 50
3 Diện tích D_tich Float (12,6)
4 Độ sâu trung bình Do_sau Float (12,6)
5 Đặc điểm Dac_diem String 50
b.Thông tin giao thông
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
1 ID ID Integer
2 Số đường Soduong Integer
3 Tên đường Ten String 50
4 Cấp hạng Cap_hang String 50
5 Chất liệu mặt Mat_duong String 50
6 Chiều dài C_dai Float (12,6)
7 Chiều rộng C_rong Float (12,6)
c. Thông tin biên giới địa giới
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
1 ID ID Integer
2 Các cấp địa giới Cac_cap String 50
3 Chiều dài C_dai Float (12,6)
4 Ghi chú G_chu String 50
d. Thông tin địa hình
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
1 ID ID Integer
2 Độ cao Do_cao Float (12,6)
3 Ghi chú G_chu String 50
e. Thông tin dân cư
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
1 ID ID Integer
2 Tên_hành chính Ten_HC String 50
3 Diện tích D_tich Float (12,6)
4 Đặc điểm Dac_diem String 50
f. Thông tin phủ bề mặt
TT Nội dung Tên trường Kiểu dữ liệu Độ rộng
1 ID ID Integer
2 Tên loại thực vật Ten_Tvat String 50
3 Ghi chú G_chu String 50
g. Thông tin cơ sở hạ tầng
* Phân lớp: gồm 6 nhóm lớp
QUYNHON_CSHT_YTE, QUYNHON_CSHT_CAUCONG,
QUYNHON_CSHT_TRUONGHOC, QUYNHON_CSHT_GIAOTHONG,
QUYNHON_CSHT_KENHDAO, QUYNHON_CSHT_TRAMXANGDAU.
Tên lớp Dạng Loại đối tượng biểu thị
QUYNHON _CSHT_YTE Điểm Các cơ sở y tế
QUYNHON_CSHT_CAUCONG Điểm Cầu, cống
QUYNHON_CSHT_TRUONGHOC Điểm Trường học
QUYNHON_CSHT_GIAOTHONG Đường Các loại đường giao thông QUYNHON_CSHT_KENHDAO Đường Các loại kênh đào
QUYNHON_CSHT_TRAMXANGD AU
Điểm Trạm xăng dầu
* Thông tin thuộc tính nhóm cơ sở hạ tầng Bảng thuộc tính đối tượng dạng điểm
Tên trường dữ liệu
Độ rộng trường dữ liệu (byte)
Kiểu dữ liệu Nội dung thông tin nhập
QUYNHON_CSHT_YTE
MA_LOAI 3 Short Integer Mã nhận dạng loại cơ sở y tế
LOAI 30 Text Loại cơ sở y tế
TEN 50 Text Tên cơ sở y tế
SO GIUONG 5 Long Integer Số giường bệnh
QUYNHON_CSHT_CAUCONG
MA_LOAI 2 Short Integer Mã nhận dạng loại cầu, cống
LOAI 10 Text Loại cầu, cống
TEN 40 Text Tên cầu, cống
CHATLIEU 10 Text Chất liệu của cầu, cống
CHIEU_DAI 3 Short Integer Chiều dài
CHIEU_RONG 3 Short Integer chiều rộng
TRONG_TAI 5 Long Integer Trọng tải
QUYNHON_CSHT_TRUONGHOC
MA_LOAI 2 Short Integer Mã nhận dạng loại trường
LOAI 30 Text Loại trường học
TEN 50 Text Tên trường học
QUYNHON_CSHT_TRAMXANGDAU
MA_LOAI 2 Short Integer Mã nhận dạng loại kho chứa, trạm tiếp xăng
LOAI 10 Text Loại
TEN 40 Text Tên
TTR_HDONG 40 Text Tình trạng hoạt động
Bảng thuộc tính đối tượng dạng đường Tên trường
dữ liệu
Độ rộng trường dữ liệu (byte)
Kiểu dữ liệu Nội dung thông tin nhập
QUYNHON_CSHT_GIAOTHONG
MA_LOAI 2 Short Integer Mã nhận dạng loại đường giao thông
LOAI_DUONG 40 Text Loại đường giao thông
TEN 40 Text Tên đường giao thông
CHIEU_DAI 8 Long Integer Chiều dài
CHIEU_RONG 8 Long Integer Chiều rộng QUYNHON_CSHT_KENHDAO
TEN 20 Text Tên kênh đào
CHIEU_DAI 8 Long Integer Chiều dài
MUCDICH 50 Text Mục đích sử dụng