Một Geodatabase thường chứa bốn đại diện của dữ liệu địa lý: • Dữ liệu Vector biểu diễn cho các đối tượng địa lý.
• Dữ liệu Raster biểu diễn cho hình ảnh, dữ liệu chuyên đề theo dạng lưới và các bề mặt.
• Triangulated irregular networks (TINs) biểu diễn cho bề mặt. • Địa chỉ và định vị cho việc tìm kiếm một vị trí địa lý.
2.5.3.1 Biểu diễn các đối tượng với vectơ
Nhiều đối tượng trong thế giới thực đã được xác định rõ hình dạng. Dữ liệu Vector đại diện cho hình dạng của đối tượng chính xác và đầy đủ như
một tập các tọa độ với các thuộc tính liên quan. Việc biểu diễn này hỗ trợ hoạt động hình học như tính tốn độ dài và diện tích, xác định chồng lắp và giao điểm, và việc tìm kiếm các đối tượng khác liền kề hoặc gần đĩ.
Dữ liệu vector trong Geodatabse được phân loại theo dimension:
• Point (Điểm) là hình dạng khơng chiều đại diện cho đối tượng địa lý quá nhỏ để cĩ thể được mơ tả như đường hoặc khu vực. Điểm được lưu trữ như một cặp tọa độ đơn (x,y) với các thuộc tính.
• Line (đường) cĩ hình dạng một chiều đại diện đối tượng địa lý quá hẹp để mơ tả như khu vực. Line được lưu trữ như một loạt các cặp tọa độ x, y cùng với các thuộc tính. Các phân đoạn (segment) của một Line cĩ thể là đường thẳng, hình trịn, hình elip.
• Polygon (vùng, đa giác) cĩ hình dạng hai chiều đại diện cho đối tượng địa lý rộng lớn được lưu trữ như một loạt các segment bao quanh một vùng. Những phân đoạn tạo thành một tập hợp các vùng khép kín.
Một loại dữ liệu vector khác là annotation (chú thích). Đây là những nhãn mơ tả cĩ liên quan đến đối tượng địa lý và hiển thị tên và thuộc tính.
Dữ liệu vector trong một Geodatabase cĩ cấu trúc định hướng việc lưu trữ của các đối tượng bởi chiều của nĩ và các mối quan hệ. Một feature dataset là nơi chứa đựng của các thực thể khơng gian (feature), các thực thể phi khơng gian (object) và các mối quan hệ giữa chúng. Các liên kết topo được đại diện với mạng lưới hình học và cấu trúc liên kết.
Geodatabase cũng lưu trữ các quy tắc xác nhận và miền giá trị (domain) để đảm bảo rằng khi các đối tượng địa lý được tạo ra hoặc cập nhật, các thuộc tính của nĩ vẫn duy trì giá trị trong phạm vi liên quan.
2.5.3.2 Biểu diễn dữ liệu dạng lưới với rasters
Nhiều dữ liệu thu thập được trong một Geodatabase là ở dạng lưới. Điều này là do máy ảnh và hệ thống chụp ảnh ghi dữ liệu hình ảnh là các giá trị điểm ảnh trong một lưới hai chiều, hoặc raster.
Cell là một yếu tố của một điểm ảnh raster và giá trị của nĩ cĩ thể mơ tả cho nhiều loại dữ liệu. Một cell cĩ thể lưu trữ một giá trị màu cho một bức ảnh, một thuộc tính chuyên đề như: loại thực vật, giá trị bề mặt, hoặc độ cao.
2.5.3.3 Biểu diễn bề mặt với TIN
Mạng lưới tam giác khơng đều (Triangulated Irregular Network -TIN) là mơ hình của một bề mặt (surfacea). Geodatabase lưu trữ TIN như một tập hợp các nút cĩ độ cao và hình tam giác với các cạnh. Độ cao ( giá trị z) cĩ thể được nội suy cho bất kỳ điểm nào trong phạm vi địa lý của TIN.
TIN cho phép phân tích các bề mặt như lưu vực sơng nghiên cứu, tầm nhìn của một bề mặt từ một điểm quan sát và phân định các đối tượng bề mặt như rặng núi, suối, và đỉnh núi. Tins cũng cĩ thể phản ánh chính xác sự nhấp nhơ của địa hình.
2.5.4 Tổ chức dữ liệu bên trong Geodatabase
Dữ liệu địa lý được tổ chức thành một hệ thống phân cấp các đối tượng dữ liệu. Trong quá trình thiết kế cĩ thể tổ chức dữ liệu thành các nhĩm làm việc, loại chuyên đề, phạm vi khơng gian chung và hệ thống tọa độ, hoặc theo các liên kết topo.
2.5.4.1 Geodatabases
Geodatabase là đơn vị cấp cao nhất của dữ liệu địa lý. Nĩ là tập hợp các bộ dữ liệu (datasets); các lớp đối tượng địa lý (feature classes); các lớp đối tượng (object classes); và các lớp mối quan hệ (relationship classes).
Geodatabases thường được xây dựng cho các tổ chức, ngành nghề cĩ dữ liệu lớn như cơ sở đất đai, giao thơng vận tải, mơi trường, và cơ sở hạ tầng tiện ích.
2.5.4.2 Geographic datasets
Cĩ ba loại dữ liệu chung của các mơ hình dữ liệu địa lý: vector, raster, và triangulation. Trong Geodatabase, chúng được triển khai bởi ba loại bộ dữ liệu địa lý là: bộ dữ liệu đối tượng (feature dataset), bộ dữ liệu raster (raster dataset), và bộ dữ liệu TIN (TIN dataset).
- Feature dataset là một tập hợp các lớp đối tượng địa lý cĩ chung một hệ tọa độ. Cĩ thể tổ chức các lớp đối tượng đơn giản bên trong hoặc bên ngồi của feature dataset, nhưng các lớp đối tượng topo phải được chứa trong feature dataset để đảm bảo một hệ thống tọa độ chung.
- Raster dataset cĩ thể là một tập dữ liệu đơn giản hoặc một bộ dữ liệu phức hợp với nhiều dãi (band) cho giá trị quang phổ hoặc phân loại riêng biệt. - TIN dataset chứa một bộ các hình tam giác mà chính xác trải dài trên một khu vực cĩ giá trị z cho mỗi nút để thể hiện một số loại bề mặt.
2.5.4.3 Object classes
Một lớp đối tượng là một bảng trong một Geodatabase mà với nĩ ta cĩ thể kết hợp với hành vi. Các object classes giữ thơng tin mơ tả về đối tượng cĩ liên quan đến đối tượng địa lý, nhưng khơng phải là đối tượng địa lý hiển thị trên bản đồ.
Ví dụ: lớp “thửa đất” là một lớp đối tượng địa lý cĩ dạng vùng (feature class); lớp “chủ sở hữu thửa đất” là một lớp đối tượng.
2.5.4.4 Feature classes and topology
Một lớp đối tượng là một tập hợp các đối tượng cĩ cùng một loại hình học: điểm, đường thẳng, hoặc vùng. Feature class cĩ thể chia làm hai loại lớp simple và lớp topological.
Các lớp đối tượng địa lý đơn giản gồm cĩ điểm, đường, đa giác, hoặc lớp chú thích mà khơng cần bất kỳ mối liên kết topo nào trong đĩ. (Cĩ nghĩa là, một điểm trong một lớp đối tượng điểm này cĩ thể là trùng khớp với một điểm đầu cuối thuộc một đường của một lớp đối tượng đường khác). Những đối tượng cĩ thể được chỉnh sửa một cách độc lập với nhau.
Các lớp đối tượng topo thể hiện mối quan hệ hoặc sự liên kết cĩ sự ràng buộc của các đối tượng địa lý trong khơng gian. Trong Geodatabase các lớp đối tượng topo thể hiện ở trong mạng geometric network.
Relationship class là một bảng để lưu trữ mối quan hệ giữa các fuarure hoặc object trong hai lớp feature hoặc object. Các mối quan hệ phụ thuộc giữa các object. Với các mối quan hệ, ta cĩ thể kiểm sốt những gì xảy ra với một đối tượng khi đối tượng liên quan của nĩ bị loại bỏ hoặc thay đổi.
Hình2.28: Tổ chức dữ liệu của Geodatabase (nguồn:Michael Zeiler (1999))
2.5.5 Mơ hình mạng trong Geodatabase
Geodatabase cĩ hai đại diện của một hệ thống tuyến tính: mạng lưới hình học (geometric network) và mạng lưới logic (logical network).
2.5.5.1 The geometric network
Mạng lưới hình học là một tập hợp các đối tượng gồm cĩ các cạnh nối (edges) và các điểm nối (junctions).
Một cạnh cĩ hai điểm nối ở hai đầu và một điểm nối được kết nối với nhiều cạnh.
Các đối tượng cĩ thể biểu diễn được cho các cạnh và điểm nối được gọi là các đối tượng mạng (network feature). Chỉ cĩ các đối tượng mạng mới cĩ thể tham gia vào một mạng lưới hình học.
Một lớp đối tượng mạng (network feature class) là một tập hợp đồng nhất của một trong các loại của các đối tượng mạng như: điểm nối đơn
(Simple junction feature); điểm nối phức (complex junction feature); cạnh nối đơn (simple edge feature) và cạnh nối phức (complex edge feature).
Hình 2.29 :Lớp đối tượng mạng trong Geodatabase
(nguồn:Michael Zeiler (1999))
Các đối tượng mạng trong một mạng lưới hình học cĩ tất cả đặc điểm giống như các đối tượng địa lý khác: cĩ thể tạo các lớp, gán thuộc tính, xác định các subtype, thiết lập mối quan hệ ...v.v. Ngồi ra các đối tượng mạng cĩ thể bổ sung các hành vi chuyên biệt để bảo vệ sự kết nối và tự động cập nhật các thành phần của mạng.
2.5.5.2 The logical network
Giống như mạng lưới hình học, một mạng lưới logic là một bộ sưu tập của các cạnh và các nút kết nối. Sự khác biệt chính là một mạng lưới logic khơng cĩ các giá trị tọa độ. Mục đích chính của nĩ là để lưu trữ các thơng tin kết nối của một mạng cùng với một số thuộc tính nhất định.
Do các cạnh và các nút trong một mạng logic khơng cĩ dạng hình học, nĩ khơng phải các đối tượng mà được xem là các yếu tố mạng (element). Cĩ mối quan hệ one-to-one hoặc one-to-many giữa các đối tượng mạng trong một mạng hình học và các yếu mạng trong một mạng logic. Một mạng lưới hình học luơn gắn liền với một mạng logic. Các yếu tố mạng logic sẽ tự động cập nhật khi chỉnh sửa các đối tượng mạng.
Các mạng logic khơng trực tiếp xuất hiện trong ứng dụng ArcInfo. Thay vào đĩ, ta chỉ tương tác với các mạng lưới hình học. Các mạng logic là cơ sở cho các hành vi phức tạp của đối tượng mạng.
2.5.5.3 Các quy tắc kết nối
Trong hầu hết các mạng lưới khơng phải tất cả các cạnh đều cĩ thể kết nối với tất cả các điểm nối khác. Cũng khơng phải tất cả các cạnh cĩ thể kết nối với tất cả các cạnh khác thơng qua điểm nối. Ví dụ, một vịi nước cơng cộng bên trong một mạng lưới cấp nước cĩ thể kết nối với một ống nhánh nhưng khơng thể kết nối với đường ống truyền tải. Tương tự như vậy, một đường ống truyền tải chỉ cĩ thể kết nối với đường ống phân phối chứ khơng thể kết nối trực tiếp với ống nhánh.
Quy tắc kết nối cho phép duy trì tính tồn vẹn của các đối tượng mạng trong một mạng lưới hình học và dễ dàng tìm kiếm những đối tượng mạng vi phạm sự kết nối hoặc các quy định khác. Sau đây là các quy tắc kết nối cho các đối tượng mạng:
* Edge–junction rule
Quy tắc này ràng buộc những loại điểm nối cĩ thể kết nối với một loại cạnh. Vídụ: Đồng hồ điện chỉ cĩ thể nối vào đường dây cĩ điện áp thấp. (Tham khảo [8])
Hình 2.30: Ví dụ về Edge-junction rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
* Edge–edge rule
Quy tắc này thiết lập sự kết hợp của các loại cạnh cĩ thể kết nối thơng qua một điểm nối nhất định. (Tham khảo [8])
Ví dụ: hai đường ống cĩ đường kính khác nhau cĩ thể được kết nối thơng qua bộ giảm đúng kích cỡ
Hình 2.31: Ví dụ về Edge-edge rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
* Edge–junction cardinality
Quy tắc này cho phép bạn giới hạn số lượng (cardinality) của cạnh kết nối tại một điểm nối. (Tham khảo [8])
Ví dụ: Một số loại cơng tắc được thiết kế để chấp nhận từ hai đến bốn đường dây. Ta cĩ thể xác định chính xác phạm vi chấp nhận đường dây cĩ thể được kết nối tại cơng tắc.
Hình 2.32: Ví dụ về Edge-junction cardinality rule
(nguồn:Michael Zeiler (1999))
*Default junction type
Khi kết nối các cạnh với nhau ta cĩ thể chỉ định một loại điểm nối mặc định được chèn vào. (Tham khảo [8])
Ví dụ: Khi một đường điện 14,4 kV được thêm vào điểm nối cuối của đường 28,8 kV, một máy biến áp sẽ đưa mức điện về đúng được gán cho điểm nối.
Hình 2.33: Ví dụ về Default junction rule (nguồn:Michael Zeiler (1999))
CHƢƠNG 3:
MƠ HÌNH DỮ LIỆU KHƠNG GIAN ÁP DỤNG CHO MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC
3.1 ĐẶC ĐIỂM DỮ LIỆU CỦA MẠNG LƢỚI ĐƢỜNG ỐNG CẤP NƢỚC
Hệ thống cấp nước cĩ vai trị đặc biệt quan trọng trong các cơng trình hạ tầng kỹ thuật đơ thị. Việc quy hoạch nĩ được gắn liền với quy hoạch đơ thị và khơng thể tách rời trong bất cứ cơng trình nào trong xây dựng cơ bản. Là một phần của cơng trình xây dựng cũng như đơ thị, hệ thống cấp nước địi hỏi phải được thiết kế và quy hoạch đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và phù hợp với cơng năng, nhu cầu sử dụng. Về cơ bản khi quy hoạch đơ thị, hệ thống cấp nước cho đơ thị phải đảm bảo phù hợp với sơ đồ cấp nước của quy hoạch chung và quy hoạch chi tiết xây dựng đơ thị, đảm bảo việc bảo vệ và sử dụng tổng hợp các nguồn nước. Khi cải tạo, mở rộng hệ thống cấp nước, phải đánh giá về kỹ thuật, kinh tế và điều kiện vệ sinh của các cơng trình cấp nước hiện cĩ và dự kiến khả năng sử dụng tiếp. Phải xét đến khả năng sử dụng đường ống, mạng lưới và cơng trình theo từng đợt xây dựng.
Hình 3.1: Hệ thống cấp nước
(nguồn: Dương Thanh Lượng (2006))
Mạng lưới cấp nước là 1 bộ phận của hệ thống cấp nước, là tập hợp các loại đường ống với các cỡ kích thước khác nhau và các hạng mục cơng trình liên quan xây dựng theo hệ thống trục giao thơng chính của khu vực cấp nước
làm nhiệm vụ vận chuyển và phân phối nước đến các điểm dùng nước trong phạm vi thiết kế. Mạng lưới cấp nước được chia làm 2 loại chính là: mạng lưới cụt và mạng lưới vịng.
- Mạng lưới cụt (hay phân nhánh) chỉ cho nước chảy đến một điểm nào đĩ theo một chiều nhất định và kết thúc tại các đầu nút của các tuyến ống. Vì vậy, nếu một chỗ nào đĩ trên đường ống bị hỏng thì tồn bộ khu vực phía sau (theo hướng nước chảy) bị mất nước, tức mức độ an tồn thấp. Song mạng lưới cụt lại cĩ ưu điểm là tổng chiều dài ngắn nên chi phí xây dựng thấp.
(Tham khảo [1])
- Mạng lưới vịng cĩ thể cung cấp nước tới một điểm nào đĩ bằng hai hay nhiều đường khác nhau. Các tuyến ống của mạng lưới vịng đều liên hệ với nhau tạo thành các vịng khép kín liên tục, cho nên đảm bảo cung cấp nước an tồn và như thế tất nhiên sẽ cần nhiều đường ống hơn dẫn đến chi phí xây dựng cao hơn. Trong mạng lưới vịng khi cĩ sự cố xảy ra hay ngắt một đoạn ống nào đĩ để sửa chữa thì nước vẫn cĩ thể theo một đường ống khác song song với đường ống bị sự cố để cung cấp cho các điểm dùng nước phía sau. (Tham khảo [1])
Trong thực tế mạng lưới hỗn hợp được sử dụng phổ biến do kết hợp được ưu điểm của 2 loại: Mạng lưới vịng dùng cho cấp truyền dẫn và những đối tượng tiêu thụ nước quan trọng; Mạng lưới cụt phân phối cho những điểm ít quan trọng hơn.
Hình 3.2: Sơ đồ mạng lưới cấp nước cụt Hình 3.3: Sơ đồ mạng lưới cấp nước vịng (nguồn: Nguyễn Lan Phương, Cấp nước sinh hoạt và cơng nghiệp)
Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối và dẫn nước đến các điểm tiêu thụ. Mạng lưới đường ống phân phối nước gồm mạng cấp I là mạng truyền dẫn, mạng cấp II là mạng phân phối và mạng cấp III là mạng đấu nối với các ống cấp vào nhà.
- Mạng hay tuyến ống cấp I làm nhiệm vụ truyền dẫn và điều hịa áp suất vì cĩ tổn thất cột nước nhỏ, độ chênh áp suất ở đầu và cuối tuyến ít. Nước mạng lưới cấp I được lấy ra các ống cấp II ở những điểm nhất định theo từng khu vực, tại các điểm này đặt các van để điều tiết áp suất và lưu lượng tùy theo quy mơ của mạng lưới cấp nước, tuyến ống cấp I cĩ đường kính từ 300 mm trở lên. (Tham khảo[1])
- Mạng hay tuyến ống cấp II dẫn và phân phối nước cho từng khu vực, mạng đưa nước vào các tuyến cấp II bằng tê chờ, sau tê chờ cĩ van để điều chỉnh lưu lượng và áp suất cho các tuyến ống cấp III. Đường kính của tuyến ống cấp II thường từ 150 đến 250 mm. Tuyệt đối khơng cho phép đấu nối các tuyến ống lấy nước vào nhà trực tiếp từ các tuyến ống cấp I và cấp II. (Tham khảo[1])
- Mạng hay tuyến ống cấp III (cịn gọi là mạng phục vụ) là mạng lưới cụt dạng nhánh cây gồm các tuyến ống cĩ đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 150 mm đi vào các ngỏ, tiểu khu để phân phối vào các hộ tiêu thụ. Các nhánh lấy nước vào nhà cĩ thể nối trực tiếp trên ống cấp III bằng các tê chờ lắp sẵn hoặc dùng đai khởi thủy. (Tham khảo[1])
Các thành phần cơ bản nhất trong một mạng lưới cấp nước được xác định đĩ là: Đường ống cấp nước và Các thiết bị được gắn trên các điểm nối